CN210974696U - 一种双温区pcr扩增装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双温区PCR扩增装置，包括底板、主控线路板、运动模块组件和微流控PCR板运动组件，底板上安装有两竖板，两个竖板的顶端均设置有水平的导轨，运动模块组件包括步进电机、水平的导向固定板和竖直的固定支架和步进电机，导向固定板的底端通过两个导座分别与两个导轨滑动配合，固定支架与导向固定板的一端，步进电机固设在固定支架上，步进电机的输出轴朝下且固设有齿轮，底板上固设有与齿轮啮合的齿条，两个竖板之间的间隔内设置有两个恒温控制模块；微流控PCR板运动组件包括固定框，固定框上连接有微流控PCR板固定盒，微流控PCR板固定盒中设置有微流控PCR板。本实用新型双温区PCR扩增装置的升降温速度快，且检测时间短。

Description

一种双温区PCR扩增装置

技术领域

本实用新型涉及生物和医学检测仪器技术领域，特别是涉及一种双温区PCR扩增装置。

背景技术

PCR扩增装置是用PCR(Polymerase chain reaction，聚合酶链反应)技术对特定DNA扩增的一种仪器装置，被广泛运用于医学、生物学实验室中，例如用于判断检体中是否会表现某遗传疾病的图谱、传染病的诊断、基因复制以及亲子鉴定。

PCR扩增装置通常由热盖部件、热循环部件、传动部件、控制部件和电源部件等部分组成。根据DNA扩增时升温介质的不同可以将PCR装置分为以下三种：

(1)变温铝块式PCR仪：热源用电阻丝、导电热膜、热泵式珀尔帖半导体元件制作，通过带有凹孔的铝块升温，用自来水、制冷压缩机或半导体降温；优点：温度传导快，各管的扩增一致性好；反应管规格一致时无须外涂石蜡油；可用微电脑调节温度转换；仪器制冷部件可以在完成扩增后降温至4℃，保存样品过夜；缺点：管内反应液温度比铝块显示温度滞后；须使用特制且与铝块凹孔形状紧密吻合的薄壁耐热反应管；变温时难以快速克服铝块的热容量；压缩机制冷启动慢、重量大、滞后时间长。

(2)水浴式PCR仪：仪器本身有3个不同温度的水浴，用机械装置将带有反应管的架子移位和升降温度，使温度循环；优点：水为传热介质，温度易恒定，热容量大；反应管形状无特殊要求，温度转换较快扩增效果稳定；具有较高的运行效率，扩增产物特异性好；缺点：高温浴不稳定，水面需用液体石蜡覆盖；改变水浴温度所需时间较长，不易实施复杂程序(如套式PCR)的操作，仪器体积较大；室温影响温度下限。

(3)变温式流式PCR仪：依据空气流的动力学原理，以冷热气流为介质升降温度；优点：变温迅速，扩增效果好，适合于微量、快速PCR；反应器不受形状限制，管外无需涂液体石蜡；测定管内液体温度作为控温依据，显示温度真实可靠；易于用微电脑设定复杂的变温程序；易于制成重量较轻的便携式仪器，适合外出作业；缺点：以室温为温度下限，低温难控制，对空气流的动力学要求较高，需精心设计才能使各管温度均匀。

可见，现有的PCR装置普遍存在着升降温速度慢、温度控制难、液体热传导慢及设备体积大的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种双温区PCR扩增装置，以解决上述现有技术存在的问题，提高PCR装置的升降温速度，缩短PCR扩增装置的检测时间，提高灵敏度和一致性。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供了一种双温区PCR扩增装置，包括底板、主控线路板、运动模块组件和微流控PCR板运动组件，所述底板上安装有两个相互平行、相对且间隔设置的竖板，两个所述竖板的顶端高度相同且均设置有水平的导轨，所述主控线路板固设在所述底板上，所述运动模块组件包括步进电机、水平的导向固定板和竖直的固定支架和步进电机，所述导向固定板的底端固设有两个导座，两个所述导座分别与两个所述导轨滑动配合，所述固定支架与所述导向固定板的一端固连，且一个所述导座位于另一个导座与所述固定支架之间，所述步进电机固设在所述固定支架上，所述步进电机的输出轴朝下且固设有齿轮，所述底板上固设有与所述竖板平行且与所述齿轮啮合的齿条，所述固定支架的底端固设有挡板，所述底板上固设有两个沿所述竖板的长度方向排列的光电开关，所述挡板能够挡柱并触发任意一个所述光电开关；两个所述竖板之间的间隔内设置有两个恒温控制模块，两个所述恒温控制模块分别位于所述间隔的两端，两个所述光电开关与两个所述恒温控制模块一一对应，且一个所述恒温控制模块为高温控制模块，另一个所述恒温控制模块为低温控制模块；

