CN2715145Y - 热风浴实时荧光定量基因扩增分析仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热风浴实时荧光定量基因扩增分析仪，包括箱体，箱体内设置有电机，箱体上设有热风循环装置，所述热风循环装置包括设置在箱体上端的热风交换循环装置和设置在电机的主轴上的样品扩增扇架装置；箱体内紧邻样品扩增扇架装置设有荧光定量检测装置；箱体内设有控制电机旋转并通过接口与箱体外部计算机相连的电子控制装置。本实用新型具有自动检测、快速、准确、不易污染、操作方便、价格低廉、便于普及的特点，适于广大基层医疗卫生、防疫、动植物检测等单位的需求。

Description

热风浴实时荧光定量基因扩增分析仪

                        技术领域

本实用新型适用于医学、生物领域聚合酶链反应(PCR)原始靶基因浓度的自动、快速定量分析装置，更具体地说，涉及一种热风浴实时荧光定量基因扩增分析仪。

                        背景技术

PCR是聚合酶链反应是(Polymerase chain reaction)的简称，是一项在短时间内体外大量扩增特定的DNA片段的分子生物学技术。普通PCR仪器是先将靶基因置于由微机自动控制电路控制加热和制冷的热循环装置，完成PCR要求的变性、复性和延伸，使靶基因被扩增数百万倍，完成PCR扩增之后借助电泳等方法对最后扩增产物分离和检测，操作繁琐，分析时间长，所采用的方法是“终点法”，对原始靶基因浓度的计算结果准确性和重现性差，而且难以实现全自动分析，操作过程极易造成交叉污染，分析结果由于“假阳性率”太高而曾被禁止用于临床检验。

中国专利ZL01221110.9公开了一种荧光定量聚合酶链反应诊断仪，它是利用控制电路在控制热循环装置对靶基因扩增的同时对被测物的荧光信号强度进行检测，由于荧光信号强度与靶基因的浓度是成比例关系的，因此检测荧光强度就能知道特定基因的数量或浓度。这种测量方法是已知的公开技术，本实用新型也是采用这种测量原理。该专利采用的技术方案为：整个装置包括置于箱体内的热循环装置，荧光检测装置，控制电路和置于箱体外的计算机，所说的热循环装置包括具有一排插孔的变温金属模块、与变温金属模块紧贴的热电制冷器，设在热电制冷器旁的散热器、风扇和插放在插孔中的试管，试管上盖有带加热器的热盖，在热盖、散热器和变温金属模块中分别设有温度传感器。由此可知该专利采用的是利用半导体与试管直接接触制冷制热的，这种方式升降温速率慢，分析时间长半导体材料寿命短，整个仪器需要大量的后继维护工作，使用费用较高。

针对现有技术存在以上相对的不足，提出本实用新型。

                        发明内容

本实用新型的目的在于提供一种能够自动检测、快速、准确、不易污染、操作方便、价格低廉、便于普及、适于广大基层医疗卫生、防疫、动植物检测等单位需求的热风浴实时荧光定量基因扩增分析仪。

为实现上述发明目的，本实用新型所采用的技术方案的基本构思是：一种热风浴实时荧光定量基因扩增分析仪，包括箱体，箱体内设置有电机，箱体上设有热风循环装置，所述热风循环装置包括设置在箱体上端的热风交换循环装置和设置在电机的主轴上的样品扩增扇架装置；箱体内紧邻样品扩增扇架装置设有荧光定量检测装置；箱体内设有控制电机旋转并通过接口与箱体外部计算机相连的电子控制装置。

所述热风交换循环装置包括设置在箱体上部的上风室，上风室内设有与箱体连通的进风管，进风管内设有强力风机和加热器组，强力风机位于加热器组的上端，加热器组中设有过热保护装置，进风管的出风口设有扩增室，扩增室通过多孔环形密封回风口与上风室连通，上风室内设有可控风机组和安全防护装置，扩增室内设有4-6组温度传感器。

