一种多变量反应动力学实时检测仪装置及检测方法与流程

本发明涉及生化反应检测设备技术领域，尤其涉及一种多变量反应动力学实时检测仪装置及检测方法。

背景技术：

反应动力学分析是借助化学反应的速度与反应底物浓度的关系或者与加速反应的催化剂包括生物酶浓度的关系，采用对反应速度的测量，对反应底物或催化剂特性及其量进行分析的方法。反应动力学与温度有直按关系。反应动力学监测对于化学反应和生物化学(生化)反应特征分析非常重要。化学和生化反应通常涉及催化剂或生物酶，催化剂或生物酶影响反应产物的生成速率和产量，这对于药物开发和医疗诊断,公共卫生和生物检测至关重要，而且反应动力学也会影响药物的功效。

动力学分析可以通过监视直接或间接产生的光信号来完成，然而，现有的检测仪器一般使用分立的热力学和光学部件，因此体积大且昂贵；而且需要分步地读取光信号，最后在反应完成后显示结果。因此，现有的仪器并不能够在具有不同变量的情况下，实时或连续读取光信号，并实时显示结果，故而，需要花费的时间较长，分析效率较低。

技术实现要素：

本发明提供一种可以实时读取光信号，并实时显示结果，提高分析效率的多变量反应动力学实时检测仪装置及检测方法。

本发明采用的技术方案为：一种多变量反应动力学实时检测仪装置，其包括：检测器以及计算机，所述检测器与所述计算机通信连接。所述检测器包括外壳、主控电路板以及检测结构；所述主控电路板、所述检测结构安装于所述外壳内，所述检测结构与所述主控电路板通信连接；所述外壳内安装有安装座，所述安装座上设有试管安装孔，用以安装反应试管；所述检测结构安装于所述试管安装孔的外周；

所述检测结构包括激发光源、温控组件以及光电探测组件。

所述激发光源安装于所述试管安装孔的上方或下方，对着所述试管安装孔；所述试管安装孔与所述激发光源之间安装有第一光源滤光片。所述温控组件包括上加热器和下加热器，所述上加热器安装于所述试管安装孔的上端，所述下加热器安装于所述试管安装孔的下端，所述上加热器和所述下加热器均包围在所述反应试管的外周。

所述光电探测组件包括光电探测器、固体光导以及第二光源滤光片。所述光电探测器、所述固体光导以及第二光源滤光片均安装于所述试管安装孔的同一侧；所述固体光导位于所述试管安装孔与所述光电探测器之间；所述第二光源滤光片位于所述固体光导和所述光电探测器之间。

所述激发光源点亮时间在1毫秒至1000毫秒之间调整，且所述激发光源每次点亮的间隔周期在1秒至5分钟之间，所述光电探测组件采集光信号在所述激发光源点亮过程中完成；所述第一光源滤光片和所述第二光源滤光片限制部分波长的光通过；

所述主控电路板包括mcu模块、光温控制模块以及光信号放大模块，所述光信号放大模块与所述mcu模块通信连接，所述mcu模块与所述光温控制模块通信连接；所述激发光源以及所述温控组件均与所述光温控制模块通信连接，所述光电探测组件与所述光信号放大模块通信连接；所述mcu模块可扩展为计算机模块，部分或全部取代计算机功能；

所述计算机可以是功能扩展的mcu模块，包括用户介面，用户通过所述用户介面输入变量参数，可实时监测决定于温度、时间或所述反应试管中的空间位置的光信号；所述用户界面设定所述上加热器及所述下加热器的工作温度，所述激发光源发光的时间及周期，并选择性的打开所述光电探测器实现对某一波段的光信号的采集；

所述检测器启动工作后，所述用户界面能显示实时反馈的温度和时间对应的信息；同时实时显示实时反馈的光信号强度和时间对应的信息。

进一步地，所述上加热器和所述下加热器可调节所述反应试管的温度，加热所述反应试管，使所述反应试管内液体升温至100℃或降温至室温，并通过温差促进或防止液体对流。

进一步地，所述光电探测器通过光信号监测所述反应试管中的液体随温度和时间改变的化学反应或生物化学反应。

进一步地，所述检测仪装置通过反应动力学实时监测，确定样品中靶分子的量，结构特征或生物化学活性。

进一步地，所述光电探测组件包括两个光电探测器、两个光源滤光片以及两个固体光导。一个所述光电探测器、一个所述光源滤光片以及一个所述固体光导为一组，分成两组，相对地设置在所述试管安装孔的两侧，且两个所述固体光导位于所述上加热器和所述下加热器之间。

进一步地，所述光电探测组件包括两组上光电探测组件以及两组下光电探测组件；两组所述上光电探测组件相对地设置在所述试管安装孔的上端两侧，两组所述下光电探测组件相对地设置在所述试管安装孔的下端两侧；每一组所述上光电探测组件包括上光电探测器、上固体光导、第二光源滤光片；所述上固体光导位于所述上加热器的下方，且所述上固体光导位于所述试管安装孔与所述上光电探测器之间，所述第二光源滤光片位于所述上固体光导和所述上光电探测器之间。

