CN110724631B - 一种核酸扩增仪加热控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种核酸扩增仪加热控制装置，包括芯片机构、加热模块，散热模块、传送机构、加热盖板机构、控制单元，所述芯片机构包括芯片安装支架、芯片，所述芯片安装在芯片安装支架上，所述芯片包括反应底板、毛细管，所述反应底板上设置有凹槽，所述毛细管排列设置在凹槽内，所述芯片上还设置有至少两个温度传感器；所述芯片机构上还设置有加热盖板机构，用于密封和加热芯片；所述加热盖板机构设置在所述芯片机构上，所述传送机构包括移动底座，所述加热模块和散热模块从上至下设置于移动底座上；上述装置能够使PCR反应快速精准实现升降温。

Description

一种核酸扩增仪加热控制装置
技术领域
本发明属于核酸扩增技术领域，尤其涉及一种核酸扩增仪加热控制装置。
背景技术
核酸扩增技术，尤其是数字聚合酶链反应技术(Polymerase Chain Reaction简称PCR)，是一种用于扩增特定的DNA分子片段的分子生物技术，它以DNA分子为模板，由一对人工合成的特异寡核苷酸引物，通过DNA聚合酶酶促反应，快速扩增特异DNA分子片段，在生物学上具有极其重要的作用。PCR反应的基本过程分为三步。第一步，DNA变性(94℃)，双链DNA模板在热作用下氢键断裂，形成单链DNA；第二步，退火(55℃)，***温度降低，引物与DNA模板结合，形成局部双链；第三步，延伸(72℃)，在Taq酶的作用下，以dNTP为原料从引物的5端到3端延伸，合成与模板互补的DNA链。PCR仪就是通过控制样品达到不同温度，对被扩增的DNA片段进行变性、退火和聚合处理，以达到将DNA片段的量成倍扩增的目的。因此，温度控制的精度，升降温的速度，直接影响DNA片段扩增的效率。
专利文献CN109929753A公开了一种数字化核酸扩增仪的风机模块，包括风机模块框架、散热片、制冷片，其中所述风机模块还包括变速风扇、温度传感器、温度控制器、风扇转速控制器；变速风扇、温度传感器、温度控制器、风扇转速控制器彼此之间为电气连接，变速风扇的转速与芯片温度存在一一对应关系，可根据芯片温度实时调节变速风扇转速，使散热快速进行并且散热过程受控；
专利文献CN106047688A公开了一种聚合酶链式反应仪及其温度控制***，其中，该***包括：包含有超导材料层的加热模块，加热模块与多孔反应板贴合，用于对多孔反应板进行温度调节；温度传感器，用于检测多孔反应板的温度；控制器，与加热模块和温度传感器分别相连接，用于控制加热模块对多孔反应板的温度调节。通过上述发明能够快速地对PCR仪的多孔反应板进行加热或者降温，实现样本温度的快速调节。
上述专利文献虽然均可以一定程度上实现控温，但是PCR反应的三个阶段均在统一加热和制冷模块上执行，会影响其控温效果，尤其不能快速地升温。
发明内容
为解决上述存在的技术问题，本发明提供一种核酸扩增仪加热控制装置以及控制方法，能够使PCR反应快速精准实现升降温。
一方面，本发明提供了一种核酸扩增仪加热控制装置，其特征在于，包括芯片机构、加热模块，散热模块、传送机构、加热盖板机构、控制单元，所述芯片机构包括芯片安装支架、芯片，所述芯片安装在芯片安装支架上，所述芯片包括反应底板、毛细管，所述反应底板上设置有凹槽，所述毛细管排列设置在凹槽内，所述芯片上还设置有至少两个温度传感器；所述芯片机构上还设置有加热盖板机构，用于密封和加热芯片；所述加热盖板机构设置在所述芯片机构上，所述传送机构包括移动底座，所述加热模块和散热模块从上至下设置于移动底座上；
所述加热模块包括第一加热区域、第二加热区域和第三加热区域；所述第一加热区域、第二加热区域和第三加热区域均包括第一导热板、第二导热板、一级制冷片、二级制冷片，所述第一导热板、一级制冷片、第二导热板、二级制冷片从上到下依次排列；
