一种数字PCR扩增设备的制作方法

一种数字pcr扩增设备
技术领域
1.本发明涉及数字pcr技术领域，尤其涉及一种数字pcr扩增设备。


背景技术：

2.生物技术发展日新月异，随着pcr技术在各个领域的应用，包括医学方面疾病检测、农业方面转基因检测以及其他很多方面的应用等，聚合酶链式反应(pcr)是一种用于放大扩增特定的dna片段的分子生物学技术，它可看作是生物体外的特殊dna复制，pcr的最大特点是能将微量的dna大幅增加。目前，对于核酸的扩增技术，需要的是更精确的温度控制，并且需要大批量的样本同时的进行扩增。
3.但是现有技术中存在如下问题：第一，在核酸扩增过程中对温度控制精度不高、不均匀导致测试结果不准确，且市面上的核酸扩增成本高，不利于大批量扩增；第二，扩增仪器与前后的提取、检测环节不兼容、不好整合到一个仪器上，且样本在扩增是存在交叉污染、或需要提前在别的仪器上封膜做好密封在进行扩增。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种数字pcr扩增设备，旨在解决在核酸扩增过程中对温度控制精度不高、不均匀导致测试结果不准确以及样本交叉污染的问题。
5.为实现上述目的，本发明提出一种数字pcr扩增设备，包括：用于核酸扩增时保持温度恒定的保温模块；用于核酸扩增时实时检测温度的温度传感器；用于样本扩增之前封膜、分离样本的封膜模块；用于支撑整个装置、保持装置处于水平状态的底板；用于热量传递的加热块；用于核酸扩增时升温、降温的加热制冷装置；用于存放样本并可搬运的样本架；其中，所述保温模块安装于所述底板上，所述封膜模块安装于所述保温模块上，所述加热块设置于所述保温模块与所述封膜模块之间，所述温度传感器设置于所述加热块内部，所述加热制冷装置设置于所述加热块底部，所述样本架放置于所述加热块上，所述加热块用于将所述加热制冷装置的热量传递到所述样本架上，对样本进行升温、降温。
6.在其中一个实施例中，所述数字pcr扩增设备还包括散热装置，所述散热装置包括散热片安装机架、散热片，所述散热片设置于所述散热片安装机架上，所述加热制冷装置设置于所述散热片上，所述散热片安装机架两侧设置有风道。
7.在其中一个实施例中，所述散热片安装机架底部设置有支撑机架，所述支撑机架设置于所述底板上，所述风道一侧设置有风扇安装机架，所述支撑机架内部设置有风扇，所述风扇设置于所述底板上。
8.在其中一个实施例中，所述保温模块包括保温盖、保温电木，所述保温电木设置于所述散热片安装机架上且位于所述加热块两侧，所述保温盖和所述保温电木滑动连接，所述保温盖朝着所述保温电木方向往返滑动。
9.在其中一个实施例中，所述保温盖内部设置有加热膜、加热膜上盖、热盖、丝杠电机连接块，所述丝杠电机连接块设置于所述加热膜上盖上方，所述加热膜上盖设置于所述
加热膜上方，所述热盖设置于所述加热膜上盖底部。
10.在其中一个实施例中，所述保温盖上方还设置有弹簧、固定板，所述弹簧一端与所述热盖连接，另一端与所述固定板连接。
11.在其中一个实施例中，所述固定板上设置有丝杆电机、第一直线轴承、第二直线轴承、第一导向柱、第二导向柱，所述第一轴承和所述第二轴承设置于所述丝杆电机两侧，所述第一导向柱穿过所述第一轴承和所述固定板，所述第一导向柱一端与所述热盖连接，所述第二导向柱穿过所述第二轴承和所述固定板，所述第二导向柱一端与所述热盖连接，所述丝杠电机穿过所述丝杠电机连接块与所述加热膜上盖连接。
12.在其中一个实施例中，所述底板两侧设置有支撑块，所述固定板一侧设置有支撑梁，所述支撑梁一端支撑于所述固定板上，所述支撑梁另一端支撑于所述支撑块上。
13.在其中一个实施例中，所述保温盖移动到所述保温电木上方时，所述保温盖与所述保温电木接触，所述保温盖与所述保温电木之间围合形成空腔，所述加热制冷装置上设置有多个温度传感器安装孔。
14.在其中一个实施例中，所述保温盖内部设置有铝膜槽，所述铝膜槽内部放置有用于封膜的铝膜，所述保温盖外部一侧设置有温度检测板卡。
15.本发明的有益效果在于：