每一组所述下光电探测组件包括下光电探测器、第三光源滤光片和下固体光导；所述下固体光导位于所述下加热器的上方，且所述下固体光导位于所述试管安装孔与所述下光电探测器之间，所述第三光源滤光片位于所述下固体光导和所述下光电探测器之间。

进一步地，所述光电探测组件包括一组上光电探测组件和一组下光电探测组件；所述上光电探测组件和所述下光电探测组件均设置在所述试管安装孔的同一侧；

或所述光电探测组件包括一组上光电探测组件和一组下光电探测组件；所述上光电探测组件和所述下光电探测组件分别设置在所述试管安装孔的两侧；

所述上光电探测组件包括上光电探测器、上固体光导、第二光源滤光片；所述上固体光导位于所述上加热器的下方，且所述上固体光导位于所述试管安装孔与所述上光电探测器之间，所述第二光源滤光片位于所述上固体光导和所述上光电探测器之间；

所述下光电探测组件包括下光电探测器、第三光源滤光片和下固体光导；所述下固体光导位于所述下加热器的上方，且所述下固体光导位于所述试管安装孔与所述下光电探测器之间，所述第三光源滤光片位于所述下固体光导和所述下光电探测器之间。

进一步地，所述光电探测组件包括两组上光电探测组件以及一组下光电探测组件；两组所述上光电探测组件相对地设置在所述试管安装孔的上端两侧，所述下光电探测组件设置在所述试管安装孔下端的其中一侧；

或所述光电探测组件包括一组上光电探测组件以及两组下光电探测组件；所述上光电探测组件设置在所述试管安装孔上端的其中一侧，两组所述下光电探测组件相对地设置在所述试管安装孔的下端两侧；

所述上光电探测组件包括上光电探测器、上固体光导、第二光源滤光片；所述上固体光导位于所述上加热器的下方，且所述上固体光导位于所述试管安装孔与所述上光电探测器之间，所述第二光源滤光片位于所述上固体光导和所述上光电探测器之间；

所述下光电探测组件包括下光电探测器、第三光源滤光片和下固体光导；所述下固体光导位于所述下加热器的上方，且所述下固体光导位于所述试管安装孔与所述下光电探测器之间，所述第三光源滤光片位于所述下固体光导和所述下光电探测器之间。

进一步地，在使用时所述试管安装孔倾斜的角度范围为5°-45°。

进一步地，所述下加热器包括下加热板和安装在所述下加热板上的下加热环，所述下加热环与所述反应试管为热膨胀可逆性锁紧接触。

进一步地，所述固体光导可镀滤光膜，能对入射光起到全透射或部分透射或选择性透射的作用，且所述固体光导为柱形或方形。

进一步地，所述第一光源滤光片和所述第二光源滤光片和所述第三光源滤光片为无机玻璃，有机玻璃或石英，且所述第一光源滤光片和所述第二光源滤光片和所述第三光源滤光片的表面可镀滤光膜，包括具有低通，高通或带通的性能。

进一步地，所述检测仪装置通过检测化学发光，电化学发光，微粒体发光和荧光，用于进行酶催化反应动力学分析、分子构象和构型分析。

进一步地，所述计算机安装于所述外壳内或所述外壳外。

进一步地，所述主控电路板与所述安装座之间的距离≤100mm。

本发明还提供如下技术方案：一种检测方法，使用所述的检测仪装置，包括以下步骤：

在反应试管中加入反应溶液，把封闭的反应试管置于试管安装孔中，通过上加热器和下加热器加热所述反应试管中的反应溶液，使所述反应试管中的反应溶液的上下温差≥5℃，使得溶液循环，混合或静止；

启动计算机实时监测程序，实时记录并输出反应结果；

根据反应结果进行医疗诊断或生物样品检测或绘制相关信息的区域分布图。

进一步地，包括以下步骤：

首先在反应试管中加入反应液，所述反应液含有混合后的核酸样品、用于核酸扩增的化学试剂和核酸荧光染料或荧光标记分子探针，当核酸样品为rna时，先将rna转录成互补dna；然后使用恒温扩增或变温扩增的酶促方法进行核酸样品扩增，在变温核酸扩增过程中，控制液体在45℃至98℃之间的温度循环；当光电探测组件检测到核酸荧光染料或荧光标记分子探针的信号时，此时，扩增反应所产生的荧光信号强度与扩增的dna产物量成比例。

进一步地，包括以下步骤：

当核酸扩增反应完成后，反应试管底部溶液温度降低至核酸溶解温度点之下时，此时大部分dna分子结合成为双链分子并与核酸荧光染料结合放出较强的荧光，控制上加热器和下加热器开始以慢速加热，并通过计算机记录时间和温度变量；在调节温度变量时，通过下光电探测器或上光电探测器实时记录光信号的变化，并通过计算机显示温度与荧光信号的关系；随着温度的升高，双链dna分子会溶解成单链分子，使得荧光量减少，通过计算机进行数据处理，测得被扩增双链dna分子的溶解点或溶解曲线。

