实用新型内容
为了解决现有技术中加热膜组件位移控制不精准的技术问题,本实用新型的一个实施例提供了一种多重荧光定量检测PCR装置的热盖模块,所述热盖模块包括热盖底座,
所述热盖底座内安装滑块导向轴、滑块和热盖组件,所述滑块安装在所述滑块导向轴上,被配置为沿所述滑块导向轴往复运动;
所述热盖组件固定在所述滑块上,所述滑块带动所述热盖组件在所述热盖底座内向热盖底座前侧方向或后侧方向运动;
其中,所述滑块底部设置前极限位置传感器,所述热盖底座内位于前侧位置设置水平挡板,所述水平挡板,用于遮挡所述前极限位置传感器。
在一个较佳的实施例中,所述热盖组件包括顶板,所述顶板固定在所述滑块上,所述滑块通过所述顶板带动所述热盖组件在所述热盖底座内向热盖底座前侧方向或后侧方向运动。
在一个较佳的实施例中,所述热盖底座底部形成一个凹槽;
所述热盖组件还包括从动板和加热膜组件,所述从动板位于所述顶板与所述加热膜组件之间;
所述顶板底部固定驱动电机,所述驱动电机的输出轴安装齿轮,所述从动板底部安装齿条,所述从动板与所述加热膜组件之间安装弹簧组件;
所述齿轮与所述齿条啮合,驱动所述从动板向上或向下运动,带动所述加热膜组件离开或插入所述凹槽。
在一个较佳的实施例中,所述顶板底部还固定第一顶板导向轴和第二顶板导向轴,所述从动板底部固定第一导向衬套和第二导向衬套,
所述第一顶板导向轴穿过所述从动板插入到所述第一导向衬套内,所述第二顶板导向轴穿过所述从动板插入到所述第二导向衬套内。
在一个较佳的实施例中,所述加热膜组件包括加热膜上护壳、加热膜下护壳和加热膜,所述加热膜夹在所述加热膜上护壳和所述加热膜下护壳之间;
所述加热膜上护壳顶部设置第一加热膜导向轴和第二加热膜导向轴,所述从动板底部固定第三导向衬套和第四导向衬套,所述弹簧组件包括第一弹簧和第二弹簧;
所述第一弹簧套设在所述第一加热膜导向轴上,所述第一加热膜导向轴插入所述第三导向衬套,所述第一弹簧位于所述加热膜上护壳顶部与所述第三导向衬套的端面之间;
所述第二弹簧套设在所述第二加热膜导向轴上,所述第二加热膜导向轴插入所述第四导向衬套,所述第二弹簧位于所述加热膜上护壳顶部与所述第四导向衬套的端面之间。
在一个较佳的实施例中,所述顶板底部设置上极限位置传感器和下极限位置传感器,
所述从动板上设置垂向挡板,所述垂向挡板,用于遮挡所述上极限位置传感器或所述下极限位置传感器。
本实用新型的另一个实施例提供了一种多重荧光定量检测PCR装置,所述PCR装置包括支撑框架,所述支撑框架上安装温控模块、荧光检测模块,以及热盖模块,所述热盖模块置于所述温控模块上方。
在一个较佳的实施例中,所述支撑框架包括支撑底板,以及位于所述支撑底板上方的第一支撑板和第二支撑板,
所述荧光检测模块安装在所述第一支撑板上,所述温控模块和所述热盖模块安装在所述第二支撑板上。
在一个较佳的实施例中,所述温控模块包括孔板,所述孔板正对所述热盖模块的热盖底座底部的凹槽的位置。
在一个较佳的实施例中,所述孔板上开设多个试管槽,每个所述试管槽开设第一光纤孔和第二光纤孔;
荧光检测模块包括光纤盘,所述光纤盘内圈开设多个发光光纤孔,所述光纤盘外圈开设多个探测光纤孔;所述发光光纤孔的数量、所述探测光纤孔的数量与所述试管槽的数量相同;
其中,一个所述发光光纤孔通过发光光纤连接一个所述试管槽的第一光纤孔,一个所述探测光纤孔通过探测光纤连接一个所述试管槽的第二光纤孔。
本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括:
本实用新型提出一种多重荧光定量检测PCR装置的热盖模块及PCR装置,热盖模块采用滑块滑动的方式,使加热膜组件始终位于热盖底座内部,使用安全。通过滑块底部设置前极限位置传感器,热盖底座内位于前侧位置设置水平挡板,实现对加热膜组件的位移精准控制。
本实用新型提出一种多重荧光定量检测PCR装置的热盖模块及PCR装置,荧光检测模块采用旋转机构实现,可以在很小的体积内实现96孔6重荧光检测,结构简单,性能强大。
