CN217997193U - 一种变色核酸检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变色核酸检测系统，涉及核酸检测技术领域，包括导热件，导热件内设有容纳腔；位于容纳腔的一侧的发光元件；位于容纳腔的另一侧的光检测元件；位于光检测元件和发光元件之间的光检测端滤光片；连接于导热件上的温控模组；与发光元件、光检测元件以及温控模组均连接的控制器。针对杂散光对系统的检测精度产生影响的技术问题，本实用新型的技术效果在于它能有效减小杂散光对系统的检测精度产生的影响，同时还能够减少光的颜色检测所需要的器件，降低成本，便于大规模使用。

Description

一种变色核酸检测系统

技术领域

本实用新型涉及核酸检测技术领域，具体涉及一种变色核酸检测系统。

背景技术

病毒检测系统是一种用于检测病毒的系统，一般包括核酸检测系统和抗原检测系统，核酸检测系统由于其高精度的优点已得到了广泛的应用，抗原检测系统虽然灵敏度较低，由于其检测过程简单，成本低，检测时间短，在大规模病毒检测中也获得了一定的应用。

核酸检测系统是一种用于进行核酸检测的系统，实时荧光PCR检测系统是目前最常用的核酸检测的系统，通过试剂中的荧光来检测是否有某种病毒的存在以及病毒的浓度。实时恒温变色PCR检测系统是一种新型的核酸检测系统，通过试剂颜色的变化来检测是否有某种病毒的存在以及病毒的浓度。实时恒温变色PCR检测系统和实时荧光PCR检测系统的检测精度类似，但是实时恒温变色PCR检测系统的检测更加简单，检测时间更短。由于实时恒温变色PCR检测系统的检测时间和抗原检测系统的检测时间类似，但是检测灵敏度高很多，因此新型的实时恒温变色PCR检测系统非常适合作为快速核酸检测系统来使用，但是，相关设备或周围环境中的杂散光会对检测结果产生影响，仍会影响实时恒温变色PCR检测系统的检测精度。

实用新型内容

针对杂散光对系统的检测精度产生影响的技术问题，本实用新型提供了一种变色核酸检测系统，它能有效减小杂散光对系统的检测精度产生的影响。

为解决上述问题，本实用新型提供的技术方案为：

一种变色核酸检测系统，包括：

导热件，所述导热件内设有容纳腔；

位于所述容纳腔的一侧的发光元件；

位于所述容纳腔的另一侧的光检测元件；

位于所述光检测元件和所述发光元件之间的光检测端滤光片；

连接于所述导热件上的温控模组；

与所述发光元件、光检测元件以及温控模组均连接的控制器。

可选的，所述导热件上设有分别位于所述容纳腔不同侧的通道一和通道二，所述通道一和所述通道二均与所述容纳腔连通，所述通道一位于所述发光元件和所述容纳腔之间，所述通道二位于所述容纳腔和所述光检测元件之间。

可选的，位于所述发光元件和所述容纳腔之间的发光端滤光片。

可选的，所述温控模组包括：

连接于所述导热件上的加热单元；

连接于所述导热件上的温度传感器；

其中，所述加热单元和所述温度传感器均与所述控制器连接。

可选的，所述加热单元均布于所述导热件外，所述温度传感器均布于所述导热件外，其中，所述加热单元和所述温度传感器相对而设。

可选的，还包括：

壳体；

与所述壳体活动连接的盖体；

显示模组；

其中，所述导热件、发光元件、发光端滤光片、光检测元件、光检测端滤光片以及温控模组均位于所述壳体内，所述显示模组位于所述壳体外侧面或所述盖体外侧面，所述显示模组和所述控制器连接。

可选的，所述壳体和所述盖体之间的连接方式为转动连接。

可选的，还包括通讯模组，所述通讯模组和所述控制器以及终端均通讯连接。

可选的，还包括按钮模组，所述按钮模组和所述控制器连接。

可选的，所述按钮模组包括选择键和优化键，所述选择键和所述优化键均与所述控制器连接，用于启动自动寻找最佳的检测的颜色通道程序，来自动获取针对某种新的变色试剂的最佳的或者合适的颜色检测通道。