进一步地，包括以下步骤：

当核酸扩增反应完成后，保持反应试管底部溶液的温度在90℃至98℃并通过上加热器把上端液体温度升高至不超过95℃，此时大部分双链dna分子溶解成单链dna分子，然后控制上加热器和下加热器开始以慢速降温，并通过计算机记录时间和温度变量；在调节温度变量时，通过下光电探测器或上光电探测器实时记录光信号的变化，并通过计算机显示温度与荧光信号的关系；随着温度的降低，单链dna分子会结合成双链分子，使得荧光量增加，通过计算机进行数据处理，测得被扩增dna分子的溶解点或溶解曲线。

相较于现有技术，本发明的多变量反应动力学实时检测仪装置及检测方法通过在检测器设置光电探测组件、温控组件以及激发光源与主控电路板通讯连接，并将检测器与计算机通讯连接，实时监测多变量(如：温度，时间，空间部位)相关的光信号，如：控制反应试管不同位置的温度，检测相对位置随着时间变化的光信号；控制反应试管不同位置的温度，检测相对位置随着温度变化的光信号；控制反应试管内液体的温度梯度，检测相对位置随着温度和时间变化的光信号；从而使得检测仪装置可以实现实时读取光信号，并实时显示结果，更快速地得到反应结果，实时了解反应的过程。而且所得结果可上传至云端，数据可进行远程监测和分析，并可用于制作信息的区域分布图(例如：通过对传染病的监测(免疫反应或核酸扩增)，传染病分布图并由此预测其发展趋势)。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但不应构成对本发明的限制。在附图中，

图1：本发明多变量反应动力学实时检测仪装置的立体图；

图2：本发明检测结构实施例一的立体图；

图3：本发明检测结构实施例一的剖视图；

图4：本发明检测结构实施例一的另一立体图；

图5：本发明多变量反应动力学实时检测仪装置的方块图；

图6：本发明检测结构实施例二的立体图；

图7：本发明检测结构实施例三的立体图；

图8：本发明检测结构实施例四的立体图；

图9：本发明检测结构实施例五的立体图；

图10：本发明检测结构实施例六的立体图；

图11：本发明检测结构实施例七的立体图；

图12：核酸检测过程示意图；

图13：核酸检测过程的荧光信号曲线图；

图14：上加热器和下加热器的温度变化曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

实施例一

如图1所示，本发明的多变量反应动力学实时检测仪装置包括底座1、检测器2以及计算机；其中，检测器2安装于底座1，且检测器2与计算机通过usb连线或者无线(如：蓝牙、wifi、5g)通信连接，或检测器2与计算机集成为一体；通过计算机实时发出控制指令，控制检测器2工作。

检测器2包括外壳201、主控电路板、检测结构；外壳201旋转安装于底座1上，主控电路板、检测结构安装于外壳201内，且检测结构与主控电路板通信连接。此外，外壳201上还开设有通风散热孔202，有效避免检测器2经过长时间的工作后出现温度过高的现象。

底座1包括底板101以及旋转板102，其中，旋转板102的一端通过转轴3旋转地安装于底板101的一端，并通过角度锁紧螺母4进行锁紧。外壳201安装于旋转板102上，且外壳201内安装有安装座5，安装座5上开设有多个试管安装孔6，用以安装反应试管7；每一个检测结构分别安装于每一个试管安装孔6的外周。进一步，外壳201对应多个试管安装孔6的位置设有旋转盖203，便于打开外壳201，露出多个试管安装孔6，方便安装反应试管7。

通过将检测器2安装于旋转板102，当需要调节反应试管7的倾斜角度时，可以通过松开角度锁紧螺母4，将旋转板102绕转轴3旋转至需要的角度，然后再锁紧角度锁紧螺母4即可，使得反应试管7内的溶液实现更加有效的热对流。其中，反应试管7为直式试管，在使用时，可以通过调节旋转板102的角度来调节试管安装孔6的倾斜角度，进而调整反应试管7倾斜的角度，角度调整的范围5°-45°，且反应试管7的长度与直径的比率≥10。

如图1和图2所示，检测结构包括激发光源8、温控组件以及光电探测组件；其中，激发光源8安装于试管安装孔6的下方对着试管安装孔6，且试管安装孔6与激发光源8之间还安装有第一光源滤光片9。当试管安装孔6内装上反应试管7后，第一光源滤光片9位于反应试管7的底部下方。如图4所示，可以理解的，激发光源8以及第一光源滤光片9还可以安装于试管安装孔6的上方对着试管安装孔6，具体为安装于旋转盖203的内壁面，如图4所示，并不以此为限。

激发光源8点亮时间在1毫秒至1000毫秒之间调整，激发光源8每次点亮的间隔周期在1秒至5分钟之间，点亮的间隔周期可以根据反应物质的不同而调整，光电探测组件采集光信号在激发光源8点亮过程中完成。