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做出创造性劳动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。
本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本实用新型的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1所示本实用新型一种多重荧光定量检测PCR装置的整体结构示意图,图2所示本实用新型一种多重荧光定量检测PCR装置的另一个视角的整体结构示意图,图3所示本实用新型一种多重荧光定量检测PCR装置的支撑框架的结构示意图。根据本实用新型的实施例,提供一种多重荧光定量检测PCR装置,包括,支撑框架5。支撑框架5上安装温控模块1、热盖模块2、荧光检测模块3和电源模块4。热盖模块2置于温控模块1上方。
具体的实施例中,支撑框架5包括支撑底板501,以及位于支撑底板501上方的第一支撑板502和第二支撑板503,荧光检测模块3安装在第一支撑板502上,温控模块1和热盖模块2安装在第二支撑板503上。
如图4所示本实用新型一种多重荧光定量检测PCR装置的温控模块的结构示意图,图5所示本实用新型一种多重荧光定量检测PCR装置的温控模块的爆炸图,图6所示本实用新型温控模块的孔板的结构示意图,根据本实用新型的实施例,温控模块1包括孔板101、温度采样电路板102、温度采样元件103、半导体温控元件104、均热板105、散热器106、支架板107和散热风扇108。
温控模块1通过支架板107安装在支撑框架5的第二支撑板503上。孔板101上开设多个试管槽109,每个试管槽109开设第一光纤孔1091和第二光纤孔1092。
PCR反应体系(即PCR反应液)置于试管中,多个试管置于温控模块1上的孔板101的多个试管槽109中,试管外壁与试管槽109的内壁紧密贴合。温控模块1通过半导体温控元件104控制孔板101的温度,实现PCR反应高温变性、低温退火、适温延伸的温度要求。
通过电路控制半导体温控元件104,对孔板101进行加热或制冷。本实施例中,采用6个温度采样元件103对应6个半导体温控元件104,对孔板101对应位置的温度进行采样,从而实现温度的闭环控制。
半导体温控元件104与散热器106之间夹均热板105,从而实现将半导体温控元件104的热量迅速传至散热器106。散热器106和散热风扇108分别固定在支架板107两侧。支架板107上开孔,用于散热风扇108冷却散热器106。
本实施例中,孔板101上有96个试管槽109,满载时可同时对96个试管进行PCR反应。荧光检测模块3通过光纤与孔板101的试管槽109相连,荧光检测模块3的光纤插入试管槽109的第一光纤孔1091和第二光纤孔1092,从试管侧面照射PCR反应体系,检测试管内的荧光强度(下文中详细阐述)。
如图7所示本实用新型一种多重荧光定量检测PCR装置的热盖模块的结构示意图,图8所示本实用新型一种多重荧光定量检测PCR装置的热盖模块的爆炸,图9所示本实用新型热盖模块的热盖组件的爆炸图,图10所示本实用新型热盖模块的热盖组件的加热膜组件的爆炸图,图11所示本实用新型热盖模块的截面示意图。
PCR反应过程中,试管内反应体系温度较高,蒸发后在试管上部遇冷会在试管内壁冷凝,从而导致反应体系容积减少,影响实验结果。通过热盖模块2将高温加热膜贴合于试管上部,对试管进行加热,从而减少反应体系的冷凝。
根据本实用新型的实施例,热盖模块2包括热盖底座201,热盖底座201内安装滑块导向轴202、滑块203和热盖组件。热盖底座201底部形成一个凹槽2011,孔板101正对热盖模块2的热盖底座201底部的凹槽2011的位置。凹槽2011内具有多个通孔2012,孔板101的试管槽109穿过通孔2012伸入到凹槽2011。
热盖底座201下表面设置支柱2013,通过支柱2013将热盖模块2安装在支撑框架5的第二支撑板503上。
