CN106987522B - 基因扩增仪的热盖装置及控制方法 - Google Patents

基因扩增仪的热盖装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基因扩增仪的热盖装置及控制方法，热盖装置包括由上至下依次设置的热盖压板、热盖隔热垫、加热膜、热盖铝板和柔性热盖垫；还包括设于箱体上的控制器，升降结构，与升降结构上端连接的转动结构，热盖与转动结构连接，热盖上设有多个与基因扩增模块中的各个试管插孔相对应的竖筒，每个竖筒中均设有气囊，气囊下端设有盖板，各个气囊均通过导气管与储气罐连接，储气罐中设有压力传感器，储气罐上设有气泵。本发明具有密封效果好、检测精确度高的特点。

Description

基因扩增仪的热盖装置及控制方法
技术领域
本发明涉及基因扩增设备技术领域，尤其是涉及一种密封效果好、检测精确度高的基因扩增仪的热盖装置及控制方法。
背景技术
基因扩增仪是生物科研与基因复制等领域不可缺少的仪器，也是生物学基因工程领域研究所必备的仪器。基因扩展仪器在使用的时候，先把需要扩增的基因溶液加入到试管里面，再往试管里面加入相关试剂，然后把试管放置在基因扩增仪内的加热模块上对试管进行加热，通过温度变化，使试管内被测试的基因迅速扩增，从而达到基因的扩增试验要求。
在做基因扩增仪实验的时候，必须盖好基因扩增仪的上盖，通过调节试管口上端的热盖，把试管口压紧并严格密封，避免试管内的液体由于受热蒸发导致试验结果出现偏差。
中国专利授权公告号：CN201080478Y，授权公告日2008年07月02日，公开了一种“基因扩增仪热盖压紧装置”，它包括压紧机构、热盖、滑道和调节旋钮，其特征是压紧机构与调节旋钮之间安装可以使压紧机构升降的螺杆，压紧机构与热盖之间的四根联接轴上各安装了同质弹簧，压紧机构的四周有对称分布的平衡滚轮，平衡滚轮与滑道吻合构成滑动配合连接。不足之处是，这种基因扩增仪热盖压紧装置，只有简单的升降功能，而对升降过程中，热盖对试管的压力大小却无法准确掌握，只能够凭借操作者的经验来调节热盖与试管的压紧强度，对于不同高度或不同强度的试管，操作者要对压紧机构升降多少，全凭借操作者的经验，容易造成因操作不当压破试管或压紧试管的强度不合适。
发明内容
本发明的发明目的是为了克服现有技术中的密封效果差、检测精度低的不足，提供了一种密封效果好、检测精确度高的基因扩增仪及控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基因扩增仪的热盖装置，基因扩增仪包括箱体，设于箱体内的基因扩增模块和加热装置，热盖装置包括由上至下依次设置的热盖压板、热盖隔热垫、加热膜、热盖铝板和柔性热盖垫；还包括设于箱体上的控制器，升降结构，与升降结构上端连接的转动结构，热盖与转动结构连接，热盖上设有若干个与基因扩增模块中的各个试管插孔相对应的竖筒，每个竖筒中均设有气囊，气囊下端设有盖板，各个气囊均通过导气管与储气罐连接，储气罐中设有压力传感器，储气罐上设有气泵，每个导气管上均设有电磁阀，基因扩增模块中设有温度传感器，控制器分别与温度传感器、加热膜、气泵、加热装置、升降结构、转动结构、压气传感器和各个电磁阀电连接。
本发明利用储气罐的气压统一控制气囊对各个盖板的压力，从而使不同高度的试管与其对应的盖板之间的压力均保持一致，升降装置和转动装置分别用于升降和转动热盖，各个电磁阀用于控制给有试管的竖槽内的气囊充气。
作为优选，每个竖筒的外周壁上均设有筒状的第一电磁铁，每个盖板的侧面上均设有环形的第二电磁铁，竖筒下部内设有第三电磁铁和若干个弹性突起，弹性突起与试管接触的端面上设有缓冲垫；各个第一电磁铁、各个第二电磁铁和各个第三电磁铁均与控制器电连接。
第一电磁铁和第二电磁铁用于将盖板的位置固定，防止因为气囊的气压不稳，而造成盖板的移位。第三电磁铁用于控制弹性突起的伸缩。
作为优选，每个竖筒的内侧壁上均设有若干条导向竖筋，各个竖筒的盖板上设有与各条导向竖筋相对应的缺口。各条导向竖筋为盖板的移动提供导向作用。
