便携式恒温扩增检测仪的制作方法

1.本发明涉及恒温扩增设备技术领域，特别涉及一种便携式恒温扩增检测仪。


背景技术：

2.目前，新冠状病毒(2019-ncov)检测方法主要为荧光定量pcr方法，约需要2-3小时才能完成检测。
3.近年新发展起来的核酸等温扩增技术，无论是在实际操作还是仪器要求方面，都比pcr技术更为简单方便，它摆脱了对精良设备的依赖，在现场快速检测中显示了其良好的应用前景。常见的恒温扩增技术有：环介导等温扩增 (lamp)、依赖核酸序列扩增(nasba)、滚环扩增技术(rca)、依赖解旋酶扩增技术(had)、重组酶聚合酶扩增(rpa)、重组酶介导等温核酸扩增(raa)等。恒温扩增技术其反应过程始终维持在恒定的温度，与pcr技术相比，其对仪器要求大大简化，时间大大缩短。目前市面上已经有一些用于新型冠状病毒核酸等温扩增的快速检测试剂盒，大大缩减了检测时间，5-20min就可以出结果，配套等温扩增仪器可自动判读结果，更适用于研发便携式仪器用于现场快速检测。
4.与荧光定量pcr方法相比，等温扩增方法成本价格较低、灵敏度和特异性非常高，并且对检测环境要求大大降低，在全民防疫的基础之下，有望进入家庭自检。


技术实现要素：

5.为了解决上述现有技术的问题，本发明提供了一种便携式恒温扩增检测仪，可与新型冠状病毒核酸等温扩增试剂盒配合使用，在30min内就可以快速筛查疑似新型冠状病毒感染者，且检测准确度高，能大幅提升检测效率；从而做到早发现、早隔离。通过以下技术方案实现。
6.便携式恒温扩增检测仪，包括盒体，所述盒体的上表面设有加热孔、样本孔和对照孔，所述盒体内设有观察腔和加热腔，所述样本孔和对照孔位于所述观察腔上方，所述加热孔位于所述加热腔上方；所述盒体侧面设有观察窗，所述观察窗与所述观察腔对应，所述观察窗上设有滤光板；所述盒体内部设有发光组件、加热组件和控制组件；所述加热组件包括由外向内依次套设的加热套和导热套，还包括温度传感器，所述温度传感器位于所述导热套上，所述导热套的顶部开放且与所述加热孔连通；
7.所述发光组件包括2个led灯，2个led灯分别位于所述观察腔内并位于所述样本孔和对照孔的下方；或者，所述发光组件包括2个导光件和至少2个光源，2个所述导光件的头部分别位于所述观察腔内，并且位于所述样本孔和对照孔的下方，2个所述导光件的末端均与每个所述光源同时连接；
8.所述控制组件包括芯片电路板、开关、输出接口和电源接口，所述芯片电路板与所述发光组件、加热组件、开关、输出接口和电源接口电连接。
9.上述便携式恒温扩增检测仪中，为了轻便，盒体可以选择塑料材质；加热套的作用是加热，并且加热套套设在导热套外部也不是严格意义的完全包裹住，也可以是不完全包
裹；密封套可以选择常见的加热结构形式，例如可以是弯折成套形的加热电阻丝，也可以是若干贴在导热套外部的加热电阻片；导热套为常见的导热结构，除了常见的金属材质以外，还可以是导热石墨、导热硅胶等材质；温度传感器用于实时监测温度，控制加热套的加热功率。控制组件用于控制仪器的启动、加热和发光组件发光。
10.本技术提供的发光组件可以选择两种结构形式：当选择led灯时，led灯既可以选择单色光的，又可以选择能切换不同单色光的市售产品，这样能够针对不同的扩增产物使用不同波长的单色光进行检测；当选择导光件和光源时，其结构则类似于目前市面上流行的光纤灯照明系统(百度百科， https://baike.baidu.com/item/％e5％85％89％e7％ba％a4％e7％81％af/154134？fr＝ aladdin)，导光件一般选用导光光纤或者导光管，光源同样可以选择led灯或其他光源。输出接口用于传输检测数据，可以选择usb、type-c等常见的接口形式。电源接口用于插电源线。
11.上述便携式恒温扩增检测仪的具体使用方法是：
