CN220976987U - 一种便携式等温扩增及离心检测一体化装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种便捷式等温扩增及离心检测一体化装置，涉及检测仪器领域，解决了现有等温扩增实验仪器功能单一的技术问题。它包括箱体、等温扩增模块、光学检测模块、离心机和显示操作模块；所述箱体的内部固定安装有主控模块，所述等温扩增模块、光学检测模块和离心机均安装在箱体上，所述显示操作模块固定安装在箱体的一侧，所述显示操作模块、等温扩增模块和光学检测模块同时与主控模块电性连接。本实用新型能够实现等温扩增功能、荧光检测功能、比色检测功能和离心功能，极大地提升了仪器的一体化程度，提高了仪器的通用性。
Description
技术领域
本实用新型涉及检测仪器领域，更具体地说，它涉及一种便携式等温扩增及离心检测一体化装置。
背景技术
等温扩增技术(Isothermal amplification technology)是核酸体外扩增的一类技术的总称，是在某一恒定温度下，通过添加不同活性的酶和特异性引物来快速扩增特定的DNA或RNA。该技术对仪器的要求大大简化，具有反应分析耗时短、特异性强、灵敏度高、成本低等优点。常用的等温扩增技术主要有以下几种：即环介导等温扩增(loop-mediatedisothermal amplification，LAMP)、滚环扩增(rollingcircleDNAamplification，RCA)、单引物等温扩增(single primer isothermal amplification，SPIA)、依赖解旋酶的等温扩增(helicase-dependent isothermal amplification，HDA)、核酸依赖性扩增检测(nucleic acid sequence-based amplification，NASBA)等。其中，LAMP是目前被广泛应用的等温扩增技术，其他的新技术也在不断的发展与完善。等温扩增技术由于其快速、简便、准确的特点受到了广泛的关注，同时也加速了以该技术为基础的检测技术的发展。近年来等温扩增技术逐步应用于食品安全、医学、分子生物学等领域，尤其是在医学临床和工业现场的快速诊断技术方面，核酸等温扩增技术显示了其突出的优越性。此外，由于不需要对温度变化进行控制，核酸等温扩增技术摆脱了对精密仪器的依赖，操作简便，实现了对DNA的快速且高通量的诊断及检测。
比色法(Colorimetry)是通过测量或比较有色物质溶液颜色的深浅，来确定待测物质含量的方法。比色分析的发展经历了目视比色法和光电比色法两个阶段。常用的目视比色法是标准系列法，该法采用一组由质料完全相同的玻璃制成的直径相等、体积相同的比色管，按顺序加入不同量的待测组分标准溶液，再分别加入等量的显色剂及其他辅助试剂，然后稀释至一定体积，使之成为颜色逐渐递变的标准色阶。将样品显色溶液与标准色阶的各比色管进行比较，找出颜色深度最接近于样品显色溶液的那只标准比色管，如果样品溶液的颜色介于两只相邻标准比色管颜色之间，则样品溶液浓度应为两标准比色管溶液浓度的平均值。标准系列法的主要优点是设备简单和操作简便，但眼睛观察存在主观误差，准确度比较低。光电比色法是在光电比色计上测量标准溶液的吸光度，将吸光度对浓度作图，制得标准曲线，然后根据待测物质溶液的吸光度在曲线上得到其含量或浓度。光电比色计通常由光源、滤光片、接收器、吸收池四部分组成。与目视比色法相比，光电比色法消除了主观误差，提高了准确度，而且可以通过选择滤光片和参比溶液来消除干扰，从而提高了选择性。比色分析具有快速、稳定、灵敏、重复性好等特点，从而使它在生物大分子及化学分析中具有很大的优势。
荧光法(Fluorimetry)是利用某些物质被紫外光照射后所发射的能反映出该物质特性的荧光进行定性或定量分析的方法。荧光属于光致发光(物质依赖外界光源进行照射，从而吸收能量，激发后再导致发光的现象)，所以涉及两种辐射，即激发光和发射光，因而具有两种特征光谱，即激发光谱和发射光谱。它们是荧光分析中定性和定量的基础。荧光分析法可以为复杂环境样品中微量物质的分析提供手段，目前主要用于无机物和有机物的定量分析。荧光定量分析的主要方法有校准曲线法，根据荧光强度与荧光物质浓度成正比的关系，用已知量的标准物质，按与试样的相同方法处理后，配成一系列不同浓度的标准溶液，在一定条件下测定这些溶液的荧光强度，从标准曲线上求出荧光物质的含量。由于荧光分析通常具有背景值低、灵敏度高、选择性好和样品用量少等优点，目前广泛应用于生命科学、医学、有机化学和无机化学等领域。
