CN217651232U - 用于pcr仪的光纤隔热装置和pcr仪 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于PCR仪的光纤隔热装置和PCR仪。该光纤隔热装置包括光纤固定板，具有用于固定多个光纤的末端的多个光纤固定孔，并且被布置为在竖直方向与PCR仪的容纳待测样本的容器对齐，以使得在光纤中传导的激发光经由末端射向待测样本，并且由待测样本激发的发射光经由末端进入光纤传导；恒温盖，被布置在光纤固定板的邻近待测样本的一侧，并且具有多个通孔，多个通孔在竖直方向上与多个光纤固定孔对齐；隔热板，被固定至光纤固定板并位于光纤固定板和恒温盖之间，隔热板具有多个安装孔，多个安装孔在竖直方向上与多个光纤固定孔对齐；以及多个透镜，各自被固定至对应的安装孔中，并且位于光纤的末端与恒温盖之间，以至少用于将激发光和发射光准直。

Description

用于PCR仪的光纤隔热装置和PCR仪

技术领域

本公开的示例实施例总体涉及PCR仪的技术领域，特别地涉及一种用于PCR仪的光纤隔热装置和PCR仪。

背景技术

聚合酶链式反应（Polymerase chain reaction，PCR）是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术，它可看作是生物体外的特殊DNA复制，PCR的最大特点是能将微量的DNA大幅增加。PCR是分子生物学研究中的一种极其重要的工具。其已被世界各地实验室广泛使用，应用于多种多样的实验应用，如分子克隆、基因表达分析、基因分型、测序和突变。

PCR仪是利用PCR技术对特定DNA扩增和检测的一种仪器设备，被广泛运用于医学、生物学实验室中。在普通PCR仪的基础上增加一个荧光信号采集系统和计算机分析处理系统的PCR仪称作荧光定量PCR仪。

有的荧光定量PCR仪中的荧光信号以及激发光信号是基于光纤传导的。对于基于光纤传导的PCR仪而言，在长时间使用后极易出现光纤老化、损坏及其装配精度降低等问题，从而影响到PCR仪的可靠性。

实用新型内容

本公开的目的是提供一种用于PCR仪的光纤隔热装置和PCR仪，以至少部分地解决传统的PCR仪中存在上述问题和其他潜在问题。

在本公开的第一方面，提供了一种用于PCR仪的光纤隔热装置。该光纤隔热装置包括光纤固定板，具有多个光纤固定孔，所述多个光纤固定孔用于固定多个光纤的末端，并且被布置为在竖直方向与所述PCR仪的容纳待测样本的容器对齐，以使得在所述光纤中传导的激发光经由所述末端射向所述待测样本，并且由所述待测样本发出的发射光经由所述末端进入所述光纤传导；恒温盖，被布置在所述光纤固定板的邻近所述待测样本的一侧，并且具有多个通孔，所述多个通孔在竖直方向上与所述多个光纤固定孔对齐；隔热板，被固定至所述光纤固定板并位于所述光纤固定板和所述恒温盖之间，所述隔热板具有多个安装孔，所述多个安装孔在所述竖直方向上与所述多个光纤固定孔对齐；以及多个透镜，各自被固定至对应的所述安装孔中，并且位于所述光纤的所述末端与所述恒温盖之间，以至少用于分别将所述激发光和所述发射光准直。

在根据本公开的实施例中，通过采用隔热板以及透镜的组合，一方面，透镜能够对光纤传导的激发光以及待由光纤传导的发射光进行准直，从而提高激发光的入射效率以及发射光的采集效率，提高系统检测的准确性和可靠性。另一方面，隔热板和透镜的组合能够将恒温盖所发出的热量有效地隔离至远离光纤的一侧，从而使得即使是采用塑料制成的光纤，也不会出现因遭受高温而导致的快速老化以及熔化等问题。另外，还能够避免因部分热量传导导致的光纤与光纤固定孔间配合间隙放大的情况出现，从而进一步提高检测的可靠性和稳定性。

此外，通过设置隔热板，能够减少恒温盖在非工作面（即，与隔热板接触的面）的热量损失，从而能够使恒温盖发出的热量更高效地传导至容纳待测样本的容器的上方。以此方式，能够使恒温盖控温更精准，并进一步提高PCR仪内部温度场的稳定性。

