一种PCR热循环装置的制作方法

文档序号:13108831
技术领域本实用新型涉及一种热循环装置,特别是一种PCR热循环装置。

背景技术:
PCR(聚合酶链锁反应)是一种分子生物技术,可以在生物体外扩增特定的DNA片段。该技术目前已经广泛应用于分子诊断,精准医疗,现代农业,食品安全等领域。在绝大多数的PCR反应中,都需要对样品进行周期性的升温降温来实现特定的DNA片段的扩增。现有技术通常采用水浴或常规金属浴来实现热循环。水浴热循环通过将样品反复浸泡在高温和低温两个恒温池中来实现样品的升温和降温过程。但是由于水浴循环需要配置恒温池,还要配备相应的进水和出水装置,导致设备笨重,不便于使用。同时,由于样品需要浸泡在水中,因此对样品封装的密封度有着极高的要求。而且在使用水浴循环时,不方便进行实时定量的PCR操作。常规金属浴通过将样品放置在试剂管中,试剂管插入厚金属板中,再通过对厚金属板进行加热和散热实现对样品的升温和降温过程。但是由于常规金属浴中金属板与试剂管的接触面不是平面,因此容易产生样品受热不均匀的现象,对试剂管、金属板等的加工工艺要求高,生产加工成本高。

技术实现要素:
本实用新型的实用新型目的在于:针对上述存在的问题,提供一种便于生产加工,能够保证所有样品均匀快速的升温降温,提高升温降温速率,体积小,便于实用的PCR热循环装置。本实用新型采用的技术方案如下:本实用新型所述的一种PCR热循环装置,包括样品封装盘,所述样品封装盘包括从上至下顺次连接的上绝热层,样品层和下导热层,所述样品层包括壁板和样品,所述样品置于壁板内。由于在上述技术方案中采用了下导热层设计,大大减小了样品封装盘的底壁的厚度,使样品封装盘与热传导介质的接触壁变薄,提高了样品封装盘底部传热效率,同时能够提高样品封装盘底部受热的均匀程度,从而使样品能够均匀快速的升温和降温。本实用新型的一种PCR热循环装置,所述壁板上均匀设有通孔,所述样品置于通孔内。由于采用了上述技术方案,壁板上开有通孔,壁板与下导热层相连,下导热层与通孔的侧壁形成一个样品容器,则下导热层直接作为样品容器底壁,从而进一步减小样品封装盘的底壁的厚度,进一步提高样品封装盘底部传热效率,最大限度保证样品均匀快速的升温和降温。壁板上的通孔可以按孔阵排布,孔阵可以有不同的设计,可以为96孔或384孔等。本实用新型的一种PCR热循环装置,所述壁板上下表面均设有凹台,所述凹台设于两通孔之间。由于采用了上述技术方案,上绝热层与下导热层分别覆于壁板的上表面和下表面,上绝热层,下导热层和通孔的侧壁构成一个完整的样品容器,上绝热层和下导热层分别作为样品容器的上盖和底壁,而壁板两通孔之间的凹台能够在下导热和上绝热层覆于壁板时,仅与通孔构成容器,从而仅与样品直接接触,而不会跟壁板其他面直接接触,而分散热量,减小热量损耗,从而将热量集中传送至样品处。本实用新型的一种PCR热循环装置,所述上绝热层由高绝热性薄膜制成,所述下导热层由高导热性薄膜制成,所述壁板由绝热性材料制成。由于采用了上述技术方案,能够减小热量损耗,从而将热量集中传送至样品处。本实用新型的一种PCR热循环装置,所述样品封装盘上方设有透光板,所述样品封装盘下表面连有传热装置和散热装置。由于采用了上述技术方案,透光板用对可见光透明的材料制成,透光板对所选用的激发光和荧光透明,该透光板设置在样品封装盘上放,能够在热循环装置部件之间形成空气层,可以通入加热的空气来防止热循环中水凝结在容器的上壁。