由于比色和荧光这两种分析方法各有优点，因此很多化学反应可以根据其反应机理选择采用比色分析或者采用荧光分析方法。但是在现有的能够实现比色分析和荧光分析的仪器中，待测溶液均需要放入比色皿中才能够进行测量，而比色皿属于精密光学仪器，其使用、存放都要遵循严格的操作流程；此外，在对不同体积溶液的测量中，要选择相应的比色皿盛放溶液，然而比色皿的成本相对较高。以上特性限制了大多数荧光/比色装置的便携性以及使用的简便程度。
在现有的能够实现荧光分析和比色分析的仪器中，比色功能和荧光功能是独立的，并且大多数仪器还存在体积大、能耗高、操作复杂等缺点。针对一些非实验室场景下的待测样品检测十分不友好。
等温扩增实验流程包括三个步骤：①混合反应物；②进行反应；③检测反应结果。但目前的多数仪器功能相对单一，尚未有将这三个步骤在一台仪器上完成的装置。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种便捷式等温扩增及离心检测一体化装置，解决了现有等温扩增实验仪器功能单一的技术问题。
本实用新型所述的一种便捷式等温扩增及离心检测一体化装置，它包括箱体、等温扩增模块、光学检测模块、离心机和显示操作模块；
所述箱体的内部固定安装有主控模块，所述等温扩增模块、光学检测模块和离心机均安装在箱体上，所述显示操作模块固定安装在箱体的一侧，所述显示操作模块、等温扩增模块和光学检测模块同时与主控模块电性连接。
作进一步的改进，所述等温扩增模块包括金属加热池和温度检测模块，所述金属加热池内部填充有导热硅脂，所述导热硅脂中开设有两个离心管检测槽，所述金属加热池的底部固定安装有电加热薄膜，所述电加热薄膜连接有电热片，所述电热片的输入端通过电热片电压控制模块与主控模块的第一信号控制端电性连接；
所述温度检测模块的探头插接在导热硅脂中，所述温度检测模块的信号输出端与主控模块的第一信号输入端电性连接。
进一步的，所述温度检测模块的温度监测探头为NTC线性温度传感器。
更进一步的，所述等温扩增模块还包括保温盖，所述保温盖铰接安装在箱体靠近金属加热池的上端面。
更进一步的，所述光学检测模块包括壳体，所述壳体的上方开设有离心管检测孔，所述壳体的两侧分别固定安装有蓝色LED灯，所述壳体靠近离心管检测孔的一侧固定安装有白色LED灯，所述壳体的内部固定安装有光谱传感器；
所述白色LED灯的输入端通过电压控制模块一与主控模块的第二信号控制端电性连接，所述蓝色LED灯通过电压控制模块二与主控模块的第三信号控制端电性连接，所述光谱传感器与主控模块的第二信号输入端电性连接。
更进一步的，所述光学检测模块还包括遮光盖，所述遮光盖铰接安装在箱体靠近壳体的上端面。
更进一步的，所述离心机包括离心架和马达，所述离心架的末端与马达的驱动端固定连接，所述箱体靠近离心架的一侧固定安装有离心机开关，所述离心机开关与离心机电性连接。
更进一步的，所述显示操作模块包括按键组和显示屏，所述按键组和显示屏分别通过螺丝固定安装在箱体的一侧，所述按键组的输出端与主控模块的第三信号输入端电性连接，所述显示屏的信号通信端与主控模块的信号通信端电性连接。
更进一步的，所述箱体的一侧固定安装有冷却风扇。
更进一步的，所述箱体的一侧开设有电源插孔和总电源开关。
有益效果
本实用新型的优点在于：
1.本实用新型通过将光学检测模块、等温扩增模块以及离心机安装在同一个箱体上，使之能够实现等温扩增功能、荧光检测功能、比色检测功能和离心功能，极大地提升了仪器的一体化程度，提高了仪器的通用性。
2.本实用新型能够实现对离心管内的溶液进行光学检测，避免了样品溶液在转移至比色皿的过程中会造成的污染，以及比色皿在取用过程中的复杂操作，提高了仪器使用的便利程度，以及降低了装置的附加成本。
3.本实用新型通过集成化设计，有效地提高了等温扩增及检测一体化装置的集成度，将三种装置(温控装置、离心装置、光学检测装置)集成化可有效减小仪器体积，提高仪器使用的便利程度，使其能够在非实验室条件下进行扩增反应及检测。