在一些实施例中，光纤的末端被布置在对应的所述透镜的焦点处。以此方式，能够进一步提高透镜对激发光和发射光的准直效果。

在一些实施例中，恒温盖与所述PCR仪的控制部件电连接，以在所述控制部件的控制下对所述容器的顶部进行加热。

在一些实施例中，多个通孔中的每个通孔包括：台阶部，位于所述通孔的邻近所述隔热板的一端，以供对应的所述透镜的一部分布置在其中。以此方式，使得透镜更加容易装配，从而提高装配效率。

在一些实施例中，光纤隔热装置还包括O型圈，围绕所述透镜而布置在所述安装孔中，以提供密封并为所述透镜提供减震。以此方式，O型圈能够提高减震效果的同时还能够提高密封性。

在一些实施例中，安装孔具有止挡部，所述止挡部被布置为在轴向上止挡所述O型圈以防止所述透镜朝向所述光纤的所述末端移动。

在一些实施例中，光纤固定板具有凹入部，所述隔热板和所述恒温盖布置在凹入部中。以此方式，能够进一步减少恒温盖在非工作面上的热量损失，从而进一步提高恒温盖控温的精确性。

在一些实施例中，隔热板包括酚醛塑料隔热板。

在一些实施例中，隔热板包括模具隔热板。

根据本公开实施例的第二方面，提供了一种PCR仪。该PCR仪包括检测设备，包括光源和发射光接收器；扩增设备，包括多个容纳腔，所述容纳腔用于容纳具有待测样本的容器；多条光纤，布置在所述检测设备和所述扩增设备之间，用于传导经所述光源所发出的激发光和所述待测样本被激发后所发出的发射光；以及根据上文第一方面所述的光纤隔热装置，被布置在所述扩增设备中，以用于固定所述多条光纤的位于所述扩增设备处的末端。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了根据本公开的一个实施例的用于PCR仪的光纤隔热装置的结构示意图；

图2示出了根据本公开的一个实施例的用于PCR仪的光纤隔热装置的剖面示意图；

图3示出了根据本公开的一个实施例的光纤隔热装置的俯视图；

图4示出了根据本公开的一个实施例的恒温盖和隔热板的结构示意图；

图5示出了根据本公开的一个实施例的光纤隔热装置中所使用的透镜的结构示意图；以及

图6示出了根据本公开的一个实施例的恒温盖和隔热板的剖面示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。

普通PCR仪是利用PCR技术对特定的DNA片段进行体外扩增的一种仪器设备。具体的，普通PCR仪主要是为特定的DNA片段进行体外扩增提供一种合适的温度环境，首先使DNA片段在体外高温（通常约90℃~95℃，又被称为变性温度）时变性，双链打开变成单链，进而使单链与引物在低温（通常约40℃~60℃，又被称为复性温度）时按碱基互补配对的原则结合，最后调整温度至DNA聚合酶最适反应温度（70℃~75℃，又被称为延伸温度），借助DNA聚合酶和碱基完成单链的合成形成互补链。普通PCR仪实际就是一个温控设备，能在变性温度，复性温度，延伸温度之间很好地进行控制。

对于荧光定量PCR仪而言，其PCR扩增原理和普通PCR仪扩增原理相同，只是PCR扩增时加入的引物是利用同位素、荧光素等进行标记，使用引物和荧光物质（例如荧光探针或荧光染料）同时与模板特异性结合扩增。荧光定量PCR仪通常包括扩增设备和检测设备。扩增设备用于对待测样本进行扩增。检测设备通过使用特定波长的光源对扩增后的样本进行照射，并通过荧光采集器检测样本被激发后所发出的发射光，并输送到计算机分析处理系统得出量化的实时结果输出。

有的荧光定量PCR仪在扩增设备和检测设备之间设置光纤来传导激发光和发射光。被固定在扩增设备处的光纤的末端由于临近加热部件，对于采用塑料制成的光纤而言，加热部件的高温容易使光纤发生软化甚至熔化，并加速老化，从而影响到激发光和发射光的传导和PCR仪的可靠性。不管是塑料制成的光纤还是玻璃制成的光纤，加热部件的高温都会导致光纤和光纤固定部之间的装配间隙变大，从而引起光纤松动，并进一步影响到光纤和被检测部之间的对准精度，并且也容易引起光纤保护皮变软、融化、变性等诸多问题。