16.本发明的数字pcr扩增设备设置多个温度传感器可以极其精准的实时监测每个位置的温度变化，防止温度过冲，可以有效的维持样本在扩增过程中的完整性；采用加热制冷装置将热量传递到加热块，再由加热块将温度传输到样本架上，对样本架上的样本进行升温、降温，可以控制温度上升或者下降的速率，可以更好的把控温度，节约扩增时间，更改样本架的结构大小可以实现多个样本同时扩增，提高样本扩增效率，封膜模块可以实现在样本扩增之前对样本架进行封膜，防止交叉污染，整体设备比市面上的现有产品都要小，但是却有着极高的通量和稳定的温度控制，且兼容性极强，可以整合到一个仪器上，防止在核酸检测的过程中样本需要不断的转移。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
18.图1为本发明数字pcr扩增设备的结构示意图；
19.图2为本发明数字pcr扩增设备的截面图；
20.图3为本发明空腔的结构示意图；
21.图4为本发明铝膜的放置图；
22.图5为本发明温度传感器的孔位图。
23.附图标号说明：
24.底板11；支撑机架12；支撑块13；散热片安装机架14；支撑梁15；固定板16；第一直线轴承17；第一导向柱18；丝杆电机19；第二直线轴承20；第二导向柱21；弹簧22；保温盖23；加热块24；散热片25；保温电木26；风道27；风扇安装机架28；风扇29；温度检测板卡30；丝杠
电机连接块31；加热膜32；加热膜上盖33；热盖34；加热制冷装置35；样本架36；空腔37；铝膜38；铝膜槽39；温度传感器安装孔40。
25.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
26.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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。
27.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
28.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案，或b方案，或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
29.参照图1-5，本发明实施例的一种数字pcr扩增设备，其包括：用于核酸扩增时保持温度恒定的保温模块；用于核酸扩增时实时检测温度的温度传感器(图中未示出)；用于样本扩增之前封膜、分离样本的封膜模块；用于支撑整个装置、保持装置处于水平状态的底板11；用于热量传递的加热块24；用于核酸扩增时升温、降温的加热制冷装置35；用于存放样本并可搬运的样本架36；其中，所述保温模块安装于所述底板11上，所述封膜模块安装于所述保温模块上，所述加热块24设置于所述保温模块与所述封膜模块之间，所述温度传感器(图中未示出)设置于所述加热块24内部，所述加热制冷装置35设置于所述加热块24底部，所述样本架36放置于所述加热块24上，所述加热块24用于将所述加热制冷装置35的热量传递到所述样本架36上，对样本进行升温、降温。
30.所述保温模块设置有一个或者多个，所述保温模块具有保持每个样本位置在核酸扩增的时候进行保温的功能，并且保持其均一性，使得不同位置上的样本温度是相同的，且保持恒定。
31.一个或者多个样本在进行同时扩增时，多个所述温度传感器(图中未示出)会实时监测每一点的温度，做好温度控制，确保样本在扩增时，不同点上的温度可以根据温度传感器(图中未示出)的反馈进行调节，进而保证每个扩增点的温度均一性，确保扩增的效果，从而保证后续检测环节的检测准确性，增加所述温度传感器(图中未示出)或者更改所述温度传感器(图中未示出)的位置，也可以达到监测目的，使得此结构更具灵活性。
32.所述样本分离模块设置有一个或者多个，各个样本在同时扩增的过程中，容易存在交叉感染的风险，所述封膜模块在各个样本进行扩增之前会进行封膜，可以做到不同的样本在扩增的过程中相互分离，不会产生污染，所述封膜功能可以在样本进行核酸扩增之
前不需要手动转移到其他的仪器上进行封膜(且传统的都是在扩增之后进行封膜)，然后再手动转移回到扩增的模块或仪器再进行核酸扩增动作，极大的方便了操作，减小了污染的风险。