所述微流控PCR板运动组件包括固定框，所述固定框上可拆卸连接有微流控PCR板固定盒，所述微流控PCR板固定盒中设置有微流控PCR板；所述固定框与所述导向固定板之间通过若干个连接组件连接，所述连接组件包括设置在所述导向固定板上的直线轴承和底端与所述固定框固连的导向轴，且所述导向轴与所述直线轴承滑动配合；每个所述竖板朝向另一个所述竖板的侧壁上均设置有一个滑槽，两个所述滑槽相平，两个所述滑槽均与所述固定框滑动配合；所述滑槽的底面的高度起伏；所述恒温控制模块、所述步进电机和所述光电开关均与所述主控线路板电连接。

优选地，所述连接组件还包括套设在所述导向轴上的弹簧，所述弹簧的顶端抵在所述导向固定板的底面，所述弹簧的底端抵在所述固定框的顶面。

优选地，所述滑槽的底面的高度中间高、两端低。

优选地，所述恒温控制模块包括导热金属块、温度传感器、半导体制冷片和散热器，所述温度传感器用导热胶固封在所述导热金属块的预留孔内，所述半导体制冷片设置于所述散热器的方形凹槽内，所述导热金属块设置于所述散热器的顶部，且所述微流控PCR板能够与所述导热金属块的顶面紧密贴合，所述温度传感器通过信号线与所述主控线路板电连接。

优选地，所述导热金属块的材料为黄铜或铝，所述半导体制冷片的尺寸为40mm*40mm，所述散热器的材料为氧化铝。

优选地，所述导座通过固定螺钉与所述导向固定板连接，所述固定螺钉为塑料尼龙螺钉；所述固定框对应两个所述滑槽分别设置有一个滚轮，所述滚轮通过滚轮支架与所述导向固定板连接，所述滚轮能够在对应的所述滑槽中运动。

优选地，所述固定盒包括转动连接的上盒与下盒，所述下盒中设置有两个硅胶垫，所述上盒的边缘设置有两个锁扣。

优选地，两个所述竖板的底部均设置有空缺部。

本实用新型双温区PCR扩增装置相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型双温区PCR扩增装置的灵敏度高、一致性好，升降温速度快，且检测时间短。本实用新型双温区PCR扩增装置减少了升降温带来的时间损失及温度波动，大大降低功耗，无需风扇进行辅助散热，结构更加紧凑，从而大大缩短了PCR扩增时间，提高了PCR检测的灵敏度、重复性，并降低了装置的功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型双温区PCR扩增装置的结构示意图一；

图2为本实用新型双温区PCR扩增装置的结构示意图二；

图3为本实用新型双温区PCR扩增装置中恒温控制模块的结构示意图；

图4为本实用新型双温区PCR扩增装置的部分结构示意图；

图5为本实用新型双温区PCR扩增装置中微流控PCR板运动组件的结构示意图；

图6为本实用新型双温区PCR扩增装置中微流控PCR板固定盒的结构示意图；

图7为本实用新型双温区PCR扩增装置与传统PCR仪灵敏度检测的电泳结果对比图，其中上1，100bp DNA Marker；上2-9依次为20ng/μL、4ng/μL、0.8ng/μL、0.16ng/μL、0.032ng/μL待测样本传统PCR仪扩增产物；下1，100bp DNA Marker；下2-9依次为20ng/μL、4ng/μL、0.8ng/μL、0.16ng/μL、0.032ng/μL待测样本双温区PCR仪扩增产物；

图8为本实用新型双温区PCR扩增装置与传统PCR仪灵敏度检测的电泳结果对比图，其中左侧5个孔道为传统PCR仪扩增产物，右侧5个孔道为双温区PCR仪扩增产物，中间孔道为100bp DNAMarker；

