一种样品池模块及包含该样品池模块的便携式荧光检测装置的制作方法

1.本实用新型涉及荧光定量pcr仪技术领域，具体而言，涉及一种用于荧光检测装置的样品池模块，及包含该样品池模块的便携式荧光检测装置。


背景技术：

2.目前用于定量分析核酸的pcr仪普遍使用led灯和卤素、氙气灯等作为激发装置的光源。led光的发散角大，亮度不稳定，亮度弱，波长不一致，光纯度不足，杂光干扰强，信噪比差，需要多次光校准，导致它在设计激发装置和接受装置的时候要添加各种复杂和苛刻的辅助配件，如需要昂贵的滤光片和光感应器信号倍增辅助。led光源亮度不稳定对光电工程师选择光源供电方式提出了很高的要求。led亮度弱致使激发装置发出的激发光不够强，导致pd接受装置复杂且有效信号弱，电子工程师还需对这部分有效信号进行提取和放大，且提取的有效放大信号不能失真导致电路设计时的难度大大增加。普通的荧光定量pcr仪或恒温荧光仪器均需要非常复杂精密的光信号过滤和信号放大过程，并需要昂贵的光信号感应元件或装置，采用传统光学元件，复杂的加热元件等，导致现有pcr荧光检测设备存在集成度不足，光源和检测器数量多，多个光源和检测器之间的差异影响检测结果的一致性，需要离线设备和资源，设备大且昂贵。而且常规设备的精密性和复杂程度都要求复杂的参数设置，专业的检测人员操作，限制了其应用的普遍性，难以实现公共场合及家庭检测的常规检测。
3.本研究小组曾发明了一种新型的以激光作为发射光的便携式荧光检测装置，并于2020年提交一篇发明专利申请“一种便携式荧光检测装置”(cn202011475002.8)，经过长期的实践应用，发现该荧光检测装置还存在以下问题：1、加热并保持恒温过程中，热容大，耗能高，且仪器温度较高，散热严重，甚至会烫伤操作者；2、承载样品的样品管横截面为圆形，激光从样品管的不同位置穿过时，存在穿过样品溶液的路径长短不同，因此每次检测过程中还需尽量调节样本的位置，以确保激光发射位置和检测位置正好通过样品溶液的中心位置，才能尽量减少误差。因此还需找到一种能加热快，耗能低，对操作者有防烫伤作用，且每次使用时更方便，无需每次调节位置即可精确检测的荧光检测装置。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本实用新型提供了一种样品池模块及包含该样品池模块的便携式荧光检测装置，通过在加热反应块外设置隔热装置，从而使加热时热容小，耗能低，升降温速度快，并能防止烫伤操作者；通过增加隔热套的高度，对样品处理管提供支撑作用，防止侧翻；同时在隔热套上设置限位机构和环形空心结构，更好地固定样品管和加热反应块，使荧光检测装置的结构更稳固；通过采用方形样品管和方形槽体，使激光穿过样品溶液时的路径一致，无需每次使用时调整激光发射位置和检测位置，使用更方便还可提高检测结果的精确度。
5.本实用新型所述的样品池模块，是便携式荧光检测装置中的一个重要模块，主要
用于承载样品并为样品提供加热和控温的条件，使样品可以在恒温条件下进行反应(如恒温荧光扩增反应)，反应结束后即可进行荧光检测。
6.一方面，本实用新型提供了一种样品池模块，所述样品池模块包括控温反应池和样品容器，所述样品容器用于承载样品，并置于控温反应池中进行样品控温；所述控温反应池包括加热反应块、隔热装置；隔热装置包裹在加热反应块外侧，通过加热反应块使样品容器中的样品加热并控制样品温度。
7.在一些方式中，所述加热反应块采用金属材质，所述隔热装置为绝热材质。
8.进一步地，所述隔热装置包括隔热套和底座，所述加热反应块被包裹在隔热套和底座组合后形成的空间内。
9.在一些方式中，底座用于与荧光检测装置设备外壳固定。
10.在一些方式中，隔热套与底座接触部位有一侧向外凸出，通过该凸出部位能够增大隔热套和底座的接触面积，从而帮助固定整个样品池模块。
11.进一步地，所述隔热套的高度高于加热反应块的高度，加热反应块与隔热装置组装后，加热反应块位于隔热装置内部下侧。
12.本实施例所述的“上”、“下”是按照荧光检测装置正常使用时样品池模块的摆放位置来判断的。
13.进一步地，所述隔热套上侧设有限位机构，加热反应块需从隔热套下端开口进入隔热套中，并被限位机构限制在隔热装置内部下侧。
14.进一步地，所述限位机构设有上下贯通的环状空心结构，用于帮助固定样品容器。
15.进一步地，所述加热反应块内设放置样品容器的槽体，所述槽体的形状为柱形，开口朝上。