作为优选，升降结构包括设于箱体侧壁上的固定板、两条竖向滑轨和固定框架；固定框架与两条竖向滑轨滑动连接，升降电机通过设有外螺纹的转轴与固定框架连接，升降电机均与控制器电连接；所述转动结构包括设于固定框架上部的轴支撑架、设于轴支撑架上的转轴，与转轴连接的旋转电机，与转轴连接的转动臂，转动臂与热盖连接，旋转电机与控制器电连接。
作为优选，热盖铝板包括矩形盖板和设于矩形盖板边缘上并向下垂直延伸的矩形围板，矩形围板上设有m个通孔，每个通孔均与喇叭形开口联通，喇叭形开口向下张开；柔性热盖垫包括矩形垫板和设于矩形垫板边缘上的向上弯折的弯折边，矩形垫板上设有分别与各个通孔配合的m个凸起。
一种基因扩增仪的热盖装置的控制方法，包括如下步骤：
(6-1)工作人员将若干个实验用的试管分别放入各个试管插孔中，控制器控制第三电磁铁通电，各个弹性突起被吸回竖筒侧壁内；控制器控制转动结构带动热盖旋转到水平位置，控制器控制升降结构带动热盖下降到预设位置，各个试管分别伸入竖筒内；
(6-2)压力传感器检测储气罐中的压力，控制器控制气泵工作，储气罐中的空气压力逐渐增加，T1分钟后，使储气罐中的气体压力始终处于控制器中预设的压力范围[A1，A2]内；
对于有试管的竖筒，控制器控制与该竖筒内的气囊连接的导气管的电磁阀打开，气囊带动各个盖板向下移动；
(6-3)
(6-3-1)控制器控制储气罐的气压维持在压力范围[A1，A2]内；
(6-3-2)控制器控制有试管的竖筒的第一电磁铁和对应第二电磁铁通电，第一电磁铁和第二电磁铁在磁力的作用下相互吸引，盖板保持稳定；
(6-4)控制器控制加热膜和加热装置给各个试管进行加热，温度传感器检测温度，控制器中设有标准温度范围，当在标准温度范围内加热的时间达到T后，控制器控制气泵工作，使储气罐中的气压逐渐降低；控制器控制各个第一电磁铁和各个第二电磁铁断电；
(6-5)控制器控制加热膜和加热装置停止加热，控制器控制各个第三电磁铁断电，各个弹性突起伸出；
控制器控制升降结构带动热盖上升，各个试管被弹性突起夹持上升，当试管完全离开箱体时，工作人员通过控制器控制升降电机停止工作，工作人员取出各个试管。
作为优选，步骤(6-3-1)和步骤(6-3-2)之间包括如下步骤：
(7-1)控制器选取压力传感器前后两个长度均为L的时间段内的检测值；其中，前后两个时间段分别为时间段A和时间段B，L＝n×TT，则控制获得时间段A和时间段B内压力传感器的n个检测值；
(7-2)设定时间段A的每个检测值Sc为xi，时间段B的每个检测值Sc为yi，i＝1，2，...，n；
利用公式计算两个时间段对应Sc的相似度；
(7-3)若si＜1，则将与si对应的yi删除；其中，x为时间段A内所有Sc的平均值，是时间段B内所有Sc的平均值；
(7-4)控制器利用时间段B内剩余的yi组成压力传感器的检测信号I(t)；
(7-5)将I(t)输入相干共振模型中，调整相干共振模型的μ值，使相干共振模型发生共振；
(7-6)相干共振模型输出互相关系数，若互相关系数在区间[0.85，1.1]内时，转入步骤(6-3-2)；否则转入步骤(6-3-1)。
互相关系数是否在设定区间的判断，可以使本发明在储气罐的压力满足要求的区间内将盖板的位置固定，从而既满足了密封性的要求，又保证试管不被损坏，提高了检测的精确性，提高了实验成功率，降低了生产成本。
作为优选，所述相干共振模型为
其中，V(t)是模型触发单元动作电位，VT是模型触发动作阈值电位，VR是触发单元动作完成之后的回复电位，μτ是模型触发动作后静息状态参量，VR＜VT，ξ(t)高斯随机激励参量，V(t)是相干共振模型的实时电位，μ是相干共振模型的调整系数，τ是相干共振模型的静息常数，V(t+)是相干共振模型在t+时刻的实时电位，V2(t)是V(t)的平方，μ2τ是μ2与τ的乘积。
作为优选，每个盖板的下表面边缘上均设有垂直与盖板的围板，围板内设有设有环形竖槽，环形竖槽内设有密封圈。
围板、环形竖槽和密封圈的设置，使盖板的密封效果更好。
因此，本发明具有如下有益效果：
利用储气罐的气压统一控制每个气囊与其对应盖板的压力，从而使不同高度的试管与其对应的盖板之间的压力均保持一致，满足实验所用试管型号的多样性的要求；
