专利名称：智能型dna扩增检测仪的制作方法
技术领域：
本发明所述的智能型DNA扩增检测仪是一种利用计算机进行控制，对各种基因进行扩增处理并对扩增后的基因进行分离检测的新型DNA扩增及电泳检测仪器。
本发明现有技术领域仅是单纯的聚合酶链反应(PCR)基因扩增仪和可对扩增后的基因进行分离分析的毛细管电泳仪(CE)。这两种仪器的结构特点及作用原理分述如下一、PCR扩增仪是针对聚合酶链反应(Polmerse Chain Reaction简称PCR)而制造的仪器。聚合酶链反应是由一对引物在酶促作用下，在体外合成特异性DNA序列，并不断扩增比序列的反应。当引物分别和希望扩增的特异性区域靶序列DNA片段两侧相对应结合后，经过变性-DNA解链、交性-DNA与引物分别在两端结合，并在酶的作用下延伸即重新合成以原来两条链为母链的两条子链(也称拷贝)。经过几十次这样的三个阶段(称之为周期)的重交后可以使原来仅几个DNA拷贝合成为100～200万个新的子代。PCR扩增仪就是为这一反应设计的自动化扩增仪。自从1985年美国cetuns公司推出PCR反应专用聚合酶以后，1986年美国PE公司第一台PCR扩增仪便随之问世。在那以后短短几年间，PCR扩增仪已在国内外被广泛研制开发。PCR扩增仪是用电脑将温度控制系统与机械手联结起来，将三个DNA扩增的温度与扩增的时间输入电脑，并控制机械手自动将被扩增的样品置于温控槽内进行DNA扩增的周期性循环，但随着PCR技术的深入开展，PCR扩增仪诸多应用上的缺点也逐渐被暴露出来。
(1)在扩增反应过程中不能随时监测反应产物控制其扩增反应。
(2)由于PCR扩增仪本身不具有产物的检测功能，故在PCR扩增后要用原始的平板电泳人工操作检测反应产物，使得整个检测时间加长。
(3)由于PCR产物检测原始方法的敏感度限制需要扩增反应周期数必须在20～30周期，故扩增反应本身也需要一定的时间。
(4)扩增仪的电脑控制程序功能有限不能做智能型调整。
二、高性能毛细管电泳仪High Perlormance capillang Electrophoresis简称(CE)是80年代后期迅速发展起来的一种用于分离分析技术的产品;由于它成功地把电泳过程放到内经为25～75μm的毛细管中进行，使之具有高效、微量、快速易于定量和自动化的特点。故毛细管电泳已被广泛用于肽、蛋白(包括酶和抗体)、核苷酸的分离分析，并且在DNA片段检测，核酸的序列测定方面呈现了极其广阔的前景。但由于CE机是一种分离分析仪器，它只能用于分析基因扩增的产物，其本身并不具有基因扩增的功能，也不具有对扩增产物进行脱盐等处理的能力。
综上所述可知无论PCR机还是CE机都不具备任何智能型仪器的内涵，即尚未能根据数据所显示的结果和相应的操作条件对PCR和CE分别给出反馈信息，使之自动地改变操作条件，以期得到合乎要求的结果，故而针对现有技术所存在的问题，研制一种具有智能控制系统，既能对各种基因进行扩增处理，又同时能对扩增后的基因进行分离分析的新型仪器是十分必要的。
鉴于目前现有技术中所存在的问题，本发明的目的是设计一种结构新颖、技术先进、功能齐全、操作方便、检测可靠、价格低廉、适用面广的新式智能型DNA扩增检测仪。本发明集PCR扩增仪单机和CE单机于一体，从根本上解决了两机相互分离的问题，使应用于不同领域的两种仪器变为一种具有计算机智能控制作用，可实现扩增与检测双重功能的新型仪器。