其中：1-底板，2-主控线路板，3-第一竖板，4-第一恒温控制模块，5-滑槽，6-第二竖板，7-微流控PCR板运动组件，8-微流控PCR板固定盒，9-运动模块组件，10-滚轮，11-第二恒温控制模块，12-挡板，13-齿轮，14-步进电机，15-齿条，16-光电开关，17-散热器，18-固定螺钉，19-半导体制冷片，20-温度传感器，21-导热金属块，22-直线轴承，23-导向固定板，24-滚轮支架，25-固定框，26-弹簧，27-导向轴，28-微流控PCR板，29-上盒，30-第一硅胶垫，31-下盒，32-第一锁扣，33-第二锁扣，34-第二硅胶垫，35-固定支架，36-按压式微型弹性碰珠锁扣，37-导轨，38-导座。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种双温区PCR扩增装置，以解决上述现有技术存在的问题，提高PCR装置的升降温速度，缩短PCR扩增装置的检测时间，提高灵敏度和一致性。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1-6所示：本实施例双温区PCR扩增装置包括底板1、主控线路板2、运动模块组件9和微流控PCR板28运动组件7。其中，主控线路板2固设在底板1上，主控线路板2由PLC模块DVP28SA2110T和温度控制模块DVP02TUN-S构成。

底板1上安装有两个相互平行、相对且间隔设置的竖板，分别为第一竖板3和第二竖板6，两个竖板的顶端高度相同且均设置有水平的导轨37，运动模块组件9包括步进电机14、水平的导向固定板23和竖直的固定支架35和步进电机14，导向固定板23的底端固设有两个导座38，导座38通过固定螺钉18与导向固定板23连接，固定螺钉18为塑料尼龙螺钉；两个导座38分别与两个导轨37滑动配合，固定支架35与导向固定板23的一端固连，且一个导座38位于另一个导座38与固定支架35之间，步进电机14固设在固定支架35上，步进电机14的输出轴朝下且固设有齿轮13，底板1上固设有与竖板平行且与齿轮13啮合的齿条15，固定支架35的底端固设有挡板12，底板1上固设有两个沿竖板的长度方向排列的光电开关16，挡板12能够挡柱并触发任意一个光电开关16，优选槽型光电开关；

两个竖板之间的间隔内设置有两个恒温控制模块，分别为第一恒温控制模块4和第二恒温控制模块11，两个恒温控制模块分别位于间隔的两端，且一个恒温控制模块为高温控制模块，另一个恒温控制模块为低温控制模块；每个恒温控制模块均包括导热金属块21、温度传感器20、半导体制冷片19和散热器17，温度传感器20用导热胶固封在导热金属块21的预留孔内，半导体制冷片19设置于散热器17的方形凹槽内，导热金属块21设置于散热器17的顶部，且微流控PCR板28能够与导热金属块21的顶面紧密贴合，温度传感器20通过信号线与主控线路板2电连接。导热金属块21的材料为黄铜或铝，导热性高，提高微流控PCR板28的升降温速度；半导体制冷片19的尺寸为40mm*40mm，散热器17为型材散热器和插片散热器，散热器17的材料为氧化铝。

两个光电开关16的位置与两个恒温控制模块的位置一一对应，从而通过光电开关16的设置位置控制步进电机14运动位置，当挡板12运动到光电开关16位置、挡柱光电开关16而触发光电开关16时，主控电路板控制步进电机14停止运动，从而使微流控PCR板28能够精准地停留在两个恒温控制模块的导热金属块21的表面上。

微流控PCR板28运动组件7包括固定框25，固定框25上可拆卸连接有微流控PCR板28固定盒8，固定框25内设有按压式微型弹性碰珠锁扣36，微流控PCR板28固定盒8上部设有箭头形状锁头，根据箭头方向塞入固定框25内，锁头与按压式微型弹性碰珠锁扣36自动锁牢；微流控PCR板28固定盒8中设置有微流控PCR板28，固定盒包括转动连接的上盒29与下盒31，下盒31中设置有两个硅胶垫，分别为第一硅胶垫30和第二硅胶垫34，上盒29的边缘设置有两个锁扣，分别为第一锁扣32和第二锁扣33，微流控PCR板28设置在上盒29和下盒31之间；固定框25与导向固定板23之间通过若干个连接组件连接，连接组件包括设置在导向固定板23上的直线轴承22、底端与固定框25固连的导向轴27及套设在导向轴27上的弹簧26，弹簧26的顶端抵在导向固定板23的底面，弹簧26的底端抵在固定框25的顶面，且导向轴27与直线轴承22滑动配合；每个竖板朝向另一个竖板的侧壁上均设置有一个滑槽5，两个滑槽5相平，两个滑槽5均与固定框25滑动配合，固定框25对应两个滑槽5分别设置有一个滚轮10，滚轮10通过滚轮支架24与导向固定板23连接，滚轮10能够在对应的滑槽5中运动。