所述扩增室外部设有同步检测器和配合其工作的栅形同步盘，栅形同步盘安装在主轴上。

所述样品扩增扇架装置包括设置在扩增室内的主轴上的样品装载扇架盘，样品装载扇架盘的四周均匀设有样品试管孔，样品装载扇架盘的上端平行设有压力盖，压力盖的四周均匀设有与样品试管孔相对应的弹性压柱。

所述荧光定量检测装置包括设置在扩增室外的由激发光源、激发滤光片组、会聚透镜组成的发光装置，检测装置与发光装置呈90°角度设置，该检测装置包括依次放置的异型光栏、散射透镜、检测滤光片组、光电检测器，异型光栏安装在扩增室的外壁上，光电检测器旁设有直接接触制冷的制冷罩和制冷器组。

所述激发光源为波长范围350-800nm的钨灯、高亮度LED发光二极管或激光。

所述激发滤光片组和检测滤光片组为1-6位波长范围350-800nm的滤光片的组合使用。

所述光电检测器为光电倍增管、光电三极管或光电池。

所述电子控制装置包括控制电机正、反向旋转的微处理器、控制温度的微处理器、控制数据采集组和通讯组的微处理器。

本实用新型产生有益效果主要有以下几点：

1、采用新型循环热风浴模式实现温度循环，同时采用了全新的、优化的风道设计，升降温速率比传统的半导体制冷模式提高一倍以上，实现了快速、稳定的温度循环过程。

2、设计了荧光检测最佳的90度垂直光路系统，与传统的共轴或平行光路系统相比，能够显著降低激发光源和杂散光源对检测信号的干扰，大大提高信噪比。

3、本实用新型涉及的实时荧光定量基因扩增分析仪便于普及、适于推广，特别是能够满足广大基层医疗卫生、防疫、动植物检测等单位的需求。

                        附图说明

1.图1为本实用新型总体功能方框示意图

2.图2为本实用新型结构示意图

其中，图中箭头方向为风循环流动方向。

                      具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细的描述：

图1为本实用新型总体功能方框示意图，如图1虚线框所示，本实用新型分析仪包括四个装置——热循环装置、荧光定量检测装置C、电子系统装置D和外置计算机装置E，其中热循环装置由热风交换循环装置A和样品扩增扇架装置B组成。热风交换循环装置A设置在箱体1的上端，样品扩增扇架装置B设置在电机2的主轴3上，荧光定量检测装置C设置在箱体1内的样品扩增扇架装置B旁，电子控制装置D通过接口与箱体1外部计算机E相连的，电子控制装置D包括控制电机2正、反向旋转的微处理器、控制温度的微处理器、控制数据采集组和通讯组的微处理器。

以上各个装置实现的功能如下：

热风交换循环装置A，为靶基因扩增创造一个良好的温度环境，在特定的温度环境下，完成靶基因扩增所需的变性、退火、延伸多个温度周期工作，达到扩增的目的。

样品扩增扇架装置B，其功能有四个：一、承载分析样品，保证样品试管在热风浴环境中的一致性和位置需求；二、保证每个样品试管能够在严密的条件下工作，不泄漏样品以致污染环境；三、高速旋转中产生的巨大抽力将热空气在极短时间充满扩增室，并使之均匀，使样品的温度均匀性达到最佳状态，以保证扩增效率的高度重复性；四、在双向变速旋转的作用下，促进管内样品溶液与扩增管壁及扩增室空气的热交换和热传递过程，提高扩增管内反应样品的实际升降温速率，同时使样品试管内样品与荧光染料充分的混合，并使管内样品的温度更加均匀。

荧光定量检测装置C的功能主要有五个方面，一、为仪器提供一个强有力的稳定的激发光源。二、为仪器提供一个灵敏度适当的荧光检测装置。三、为仪器提供了荧光检测所需的最佳的90度垂直光路系统，与传统的共轴线平行光路系统相比，能够显著降低激发光源和杂散光源对检测信号的干扰，显著提高信噪比。四、为仪器提供了可在多个位置组合安装的滤光片组，可方便的满足用户对激发或检测波长组合变化的需求。五、为检测装置提供一个恒温的工作环境。