热盖组件包括顶板204、从动板210和加热膜组件,从动板210位于顶板204与加热膜组件之间。
加热膜组件包括加热膜上护壳215、加热膜下护壳216和加热膜217,加热膜217夹在加热膜上护壳215和加热膜下护壳216之间。加热膜下护壳216为金属材质,可以良好导热。
滑块203安装在滑块导向轴202上,被配置为沿滑块导向轴202往复运动。热盖组件固定在滑块203上,滑块203带动热盖组件在热盖底座201内向热盖底座201前侧方向或后侧方向运动。具体地,热盖组件的顶板204固定在滑块203上,滑块203通过顶板204带动热盖组件在热盖底座201内向热盖底座201前侧方向或后侧方向运动。
在一些优选的实施例中,滑块203和顶板204通过螺栓连接固定,滑块203通过滑块导向轴202导向。
根据本实用新型的实施例,顶板204底部固定驱动电机205,驱动电机205的输出轴安装齿轮206,从动板210底部安装齿条213,从动板210与加热膜组件之间安装弹簧组件。齿轮206与齿条213啮合,驱动从动板210向上或向下运动,带动加热膜组件离开或插入凹槽2011。
在一些优选的实施例中,驱动电机205通过螺栓固定连接至顶板204。齿条213通过螺栓固定连接至从动板210。
根据本实用新型的实施例,顶板204底部固定第一顶板导向轴207a和第二顶板导向轴207b,从动板210底部固定第一导向衬套211c和第二导向衬套211d,第一顶板导向轴207a穿过从动板210插入到第一导向衬套211c内,第二顶板导向轴207b穿过从动板210插入到第二导向衬套211d内。
加热膜上护壳215顶部设置第一加热膜导向轴214a和第二加热膜导向轴214b,从动板210底部固定第三导向衬套211a和第四导向衬套211b,弹簧组件包括第一弹簧220a和第二弹簧220b。
第一弹簧220a套设在第一加热膜导向轴214a上,第一加热膜导向轴214a插入第三导向衬套211a,第一弹簧220a位于加热膜上护壳顶部215与第三导向衬套211a的端面之间,并与加热膜上护壳顶部215与第三导向衬套211a的端面固定。第二弹簧220b套设在第二加热膜导向轴214b上,第二加热膜导向轴214b插入第四导向衬套211b,第二弹簧220b位于加热膜上护壳215顶部与第四导向衬套211b的端面之间,并与加热膜上护壳顶部215与第四导向衬套211b的端面固定。
根据本实用新型的实施例,顶板204底部设置上极限位置传感器208和下极限位置传感器209,从动板210上设置垂向挡板212。垂向挡板212,用于遮挡上极限位置传感器208或下极限位置传感器209。
滑块203底部设置前极限位置传感器218,热盖底座201内位于前侧位置设置水平挡板219。水平挡板219,用于遮挡前极限位置传感器218。
在一个优选的实施例中,前极限位置传感器218通过螺栓连接至滑块203。上极限位置传感器208和下极限位置传感器209通过螺栓固定连接至顶板204。
使用本实用新型PCR装置时,用户手动将顶板204向后侧方向移动,带动滑块203在滑块导向轴202上向后侧方向移动,从而带动整个热盖组件在热盖底座201内向热盖底座201后侧方向运动,漏出凹槽2011内的多个通孔2012。由于孔板101正对热盖模块2的热盖底座201底部的凹槽2011的位置,孔板101的试管槽109穿过通孔2012伸入到凹槽2011,试管通过凹槽2011放入孔板101的试管槽109内。
试管放入孔板101的试管槽109后,用户手动将顶板204向前侧方向移动,带动滑块203在滑块导向轴202上向前侧方向移动,从而带动整个热盖组件在热盖底座201内向热盖底座201前侧方向运动,使热盖组件的加热膜组件的加热膜下护壳216,位于凹槽2011正上方。由于孔板101的试管槽109穿过通孔2012伸入到凹槽2011,加热膜下护壳216位于孔板101的试管槽109正上方。