如图1至图3所示，温控组件包括上加热器10和下加热器11，上加热器10安装于试管安装孔6的上端，下加热器11安装于试管安装孔6的下端；当试管安装孔6内装上反应试管7后，上加热器10和下加热器11均包围在反应试管7的外周。具体为：上加热器10包括上加热板以及安装在上加热板上的上加热环；下加热器11包括下加热板以及安装在下加热板上的下加热环，反应试管7通过热膨胀可逆地锁紧在下加热环中。进一步，上加热器10和下加热器11均安装有热敏电阻；通过温控组件对反应试管7内的溶液实现温度的控制，包括：升温、恒温、降温，形成温度梯度，使反应液产生或停止热对流。

计算机包括用户介面及相关软件，用户通过用户介面输入变量参数，可实时监测决定于温度、时间或反应试管7中的空间位置的光信号。

具体为：用户界面设定上加热器10及下加热器11的工作温度，激发光源8发光的时间及周期，并选择性的打开其中一个光电检测器实现对某一波段的光信号的采集。启动检测器工作后，用户界面能显示实时反馈的温度和时间对应曲线；同时实时显示实时反馈的光信号强度和时间对应的曲线。通过比较光信号强度，可以分析出反应物对应的生成物的数量值。

反应试管7内的溶液的连续温度变化可以通过多种方式实现，一是上加热器10和下加热器11本身变化而传导到反应试管7，从而使反应试管7内液体的温度产生变化。另一种方式是通过调整反应试管7上、下部温差从而使液体对流。即使上加热器10和下加热器11保持相应部位的温度恒定，在对流过程中，液体内分子可经历不同的温度变化。所以，连续温度变化是指有效的反应试管7中液体样品的温度变化。光电探测组件包括两组上光电探测组件以及两组下光电探测组件，其中，两组上光电探测组件相对地设置在试管安装孔6的上端两侧，两组下光电探测组件相对地设置在试管安装孔6的下端两侧。

具体为：每一组上光电探测组件包括上光电探测器12、上固体光导13、第二光源滤光片17，上固体光导13位于上加热器10的下方，且上固体光导13位于试管安装孔6与上光电探测器12之间，用以将来自反应试管7的荧光信号传导至上光电探测器12，再通过上光电探测器12输出相对应于荧光信号强度的电压或电流模拟信号至主控电路板。第二光源滤光片17位于上固体光导13和上光电探测器12之间。

每一组下光电探测组件包括下光电探测器14、第三光源滤光片18和下固体光导15，下光电探测器14位于下加热器11的上方，且下固体光导15位于试管安装孔6与下光电探测器14之间，用以将来自反应试管7的光信号源传导至下光电探测器14。进一步，第三光源滤光片18位于下固体光导15和下光电探测器14之间。此外，任意一个上光电探测器12与任意一个下光电探测器14之间的垂直距离≥5mm。

上固体光导13和下固体光导15能对入射光起到全透射或部分透射或选择性透射的作用，形状可以是不同的形状，如：柱形，方形等；材料可以是无机玻璃，有机玻璃，石英等材料，表面可镀滤光膜。第一光源滤光片9、第二光源滤光片17、第三光源滤光片18限制部分波长的光通过，包括低通，高通，带通。第一光源滤光片9、第二光源滤光片17、第三光源滤光片18起到区分不同荧光波长的作用；反应试管7中反应物质的不同，所发出的荧光频谱波长不同，根据反应物质的需要，可以使用不同波段的滤光片，区分一种或者多种反应物质。

本实施例中，安装座5上开设有一排试管安装孔6，一排设有四个或八个试管安装孔6，对应每一个试管安装孔6均安装有一个检测结构；可以理解的，其它实施例中，安装座5可以开设一个试管安装孔6，以及安装于该试管安装孔6外周的一个检测结构；或多排试管安装孔6呈阵列排布，对应每一个试管安装孔6均安装有一个检测结构，并不以此为限。

如图2和图5所示，主控电路板包括mcu模块、光温控制模块以及光信号放大模块；其中，光信号放大模块与mcu模块通信连接，mcu模块与光温控制模块通信连接。激发光源8以及温控组件均与光温控制模块通信连接，光电探测组件与光信号放大模块通信连接。

通过上固体光导13、下固体光导15、第二光源滤光片17、第三光源滤光片18在不足一秒钟的时间内采到在特定波长范围内的光信号，并通过光信号放大模块把光信号放大，从而使检测仪器能实现实时检测。

实施例二

如图1和图6所示，本实施例与实施例一相同的结构在此不再赘述，差异仅在于：光电探测组件仅由一个光电探测器19、一个光源滤光片20以及一个固体光导21组成，位于试管安装孔6的一侧，且固体光导21位于上加热器10和下加热器11之间。

实施例三：

如图1和图7所示，本实施例与实施例一相同的结构在此不再赘述，差异仅在于：光电探测组件包括两个光电探测器19、两个光源滤光片20以及两个固体光导21；一个光电探测器19、一个光源滤光片20以及一个固体光导21为一组，分成两组，相对地设置在试管安装孔6的两侧，且两个固体光导21位于上加热器10和下加热器11之间。

