CN216237067U - 温控装置和pcr反应检测系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种温控装置和PCR反应检测系统，本申请的温控装置，包括：半导体制冷机构、导温件、至少一个加热件和至少一个冷却件，半导体制冷机构具有第一工作面和第二工作面；导温件设于第二工作面；加热件设于导温件，用于对导温件进行加热；冷却件设于导温件或设于导温件的一侧，用于对导温件进行冷却。故本申请可以通过加热件和冷却件控制导温件的温度来调控第一工作面和第二工作面的温差，从而可以加快半导体制冷机构的升降温速度，缩短了PCR检测的时间，降低了实施难度，提高了PCR检测的精度。

Description

温控装置和PCR反应检测系统

技术领域

本申请涉及基因检测领域，具体而言，涉及一种温控装置和PCR反应检测系统。

背景技术

在医疗诊断、疾控、食品安全、科学研究等领域中应用较为广泛的是基于聚合酶链式扩增反应(PCR)原理的检测技术。其检测过程由PCR扩增和扩增反应产物检测两部分组成。其中，根据试剂温度是否恒定，PCR扩增可以分为等温扩增技术及变温扩增技术；根据信号采集时间，则扩增反应产物检测可以分为传统PCR检测技术和荧光定量PCR检测技术。在实际应用过程中，由于基于变温扩增技术的荧光定量PCR检测技术，使用效果较好，从而被推为主流。

现有技术中，基于变温扩增技术的荧光定量PCR检测技术的检测过程是：在扩增反应过程中使试剂在两个或两个以上温度点做循环，并在每个扩增循环中检测扩增产物，依序将每个循环的信号读数拟合成扩增曲线，使用特定计算方法判断试剂中是否含有目标扩增产物，计算其含量。

因此，对试剂的温度控制是影响PCR检测的重要因素，若温度变化速度较慢，控制精度较低，则会延长PCR检测的时间，提高实施难度，降低PCR检测的精度。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种温控装置和PCR反应检测系统，其能够加快升降温速度。

本申请的实施例是这样实现的：

第一方面，本申请提供一种温控装置，包括：半导体制冷机构、导温件、至少一个加热件和至少一个冷却件，半导体制冷机构具有第一工作面和第二工作面；导温件设于第二工作面；加热件设于导温件，用于对导温件进行加热；冷却件设于导温件或设于导温件的一侧，用于对导温件进行冷却。

于一实施例中，导温件具有成相对设置的第一表面和第二表面以及成相对设置的第三表面和第四表面；导温件上设有至少一个贯穿第一表面和第二表面的散热通道，冷却件为风冷件，冷却件的出风方向为朝向散热通道；加热件设有多个，多个加热件设于第三表面和/或第四表面。

于一实施例中，加热件为加热膜，贴设于导温件的外表面。

于一实施例中，加热件为加热棒。

于一实施例中，半导体制冷机构包括一个半导体制冷器。

于一实施例中，半导体制冷机构包括多个串联设置的半导体制冷器。

于一实施例中，温控装置还包括：第一测温件、第二测温件和控制机构，第一测温件设于导温件，且为靠近第二工作面设置，用于检测导温件的温度；第二测温件设于第一工作面，或为靠近第一工作面设置，用于检测第一工作面的温度；控制机构电性连接第一测温件、第二测温件、半导体制冷机构、加热件和冷却件。

第二方面，本申请提供一种PCR反应检测系统，包括：PCR反应装置和温控装置，温控装置为前述实施方式任一项的温控装置；PCR反应装置设于第一工作面。

于一实施例中，PCR反应装置包括：框架和两个密封膜，框架为扁平形状，具有两个成相对设置的扁平侧面；两个密封膜分别连接于两个扁平侧面。

于一实施例中，PCR反应装置包括：框架和一个密封膜，框架为扁平形状，具有两个成相对设置的扁平侧面；一个密封膜连接于一个扁平侧面。

于一实施例中，框架上设有进样口和排气孔。

于一实施例中，两个扁平侧面分别为第一扁平侧面和第二扁平侧面，密封膜设于第一扁平侧面，第一扁平侧面上还设有流道槽和反应区，透光检测窗口设于第二扁平侧面。

于一实施例中，PCR反应检测系统还包括：均温块，均温块具有相互连通的安装孔和通光孔；其中，PCR反应装置穿设于安装孔内，并通过均温块与第一工作面连接；PCR反应装置上设有与通光孔对应的透光检测窗口。