用户将顶板204向前侧方向移动过程中,滑块203移动至前极限位置时,前极限位置传感器218内的红外信号被热盖底座201内位于前侧位置设置水平挡板219遮挡截断,电平发生跳变,据此判断加热膜组件的加热膜下护壳216运动至前极限位置,以提示用户停止操作,实现对加热膜组件的位移精准控制。
当加热膜组件的加热膜下护壳216运动至前极限位置(加热膜下护壳216位于孔板101的试管槽109正上方)时,驱动电机205转动带动齿轮206转动,齿轮206驱动齿条213向下运动,从而使从动板210相对顶板204向下运动。从动板210由第一顶板导向轴207a、第二顶板导向轴207b和第一导向衬套211c、第二导向衬套211d导向。
从动板210相对顶板204向下运动过程中,加热膜上护壳215由第一加热膜导向轴214a、第二加热膜导向轴214b和第三导向衬套211a、第四导向衬套211b导向。同时,第三导向衬套211a和第四导向衬套211b推动第一弹簧220a和第二弹簧220b,第一弹簧220a和第二弹簧220b推动加热膜上护壳215,使加热膜组件整体向下运动。加热膜下护壳216下降至凹槽2011内,被试管槽109内装有PCR反应体系的试管限位后,从动板210继续向下运动,第三导向衬套211a和第四导向衬套211b挤压第一弹簧220a和第二弹簧220b,从而使得加热膜下护壳216与试管顶部紧密贴合。
当从动板210运动至下极限位置(加热膜下护壳216与试管顶部紧密贴合)时,下极限位置传感器209内的红外信号被垂向挡板212遮挡截断,电平发生跳变,据此判断从动板210运动至下极限位置,驱动电机205停机。
PCR检测完成后,驱动电机205反转,从动板210弹簧组件带动加热膜组件整体向上运动,从而带动加热膜下护壳216向上运动。当从动板210运动至上极限位置(加热膜下护壳216向上运动至离开凹槽2011)时,上极限位置传感器208内的红外信号被垂向挡板212遮挡截断,电平发生跳变,据此判断从动板210运动至上极限位置,驱动电机205停机。
PCR反应过程中,通过激发荧光激发PCR反应体系内的荧光报告基团,通过检测PCR反应体系的发射荧光强度,对DNA片段进行定量。
如图12所示本实用新型一种多重荧光定量检测PCR装置的荧光检测模块的结构示意图,图13所示本实用新型一种多重荧光定量检测PCR装置的荧光检测模块的爆炸图,图14所示本实用新型荧光检测模块的发光管的结构示意图,图15所示本实用新型荧光检测模块的探测管的结构示意图,图16所示本实用新型荧光检测模块的光纤盘的俯视图,根据本实用新型的实施例,荧光检测模块3包括进步电机301、光纤盘302、检测盘303、发光管304、探测管305、电机法兰306、接线板法兰307、接线板308。
荧光检测模块3通过光纤盘302安装在支撑框架5的第一支撑板502上,检测盘303与电机法兰306和接线板法兰307通过螺栓固定,步进电机301的输出轴穿过光纤盘302的中心孔与电机法兰306固定连接。步进电机301的本体通过螺栓与光纤盘302固定,发光管304与探测管305通过螺栓与检测盘303固定。
当步进电机301旋转时,带动电机法兰306、接线板法兰307、接线板308、检测盘303,以及检测盘303上固定的发光管304与探测管305整体旋转,光纤盘302不旋转。
光纤盘302内圈开设多个发光光纤孔324,光纤盘302外圈开设多个探测光纤孔325,发光光纤孔324的数量、探测光纤孔325的数量与试管槽109的数量相同。
一个发光光纤孔324通过发光光纤326a连接一个试管槽109的第一光纤孔1091,用于激发PCR反应体系中的荧光。一个探测光纤孔325通过探测光纤326b连接同一个试管槽109的第二光纤孔1092,用于检测PCR反应体系的荧光发射强度。
如图14所示,(a)为发光管304的立体图,(b)为发光管304的剖面图。根据本实用新型的实施例,发光管304包括发光管外壳309、第一发光透镜310、发光滤光片311、第二发光透镜312、发光元件313和发光电路板314。