本发明所述的智能型DNA扩增检测仪，其结构由计算机控制系统、基因扩增装置、被测贮液输送装置、高压电源装置、毛细管电泳紫外检测装置、计算机显示装置、输出打印装置所组成。通过计算机程序系统的控制，完成对不同基因的扩增处理后，再对扩增后的基因实现分离分析进行电泳紫外检测;并由计算机显示装置随时监测反应产物状态，控制其扩增反应，通过输出打印装置连续输出打印其检测项目的技术指标。本发明所述的基因扩增装置由温控加热箱、一组DNA样品液贮槽所组成。温控加热箱内具有三个小隔箱，在隔箱内注有水溶液;在DNA样品液贮槽内注有MgCl2盐溶液和基因溶质。由于计算机不断调正其温度变化，以控制基因扩增反应状态，并通过显示装置随时监测。本发明所述的被测贮液输送装置由电极连接控制器、正负电极、探针、单向阀、导管、滤膜、毛细管所组成。在高压电源正、负电极的作用下，基因溶质实现毛细管电泳，粒子在毛细管内电介质中进行运动，其方向从阳极流向阴极。由计算机控制逐次将电极连接控制器的开关接通所要测的DNA样品液贮槽内的正电极，使其带电，从而构成回路。在高压电源作用下打开插入在该DNA样品液贮槽内探针上端的单向阀，使含有DNA扩增产物的缓冲液通过导管进入滤膜中进行脱盐处理后流入进口毛细管。本发明所述的高压电源装置由高压电源、导线、正负电极所组成。正电极插入在DNA样品液贮槽内，负电极插入在DNA样品液收集槽内;高压电源的电压调正由计算机控制。本发明所述的毛细管电泳紫外检测装置由CE板、检测窗口、微聚焦镜片、纤维光束分流器、毛细管所组成。在CE板上开有检测噜噜窗口，装于CE板内的毛细管从检测窗口中间平行通过;在毛细管上端固装有纤维光束分流器，在毛细管下端固装有微聚焦镜片，由纤维光束分流器发出紫外线光，被微聚焦镜片所接收，通过毛细管介质的透光度的程度，转变为相关电信号，由计算机对不同的基因进行监测、分析、打印输出。本发明所述的基因扩增装置为圆形可旋转机构，在圆形回转架上装有若干个DNA样品液贮槽，在DNA样品液贮槽下具有温控加热箱。被测贮液输送装置是一个可旋转的机械手，可将DNA样品液贮槽从基因扩增装置中取出送入到探测位，使电极和探针插入。本发明所述的被测贮液输送装置中的单向阀是一个可正向打开，反向封闭的阀体，或是一种具有单向流通的变径胶管。本发明所述的紫外线电泳检测装置中的微聚焦镜片属于一种滤光片式单波长检测镜片。本发明所述的计算机控制系统中固装有一套程序软件，其逻辑框图如附图3所示。
本发明所述的智能型DNA扩增检测仪是针对PCR扩增和CE检测中，经实验操作和检测所出现的问题而研制出的新型仪器。本发明的应用从根本上解决了PCR扩增仪单机使用不能同时检测其扩增产物及在扩增过程中诸多条件的控制问题。同时也改善了CE机的功能，简化了其DNA的检测部分，降低了整机成本，用一台计算机控制两个操作区即扩增与检测。由于计算机具有智能型软件系统，使PCR扩增本身可以被调控和选择。本发明主要具有以下特点(1噜)本发明可完成PCR扩增和产物检测的全过程。
(2)本发明中所设置的智能型计算机软件具有以下功能检测→判断→反馈到CE→反馈到PCR→再检测 通过这样的反馈式调控，使之既可选择PCR的最佳条件，减少其反应周期、缩短反应时间、又可选择CE的最佳条件。
(3)传统的平板电泳对样品的需要量相对较大，从而造成PCR扩增周期较长，又由于CE机检测取样量级为nl级，故在PCR与CE联用后，PCR扩增产物也只要nl级即可。所以本发明的应用将大大缩短反应周期，这对临床快速诊断极为有用。