于一实施例中，框架上还设有挡板，当PCR反应装置穿设于安装孔内时，挡板与均温块相抵，用于限制PCR反应装置的移动。

于一实施例中，安装孔为扁平形状，且密封膜与安装孔的内表面接触。

于一实施例中，透光检测窗口设于扁平侧面上。

于一实施例中，通光孔的轴线与安装孔的轴线成垂直设置，安装孔的轴线与第一工作面和扁平侧面均成平行设置。

于一实施例中，PCR反应检测系统还包括：检测装置，检测装置包括传感器和发光件；其中，发光件所发射的光通过通光孔和透光检测窗口射入后，经由PCR反应装置从通光孔和透光检测窗口射出至传感器。

本申请与现有技术相比的有益效果是：

本申请的温控装置可以应用于PCR反应检测系统，其通过采用半导体制冷机构对PCR反应装置进行温控，且本申请还在半导体制冷机构处设置了导温件，并通过加热件和冷却件对导温件的温度进行加热或者冷却，故本申请可以通过加热件和冷却件控制导温件的温度来调控第一工作面和第二工作面的温差，从而可以加快半导体制冷机构的升降温速度，缩短了PCR检测的时间，降低了实施难度，提高了PCR检测的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请一实施例示出的PCR反应检测系统的结构示意图。

图2为本申请一实施例示出的PCR反应检测系统的主视图。

图3为本申请一实施例示出的PCR反应检测系统的立体图。

图4为本申请一实施例示出的PCR反应检测系统的左视图。

图5为本申请一实施例示出的PCR反应装置的爆炸图。

图6为本申请一实施例示出的PCR反应装置的俯视图。

图7为本申请一实施例示出的PCR反应检测系统的俯视图。

图标：1-PCR反应检测系统；200-检测装置；210-传感器；220-发光件；300-PCR反应装置；310-框架；311-第一扁平侧面；312-第二扁平侧面；313-透光检测窗口；314-流道槽；315-进样口；316-排气孔；317-反应区；318-挡板；320-密封膜；400-均温块；410-安装孔；420-通光孔；500-温控装置；510-半导体制冷机构；511-第一工作面；512-第二工作面；520-导温件；521-第一表面；522-第二表面；523-第三表面；524-第四表面；525-散热通道；530-加热件；540-冷却件；541-进风口；542-出风口；550-第一测温件；560-第二测温件；570-控制机构。

具体实施方式

术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，并不表示排列序号，也不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“左”、“右”、“上”、“下”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。

基因检测是一种医学检测技术，通过提取被检测者外周静脉血、组织以及其他体液中的核酸，通过检测设备对被检测者细胞中的DNA分子或者RNA分子信息进行分析，从而了解被检测者的基因信息，进而确定病因或患病风险。应理解，基因检测不限于对人体进行检测，还包括对动物、植物进行基因检测。

核酸提取为基因检测的前处理过程，根据已知核酸的序列，进行特异性的引物和探针设计，并将设计好的引物进行合成，以提取的核酸为模板进行荧光定量PCR实验，根据荧光信号来判断目标样本的阴阳性。核酸提取是基因检测的关键的一步，其获得的核酸质量直接影响到下游实验的成败。

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参照图1，其为本申请一实施例示出的PCR反应检测系统1的结构示意图。PCR反应检测系统1包括：PCR反应装置300、温控装置500和检测装置200；温控装置500与PCR反应装置300连接，用于控制PCR反应装置300的温度，检测装置200包括传感器210和发光件220，且设于PCR反应装置300的一侧，用于检测。

于一操作过程中，先将试剂放入PCR反应装置300中，通过温控装置500控制PCR反应装置300的试剂在多个温度点循环变化，同时令发光件220所发射的光射入PCR反应装置300，再经由PCR反应装置300射出至传感器210，实现基于变温扩增技术的荧光定量PCR检测。