本实用新型的一种PCR热循环装置,所述传热装置包括金属板,所述金属板下表面连有热学模块;所述散热装置包括散热器和风扇,所述散热器与热学模块相连,所述风扇设于散热器下方。由于采用了上述技术方案,金属板能够进一步保证让样品均匀受热,散热器和热学模块则实现升温和降温的功能。本实用新型的一种PCR热循环装置,所述样品盘的厚度为0.1~0.4cm,所述透光板的厚度为0.5~2.5cm,所述传热装置的厚度为0.1~2.0cm。由于采用了上述技术方案,各层的厚度为最佳范围,能够在保证使用性能的同时获得最佳的升温降温速率。本实用新型的一种PCR热循环装置,所述透光板由质量份20~50份乙烯基三甲氧基半硅氧烷,10~20份乙烯基三甲氧基硅烷和15~30份正硅酸四乙酯组成。由于采用了上述技术方案,透光板具有良好的透光率。其中,乙烯基三甲氧基半硅氧烷可以为20~50份中的任意值,例如23份,25份,27份,38份,42份,46份等;乙烯基三甲氧基硅烷可以为10~20份中的任意值,例如14份,16份,17份等;正硅酸四乙酯可以为15~30份中的任意值,例如18份,21份,24份,28份等。优选的,当透光板由质量份47份乙烯基三甲氧基半硅氧烷,18份乙烯基三甲氧基硅烷和18份正硅酸四乙酯组成时最佳。本实用新型的一种PCR热循环装置,所述下导热层由质量份40~70份聚甲基丙烯酸甲酯,20~28份纳米二氧化硅,0~10份膨胀多孔石墨,5~8份石墨烯,7~18份纤维素醚和10~16份凝固剂组成。由于采用了上述技术方案,导热层具有良好的导热率,同时具有良好的柔韧性和延展性,能够达到微米级别的厚度仍具有良好的韧性,在足够薄的条件下承装样品后能够保证不会破露。其中聚甲基丙烯酸甲酯可以为40~70份中的任意值,例如43份,48份,52份,55份,60份,68份等;纳米二氧化硅可以为20~28份中的任意值,例如25份,27份等;膨胀多孔石墨可以为0~10份中的任意值,例如4份,6份,7份,8份等;石墨烯可以为5~8份中的任意值,例如6份,7份等;纤维素醚可以为7~18份中的任意值,例如10份,13份,15份,17份等;凝固剂可以为10~16份中的任意值,例如12份,13份,15份等。优选的,当下导热层由质量份68份聚甲基丙烯酸甲酯,28份纳米二氧化硅,4份膨胀多孔石墨,8份石墨烯,14份纤维素醚和15份凝固剂组成时最佳。本实用新型的一种PCR热循环装置,所述上绝热层由高绝热性薄膜制成,该高绝热性薄膜为具有高通透性多分枝纳米多孔三维网络结构的气凝胶,所述上绝热层由质量份10~30份硬硅钙石-气凝胶,10~15份陶瓷纤维-气凝胶和5~10份聚(2-甲氧基-5-辛氧基)对苯乙炔组成。由于采用了上述技术方案,上绝热层隔热性能好,能够有效隔绝外界温度对样品封装盘中的样品受到外界的影响,提高升温、降温的精确度,提高对样品检测的精度;同时具有良好的透光率,对450~580nm波长的透光率也较好。其中,硬硅钙石-气凝胶可以为10~30份中的任意值,例如14份,19份,21份,23份,27份等,陶瓷纤维-气凝胶可以为10~15份中的任意值,例如12份,13份,14份等,聚(2-甲氧基-5-辛氧基)对苯乙炔可以为5~10份中的任意值,例如7份,9份等。优选的,上绝热层由质量份由质量份21份硬硅钙石-气凝胶,12份陶瓷纤维-气凝胶和10份聚(2-甲氧基-5-辛氧基)对苯乙炔组成时,隔热效果最佳,同时具有良好的透光率,并对450~580nm的波长具有一定的增益作用。