发光管304由两片相同的发光管外壳309扣合,发光元件313通电后可发射特定波长的光线,经第二发光透镜312准直后,经过发光滤光片311滤波,然后经第一发光透镜310聚焦,焦点射于发光光纤326a的端部。发光元件313焊接于发光电路板314,发光电路板314通过导线连接至接线板308。
如图15所示,(c)为探测管305的立体图,(d)为探测管305的剖面图。根据本实用新型的实施例,探测管305包括探测管紧固法兰315、探测管外壳316、探测管内壳317、探测管端盖318、第一探测透镜319、探测滤光片320、第二探测透镜321、探测元件322和探测电路板323。
探测光纤326b射出的发射荧光经第一探测透镜319准直后,经过探测滤光片320滤波,然后经第二探测透镜321聚焦,焦点射于探测元件322表面。探测元件322焊接于探测电路板323,探测电路板323通过导线连接至接线板308。
本实施例中,共有96个试管槽109、96个发光光纤孔324和96个探测光纤孔325。96个试管槽109依次编号为1#、2#、……、96#。96个发光光纤孔324依次编号为T1、T2、……、T96。96个探测光纤孔325依次编号为R1、R2、……、R96。
本实施例中,共有6个发光管304和6个探测管305,间隔环绕固定在检测盘303上。6个发光管304依次编号为x1、x2、……、x6。6个探测管305依次编号为y1、y2、……、y6。
发光管304轴线的旋转半径与光纤盘302内圈96个发光光纤孔324形成的圆的半径相等,探测管305轴线的旋转半径与光纤盘302外圈96个探测光纤孔325形成的圆的半径相等。
96个发光光纤孔324均匀布置,相邻发光光纤孔324之间的角度为3.75°。96个探测光纤孔325均匀布置,相邻探测光纤孔325之间的角度为3.75°。
6个发光管304和6个探测管305在检测盘303上均匀布置,相邻的发光管304与探测管305之间的角度为30°。
一个发光光纤孔324通过发光光纤326a连接一个试管槽109的第一光纤孔1091,一个探测光纤孔325通过探测光纤326b连接一个试管槽109的第二光纤孔1092。
例如,T1号发光光纤孔324通过发光光纤326a连接1#号试管槽109的第一光纤孔1091,R1号探测光纤孔325通过探测光纤326b连接1#号试管槽109的第二光纤孔1092。T1号发光光纤孔324与R1号探测光纤孔325的角度差为30°
T2号发光光纤孔324通过发光光纤326a连接2#号试管槽109的第一光纤孔1091,R2号探测光纤孔325通过探测光纤326b连接2#号试管槽109的第二光纤孔1092。T2号发光光纤孔324与R2号探测光纤孔325的角度差为30°
依次类推,T96号发光光纤孔324通过发光光纤326a连接96#号试管槽109的第一光纤孔1091,R96号探测光纤孔325通过探测光纤326b连接96#号试管槽109的第二光纤孔1092。T96号发光光纤孔324与R96号探测光纤孔325的角度差为30°
荧光检测模组工作时,控制步进电机301旋转,使得6个发光管304中的x1号发光管304与T1号发光光纤孔324对齐,则与y1号探测管305与R1号探测光纤孔325对齐。
此时x2发光管304与T17号发光光纤孔324对齐,则y2号探测管305与R17号探测管305对齐。
依次类推,x1、x2、……、x6号发光管304和y1、y2、……、y6号探测管305分别与T(n*16+1)号发光光纤孔324和R(n*16+1)号探测管305(n=0~5)对齐。
此时,驱动6个发光管304点亮,通过检测6个探测管305内测到的荧光光强,可以分别测得对应试管内的荧光强度。
驱动步进电机301转动3.75°,则x1、x2、……、x6号发光管304和y1、y2、……、y6号探测管305分别与T(n*16+2)号发光光纤孔324和R(n*16+2)号探测管305(n=0~5)对齐。依次类推,步进电机301转动一圈,可以对96个试管槽109内的96个试管进行6重荧光检测。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。