可选的，所述发光元件为七彩LED灯珠。

采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

1).发光端滤光片用于去除发光元件产生的杂散光，从而使得进入试管的光线无额外的杂散光，光检测端滤光片用于去除来自试管的光线的杂散光，并使得进入光检测元件的光线无额外的杂散光，综上，通过同时使用发光端滤光片和光检测端滤光片，能有效去除杂散光，从而减少相关设备或周围环境中的杂散光对检测结果的影响，进而放宽对变色核酸检测系统的光路的密封性的要求；

2).本变色核酸检测系统是恒温变色PCR快速简易核酸检测系统，比实时荧光PCR检测系统的工作效率更高，能够比实时荧光PCR检测系统获得更快的检测结果，其检测时间短，可以和抗原检测的速度相媲美；

3).本变色核酸检测系统是恒温变色PCR快速简易核酸检测系统，比普通的抗体检测的检测精度高很多，在类似的快速出检测结果的条件下，不容易产生误诊漏诊，对大规模疫情防控意义重大，不需要在做完抗体检测后再做一次核酸重复检测，节省人力和费用；

4).用单个颜色的通道来检测每一个试管中试剂颜色的变化，可以大幅降低成本，有利于小型化设计，同时还能够针对不同的试剂的不同的颜色做迅速的调整，适用于各类不同的变色的试剂；

5).支持配套试剂工作，也可以通过试剂通道来选择使用不同的已知的试剂；

6).在使用未知的新的试剂时，可启动自动寻找最佳的检测的颜色通道程序，来自动获取针对某种新的变色试剂的最佳的或者合适的颜色通道；

7).在使用未知的新的试剂时，只要通过试剂通道的选择和优化，就可以正常使用未知的新的试剂，增加了本变色核酸检测系统对新的试剂的适应能力。

附图说明

图1为本实用新型实施例提出的变色核酸检测系统的结构示意图之一；

图2为本实用新型实施例提出的变色核酸检测系统的结构示意图之二；

图3为本实用新型实施例提出的变色核酸检测系统的结构示意图之三；

图4为本实用新型实施例提出的变色核酸检测系统的结构示意图之四；

图5为本实用新型实施例提出的变色核酸检测系统的结构示意图之五；

图6为本实用新型实施例提出的变色核酸检测系统的结构示意图之六；

图7为本实用新型实施例提出的变色核酸检测系统的结构示意图之七；

图8为本实用新型实施例提出的变色核酸检测系统的结构示意图之八；

图9为本实用新型实施例提出的变色核酸检测系统的结构示意图之九；

图10为本实用新型实施例提出的变色核酸检测系统的结构示意图之十；

图11为本实用新型实施例提出的变色核酸检测系统的结构示意图之十一；

图12为本实用新型实施例提出的变色核酸检测系统的结构示意图之十二；

图13为本实用新型实施例提出的变色核酸检测系统的结构示意图之十三；

图中：1、导热件；11、容纳腔；12、通道一；13、通道二；21、发光元件；22、发光端滤光片；31、光检测元件；32、光检测端滤光片；41、加热单元；42、温度传感器；5、壳体；6、盖体；7、控制器；81、选择键；82、优化键；9、试管；10、样品；110、锁紧模组；120、显示模组。

具体实施方式

为进一步了解本实用新型的内容，结合附图及实施例对本实用新型作详细描述。

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。本实用新型中所述的第一、第二等词语，是为了描述本实用新型的技术方案方便而设置，并没有特定的限定作用，均为泛指，对本实用新型的技术方案不构成限定作用。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“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”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。同一实施例中的多个技术方案，以及不同实施例的多个技术方案之间，可进行排列组合形成新的不存在矛盾或冲突的技术方案，均在本实用新型要求保护的范围内。