本实用新型的一种PCR热循环装置,所述上绝热层的厚度为25~500μm,所述下导热层的厚度为10~50μm。综上所述,由于采用了上述技术方案,本实用新型的有益效果是:1、提供一种结构简单合理,便于生产加工,能够保证样品均匀、快速的升温降温,便于实用的PCR热循环装置。2、提供一种大大减小样品封装盘的底壁的厚度,使样品封装盘与热传导介质的接触壁变薄,提高了样品封装盘底部传热效率,提高样品封装盘底部受热的均匀程度。附图说明图1是样品封装盘结构示意图;图2是样品封装盘俯视图;图3是一种PCR热循环装置的结构示意图;图4是一种PCR热循环装置A部的局部放大图。图中标记:1为透光板,2为上绝热层,3为样品,4为壁板,5为下导热层,6为金属板,7为热学模块,8为散热器,9为风扇。具体实施方式下面结合附图,对本实用新型作详细的说明。为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。实施例1如图1至图4所示,一种PCR热循环装置,包括样品封装盘,样品封装盘包括从上至下顺次连接的上绝热层2,样品层和下导热层5,样品层包括壁板4和样品3,样品3置于壁板4内,壁板4上均匀设有通孔,孔阵按384孔排布,壁板4为384孔板,样品3置于通孔内,壁板4上下表面均设有凹台,凹台设于两通孔之间,上绝热层2与下导热层5分别覆于壁板4的上表面和下表面,上绝热层2,下导热层5和通孔的侧壁构成一个完整的样品容器,上绝热层2和下导热层5分别作为样品容器的上盖和底壁,而壁板4两通孔之间的凹台与上绝热层2和下导热层5均不接触。上绝热层2的厚度为500μm,下导热层5的厚度为50μm。样品封装盘上方设有透光板1,样品封装盘下表面连有传热装置和散热装置。传热装置包括金属板6,金属板6下表面连有热学模块7;散热装置包括散热器8和风扇9,散热器8与热学模块7相连,风扇9设于散热器8下方。金属板由铜制成。样品盘的总厚度为0.4cm,透光板1的厚度为2.5cm,传热装置的厚度为2.0cm。上绝热层2由高绝热性薄膜制成,该高绝热性薄膜为具有高通透性多分枝纳米多孔三维网络结构的气凝胶,由质量份10份硬硅钙石-气凝胶,10份陶瓷纤维-气凝胶和5份聚(2-甲氧基-5-辛氧基)对苯乙炔组成,该高绝热性薄膜的导热率为0.043W\/(m·K),对可见光透光率为83.7%,对450~580nm波长的透光率为86.3%。下导热层5由高导热性薄膜制成,该高导热性薄膜由质量份40份聚甲基丙烯酸甲酯,20份纳米二氧化硅,0份膨胀多孔石墨,5份石墨烯,7份纤维素醚和10份凝固剂组成,该高热性薄膜的热导率为1.315W\/(m·K),该高热性薄膜的承重为0.8g\/cm2壁板4由绝热性材料制成,该绝热性材料由质量份20份乙烯基三甲氧基半硅氧烷,10份乙烯基三甲氧基硅烷和15份正硅酸四乙酯组成,该绝热材料对可见光透光率为92.6%,对450~580nm波长的透光率为94.7%。在使用时,步骤一:用绝热性材料制作好壁板4,在壁板4上开设好通孔;步骤二:将步骤一中制作好的壁板与一张高导性的薄膜贴合在一起,贴合方式可以为化学粘贴,热塑封装,高压封装等,将高导热性的薄膜作为盛放样品的底部,而步骤一中壁板的孔壁则作为样品容器的容器壁;步骤三:将配制好的样品注入样品容器中;步骤四:对上述制得的容器进行封装制得样品封装盘,将一张高绝热性薄膜与上述容器的上表面贴合在一起,贴合的方式可以为化学粘贴,热塑封装,高压封装等,采用化学粘贴或高压封装为最宜。