一種實(shí)時(shí)熒光pcr擴(kuò)增儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種實(shí)時(shí)熒光PCR擴(kuò)增儀,它由加熱致冷模塊、樣品管載盤組件、檢測模塊、傳感器和控制器組成。用于在生物體外擴(kuò)增特定的DNA片段,同時(shí)利用熒光信號的變化,實(shí)時(shí)檢測PCR擴(kuò)增反應(yīng)中每一個(gè)循環(huán)擴(kuò)增產(chǎn)物的量的變化,用以進(jìn)行定量分析。
【專利說明】-種實(shí)時(shí)熒光PCR擴(kuò)增儀

【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及一種實(shí)時(shí)熒光PCR擴(kuò)增儀，它由加熱致冷模塊、樣品管載盤組件、檢測 模塊、傳感器和控制器組成。用于在生物體外擴(kuò)增特定的DNA片段，同時(shí)利用熒光信號的 變化，實(shí)時(shí)檢測PCR擴(kuò)增反應(yīng)中每一個(gè)循環(huán)擴(kuò)增產(chǎn)物的量的變化，用以進(jìn)行定量分析。 現(xiàn)有技術(shù)：
[0002] DNA的半保留復(fù)制是生物進(jìn)化和傳代的重要途徑。人們在體外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，DNA在 高溫時(shí)可以發(fā)生變性解鏈，當(dāng)溫度降低后又可以復(fù)性成為雙鏈。因此，配合生物學(xué)手段通 過溫度變化控制DNA的變性和復(fù)性，并且多次重復(fù)"變性解鏈-退火-合成延伸"的循環(huán) 就能以幾何級數(shù)大量擴(kuò)增特定的基因。在PCR技術(shù)的發(fā)展過程中，熱穩(wěn)定DNA聚合酶的發(fā) 現(xiàn)以及溫度循環(huán)的自動化大大簡化了 PCR擴(kuò)增程序。熒光定量PCR擴(kuò)增技術(shù)是在PCR反應(yīng) 體系中加入熒光基團(tuán)，隨著PCR反應(yīng)的循環(huán)利用其熒光信號強(qiáng)度的積累，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān) 測整個(gè)PCR進(jìn)程。
[0003] 目前，PCR擴(kuò)增儀一般有四種類型，分別是普通PCR擴(kuò)增儀、熒光PCR擴(kuò)增儀、梯 度PCR擴(kuò)增儀和原位PCR擴(kuò)增儀，它們原理相似，但由于精確的溫度控制是決定PCR反應(yīng) 能否成功的關(guān)鍵，因此在儀器結(jié)構(gòu)、加熱致冷方式和熒光檢測方式等方面各不相同各有不 同應(yīng)用。PCR擴(kuò)增儀的應(yīng)用有：感染性、遺傳性疾病及惡性腫瘤的分子診斷和研究、親子鑒 定、克隆基因等。


【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 多數(shù)PCR擴(kuò)增儀擴(kuò)增結(jié)束后不進(jìn)行檢測，其擴(kuò)增反應(yīng)的終點(diǎn)產(chǎn)物檢測是由其它設(shè) 備完成。熒光PCR擴(kuò)增儀包含實(shí)時(shí)熒光PCR擴(kuò)增儀和普通熒光PCR擴(kuò)增儀，后者是在擴(kuò)增 結(jié)束后由該擴(kuò)增儀進(jìn)行檢測。實(shí)時(shí)熒光PCR擴(kuò)增儀是在擴(kuò)增過程進(jìn)行檢測，它須要解決檢 測方式和檢測速度問題。目前熒光PCR擴(kuò)增儀是采用超低溫CCD成像，該系統(tǒng)一次對多點(diǎn) 成像，但檢測靈敏度低精確度差，還有的采用光學(xué)系統(tǒng)逐個(gè)掃描樣品并檢測，但其掃描系 統(tǒng)復(fù)雜造價(jià)昂貴且檢測速度慢，因此對于大多數(shù)少量樣品的精確擴(kuò)增實(shí)時(shí)檢測是很不經(jīng) 濟(jì)的。本發(fā)明介紹一種實(shí)時(shí)熒光PCR擴(kuò)增儀，它由加熱致冷模塊、樣品管載盤組件、檢測模 塊、鉬熱電阻和控制器組成。