滑槽5的底面的高度起伏，在本实施中滑槽5的底面的高度中间高、两端低，当微流控PCR板28运动组件7运动到滑槽5的两端位置时在自身重力和弹簧26的弹力的作用下与温度控制模块中的导热金属块21紧密贴合；恒温控制模块、步进电机14和光电开关16均与主控线路板2电连接。

在本实施例中，两个竖板的底部均设置有空缺部，以节约竖板的用料并减小装置的整体重量。

本实施例双温区PCR扩增装置的使用过程如下：

首先将微流控PCR板28放入微流控PCR板28固定盒8内，再将微流控PCR固定盒插入固定框25内，通过弹性碰珠锁扣自动扣住微流控PCR固定盒，通过电脑操作启动主控线路板2工作，使步进电机14转动，安装在步进电机14轴上的齿轮13与齿条15配合做直线远动，带动运动模块组件9也做直线运动，滚轮10沿着运动轨迹平面滚动，使微流控PCR板28运动组件7通过弹簧26压缩和伸长而上下运动，在光电开关16的作用下，在两个恒温加热模块导热金属块21面上停顿加热和冷却，主控线路板2控制微流控PCR运动组件在95℃和60℃两个恒温控制模块间快速切换，从而实现微流控PCR板28中的样品试剂的PCR扩增，并将温度、扩增时间、循环数等数据传递到计算机进行计算处理，从而完成整个PCR扩增过程。

双温区PCR扩增装置与传统PCR仪时间对比：针对艰难梭菌tcdA基因(扩增片段长度为369bp)设计一对引物，引物序列：上游引物tcdA1F:5'-AGATTCCTATATTTACATGACAATAT-3'(SEQIDNO：1)，下游引物tcdA1R:5'-GTATCAGGCATAAAGTAATATACTTT-3'(SEQIDNO：2)。配制反应体系为：PremixExTaqHS12.5μL，Nuclease-freewater8.5μL，tcdA-F1μL，tcdA-R1μL。艰难梭菌临床样本培养物使用Qiagen核酸提取试剂盒(货号：51306)提取核酸，并标定稀释至核酸浓度为20ng/μL，作为待测样本。

使用本实用新型的双温区PCR扩增装置和Bio-RadC1000PCR仪(Bio-Rad公司)同时进行PCR扩增反应。其中双温区PCR扩增装置，反应体系的体积为9μl，分别加入1μl待测样本，扩增条件为预启动95℃8s，95℃7s，60℃20s，40个循环；Bio-RadC1000PCR仪，反应体系的体积为25μl，分别加入2μl待测样本，扩增条件为预启动95℃15min，94℃30s，52℃30s，72℃40s，35个循环，72℃5min。PCR扩增完成，双温区PCR扩增装置的扩增时间为20min，Bio-RadC1000PCR仪的扩增时间为106min，双温区PCR扩增装置扩增时间远短于Bio-RadC1000PCR仪。

双温区PCR扩增装置与传统PCR仪灵敏度检测的电泳结果对比：

艰难梭菌临床样本培养物使用Qiagen核酸提取试剂盒(货号：51306)提取核酸，标定并梯度稀释至核酸浓度为20ng/μL、4ng/μL、0.8ng/μL、0.16ng/μL、0.032ng/μL，作为待测样本，使用本实用新型的双温区PCR扩增装置和Bio-RadC1000PCR仪(Bio-Rad公司)同时进行PCR扩增反应，反应体系及扩增条件同实施例二。

所有PCR扩增产物经1.5％的琼脂糖凝胶电泳检测，电泳结果(参见附图6)。从图7所示的结果可以看出，双温区PCR扩增装置和Bio-RadC1000PCR仪针对艰难梭菌tcdA基因的检测灵敏度均为0.16ng/μL，双温区PCR扩增装置检测灵敏度与Bio-RadC1000PCR仪一致。