实施例2如图1至图4所示,一种PCR热循环装置,包括样品封装盘,样品封装盘包括从上至下顺次连接的上绝热层2,样品层和下导热层5,样品层包括壁板4和样品3,样品3置于壁板4内,壁板4上均匀设有通孔,孔阵按384孔排布,壁板4为384孔板,样品3置于通孔内,壁板4上下表面均设有凹台,凹台设于两通孔之间,上绝热层2与下导热层5分别覆于壁板4的上表面和下表面,上绝热层2,下导热层5和通孔的侧壁构成一个完整的样品容器,上绝热层2和下导热层5分别作为样品容器的上盖和底壁,而壁板4两通孔之间的凹台与上绝热层2和下导热层5均不接触。上绝热层2的厚度为25μm,下导热层5的厚度为10μm。样品封装盘上方设有透光板1,样品封装盘下表面连有传热装置和散热装置。传热装置包括金属板6,金属板6下表面连有热学模块7;散热装置包括散热器8和风扇9,散热器8与热学模块7相连,风扇9设于散热器8下方。金属板由铜制成。样品盘的总厚度为0.1cm,透光板1的厚度为0.5cm,传热装置的厚度为0.1cm。上绝热层2由高绝热性薄膜制成,该高绝热性薄膜为具有高通透性多分枝纳米多孔三维网络结构的气凝胶,由质量份30份硬硅钙石-气凝胶,15份陶瓷纤维-气凝胶和10份聚(2-甲氧基-5-辛氧基)对苯乙炔组成,该高绝热性薄膜的导热率为0.047W\/(m·K),对可见光透光率为82.0%,对450~580nm波长的透光率为82.9%。下导热层5由高导热性薄膜制成,该高导热性薄膜由质量份70份聚甲基丙烯酸甲酯,28份纳米二氧化硅,10份膨胀多孔石墨,8份石墨烯,18份纤维素醚和16份凝固剂组成,该高热性薄膜的热导率为1.420W\/(m·K),该高热性薄膜的承重为1.1g\/cm2壁板4由绝热性材料制成,该绝热性材料由质量份50份乙烯基三甲氧基半硅氧烷,20份乙烯基三甲氧基硅烷和30份正硅酸四乙酯组成,该绝热材料对可见光透光率为93.1%,对450~580nm波长的透光率为93.7%。在使用时,步骤一:用绝热性材料制作好壁板4,在壁板4上开设好通孔;步骤二:将步骤一中制作好的壁板与一张高导性的薄膜贴合在一起,贴合方式可以为化学粘贴,热塑封装,高压封装等,将高导热性的薄膜作为盛放样品的底部,而步骤一中壁板的孔壁则作为样品容器的容器壁;步骤三:将配制好的样品注入样品容器中;步骤四:对上述制得的容器进行封装制得样品封装盘,将一张高绝热性薄膜与上述容器的上表面贴合在一起,贴合的方式可以为化学粘贴,热塑封装,高压封装等,采用化学粘贴或高压封装为最宜。实施例3如图1至图4所示,一种PCR热循环装置,包括样品封装盘,样品封装盘包括从上至下顺次连接的上绝热层2,样品层和下导热层5,样品层包括壁板4和样品3,样品3置于壁板4内,壁板4上均匀设有通孔,孔阵按384孔排布,壁板4为384孔板,样品3置于通孔内,壁板4上下表面均设有凹台,凹台设于两通孔之间,上绝热层2与下导热层5分别覆于壁板4的上表面和下表面,上绝热层2,下导热层5和通孔的侧壁构成一个完整的样品容器,上绝热层2和下导热层5分别作为样品容器的上盖和底壁,而壁板4两通孔之间的凹台与上绝热层2和下导热层5均不接触。上绝热层2的厚度为60μm,下导热层5的厚度为40μm。样品封装盘上方设有透光板1,样品封装盘下表面连有传热装置和散热装置。传热装置包括金属板6,金属板6下表面连有热学模块7;散热装置包括散热器8和风扇9,散热器8与热学模块7相连,风扇9设于散热器8下方。