16.进一步地，所述样品容器由取样部件、样品处理管和待测样品管由上至下组装成一体结构；所述样品容器置于控温反应池，是指待测样品管插入加热反应块的槽体，隔热套上侧的环状空心结构对样品处理管提供支撑作用，取样部件位于控温反应池外部上端。
17.在一些方式中，隔热套上侧的环状空心结构的形状与样品处理管外形相配合，当待测样品管插入加热反应块的槽体后，样品处理管正好位于隔热套上侧的环状空心结构内部。
18.进一步地，所述待测样品管为正四棱柱形，待测样品管的横截面与槽体横截面形状一致，待测样品管能至少部分或完全插入加热反应块的槽体内。
19.进一步地，所述槽体为底面是正方形、长方形、平行四边形或菱形的正四棱柱形，具有能与待测样品管配合的尺寸，当待测样品管置于槽体内时能被完整包裹且不能移动。
20.研究小组前期研究证明(cn202011475002.8)，使激光穿透样本达到一定厚度或者让激光在样品中的路径距离增大的时候，激光在穿透样品过程中可产生更多的透射与折射，使激光在样品中的光程显著增大，从而激发更多的荧光物质产生荧光。换句话说，就是让激光穿过达到一定厚度的溶液或者让激光进入液体中并在液体中穿过的距离增大，可以激发更多待测样品中的荧光物质，从而可以更高灵敏度地检测待测样品。
21.在一些方式中，本实用新型所述的待测样品为核酸物质，所述核酸物质是任何类似的核酸，例如rna、dna或其衍生物、杂交链等。
22.可见荧光检测结果与激光穿过样品溶液的厚度，或是激光进入液体中并在液体中
穿过的距离密切相关。
23.现有的用于承载样品的容器一般为普通离心管，其外形类似圆柱或圆锥形，其横截面为圆形，因此现有的样品池模块中的槽体也基本为与离心管外形相匹配的圆柱或圆锥形。当横截面为圆形时，激光从槽体的一侧射入，其中经过横截面圆心的激光在样品溶液内经过的路径更长，而未经过横截面圆心的激光在样品溶液中经过的路径偏短，且越偏离圆心，路径越短，因此每次检测过程中还需尽量调节样本的位置，以确保激光发射位置和检测位置正好通过样品溶液的中心位置，才能尽量减少误差。
24.本实用新型将加热反应块的槽体设计成底面是正方形、长方形、平行四边形或菱形的正四棱柱形，此时当激光从槽体的一侧射入时，激光穿过样品溶液的距离都是相等的边长，从而保证了激发的待测样品中的荧光物质都保持同样水平，无需精准调整激光发射位置和检测位置通过样品溶液的中心位置，仅需大致对准即可进行检测，还可提高检测结果的精确度。
25.可以理解的是，当槽体底面为正方形或长方形时，则激光装置与荧光检测装置可以呈90度角摆放；当槽体底面为平行四边形或菱形时，则可以在保证激光穿过样品溶液路径一致的情况下，激光装置与荧光检测装置呈小于90度或大于90度(比如60，120度)来摆放。
26.另一方面，本实用新型提供了一种便携式荧光检测装置，所述便携式荧光检测装置包含如上所述的样品池模块。
27.本实用新型提供的便携式荧光检测装置，具有如下的有益效果：
28.1、通过设置隔热装置，进行加热恒温反应时热容小，耗能低，升降温速度快，并能防止烫伤操作者；
29.2、增加隔热套的高度，对样品处理管提供支撑作用，防止侧翻；
30.3、在隔热套上设置限位机构和环形空心结构，更好地固定样品管和加热反应块，使荧光检测装置的结构更稳固；
31.2、采用方形样品管和方形槽体，使激光穿过样品溶液时的路径一致，无需每次使用时调整激光发射位置和检测位置，还可提高检测结果的精确度。
附图说明
32.图1为实施例1中的样品池模块的结构示意图；
33.图2为实施例1中的样品池模块的爆炸图；
34.图3为实施例1中的隔热套的结构示意图，其中左图为隔热套正常状态示意图，右图为隔热套的仰视状态图；
35.图4为实施例1中的加热反应块的结构示意图，其中左图为加热反应块正常状态示意图，右图为加热反应块的俯视状态图；
36.图5为实施例1中的样品容器的结构示意图；
37.图6为实施例2中的便携式荧光检测装置的结构示意图。
具体实施方式
38.下面结合附图对本实用新型的优选实施例作进一步详细描述，需要指出的是，以
下所述实施例旨在便于对本实用新型的理解，而对其不起任何限定作用。本实用新型具体实施例中使用的原料、设备均为已知产品，通过购买市售产品获得。
39.实施例1本实用新型提供的样品池模块