(4)本发明主要用于扩增产物的检测，因此专用性强，故而结构相对简化(比如用滤光片式的固定波长检测代替相对昂贵的连续波长检测)，这样可以大幅度降低成本。例如一台CE机国产售价4万人民币左右，而利用本发明所生产的机器预计售价2.5万元人民币左右，其功能将大大超过PCR与CE单机。这样对于一般的基层单位只要购买一部联用机，便可解决PCR扩增及产物的检测问题，因此本发明具有潜在的巨大医用市场。
(5)本发明同时可用于一般样品的毛细管电泳检测。本发明中的计算机软件系统既可进行数据处理，又能实现PCR和CE的参数控制，故而具有多种功能。
综上所述可知，本发明具有广阔的前景，其经济效益和社会效益是显而易见的。
本发明共有三张附图其中附
图1是智能型DNA扩增检测仪结构示意图。
附图2是智能型DNA扩增检测仪工作原理图。
附图3是智能型DNA扩增检测仪程序逻辑框图。
图中1.温控加热箱2.DNA样品液贮槽3.探针4.正电极5.单向阀6.导管7.滤膜8.毛细管9.CE板10检测窗口11.微聚焦镜片12.纤维光束分流器13.毛细管出口14DNA样品液收集槽15.负电极16.负极导线17.高压电源18.正极导线19.电极连接控制器20.毛细管本发明的具体实施例如附图所示，整个系统均由电子计算机进行控制，由计算机的主机CPU通过接口电路I/O同各工作装置相接。其中有基因扩增装置，被测贮液输送装置、高压电源装置及毛细管电泳紫外检测装置。此外还有计算机显示装置和输出打印装置。在基因扩增装置中温控加热箱(1)中具有三个隔箱，每个隔箱的温度均不相同。在隔箱内具有水溶液。在温控加热箱(1)中装有一组6个DNA样品液贮槽(2)，在槽中插有探针(3)和正电极(4)，一组六个正电极(4)通过导线同电极连接控制器(19)相接，由计算机控制根据需要可依次接通所需要进行检测的DNA样品液贮槽(2)中的正电极(4)。探针(3)通过单向阀(5)同导管(6)和滤膜(7)相连接。在DNA样品收集槽(14)中插有毛细管出口(13)、负电极(15)。在高压电源(17)正负电极(4、5)的作用下DNA样品液从探针(3)流进、冲开单向阀(5)由导管(6)进入滤膜(7)中进行脱盐处理后由进口毛细管(8)流入CE板内的毛细管(20)，通过检测窗口(10)内的纤维光束分流器(12)发出紫外线光，由微聚焦镜片(11)接收后转变为相应的电信号由计算机进行检测，分析，并将最终结果打印输出。本发明的工作原理是巧妙地采用一套工作装置把聚合酶链反应产物通过脱盐等步骤直接送到毛细管电泳分离检测。本发明配置有智能型软件，故由计算机可分别对E过程和PCR过程进行控制。在设计中采用计算机专用接口电路和相应的控制软件，由一台通用型微机直接控制CE和PCR的各个部件及进行数据采集处理，从而构成全部自动化，并且具有很高层次的智能水平的PCR-CE联用机。整个控制过程通过CE检测所提供的信息进行，首先从毛细管电泳角度对结果加以判断，排除由于电泳操作条件欠佳所造成结果的不合理性。在确认电泳条件最佳后把结果送入软件的第二部分、判断PCR过程的合理性，调整反应时间、温度、周期数等条件并使之最佳，把按最佳条件进行的PCR产物再度输入CE，确定扩增片段中基对数及产物、付产物的量，最终打印结果。
权利要求
1.一种智能型DNA扩增检测仪，其特征在于由计算机控制系统、基因扩增装置、被测贮液输送装置、高压电源装置、毛细管电泳紫外检测装置、计算机显示装置、输出打印装置所组成；通过计算机程序系统的控制，完成对不同基因的扩增处理后，再对扩增后的基因实现毛细管电泳分离紫外检测；并由计算机显示装置随时监测反应产物状态，控制其扩增反应，通过输出打印装置连续输出打印其检测项目的技术指标。