其特征是加熱致冷模塊由電加熱圈、致冷器、散熱器和電風(fēng)扇 組成，電加熱圈與致冷器之間有一加熱致冷室，電加熱圈和致冷器功率可變，用于對其周 圍空氣加熱致冷。致冷器裝有半導(dǎo)體致冷片，各半導(dǎo)體致冷片可接成串并聯(lián)方式以適合其 功率和供電電壓需求，半導(dǎo)體致冷片的熱面與散熱器接觸用于向外散熱，冷面與導(dǎo)熱板接 觸，并通過改變半導(dǎo)體致冷片供電電流實(shí)現(xiàn)改變致冷功率。電加熱圈與致冷器的冷熱氣流 通過加熱致冷室、電加熱圈的中間孔經(jīng)電風(fēng)扇攪勻后向下推送給樣品管載盤中的樣品，該 結(jié)構(gòu)隔離了向上的不均勻熱氣流使樣品溫度更均勻。樣品管載盤組件由樣品管載盤、步進(jìn) 電機(jī)和傳動軸組成。樣品管載盤靠外圓圈沿圓周均等分布用于放置樣品管的孔，在樣品管 的孔靠外圓圈處鉆一定位孔用于安裝激光對射定位裝置，以識別樣品管的1號孔，即當(dāng)樣 品管的1號孔進(jìn)入測量位置時(shí)，激光二極管發(fā)射的光信號剛好通過定位孔被光線接收頭 所接收，從而起動檢測，并由步進(jìn)電機(jī)帶動樣品管載盤旋轉(zhuǎn)，依序定位檢測各樣品管中的 樣品。采用激光對射定位裝置其定位精度高，激光對射定位裝置由發(fā)射裝置中的激光二極 管和定位接收裝置中的光線接收頭構(gòu)成，激光二極管額定功率取不大于〇.4mW，采用占空 比小的激光二極管脈沖電源因此是十分安全的。傳動軸兩端分別與步進(jìn)電機(jī)的軸和樣品管 載盤固定，用于傳遞步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角。在靠近樣品管載盤的樣品管的外側(cè)均勻分布3只鉬熱 電阻的傳感器，鉬熱電阻的補(bǔ)償電阻采用精密線繞電阻，同時(shí)在控制器中裝有3至4只精 密線繞電阻，其電阻值按照DNA變性、復(fù)性和延伸三個(gè)環(huán)節(jié)所設(shè)定溫度附近的溫度點(diǎn)查鉬 熱電阻分度表獲得，由于不同的引物設(shè)計(jì)其反應(yīng)溫度不同因此可多一個(gè)精密線繞電阻，將 精密線繞電阻對應(yīng)的溫度值記錄保存在控制器的非易失存儲器中，用于校正儀表溫度。所 述校正是在每次開機(jī)后進(jìn)行誤差校驗(yàn)一次，它通過單多通道模擬電子開關(guān)分時(shí)選通精密 線繞電阻接入輸入信號放大電路II實(shí)現(xiàn)校驗(yàn)。PCR擴(kuò)增儀在工作狀態(tài)3只鉬熱電阻所測溫 度，應(yīng)當(dāng)在允許的樣品管間溫度誤差范圍內(nèi)，校正時(shí)由定時(shí)送檢獲得各鉬熱電阻溫度測量 誤差，以及精密線繞電阻所顯示溫度與所述保存在非易失存儲器中的應(yīng)當(dāng)顯示溫度之差， 由控制器對鉬熱電阻所測溫度進(jìn)行補(bǔ)償。檢測模塊由激發(fā)光源和檢測接收裝置組成。激 發(fā)光源由LED發(fā)光二極管、反光杯、濾光鏡I和激發(fā)隔離筒構(gòu)成，單色LED發(fā)光二極管價(jià) 格低、能耗少、壽命長，但是需要不同的LED發(fā)光二極管再配濾光鏡才能更好地實(shí)現(xiàn)不同激 發(fā)波長，采用反光杯使光線更加集中。檢測接收裝置由接收隔離筒、濾光鏡II和光電倍增 管組成，激發(fā)光源和檢測接收裝置置于加熱室外，以減少熱源波動對發(fā)射和接收靈敏度的 影響，并均通過光的隔離筒在加熱室內(nèi)向樣品發(fā)射和接收光信號，隔離筒與濾光鏡都是用 于排除環(huán)境光和無用光信號的影響，用以提高光檢測精度?？刂破饔蓡味嗤ǖ滥M電子開 關(guān)、輸入信號放大電路I、輸入信號放大電路II、輸入調(diào)理電路I、輸入調(diào)理電路II、輸入多 選一開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、RS232電路、加熱電源、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路和致冷器電源 電路組成。其中輸入信號放大電路I中包含由高精度的LT1014或0PA121等精密運(yùn)算放大 器它和輸入調(diào)理電路I組成專用光信號放大電路，輸入信號放大電路II由0P07組成的溫 度毫伏信號放大電路及其輸入調(diào)理電路II構(gòu)成。RS232電路用于與上位機(jī)通信，它將熒光 信號采集后送計(jì)算機(jī)分析研究和處理，得出量化的實(shí)時(shí)結(jié)果。
