一種pcr儀的溫度控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種PCR儀的溫度控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生命科學(xué)儀器的發(fā)展為生命科學(xué)提供了有效工具和強(qiáng)有力的研究手段。使其從細(xì)胞水平上的研究飛躍發(fā)展到分子層次上的深入研究。離開這些現(xiàn)代化生命科學(xué)儀器的支撐，許多重大的研究項(xiàng)目和工程都將舉步維艱。PCR儀器是一種應(yīng)用廣泛、十分重要的生命科學(xué)儀器。聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(polymerase chain react1n,PCR)是一種體外快速擴(kuò)增特異性DNA片段的酶學(xué)方法，其PCR反應(yīng)的基本過程分為三步。第一步，DNA變性(94°C )，雙鏈DNA模板在熱作用下氫鍵斷裂，形成單鏈DNA ;第二步，退火(55°C )，系統(tǒng)溫度降低，引物與DNA模板結(jié)合，形成局部雙鏈；第三步，延伸(72°C )，在Taq酶的作用下，以dNTP為原料從引物的5端到3端延伸，合成與模板互補(bǔ)的DNA鏈。PCR儀就是通過控制樣品達(dá)到不同溫度，對被擴(kuò)增的DNA片段進(jìn)行變性、退火和聚合處理，以達(dá)到將DNA片段的量成倍擴(kuò)增的目的。因此，溫度控制的精度，尤其是各個(gè)溫度值的時(shí)間控制，直接影響DNA片段擴(kuò)增的效率。
[0003]現(xiàn)有的PCR儀溫度控制方法通常都只對樣品基座底部進(jìn)行溫度采樣和控制，沒有考慮樣品基座的側(cè)壁與外圍空氣的對流換熱對基座溫度均勻性的影響，從而達(dá)不到較高的控溫精度，影響了 DNA片段擴(kuò)增的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種快速、精確的PCR儀的溫度控制方法，能夠同時(shí)對樣品基座的底座和側(cè)壁的溫度進(jìn)行控制，有效解決了現(xiàn)有溫度控制方法精度不高，DNA片段擴(kuò)增的效率低等問題。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種PCR儀的溫度控制方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0006]步驟一，溫度信號檢測:采用三個(gè)溫度傳感器分別對PCR儀各部分的溫度進(jìn)行檢測；所述PCR儀包括由底座和側(cè)壁組成的樣品基座、設(shè)置在所述樣品基座上用于放置試管的反應(yīng)槽、設(shè)置在所述反應(yīng)槽正上方用于維持所述試管頂部溫度以防止試液蒸發(fā)在所述試管頂部形成冷凝水的熱蓋；所述溫度信號檢測方式如下:
[0007]采用第一溫度傳感器對分布在底座中間部分的反應(yīng)槽溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，以獲得第一溫度信號；
[0008]采用第二溫度傳感器對靠近側(cè)壁的反應(yīng)槽溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，以獲得第二溫度信號;
[0009]采用第三溫度傳感器對熱蓋的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，以獲得第三溫度信號；
[0010]步驟二，溫度信號處理:采用信號采集與處理電路對所述第一溫度信號、第二溫度信號和第三溫度信號分別進(jìn)行采集和處理；所述信號采集與處理電路包括依序連接的信號隔離電路、放大濾波電路和A/D轉(zhuǎn)換電路；所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器均與信號隔離電路相接；所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器將檢測到的溫度信號分別經(jīng)信號隔離電路傳輸給放大濾波電路；放大濾波電路對所述溫度信號進(jìn)行放大和濾波處理，然后傳輸給A/D轉(zhuǎn)換電路;A/D轉(zhuǎn)換電路將所述溫度信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后傳輸給主控芯片；