请参照图2，其为本申请一实施例示出的PCR反应检测系统1的主视图。温控装置500包括：半导体制冷机构510，半导体制冷机构510具有第一工作面511和第二工作面512，第一工作面511和第二工作面512分别为主动面和基准面(冷面和热面)，其中，PCR反应装置300设于第一工作面511，从而可以通过采用半导体制冷机构510对PCR反应装置300进行温控。本实施例中，半导体制冷机构510包括一个半导体制冷器(即TEC半导体制冷片，ThermoElectric Cooler)。

于一其他的实施例中，半导体制冷机构510包括多个串联设置的半导体制冷器。半导体制冷器的个数可以是2个、3个、4个、5个等。例如：当半导体制冷机构510由2个半导体制冷器串联而成时，则第一个半导体制冷器的主动面作为半导体制冷机构510的第一工作面511，第一个半导体制冷器的基准面与第二半导体制冷器的主动面连接，第二个半导体制冷器的基准面作为半导体制冷机构510的第二工作面512。如此设置，可以相对提高功率，从而缩小了半导体制冷机构510整体体积。

温控装置500还包括：导温件520、至少一个加热件530和至少一个冷却件540。导温件520设于半导体制冷机构510的下方，且设于第二工作面512；加热件530设于导温件520，用于对导温件520进行加热；冷却件540设于导温件520或设于导温件520的一侧，用于对导温件520进行冷却。

其中，导温件520可以是散热器或金属块。加热件530可以是加热棒或加热膜。冷却件540可以是水冷件或者风冷件。本实施例中，冷却件540是风冷件，设于导温件520的一侧。加热件530是贴设于导温件520的外表面的加热膜，其具有薄、热容小、升温快、降温快、不容易造成温度过冲等优点。

本实施例还在半导体制冷机构510处设置了导温件520，并通过加热件530和冷却件540对导温件520的温度进行加热或者冷却，故本实施例可以通过加热件530和冷却件540控制导温件520的温度来调控第一工作面511和第二工作面512的温差，从而可以加快半导体制冷机构510的升降温速度，缩短了PCR检测的时间，降低了实施难度，提高了PCR检测的精度。

温控装置500还包括：第一测温件550、第二测温件560和控制机构570，第一测温件550设于导温件520，用于检测导温件520的温度；第二测温件560设于第一工作面511，或为靠近第一工作面511设置，用于检测第一工作面511的温度；控制机构570电性连接第一测温件550、第二测温件560、半导体制冷机构510、加热件530和冷却件540。

其中，控制机构570可以包括人机交互界面、通讯器和处理器等计算机设备。第一测温件550和第二测温件560可以是温度传感器210，第一测温件550可以为靠近第二工作面512设置。

需要说明的是，若第一工作面511的温度越低于第二工作面512的温度，半导体制冷机构510的工作效率就越低，当第一工作面511和第二工作面512之间达到允许的最大温差时，半导体制冷机构510的工作效率为0，第一工作面511的温度无法继续降低，并随第二工作面512的温度及环境温度一起变化。

但是，申请人经试验发现，当试剂需要加热时，半导体制冷机构510将导温件520的部分热能、半导体制冷机构510的部分电功耗传递给PCR反应装置300及试剂，半导体制冷机构510的第一工作面511温度逐渐低于第二工作面512温度，半导体制冷机构510工作效率逐渐降低，试剂升温速度减慢，直至全靠半导体制冷机构510本身的电功耗来加热。当试剂需要散热时，半导体制冷机构510将试剂及PCR反应装置300等的热能、半导体制冷机构510本身的电功耗传递给导温件520，这些热能最终传递给了环境空气，没有被充分利用。如此一来，每次调控试剂温度的循环都会有不少热能损失，而一般PCR反应需要进行35至50个循环，因此损失的热能较大。

故本实施例中第一测温件550和第二测温件560分别检测导温件520和第一工作面511的温度信息，并将其传输给控制机构570，由控制机构570根据温度信息控制半导体制冷机构510、加热件530和冷却件540，以调控第一工作面511和第二工作面512的温差。

在实际使用过程中，当导温件520的温度低于预设温度范围的低值时，控制机构570控制加热件530开始加热；当导温件520的温度高于预设温度范围的高值时，控制机构570控制冷却件540开始对导温件520制冷；其余时刻，控制机构570控制加热件530及冷却件540不工作。