密封效果好，试管不易被损坏，提高了检测的精确性，提高了实验成功率，降低了生产成本。
图1是本发明的一种结构示意图；
图2是本发明的热盖的一种剖视图；
图3是本发明的热盖的一种分解的结构示意图；
图4是本发明的一种原理框图；
图5是本发明的一种流程图。
图中：箱体111、热盖压板1、热盖隔热垫2、加热膜3、热盖铝板4、柔性热盖垫5、控制器112、升降结构113、转动结构114、竖筒115、气囊116、盖板117、导气管119、储气罐118、压力传感器1181、有气泵1182、电磁阀1191、第一电磁铁1110、第二电磁铁1111、第三电磁铁1112、固定板1131、固定框架1133、升降电机1134、轴支撑架1141、转轴1142、旋转电机1143、转动臂1144、矩形盖板42、矩形围板43、通孔44、喇叭形开口45、矩形垫板51、弯折边52、凸起53、螺帽412。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1所示的一种基因扩增仪的热盖装置，基因扩增仪包括箱体111，设于箱体内的基因扩增模块和加热装置，如图3所示，热盖装置包括由上至下依次设置的热盖压板1、热盖隔热垫2、加热膜3、热盖铝板4和柔性热盖垫5；还包括设于箱体上的控制器112，升降结构113，与升降结构上端连接的转动结构114，热盖与转动结构连接，如图2所示，热盖上设有多个与基因扩增模块中的各个试管插孔相对应的竖筒115，每个竖筒中均设有气囊116，气囊下端设有盖板117，各个气囊均通过导气管119与储气罐118连接，如图4所示，储气罐中设有压力传感器1181，储气罐上设有气泵1182，每个导气管上均设有电磁阀1191，基因扩增模块中设有温度传感器，控制器分别与温度传感器、加热膜、气泵、加热装置、升降结构、转动结构、压气传感器和各个电磁阀电连接。
每个竖筒的外周壁上均设有筒状的第一电磁铁1110，每个盖板的侧面上均设有环形的第二电磁铁1111，竖筒下部内设有第三电磁铁1112和多个弹性突起，弹性突起与试管接触的端面上设有缓冲垫；各个第一电磁铁和各个第二电磁铁均与控制器电连接。
每个竖筒的内侧壁上均设有若干条导向竖筋，各个竖筒的盖板上设有与各条导向竖筋相对应的缺口。
如图1所示，升降结构包括设于箱体侧壁上的固定板1131、设于固定板上的限位传感器1132、两条竖向滑轨和固定框架1133；固定框架与两条竖向滑轨滑动连接，升降电机1134通过设有外螺纹的转轴与固定框架连接，限位传感器和升降电机均与控制器电连接；所述转动结构包括设于固定框架上部的轴支撑架1141、设于轴支撑架上的转轴1142，与转轴连接的旋转电机1143，与转轴连接的转动臂1144，转动臂与热盖连接，旋转电机与控制器电连接。
如图3所示，热盖铝板包括矩形盖板42和设于矩形盖板边缘上并向下垂直延伸的矩形围板43，矩形围板上设有14个通孔44，每个通孔均与喇叭形开口45联通，喇叭形开口向下张开；柔性热盖垫包括矩形垫板51和设于矩形垫板边缘上的向上弯折的弯折边52，矩形垫板上设有分别与各个通孔配合的14个凸起53，还包括4个螺帽412。
每个盖板的下表面边缘上均设有垂直与盖板的围板，围板内设有设有环形竖槽，环形竖槽内设有可与试管口接触的密封圈。
如图5所示，一种基因扩增仪的热盖装置的控制方法，包括如下步骤：
步骤100，安装试管、盖上热盖
工作人员将8个实验用的试管分别放入各个试管插孔中，控制器控制第三电磁铁通电，各个弹性突起被吸回竖筒侧壁内；控制器控制转动结构带动热盖旋转到水平位置，控制器控制升降结构带动热盖下降到预设位置，各个试管分别伸入竖筒内；
步骤200，给各个气囊充气，每个盖板与每个试管口接触
压力传感器检测储气罐中的压力，控制器控制气泵工作，储气罐中的空气压力逐渐增加，5分钟后，使储气罐中的气体压力始终处于控制器中预设的压力范围[A1，A2]内；
对于有试管的竖筒，控制器控制与该竖筒内的气囊连接的导气管的电磁阀打开，气囊带动各个盖板向下移动；
步骤300，选择合适的区间固定盖板