双温区PCR扩增装置与传统PCR仪重复性检测的电泳结果对比：

艰难梭菌临床样本培养物使用Qiagen核酸提取试剂盒(货号：51306)提取核酸，标定并稀释至核酸浓度为20ng/μL，作为待测样本，使用本实用新型的双温区PCR扩增装置和Bio-RadC1000PCR仪(Bio-Rad公司)同时进行PCR扩增反应，样本各做5次重复，反应体系及扩增条件同实施例二。所有PCR扩增产物经1.5％的琼脂糖凝胶电泳检测，电泳结果(参见附图8)。从图8所示的结果可以看出，双温区PCR扩增装置与Bio-RadC1000PCR仪针对艰难梭菌tcdA基因各5个复孔结果均为阳性且亮度基本一致，双温区PCR扩增装置检测重复性与Bio-RadC1000PCR仪一致。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本说明书中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (8)

1.一种双温区PCR扩增装置，其特征在于：包括底板、主控线路板、运动模块组件和微流控PCR板运动组件，所述底板上安装有两个相互平行、相对且间隔设置的竖板，两个所述竖板的顶端高度相同且均设置有水平的导轨，所述主控线路板固设在所述底板上，所述运动模块组件包括步进电机、水平的导向固定板和竖直的固定支架和步进电机，所述导向固定板的底端固设有两个导座，两个所述导座分别与两个所述导轨滑动配合，所述固定支架与所述导向固定板的一端固连，且一个所述导座位于另一个导座与所述固定支架之间，所述步进电机固设在所述固定支架上，所述步进电机的输出轴朝下且固设有齿轮，所述底板上固设有与所述竖板平行且与所述齿轮啮合的齿条，所述固定支架的底端固设有挡板，所述底板上固设有两个沿所述竖板的长度方向排列的光电开关，所述挡板能够挡柱并触发任意一个所述光电开关；两个所述竖板之间的间隔内设置有两个恒温控制模块，两个所述恒温控制模块分别位于所述间隔的两端，两个所述光电开关与两个所述恒温控制模块一一对应，且一个所述恒温控制模块为高温控制模块，另一个所述恒温控制模块为低温控制模块；

所述微流控PCR板运动组件包括固定框，所述固定框上可拆卸连接有微流控PCR板固定盒，所述微流控PCR板固定盒中设置有微流控PCR板；所述固定框与所述导向固定板之间通过若干个连接组件连接，所述连接组件包括设置在所述导向固定板上的直线轴承和底端与所述固定框固连的导向轴，且所述导向轴与所述直线轴承滑动配合；每个所述竖板朝向另一个所述竖板的侧壁上均设置有一个滑槽，两个所述滑槽相平，两个所述滑槽均与所述固定框滑动配合；所述滑槽的底面的高度起伏；所述恒温控制模块、所述步进电机和所述光电开关均与所述主控线路板电连接。

2.根据权利要求1所述的双温区PCR扩增装置，其特征在于：所述连接组件还包括套设在所述导向轴上的弹簧，所述弹簧的顶端抵在所述导向固定板的底面，所述弹簧的底端抵在所述固定框的顶面。

3.根据权利要求1所述的双温区PCR扩增装置，其特征在于：所述滑槽的底面的高度中间高、两端低。

4.根据权利要求1所述的双温区PCR扩增装置，其特征在于：所述恒温控制模块包括导热金属块、温度传感器、半导体制冷片和散热器，所述温度传感器用导热胶固封在所述导热金属块的预留孔内，所述半导体制冷片设置于所述散热器的方形凹槽内，所述导热金属块设置于所述散热器的顶部，且所述微流控PCR板能够与所述导热金属块的顶面紧密贴合，所述温度传感器通过信号线与所述主控线路板电连接。

5.根据权利要求4所述的双温区PCR扩增装置，其特征在于：所述导热金属块的材料为黄铜或铝，所述半导体制冷片的尺寸为40mm*40mm，所述散热器的材料为氧化铝。

6.根据权利要求1所述的双温区PCR扩增装置，其特征在于：所述导座通过固定螺钉与所述导向固定板连接，所述固定螺钉为塑料尼龙螺钉；所述固定框对应两个所述滑槽分别设置有一个滚轮，所述滚轮通过滚轮支架与所述导向固定板连接，所述滚轮能够在对应的所述滑槽中运动。

7.根据权利要求1所述的双温区PCR扩增装置，其特征在于：所述固定盒包括转动连接的上盒与下盒，所述下盒中设置有两个硅胶垫，所述上盒的边缘设置有两个锁扣。

8.根据权利要求1所述的双温区PCR扩增装置，其特征在于：两个所述竖板的底部均设置有空缺部。

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