12.(1)准备好需要进行恒温扩增的样品，将装有待扩增样品的扩增管插入到加热孔中；按下开关启动仪器，控制组件控制加热组件开始加热，扩增管的温度逐渐升高至预设的温度(一般为37-42℃)，开始进行恒温扩增；
13.(2)恒温扩增反应一段时间(一般为5-20min)后，将用于对照的对照管和扩增管分别插入到对照孔和样本孔中；对照管内装有用于对照的缓冲液，例如灭菌后的te缓冲液。
14.(3)样本孔和对照孔下方的发光组件发出相应的单色光，照射在对照管和扩增管上发出荧光，由于扩增管中的反应的影响，对照管和扩增管发出的荧光强度存在可以肉眼观察的显著差异。通过滤光板对其他波长的荧光的过滤作用，操作人员从观察窗观察这种差异，就能够定性判断出病毒核酸是否为阳性。
15.对于发光组件包括2个导光件和至少2个光源的结构形式，根据不同的核酸类型，可以选择能发出不同波长光的光源。一般而言，观察人员可以直接通过观察窗观察对照管和扩增管发出的荧光差异，还可以用手机镜头对准观察腔，拍摄对照管和扩增管上发出荧光照片；该照片可以通过上传互联网端，在后台进行高精度的图像识别和比对，从而分辨出强阳性或弱阳性；此外，还可以在手机中下载专用的app软件，利用app软件调用手机自带的摄像头进行拍摄，这样能一定程度避免因手机厂商对颜色的调教或预处理带来的影响。当然，由于是通过进行对照管和扩增管的荧光对比来判断，因此即使不使用app软件，手机厂商对颜色的调教或预处理对检测结果影响不大。
16.上述检测过程都是针对的周围条件不允许，只能用肉眼或手机拍照初步判断的情形。
17.优选地，所述观察腔内设有拍照组件，所述观察窗上设有用于密封观察窗的挡板，所述拍照组件与所述芯片电路板电连接。当周围条件允许时，将电脑等外接设备与仪器连接；此时可以关上挡板，使整个观察腔密封不透光；利用观察腔内的拍照组件拍摄对照管和扩增管的荧光情况，然后形成信息数据经由控制组件传输至外接电脑上。这种方式就能减少室外光对检测结果的干扰。
18.优选地，所述加热组件还包括套设在所述加热套外部的保温套。保温套的作用是针对某些气温较低需要保温的季节或场景，设置保温套能够保证恒温扩增。
19.优选地，所述盒体内还设有散热模块，所述散热模块位于所述加热组件的下方或
侧面，所述盒体的表面设有散热孔，所述散热孔的位置与所述散热模块对应。散热模块的作用是针对某些气温较低需要散热的季节或场景，设置散热组件能够保证恒温扩增。
20.更优选地，所述散热模块为若干散热片，所述散热片的一端与所述导热套连接。
21.更优选地，所述散热模块还包括风扇，所述风扇与所述芯片电路板电连接。
22.优选地，所述观察腔设有隔板，所述隔板将所述样本孔和对照孔分隔开。将观察腔分隔成两个，能够避免扩增管和对照管的荧光的相互影响，使观察更清楚。
23.一种利用上述任意一种便携式恒温扩增检测仪的定性检测新型冠状病毒核酸的方法，判断待测样本中的新型冠状病毒核酸是否为阳性的方法为：恒温加热待测样本5-20min后，将装有待测样本的扩增管插入样本孔中，将装有阴性对照的对照管插入对照孔中；拍摄所述扩增管和对照管的照片并进行荧光强度分析；预设所述对照管的荧光强度值不超过100，当所述扩增管的相对荧光强度值高于 100时，则判定为阳性信号。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果是：提供了一种便携式恒温扩增检测仪，外形小巧轻便(仅约110g)，便携耐用，操作简单，适合家庭及社区自检；对环境的适应性强(最佳反应温度37-42℃)，控温精度高(
±
0.5℃)；设置的输出接口能够适用各类普通手机。
附图说明
25.图1为实施例所述的便携式恒温扩增检测仪的内部结构的主视图(含有扩增管和对照管)；
26.图2为实施例所述的便携式恒温扩增检测仪的a-a方向的截面图(不含有扩增管和对照管)；
