专利名称：离心式pcr分析仪的制作方法
技术领域：
-
本发明是生物、医学领域用于分析聚合酶链反应(PCR)原始靶基因浓度 的仪器。
背景技术：
本发明做出前，还没有检测与分析聚合酶链反应原始靶基因浓度的离心
式分析仪器。传统的方法是先将靶基因置于标准的48孔或者96孔的加热/制 冷热循环装置，完成PCR要求的变性、复性和延伸，使靶基因扩增数百万倍， 然后对产物进行荧光检测，判断是否具有某种靶基因。这种方法有如下缺点
第一荧光检测模块不固定，电机带动光纤探头运动，在进行扫描的同时， 光纤的震动会影响光路的稳定，从而影响检测精确度；第二仪器扫描部分 机械结构复杂，成本高、质量大。扫描探头在电机的带动下，在X和Y方向 上扫描，需要两个电机协同工作，不利于小型化。
发明内容
本发明的目的是提供一种能完成对靶基因检测的离心式PCR分析仪。通 过创新的离心式设计与光路固定方法，实现了产品小型化，避免了机械振动 带来的检测误差。
本发明的技术方案是在利用DSP电路控制变温金属模块对靶基因进行 扩增的同时，对被测反应物发出的荧光进行检测。
一种离心式PCR分析仪，其特征在于，包括光学检测模块，离心式热循 环模块，DSP控制电路和计算机；光学检测模块固定在离心式热循环模块的 上方，光学检测模块、离心式热循环模块分别连接DSP控制电路，然后传送 至计算机；
所述的离心式热循环模块包括变温金属体，变温金属体上方设有均匀分 布的插孔，插放在插孔中的试管，试管上盖有热盖，贴在变温金属体内侧的 半导体加热片，在变温金属体和热盖上都设有温度传感器；变温金属体下面 设有驱动轮，驱动轮通过同步带连接步进电机；步进电机、温度传感器分别 连接DSP控制电路；
步进电机正反向转动带动同步带，进而带动变温金属体下面的驱动轮，
从而控制变温金属体顺时针和逆时针的转动；
所说的光学检测模块自上而下依次设有激发光源，滤光片，透镜，与水 平方向呈45度角的二向分色镜，激发物镜，且上述激发光源，滤光片，透镜， 与水平方向呈45度角的二向分色镜，激发物镜均与试管在同一竖直轴线上； 在二向分色镜所在的水平轴线上，依次设有窄带滤光片，接收物镜，针孔， 光电倍增管；光电倍增管连接DSP控制电路。
DSP控制电路包括通过接口与PC相连的DSP控制器(TMS320F2812)， 通过DSP的A/D转换模块，分别将来自步进电机、温度传感器和光电倍增管 的输出信号转换成数字信号。DSP输出的驱动信号输入步进电机驱动器，控 制电机运动；DSP输出的温度控制信号，调节半导体加热片的温度；DSP输 出的增益控制信号，调节光电倍增管的放大倍数。
本发明实现了产品小型化，避免了机械振动带来的检测误差。同时，成 本的降低有利于这种先进检测技术的推广，满足社区医疗与远郊区县卫生部 门的检测需求。
以下结合附图对本发明做进一步详细描述
图1是本发明的离心式PCR分析仪的框图； 图2是离心式热循环模块的示意图； 图3是光学检测模块示意图；
具体实施例方式
参照图1，本发明的离心式PCR分析仪包括光学检测模块，离心式热循 环模块，DSP控制电路和计算机。其光学检测模块固定在离心式热循环模块
的上方，检测到的信号送入DSP控制电路进行数据处理，然后传送至计算机 分析与显示。离心式热循环模块和光学检测模块的结构如图2、图3所示。
所述的光学检测模块自上而下依次设有激发光源，滤光片，透镜，与水 平方向呈45度角的二向分色镜，激发物镜，且上述激发光源，滤光片，透镜， 与水平方向呈45度角的二向分色镜，激发物镜均与试管在同一竖直轴线上。 在二向分色镜所在的水平轴线上，依次是窄带滤光片，接收物镜，针孔，光 电倍增管，采集电信号的DSP。采用LED作为激发光源，既满足光源要求又 降低成本，减轻产品重量，适用于便携设备。激发光源发出的激发光通过滤
