便携式恒温核酸扩增仪的制作方法

本发明涉及科研、临床检验及食品检验检疫领域，尤其涉及基因检测领域，具体涉及便携式恒温核酸扩增仪。

背景技术：

基因扩增技术是指利用dna聚合酶对特定基因做体外或试管内的大量合成，它是利用dna聚合酶对靶标核酸片段进行专一性的连锁复制。目前常用的技术，可将极微量的靶dna特异地扩增上百万倍以上，从而大大提高对dna分子的分析和检测能力，该技术已在分子生物学、微生物学、医学及遗传学等多领域广泛应用和迅速发展。

基因扩增技术的实现主要依赖于检测试剂盒和试剂盒的适用仪器基因扩增仪，基因扩增仪为试剂盒提供扩增反应的条件和结果判读的方法，是实现基因扩增的基础仪器。根据基因扩增的原理，如pcr、荧光定量pcr、等温扩增等，基因扩增仪也分为pcr仪、恒温核酸扩增仪等。

无论是哪种基因扩增仪，其结构上基本都由外壳、加热/制冷系统、导热系统、散热系统、电控系统、人机界面几部分组成。因其要求具有高精度、高均匀度的控温功能，适用于多种基因扩增需求的程序设定能力，一般的基因扩增仪造价都非常高，国产基因扩增仪都在几万元到十几万元不等。另外，因内部结构复杂，一般扩增仪都是较笨重、不便移动的实验室设备，只能限于在专业的实验室进行操作。

此外，普通pcr仪都需要经过繁琐的程序参数设置，对于操作人员有一定的技术要求。上述特点都限制了基因扩增仪在以下环境下推广和普及：1)非专业基因扩增实验室的普通环境；2)仅有简单培训或者无需培训的操作人员；3)经费有限的基层实验机构或个人；4)日常操作是对于确定靶标进行相同程序的重复操作；5)需要携带仪器的操作。

技术实现要素：

为了克服现有的基因扩增仪对实验室、操作人员的依赖和昂贵、笨重的不足，本发明专门针对确定的检测靶标和扩增程序提供一种便携式恒温核酸扩增仪。该扩增仪主要包括样本处理模块和扩增反应模块，其外型轻便、可携带，可实现一键开机无需其他参数设置，并能够获得可视化的检测结果。通过该扩增仪完成的整个检测过程可由非专业人员完成，适合在基层检验机构甚至有检验需求的家庭当中普及。