实施例四

如图1和图8所示，本实施例与实施例一相同的结构在此不再赘述，差异仅在于：光电探测组件包括一组上光电探测组件和一组下光电探测组件；其中，上光电探测组件和下光电探测组件均设置在试管安装孔6的同一侧。

实施例五

如图1和图9所示，本实施例与实施例三相同的结构在此不再赘述，差异仅在于：光电探测组件包括一组上光电探测组件和一组下光电探测组件；其中，上光电探测组件和下光电探测组件分别设置在试管安装孔6的两侧。

实施例六：

如图1和图10所示，本实施例与实施例一相同的结构在此不再赘述，差异仅在于：光电探测组件包括两组上光电探测组件以及一组下光电探测组件；其中，两组上光电探测组件相对地设置在试管安装孔6的上端两侧，下光电探测组件设置在试管安装孔6下端的其中一侧。

实施例七：

如图1和图11所示，本实施例与实施例一相同的结构在此不再赘述，差异仅在于：光电探测组件包括一组上光电探测组件以及两组下光电探测组件；其中，上光电探测组件设置在试管安装孔6上端的其中一侧，两组下光电探测组件相对地设置在试管安装孔6的下端两侧。

如图1和图11所示，在各实施例中的采用多组光电检测组件的一个作用是测定不同空间位置的光信号；另一个作用是测定不同频率(波长)、频谱的光信号，或者是二者的相结合。因而可以实现多重检测，提高检测效率或检测准确性。

本发明的多变量反应动力学实时检测仪装置及检测方法的工作原理如下：

将待测溶液(溶液自带有荧光分子、添加有荧光分子或者能在反应的过程中生成荧光分子或发光分子的前体或底物分子)装入反应试管7内，塞上塞子16，然后将反应试管7安装在试管安装孔6内；将安装座5倾斜，必要时调节反应试管7倾斜5°-45°(注：倾斜角只在进行热对流时有用)；启动实时监测程序，通过计算机发出控制指令，控制检测器2开始工作，通过上加热器10和下加热器11对反应试管7内的溶液进行加热，当温度不断升高时，反应试管7发生热膨胀，与下加热器11实现可逆性锁紧，通过上加热器10和下加热器11把热量传导至反应试管7；当反应试管7内的溶液产生温度梯度时，使溶液实现更有效的热对流；

与此同时，mcu模块根据指令实时控制上加热器10和下加热器11的输出功率，从而达到控制上加热器及下加热器的工作温度，并将对应的温度传导至反应试管7.在此过程中，可以通过调整反应试管7的倾斜角度，来调整溶液的热对流效果；其中，上加热器10和下加热器11的温度可以根据反应的要求来调整不同的温度，通过相应的热敏电阻将实际的温度同时反馈至计算机；

当检测器2从计算机接收到发光指令后，激发光源8根据指令点亮，照射反应试管7中的溶液，反应试管7中的溶液受到激发光源8照射后发出荧光，荧光通过相应的上固体光导13和下固体光导15分别传至上光电探测器12和下光电探测器14；当上光电探测器12以及下光电探测器14检测到反应试管7中溶液发出的荧光信号后，直接输出与荧光信号相对应的电压或电流模拟信号，经过光信号放大模块，把模拟信号转换成放大后的电信号，放大后的电信号对应相应强度的荧光信号，并通过mcu模块实时反馈给计算机，从而实现实时读取光信号，并实时显示结果。

其中，通过计算机设置可以根据不同的反应溶液选择不同的温度和激发光源8的照射时间，在不同空间部位实时反馈溶液进行反应的情况；激发光源8点亮时间在1毫秒至1000毫秒之间调整；激发光源每次点亮的间隔周期在1秒至5分钟之间，点亮的间隔周期可以根据反应物质的不同而调整；光电探测组件采集光信号在激发光源8点亮后的过程中完成。

本发明的多变量反应动力学实时检测仪装置及检测方法监测所得的结果可以通过计算机上传至云端，而且数据可进行远程监测和分析，并可用于制作信息的区域分布图(例如：通过对传染病的监测(免疫反应或核酸扩增),描绘出传染病分布图并由此预测其发展趋势)。

请参照图12，其中，检测核酸扩增的过程如下：

在反应试管7内装入反应液，其包含混合后的核酸样品，用于核酸扩增的化学试剂以及核酸荧光染料(intercalatingdye)或荧光标记分子探针(fluorescentdyelabeledmolecularprobe)；其中，核酸样品可以取自动植物细胞，细菌，真菌或病毒的rna或dna；当核酸样品为rna样品时，将rna转录成互补dna，即：cdna(cdna和dna可以在试管中被扩增而达到被检测的目的)；采用酶促方法进行核酸扩增,包括恒温扩增，如rpa(recombinasepolymeraseamplification),lamp(loop-mediatedisothermalamplification))和变温扩增，如pcr(polymerasechainreaction)；在变温核酸扩增过程中，需要控制液体温度，使液体经历45℃至98℃之间的温度循环；