40.本实施例提供的样品池模块如图1～图5所示，其中图1为样品池模块的结构示意图；图2为样品池模块的爆炸图；图3为隔热套的结构示意图，其中左图为隔热套正常状态示意图，右图为隔热套的仰视状态图；图4为加热反应块的结构示意图，其中左图为加热反应块正常状态示意图，右图为加热反应块的俯视状态图；图5为样品容器的结构示意图。
41.如图1和图2，本实施例提供的样品池模块1包括控温反应池2和样品容器3；控温反应池2又可以分为加热反应块4和隔热装置5；隔热装置5包裹在加热反应块4的外侧，加热反应块4内设放置样品容器3的槽体6，开口朝上；通过加热反应块4可以使样品容器3中的样品加热并控制样品温度。
42.如图5，样品容器3可用于承载样品，并置于控温反应池中进行样品控温，在本实施例中，样品容器3包括取样部件31、样品处理管32和待测样品管33由上至下组装成一体结构，经取样部件31采集的样品(样品为取自生物体的体液、毛发、肌肉、或组织器官等的样品，如唾液、尿液、血液、痰、淋巴、血浆、精液、肺吸出物、脑脊液、鼻拭子、咽拭子等等)，先置于样品处理管32进行预处理(如裂解、提取等等)，预处理完成后，再进入待测样品管33，此时将待测样品管33插入加热反应块4的槽体6内进行加热并开始恒温扩增反应，反应结束后通过荧光检测仪检测待测样品管33中的目标待测物含量。
43.本实施例中的待测目标物为核酸物质，样品经预处理后，置于样品池模块1中，经加热反应块4提供恒温条件，进行恒温荧光扩增反应，反应结束后即可进行荧光检测。
44.加热反应块4优选采用易导热且具有较好机械强度的材料制备，如金属、石墨烯、导热硅胶、导热塑料等等，本实施例优选采用金属材质制备加热反应块4。隔热装置5采用为绝热材料制备，如玻璃纤维、石棉、岩棉、硅酸盐、气凝胶毡、真空板等。
45.如图2，隔热装置5包括隔热套7和底座8，加热反应块4可以被包裹在隔热套7和底座8组合后形成的空间内。其中隔热套7的高度需要高于加热反应块4的高度，加热反应块4与隔热装置5组装后，加热反应块4位于隔热装置5内部下侧。这是因为当待测样品管33插入加热反应块4时，由于待测样品管33上方还有取样部件31和样品处理管32，需要隔热套7的上侧9帮助支撑，防止侧翻。
46.优选的，如图3，隔热套7的上侧9设有限位机构10，加热反应块4需从隔热套7下端11开口进入隔热套7中，并被限位机构10限制在隔热装置5的内部下侧12。限位机构10设有上下贯通的环状空心结构13，用于帮助固定样品容器3。隔热套上侧9的环状空心结构13的形状与样品处理管32外形相配合，当待测样品管33插入加热反应块4的槽体6后，样品处理管32正好位于隔热套上侧9的环状空心结构13内部，从而对样品处理管32提供支撑作用，此时取样部件31位于控温反应池2的外部上端。
47.如图4，加热反应块4的槽体6的形状与待测样品管33的外形相匹配，都为正四棱柱形，且横截面形状也一致，横截面可以为正方形、长方形、平行四边形或菱形中的任意一种，图中仅提供横截面为正方形的情况。
48.本研究小组经前期研究证明(cn202011475002.8)，使激光穿透样本达到一定厚度或者让激光在样品中的路径距离增大的时候，激光在穿透样品过程中可产生更多的透射与
折射，使激光在样品中的光程显著增大，从而激发更多的荧光物质产生荧光。换句话说，就是让激光穿过达到一定厚度的溶液或者让激光进入液体中并在液体中穿过的距离增大，可以激发更多待测样品中的荧光物质，从而可以更高灵敏度地检测待测样品。因此荧光检测结果与激光穿过样品溶液的厚度，或是激光进入液体中并在液体中穿过的距离密切相关。
49.而现有的用于承载样品的容器一般为普通离心管，其外形类似圆柱或圆锥形，其横截面为圆形，因此现有的样品池模块中的槽体也基本为与离心管外形相匹配的圆柱或圆锥形。当横截面为圆形时，激光从槽体的一侧射入，其中经过横截面圆心的激光在样品溶液内经过的路径更长，而未经过横截面圆心的激光在样品溶液中经过的路径偏短，且越偏离圆心，路径越短，因此每次检测过程中还需尽量调节样本的位置，以确保激光发射位置和检测位置正好通过样品溶液的中心位置，才能尽量减少误差。