故本实施例不要求导温件520的温度一定随PCR反应热循环一起周期性变化，而是令导温件520的温度维持在高于用户自定义温度或环境空气温度的一定范围之内。如此设置，由于给导温件520散热的冷却件540不是常开，减少了被导温件520带走的热能，降低了热能损失；由于加热件530可以对导温件520加热，试剂散热时排走的热能够存储在导温件520上，在下一个热循环试剂开始加热时，这部分热能通过导温件520和半导体制冷机构510又传递给了试剂，从而提高了总能效，降低了热能损失。故本实施例减少了第一工作面511和第二工作面512之间的温差，提高了半导体制冷机构510的工作效率，使得每次热循环中升温和降温的总时间减小。

PCR反应检测系统1还包括：均温块400，均温块400可以是铝等金属材质，均温块400上设有安装孔410，本实施例通过将PCR反应装置300的有效工作区域内设于均温块400的安装孔410中，PCR反应装置300通过均温块400与温控装置500的第一工作面511间接连接，从而可以减少了周围环境对PCR反应的影响。其中，第二测温件560可以设于均温块400上，且靠近第一工作面511设置。

于一其他的实施例中，PCR反应检测系统1不包括：均温块400，PCR反应装置300与温控装置500的第一工作面511直接连接。

请参照图3，其为本申请一实施例示出的PCR反应检测系统1的立体图。请参照图4，其为本申请一实施例示出的PCR反应检测系统1的左视图。导温件520具有成相对设置的第一表面521和第二表面522以及成相对设置的第三表面523和第四表面524。于一实施例中，导温件520可以为长方体结构。其中，将第一表面521指向第二表面522的方向定义为向右，将第三表面523指向第四表面524的方向定义为向前，从而定义“上下左右前后”六个方向。则第一表面521为导温件520的左表面，第二表面522为导温件520的右表面，第三表面523为导温件520的后表面，第四表面524为导温件520的前表面，导温件520的上表面与第二工作面512紧贴。

导温件520上设有至少一个散热通道525，散热通道525为贯穿第一表面521和第二表面522的槽，冷却件540为风扇和鼓风机等风冷件，具有出风口542和进风口541，出风口542的出风方向为朝向散热通道525。故散热通道525的设置可以加快对导温件520的冷却速度。本实施例中，散热通道525除贯穿第一表面521和第二表面522外，还贯穿导温件520的下表面。

加热件530的设置至少具有以下几种实现方式。第1种，加热件530设有一个，设于第三表面523；第2种，加热件530设有一个，设于第四表面524；第3种，加热件530设有两个以上，均设于第三表面523；第4种，加热件530设有两个以上，均设于第四表面524；第5种，加热件530设有两个，分别设于第三表面523和第四表面524；第6种，加热件530设有三个以上，均匀设于第三表面523和第四表面524；本实施例中，采用的是第5种方式，从而使得加热件530可以对导温件520均匀快速的加热，另外，加热件530设于第三表面523和第四表面524上，与冷却件540的出风方向相适应，利于冷却件540对导温件520和加热件530的快速降温。

请参照图5，其为本申请一实施例示出的PCR反应装置300的爆炸图。请参照图6，其为本申请一实施例示出的PCR反应装置300的俯视图。PCR反应装置300可以是PCR反应管，包括：刚性的框架310和柔性的密封膜320，框架310上设有进样口315和排气孔316，框架310为扁平形状，具有两个成相对设置的扁平侧面。两个扁平侧面为扁平形框架310面积最大的两个表面，分别为第一扁平侧面311和第二扁平侧面312。由于本实施例中框架310为扁平形状，相较于圆锥底管状，不仅可以加大与试剂与温控装置500的接触面积，从而加快了试剂的实际调温速度。

密封膜320设有一个，熔接于第一扁平侧面311，第一扁平侧面311上还设有半开放设置的流道槽314和反应区317。流道槽314和反应区317被密封膜320密封，以将试剂密封在PCR反应装置300中。且本实施例中，密封膜320只设于其中一个扁平侧面上，另一个扁平侧面具有足够的刚性和一致性，并在该扁平侧面上设置了透光检测窗口313，从而减少了PCR反应装置300之间的差异，提高了PCR反应装置300个体间检测窗口的一致性，降低了检测装置200的设计及制造难度。

