PCR基因扩增仪的模块机构的制作方法

本实用新型涉及基因扩增仪技术领域，具体涉及一种PCR基因扩增仪的模块机构。

背景技术：

聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction，以下简称PCR)是80年代中期发展起来的体外核酸扩增技术，具有特异性强、敏感度高、产率高、快速简便、重复性好、易自动化等优点。PCR基因扩增仪是一种用于提供模拟基因扩增时在各个阶段所需温度的设备，并增加低温储存和荧光检测等功能，适用于人类基因组工程学，法医学、肿瘤学、组织和群体生物学、古生物学、动物学、植物学等研究领域及病毒、肿瘤、遗传病等临床诊断领域的聚合酶链反应荧光定量检测。

PCR主要包括以下步骤：第一步、在95℃下模板DNA高温变性；第二步、在60℃下模板DNA与引物低温退火复性；第三步、在72℃下引物中温延伸；上述过程循环30多次后就会达到DNA的扩增目的。

目前市场上的PCR基因扩增仪，包括有编写好上述各阶段温度控制程序的主机平台，再通过主机平台给带有制冷加热芯片的模块机构进行功率输出，使模块机构上的试管凹槽表面温度达到基因扩增所需的温度，将装有需要扩增试剂的试管插入模块机构上的试管凹槽内进行扩增，再通过光电探头的激发和吸收荧光数据进行分析，从而得出各种判断的结果。其中，PCR基因扩增仪的模块机构是PCR基因扩增仪的关键元件之一，决定了PCR基因扩增仪整体的基因扩增效果和检测性能精准度及稳定性。

现有的PCR基因扩增仪的模块机构一般通过加热或冷却变温金属模块来改变插设在其上的试管温度，进而来实现扩增的，由于变温金属模块与试管很难做到无缝接触，因此会存在边缘效应、温度均匀性差及升降温速率较低的现象。

技术实现要素：

本实用新型提供的一种PCR基因扩增仪的模块机构，解决了现有技术中存在边缘效应、温度均匀性差、升降温速率低的问题。

为解决上述问题，本实用新型提供了一种PCR基因扩增仪的模块机构，该机构包括基座、散热器、加热器、温度传感器和控制单元，所述基座的顶部设有用于放置试管的样品槽，所述样品槽中充有液态金属，所述基座的侧面开设有安装孔和环形凹槽，所述安装孔位于所述环形凹槽的上方，所述加热器嵌设在所述环形凹槽内，所述温度传感器插设在所述安装孔内，所述散热器与所述基座的底部连接，所述散热器、所述加热器和所述温度传感器均与所述控制单元电连接。

其中，还包括设于所述基座和所述散热器之间的导热片。

其中，所述导热片的材质为液态金属或导热硅脂。

其中，所述液态金属包括铋、铟、锡、锌、金和银中的至少两种。

其中，还包括盖设在所述基座顶部的绝热垫，所述绝热垫上设有多个用于插设试管的第一通孔。

其中，还包括盖设在所述绝热垫上的基座罩，所述基座罩上设有多个第二通孔，所述第二通孔与所述第一通孔一一对应。

其中，所述样品槽的数量为多个，所述样品槽与所述第一通孔一一对应。

其中，所述样品槽的形状与试管的形状相适应。

其中，所述样品槽位于多个所述第一通孔的正下方，所述样品槽的横截面积与多个所述第一通孔围设形成的区域的面积相适应。

其中，还包括盖设在所述样品槽上的基座盖板，所述基座盖板上设有多个第三通孔，所述第三通孔与所述第一通孔一一对应。

本实用新型结构简单、成本低、操作便捷，通过在样品槽内充注液态金属，使试管和样品槽之间的间隙中充满液态金属，有效地解决了边缘效应，保证了试管温度和基座温度的一致性，提高了升降温的速率和试管温度的均匀性，大大的改善了仪器整体的基因扩增效果和检测性能的精准度及稳定性。

附图说明

图1是本实用新型实施例中PCR基因扩增仪的模块机构的俯视图；

图2是本实用新型实施例1中图1沿A-A方向的剖视图；

图3是本实用新型实施例1中图1沿B-B方向的剖视图；

图4是本实用新型实施例2中图1沿A-A方向的剖视图。

附图标记说明：

1、基座；1-1、样品槽；1-2、安装孔；1-3、环形凹槽；

2、加热器；3、散热器；4、基座罩；5、绝热垫；

6、温度传感器；7、导热片；8、液态金属；9、试管；

10、控制单元；11、基座盖板。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

实施例1

如图1至图3所示，本实用新型实施例提供了一种PCR基因扩增仪的模块机构，该机构包括基座1、散热器3、加热器2、温度传感器6和控制单元10，所述基座1的顶部设有用于放置试管9的样品槽1-1，所述样品槽1-1中充有液态金属8，所述基座1的侧面开设有安装孔1-2和环形凹槽1-3，所述安装孔1-2位于所述环形凹槽1-3的上方，所述加热器2嵌设在所述环形凹槽1-3内，所述温度传感器6插设在所述安装孔1-2内，所述散热器3与所述基座1的底部连接，所述散热器3、所述加热器2和所述温度传感器6均与所述控制单元10电连接。