[0011]步驟三，PID參數(shù)計(jì)算:主控芯片一方面將溫度數(shù)據(jù)存儲在與其相接的EPROM存儲器中，另一方面通過USB接口傳輸給PC機(jī)；PC機(jī)將接收到的溫度信號與預(yù)設(shè)溫度值進(jìn)行比較，得出溫度偏差值，然后采用預(yù)設(shè)軟件算法根據(jù)溫度偏差值和偏差的變化率計(jì)算出比例控制系數(shù)、積分控制系數(shù)和微分控制系數(shù)，并向主控芯片發(fā)出溫度控制命令；
[0012]步驟四，控制命令接收，溫度實(shí)時(shí)調(diào)節(jié):主控芯片接收到所述溫度控制命令后，根據(jù)所述比例控制系數(shù)、積分控制系數(shù)、微分控制系數(shù)和溫度偏差值對PCR儀的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，包括以下方式:
[0013]采用第一溫控電路對底座的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)；
[0014]采用第二溫控電路對側(cè)壁的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)；
[0015]采用加熱電路將熱蓋加熱到設(shè)定溫度；
[0016]所述第一溫控電路和第二溫控電路均包括依次連接的光電耦合器、D/A轉(zhuǎn)換電路、功率放大驅(qū)動(dòng)電路和半導(dǎo)體制冷片，所述半導(dǎo)體制冷片的數(shù)量為多個(gè)，且多個(gè)所述半導(dǎo)體制冷片分別貼裝在底座的底面和側(cè)壁的四周；所述第一溫控電路分別與主控芯片和底座相接，所述第二溫控電路分別與主控芯片和側(cè)壁相接，所述加熱電路分別于主控芯片和熱蓋相接；
[0017]步驟五，溫度控制曲線實(shí)時(shí)顯示:主控芯片根據(jù)檢測到的溫度信號和PCR儀的運(yùn)行工況，通過內(nèi)部集成的圖形生成軟件得出溫度控制曲線，并在LCD顯示器上實(shí)時(shí)顯示出來以供參考；所述IXD顯示器與主控芯片相接。
[0018]上述一種PCR儀的溫度控制方法，其特征是:所述比例控制系數(shù)、積分控制系數(shù)和微分控制系數(shù)的計(jì)算方法為遺傳算法。
[0019]上述一種PCR儀的溫度控制方法，其特征是:所述遺傳算法計(jì)算所述比例控制系數(shù)、積分控制系數(shù)和微分控制系數(shù)時(shí)采用的是格雷碼編碼方式。
[0020]上述一種PCR儀的溫度控制方法，其特征是:所述主控芯片為ARM微處理器。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):步驟簡單、實(shí)現(xiàn)方便、控制精度高；能夠同時(shí)對樣品基座的底座和側(cè)壁的溫度進(jìn)行控制，保證了樣品基座溫度分布的均勻性，使樣品基座的每個(gè)反應(yīng)槽的溫度以及溫度保持的時(shí)間控制精確，有效解決了現(xiàn)有溫度控制系統(tǒng)精度不高，DNA片段擴(kuò)增的效率低等問題。
[0022]下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]如圖1所示，本發(fā)明包括以下步驟:
[0025]步驟一，溫度信號檢測:采用三個(gè)溫度傳感器分別對PCR儀各部分的溫度進(jìn)行檢測；所述PCR儀包括由底座和側(cè)壁組成的樣品基座、設(shè)置在所述樣品基座上用于放置試管的反應(yīng)槽、設(shè)置在所述反應(yīng)槽正上方用于維持所述試管頂部溫度以防止試液蒸發(fā)在所述試管頂部形成冷凝水的熱蓋；所述溫度信號檢測方式如下:
[0026]采用第一溫度傳感器對分布在底座中間部分的反應(yīng)槽溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，以獲得第一溫度信號；
[0027]采用第二溫度傳感器對靠近側(cè)壁的反應(yīng)槽溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，以獲得第二溫度信號;
[0028]采用第三溫度傳感器對熱蓋的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，以獲得第三溫度信號；
[0029]步驟二，溫度信號處理:采用信號采集與處理電路對所述第一溫度信號、第二溫度信號和第三溫度信號分別進(jìn)行采集和處理