当光电探测组件检测到溶液出现核酸荧光染料或荧光标记分子探针所释放的荧光信号时，扩增反应所产生的荧光信号强度与扩增的dna产物量成比例(这一过程是一个反应动力学过程，它决定于温度和时间等变量因素，通过反应动力学数据可推测原样品中靶核酸的起始拷贝数,这在医疗诊断，公共卫生和生物检测行业有重要意义)；

测定溶解曲线，当扩增反应完成后，反应试管7底部溶液温度降低至45℃左右，此时dna分子结合成双链分子并与核酸荧光染料结合然后放出较强的荧光；为测定溶解曲线，上加热器10和下加热器11开始以慢速加热，并通过计算机记录时间和温度变量，在调节温度变量时，通过下或上光电探测器14实时记录光信号的变化，并通过计算机显示温度与荧光信号的关系；随着温度的升高，双链dna分子会溶解成单链分子，导至荧光量减少(而这一过程与dna分子链的长短有关，即一定长度的dna分子有特征性的溶解温度)；通过计算机进行数据处理，得出被扩增dna分子的溶解点,由于溶解点或溶解曲线与分子链长度相关，测定溶解曲线是确认dna扩增准确性的一种方法。

测定溶解曲线的另―种方法是，当核酸扩增反应完成后，保持反应试管底部溶液温在高温(90℃至98℃)并通过上加热器把上端液体温度升高至不超过95℃，此时大部分双链dna分子溶解成单链dna分子；然后控制上加热器和下加热器开始以慢速降温，并通过计算机记录时间和温度变量；在调节温度变量时，通过下光电探测器或上光电探测器实时记录光信号的变化，并通过计算机显示温度与荧光信号的关系；随着温度的降低，单链dna分子会结合成双链分子，使得荧光量增加，通过计算机进行数据处理，测得被扩增dna分子的溶解点或溶解曲线。

请参照图13和图14，图13为实时采集的8条荧光信号曲线(v1,v2,v3,v4,v5,v6,v7,v8)图；纵座标是信号强度，横座标是时间(分钟)。每10秒读取―次信号，图14为温度变化曲线图，t1为上加热器温度，t2为下加热器温度变化曲线，纵座标是温度参数，相对高数值为相对低温度，如续数350为60℃，续数185为95℃；横座标是时间(分钟)。

所显示数据为一核酸扩增实验，用于进行原理验证。反应试管装有反应液，反应液含有待测的呼吸多核体病毒(rsv)rna，核酸扩增所需的引物，逆转录酶和dna聚合酶，缓冲液和核酸荧光染料等。首先rna被逆转录为cdna(前七分钟)，然后用同一试管进行dna扩增。如图13所示，通过控制反应试管温度梯度，反应液在反应试管内进行对流，使核酸经历温度循环，实现类似pcr的扩增。在用本发明装置同时进行4支反应试管实时监测，在一时间点从每一反应试管读取并显示与520nm波长(v1，v2，v3，v4)及530nm波长(v5，v6，v7，v8)相关的反应状态信息。反应试管所相应的曲线为：反应试管一(v1,v2),反应试管二(v2，v6)，反应试管三(v3，v7)，反应试管四(v4，v8)。从图13可见，当液体温度较低时，反应试管放出非特异性荧光(前数分钟)。当温度升高后,非特异性荧光信号降低(十至二十五分钟)，当dna扩增至一定量时，专一性荧光信号开始升高(二十五分钟之后)。通过类似操作，可以检测原样品中靶分子的特性(来源，基因结构，靶分子数量等)。

本发明的多变量反应动力学实时检测仪装置适用于测量以光为信号的反应动力学，包括：

①在免疫测定中的化学发光，电化学发光和微粒体发光和荧光等；

化学发光免疫分析(chemiluminescenceimmunoassay，clia)是一种在医疗诊断中的常用方法，它是将具有高灵敏度的化学发光测定技术与高特异性的免疫反应相结合，用于各种抗原、半抗原、抗体、激素、酶、脂肪酸、维生素和药物等的检测分析技术，是继放谢性免疫分析、酶免疫分析、荧光免疫分析和时间分辨荧光免疫分析之后发展起来的一项新免疫测定技术。

化学发光免疫分析包含两个部分,即免疫反应体系和化学发光体系,化学发光体系是利用化学发光物质(发光底物)经催化剂(酶)的催化和氧化剂的氧化,形成一个激发态的中间体,当这种激发态中间体回到稳定的基态时,同时发射出光子,利用发光信号测量仪器可测量光量子产额。免疫反应体系是将与发光体系相关的物质(标记物或酶)直接或间接标记在抗原或抗体上,经过免疫反应和清洗，在发光体系中的酶量与抗原量成正比，所以当酶作用于发光底物，发光量也与抗原量成正比。其他发光免疫分析技术还包括微粒体发光免疫分析(microparticleluminescenceenzymeimmunoassay,mleia)，电化学发光免疫分析(electrochemiluminescenceimmunoassay,eclia)。除荧光免疫分析方法外，其余方法可不需要激发光源。具体应用包括但不限于如下几方面：