步骤310，控制器控制储气罐的气压维持在压力范围[A1，A2]内；
(7-1)控制器选取压力传感器前后两个长度均为L的时间段内的检测值；其中，前后两个时间段分别为时间段A和时间段B，L＝n×TT，则控制获得时间段A和时间段B内压力传感器的n个检测值，n＝60，L为1分钟，LL为1秒；
(7-2)设定时间段A的每个检测值Sc为xi，时间段B的每个检测值Sc为yi，i＝1，2，...，n；
利用公式计算两个时间段对应Sc的相似度；
(7-3)若si＜1，则将与si对应的yi删除；其中，x为时间段A内所有Sc的平均值，是时间段B内所有Sc的平均值；
(7-4)控制器利用时间段B内剩余的yi组成压力传感器的检测信号I(t)；
(7-5)将I(t)输入相干共振模型中，调整相干共振模型的μ值，使相干共振模型发生共振；
其中，V(t)是模型触发单元动作电位，VT是模型触发动作阈值电位，VR是触发单元动作完成之后的回复电位，μτ是模型触发动作后静息状态参量，VR＜VT，ξ(t)高斯随机激励参量，V(t)是相干共振模型的实时电位，μ是相干共振模型的调整系数，τ是相干共振模型的静息常数，V(t+)是相干共振模型在t+时刻的实时电位，V2(t)是V(t)的平方，μ2τ是μ2与τ的乘积；
(7-6)相干共振模型输出互相关系数，若互相关系数在区间[0.85，1.1]内时，转入步骤320；否则转入步骤310。
步骤320，控制器控制有试管的竖槽的第一电磁铁和对应第二电磁铁通电，第一电磁铁和第二电磁铁在磁力的作用下相互吸引，盖板保持稳定；
步骤400，加热试管
控制器控制加热膜和加热装置给各个试管进行加热，温度传感器检测温度，控制器中设有标准温度范围，当在标准温度范围内加热的时间达到2小时后，控制器控制气泵工作，使储气罐中的气压逐渐降低；控制器控制各个第一电磁铁和各个第二电磁铁断电；
步骤500，取出试管
控制器控制加热膜和加热装置停止加热，控制器控制各个第三电磁铁断电，各个弹性突起伸出；
控制器控制升降结构带动热盖上升，各个试管被弹性突起夹持上升，当试管完全离开箱体时，工作人员通过控制器控制升降电机停止工作，工作人员取出各个试管。
应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种具有热盖装置的基因扩增仪，基因扩增仪包括箱体(111)，设于箱体内的基因扩增模块和加热装置，其特征是，热盖装置包括由上至下依次设置的热盖压板(1)、热盖隔热垫(2)、加热膜(3)、热盖铝板(4)和柔性热盖垫(5)；还包括设于箱体上的控制器(112)，升降结构(113)，与升降结构上端连接的转动结构(114)，热盖与转动结构连接，热盖上设有若干个与基因扩增模块中的各个试管插孔相对应的竖筒(115)，每个竖筒中均设有气囊(116)，气囊下端设有盖板(117)，各个气囊均通过导气管(119)与储气罐(118)连接，储气罐中设有压力传感器(1181)，储气罐上设有气泵(1182)，每个导气管上均设有电磁阀(1191)，基因扩增模块中设有温度传感器，控制器分别与温度传感器、加热膜、气泵、加热装置、升降结构、转动结构、压气传感器和各个电磁阀电连接。
2.根据权利要求1所述的具有热盖装置的基因扩增仪，其特征是，每个竖筒的外周壁上均设有筒状的第一电磁铁(1110)，每个盖板的侧面上均设有环形的第二电磁铁(1111)，竖筒下部内设有第三电磁铁(1112)和若干个弹性突起，弹性突起与试管接触的端面上设有缓冲垫；各个第一电磁铁、各个第二电磁铁和各个第三电磁铁均与控制器电连接。
3.根据权利要求1所述的具有热盖装置的基因扩增仪，其特征是，每个竖筒的内侧壁上均设有若干条导向竖筋，各个竖筒的盖板上设有与各条导向竖筋相对应的缺口。