实施例1

结合附图1-13，本实施例提供了一种变色核酸检测系统，包括：

导热件1，导热件1内设有容纳腔11；

位于容纳腔11的一侧的发光元件21；

位于发光元件21和容纳腔11之间的发光端滤光片22；

位于容纳腔11的另一侧的光检测元件31；

位于光检测元件31和发光元件21之间的光检测端滤光片32；

连接于导热件1上的温控模组；

与发光元件21、光检测元件31以及温控模组均连接的控制器7。

具体的，导热件1用于承载容纳腔11，容纳腔11用于容纳具有样品10的试管9；发光元件21用于发出光线，并使得光线进入位于容纳腔11的试管9内，其中，发光元件21可以为LED等；发光端滤光片22用于去除发光元件21产生的杂散光，从而使得进入试管9的光线无额外的杂散光；光检测元件31用于接收来自试管9的光线；光检测端滤光片32用于去除来自试管9的光线的杂散光，并使得进入光检测元件31的光线无额外的杂散光；温控模组用于使得导热件1维持恒温，从而使得试管9维持恒温；控制器7用于控制发光元件21的启闭，并用于接收来自光检测元件31和温控模组的信号；综上，通过同时使用发光端滤光片22和光检测端滤光片32，能有效去除杂散光，从而减少相关设备或周围环境中的杂散光对检测结果的影响，进而放宽对变色核酸检测系统的光路的密封性的要求，需要注意的是，也可使用发光端滤光片22，且不使用光检测端滤光片32，但此时对变色核酸检测系统的光路的密封性要求较高，也可不使用发光端滤光片22，且使用光检测端滤光片32，但此时需要使得发光元件21发出的白色光，且内含红绿蓝颜色的光，也可不使用发光端滤光片22，且不使用光检测端滤光片32，但此时需要使得发光元件21为有颜色的光源，且对变色核酸检测系统的光路的密封性要求较高。

由于相关新冠检测试剂在没有病毒的时候的颜色是紫红色，如果用红绿蓝三原色来分析颜色的合成，紫红色可以由红色和蓝色来构成的，说明该试剂吸收了大量的绿色波段的光，而让红色和蓝色的光通过，因此该试剂对外呈现紫红色，用红绿蓝三原色的光通道的光强来表示，即为蓝强，绿弱，红强，如果该新冠检测试剂中存在大量新冠病毒的核酸片段，在升温核酸扩增后，该试剂就会从原来的紫红色变色为黄色。而黄色可以由红色和绿来构成，那就说明该试剂吸收了大量的蓝色波段的光，而让红色和绿色的光通过，因此该试剂对外呈现黄色，用红绿蓝三原色的光通道的光强来表示，即为蓝弱，绿强，红强，通过以上的红绿蓝三原色的光通道的光强在试剂变色前后的变化，说明通过检测蓝色或者绿色的单个光通道的光强的变化，便可获得试剂的颜色的变化，如用蓝色通道做检测，蓝光在试剂颜色的变色过程中会由强变弱，用绿色通道做检测，绿光在试剂颜色的变色过程中会由弱变强，因此，本变色核酸检测系统可以通过单个颜色的检测通道，来检测试剂颜色的前后变化，通过试剂颜色在变色前后具有最大光强变化的单个颜色通道，来检测出试剂颜色的前后变化。