电子控制装置的功能是满足分析仪器所需的控制功能需求以及与外置计算机装置保持通讯联系。

外置计算机装置的功能是可以运行分析专用软件为分析提供一个工作控制基础平台。

图2为本实用新型的结构示意图，如图2所示，箱体1的上端设有上风室4，上风室4内设有通过多孔环形密封回风口10与箱体1连通的进风管5，进风管5内设有强力风机6和加热器组7，强力风机6位于加热器组7的上端，该加热器组7中设有过热保护装置8，进风管5与扩增室9连通，上风室4内设有可控风机组11并安装有安全防护装置12，扩增室9内均匀分布安装有4-6组温度传感器13，以对扩增室9内的温度进行实时监控，电子控制装置D内的微处理器采集温度传感器13的信号并传输至外部计算机E，使其可以按预期设置的参数进行控温加热。

由电子控制装置D控制的可双向变速旋转的电机2设置在扩增室9外，电机2的主轴3延伸至扩增室9内，在电机2和扩增室9之间的主轴3上设有栅形同步盘15，同步检测器14配合其工作。扩增室9内设有样品扩增扇架装置B，包括设置在主轴3上的样品装载扇架盘16，样品装载扇架盘16的四周均匀设有样品试管孔17，样品装载扇架盘16的上端设有与其平行安装在主轴3上的压力盖18，压力盖18的四周均匀设有与样品试管孔17相对应的弹性压柱19。实际应用时，首先将在装有被检测反应物的样品试管31放置在样品试管孔17上，将压力盖18按下，使得压力盖18四周的弹性压柱19塞住样品试管31，启动电机进行样品扩增测试。

在扩增室9的外部设有荧光定量检测装置C，包括由激发光源20、激发滤光片组21、会聚透镜22组成的发光装置23，检测装置24与发光装置22呈90°角度垂直设置。该检测装置24包括依次放置的异型光栏25、散射透镜26、检测滤光片组27、光电检测器28，其中，异型光栏25安装在扩增室9的侧壁上，光电检测器28旁设有直接接触制冷的制冷罩29和制冷器组30。光电检测器28为光电倍增管、光电三极管或光电池，激发滤光片组21为1-6位波长范围350-800nm的滤光片组合使用，检测滤光片组27为1-6位波长范围350-800nm的滤光片组合使用，激发光源21为波长范围350-800nm的钨灯、高亮度LED发光二极管或激光。本实施例采用波长范围350-800nm的钨灯作为激发光源，采用光电倍增管作为光电检测器，采用4位波长范围350-800nm的滤光片组合使用作为激发滤光片组，采用4位波长范围350-800nm的滤光片组合使用作为检测滤光片组。

本实用新型分析仪器的工作过程是：在外置计算机E及通过接口与之连接的电子控制装置D的内置多位微处理器的控制下根据预先设置的工作参数，对分析样品进行热风浴循环，在热风浴循环中，仪器顶部进风管5内的强力风机6将室温空气吹进加热器组7中控温加热，经过加热的热空气流吹向扩增室9内，在扩增室9内装载着样品扩增扇架装置B，该样品扩增扇架装置B分时双向变速旋转搅拌热空气流，使热空气高速流经样品，带给样品热量使样品升温，如图2中箭头方向所示。在冷风浴循环时，上风室4内的可控风机组11开始工作，加速排风，使扩增室9内温度快速降低以达到扩增的需求。在升降温过程中，样品装载扇架盘16分时双向变速旋转带动样品试管内反应液形成涡旋状态，促进管内溶液与管壁及管外空气迅速发生热交换和热传递，快速完成基因扩增所需的变形、退火、延伸等循环过程。在扩增过程中，与发光装置23成90度角设置的荧光定量检测装置C，按需求检测快速转过异形光栏25的样品试管31中的样品荧光染料强度，并绘制曲线，经过于40个周期的工作得到一组样品反应物(检品)与标准物(已知浓度的参控品)的荧光染料强度曲线(扩增曲线)，处理计算后，得到标准物的Ct值以及浓度与Ct的工作曲线(拟合公式及线性相关系数)，再经计算后得出样品反应物(检品)的起始拷贝数(浓度)，以及阳性判定结果。如果采用的是多荧光染料体系，仪器可以通过设置使最多可同时检测2-6个不同波长的荧光曲线。