a.在不同变量(温度和时间的)控制下，实时观察发光动力学变化；发光速率本身受温度影响，而温度梯度可以使液体不断混合,使发光反应更均匀,根据发光速率可以确定抗原的量，发光底物的质量，发光底物的稳定性等指标,这种动力学方法比终点发光量检测更准确。

b.荧光共振能量转移方法检测抗原与抗体之间的亲和性和结合的稳定性；荧光共振能量转移是指两个荧光发色基团在足够靠近时，当供体分子吸收一定频率的光子后被激发到更高的电子能态，在该电子回到基态前，通过偶极子相互作用，实现了能量向邻近的受体分子转移(即发生能量共振转移)。抗体是免疫反应的核心试剂，其专一性与亲和性决定免疫反应专一性和灵敏度。常规的免疫反应是夹心法，即用捕获抗体和检测抗体去认识同一抗原。当捕获抗体和检测抗体分别标记有可进行荧光能量转移的荧光素时，可通过检测荧光共振能量转移的动力学(抗体浓度与发光速率的关系)推算抗原抗体的亲和性。

②酶催化反应动力学分析，包括但不限于核酸检测(等温或热循环)。

③分子构象和构型分析,包括但不限于dna熔解曲线。

④根据上述原理进行的测试，包括医疗诊断，公共卫生，环境监控，食品质量，工农业生产，商品检验，美容，等。

综上，本发明的多变量反应动力学实时检测仪装置及检测方法具有以下优点：

1、通过在检测器2设置光电探测组件、温控组件以及激发光源8与主控电路板通讯连接，并将检测器2与计算机通讯连接，实时监测多变量(如：温度，时间，空间部位)相关的光信号，如：控制反应试管7不同位置的温度，检测相对位置随着时间变化的光信号；控制反应试管7不同位置的温度，检测相对位置随着温度变化的光信号；控制反应试管7内液体的温度梯度，检测相对位置随着温度和时间变化的光信号；从而使得检测仪装置可以实现实时读取光信号，并实时显示结果，更快速地得到反应结果，实时的了解反应的过程，这为科学研究，药物开发，医疗诊断，公共卫生和生物检测提供了一个重要工具。

2、通过设置上加热器10和下加热器11，从而实现同一时间内，同一反应试管7中测定不同区域(空间部位)的反应状态。

3、通过设置上光电探测器12和下光电探测器14，从而使得光电探测组件能够在反应试管7的多个不同位置采集光信号，更有效地采集反应数据；实现多重检测；

4、通过设置上固体光导13和下固体光导15，使得光电探测组件的结构更加灵活，而且可以增加光子采集量，从而提高灵敏度和实现实时反应状态显示。

5、通过将检测器2旋转安装于底座1，实现可调反应试管7的倾斜角，使得反应试管7内的溶液实现更有序的热对流。

6、结构简单，下加热器11通过反应试管7的热膨胀方式可逆性锁紧，实现有效热传导，同时集成光机电器件于一体，方便携带，且可以在户外工作。

本发明涉及的相关名词定义如下：

1.反应动力学：反应动力学是研究各种物理、化学因素(如温度、压力、浓度、反应体系中的介质、催化剂、流场和温场分布、停留时间分布等)对反应速率的影响以及相应的反应机理和数学表达式等的化学反应工程的分支学科。在本发明的反应动力学是指与上述原理相关的反应过程及结果。

2.实时监测,包括实时读取光信号，和实时显示结果：在一个较长(十分钟以上)的反应过程中对不断变化的反应状态进行监测。可以是连续或断续的监测，断续监测的时间间隙不大于5分钟。

3.计算机：计算机(computer)俗称电脑，是现代一种用于高速计算的电子计算机器，可以进行数值计算，又可以进行逻辑计算，还具有存储记忆功能；是能够按照程序运行，自动、高速处理海量数据的现代化智能电子设备。由硬件系统和软件系统所组成。在本发明中计算机包含显示界面和相关软件程序。

4.通信连接：一种连接方式，通过信号的传输交互，在连接的设备之间构成通讯；通信连接包括有线连接和无线连接；有线连接电平的变化包括模拟电平的变化或者数字电平的变化；无线连接包括无线电波、磁场、光传播等。

5.电路板：电路板的名称有：陶瓷电路板，氧化铝陶瓷电路板，氮化铝陶瓷电路板，线路板，pcb板，铝基板，高频板，厚铜板，阻抗板，pcb，超薄线路板，超薄电路板，印刷(铜刻蚀技术)电路板等；电路板可称为印刷线路板或印刷电路板。