2.根据权利要求1所述的智能型DNA扩增检测仪，其特征在于基因扩增装置由温控加热箱(1)、一组DNA样品液贮槽(2)所组成;温控加热箱(1)内具有三个小隔箱，在隔箱内注有水溶液;在DNA样品液贮槽(2)内注有MgCl2盐溶液和基因溶质;由计算机不断调正其温度变化，以控制基因扩增反应状态，并通过显示装置随时监测。
3.根据权利要求1所述的智能型DNA扩增检测仪，其特征在于被测贮液输送装置由电极连接控制器(19)、正负电极(4、15)、探针(3)、单向阀(5)、导管(6)、滤膜(7)、毛细管(8)所组成;在高压电源(7)正、负电极(4、15)的作用下，基因溶质实现毛细管电泳，粒子在毛细管内的电介质中运动，其方向从阳极流向阴极;由计算机控制逐次将电极连接控制器(19)的开关接通所要测的DNA样品液贮槽(2)内的正电极(4)，使其带电，从而构成回路;在高压电源(17)作用下打开插入在该DNA样品液贮槽(2)内探针(3)上端的单向阀(5)，使含有DNA扩增产物的缓冲液通过导管(6)进入滤膜(7)中，进行脱盐处理后流入毛细管(8)。
4.根据权利要求1所述的智能型DNA扩增检测仪，其特征在于高压电源装置由高压电源(17)、导线(16、18)、正、负电极(4，15)所组成;正电极(4)插入在DNA样品液贮槽(2)内，负电极(15)插入在DNA样品液收集槽(14)内;高压电源(17)的电压调正由计算机控制。
5.根据权利要求1所述的智能型DNA扩增检测仪，其特征在于毛细管电泳紫外检测装置由CE板(9)、检测窗口(10)、微聚焦镜片(11)、纤维光束分流器(12)、毛细管(20)所组成;在CE板(9)上开有检测窗口(10)，装于CE板(9)内的毛细管(20)从检测窗口(10)中间平行通过，在毛细管(20)上端固装有纤维光束分流器(12)，在毛细管(20)下端固装有微聚焦镜片(11);由纤维光束分流器(12)发出紫外线光，被微聚焦镜片(11)所接收，通过毛细管介质的透光度的程度，转变为相关电信号，由计算机对不同基因进行监测、分析、打印输出。
6.根据权利要求1所述的智能型DNA扩增检测仪，其特征在于基因扩增装置为圆形可旋转机构，在圆形回转架上装有若干个DNA样品液贮槽，在DNA样品液贮槽下具有温控加热箱;被测贮液输送装置是一个可旋转的机械手，可将DNA样品液贮槽从基因扩增装置中取出送入到探测位，使电极和探针插入。
7.根据权利要求1或3所述的智能型DNA扩增检测仪，其特征在于被测贮液输送装置中的单向阀是一个可正向打开，反向封闭的阀体，或是一种具有可单向流通的变径胶管。
8.根据权利要求1或5所述的智能型DNA扩增检测仪，其特征在于毛细管电泳紫外检测装置中的微聚焦镜片属于一种滤光片式单波长检测镜片。
9.根据权利要求1所述的智能型DNA扩增检测仪，其特征在于计算机控制系统中固装有一套程序软件，其逻辑框图如下
全文摘要
本发明提供一种智能型DNA扩增检测仪，由计算机控制对各种基因进行扩增处理和扩增后基因的分离检测，仪器由基因扩增装置、被测贮液输运装置、高压电源装置、毛细管电泳紫外线检测装置、计算机显示装置及输出打印装置组成。整个系统由计算机作智能型控制。本发明具有结构新颖、技术先进、功能齐全、操作方便、检测可靠、价格低廉、适用面广等特点，是集聚合酶链反应DNA基因扩增仪单机和毛细管电泳仪单机于一体，又具有智能控制功能的新型仪器。
文档编号C12Q1/68GK1088617SQ92115298
公开日1994年6月29日 申请日期1992年12月25日 优先权日1992年12月25日
发明者刁海燕, 林炳承 申请人:刁海燕, 林炳承