所述散热模块包括散热支架、风扇，所述第一加热区域、第二加热区域和第三加热区域从左到右依次排布在散热支架上，所述散热支架下方设置有风扇；
所述控制单元用于根据温度传感器检测到的实时温度控制加热模块、加热盖板机构以及散热模块工作；所述控制单元用于根据芯片的位置控制传送机构的运行。
优选地，所述散热支架与风扇之间还设置有散热板，所述散热板上设置有若干个散热孔。
优选地，在延伸阶段时，所述传送机构控制芯片位于所述第一加热区域的第一导热板上，在变性阶段时，所述传送机构控制芯片位于所述第二加热区域的第一导热板上，在退火阶段时，所述传送机构控制芯片位于所述第三加热区域的第一导热板上。
优选地，第一加热区域与第二加热区域之间设置有左隔离块，所述第二加热区域与第三加热区域之间设置有右隔离块。
优选地，芯片上还设置有位移传感器，所述位移传感器用于检测在核酸扩增反应时传送机构是否准确将芯片传送至对应的第一导热板，所述第一导热板与所述芯片机构底部的长宽相等。
优选地，所述传送结构还包括两个固定基座，所述移动底座安装在两个固定基座上。
优选地，所述两个固定基座上均设置有滑槽，所述移动底座的两侧位于滑槽内，且所述移动底座下方设置有电机，所述控制单元控制电机带动所述移动底座在滑槽内水平运动。
优选地，所述加热盖板机构包括加热盖板、加热盖板支架，所述加热盖板底面设置有电热片，所述控制单元控制电热片加热，所述加热盖板支架包括顶部盖板及侧部盖板，侧部盖板连接于顶部盖板的边缘。
优选地，所述芯片安装支架上设有两个基座，所述两个基座上设置有芯片安装台，所述芯片两侧设置有卡位，所述芯片的卡位分别卡接在芯片安装台上，所述加热盖板盖合在芯片上方。
优选地，本发明中的电热片与芯片之间设置有弹性机构，避免损坏、压碎芯片。
另一方面，本发明还提供了一种核酸扩增仪加热控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：控制单元控制传送机构将芯片机构传送至第一加热区域的第一导热板上，并用位移传感器检测是否芯片机构底部与第一加热区域的第一导热板相对应，若对应，则通过控制单元控制传送机构停止，若不对应，传送机构继续传送芯片机构直至位移传感器检测芯片机构底部与第一加热区域的第一导热板对应，然后控制单元控制第一加热区域加热，直至达到在第一加热区域设定的温度T1并保持期望的时间t1；
S2：当在第一加热区域T1温度下保持t1时间后，控制单元控制传送机构将芯片机构传送至第二加热区域的第一导热板，并用位移传感器检测是否芯片机构底部与第二加热区域的第一导热板相对应，若对应，则通过控制单元控制传送机构停止，若不对应，传送机构继续传送芯片机构直至位移传感器检测芯片机构底部与第二加热区域的第一导热板的对应；控制单元控制第二加热区域加热，若在期望的时间t2后还未达到第二加热区域设定的温度T2，则控制单元控制加热盖板机构加热，直至达到第二加热区域设定的温度T2并保持期望的时间t3；
S3：当在第二加热区域T2温度下保持t3时间后，控制单元关闭加热盖板机构的热源；
S4：控制单元控制传送机构将芯片机构传送至第三加热区域的第一导热板，并用位移传感器检测是否芯片机构底部与第三加热区域的第一导热板相对应，若对应，则通过控制单元控制传送机构停止，若不对应，传送机构继续传送芯片机构直至位移传感器检测芯片机构底部与第三加热区域的第一导热板对应；控制单元根据芯片上的温度传感器显示的温度控制风扇的功率，若温度传感器显示的温度远远大于第三加热区域设定的温度T3，则加大风扇的功率，若温度传感器显示的温度低于第三加热区域设定的温度T3，则通过控制单元控制第三加热区域加热，直至保持期望的时间t4。
优选地，在延伸反应阶段，也就是芯片机构在第一加热区域时，若温度传感器的温度在期望的时间内远远低于设定温度T1，则控制单元可以控制加热盖板机构加热，直至温度升到T1；
优选地，在退火反应阶段，也就是芯片机构在第三加热区域时，若温度传感器的温度在期望的时间内远远低于设定温度T3，则控制单元可以控制加热盖板机构加热，直至温度升到T3；