第二扁平侧面312上为整体刚性结构，设有透光检测窗口313，用于透过检测装置200(如图1所示)中发光件220所发射的光。由于透光检测窗口313设于面积较大的，具有刚性的第二扁平侧面312上，检测装置200(如图1所示)中发光件220所发射的光能更好地照射在PCR反应装置300的反应区317的指定区域，容易实现更优的光学检测性能。

于一其他的实施例中，PCR反应装置300中的密封膜320设有两个，两个密封膜320分别连接于两个扁平侧面。

请参照图7，其为本申请一实施例示出的PCR反应检测系统1的俯视图。均温块400具有与安装孔410连通的通光孔420；通光孔420与PCR反应装置300的透光检测窗口313成对中关系。当检测装置200工作时，发光件220所发射的光通过通光孔420和透光检测窗口313射入后，经由PCR反应装置300从通光孔420和透光检测窗口313射出至传感器210。

安装孔410为与框架310相适应的扁平形状的左右贯穿孔，当PCR反应装置300的框架310穿设于安装孔410内时，密封膜320与安装孔410的内表面接触。其中，通光孔420的轴线与安装孔410的轴线成垂直设置，安装孔410的轴线与第一工作面511和扁平侧面均成平行设置。

框架310上还设有挡板318，当PCR反应装置300的框架310穿设于安装孔410内时，挡板318与均温块400相抵，用于限制PCR反应装置300的移动。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例中的特征可以相互结合。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种温控装置，其特征在于，包括：

半导体制冷机构，具有第一工作面和第二工作面；

导温件，设于所述第二工作面；

至少一个加热件，设于所述导温件，用于对所述导温件进行加热；以及

至少一个冷却件，所述冷却件设于所述导温件或设于所述导温件的一侧，用于对所述导温件进行冷却。

2.根据权利要求1所述的温控装置，其特征在于，所述导温件具有成相对设置的第一表面和第二表面以及成相对设置的第三表面和第四表面；

所述导温件上设有至少一个贯穿所述第一表面和所述第二表面的散热通道，所述冷却件为风冷件，所述冷却件的出风方向为朝向所述散热通道；

所述加热件设有多个，多个所述加热件设于所述第三表面和/或所述第四表面。

3.根据权利要求2所述的温控装置，其特征在于，所述加热件为加热膜或加热棒。

4.根据权利要求1所述的温控装置，其特征在于，所述半导体制冷机构包括一个半导体制冷器，

或者，所述半导体制冷机构包括多个串联设置的半导体制冷器。

5.根据权利要求1至4任一项所述的温控装置，其特征在于，还包括：

第一测温件，设于所述导温件，且为靠近所述第二工作面设置，用于检测所述导温件的温度；

第二测温件，设于所述第一工作面，或为靠近所述第一工作面设置，用于检测所述第一工作面的温度；以及

控制机构，电性连接所述第一测温件、第二测温件、半导体制冷机构、加热件和冷却件。

6.一种PCR反应检测系统，其特征在于，包括：

温控装置，为权利要求1至5任一项所述的温控装置；以及

PCR反应装置，设于所述第一工作面。

7.根据权利要求6所述的PCR反应检测系统，其特征在于，所述PCR反应装置包括：密封膜和框架，所述框架为扁平形状，具有两个成相对设置的扁平侧面；

其中，所述密封膜设有两个，分别连接于两个所述扁平侧面；或者，所述密封膜设有一个，连接于一个所述扁平侧面。

8.根据权利要求7所述的PCR反应检测系统，其特征在于，还包括：

均温块，具有相互连通的安装孔和通光孔；

其中，所述PCR反应装置穿设于所述安装孔内，并通过所述均温块与所述第一工作面连接；所述PCR反应装置上设有与所述通光孔对应的透光检测窗口。

9.根据权利要求8所述的PCR反应检测系统，其特征在于，所述透光检测窗口设于所述扁平侧面上；

其中，所述通光孔的轴线与所述安装孔的轴线成垂直设置，所述安装孔的轴线与所述第一工作面和所述扁平侧面均成平行设置。

10.根据权利要求8所述的PCR反应检测系统，其特征在于，还包括：

检测装置，包括传感器和发光件；

其中，所述发光件所发射的光通过所述通光孔和所述透光检测窗口射入后，经由所述PCR反应装置从所述通光孔和所述透光检测窗口射出至所述传感器。

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