CN213951212U - 一种快速核酸检测仪温场校准装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种快速核酸检测仪温场校准装置，包括主板，所述主板呈矩形，所述主板上设有控制单元和采样单元；其中，所述控制单元位于主板上；其中，所述采样单元位于主板底部；其中，所述采样单元呈扁平状；其中，所述采样单元和控制单元电连接；其中，所述采样单元包括设置在主板底部的外壳、设置在外壳底部的金属壳、设置在金属壳上的感温元件。本实用新型能够用来校准采用扁平通用PCR耗材的快速核酸检测仪温场，包括其控温准确性、最大升温速率、最大降温速率、平均升温速率、平均降温速率。可单个或多个组合使用，检测含有单个或多个加热模块的快速核酸检测仪。

Description

一种快速核酸检测仪温场校准装置

技术领域

本实用新型涉及快速核酸检测仪（快速PCR）温度检测技术领域，特别涉及一种快速核酸检测仪温场校准装置，尤其是一种基于荧光定量PCR技术的快速核酸检测仪的温场校准装置。

背景技术

普通聚合酶链式反应 (polymerase chain reaction,PCR)仪进行核酸检测的流程需要进行单独处理的灭活、核酸提取、核酸释放、逆转录、PCR扩增等步骤。与普通核酸检测设备相比，快速核酸检测仪（快速PCR）作为核酸检测类point-of-care testing（即时检验，以下简称POCT）设备，在保证 PCR反应特异性、灵敏性和保真度的前提下, 在更短时间内完成对核酸分子的扩增，它将多步骤的核酸检测方法整合到一个设备，用户只需要将样本加入该设备，即可由快速核酸检测仪自动完成余下的全部检测步骤，简化了传统核酸检测。在新冠肺炎的快速核酸检测中，将核酸释放、逆转录、PCR扩增步骤简化为同时运行，合并了可缩减PCR步骤所需时间来完成更快的扩增，且不会影响扩增产量和效率，在一套设备里即可完成核酸提取、扩增的全部过程，目前临床检测结果准确，操作简单，方便快捷，自动化程度高，大大缩短了检测时间，提升检测效率，在传染病疫情防控核酸检测及法医检测等需要缩短检测时间、提高检测效率的领域快速核酸检测仪在核酸检测中得到了广泛应用。

常规荧光定量PCR仪的平均升温速率一半为（2～4）℃/s，降温速率一般为（1.5～3）℃/s。快速核酸检测仪的最大升温速率可达到（6～12）℃/s，最大降温速率可达到（6～8）℃/s，使得在（8～15）分钟内即可完成标准的30个基因扩增循环。控温准确性和升降温速率准确性对快速核酸检测仪检测结果影响很大，直接决定最终核酸检测结果是否可靠。

但是，目前市面上普遍的PCR温度校准装置普遍采样频率为2.Hz，快速核酸检测仪要求采样频率至少＞5Hz，由于采用扁平通用PCR耗材的快速核酸检测仪温场模块形状特殊，目前市面上没有能够适用于模块形状的温度检测装置，现有技术形状及尺寸无法满足快速核酸检测仪温场校准需求。而且由于快速核酸检测仪升降温速率很快，对温度检测/校准装置的动态响应时间要求很高，现有技术不能满足温度校准要求。

目前对快速核酸检测仪进行检测或质量控制，只能采用标准物质或样品进行质量控制，耗费时间长，认为引入误差大，且如果出现失控结果，无法判断是由温控不准确引起的，还是升降温速率不足引起的或其他光路系统有问题引起的，无法对快速核酸检测仪进行有效评估。

发明内容

本实用新型的目的在于至少部分地克服现有技术的缺陷，提供一种快速核酸检测仪温场校准装置。

本实用新型的目的还在于提供一种快速核酸检测仪温场校准装置，能够实现对快速核酸检测仪（快速PCR仪）的温场检测，保障快速核酸检测的准确可靠。

本实用新型的目的还在于提供一种快速核酸检测仪温场校准装置，方便设备日常的质量控制，提高质量控制的准确性和效率。

为达到上述目的或目的之一，本实用新型的技术解决方案如下：

一种快速核酸检测仪温场校准装置，包括主板，所述主板呈矩形，所述主板上设有控制单元和采样单元；

其中，所述控制单元位于主板上；

其中，所述采样单元位于主板底部；

其中，所述采样单元呈扁平状；

其中，所述采样单元和控制单元电连接；

其中，所述采样单元包括设置在主板底部的外壳、设置在外壳底部的金属壳、设置在金属壳上的感温元件。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述控制单元包括设置在主板内的电路板、设置在主板上的电源、设置在主板上的天线、设置在主板上的控制开关。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述控制开关和天线分别位于电源的两侧。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述主板的一对相对的边沿设有弧形槽便于拿取。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述金属壳呈三角形。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述金属壳顶部长度与外壳底部长度相匹配。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述金属壳底部尖端处设有凸块，所述感温元件设置在凸块上方位置处。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述控制单元采用高速数模转换的ADC搭配中央控制器的搭配方式。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述感温元件采用高精度热敏电阻。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述感温元件与金属部分通过高导热系数的导热硅脂固定，所述外壳与金属壳用胶固定。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述通讯采用ZigBee通讯方式。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述采样单元与快速核酸检测仪扁平通用PCR耗材尺寸一致。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述金属壳选用纯金、纯银、纯铝或紫铜镀金材料。