[0005] 所述一種實(shí)時(shí)熒光PCR擴(kuò)增儀在其中控制器控制下，根據(jù)PCR反應(yīng)環(huán)節(jié)所設(shè)定的 溫度先以大功率升溫或降溫，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的溫度后，再以小功率的加熱或致冷，使溫度控 制的回差保持在PCR擴(kuò)增允許的溫度控制精度范圍內(nèi)，并使PCR擴(kuò)增儀可以將各樣品管加 熱或冷卻到每步反應(yīng)所需的精確溫度，再利用熒光信號的變化實(shí)時(shí)檢測PCR擴(kuò)增反應(yīng)中每 一個(gè)循環(huán)擴(kuò)增產(chǎn)物的量的變化，但其檢測速度須保證每一個(gè)循環(huán)對樣品管載盤上所有樣 品檢測完成。所述加熱致冷模塊安裝于PCR擴(kuò)增儀的蓋中，打開該蓋即可裝卸樣品管。

【專利附圖】

【附圖說明】：
[0006] 圖1是一種實(shí)時(shí)熒光PCR擴(kuò)增儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0007] 圖2是一種實(shí)時(shí)熒光PCR擴(kuò)增儀的構(gòu)成方框示意圖。 實(shí)施例：
[0008] -種實(shí)時(shí)熒光PCR擴(kuò)增儀的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。它是由電加熱圈3、致冷器2、 散熱器1和電風(fēng)扇4組成的加熱致冷模塊，由樣品管載盤14、步進(jìn)電機(jī)11和傳動軸13組 成的樣品管載盤組件，由激發(fā)光源8和檢測接收裝置10組成的檢測模塊，及由鉬熱電阻 16、控制器12、外殼18及蓋19組成。電加熱圈3采用電熱管加熱，致冷器2采用半導(dǎo)體致 冷片。其中樣品管載盤14靠外圓圈沿圓周均等分布24個(gè)孔用于放置樣品管6,樣品管6上 安裝有熱蓋5。在樣品管6的孔靠外圓圈處鉆一定位孔用于安裝激光對射定位裝置，該激 光對射定位裝置由發(fā)射裝置17的激光二極管和定位接收裝置15中的光線接收頭構(gòu)成，以 識別樣品管載盤14的1號孔。由LED發(fā)光二極管、反光杯、濾光鏡I和激發(fā)隔離筒7構(gòu)成 激發(fā)光源8,檢測接收裝置10由接收隔離筒9、濾光鏡II和光電倍增管組成，反光杯可采用 LED發(fā)光二極管手電筒用的反光杯，激發(fā)光源8和檢測接收裝置10利用激發(fā)隔離筒和接收 隔離筒穿過反應(yīng)室的壁向樣品管6發(fā)射和接收光信號，它與濾光鏡都是用于排除環(huán)境光和 無用光信號的影響?？刂破?2中由單多通道模擬電子開關(guān)，及由輸入信號放大電路II、輸 入調(diào)理II組成的溫度毫伏信號放大電路，和由輸入信號放大電路I、輸入調(diào)理I組成的光 輸入信號放大電路。它們經(jīng)輸入多選一開關(guān)選通后送A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)處理。其中專 用的光輸入信號放大電路由高精度LT1014放大電路組成及由0P07組成的溫度毫伏信號放 大電路?？刂破?2中還設(shè)置RS232電路、加熱電源、致冷電源和步進(jìn)電機(jī)11驅(qū)動電路。其 中RS232電路用于與上位機(jī)通信。
【權(quán)利要求】