附图说明
图1为本实用新型的一体化装置工作流程图；
图2为本实用新型一体化装置的第一立体结构示意图；
图3为本实用新型一体化装置的第二立体结构示意图；
图4为本实用新型一体化装置的内部结构俯视图；
图5为本实用新型光学检测模块的立体结构前侧示意图；
图6为本实用新型光学检测模块的立体结构后侧示意图；
图7为本实用新型与商品化仪器(K5600c)比色检测结果对比图，
其中，(a)为本仪器比色检测结果，(b)为K5600c比色检测结果；
图8为本仪器与商品化仪器(F-380A)荧光检测结果对比图，
其中，(a)为本仪器荧光检测结果，(b)为F-380A荧光检测结果。
其中：1-箱体、2-主控模块、3-电源模块、4-电源降压模块、5-等温扩增模块、51-温度检测模块、52-金属加热池、53-保温盖、54-离心管检测槽、55-电热片电压控制模块、6-光学检测模块、61-壳体、62-遮光盖、63-离心管检测孔、64-蓝色LED灯、65-白色LED灯、66-光谱传感器、67-电压控制模块二、7-离心机、71-离心架、72-马达、73-离心机开关、8-显示操作模块、81-按键组、82-显示屏、9-冷却风扇、10-电源插孔、11-总电源开关。
具体实施方式
下面结合实施例，对本实用新型作进一步的描述，但不构成对本实用新型的任何限制，任何人在本实用新型权利要求范围所做的有限次的修改，仍在本实用新型的权利要求范围内。
参阅图1-图8，本实用新型的一种便捷式等温扩增及离心检测一体化装置，它包括箱体1、等温扩增模块5、光学检测模块6、离心机7和显示操作模块8。
箱体1的内部固定安装有主控模块2，等温扩增模块5、光学检测模块6和离心机7均安装在箱体1上，显示操作模块8固定安装在箱体1的一侧，显示操作模块8、等温扩增模块5和光学检测模块6同时与主控模块2电性连接。
等温扩增模块5包括金属加热池52和温度检测模块51，金属加热池52内部填充有导热硅脂，导热硅脂中开设有两个离心管检测槽54，金属加热池52的底部固定安装有电加热薄膜，电加热薄膜连接有电热片，电热片的输入端通过电热片电压控制模块55与主控模块2的第一信号控制端电性连接。金属加热池52为不锈钢制，在金属加热池52的池壁开设有通孔，该通孔用于通过温度检测模块51的导线以及电加热薄膜导线。等温扩增模块5实现对离心管内物质的等温扩增。
温度检测模块51的探头插接在导热硅脂中，温度检测模块51的信号输出端与主控模块2的第一信号输入端电性连接。温度检测模块51的温度监测探头为NTC线性温度传感器。温度检测模块51实现对离心管内物质的温度检测。等温扩增模块5还包括保温盖53，保温盖53铰接安装在箱体1靠近金属加热池52的上端面上。
光学检测模块6包括壳体61，壳体61的上方开设有离心管检测孔63，壳体61的两侧分别固定安装有蓝色LED灯64，壳体61靠近离心管检测孔63的一侧固定安装有白色LED灯65，壳体61的内部固定安装有光谱传感器66。白色LED灯65作为比色检测实验的光源，蓝色LED灯64作为荧光检测实验的光源。光谱传感器66的型号为AS7341，AS7341光谱传感器66负责将比色和荧光检测的数据传回主控模块3中。蓝色LED灯64为485nm蓝色LED灯。AS7341光谱传感器66通过螺丝固定在壳体61的正面，白色LED灯65、蓝色LED灯64和光谱传感器66可以共同构成T字形光路结构。
白色LED灯65的输入端与主控模块2的第二信号控制端电性连接，蓝色LED灯64通过电压控制模块二67与主控模块2的第三信号控制端电性连接，光谱传感器66与主控模块2的第二信号输入端电性连接。光学检测模块6还包括遮光盖62，遮光盖62铰接安装在箱体1靠近壳体61的上端面上。
离心机7包括离心架71和马达72。离心架71的末端与马达72的驱动端固定连接，箱体1靠近离心架71的一侧固定安装有离心机开关73，离心机开关73与离心机7电性连接。马达72为直流马达。
显示操作模块8包括按键组81和显示屏82。按键组81包括按键一、按键二、按键三和按键四。按键组81和显示屏82分别通过螺丝固定安装在箱体1的一侧的镂空位置，显示屏82为TFTLCD显示屏，按键组81的输出端与主控模块2的第三信号输入端电性连接，显示屏82的信号通信端与主控模块2的信号通信端电性连接。