本发明所采用的技术方案是：

一种便携式恒温核酸扩增仪，包括：

一样本处理模块，用以对基因检测样本进行样本处理，并获得样本处理液；

一扩增反应模块，用以使样本处理液在一反应温度区间进行扩增反应；

一控制模块，内置一控制程序，所述控制程序用以控制样本处理模块及扩增反应模块执行一确定步骤的操作。

进一步地，所述样本处理模块通过在一处理温度区间对基因检测样本加热获得样本处理液。

进一步地，所述样本处理模块包括：

用以放置盛放基因检测样本的样本容器的样本池；

用以加热样本池的一处理加热模块；

用以对样本池降温的一降温模块；

用以判断样本容器是否放入样本池的一处理传感模块；

用以监测样本池温度的处理温度传感模块。

进一步地，所述扩增反应模块包括：

用以放置盛放样本处理液的容器的反应容器的反应池；

用以加热反应池的一反应加热模块；

用以判断反应容器是否开始扩增反应的一反应传感模块；

用以监测反应池温度的反应温度传感模块。

进一步地，反应池具有多个容纳腔，用以同时容纳多个盛放样本处理液的容器。

进一步地，还包括结果可视化模块，用以将扩增反应的结果以可直观读取的方式呈现；

指示模块，用以显示运行状态及提示操作人员执行相关操作；

所述可视化模块及指示模块同时信号连接控制模块。

进一步地，所述结果可视化模块包括：

用以照射完成扩增反应的样本处理液的一光源；

用以观察光源照射结果的一观察视窗。

进一步地，所述指示模块包括：

一样本处理指示灯，用以显示样本处理模块加热状态及提示加入基因检测样本；

一扩增反应指示灯，用以显示扩增反应模块加热状态及提示加入样本处理液；

一结果提示指示灯，用以提示观察检测结果。

进一步地，所述控制程序根据基因检测样本的类型及检测标靶设定。

进一步地，所述确定步骤包括：

1)样本处理模块预热至加热温度稳定维持于处理温度区间，指示模块提示放入基因检测样本；

2)判断基因检测样本是否放入，如是，则保持加热温度在处理温度区间对基因检测样本持续加热；

3)加热时间至一处理时间时，样本处理模块对样本处理液降温同时扩增反应模块预热；

4)样本处理模块将温度降至一设定温度时，指示模块提示取出样本处理液；

5)扩增反应模块预热至加热温度稳定维持于反应温度区间，指示模块提示放入样本处理液；

6)判断样本处理液是否放入，如是，则保持加热温度在处理温度区间对基因检测样本持续加热；

7)加热时间至一扩增反应时间停止加热，可视化模块呈现扩增反应的结果。

进一步地，所述处理温度区间，反应温度区间，处理时间，扩增反应时间均根据基因检测样本的类型及检测标靶设定。

通过采取上述技术方案，可以让非专业用户在仅受简单培训或者无培训的情况下完成恒温核酸基因扩增仪的操作，整个仪器的操作过程无需复杂的程序参数设置，仅需一键开机即可由仪器本身通过内部程序设置完成扩增反应，其反应结果便于肉眼判读，即时获取检测结果。该设备使得在非专业实验室的普通环境(如临床科室、户外、家庭环境、基层医院等)下进行基因检测成为可能。

附图说明

图1为本发明一实施例中便携式恒温核酸扩增仪的模块组成示意图。

图2为本发明一实施例中便携式恒温核酸扩增仪中样本处理模块的模块组成示意图。

图3为本发明一实施例中便携式恒温核酸扩增仪中扩增反应模块的模块组成示意图。

图4为本发明一实施例中便携式恒温核酸扩增仪中结果可视化模块的模块组成示意图。

图5为本发明一实施例中便携式恒温核酸扩增仪中指示模块的模块组成示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1所示，在一实施例中，提供一种便携式恒温核酸扩增仪，包括：样本处理模块，用以使基因检测样本在一处理温度区间进行样本处理，并获得样本处理液；扩增反应模块，用以使样本处理液在一反应温度区间进行扩增反应；控制模块，内置；一控制程序，所述控制程序用以控制样本处理模块及扩增反应模块执行确定步骤的操作；结果可视化模块，用以将扩增反应的结果以可直观读取的方式呈现；指示模块，用以显示运行状态及提示操作人员执行相关操作。可视化模块及指示模块同时信号连接控制模块，由控制模块控制执行相关操作。

其中，控制程序根据基因检测样本的类型及检测标靶设定。

确定步骤包括：

1)样本处理模块预热至加热温度稳定维持于处理温度区间，指示模块提示放入基因检测样本。

首先打开扩增仪的电源开关后，控制模块先实施整机自检(常规程序自检)，自检通过后，控制样本处理模块的开始加热，同时让样本处理指示灯亮红灯(表示加热进行中)，当加热到目标温度的时候，附设的温度传感器会实时反馈实测温度给控制模块，控制模块判断其到达控制温度上限后，会停止加热，其后温度会缓慢下降，当传感器反馈其温度到达控制温度下限时，控制模块会通知模块再加热.如此通过动态控制，使样本处理模块维持在一个恒定的温度(上下围绕一条基线波动)。当到达目标温度稳定一小段时间(1-2min)后，控制模块控制样本处理指示灯变为绿色闪烁状态，通知操作人可以将样本容器插入样本池。样本容器中盛装采集的基因样本和样本处理剂。

2)判断基因检测样本是否放入，如是，则保持加热温度在处理温度区间对基因检测样本持续加热。

当样本容器插入样本池后，会触发红外开关，控制模块会自动执行计时、控温，持续对基因检测样本加热。

3)加热时间至一处理时间(例如10分钟)时，样本处理模块对样本处理液降温同时扩增反应模块预热。

样本处理结束后，启动降温模块对获得样本处理液降温的同时，扩增反应模块开始预热，同上，预热过程扩增反应指示灯呈红色。

4)样本处理模块将温度降至一设定温度时，指示模块提示取出样本处理液。

当样本池的温度降到设定温度(安全温度)时，停止降温，样本处理指示灯绿灯闪烁，提示可以取出样本容器。当样本容器取出后，样本处理指示灯自动熄灭，停止提示。

5)扩增反应模块预热至加热温度稳定维持于反应温度区间，指示模块提示放入样本处理液。

此时，用户手动操作样本容器中的样本处理液转移到反应容器。反应容器一般为多个。此时，反应池预热到达目标温度后，反应池的温度传感器将实测温度反馈给控制模块，使其停止加热，动态启停以使其维持在目标温度(过程同样本处理的控温过程)。在目标温度稳定1-2min后，扩增反应指示灯会绿灯闪烁，提示操作者加入反应容器。

6)判断样本处理液是否放入，如是，则保持加热温度在处理温度区间对基因检测样本持续加热。

当加入反应容器后，随即封闭反应池，同时会触发霍尔开关，启动计时、控温(反应程序)，同时扩增反应指示灯变为红色，表示正在加热。

7)加热时间至一扩增反应时间(例如40分钟)停止加热，可视化模块呈现扩增反应的结果。

当反应程序完成后，控制模块自动停止反应模块加热，同时命令开启光源，例如紫外灯照射反应容器中的完成扩增反应的样本处理液，同时结果提示指示灯闪烁，提示可以观察结果。观察完毕后，关闭电源开关。