需要注意的是，本变色核酸检测系统有以下几种测量方式，(1)单次最终测量模式：在使用单次最终测量模式时，本变色核酸检测系统在升温前，先采集首次具有样品10的试管9发出的光线的颜色的光亮度，试管9中的样品10中的病毒的核酸片段还没有被升温，从而进行倍增，因此样品10的颜色就是原来的没有病毒的颜色，而在升温到目标温度，如65℃后，本变色核酸检测系统开始计时，在达到最终设定的检测时间后，例如30分钟，再采集最后一次试管9中的样品10发出的光线的颜色的光亮度，如果两次光亮度的数值相差小于一个设定的阈值，就可以确定试管9中的样品10发出的光的颜色没有较大的变化，反之，如果两次光亮度的数值相差大于一个设定的阈值，就可以确定试管9中的样品10发出的光的颜色有了较大的变化，即从原来的无病毒颜色，如紫红，变成了有病毒颜色，如黄色；(2)多次最终测量模式：在使用多次最终测量模式时，本变色核酸检测系统在开始升温前，先连续多次采集试管9中的样品10发出的光线的颜色的光亮度，此时，试管9中的样品10中的病毒的核酸片段还没有被升温，从而进行倍增，因此样品10的颜色就是原来的没有病毒的颜色，在升温到目标温度，如65℃后，本变色核酸检测系统开始计时，在达到最终设定的检测时间后，例如30分钟，再连续多次采集中的样品10发出的光线的颜色的光亮度，和单次最终测量模式相比，多次最终测量模式更加可靠，因为单次最终测量模式的颜色差别的分析只依赖于两次光亮度的测量结果，如果这两光亮度在采集过程中出现任何状况，就可能导致最后检测结果出现偏差和错误，因此单次最终测量模式的抗出错冗余较弱，在多次最终测量模式中，如果多次光亮度测量中为数不多的几次出现问题，而大多数的测量中没有出现问题，那么计算芯片就可以用多次平均的方式，或者对多次光亮度的数据做中值滤波的方式，或者对对多次光亮度的数据做更加复杂有效的统计处理算法，如RANSAC算法，来有效去除或者降低出现问题的检测数据对最后判断的不良影响，因此，多次最终测量模式的抗出错冗余比起单次最终测量模式的抗出错冗余能力要强大不少；(3)多个时间点的单次测量模式：在使用多次单次测量模式时，本变色核酸检测系统在开始升温前，先采集首次试管9中的样品10的颜色的光亮度数据，此时，试管9中的样品10中的病毒的核酸片段还没有被升温后，从而进行倍增，因此样品10的颜色就是原来的没有病毒的颜色，在升温到目标温度，如65℃后，本变色核酸检测系统开始计时，然后每过一段时间，例如每过30秒或者1-2分钟，就采集一次试管9中的样品10的颜色的光亮度数据，直到在达到最终设定的检测时间后，例如30分钟，再采集最终的试管9中的样品10的颜色的光亮度数据，此时，计算芯片就可以对首次，和中间的很多次，以及最终的试管9中的样品10的颜色的光亮度数据进行分析处理，来确定各个试管9底部的光斑的颜色是否从原来的无病毒颜色，如紫红，变成了有病毒颜色，如黄色，多个时间点的单次测量模式的最大的好处在于能够测量每个试管9中的病毒载量，如果在完成升温后的较短的时间内，就检测到了试管9中样品10颜色的变化，那就可以确定试管9中的病毒载量较高，同理，如果在完成升温后的较长的时间内，才检测到了试管9中样品10颜色的变化，那就可以确定试管9中的病毒载量较低，如果在完成升温后的较长的时间内，还没有检测到试管9中样品10颜色的变化，那就说明试管9中的病毒载量非常低或者没有；(4)多个时间点的多次测量模式：此模式的工作方式是将模式(2)和模式(3)相结合，即每次采集试管9中颜色的光亮度数据时，都不是采集一次，而是多次，这样就可以降低或者有效清除个别可能偶尔出错的图像对整个判读过程的不良影响，大幅提高设备的抗出错冗余。

进一步的，导热件1上设有分别位于容纳腔11不同侧的通道一12和通道二13，通道一12和通道二13均与容纳腔11连通，通道一12位于发光元件21和容纳腔11之间，通道二13位于容纳腔11和光检测元件31之间。