50.本实施例中加热反应块4的槽体6设计成底面是正方形、长方形、平行四边形或菱形的正四棱柱形，此时当激光从槽体6的一侧射入时，激光穿过样品溶液的距离都是相等的边长，从而保证了激发的待测样品中的荧光物质都保持同样水平，无需精准调整激光发射位置和检测位置通过样品溶液的中心位置，仅需大致对准即可进行检测，还可提高检测结果的精确度。可以理解的是，当槽体6底面为正方形或长方形时，则激光装置与荧光检测装置可以呈90度角摆放；当槽体6底面为平行四边形或菱形时，则可以在保证激光穿过样品溶液路径一致的情况下，激光装置与荧光检测装置呈小于90度或大于90度(比如60，120度)来摆放。本实施例中优选采用正方形，待测样品管33能完全插入槽体6内，激光装置与荧光检测装置可以呈90度角摆放。
51.底座8用于与荧光检测装置设备外壳固定。隔热套7与底座8接触部位有一侧向外凸出14，通过该凸出部位14能够增大隔热套7和底座8的接触面积，从而帮助固定整个样品池模块1。
52.实施例2本实用新型提供的便携式荧光检测装置
53.本实施例提供的便携式荧光检测装置如图6所示，包括激光装置15、样品池模块1和荧光检测装置16。激光装置15和荧光检测装置16分别位于样品池模块1的两侧，且激光装置15和荧光检测装置16呈90度角摆放。
54.实施例3不设有隔热装置的便携式荧光检测装置
55.本实施例按照实施例2提供的方法制备便携式荧光检测装置，其区别在于控温反应池2仅设置加热反应块4，不设有隔热装置5。
56.实施例4槽体为圆柱形的便携式荧光检测装置
57.本实施例按照实施例2提供的方法制备便携式荧光检测装置，其区别在于加热反应块4中的槽体6和样品容器3中的待测样品管33都为圆柱形。
58.实施例5改进前的便携式荧光检测装置
59.本实施例按照cn202011475002.8提供的方法制备便携式荧光检测装置。
60.实施例6使用效果比较
61.本实施例分别采用实施例2、3、4、5提供的便携式荧光检测装置，进行样品的恒温扩增反应和荧光检测。
62.具体实验过程如下：
63.取已知含有1000拷贝阳性质粒的样本于待测样品管33，配制扩增反应体系：60mm
三羟甲基氨基甲烷-醋酸缓冲液(ph8.0)、100mm醋酸钾、3mm二硫苏糖醇、5％聚乙二醇(20000)、2mm atp、20mm磷酸肌酸、420nm引物混合物(上游引物序列，5
’‑
aatttgtgcgagtaaacctatgtagcagcagag-3’；下游引物序列，5
’‑
ttccttctaagctctgcagcttcattcatcatc-3’)、200nm荧光探针(探针序列为5'-aaaatgtcgggagctgaacatatggaagg(fam-dt)(thf)t(bhq1-dt)gagcgagtgct-3'(c3-spacer))、100ng/μl肌酸激酶、600ng/μl噬菌体gp32蛋白、150ng/μl噬菌体uvsx蛋白、25ng/μl噬菌体uvsy蛋白、80ng/μl klenow聚合酶大片段(exo-)、50ng/μl核酸外切酶iii、450μm dntp引物混合物、14mm醋酸镁。
64.将上述反应配制0.25ml体系，共计配制4管，总体积为1ml，分别于实施例2、3、4、5提供的便携式荧光检测装置的待测样品管33中进行恒温扩增，荧光探针在thf处被切割，荧光信号因失去淬灭作用而被释放，反应过程中进行分别进行荧光检测。温度设定为40℃，反应30分钟，进行荧光数值扫描读取。反应30分钟结束后，将试剂在80℃恒温金属浴上灭活10分钟，彻底终止反应，降温至40℃左右后，再将管子放回，并重复检测20次，总计耗时1小时，考察4种便携式荧光检测装置的耗电量和使用过程的状态，并根据检测结果计算检测均值和偏差cv％，结果如表1所示。
65.表1、使用效果比较
[0066][0067]
由表1的检测结果可以看出，当便携式荧光检测装置的样品池模块1未设置隔热装置(实施例3或5)时，检测过程耗电量明显上升，且设备外壳容易发烫，同时由于未能对样品管3的上端提供支撑，样品管3不稳固，容易出现侧翻；当便携式荧光检测装置的样品池模块1的槽体6和待测样品管33都为圆柱形(实施例4或5)时，检测时必需标准激光发射位置和检测位置正好通过样品溶液的中心位置，过程繁琐，易出现误差，且检测结果重复性较差，偏差cv％明显提高；而采用本实用新型提供的便携式荧光检测装置时，则能完全解决上述问题，使用更加方便稳定，检测结果更精准，重复性高。
[0068]
虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。如根据其在医学上的应用范围均可做扩展。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。