按键组81可以用来控制装置的模式、加热温度和时间设定以及不同检测模式下的启停。TFTLCD显示屏82可以显示的内容包括当前装置所处的模式，等温扩增模式下的环境温度以及目标温度，设定的时间，在比色检测模式下的吸光度值和在荧光检测模式下不同通道的荧光强度值。
箱体1的一侧固定安装有冷却风扇9，冷却风扇9负责箱体1内部的散热。
箱体1的一侧开设有电源插孔10和总电源开关11，总电源开关11与主控模块2电性连接。电源插孔10负责将电线引入箱体1的内部。
电源模块3包括电源降压模块4和12V多路电源模块。其中12V多路电源模块固定在箱体1的底部，12V多路电源作为主控模块2、光谱传感器66、蓝色LED灯64、白光LED灯65、温度检测模块51、显示操作模块8以及离心机7的电源。电源降压模块4固定安装在箱体1的底部，电源降压模块4为薄膜加热片供电。主控模块3的处理器的型号为STM32单片机，负责控制整个系统。
本实用新型中出现的电热片电压控制模块55、电源降压模块4、12V多路电源模块、电压控制模块二67和NTC线性温度传感器均为现有技术，本实用新型不对其进行改进。
本实用新型的工作原理是：将本装置通电，打开总电源开关11。先将各种等温扩增反应物加入到离心管中，然后将离心管放入离心架71的离心管孔中，打开离心机开关73，使待测样品离心10秒并且混匀，关闭离心机开关73。
接着打开保温盖53，将混匀后的离心管放入金属加热池52中的离心管检测槽54中，然后通过按键组81设置显示在显示屏上82的等温扩增实验参数。等温扩增实验参数的默认设置是从等温扩增实验的第一个加热段开始的，显示屏82上会显示“Step：1”的字样。首先按一下按键二，显示屏82上会显示“Set temp”的字样，该字样意为可以设置当前加热段的目标温度，接着按下按键三就可以增加温度，反之按下按键四就可以减少温度。在设置好温度值后再次按下按键二，显示屏82上显示“Set time”的字样，该字样意为可设置当前加热段的加热时间(分钟)，接着按下按键三可以增加分钟数，反之按下按键四可以减少分钟数，可设置的分钟数最大为99，最小为0。设置好分钟数后再次按下按键二，显示屏82上显示“Set sec”的字样，该字样意为可设置当前加热段的加热时间(秒)，按下按键三可以增加秒数，反之按下按键四可以减少秒数，可设置的秒数最大为59，最小为0。在设置好第一个加热段的温度后，接着按下按键二，显示屏82上显示“Press 3Set step”和“Press 4Startheating”的字样，这两个字样分别表示按下按键三可以选择不同的加热段进行参数设置，以及按下按键四开始加热。按下按键三，显示屏上跳转为“Step：2”的字样，第二个加热段以后设置温度时间的方法和之前的步骤相同。
等温扩增实验参数设置完成后，关闭保温盖53，按下按键四，金属加热池52开始加热，使离心管中的物质等温扩增。
等温扩增实验完成后，打开保温盖53，将离心管放入离心架71的离心管孔中，打开离心机开关73，使待测样品离心10秒并且混匀，关闭离心机开关73。
第二次离心完成后，打开保温盖53和遮光盖62，将离心检测槽54中的离心管取出，再将等温扩增完成后的离心管放入壳体61的离心管检测孔63中，关闭遮光盖62。然后通过按键组81设置显示在显示屏82上的光学检测实验参数，显示屏82上跳转后的检测模式首先为比色检测，显示屏82上显示“Press 3Set mode”和“Press 4Start detection”的字样，这两个字样分别表示按下按键三可设置检测模式(比色法或者荧光法)，以及按下按键四可以在当前模式下开始检测。先按下按键三选择比色法模式，在比色法模式下按下按键四开始检测，等待6秒后显示屏82上可以显示出不同通道的吸光度。然后再按下按键三切换到荧光法，在荧光法模式下按下按键四进行检测，等待6秒后显示屏82上面可以显示出离心管内溶液的荧光强度。
如图7-8所示，操作者可以通过显示屏82上查看本仪器与不同仪器实验数据的对比图。
光学检测实验完成后，打开遮光盖12，将离心管取出。