33.所述加热制冷装置35可以设置为帕尔贴，多个所述加热制冷装置35同时加热样本，在核酸扩增时，温度的升降速率会直接影响扩增的效果好坏，本发明采用多个所述加热制冷装置35同时进行加热，在0-70℃的温度范围中，上升或者下降的速率可以到达4℃每秒；在70-95℃的范围中，上升或者下降的速率可以达到2℃每秒。这样的效果，可以使我们更好的把控温度，节约扩增时间。在温度超过95℃的时候，会破坏样本，所以在温度上升的同时，还要保证温度不会超过需要的温度，这样，扩增过程的升降温速率就显得极为关键，在高温的时候，升温速率降下来，进而可以更精确的控制温度区间，防止过冲。
34.参照图1所示，所述数字pcr扩增设备还包括散热装置，所述散热装置包括散热片安装机架14、散热片25，所述散热片25设置于所述散热片安装机架14上的凹槽处，便于固定所述散热片25的位置，使得所述散热片25固定于所述散热片安装机架14上，不易移动、滑落，所述加热制冷装置35设置于所述散热片25上，在多个所述加热制冷装置35同时工作时，其制冷或者制热面与所述散热片25接触，将多余的能量释放，所述散热片安装机架14两侧设置有风道27，便于所述散热片安装机架14两侧的外部空气进入到所述散热片安装机架14内部，所述风道27还具有用于所述加热制冷装置35保持制冷或制热面恒温的的功能。在扩增的过程中，所述加热制冷装置35远离样本的一面，会产生我们不需要的制冷或者制热功能，此时，需要将这部分相反的能量排到空气之中，防止在扩增时所产生的制冷或制热效果影响扩增效果。
35.进一步的，参照图1所示，所述散热片安装机架14底部设置有支撑机架12，所述支撑机架12设置于所述底板11上，所述风道27一侧设置有风扇安装机架28，所述支撑机架12内部设置有风扇29，所述散热片25释放出来的能量通过所述风扇29不断的将风向外抽出，在所述散热片安装机架14内部形成气压较低的空间，此时，外部的空间的空气会从所述散热片25两侧进入到所述散热片安装机架14的内部，再由风扇29抽出，不断的往复循环，形成一个风流道，进而带走所述散热片25上多余的能量，从所述散热片安装机架14两侧处进风，然后再由所述风扇29将经过所述散热片25的热量散出外部空气中。
36.参照图1所示，所述所述保温模块包括保温盖23、保温电木26，所述保温电木26设置于所述散热片安装机架14上，且设置于所述加热块24两侧，所述保温盖23和所述保温电木26移动连接，所述保温盖23朝着所述保温电木26方向往返移动，为后续的封膜操作提供运动基础，所述保温盖23朝着所述保温电木26方向向下运动时，本装置可以对放置在所述加热块24上的所述样本架36执行封膜操作，保温盖23朝着所述保温电木26相反方向向上运动时，将所述保温盖23上升到合适的高度，进行降温，待温度降到105℃时，所述保温盖23再次朝着所述保温电木26方向向下运动，重复封膜时的运动，进行所述样本架36上表面的加热处理。
37.进一步的，参照图2所示，所述保温盖23内部设置有加热膜32、加热膜上盖33、热盖34、丝杠电机连接块31，所述丝杠电机连接块31设置于所述加热膜上盖33上方，所述加热膜上盖33设置于所述加热膜32上方，所述热盖34设置于所述加热膜上盖33底部且所述加热膜32设置于所述热盖34内部，所述保温盖23上方还设置有弹簧22、固定板16，所述弹簧22一端
与所述加热膜32、加热膜上盖33、热盖34连接，另一端与所述固定板16连接，在所述保温盖23朝着所述保温电木26方向向下运动时，所述保温盖23及设置于所述保温盖23内部的所述加热膜32、加热膜上盖33、热盖34、丝杠电机连接块31也会一起向下运动，此时所述加热膜32处于195℃，随着不断下降，所述保温盖23会最先与所述保温电木26接触，此时，所述保温盖23会无法继续向下运动，但是所述加热膜上盖33、加热膜32、热盖34等是通过所述弹簧22进行连接的，所以此时可以继续向下运动，从而压缩所述弹簧22，使得所述加热膜上盖33、加热膜32、热盖34等继续向下运动，进而与放置在所述加热块24上面的所述样本架36进行贴合，起到封膜的作用。