金属板由铜制成。样品盘的总厚度为0.3cm,透光板1的厚度为1.0cm,传热装置的厚度为0.8cm。上绝热层2由高绝热性薄膜制成,该高绝热性薄膜为具有高通透性多分枝纳米多孔三维网络结构的气凝胶,由质量份20份硬硅钙石-气凝胶,12份陶瓷纤维-气凝胶和8份聚(2-甲氧基-5-辛氧基)对苯乙炔组成,该高绝热性薄膜的导热率为0.052W\/(m·K),对可见光透光率为81.5%,对450~580nm波长的透光率为83.0%。下导热层5由高导热性薄膜制成,该高导热性薄膜由质量份57份聚甲基丙烯酸甲酯,25份纳米二氧化硅,4份膨胀多孔石墨,7份石墨烯,16份纤维素醚和14份凝固剂组成,该高热性薄膜的热导率为1.270W\/(m·K),该高热性薄膜的承重为0.9g\/cm2壁板4由绝热性材料制成,该绝热性材料由质量份36份乙烯基三甲氧基半硅氧烷,18份乙烯基三甲氧基硅烷和23份正硅酸四乙酯组成,该绝热材料对可见光透光率为94.1%,对450~580nm波长的透光率为92.4%。在使用时,步骤一:用绝热性材料制作好壁板4,在壁板4上开设好通孔;步骤二:将步骤一中制作好的壁板与一张高导性的薄膜贴合在一起,贴合方式可以为化学粘贴,热塑封装,高压封装等,将高导热性的薄膜作为盛放样品的底部,而步骤一中壁板的孔壁则作为样品容器的容器壁;步骤三:将配制好的样品注入样品容器中;步骤四:对上述制得的容器进行封装制得样品封装盘,将一张高绝热性薄膜与上述容器的上表面贴合在一起,贴合的方式可以为化学粘贴,热塑封装,高压封装等,采用化学粘贴或高压封装为最宜。实施例4如图1,图3和图4所示,一种PCR热循环装置,包括样品封装盘,样品封装盘包括从上至下顺次连接的上绝热层2,样品层和下导热层5,样品层包括壁板4和样品3,样品3置于壁板4内,壁板4上均匀设有通孔,孔阵按96孔排布,壁板4为96孔板,样品3置于通孔内,壁板4上下表面均设有凹台,凹台设于两通孔之间,上绝热层2与下导热层5分别覆于壁板4的上表面和下表面,上绝热层2,下导热层5和通孔的侧壁构成一个完整的样品容器,上绝热层2和下导热层5分别作为样品容器的上盖和底壁,而壁板4两通孔之间的凹台与上绝热层2和下导热层5均不接触。上绝热层2的厚度为127μm,下导热层5的厚度为38μm。样品封装盘上方设有透光板1,样品封装盘下表面连有传热装置和散热装置。传热装置包括金属板6,金属板6下表面连有热学模块7;散热装置包括散热器8和风扇9,散热器8与热学模块7相连,风扇9设于散热器8下方。金属板由铜制成。样品盘的总厚度为0.32cm,透光板1的厚度为0.9cm,传热装置的厚度为1.3cm。上绝热层2由高绝热性薄膜制成,该高绝热性薄膜为具有高通透性多分枝纳米多孔三维网络结构的气凝胶,由质量份21份硬硅钙石-气凝胶,10份陶瓷纤维-气凝胶和6份聚(2-甲氧基-5-辛氧基)对苯乙炔组成,该高绝热性薄膜的导热率为0.038W\/(m·K),对可见光透光率为84.4%,对450~580nm波长的透光率为86.9%。下导热层5由高导热性薄膜制成,该高导热性薄膜由质量份62份聚甲基丙烯酸甲酯,23份纳米二氧化硅,3份膨胀多孔石墨,8份石墨烯,13份纤维素醚和10份凝固剂组成,该高热性薄膜的热导率为1.535W\/(m·K),该高热性薄膜的承重为0.6g\/cm2壁板4由绝热性材料制成,该绝热性材料由质量份37份乙烯基三甲氧基半硅氧烷,12份乙烯基三甲氧基硅烷和27份正硅酸四乙酯组成,该绝热材料对可见光透光率为93.8%,对450~580nm波长的透光率为94.1%。