光片成为特定波长(532nm)的单色光，再由透镜汇集为平行光照射在二向分 色镜上，再通过激发物镜汇聚到试管，使试管内的反应物在激发光的作用下 发出荧光，荧光通过激发物镜照射在二向分色镜上，经过二向分色镜的透射 与反射，再由窄带滤光片过滤成为特定波长(570nm)的单色光，再通过接收 物镜与针孔汇聚，被光电倍增管接收变为电信号传输给DSP。
离心式热循环模块包括变温金属体，变温金属体上面的一圈均匀分布的 插孔，插放在插孔中的试管，试管上盖有热盖，贴在变温金属体内侧的半导 体加热片，在变温金属体和热盖上都设有温度传感器。步进电机正反向转动 带动同步带，进而带动变温金属体下面的驱动轮，从而控制变温金属体顺时 针和逆时针的转动。其中，变温金属体的材质是金属银，外层镀金，防止氧 化；插孔的形状为Eppendorf反应管形状，大小固定，共16个插孔；在实验 前，先将装好被测物的试管放入插孔，然后启动仪器。运行过程中，光学检 测模块固定不动，而变温金属体上插孔中的试管随着变温金属体正向和反向 转动，从而实现对各个试管的逐一检测。
光学检测模块和离心式热循环模块由DSP控制电路控制，实现对荧光的 采集与处理，并上传至计算机分析显示。
工作中，计算机输出的控制指令， 一方面经过DSP控制电路转换为控制 信号，控制半导体加热片工作，满足PCR扩增的温度要求；另一方面，控制 步进电机转动，实现变温金属体的旋转，从而依次完成对所有试管内被测物 的检验。同时，离心式热循环模块中的温度传感器输出的温度信号和步进电 机输出的位置信号，以及光学检测模块输出的电信号，分别由DSP的A/D接 口转换为数字信号，经过处理传输给计算机，并由计算机发出控制信号；同 时计算机对数据进行分析及显示。
本发明的离心式PCR分析仪，在利用离心式热循环模块对耙基因进行扩 增的同时，采用了固定的光学检测模块对荧光进行检测，实现了产品小型化， 避免了机械振动带来的检测误差，可以使以前的检测误差由(20% 50%)下 降到(10% 30%)。
权利要求
1、一种离心式PCR分析仪，其特征在于，包括光学检测模块(I)，离心式热循环模块(II)，DSP控制电路(III)和PC机(IV)；光学检测模块(I)固定在离心式热循环模块(II)的上方，光学检测模块(I)、离心式热循环模块(II)分别连接DSP控制电路(III)，然后传送至计算机(IV)；所述的离心式热循环模块(II)包括变温金属体(1)，变温金属体(1)上方设有均匀分布的插孔(3)，插放在插孔(3)中的试管(5)，试管(5)上盖有热盖(4)，贴在变温金属体(1)内侧的半导体加热片(6)，在变温金属体(1)和热盖(4)上都设有温度传感器(9)；变温金属体(1)下面设有驱动轮(2)，驱动轮(2)通过同步带(8)连接步进电机(7)；步进电机(7)、温度传感器(9)分别连接DSP控制电路(III)；所说的光学检测模块(I)自上而下依次设有激发光源(10)，滤光片(11)，透镜(12)，与水平方向呈45度角的二向分色镜(13)，激发物镜(14)，且上述激发光源(10)，滤光片(11)，透镜(12)，与水平方向呈45度角的二向分色镜(13)，激发物镜(14)均与试管(5)在同一竖直轴线上；在二向分色镜(13)所在的水平轴线上，依次设有窄带滤光片(18)，接收物镜(17)，针孔(16)，光电倍增管(15)；光电倍增管(15)连接DSP控制电路(III)。
全文摘要
离心式PCR分析仪属于生物、医学领域。传统用于分析聚合酶链反应(PCR)原始靶基因浓度方法缺点荧光检测模块不固定从而影响检测精确度；第二仪器扫描部分机械结构复杂，成本高、不利于小型化。本发明在利用DSP电路控制变温金属模块对靶基因进行扩增的同时，对被测反应物发出的荧光进行检测。本发明通过创新的离心式设计与光路固定方法，实现了产品小型化，避免了机械振动带来的检测误差。
文档编号C12Q1/68GK101109706SQ20071012118
公开日2008年1月23日 申请日期2007年8月31日 优先权日2007年8月31日
发明者冯继宏, 张清悦, 毅 曾 申请人:北京工业大学