一种基于光探测器的实时荧光PCR仪的制作方法

【】本发明涉及荧光定量测量技术，尤其涉及一种基于光探测器的实时荧光pcr仪。

背景技术

0、
背景技术：

1、聚合酶链式反应(polymerase chain reaction，简称pcr)是放大扩增特定的核酸片段的分子生物学技术，目前，实时荧光定量pcr(realtime polymerase chain reaction，real-time pcr)，在国际上约定俗成记为qpcr，荧光定量pcr仪是使qpcr得以实现的仪器，在感染性疾病检测、肿瘤标志物检测和药物滥用等多因素筛查的poct(point-of-care-testing即时检验)鉴定中，有广泛的应用。

2、聚合酶链反应(pcr)作为分子生物学常用的分析手段，已广泛的应用于科研及临床领域；目前的pcr大多采用电泳进行定性及半定量分析，由于无法定量分析及开盖可能造成污染，实时荧光定量pcr系统应运而生。

3、但现有的大部分的实时荧光定量pcr仪，都具有多色荧光通道，可以同时进行多重pcr及等位基因、snp等分析，一次实验即得到所需的检测结果。采用多色检测的pcr仪一般包括多个检测光路，每个检测光路均包括激发光发生器、滤光片、激发端镜头、二向色镜、ep管端镜头、收集端滤光片、接收镜头及检测器件。一般这种结构包括以下几种实现方式：一种是接收端镜头和检测结构是各个通道分立的，这样不同的检测结构会有器件间的差异，另外会提高材料成本；另一种是采用同一个激发光源或检测器件，由于器件复用，不会存在器件差异，但光学镜头及结构的设计很容易出现光程差及光路间的交叉干扰，具体地，由于滤光片采用转轮选通结构，这样往往造成成像的方式中，多孔由于与激发光源及检测器件的光程差不同，带来的激发及接收效率也不同，会影响检测结果，而且由于常规的pcr仪其收集镜头往往采用平凸透镜，这样由于多个光路与平凸透镜的距离及位置不同，也会造成激发光强及收集效率的差异及相差；从光路交叉干扰来看，由于常用的qpcr染料的光谱集中在500-700nm，在这个范围内集成5-6个光学通道，不可避免的会造成低波段光学通道的荧光收集滤光片光谱与其紧邻的高波段光学通道的激发光滤光片光谱存在交集的现象。从光学结构来说，当存在这个交集的时候，每个光学通道自身的激发光会被其通道对应的荧光收集滤光片截止，不会被检测器件收集，但实际应用中发现，即使使用白壁ep管，在光学读头的led激发其下的pcr反应管时(这个pcr反应管即为目标待检管)，激发光会透过目标待检管的管壁使这个激发光串扰到其相邻的ep管中，这个被串扰的pcr反应管我们称之为串扰管，此时，如果串扰pcr反应管的顶盖正对着的热盖通孔上有另一个收集光路，此光路的光谱与待检测光路相邻并在其前面，即串扰管顶部对应的光路的荧光收集滤光片与待检测管对应的光路的激发光滤光片有交集，那么通过目标待检管串扰过去的激发光就会通过串扰管上对应光路的荧光收集滤光片被同一个检测器件接收，从而造成光学通道串扰。

技术实现思路

0、
技术实现要素：

1、本发明提供一种基于光探测器的实时荧光pcr仪，采用多路通道分别独立检测，有效防止通道间串扰，且多路通道检测模块一体化、结构紧凑小巧，便于微型探测和易于装配调试。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种基于光探测器的实时荧光pcr仪，用于每个pcr反应管在各自独立通道中分别进行pcr扩增及独立的检测，包括主控框架；

4、所述主控框架中部设置有用于多个待检测pcr反应管批量同步横移自动进出的进出仓装置；

5、所述进出仓装置下侧的所述主控框架底层安装有进行升降控制抵触于所述进出仓装置上的每个待检测pcr反应管底部、并按照pcr反应步骤设置pcr温度流程来对所述进出仓装置上多个待检测pcr反应管、同步进行4～99℃范围内温度及延迟时间控制进行扩增温控的温育装置；