1. 一種實(shí)時(shí)熒光PCR擴(kuò)增儀，它由加熱致冷模塊、樣品管載盤組件、檢測模塊、鉬熱電 阻和控制器組成，其特征是加熱致冷模塊由電加熱圈、致冷器、散熱器和電風(fēng)扇組成，電加 熱圈與致冷器之間有一加熱致冷室，電加熱圈和致冷器功率可變，用于對其周圍空氣加熱 致冷，致冷器裝有半導(dǎo)體致冷片，改變半導(dǎo)體致冷片供電電流實(shí)現(xiàn)改變致冷功率，電加熱 圈與致冷器的冷熱氣流通過加熱致冷室、電加熱圈的中間孔經(jīng)電風(fēng)扇攪勻后向下推送給樣 品管載盤中的樣品，該結(jié)構(gòu)隔離了向上的不均勻熱氣流使樣品溫度更均勻，樣品管載盤組 件由樣品管載盤、步進(jìn)電機(jī)和傳動軸組成，樣品管載盤均等分布用于放置樣品管的孔，并 安裝激光對射定位裝置，以識別樣品管的1號孔，即當(dāng)樣品管的1號孔進(jìn)入測量位置時(shí)， 激光二極管發(fā)射的光信號剛好通過定位孔被光線接收頭所接收，從而起動檢測，并由步進(jìn) 電機(jī)帶動樣品管載盤旋轉(zhuǎn)，依序定位檢測各樣品管中的樣品，采用激光對射定位裝置其定 位精度高，激光對射定位裝置由發(fā)射裝置中的激光二極管和定位接收裝置中的光線接收 頭構(gòu)成，激光二極管額定功率取不大于〇.4mW，采用占空比小的激光二極管脈沖電源，傳 動軸兩端分別與步進(jìn)電機(jī)的軸和樣品管載盤固定，用于傳遞步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角，在靠近樣品管 載盤的樣品管的外側(cè)均勻分布3只鉬熱電阻的傳感器，鉬熱電阻的補(bǔ)償電阻采用精密線 繞電阻，同時(shí)在控制器中裝有3至4只精密線繞電阻，其電阻值按照DNA變性、復(fù)性和延 伸三個(gè)環(huán)節(jié)所設(shè)定溫度附近的溫度點(diǎn)查鉬熱電阻分度表獲得，將精密線繞電阻對應(yīng)的溫 度值記錄保存在控制器的非易失存儲器中，用于校正儀表溫度，所述校正是在每次開機(jī)后 進(jìn)行誤差校驗(yàn)一次，它通過單多通道模擬電子開關(guān)分時(shí)選通精密線繞電阻接入輸入信號 放大電路II實(shí)現(xiàn)校驗(yàn)，校正時(shí)由定時(shí)送檢獲得各鉬熱電阻溫度測量誤差，以及精密線繞電 阻所顯示溫度與所述保存在非易失存儲器中的應(yīng)當(dāng)顯示溫度之差，由控制器對鉬熱電阻 所測溫度進(jìn)行補(bǔ)償，檢測模塊由激發(fā)光源和檢測接收裝置組成，激發(fā)光源由LED發(fā)光二極 管、反光杯、濾光鏡I和激發(fā)隔離筒構(gòu)成，需要不同的LED發(fā)光二極管再配濾光鏡才能更好 地實(shí)現(xiàn)不同激發(fā)波長，采用反光杯使光線更加集中，檢測接收裝置由接收隔離筒、濾光鏡 Π和光電倍增管組成，激發(fā)光源和檢測接收裝置置于加熱室外，以減少熱源波動對發(fā)射和 接收靈敏度的影響，并均通過光的隔離筒在加熱室內(nèi)向樣品發(fā)射和接收光信號，隔離筒與 濾光鏡都是用于排除環(huán)境光和無用光信號的影響，用以提高光檢測精度，溫度控制是在控 制器控制下，根據(jù)PCR反應(yīng)環(huán)節(jié)所設(shè)定的溫度先以大功率升溫或降溫，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的溫度 后，再以小功率的加熱或致冷，使溫度控制的回差保持在PCR擴(kuò)增允許的溫度控制精度范 圍內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)時(shí)熒光PCR擴(kuò)增儀，其特征在于還包括： 它由加熱致冷模塊、樣品管載盤組件、檢測模塊、鉬熱電阻和控制器組成，其中控制器 由單多通道模擬電子開關(guān)、輸入信號放大電路I、輸入信號放大電路II、輸入調(diào)理電路I、 輸入調(diào)理電路II、輸入多選一開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、RS232電路、加熱電源、步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動電路和致冷器電源電路組成，其中輸入信號放大電路I中包含由高精度的LT1014或 0PA121等精密運(yùn)算放大器它和輸入調(diào)理電路I組成專用光信號放大電路，輸入信號放大 電路II由0P07組成的溫度毫伏信號放大電路及其輸入調(diào)理電路II構(gòu)成。
【文檔編號】C12M1/38GK104120078SQ201410377161
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月2日
【發(fā)明者】張金木 申請人:張金木