具体的，通道一12和通道二13均通过导热件1的承载，其中，通道一12用于连通发光元件21和容纳腔11，通道二13用于连通容纳腔11和光检测元件31。

进一步的，温控模组包括：

连接于导热件1上的加热单元41；

连接于导热件1上的温度传感器42；

其中，加热单元41和温度传感器42均与控制器7连接。

具体的，加热单元41用于接收控制器7的信号，并用于给导热件1加热，从而维持导热件1的温度，进而维持试管9的温度，其中，加热单元41具体可以包括电阻加热片，PI膜柔性加热片，聚酰亚胺薄膜加热膜，发热片或者Peltier温度控制模块等；温度传感器42用于检测导热件1的温度，并将温度信号传输给控制器7，其中，温度传感器42具体可以为电子温度传感器42或红外温度传感器42。

进一步的，加热单元41均布于导热件1外，温度传感器42均布于导热件1外，其中，加热单元41和温度传感器42相对而设。

具体的，既便于加热单元41对导热件1进行均匀加热，又便于温度传感器42对导热件1进行均匀感温，由于两者相对而设，便于使得加热单元41和温度传感器42一一对应，有利于增加温度调节的针对性，从而便于维持导热件1处于恒温状态，进而便于维持试管9处于恒温状态。

进一步的，还包括：

壳体5；

与壳体5活动连接的盖体6；

显示模组120；

其中，导热件1、发光元件21、发光端滤光片22、光检测元件31、光检测端滤光片32以及温控模组均位于壳体5内，显示模组120位于壳体5外侧面或盖体6外侧面，显示模组120和控制器7连接。

具体的，壳体5用于承载导热件1、发光元件21、发光端滤光片22、光检测元件31、光检测端滤光片32以及温控模组；盖体6用于和壳体5配合，从而实现壳体5的启闭，为了便于锁紧，壳体5和盖体6之间还通过锁紧模组110连接。

进一步的，壳体5和盖体6之间的连接方式为转动连接。

具体的，转动连接便于壳体5和盖体6之间实现启闭。

进一步的，还包括通讯模组，通讯模组和控制器7以及终端均通讯连接。

具体的，通讯模组用于实现控制器7和终端之间的信号传输，其中，通讯模组和终端之间可以通过USB、以太网、串口或并口等有线方式连接，还可以通过WIFI、蓝牙等无线方式连接。

进一步的，还包括按钮模组，按钮模组和控制器7连接。

具体的，当本变色核酸检测系统需要使用数种试剂时，按钮模组用于选择或者优化。

进一步的，按钮模组包括选择键81和优化键82，选择键81和优化键82均与控制器7连接。

具体的，选择键81用于选择试剂的种类，比如变色核酸检测系统具有6个试剂通道，选择键81就有6种选择方式；优化键82用于优化，在优化之前，首先需要进行自动寻找，具体过程如下，先将具有没变色之前的试剂的试管9放入到容纳腔11中并用以下的两个步骤做N次循环检测：发光元件21使用七彩LED灯珠依次在每一个循环中发出一种不同颜色的光，光检测元件31检测通过试剂后的该颜色的光的光强并记录下来，完成N次循环后，可以共计获得N个对应于不同颜色光的光强；然后再将具有变色之后的试剂的试管9放入到容纳腔11中并用以下的两个步骤做N次循环检测：发光元件21使用七彩LED灯珠依次在每一个循环中发出一种不同颜色的光(依序和光的颜色均和在做试剂变色前的那个循环完全一致)，光检测元件31检测通过试剂后的该颜色的光的光强并记录下来；完成N次循环后，又可以共计获得N个对应于不同颜色光的光强；在下一步，需要从以上两组N个数据中找出对应于试剂变色前后具有最大光强差的那个颜色，然后将其存储起来；而这个具有最大光强差的颜色就是这种试剂的最佳检测通道，这样就完成了对一种试剂的自动的最佳的检测的颜色通道的寻找。在完成了对一种试剂的自动的最佳的检测的颜色通道的寻找后，使得本变色核酸检测系统能够自动地对多种新的变色试剂做优化，具体步骤如下：(1)先按动试剂的选择键81一次或者多次，让需要的某个试剂通道的显示LED开始闪烁或者点亮或者变色，说明某个试剂通道被选中；(2)再按下试剂的优化键82，优化键82开始点亮，意味着对某个试剂的优化过程启动；(3)将含有该试剂变色前试剂的试管9插入一个容纳腔11中，例如第一个容纳腔11；此时本变色核酸检测系统就会启动自动寻找最佳的检测的颜色通道的程序中的第一个循环，获得这种试剂在变色前通过N种颜色照射后得到的光强数据；在完成获得第一批的N种颜色照射后得到的光强数据后，优化键82可以开始闪烁，说明操作者可以更换试管9；(4)设备的操作者将含有该试剂变色前试剂的试管9取出，放入新的含有该试剂变色后的试剂的试管9；此时本变色核酸检测系统自动寻找最佳的检测的颜色通道的程序中的第二个循环，获得这种试剂在变色后通过N种颜色照射后得到的光强数据；在再次完成N种颜色的光强检测后，优化键82恢复常亮，说明对该试剂的优化已经完成；(5)此时，系统的操作者就可以通过试剂的选择键81来选择下一个试剂通道来做优化，直到所有的试剂通道均完成优化。