6、所述进出仓装置上侧的所述主控框架顶层安装有在二维平面上沿x轴及y轴运动、配合pcr反应流程在对应检测点对所述进出仓装置上的每个待检测pcr反应管、分别采用多光路的激发光源依次切换点亮并顺序激发每个pcr反应管内体系中的荧光染料、防止通道间串扰的通过弓形扫描来接收荧光来进行每个pcr反应管顶盖检测的光探测装置。

7、优选地，所述光探测装置的底侧与所述进出仓装置上每个待检测pcr反应管的顶盖之间还设有提供恒定高温、防止所述温育装置提供的pcr流程温度变化使每个pcr反应管内的pcr体系气化在对应的顶盖处形成凝露的热盖装置。

8、优选地，所述热盖装置包括基座和表面粘贴有加热膜的热盖，所述基座贴合安装于所述光探测装置底侧的探测窗口处，所述热盖对应所述探测窗口安装于所述基座上、且阵列的设有与底部所述进出仓装置上待检测pcr反应管一一对应的通孔，所述热盖在加热膜的作用下提供100度的高温来防止每个pcr反应管内的pcr体系气化在对应的顶盖处形成的凝露，所述光探测装置上的光探测器沿所述热盖上的通孔排布进行弓形扫描。

9、优选地，所述温育装置包括升降驱动电机、两个位于两侧的立板、两组分别对称分布于两侧立板外侧的铰链传动机构、两组分别位于两侧立板前侧的上下升降滑轨组件和用于多个阵列排布的pcr反应管同步加热的加热模块，两个所述立板之间通过中间及前后分别横向设置的支撑筋板固定连接；

10、所述加热模块横置安装于两个所述立板之间的前侧空腔中、且两端分别搭挂安装于两组上下升降滑轨组件的升降滑块上；

11、所述升降驱动电机安装于两个所述立板之间的后侧空腔中、并通过驱动轴同步驱动立板外侧的两个铰链传动机构同步循环转动，两个所述铰链传动机构前端分别铰接连接于两组上下升降滑轨组件的升降滑块外侧、同步带动升降滑块上所述加热模块上下升降动作，且在所述加热模块升起时抵触于所述进出仓装置上的每个待检测pcr反应管底部进行扩增温控加热；

12、两个所述立板的顶侧还分别设置有两个并列水平放置、用于所述进出仓装置前后直线进给进出的轨道板。

13、优选地，每个所述铰链传动机构包括凸轮板、第一铰接臂、第二铰接臂和支点摆臂，所述凸轮板同轴心的连接于所述升降驱动电机的驱动轴外端，所述第一铰接臂一端铰接于所述凸轮板外缘、且另一端与所述第二铰接臂的端部及所述支点摆臂的端部同轴铰接；

14、所述支点摆臂的下端铰接固定于所述立板下侧设置的支点轴上；

15、所述第二铰接臂的另一端铰接固定于所述升降滑块上，所述凸轮板周向转动后、通过所述第一铰接臂带动所述第二铰接臂以所述支点摆臂为旋转支撑点同步带动所述升降滑块往复升降动作。

16、优选地，所述加热模块两端与每组所述上下升降滑轨组件的升降滑块之间还分别设置至少二组、用于弹性浮动的承托所述加热模块与上侧所述进出仓装置上的每个待检测pcr反应管底部弹性触接的弹簧，所述弹簧通过导柱穿套安装于所述加热模块的下侧。

17、优选地，所述加热模块包括上盖板、与多个阵列排布的pcr反应管底部套装配合的加热块、多个阵列排布的半导体制冷片、隔热垫片、pcb控制板、格栅散热器、风扇安装架和散热风扇，所述上盖板、所述加热块、所述半导体制冷片、所述格栅散热器、所述风扇安装架和所述散热风扇依次由上及下的层状叠加连接，所述pcb控制板围拢设置于所述半导体制冷片周向外围、并通过所述隔热垫片隔绝所述pcb控制板与所述上盖板及所述加热块加热热源直接触接，所述pcb控制板与每个所述半导体制冷片电连接、并通过所述半导体制冷片控制所述加热块的加热温度；所述散热风扇通过所述风扇安装架承托吊挂的连接于所述格栅散热器底侧、并在扩增温控结束后对所述格栅散热器鼓风来对所述加热块及其插装的多个pcr反应管同步降温。