以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。
Claims (10)
1.一种便携式等温扩增及离心检测一体化装置，其特征在于，它包括箱体(1)、等温扩增模块(5)、光学检测模块(6)、离心机(7)和显示操作模块(8)；
所述箱体(1)的内部固定安装有主控模块(2)，所述等温扩增模块(5)、光学检测模块(6)和离心机(7)均安装在箱体(1)上，所述显示操作模块(8)固定安装在箱体(1)的一侧，所述显示操作模块(8)、等温扩增模块(5)和光学检测模块(6)同时与主控模块(2)电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种便携式等温扩增及离心检测一体化装置，其特征在于，所述等温扩增模块(5)包括金属加热池(52)和温度检测模块(51)，所述金属加热池(52)内部填充有导热硅脂，所述导热硅脂中开设有两个离心管检测槽(54)，所述金属加热池(52)的底部固定安装有电加热薄膜，所述电加热薄膜连接有电热片，所述电热片的输入端通过电热片电压控制模块(55)与主控模块(2)的第一信号控制端电性连接；
所述温度检测模块(51)的探头插接在导热硅脂中，所述温度检测模块(51)的信号输出端与主控模块(2)的第一信号输入端电性连接。
3.根据权利要求2所述的一种便携式等温扩增及离心检测一体化装置，其特征在于，所述温度检测模块(51)的温度监测探头为NTC线性温度传感器。
4.根据权利要求2所述的一种便携式等温扩增及离心检测一体化装置，其特征在于，所述等温扩增模块(5)还包括保温盖(53)，所述保温盖(53)铰接安装在箱体(1)靠近金属加热池(52)的上端面上。
5.根据权利要求1所述的一种便携式等温扩增及离心检测一体化装置，其特征在于，所述光学检测模块(6)包括壳体(61)，所述壳体(61)的上方开设有离心管检测孔(63)，所述壳体(61)的两侧分别固定安装有蓝色LED灯(64)，所述壳体(61)靠近离心管检测孔(63)的一侧固定安装有白色LED灯(65)，所述壳体(61)的内部固定安装有光谱传感器(66)；
所述白色LED灯(65)的输入端通过电压控制模块一与主控模块(2)的第二信号控制端电性连接，所述蓝色LED灯(64)通过电压控制模块二(67)与主控模块(2)的第三信号控制端电性连接，所述光谱传感器(66)与主控模块(2)的第二信号输入端电性连接。
6.根据权利要求5所述的一种便携式等温扩增及离心检测一体化装置，其特征在于，所述光学检测模块(6)还包括遮光盖(62)，所述遮光盖(62)铰接安装在箱体(1)靠近壳体(61)的上端面上。
7.根据权利要求1所述的一种便携式等温扩增及离心检测一体化装置，其特征在于，所述离心机(7)包括离心架(71)和马达(72)，所述离心架(71)的末端与马达(72)的驱动端固定连接，所述箱体(1)靠近离心架(71)的一侧固定安装有离心机开关(73)，所述离心机开关(73)与离心机(7)电性连接。
8.根据权利要求1所述的一种便携式等温扩增及离心检测一体化装置，其特征在于，所述显示操作模块(8)包括按键组(81)和显示屏(82)，所述按键组(81)和显示屏(82)分别通过螺丝固定安装在箱体(1)的一侧，所述按键组(81)的输出端与主控模块(2)的第三信号输入端电性连接，所述显示屏(82)的信号通信端与主控模块(2)的信号通信端电性连接。
9.根据权利要求1所述的一种便携式等温扩增及离心检测一体化装置，其特征在于，所述箱体(1)的一侧固定安装有冷却风扇(9)。
10.根据权利要求1所述的一种便携式等温扩增及离心检测一体化装置，其特征在于，所述箱体(1)的一侧开设有电源插孔(10)和总电源开关(11)。
Priority Applications (1)
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| CN202322608248.3U CN220976987U (zh) | 2023-09-22 | 2023-09-22 | 一种便携式等温扩增及离心检测一体化装置 |
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