第一方面，根据本公开的实施例提供了一种用于PCR仪的光纤隔热装置，以解决或者至少部分地解决PCR仪中存在的上述问题或者其他潜在问题。

根据本公开实施例的PCR仪可以是一种荧光定量PCR仪，其包括检测设备、扩增设备以及连接在检测设备和扩增设备之间的多条光纤201。

扩增设备具有用于放置容纳有待测样本的容器的多个容纳腔，例如容纳腔可以是96个，从而形成多样本检测的PCR仪。扩增设备能够对放置在容纳腔中的容器进行多次升温-降温的循环处理，以使容器内的待测样本完成特异性结合扩增。

检测设备包括光源和发射光接收器。光源用于发出特定波长的光并通过光纤201传导至待测样本，以对待测样本内的荧光物质进行激发。荧光物质被激发后会发出具有区别于激发光的一定波长的发射光，即，荧光。发射光通过光纤201传导至发射光接收器。发射光接收器对采集到的发射光强度等数据经过一定处理后输出量化的实时结果。在一些实施例中，经发射光接收器处理后的数据也可以输送到计算机分析处理系统得出量化的实时结果输出。

本公开实施例提供了一种用于PCR仪的光纤隔热装置100。该光纤隔热装置100位于扩增设备中，能够在固定并定位光纤201的末端的同时，起到将光纤201与加热部件隔离开的作用，从而能够避免光纤201被加热部件的高温加速老化甚至损坏，还能够防止光纤201与光纤固定部之间因高温造成的间隙放大，从而影响到检测精度和PCR仪的可靠性。

下面将结合图1至图6来描述根据本公开实施例的光纤隔热装置100。图1示出了光纤隔热装置100的立体视图，其中多条光纤201的末端被固定在其中；图2示出了光纤隔热装置100的局部剖视图；图3示出了光纤隔热装置100的俯视图。如图1至图3所示，总体上，根据本公开实施例的光纤隔热装置100包括光纤固定板101、隔热板102、多个透镜104以及恒温盖103。

光纤固定板101用于固定光纤201的末端，其包括多个光纤固定孔1011。每个光纤固定孔1011用于容纳并固定一条光纤201的末端。每条光纤201的末端固定在对应的光纤固定孔1011中，这样能够有效地避免多条光纤201之间发生缠绕，从而利于对PCR仪的装配和维护。可以通过任意适当的方式将光纤201的末端固定在光纤固定孔1011中。例如，在一些实施例中，每条光纤201在末端处具有保护套或者保护壳，其能够通过卡接部件与光纤固定孔1011中的预定结构卡接，从而实现对光纤201的末端的定位和固定。

当然，应当理解的是，上文中提到的这种光纤201末端的固定方式只是示意性的，并不旨在限制本公开的保护范围。只要能够将光纤201末端定位或固定，其他任意适当的手段也是可能的。例如，在一些替代的实施例中，光纤201的末端可以通过过盈配合、粘接、紧固件连接等方式被定位并固定在光纤固定孔1011中，本文中并不对光纤201末端如何固定在光纤固定孔1011中进行限定。

恒温盖103被布置在光纤固定板101的邻近容纳待测样本的容器的一侧，并且用于被加热至预定的温度（例如约100℃）来从容器的顶部对容器进行加热。该预定的温度可以被设置为高于容器内的温度。一方面，从顶部加热能够利于待测样本的温度控制和保持。另一方面，顶部高温能够防止待测样本冷凝在容器的顶部或侧壁从而影响检测的可靠性，也可以防止待测样本的蒸发。

此外，隔热板102还能够尽可能地减少恒温盖103所辐射的热量向非工作面（即，与隔热板102接触的面）传导，由此可减少恒温盖103在非工作面的热量损失，从而能够使恒温盖103发出的热量更高效地传导至容纳待测样本的容器的上方。以此方式，能够使恒温盖103控温更精准，并由此提高PCR仪内部温度场的稳定性。

在一些实施例中，恒温盖103可以和PCR仪的控制部件电连接。控制部件可以控制恒温盖103的电供应，以使得恒温盖103以恒温对容器的顶部进行加热。当然，在一些替代的实施例中，控制部件也可以根据加热-降温循环对恒温盖103进行控制，从而使恒温盖103根据需要进行加热。恒温盖103可以采用任意适当的手段实现加热。例如，在一些实施例中，恒温盖103可以采用电阻加热、陶瓷加热或帕尔贴元件加热等方式。

为了便于经由光纤201传导的激发光和发射光透过，恒温盖103具有多个通孔1031。通孔1031在竖直方向V上与光纤固定孔1011的位置对齐，从而避免恒温盖103对激发光和发射光的阻挡，如图2所示。

