一种PCR反应装置及其使用方法与流程

本发明涉及PCR反应装置技术领域，尤其涉及一种PCR反应装置及其使用方法。

背景技术：

PCR(Polymerase Chain Reaction，聚合酶链式反应)是一种在生物体外放大扩增特定DNA(deoxyribonucleic acid，脱氧核糖核酸)片段的技术。PCR在扩增DNA时一般需要经过高温解链反应、退火反应及延伸反应三个步骤，经过上述三个步骤后初始DNA分子数量增加一倍，此时为一个循环；倍增后的DNA分子继而成为下一个循环的模板，如此循环倍增下去，经过30-40个循环后，DNA分子数目将放大至初始值的近109倍。由此，针对于分析和检验的目的，PCR能够将作为分析物的DNA分子进行特异性的大规模放大，因此，PCR技术能够用于传染病、遗传性疾病及肿瘤等的早期诊断，同时，产前检查及法医鉴定中得到越来越广泛的应用。

基于PCR技术的分子检测方法的检测过程大致为：样本处理、核酸提取以及PCR反应液混合等步骤后形成PCR反应体系，将PCR反应体系转移到专用的PCR反应装置中，PCR反应装置封闭后进行PCR扩增反应及信号检测等。在上述检测过程中，PCR反应体系形成过程中溶液的混合、转移，PCR扩增反应及信号检测等过程一般都在EP(Epoxy epoxide，环氧树脂)管中进行，由于PCR反应体系在转移至PCR反应装置之前处于开放状态，这使得PCR反应装置容易受到外界的污染，进而有可能污染PCR反应体系。同时，由于EP管的管盖结构使得EP管的盖合只能采用手工方式进行操作，这不仅费时费力，而且还不能满足现代化的、快速的检测要求。

目前，PCR检测过程中开盖/关盖的自动化过程主要采用的是一种旋盖式PCR反应管，该旋盖式PCR反应管通常应用在大型工作站上。在采用旋盖式PCR反应管时，通过利用步进电机驱动抓盖机械手抓取盖子并将盖子定位到PCR反应管正上方位置后旋紧盖子；开盖时的步骤相反。由于抓盖机械手的抓取需要非常精密的定位和控制系统介入，因而PCR反应体系制备及转移的过程中需要高精密、高质量的设备，这使得PCR检测的成本提高。EP管和旋盖式PCR反应管在操作过程中只能处于完全开放或完全封闭的状态，因而PCR反应体系制备及转移的过程中需要借助外在的媒介如移液器来完成液体的输入和输出。

技术实现要素：

本发明提供一种PCR反应装置及其使用方法，以解决现有PCR反应装置在操作过程中需要借助外在媒介完成液体的输入和输出的问题。

本发明提供一种PCR反应装置，所述PCR反应装置包括内部相连通的PCR反应管和半封闭通道，所述半封闭通道相对的两侧壁上分别设置第一通孔和第二通孔；所述PCR反应装置还包括活塞，所述活塞包括管状体和密封头，所述管状体与所述半封闭通道的内腔相匹配，所述密封头的端面为斜面；所述管状体的长度大于所述第一通孔与所述半封闭通道开口之间的距离，所述管状体的长度大于所述第二通孔与所述半封闭通道开口之间的距离。

优选地，所述半封闭通道相对的两侧壁上分别设置位置相对的所述第一通孔和所述第二通孔。

优选地，所述半封闭通道的内腔在轴向方向上自所述半封闭通道开口向所述PCR反应管方向逐渐缩小。

优选地，所述半封闭通道的内腔在径向方向上为圆形、椭圆、菱形或方形。

优选地，所述密封头与所述管状体在径向方向上形状相同；所述密封头的径向尺寸大于所述管状体的径向尺寸。

优选地，所述PCR反应管为管状或扁平状反应管。

优选地，所述PCR反应装置还包括封闭楔，所述封闭楔包括依次相连接的连接件、按压件和挤压件，所述半封闭通道未设置有所述第一通孔和所述第二通孔的侧壁上设置所述连接件；所述挤压件的端面为斜面。