上述过程中描述的温度并非特指一精确的点值，也可以是一个业内人员普遍认知和接受的允许浮动和具有一定误差的温度范围。上述的处理温度区间，反应温度区间，处理时间，扩增反应时间均根据基因检测样本的类型及检测目标设定。例如，针对宫颈细胞dna样本，可以预设处理温度为常温到100℃(例如是90℃)，扩增反应温度可预设为65℃±5℃范围内的某一确定温度。

温度和时间条件均根据适用的样本最佳反应条件预先设定，针对专门、单一的样本检测，在用户进行操作时无需进行任何程序参数的设定，只需要根据使用说明的提示进行简单操作即可。使用说明一般按照上述确定步骤编写，转达给用户作为指导说明书。

下面对各组成模块的具体功能架构进行说明如下：

如图2所示，样本处理模块包括：放置盛放基因检测样本的样本容器的样本池；用以加热样本池的一处理加热模块；用以对样本池降温的降温模块；判断样本容器是否放入样本池的处理传感模块；用以监测样本池温度的处理温度传感模块，结合前述过程可知例如为一温度传感器。处理传感模块例如是红外传感器。样本容器放入样本池后，触发红外传感器，红外传感器发送触发信号给控制模块，控制模块控制处理加热模块对样本加热。红外传感器型号例如可选：红外发射管型号：ir204-a,接收管pt204-6b。

需做对比说明的是，现有的实验室使用的扩增仪，例如pcr仪，大部分不具有基因样本处理功能，虽然其相关模块可以实现变温的，但如果要进行样本处理，必须要把温度调整成所需要的温度，需要专业的知识和专业的操作，且一般样本处理的容器与扩增反应的容器的尺寸也不相同，pcr仪的样品池较小，无法适配放置样本处理的容器。

如图3所示，扩增反应模块包括：放置盛放样本处理液的容器的反应容器的反应池；用以加热反应池的反应加热模块；监测反应池温度的反应温度传感模块，例如为一温度传感器。判断反应容器是否开始扩增反应的反应传感模块，反应传感模块例如是触发式霍尔传感器，识别样本处理液容器放入反应池，并且反应池封闭符合反应加热条件即发出触发信号至控制模块，控制模块控制加热模块加热。霍尔传感器例如可选型号：uhe4913g-ae3-r或替代型号：oh34n。

具体地，反应池具有多个容纳腔，用以同时容纳多个盛放样本处理液的容器。

如图4所示，结果可视化模块包括：用以照射完成扩增反应的样本处理液的光源；用以观察光源照射结果的观察视窗。

扩增反应模块内部设置了尺寸适配的确定波长的光源，例如紫外光源，光源波长对应扩增反应试剂中的荧光染色剂。例如，对应某一荧光染色剂选取365nm波长的光源，观察视窗的开孔位置可以使反应容器中反应液的位置充分暴露，阳性扩增的反应体系在365nm紫外(底部激发)的激发下显黄绿色荧光，阴性反应也会有弱黄绿色荧光。为了使目视阴阳性的色差更明显，考虑在反应视窗前加一层滤色片，将黄绿色之外的其他干扰波段过滤掉，使黄绿色更加清晰。使得反应结果阴阳性颜色的辨识度更高。

如图5所示，指示模块包括：样本处理指示灯，用以显示样本处理模块加热状态及提示加入基因检测样本；扩增反应指示灯，用以显示扩增反应模块加热状态及提示加入样本处理液；结果提示指示灯，用以提示观察检测结果。

上述实施例描述的便携式恒温核酸扩增仪使用时一键开机，当样本容器插入对应的处理池的时候，可经传感器探测到样本容器的加入，自动开始运行控温程序，样本处理结束后由操作者进行加样操作，将样本dna液逐个加入样本处理液容器，例如靶标检测试剂反应管，当操作者将反应管插入反应区的样本池时，扩增仪可经预设的传感器探测到反应管的加入，自动启动基因扩增控温程序。扩增结束后，反应池底部的光源自动开启，反应管的检测结果在光源激发下清晰可辨。用户可以通过扩增仪相应位置开设的观察视窗直接观察反应结果，判断阴阳性。如果用户对颜色判断有困难，也可以通过与随附的颜色样本进行比较确认阴阳性。或者可以通过移动客户端，例如手机对反应结果进行拍照，上传照片至一远程服务器端，远程服务器内预置颜色样本或颜色数据，通过对照片的光学数据进行分析计算，根据预置的判定值对结果做出判断，随即将判断结果反馈给手机，呈现检测结果。整个过程对仪器的操作要求仅有一步一键开机。

显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。