27.图3为实施例所述的第一种优选方案的便携式恒温扩增检测仪的内部结构俯视图，截面方向与图2相同；
28.图4为实施例所述的第二种优选方案的便携式恒温扩增检测仪的主视图；
29.图5为1000copies/ul模板5min的通过肉眼看到的检测结果；
30.图6为1copies/ul模板5min的通过肉眼看到的检测结果；
31.图中：1、盒体；2、加热孔；3、样本孔；4、对照孔；5、观察腔；6、加热腔；7、观察窗；8、滤光板；9、加热套；10、导热套；11、温度传感器；12、 led灯；13、芯片电路板；14、开关；15、输出接口；16、电源接口；17、拍照组件；18、挡板；19、散热孔；20、散热片；21、隔板；22、风扇。
具体实施方式
32.以下将结合附图对本专利中各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本专利所保护的范围。
33.在本专利的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”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专利和简化描述，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专利的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。需要指出的是，所有附图均为示例性的表示。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
35.下面通过具体的实施例子并结合附图对本专利做进一步的详细描述。
36.实施例1
37.如图1、2所示，本实施例提供的便携式恒温扩增检测仪，包括盒体1，所述盒体1的上表面设有加热孔2、样本孔3和对照孔4，所述盒体1内设有观察腔5和加热腔6，所述样本孔3和对照孔4位于所述观察腔5上方，所述加热孔 2位于所述加热腔6上方；所述盒体1侧面设有观察窗7，所述观察窗7与所述观察腔5对应，所述观察窗7上设有滤光板8；所述盒体1内部设有发光组件、加热组件和控制组件；所述加热组件包括由外向内依次套设的加热套9和导热套 10，还包括温度传感器11，所述温度传感器11位于所述导热套10上，所述导热套10的顶部开放且与所述加热孔2连通；
38.所述发光组件包括2个led灯12，2个led灯12分别位于所述观察腔5 内并位于所述样本孔3和对照孔4的下方；
39.所述控制组件包括芯片电路板13、开关14、输出接口15和电源接口16，所述芯片电路板13与所述发光组件、加热组件、开关14、输出接口15和电源接口16电连接。
40.上述便携式恒温扩增检测仪中，为了轻便，盒体选择黑色塑料材质；加热套的作用是加热，并且加热套套设在导热套外部也不是严格意义的完全包裹住，也可以是不完全包裹；密封套可以选择常见的加热结构形式，例如可以是弯折成套形的加热电阻丝，也可以是若干贴在导热套外部的加热电阻片；导热套为常见的导热结构，除了常见的金属材质以外，还可以是导热石墨、导热硅胶等材质；温度传感器用于实时监测温度，控制加热套的加热功率。控制组件用于控制仪器的启动、加热和发光组件发光。
41.本技术提供的发光组件可以选择两种结构形式：当选择led灯时，led灯既可以选择单色光的，又可以选择能切换不同单色光的市售产品，这样能够针对不同的扩增产物使用不同波长的单色光进行检测。
42.上述便携式恒温扩增检测仪的具体使用方法是：
43.(1)准备好需要进行恒温扩增的样品，将装有待扩增样品的扩增管插入到加热孔中；按下开关启动仪器，控制组件控制加热组件开始加热，扩增管的温度逐渐升高至预设的温度(一般为37-42℃)，开始进行恒温扩增；