优选地，所述挤压件的斜面倾斜角度与所述密封头的斜面倾斜角度相同。

本发明提供一种PCR反应装置的使用方法，所述使用方法包括：

将活塞的管状体放入半封闭通道内，且所述管状体不封闭第一通孔和第二通孔；

将所述第一通孔或所述第二通孔通过管道与盛放有PCR反应体系的装置连接，以使所述PCR反应体系从所述第一通孔或所述第二通孔进入PCR反应管；

所述PCR反应体系进入所述PCR反应管后按压封闭楔，以使所述管状体封闭所述第一通孔和所述第二通孔。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明提供一种PCR反应装置，所述PCR反应装置包括内部相连通的PCR反应管和半封闭通道，所述半封闭通道相对的两侧壁上分别设置第一通孔和第二通孔；所述PCR反应装置还包括活塞，所述活塞包括管状体和密封头，所述管状体与所述半封闭通道的内腔相匹配，所述密封头的端面为斜面；所述管状体的长度大于所述第一通孔与所述半封闭通道开口之间的距离，所述管状体的长度大于所述第二通孔与所述半封闭通道开口之间的距离。本发明提供的PCR反应装置通过在半封闭通道相对的两侧壁上设置第一通孔和第二通孔能够实现PCR反应装置与外界的连通，混合均匀后的PCR反应体系能够通过第一通孔或第二通孔进入PCR反应管内，PCR反应体系未流经的另一通孔则实现PCR反应装置在半封闭状态下保持的内外气压平衡，进而实现PCR反应装置与前端反应装置的连接和PCR反应体系的输送。同时，本发明还提供了PCR反应装置的使用方法，活塞的管状体进入半封闭通道，通过按压密封头实现管状体的进出，从而实现管状体对第一通孔和第二通孔的封闭与开放，使得PCR反应装置的封闭过程简化，进而PCR反应装置的封闭在手工方式及机械方式下均可轻易实现。本发明提供的PCR反应装置结构简单、易于制备，能够有效实现PCR反应装置的半封闭，且操作方法简便、易于实行。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的PCR反应装置的立体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的PCR反应装置中半封闭通道的立体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的PCR反应装置的立体结构示意图中A-A处的剖面图；

图4为本发明实施例提供的PCR反应装置中活塞的立体结构示意图；

符号表示：

1-PCR反应管，2-半封闭通道，3-第一通孔，4-第二通孔，5-活塞，51-管状体，52-密封头，6-封闭楔，61-连接件，62-按压件，63-挤压件。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

请参考附图1，附图1示出了本发明实施例提供的PCR反应装置的立体结构示意图。

本发明实施例提供的PCR反应装置包括PCR反应管1、半封闭通道2、活塞5和封闭楔6，具体的描述为：

PCR反应管1的一端封闭，另一端与半封闭通道2相连通，与半封闭通道2相连通的一端用于接收PCR反应体系。PCR反应管1的内部具有一定的空腔，该空腔用于盛放PCR反应体系。PCR反应管1的形状可以为管状、扁平状、圆形、方形等，在本发明实施例中，优选地采用管状或扁平状的PCR反应管1，以使PCR反应管1的PCR反应体系在PCR扩增时能够受热均匀，从而提高DNA的扩增率。

半封闭通道2为内部中通的部件，半封闭通道2为PCR反应体系进入PCR反应管1提供通道。半封闭通道2的一端与PCR反应管1相连通，另一端敞开，且半封闭通道2敞开的一端用于放置活动活塞5。半封闭通道2相对的两侧壁上分别设置第一通孔3和第二通孔4，第一通孔3和第二通孔4能够实现PCR反应体系进入PCR反应管1内，进而实现PCR反应装置与前端反应装置的连接和PCR反应体系的输送；同时，第一通孔3和第二通孔4还能够实现PCR反应装置内部与外界的连通，进而实现PCR反应装置在半封闭状态下的内外气压平衡。通常，第一通孔3和第二通孔4的孔径设置为1-2mm。

活塞5包括管状体51和密封头52两个部件，其中，管状体51用于封闭第一通孔3和第二通孔4，进而使PCR反应装置处于封闭状态；密封头52的设置能够便于管状体51对第一通孔3和第二通孔4的封闭。为便于管状体51对第一通孔3和第二通孔4进行封闭，管状体51的长度要大于第一通孔3与半封闭通道2开口之间的距离，同时，管状体51的长度还要大于第二通孔4与半封闭通道2开口之间的距离。管状体51的外部形状及尺寸均需要与半封闭通道2的内腔相匹配，以使在管状体51封闭第一通孔3和第二通孔4的情况下进入PCR反应管1内的PCR反应体系不会从管状体51和半封闭通道2之间的缝隙流出。为便于顺利将管状体51挤压进入半封闭通道2，密封头52的端面设置为斜面，以使水平推动活塞5的推力转化为竖直方向。密封头52斜面的倾斜角度根据活塞5移动的水平距离、活塞5高度及封闭楔6的厚度进行计算，因而，对于不同尺寸的PCR反应装置，密封头52斜面的倾斜角度也就不同。

封闭楔6包括依次相连接的连接件61、按压件62和挤压件63，其中，半封闭通道2未设置有第一通孔3和第二通孔4的侧壁上设置连接件61，即连接件61所在的半封闭通道2侧壁与通孔所在的侧壁相邻。挤压件63的端面为斜面，该斜面与活塞5的斜面相接触，且两斜面的倾斜角度相同。封闭楔6在使用时，通过推动按压件62使得挤压件63的斜面与活塞5的斜面相接触，从而使得活塞5在封闭楔6的推动力下进入半封闭通道2中，完成活塞5对半封闭通道2的封闭。由于封闭楔6和活塞5的结构简单、易于封闭，因而可使用手工方式轻易实现PCR反应装置的封闭，同时还可以采用简单的机械装置实现PCR反应装置的封闭。