6.反应试管；可透光的反应容器，可以由玻璃，石英，有机玻璃(塑料)等制成。

7.激发光源：激发荧光的光源，可以是激光、led光、白炽光等可见光，或者紫外、红外等不可见光。

8.温控：通过改变发热部件的发热功率，并通过热风，红外，热传导、热辐射等形式。

9.mcu模块：包含微控制器集成电路的电路板，并承担和计算机及外围各个模块的通信；可扩展为计算模块，部分或全部取代计算机功能。

10.光温控制模块：接受控制指令，控制检测结构温度及发光的电路板及器件。

11.光信号放大模块；光信号放大电路板及器件，把光电检测器输出的模拟电信号放大到mcu模块能识别的电信号。

12.加热板：安装有发热部件(加热环)的电路板，方便安装电路的元器件，并起到热传导的作用。

13.加热环：导热部件，并能将热量快速的传导至反应试管及热传感器〈热敏电阻〉。

14.光电探测器：接收光子然后输出模拟电信号的半导体元器件或者集成半导体元器件的封装装置。

15.滤光片：限制部分波长的光通过，包括低通，高通，带通。为无机玻璃，有机玻璃或石英等材料。

16.固体光导：导光的固体材料，能对入射光起到全透射或部分透射或选择性透射的作用；可以是不同的形状，如柱形，方形等；可以是无机玻璃，有机玻璃，石英等材料；表面可镀滤光膜，包括低通，高通，带通。

17.用户介面：用户界面(userinterface，简称ui，亦称使用者界面[1])是系统和用户之间进行交互和信息交换的媒介，它实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。用户界面是介于用户与硬件而设计彼此之间交互沟通相关软件，目的在使得用户能够方便有效率地去操作硬件以达成双向之交互，完成所希望借助硬件完成之工作。用户界面定义广泛，包含了人机交互与图形用户接口，凡参与人类与机械的信息交流的领域都存在着用户界面。

18.生物化学反应：涉及生物分子的化学反应，一般通过生物酶进行催化的反应。

19.靶分子：被检测的分子对象，可以是病原体，蛋白质分子，核酸分子，糖蛋白质分子，糖类或脂类分子，有机分子及无机分子。

20.化学发光：化学发光是物质在进行化学反应过程中伴随的一种光辐射现象，可以分为直接发光和间接发光。

21.电化学发光：电致化学发光(electrochemiluminescence，简称ecl)是指利用电极提供能量直接使电极表面发光物进行氧化还原反应而形成激发态，并由激发态返回到基态所产生的发光现象

22.荧光：是指一种光致发光的冷发光现象。当某种常温物质经某种波长的入射光照射，吸收光能后进入激发态，并且立即退激发并发出比入射光的波长长的出射光(通常波长在可见光波段)。

23.分子构象：分子因单键旋转改变了其原子或原子团在空间的相对位置而呈现的不同立体形象。

24.分子构型：分子的空间构型是指分子中各种基团或原子在空间分布的几何形状。

25.医疗诊断：通过对人体样本(血液、体液、组织等)进行检测而获取临床诊断信息，进而判断疾病或机体功能的产品和服务。

26.生物检测：是用源于生物体的生物分子进行生物化学分析的检测手段和方法。生物检测涉及医疗诊断，临床检验、疾病防控、农牧水产业、食品安全保障等诸多领域的现场检测、在线监测，甚至是成分的分离、分析。

27.核酸样品：指核糖核酸(rna)及脱氧核糖核酸(dna)，可以人工合成或来自自然界的动物，植物，微生物(包括病毒)。

28.核酸扩增：通过酶的作用在试管将待检核酸靶分子进行特异性或专―性地反复复制的过程。

29.核酸荧光染料：对核酸有专一性的荧光染料。当与核酸分子结合后，其荧光效应可大为提高，当试管中有固定量核酸荧光染料时，总荧光量与核酸量成正比。

30.荧光标记分子探针：一个特异性的荧光探针，该探针为一寡核苷酸，两端分别标记一个报告荧光基团和一个淬灭荧光基团。探针完整时，报告基团发射的荧光信号被淬灭基团吸收；进行核酸扩增时(如pcr扩增)，聚合酶的外切酶活性将探针进行酶切降解，使报告荧光基团和淬灭荧光基团分离，从而荧光监测系统可接收到荧光信号，即每扩增一条dna链，就有一个游离荧光分子形成，实现了荧光信号的累积与扩增产物形成完全同步。

31.溶解点：也叫dna变性温度点，是指核酸双螺旋碱基对的氢键断裂，碱基间的堆积力遭到破坏，50％的双链变成单链，使核酸的天然构象和性质发生改变，但不涉及其一级结构的改变。

32.溶解曲线：dna随温度变化而变性(溶解)的过程中相关荧光信号变化的图示方法，通过这一方法可确定dna溶解点。

33.多重检测:在同一反应体系内对二个或更多的靶分子进行检测的方法及过程。不同靶分子之间具有不同的分子特征。

34.曲线,信息，数据:在本发明中，这些述语皆表示使用本发明装置所获取的结果,它可互换。

35.液体:在本发明中液体的概念包含基于水溶液的液体或基于有机溶液的液体。

只要不违背本发明创造的思想，对本发明的各种不同实施例进行任意组合，均应当视为本发明公开的内容；在本发明的技术构思范围内，对技术方案进行多种简单的变型及不同实施例进行的不违背本发明创造的思想的任意组合，均应在本发明的保护范围之内。