18、优选地，所述进出仓装置包括两组水平横移滑轨组件、托架板、进出仓驱动电机、主驱动轮、同步带和多个导向轮，两组所述水平横移滑轨组件并列的分置安装于所述温育装置两侧立板顶侧的轨道板上，所述托架板上设置有多个阵列排布用于pcr反应管插装的安装孔，所述托架板两侧分别搭接于两组所述水平横移滑轨组件上的滑块上，所述进出仓驱动电机安装于一侧所述立板上；所述同步带通过多个导向轮安装于进出仓驱动电机同一侧的立板外侧，所述进出仓驱动电机输出轴端部的主驱动轮驱动所述同步带、带动所述托架板在两组所述水平横移滑轨组件滑动导向下直线进出滑动、用于所述托架板上的多个所述pcr反应管进出仓上料或下料。

19、优选地，所述光探测装置包括探测支撑板、探测控制板、x轴驱动机构、y轴驱动机构和六通道探测器，所述探测支撑板上开设有对下侧所述进出仓装置上多个待检测pcr反应管分别进行荧光检测的探测窗口，所述x轴驱动机构分置安装于所述探测支撑板的探测窗口两侧，所述y轴驱动机构安装于所述x轴驱动机构上、并在x轴驱动机构带动下在所述探测窗口处前后直线横移运动，所述六通道探测器安装于所述y轴驱动机构上、并在y轴驱动机构带动下在所述探测窗口处左右直线横移运动调整对准下侧待测的pcr反应管。

20、优选地，所述x轴驱动机构包括x轴探测驱动电机、主动齿轮、从动齿轮、齿轮传送带、两组前后直线滑轨组件和横梁板，两组所述前后直线滑轨组件分置安装于所述探测支撑板的探测窗口的两侧，所述横梁板两端分别搭接于两组所述前后直线滑轨组件上的滑块上；

21、所述y轴驱动机构安装于所述横梁板上，所述齿轮传送带张紧安装于所述探测支撑板一侧的所述主动齿轮与所述从动齿轮之间；

22、所述齿轮传送带中部通过固定块与一组所述前后直线滑轨组件的滑块固定连接，所述x轴探测驱动电机驱动所述主动齿轮转动、通过所述齿轮传送带同步带动所述横梁板及其上的所述y轴驱动机构和所述六通道探测器一并沿两组所述前后直线滑轨组件的直线滑轨前后移动。

23、优选地，所述y轴驱动机构包括y轴探测驱动电机、y轴左右直线滑轨组件和蜗杆组件，所述六通道探测器安装于所述y轴左右直线滑轨组件上的滑块上，所述y轴探测驱动电机通过蜗杆组件带动y轴左右直线滑轨组件上的滑块及其上的所述六通道探测器同步沿左右滑动、并定位于探测窗口下侧对应的待检测pcr反应管正上方。

24、本发明的有益效果是：

25、本发明中，该实时荧光pcr仪适用于生产中的微流控设备研发、分析化学检测、生产中核酸pcr检测设备的研发、食品安全的检测、生产中poct设备的研发、水质分析检测、蛋白质分析和医学分析。

26、工作时，进出仓装置、温育装置和光探测装置采用自动控制模式，实现每个pcr反应管在各自独立通道中分别进行pcr扩增及独立的检测，温育装置工作时，进行升降控制抵触于进出仓装置上的每个待检测pcr反应管底部、并按照pcr反应步骤设置pcr温度流程来对进出仓装置上多个待检测pcr反应管、同步进行4～99℃范围内温度及延迟时间控制进行扩增温控；光探测装置在二维平面上沿x轴及y轴运动，配合pcr反应流程在对应检测点对进出仓装置上的每个待检测pcr反应管、分别采用多光路的激发光源依次切换点亮并顺序激发每个pcr反应管内体系中的荧光染料，并通过弓形扫描来接收荧光来进行每个pcr反应管的顶盖检测，有效防止通道间串扰，提高检测质量。

27、其中，光探测装置中采用六路通道分别独立检测的微型探测器，有效防止通道间串扰，且六路通道检测模块一体化、结构紧凑小巧，便于微型探测和易于装配调试；可以有效缩短光路、增加检测效率，最快达到10us单点检测。