本领域技术人员阅读本实用新型专利说明书之后可进行其他变更和修改，但这些变更和修改均在本实用新型待批的权力要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种热风浴实时荧光定量基因扩增分析仪，包括箱体(1)，箱体(1)内设置有电机(2)，其特征在于：所述箱体(1)上设有热风循环装置，包括设置在箱体(1)上端的热风交换循环装置(A)和设置在电机(2)的主轴(3)上的样品扩增扇架装置(B)；箱体(1)内紧邻样品扩增扇架装置(B)设有荧光定量检测装置(C)；箱体(1)内设有控制电机(2)旋转并通过接口与箱体(1)外部计算机(E)相连的电子控制装置(D)。

2.根据权利要求1所述的热风浴实时荧光定量基因扩增分析仪，其特征在于：所述热风交换循环装置(A)包括设置在箱体(1)上部的上风室(4)，上风室(4)内设有与箱体(1)连通的进风管(5)，进风管(5)内设有强力风机(6)和加热器组(7)，强力风机(6)位于加热器组(7)的上端，加热器组(7)中设有过热保护装置(8)，进风管(5)的出风口设有扩增室(9)，扩增室(9)通过多孔环形密封回风口(10)与上风室(4)连通，上风室(4)内设有可控风机组(11)和安全防护装置(12)，扩增室(9)内设有4-6组温度传感器(13)。

3.根据权利要求2所述的热风浴实时荧光定量基因扩增分析仪，其特征在于：所述扩增室(9)外部设有同步检测器(14)和配合其工作的栅形同步盘(15)，栅形同步盘(15)安装在主轴(3)上。

4.根据权利要求1所述的热风浴实时荧光定量基因扩增分析仪，其特征在于：所述样品扩增扇架装置(B)包括设置在扩增室(9)内的主轴(3)上的样品装载扇架盘(16)，样品装载扇架盘(16)的四周均匀设有样品试管孔(17)，样品装载扇架盘(16)的上端平行设有压力盖(18)，压力盖(18)的四周均匀设有与样品试管孔(17)相对应的弹性压柱(19)。

5.根据权利要求1所述的热风浴实时荧光定量基因扩增分析仪，其特征在于：所述荧光定量检测装置(C)包括设置在扩增室(9)外的由激发光源(20)、激发滤光片组(21)、会聚透镜(22)组成的发光装置(23)，检测装置(24)与发光装置(23)呈90°角度设置，该检测装置(24)包括依次放置的异型光栏(25)、散射透镜(26)、检测滤光片组(27)、光电检测器(28)，异型光栏(25)安装在扩增室(9)的外壁上，光电检测器(28)旁设有直接接触制冷的制冷罩(29)和制冷器组(30)。

6.根据权利要求5所述的热风浴实时荧光定量基因扩增分析仪，其特征在于：所述激发光源(20)为波长范围350-800nm的钨灯、高亮度LED发光二极管或激光。

7.根据权利要求5所述的热风浴实时荧光定量基因扩增分析仪，其特征在于：所述激发滤光片组(21)和检测滤光片组(27)为1-6位波长范围350-800nm的滤光片的组合使用。

8.根据权利要求5所述的热风浴实时荧光定量基因扩增分析仪，其特征在于：所述光电检测器(28)为光电倍增管、光电三极管或光电池。

9.根据权利要求1所述的热风浴实时荧光定量基因扩增分析仪，其特征在于：所述电子控制装置(D)包括控制电机(2)正、反向旋转的微处理器、控制温度的微处理器、控制数据采集组和通讯组的微处理器。