44.(2)恒温扩增反应一段时间(一般为5-20min)后，将用于对照的对照管和扩增管分别插入到对照孔和样本孔中；对照管内装有用于对照的缓冲液，例如灭菌后的te缓冲液。
45.(3)样本孔和对照孔下方的发光组件发出相应的单色光，照射在对照管和扩增管上发出荧光，由于扩增管中的反应的影响，对照管和扩增管发出的荧光强度存在可以肉眼观察的显著差异。通过滤光板对其他波长的荧光的过滤作用，操作人员从观察窗观察这种差异，就能够定性判断出病毒核酸是否为阳性。
46.上述便携式恒温扩增检测仪的使用检测过程都是针对的周围条件不允许，只能用肉眼或手机拍照进行初步判断的情形。
47.优选地，如图3所示，所述观察腔内设有拍照组件17，所述观察窗7上设有用于密封所述观察窗7的挡板18，所述拍照组件17与所述芯片电路板13电连接。当周围条件允许时，将电脑等外接设备与仪器连接；此时可以关上挡板，使整个观察腔密封不透光；利用观察腔内的拍照组件拍摄对照管和扩增管的荧光情况，然后形成信息数据经由控制组件传输至外接电脑上。这种方式就能减少室外光对检测结果的干扰。
48.优选地，如图4所示，所述盒体1内还设有散热模块，所述散热模块位于所述加热组件6的下方，所述盒体1的表面设有散热孔19，所述散热孔19的位置与所述散热模块对应；所述散热模块为若干散热片20，所述散热片20的一端与所述导热套10连接；所述观察腔5设有隔板21，所述隔板21将所述样本孔3 和对照孔4分隔开；所述散热模块还包括风扇22，所述风扇22与所述芯片电路板13电连接。散热模块的作用是针对某些气温较低需要散热的季节或场景，设置散热组件能够保证恒温扩增。将观察腔分隔成两个，能够避免扩增管和对照管的荧光的相互影响，使观察更清楚。
49.实验例：利用实施例1的便携式恒温扩增检测仪检测新冠病毒n基因
50.1、样本，引物，探针
51.阳性对照：采用新冠n gene克隆的质粒(采购自北京天一辉远生物科技有限公司)。所提取的dna浓度经过nanodrop测定并换算为7.8
×
10^15copies/ml，用灭菌后te缓冲液(0.5m edta，1m tris-hcl缓冲液，ph＝8.0)将其稀释至 1000copies/μl、1copies/μl，用作本实验的反应模板。反应下述的引物来扩增新冠n gene。
52.阴性对照为：灭菌后的te缓冲液。
53.n gene-r：ggcattaacaatgaataataagaatctacaacagg；
54.n gene-f：tacgccaagctttgttaaaaacagtacaattctg；
55.n gene-p：ttgttggtgtactgacattagataatcaagatc/i6famdt/c/ idsp/a/ibhq1dt/ggtaactggtatgatttcg；
56.以上引物和阳性样本以及阴性对照都在q-pcr反应条件下进行过验证，确认引物探针及模板都可以使用。
57.2、配制恒温扩增的试剂盒：购自江苏奇天基因的raa核酸扩增试剂盒(荧光款)，货号：f00001a，批号：fextbo；
58.反应体系如下表所示：
59.[0060][0061]
以上所有的组分除模板和te，其余组分均属于上述试剂盒组分。
[0062]
3、反应条件：扩增仪器：使用本发明的便携式恒温扩增检测仪，39℃反应 15min
[0063]
4、结果：如图5、6所示，高拷贝模板仅需5min即可完成检测，灵敏度可达1-10copies/test；低拷贝模板仅需15min即可完成检测。
[0064]
以上实施例详细描述了本发明的实施，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节。在本发明的权利要求书和技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单改型和改变，这些简单变型均属于本发明的保护范围。