首先，将试管9插入样品槽1-1中，由于液态金属8具有流动性，液态金属8会快速充满试管9和样品槽1-1之间的间隙，在试管9的外壁形成一层液态金属8膜，再加上液态金属8良好的导热性，这层液态金属8膜就相当于建立在样品槽1-1和试管9之间传热通道，可实现样品槽1-1和试管9之间热量的快速传递，进而可保证基座1的温度和试管9的温度基本始终保持一致；接着，温度传感器6实时监测基座1的温度即试管9的温度，并将该温度信息发送给控制单元10，控制单元10根据预先设定的温度控制程序和获取到的温度信息来控制散热器3和加热器2的动作，进而调整基座1的温度，以确保样品槽1-1的温度符合试管9内的待扩增基因的温度需求。具体地，当试管9需要加热时，控制单元10启动加热器2，并根据温度传感器6反馈信息实时调整加热器2的功率；当试管9需要降温时，控制单元10启动散热器3，并根据温度传感器6的反馈信息实时调整散热器3的功率。

优选地，还包括设于所述基座1和所述散热器3之间的导热片7，即导热片7的端面与基座1的底面贴压在一起、导热片7的底面与散热器3的端面贴压在一起。这样设置可减小散热器3和基座1之间的热阻，从而可进一步提高基座1的降温速率。

更优选地，所述导热片7的材质为液态金属8或导热硅脂。由于基座1底面和散热器3端面都具有一定的粗糙度，因此相互接触时会有空隙出现，这些空隙中的空气是热的不良导体，会阻碍基座1的热量向散热器3传导。而液态金属8和导热硅脂均具有良好的导热性，在基座1和散热器3两侧压力的作用下位于上下表面的液态金属8或导热硅脂会填入这些空隙，使得热量的传导更加顺畅。

其中，所述液态金属8包括铋、铟、锡、锌、金和银中的至少两种。

另外，还包括盖设在所述基座1顶部的绝热垫5，所述绝热垫5上设有多个用于插设试管9的第一通孔。通过设置绝热垫5可减少外界环境温度对基座1顶部温度的影响，可使基座1的温度与控制单元10中预设的温度更同步。例如，当加热器2对基座1进行加热时，外界环境温度低于基座1的温度，通过绝热垫5的隔热作用可大大减少基座1上表面向外界环境传递的热量。其中，绝热垫5的材质可以但不限于是PEEK(Polyetheretherketone)或PA66(Polyamide 66)等，只要能够起到隔热的作用即可。

进一步地，还包括盖设在所述绝热垫5上的基座罩4，所述基座罩4上设有多个第二通孔，所述第二通孔与所述第一通孔一一对应即不仅第二通孔的数量与第一通孔的数量相同，而且每个第二通孔均位于相应的第一通孔的正上方。这样设置的好处在于：一方面、可进一步减少外界环境温度对基座1顶部温度的影响，使基座1的温度与控制单元10预设的温度控制程序中的温度更同步；另一方面、还可压紧绝热垫5，使绝热垫5紧贴在基座1上，以减小绝热垫5和基座1接触面之间的缝隙。其中，基座罩4的材质可以但不限于是PEEK(Polyetheretherketone)或PA66(Polyamide 66)等，只要能够起到隔热的作用即可。

优选地，所述样品槽1-1的数量为多个，所述样品槽1-1与所述第一通孔一一对应即不仅样品槽1-1的数量与第一通孔的数量相同，而且每个样品槽1-1均位于相应的第一通孔的正下方。更优选地，所述样品槽1-1的形状与试管9的形状相适应即试管9放置在样品槽1-1中不会发生倾倒。使用时，在每个样品槽1-1中加入0.1ml熔融状态的液态金属8就可充满试管9与样品槽1-1之间的间隙。其中，若采用熔点范围为50-60℃的液态金属8时，基座1升降温的速率可达到10-15℃/秒，各个试管9间的温度差可控制在0.5℃以内；若采用熔点范围为60-75℃的液态金属8时，基座1升降温的速率可达到15-20℃/秒，各个试管9间的温度差可控制在0.1℃以内。另外，为了提高温度监测的精度，可同时在部分样品槽1-1的底部设置温度传感器6，其中温度传感器6优选为K型热电偶或T型热电偶。

实施例2：

如图4所示，本实施例与实施例1基本相同，对于与实施例1相同的部分本实施例不再赘述，其不同之处在于：本实施例中，所述样品槽1-1位于多个所述第一通孔的正下方，所述样品槽1-1的横截面积与多个所述第一通孔围设形成的区域的面积相适应，即多个第一通孔的投影均可落入样品槽1-1中。这样设置的好处在于：一方面、将多个试管9放置在同一样品槽1-1中，可进一步减小试管9间的温度误差和边缘效应；另一方面、试管9规格不同时，只需替换绝热垫5和基座罩4，而无需更换基座1，进而可大大节省材料和成本。

优选地，还包括盖设在所述样品槽1-1上的基座盖板11，所述基座盖板11上设有多个第三通孔，所述第三通孔与所述第一通孔一一对应即不仅第三通孔的数量与第一通孔的数量相同，而且每个第三通孔均位于相应的第一通孔的正上方。为了避免基座盖板11安装时发生错位，可将样品槽1-1侧壁的顶部设置为台阶面，该台阶面与基座盖板11的边缘相匹配。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。