进一步的，发光元件21为七彩LED灯珠。

具体的，七彩LED灯珠便于发光元件21产生多种不同颜色的光，便于和不同种类的试剂相匹配。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种变色核酸检测系统，其特征在于，包括：

导热件，所述导热件内设有容纳腔；

位于所述容纳腔的一侧的发光元件；

位于所述容纳腔的另一侧的光检测元件；

位于所述光检测元件和所述发光元件之间的光检测端滤光片；

连接于所述导热件上的温控模组；

与所述发光元件、光检测元件以及温控模组均连接的控制器。

2.根据权利要求1所述的一种变色核酸检测系统，其特征在于，所述导热件上设有分别位于所述容纳腔不同侧的通道一和通道二，所述通道一和所述通道二均与所述容纳腔连通，所述通道一位于所述发光元件和所述容纳腔之间，所述通道二位于所述容纳腔和所述光检测元件之间。

3.根据权利要求1所述的一种变色核酸检测系统，其特征在于，还包括位于所述发光元件和所述容纳腔之间的发光端滤光片。

4.根据权利要求1所述的一种变色核酸检测系统，其特征在于，所述温控模组包括：

连接于所述导热件上的加热单元；

连接于所述导热件上的温度传感器；

其中，所述加热单元和所述温度传感器均与所述控制器连接。

5.根据权利要求1所述的一种变色核酸检测系统，其特征在于，还包括：

壳体；

与所述壳体活动连接的盖体；

显示模组；

其中，所述导热件、发光元件、发光端滤光片、光检测元件、光检测端滤光片以及温控模组均位于所述壳体内，所述显示模组位于所述壳体外侧面或所述盖体外侧面，所述显示模组和所述控制器连接。

6.根据权利要求5所述的一种变色核酸检测系统，其特征在于，所述壳体和所述盖体之间的连接方式为转动连接。

7.根据权利要求1所述的一种变色核酸检测系统，其特征在于，还包括通讯模组，所述通讯模组和所述控制器以及终端均通讯连接。

8.根据权利要求1所述的一种变色核酸检测系统，其特征在于，还包括按钮模组，所述按钮模组和所述控制器连接。

9.根据权利要求8所述的一种变色核酸检测系统，其特征在于，所述按钮模组包括选择键和优化键，所述选择键和所述优化键均与所述控制器连接，用于启动自动寻找最佳的检测的颜色通道程序，来自动获取针对某种新的变色试剂的最佳的或者合适的颜色检测通道。

10.根据权利要求1所述的一种变色核酸检测系统，其特征在于，所述发光元件为七彩LED灯珠。

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