本发明实施例提供的PCR反应装置通过在半封闭通道相对的两侧壁上设置第一通孔和第二通孔能够实现PCR反应装置与外界的连通，混合均匀后的PCR反应体系能够通过第一通孔或第二通孔进入PCR反应管内，PCR反应体系未流经的另一通孔则实现PCR反应装置在半封闭状态下保持的内外气压平衡，进而实现PCR反应装置与前端反应装置的连接和PCR反应体系的输送。本发明实施例提供的PCR反应装置结构简单、易于制备，能够有效实现PCR反应装置的半封闭，且操作方法简便、易于实行。

请参考附图2，附图2示出了本发明实施例提供的PCR反应装置中半封闭通道的立体结构示意图。

从附图2中能够看出，半封闭通道2相对的两个侧面上设置有第一通孔3和第二通孔4，以实现PCR反应体系的输送、输出，以及平衡PCR反应装置内外的气压。在本发明实施例提供的PCR反应装置中，为实现PCR反应装置内外气体的流通及管状体51长度的设置，第一通孔3和第二通孔4在半封闭通道2相对侧壁的相对位置设置。由于连接件61设置在半封闭通道2未设置有第一通孔3和第二通孔4的侧壁上，因此，连接件61的位置可设定为两处。同时，由于第一通孔3和第二通孔4在半封闭通道2上相对称，且密封头52的端面和挤压件63的斜面是相对的，因此，PCR反应体系从PCR反应前处理装置进入PCR反应装置的通孔根据连接件61的位置设定而设定。如附图1所示，当连接件61设置在半封闭通道2的上表面时，PCR反应体系通过第一通孔3进入PCR反应装置；当连接件61设置在半封闭通道2的下表面时，PCR反应体系通过第二通孔4进入PCR反应装置。

第一通孔3和第二通孔4位置相对设置使得管状体51长度大于或等于任意一个通孔到半封闭通道2开口的位置即可。进一步，将第一通孔3和第二通孔4设置在距离半封闭通道2开口较近的部位，以给PCR反应体系提供更多的空间，同时还能够缩短管状体51的长度，节省材料成本。

请参考附图3，附图3示出了附图1中A-A处的剖面图。

从附图3中能够看出，PCR反应管1、半封闭通道2、管状体51及部分密封头52均为内部中空结构，该中空结构能够为PCR反应体系提供充足的放置空间。在本发明实施例提供的PCR反应装置中，半封闭通道2的内腔在轴向方向上自半封闭通道2开口向PCR反应管1方向逐渐缩小。同时由于管状体51的外形与半封闭通道2的内腔相匹配，因而，半封闭通道2在轴向方向上的形状设置使得管状体51更加容易进入半封闭通道2内。进一步，半封闭通道2的内腔在径向方向上为圆形、椭圆、菱形或方形，以适应不同的试验或检测需求。更进一步，在本发明实施例中，半封闭通道2的内腔在径向方向上为圆形或方形，圆形或方形的半封闭通道2内腔能够便于第一通孔3和第二通孔4的设置。由于管状体51的外部形状及尺寸与半封闭通道2的内腔相匹配，因而当半封闭通道2的内腔在径向方向上为圆形、椭圆、菱形或方形时，管状体51的外形同样相应为圆形、椭圆、菱形或方形，以防止PCR反应体系从管状体51与半封闭通道2之间的缝隙流出或渗出。

请参考附图4，附图4示出了本发明实施例提供的PCR反应装置中活塞的立体结构示意图。

在本发明实施例提供的PCR反应装置中，密封头52与管状体51在径向方向上形状相同，且密封头52的径向尺寸大于管状体51的径向尺寸。如附图4所示，管状体51在径向方向上的形状为方形时，密封头52在径向方向上的形状也为方形。为防止在封闭楔6推力的作用下将密封头52推入半封闭通道2中，因而密封头52的径向尺寸大于管状体51的径向尺寸。

本发明实施例还提供了PCR反应装置的使用方法，该使用方法包括：

PCR反应装置使用前，将活塞5的管状体51放入半封闭通道2内，并且管状体51不封闭第一通孔3和第二通孔4，此时，PCR反应装置处于半封闭状态。将第一通孔3或第二通孔4通过管道与盛放有PCR反应体系的前处理装置相连接，未连接管道的另一通孔则与外界相通。PCR反应体系从第一通孔3或第二通孔4进入PCR反应管1，而PCR反应装置内的空气从另一通孔排出，实现PCR反应体系在此独立工段的液体输送及PCR反应装置内外气压平衡。PCR反应体系完全进入PCR反应管1后按压封闭楔6，使活塞5推送进半封闭通道2内，进而使管状体51封闭第一通孔3和第二通孔4，实现PCR反应装置的封闭。

本发明实施例提供的PCR反应装置通过将活塞5的管状体51送入半封闭通道2内，进而通过按压密封头52实现管状体51的进出，从而实现管状体51对第一通孔3和第二通孔4的封闭与开放，使得PCR反应装置的封闭过程简化，进而PCR反应装置的封闭在手工方式及机械方式下均可轻易实现。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。