38.更进一步的，参照图2，所述固定板16上设置有丝杆电机19、第一直线轴承17、第二直线轴承20、第一导向柱18、第二导向柱21，所述第一轴承和所述第二轴承设置于所述丝杆电机19两侧，所述第一导向柱18穿过所述第一直线轴承17和所述固定板16，所述第一导向柱18与所述热盖34连接，所述第二导向柱21穿过第二直线轴承20和所述固定板16，所述第二导向柱21与所述热盖34连接，所述丝杠电机19穿过所述丝杠电机连接块31与所述加热膜上盖33连接，所述第一直线轴承17、所述第二直线轴承20、所述第一导向柱18、所述第二导向柱21在所述丝杠电机19的运行过程中，会提供一个向上或者向下的力，限制了运动轨迹，保证了所述保温盖23朝着所述保温电木26方向往返移动时位置精准。
39.参照图1所示，所述底板11两侧设置有支撑块13，所述固定板16一侧设置有支撑梁15，所述支撑梁15一端与所述固定板16连接，所述支撑梁15另一端与所述支撑块13连接，设置于所述底板11两侧是为了支撑整个装置内部的物件，保持装置的稳定性。
40.参照图3所示，所述保温盖23移动到所述保温电木26上方，所述保温盖23与所述保温电木26连接，所述保温盖23与所述保温电木26之间形成空腔37，所述空腔37是指对放置在所述加热块24上的所述样本架36形成一个密闭的空间，用于防止热量的散发，所述空腔37内部的空气在所述加热膜32的加热下，使得所述样本架36所处位置的各个样本温度均相同，保证温度的统一性，所述加热制冷装置35上设置有多个温度传感器(图中未示出)安装孔40，实时监测所述空腔37及所述加热制冷装置35的温度。
41.参照图4所示，所述保温盖23内部设置有铝膜槽39，所述铝膜槽39内部放置有用于后续封膜的铝膜38，所述样本架36被放置于所述加热块24上之前，会在所述铝膜槽39内放置一块铝膜38，用于后续所述样本架36的封膜操作，所述铝膜38可以在整个模块启动之前放置在所述铝膜槽39内稳定待使用，所述保温盖23外部一侧设置有温度检测板卡30，所述温度传感器(图中未示出)采集到的温度会实时传输到所述温度检测板卡30上，再通过外部计算机进行显示，使操作人员能够实时掌握温度的变化。
42.本实施例所述数字pcr扩增设备为独立的模块，其兼容性很高，可以兼容到不同的仪器中，作为其中的一个核心扩增模块进行扩增工作。整合到提取、扩增、检测一体的仪器中时，就可以形成一个功能全面的核酸检测一体仪器，所以，虽然此模组作为一个独立的模块，却有着极强的兼容性，匹配多数仪器，可以整合设计到自动化的核酸检测一体仪器中，与提取和检测进行串联，进而减少因人为操作所产生的风险。在现有的核酸一体仪器中，大通量的仪器往往是以单个模块的形式存在，极其占用空间。本发明的尺寸长宽高比市面上现有产品的都要小、仅仅占用很小的一部分体积，但是却有着极高的通量和稳定的温度控制。通过简单的串联之后，可以与许多的前后模块形成一个完整的全自动一体化核酸检测
仪器，并且极大的缩小其所占用的空间。
43.本实施例的所述保温模块使用的是所述保温盖23和所述保温电木26通过所述丝杆电机19运动，其作用是为核酸扩增过程中防止热量从上面流失以及杜绝所述样本架36上部分与下部分温度不相同的情况。在实际设计过程中，可以通过替换所述丝杆电机19为普通的步进电机、将所述保温盖23更换为其他的保温材料、更改所述铝膜槽39的加工深度以及不同的位置、更改所述加热膜32的功率、尺寸和极限温度等实现保温。此外，还可以将所述丝杆电机19改为铰链、将整个保温与封膜模块作为一个盒盖式的方式、也可以完成本发明目的。
44.具体实施时，可以将多个所述温度传感器(图中未示出)型号更改为其他精度更为精确的传感器型号，这样可以使得本发明温度控制更加的精准。并且将所述加热制冷装置35更改为其他的加热器件也可以完成扩增过程。
45.本实施例的封膜功能可以提前将所述铝膜38放置在所述样本架36上，然后将四个下压式的所述弹簧22取消，不进行所述弹簧22的预压，直接将所述热盖34贴合上去，也可以起到封膜的作用。
46.以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。