在使用时,步骤一:用绝热性材料制作好壁板4,在壁板4上开设好通孔;步骤二:将步骤一中制作好的壁板与一张高导性的薄膜贴合在一起,贴合方式可以为化学粘贴,热塑封装,高压封装等,将高导热性的薄膜作为盛放样品的底部,而步骤一中壁板的孔壁则作为样品容器的容器壁;步骤三:将配制好的样品注入样品容器中;步骤四:对上述制得的容器进行封装制得样品封装盘,将一张高绝热性薄膜与上述容器的上表面贴合在一起,贴合的方式可以为化学粘贴,热塑封装,高压封装等,采用化学粘贴或高压封装为最宜。实施例5如图1至图4所示,一种PCR热循环装置,包括样品封装盘,样品封装盘包括从上至下顺次连接的上绝热层2,样品层和下导热层5,样品层包括壁板4和样品3,样品3置于壁板4内,壁板4上均匀设有通孔,孔阵按384孔排布,壁板4为384孔板,样品3置于通孔内,壁板4上下表面均设有凹台,凹台设于两通孔之间,上绝热层2与下导热层5分别覆于壁板4的上表面和下表面,上绝热层2,下导热层5和通孔的侧壁构成一个完整的样品容器,上绝热层2和下导热层5分别作为样品容器的上盖和底壁,而壁板4两通孔之间的凹台与上绝热层2和下导热层5均不接触。上绝热层2的厚度为375μm,下导热层5的厚度为32μm。样品封装盘上方设有透光板1,样品封装盘下表面连有传热装置和散热装置。传热装置包括金属板6,金属板6下表面连有热学模块7;散热装置包括散热器8和风扇9,散热器8与热学模块7相连,风扇9设于散热器8下方。金属板由铜制成。样品盘的总厚度为0.2cm,透光板1的厚度为1.8cm,传热装置的厚度为1.5cm。上绝热层2由高绝热性薄膜制成,该高绝热性薄膜为具有高通透性多分枝纳米多孔三维网络结构的气凝胶,由质量份21份硬硅钙石-气凝胶,12份陶瓷纤维-气凝胶和10份聚(2-甲氧基-5-辛氧基)对苯乙炔组成,该高绝热性薄膜的导热率为0.033W\/(m·K),对可见光透光率为83.4%,对450~580nm波长的透光率为85.2%。下导热层5由高导热性薄膜制成,该高导热性薄膜由68份聚甲基丙烯酸甲酯,28份纳米二氧化硅,4份膨胀多孔石墨,8份石墨烯,14份纤维素醚和15份凝固剂组成,该高热性薄膜的热导率为1.577W\/(m·K),该高热性薄膜的承重为0.8g\/cm2。壁板4由绝热性材料制成,该绝热性材料由质量份47份乙烯基三甲氧基半硅氧烷,18份乙烯基三甲氧基硅烷和18份正硅酸四乙酯组成,该绝热材料对可见光透光率为94.1%,对450~580nm波长的透光率为94.9%。在使用时,步骤一:用绝热性材料制作好壁板4,在壁板4上开设好通孔;步骤二:将步骤一中制作好的壁板与一张高导性的薄膜贴合在一起,贴合方式可以为化学粘贴,热塑封装,高压封装等,将高导热性的薄膜作为盛放样品的底部,而步骤一中壁板的孔壁则作为样品容器的容器壁;步骤三:将配制好的样品注入样品容器中;步骤四:对上述制得的容器进行封装制得样品封装盘,将一张高绝热性薄膜与上述容器的上表面贴合在一起,贴合的方式可以为化学粘贴,热塑封装,高压封装等,采用化学粘贴或高压封装为最宜。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。...
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