隔热板102被固定在光纤固定板101和恒温盖103之间来实现高温的恒温盖103与光纤201的末端的隔离。隔热板102具有多个安装孔1021。同样地，为了避免对激发光和发射光的阻挡，安装孔1021在竖直方向V上与通孔1031和光纤固定孔1011对齐。

多个透镜104被分别固定在对应的安装孔1021中，每个安装孔1021中固定设置有一个透镜104，如图4所示。对于每个透镜的形状，图5中示出了在一些实施例中的透镜104的侧视图，其中透镜104上部的三角形辅助线用于指示透镜104的焦点F。从图5可以看出，在一些实施例中，透镜104可以采用在轴向方向上一侧基本为平面，另一侧为凸面的凸透镜104。光纤201的末端被固定在透镜104的焦点F位置。以此方式，一方面，透镜104能够对经由光纤201传导的激发光进行准直后射向待测样本，从而能够提高激发光的集中度并避免损耗。另一方面，透镜104还能够对发射光进行准直，使其能够全部进入光纤201来避免因激发光散射而造成的检测误差。

更重要的是，透镜104被布置在光纤201的末端和加热部件恒温盖103之间。透镜104本身具有耐高温特性，不会受到恒温盖103的高温影响而发生损坏。另一方面，透镜104能够阻断恒温盖103的高温到光纤201的末端的传播，从而有效地避免高温对光纤201产生的不利影响。对于塑料制成的光纤201而言，隔热板102以及布置在其中的透镜104能够避免塑料光纤201因受高温影响而造成的老化、甚至是熔化并损坏等问题。此外，不管是对于塑料制成的光纤201还是玻璃制成的光纤201，隔热板102以及布置在其中的透镜104能够阻断高温对光纤201以及光纤固定部之间的影响，从而避免因高温造成的间隙增大而影响检测精度和可靠性的问题。

当然，应当理解的是，图5中所示出的透镜的示例只是示意性的，并不旨在限制本公开的保护范围。其他任意适当的透镜也是可能的。例如，在一些替代的实施例中，透镜只要是可以紧固地固定在安装孔1021中并且能够对激发光和发射光进行准直，其也可以采用其他任意适当的形状。

在一些实施例中，隔热板102可以由酚醛塑料制成。酚醛塑料又叫电木，是一种具有较高的机械强度、良好的绝缘性，耐热、耐腐蚀的材料。酚醛塑料通过在酚醛树脂中加入填料而制成。在酚醛树脂中加入不同的填料可得到功能各异的改性酚醛塑料。例如，为了增加耐酸、耐碱和耐磨性，可以在酚醛树脂中加入石棉、云母等填料。为了增加硬度，可以在酚醛树脂中加入玻璃纤维。为了提高耐油性能和抗冲击力，可以加入丁腈橡胶。为了提高机械强度和耐酸性，可以用聚氯乙烯改性。也就是说，为了提高各项性能，根据本公开的实施例的隔热板102可以采用上述各种填料改性后的酚醛塑料。

当然，应当理解的是，隔热板102采用酚醛塑料制成的实施例只是示意性的，并不旨在限制本公开的保护范围。其他任意适当的材料制成隔热板102也是可能的。例如，在一些替代的实施例中，隔热板102也可以包括模具隔热板。模具隔热板由玻璃纤维和任意适当的树脂（例如耐高温树脂）的复合材料制成。选用酚醛塑料或者玻璃纤维与耐高温树脂的复合材料制成模具隔热板在高温环境下保持良好的机械强度，同时该类材质的导热系数非常小，可以使光纤201安装处的温度长时间保持在光纤201的正常使用温度范围内。

返回参考图2所示，在一些实施例中，为了进一步提高结构的紧凑性，光纤固定板101在邻近容器的一侧可以具有凹入部1012。凹入部1012可以供隔热板102和恒温盖103布置在其中。这能够在保持隔热板102具有一定厚度具有较高隔热性能的同时还能保持结构紧凑性。此外，也是更重要的是，凹入部1012能够进一步减少恒温盖103在非工作面的热量损失，从而能够使恒温盖103控温更精准，并进一步提高PCR仪内部温度场的稳定性。

光纤固定板101以及隔热板102之间以及隔热板102以及恒温盖103之间可以通过任意适当的手段固定在一起，适当的手段包括但不限于：粘接、卡扣连接、紧固件连接等等。在一些实施例中，也可以通过共用的多个紧固件将隔热板102和恒温盖103一起紧固在光纤固定板101的凹入部1012中。