根据本实用新型的一个优选实施例，所述控制单元具有无线通讯功能和存储功能。

本实用新型的有益效果：本实用新型能够实现对快速核酸检测仪（快速PCR仪）的温场检测，包括其控温准确性、最大升温速率、最大降温速率、平均升温速率、平均降温速率，保障快速核酸检测的准确可靠；而且本装置能够自由组合对快速核酸检测仪多个独立模块进行温度检测，方便设备日常的质量控制，提高质量控制的准确性和效率。

本实用新型主板形状适配于不同空间的快速核酸检测仪；电路部分采用高速数模转换的ADC搭配中央控制器的搭配方式，实现高速采集的电路功能设计，完成快速数据的转换与存储功能；该装置具有无线通讯功能，能够实时地将采集到的温度数据显示在软件上，该装置具有存储功能，存储容量大于5万个，可存储在装置内部，在测量结束后进行读取，并对读取的数据进行分析。

附图说明

为了易于理解本实用新型的技术方案，本实用新型参照下述的具体实施例及附图进行详细描述。

图1为本实用新型的方形主板结构示意图；

图2为本实用新型的三角形主板结构示意图；

图3为本实用新型的方形主板结构俯视图；

图4为本实用新型的三角形主板结构俯视图；

图5为本实用新型的主视图；

图6为本实用新型的单个使用状态示意图；

图7为本实用新型的多个单独使用状态示意图；

图8为本实用新型的多个组合使用状态示意图；

图9为本实用新型采用ZigBee通讯连接状态示意图。

1-主板；2-外壳；3-金属壳；4-感温元件；5-电源；6-天线；7-控制开关；8-弧形槽；9-凸块。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本实用新型的示例性的实施例，其中相同或相似的标号表示相同或相似的元件。另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

如图1至图9所示，本具体实施方式采用以下技术方案：一种快速核酸检测仪温场校准装置，包括主板1，所述主板1呈矩形，所述主板1上设有控制单元和采样单元；其中，所述控制单元位于主板1上；其中，所述采样单元位于主板1底部；其中，所述采样单元呈扁平状；其中，所述采样单元和控制单元电连接；其中，所述采样单元包括设置在主板1底部的外壳2、设置在外壳2底部的金属壳3、设置在金属壳3上的感温元件4。

其中，所述控制单元包括设置在主板1内的电路板、设置在主板1上的电源5、设置在主板1上的天线6、设置在主板1上的控制开关7；所述控制开关7和天线6分别位于电源5两侧；所述主板1的一对相对的边沿设有弧形槽8便于拿取；所述金属壳3呈三角形；所述金属壳3顶部长度与外壳2底部长度相匹配；所述金属壳3底部尖端处设有凸块9，所述感温元件4设置在凸块9上方位置处；所述控制单元采用高速数模转换的ADC搭配中央控制器的搭配方式；所述感温元件4采用高精度热敏电阻；所述感温元件4与金属部分通过高导热系数的导热硅脂固定，所述外壳2与金属壳3用胶固定；所述通讯采用ZigBee通讯方式；所述采样单元与快速核酸检测仪扁平通用PCR耗材尺寸一致；所述金属壳3选用纯金、纯银、纯铝或紫铜镀金材料；所述控制单元具有无线通讯功能和存储功能。

本实用新型的使用状态为：本装置主板1呈矩形，天线6设置在主板1一侧，控制开关7设置在电源5的与天线6相对的一侧，主板1可设置成三角形状，天线6和控制开关7所处位置在三角形主板1最长边的相对两端，减少信号干扰，主板1上设有控制单元和采样单元，控制单元包括电路板、电源5和控制开关7组成。

主板1集成了电源5、天线6、控制开关7及电路板。电源5采用纽扣电池或可充电纽扣电池。主板1形状有长方形和三角形两种，分别适配不同空间的快速核酸检测仪。

通讯采用ZigBee通讯方式，如图9所示，软件平台可以是PC或Android系统的手机或Pad移动终端，通过ZigBee跟系统连接，如图9所示，实现控制，设置读取数据，以及实时数据观测的双向工作模式。采用ZigBee通讯方式实现同时可控制一个或多个本实用新型。

采样单元部分由感温元件4，金属壳3和外壳2组成，外壳2为PEEK外壳，采样单元整体形状采用扁平设计，与快速核酸检测仪扁平通用PCR耗材尺寸一致，实现温度的准确测量。尺寸一致，以保证采样单元能够和被测快速核酸检测仪加热模块紧密贴合，精确匹配各类采用通用扁平PCR耗材的快速核酸检测仪，避免热损失，模拟快速核酸检测仪实际检测工况，确保测量结果精准可靠。