4.根据权利要求1所述的具有热盖装置的基因扩增仪，其特征是，所述升降结构包括设于箱体侧壁上的固定板(1131)、两条竖向滑轨和固定框架(1133)；固定框架与两条竖向滑轨滑动连接，升降电机(1134)通过设有外螺纹的转轴与固定框架连接，升降电机均与控制器电连接；所述转动结构包括设于固定框架上部的轴支撑架(1141)、设于轴支撑架上的转轴(1142)，与转轴连接的旋转电机(1143)，与转轴连接的转动臂(1144)，转动臂与热盖连接，旋转电机与控制器电连接。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的具有热盖装置的基因扩增仪，其特征是，热盖铝板包括矩形盖板(42)和设于矩形盖板边缘上并向下垂直延伸的矩形围板(43)，矩形围板上设有m个通孔(44)，每个通孔均与喇叭形开口(45)联通，喇叭形开口向下张开；柔性热盖垫包括矩形垫板(51)和设于矩形垫板边缘上的向上弯折的弯折边(52)，矩形垫板上设有分别与各个通孔配合的m个凸起(53)。
6.一种基于权利要求2所述的具有热盖装置的基因扩增仪的控制方法，其特征是，包括如下步骤：
(6-1)工作人员将若干个实验用的试管分别放入各个试管插孔中，控制器控制第三电磁铁通电，各个弹性突起被吸回竖筒侧壁内；控制器控制转动结构带动热盖旋转到水平位置，控制器控制升降结构带动热盖下降到预设位置，各个试管分别伸入竖筒内；
(6-2)压力传感器检测储气罐中的压力，控制器控制气泵工作，储气罐中的空气压力逐渐增加，T1分钟后，使储气罐中的气体压力始终处于控制器中预设的压力范围[A1，A2]内；
对于有试管的竖筒，控制器控制与该竖筒内的气囊连接的导气管的电磁阀打开，气囊带动各个盖板向下移动；
(6-3)
(6-3-1)控制器控制储气罐的气压维持在压力范围[A1，A2]内；
(6-3-2)控制器控制有试管的竖筒的第一电磁铁和对应第二电磁铁通电，第一电磁铁和第二电磁铁在磁力的作用下相互吸引，盖板保持稳定；
(6-4)控制器控制加热膜和加热装置给各个试管进行加热，温度传感器检测温度，控制器中设有标准温度范围，当在标准温度范围内加热的时间达到T后，控制器控制气泵工作，使储气罐中的气压逐渐降低；控制器控制各个第一电磁铁和各个第二电磁铁断电；
(6-5)控制器控制加热膜和加热装置停止加热，控制器控制各个第三电磁铁断电，各个弹性突起伸出；
控制器控制升降结构带动热盖上升，各个试管被弹性突起夹持上升，当试管完全离开箱体时，工作人员通过控制器控制升降电机停止工作，工作人员取出各个试管。
7.根据权利要求6所述的具有热盖装置的基因扩增仪的控制方法，其特征是，步骤(6-3-1)和步骤(6-3-2)之间包括如下步骤：
(7-1)控制器选取压力传感器前后两个长度均为L的时间段内的检测值；其中，前后两个时间段分别为时间段A和时间段B，L＝n×TT，则控制获得时间段A和时间段B内压力传感器的n个检测值；
(7-2)设定时间段A的每个检测值Sc为xi，时间段B的每个检测值Sc为yi，i＝1，2，...，n；
利用公式计算两个时间段对应Sc的相似度；
(7-3)若si＜1，则将与si对应的yi删除；其中，为时间段A内所有Sc的平均值，是时间段B内所有Sc的平均值；
(7-4)控制器利用时间段B内剩余的yi组成压力传感器的检测信号I(t)；
(7-5)将I(t)输入相干共振模型中，调整相干共振模型的μ值，使相干共振模型发生共振；
(7-6)相干共振模型输出互相关系数，若互相关系数在区间[0.85，1.1]内时，转入步骤(6-3-2)；否则转入步骤(6-3-1)。
8.根据权利要求7所述的具有热盖装置的基因扩增仪的控制方法，其特征是，所述相干共振模型为
其中，V(t)是模型触发单元动作电位，VT是模型触发动作阈值电位，VR是触发单元动作完成之后的回复电位，μτ是模型触发动作后静息状态参量，VR＜VT，ξ(t)高斯随机激励参量，V(t)是相干共振模型的实时电位，μ是相干共振模型的调整系数，τ是相干共振模型的静息常数，V(t+)是相干共振模型在t+时刻的实时电位，V2(t)是V(t)的平方，μ2τ是μ2与τ的乘积。
9.根据权利要求7或8所述的具有热盖装置的基因扩增仪的控制方法，其特征是，每个盖板的下表面边缘上均设有垂直与盖板的围板，围板内设有设有环形竖槽，环形竖槽内设有可与试管口接触的密封圈。
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