为了便于透镜104的安装，在一些实施例中，透镜104的外围可以设置有O型圈105，如图6所示。一方面，O型圈105能够提高透镜104在隔热板102的安装孔1021中的密封性能，从而进一步防止恒温盖103所产生的热气流对光纤201造成的影响。另一方面，具有一定柔性和弹性的O型圈105可以提供一定的缓冲，从而利于透镜104一致地安装并固定到预定位置。

在一些实施例中，安装孔1021中可以具有止挡部1022，如图6所示。止挡部1022能够在轴向上止挡O型圈105以防止透镜104和O型圈105朝向光纤201的末端移动。从而保证了透镜104安装的可靠性。在一些实施例中，恒温盖103的通孔1031可以具有台阶部1032，位于通孔1031的邻近隔热板102的一端。台阶部1032可以供透镜104的一部分布置在其中。在台阶部1032和止挡部1022以及O型圈105的共同作用下，透镜104能够在轴向和径向上稳固地固定在预定位置，由此提高了整个PCR仪的可靠性。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其他普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (10)

1.一种用于PCR仪的光纤隔热装置，其特征在于，所述光纤隔热装置包括：

光纤固定板（101），具有多个光纤固定孔（1011），所述多个光纤固定孔（1011）用于固定多个光纤（201）的末端，并且被布置为在竖直方向（V）上与所述PCR仪的容纳待测样本的容器对齐，以使得在所述光纤（201）中传导的激发光由所述末端射向所述待测样本，并且由被照射的所述待测样本发出的发射光经由所述末端进入所述光纤（201）传导；

恒温盖（103），被布置在所述光纤固定板（101）的邻近所述待测样本的一侧，并且具有多个通孔（1031），所述多个通孔（1031）在所述竖直方向（V）上与所述多个光纤固定孔（1011）对齐；

隔热板（102），被固定至所述光纤固定板（101）并位于所述光纤固定板（101）和所述恒温盖（103）之间，所述隔热板（102）具有多个安装孔（1021），所述多个安装孔（1021）在所述竖直方向（V）上与所述多个光纤固定孔（1011）对齐；以及

多个透镜（104），各自被固定至对应的所述安装孔（1021）中，并且位于所述光纤（201）的所述末端与所述恒温盖（103）之间，以至少用于分别将所述激发光和所述发射光准直。

2.根据权利要求1所述的光纤隔热装置，其特征在于，所述光纤（201）的末端被布置在对应的所述透镜（104）的焦点（F）处。

3.根据权利要求1或2所述的光纤隔热装置，其特征在于，所述恒温盖（103）与所述PCR仪的控制部件电连接，以在所述控制部件的控制下对所述容器的顶部进行加热。

4.根据权利要求1或2所述的光纤隔热装置，其特征在于，所述多个通孔（1031）中的每个通孔（1031）包括：

台阶部（1032），位于所述通孔（1031）的邻近所述隔热板（102）的一端，以供对应的所述透镜（104）的一部分布置在其中。

5.根据权利要求1或2所述的光纤隔热装置，其特征在于，所述光纤隔热装置（100）还包括：

O型圈（105），围绕所述透镜（104）而布置在所述安装孔（1021）中。

6.根据权利要求5所述的光纤隔热装置，其特征在于，所述安装孔（1021）具有止挡部（1022），所述止挡部（1022）被布置为在轴向上止挡所述O型圈（105）以防止所述透镜（104）朝向所述光纤（201）的所述末端移动。

7.根据权利要求1、2和6中的任一项所述的光纤隔热装置，其特征在于，所述光纤固定板（101）具有凹入部（1012），所述隔热板（102）和所述恒温盖（103）布置在所述凹入部（1012）中。

8.根据权利要求1、2和6中的任一项所述的光纤隔热装置，其特征在于，所述隔热板（102）包括酚醛塑料隔热板。

9.根据权利要求1、2和6中的任一项所述的光纤隔热装置，其特征在于，所述隔热板（102）包括模具隔热板。

10.一种PCR仪，其特征在于，所述PCR仪包括：

检测设备，包括光源和发射光接收器；

扩增设备，包括多个容纳腔，所述容纳腔用于容纳具有待测样本的容器；

多条光纤（201），布置在所述检测设备和所述扩增设备之间，用于传导经所述光源所发出的激发光和所述待测样本被激发后所发出的发射光；以及

根据权利要求1-9中任一项所述的光纤隔热装置，被布置在所述扩增设备中，以用于固定所述多条光纤（201）的位于所述扩增设备处的末端。

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