感温元件4采用高精度热敏电阻，金属部分选用纯金、纯银、纯铝或紫铜镀金材料，感温元件4与金属部分通过高导热系数的导热硅脂固定。探头的外壳2部分与金属部分用胶固定。为保证感温元件测量准确性，采用5点6短的分段线性内插修正法对数据进行修正。

电路部分采用高速数模转换的ADC搭配中央控制器的搭配方式，实现高速采集的电路功能设计，完成快速数据的转换与存储功能。高速数模转换的ADC搭配中央控制器的搭配方式采用兼具低噪声（40nVrms）和低功耗（400uA）的24位ADC实现低功耗告诉数模能力及分配设计，在保证温度精度的条件下，设置ADC每秒采集48次，1组ADC和1组开关搭建采集模块，每组对接一个感温端，感温端每采集4次计算1个平均值过滤掉文波和其他类干扰，进而系统可最高实现每秒输出12次采集值，实现采样频率（4~12）Hz。

ADC采用3 V单电源供电，由于纽扣电池内阻会导致输入压力的较大波动，因此选用高性能降压电源芯片，其功耗电流仅400 μA。同时噪声只有40 nVrms，实现系统的低功耗性。ADC 自动控制电流开关，当转换完成，电流源自动关闭，功耗降到最低，芯片有自动睡眠功能，转换完成自动进入低功耗模式，最大值1μA。实现系统最终功耗在30μA以内。

该装置具有无线通讯功能和存储功能，能够实时地将采集到的温度数据显示在软件上，同时存储在装置内部，存储容量大于五万个，可在测量结束后进行读取，并对读取的数据进行分析。软件可实现对标时间坐标轴和温度坐标轴显示数据曲线刷新，刷新频率为（4~12）Hz，实时计算显示采集所有数据，程序开始时间、剩余时间、时钟信息。将测试完的数据进行无线射频读取后，用数据点以时刻点及及相关所有信息进行二进制的方式编码输出到特定格式的数据文件中，生成数据文件，可进行存储或再解析。可实现将数据信息转录成Excel或CSV文件。软件可将历史数据的数据文件再次导入软件，进行再次的解析数据和曲线，分析编辑和生成报告。

装置启动后放置于快速核酸检测仪的模块中，可实时监测快速核酸检测仪的温场变化，并将数据实时发送到软件中。同时，数据也可以被存储在装置内，后续可读取进行处理分析，以评价快速核酸检测仪的温场情况，包括控温准确性、最大升温速率、最大降温速率、平均升温速率、平均降温速率，温度测量范围（0~120）℃，精度±0.01℃，采样频率（4~12）Hz。

本实用新型可单独或多个同时使用，也可多个连接同时使用，方便多个同时拿取，检测含有单个或多个加热模块的快速核酸检测仪。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点，本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种快速核酸检测仪温场校准装置，包括主板（1），其特征在于，所述主板（1）呈矩形，所述主板（1）上设有控制单元和采样单元；

其中，所述控制单元位于主板（1）上；

其中，所述采样单元位于主板（1）底部；

其中，所述采样单元整体呈扁平状；

其中，所述采样单元和控制单元电连接；

其中，所述采样单元包括设置在主板（1）底部的外壳（2）、设置在外壳（2）底部的金属壳（3）、设置在金属壳（3）上的感温元件（4）。

2.根据权利要求1所述的一种快速核酸检测仪温场校准装置，其特征在于，所述控制单元包括设置在主板（1）内的电路板、设置在主板（1）上的电源（5）、设置在主板（1）上的天线（6）、设置在主板（1）上的控制开关（7）。

3.根据权利要求2所述的一种快速核酸检测仪温场校准装置，其特征在于，所述控制开关（7）和天线（6）分别位于电源（5）的两侧。

4.根据权利要求1所述的一种快速核酸检测仪温场校准装置，其特征在于，所述主板（1）的一对相对的边沿设有弧形槽（8）便于拿取。

5.根据权利要求1所述的一种快速核酸检测仪温场校准装置，其特征在于，所述金属壳（3）呈三角形。

6.根据权利要求1所述的一种快速核酸检测仪温场校准装置，其特征在于，所述金属壳（3）顶部长度与外壳（2）底部长度相匹配。

7.根据权利要求1所述的一种快速核酸检测仪温场校准装置，其特征在于，所述金属壳（3）底部尖端处设有凸块（9），所述感温元件（4）设置在凸块（9）上方位置处。

8.根据权利要求2所述的一种快速核酸检测仪温场校准装置，其特征在于，所述控制单元采用高速数模转换的ADC搭配中央控制器的搭配方式。

9.根据权利要求1所述的一种快速核酸检测仪温场校准装置，其特征在于，所述感温元件（4）采用高精度热敏电阻。

10.根据权利要求1所述的一种快速核酸检测仪温场校准装置，其特征在于，所述感温元件（4）与金属部分通过高导热系数的导热硅脂固定，所述外壳（2）与金属壳（3）用胶固定。

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