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明根据核酸扩增反应的三个不同阶段分别通过移动底板将芯片机构传送至三个不同加热区域，使得芯片中毛细管的反应液能够实现快速的升降温度，尤其是本发明的芯片的上端设置有电级片，下端设置有一级制冷片和二级制冷片，即芯片的上下两端均设置有热源，因此，在核酸扩增的变性区能够迅速的升温，同时，若其他区域温度不能快速上升，同样可以使用上下两端的热源，进行快速精准升温。
(2)本发明提供的加热盖板机构不仅能起到加热的作用，而且能够用于密封芯片，使得芯片中的反应体系更加安全可靠，无交叉污染。
(3)本发明提供的核酸扩增仪加热控制方法能够使PCR反应快速精准实现升降温。
(4)本发明提供的控制装置和方法可以根据PCR三个阶段不同的温度要求，通过控制单元控制加热模块和加热盖板机构的电热片来快速实现精准的升降温度。
附图说明
图1是本发明提供的加热盖板机构和芯片机构的剖面图。
图2是本发明提供的加热模块单个加热区域的结构示意图；
图3是本发明提供加热模块和散热模块的结构示意图；
图4是本发明提供的传送机构的结构示意图。
附图标记表示：
1、芯片；2、加热盖板；3、电级片；4、基座；5、顶部盖板；6、侧部盖板；7：第一导热板；8、一级制冷片；9：二级制冷片；10：第一加热区域；11、第二加热区域；12、第三加热区域；13、散热板；14、散热支架；15、风扇；16、左隔离块；17、右隔离块；18、移动底座；19、固定基座；20、第二导热板。
具体实施方式
下面结合附图针对本发明作进一步实例描述：
如图1-4所示，图1是本发明提供的加热盖板机构和芯片机构的剖面图。图2是本发明提供的加热模块单个加热区域的结构示意图；图3是本发明提供加热模块和散热模块的结构示意图；图4是本发明提供的传送机构的结构示意图。
一方面，本发明提供了一种核酸扩增仪加热控制装置，包括芯片机构、加热模块，散热模块、传送机构、加热盖板机构、控制单元，所述芯片机构包括芯片安装支架、芯片1，所述芯片1安装在芯片安装支架上，所述芯片1包括反应底板、毛细管，所述反应底板上设置有凹槽，所述毛细管排列设置在凹槽内，所述芯片上还设置有至少两个温度传感器；所述芯片机构上还设置有加热盖板机构，用于密封和加热芯片；所述加热盖板机构设置在所述芯片机构上，所述传送机构包括移动底座18，所述加热模块和散热模块从上至下设置于移动底座18上；
其中，本发明提供的加热模块包括第一加热区域、第二加热区域和第三加热区域；所述第一加热区域10、第二加热区域11和第三加热区域12均包括第一导热板7、第二导热板20、一级制冷片8、二级制冷片9，所述第一导热板7、一级制冷片8、第二导热板20、二级制冷片9从上到下依次排列；具体的，第一导热板和第二导热板可以为铝板，其中，第一导热板、一级制冷片、第二导热板、二级制冷片可以使用导热粘合剂粘合在一起；
本发明提供的散热模块包括散热支架14、风扇15，所述第一加热区域10、第二加热区域11和第三加热区域12从左到右依次排布在散热支架14上，所述散热支架14下方设置有风扇15；其中，本发明的控制单元可以控制风扇的功率，使得风扇与散热支架和散热板共同作用溢出加热模块的热量。
其中，散热支架14与风扇15之间还设置有散热板13，所述散热板13上设置有若干个散热孔。
其中，所述控制单元用于根据温度传感器检测到的实时温度控制加热模块、加热盖板机构以及散热模块工作；所述控制单元用于根据芯片的位置控制传送机构的运行。
在延伸阶段时，所述传送机构控制芯片1位于所述第一加热区域的第一导热板上，使其延伸阶段在第一加热区域10反应，在变性阶段时，所述所述传送机构控制芯片位于所述第二加热区域11的第一导热板上，使其延变性阶段在第二加热区域12反应，在退火阶段时所述传送机构控制芯片位于所述第三加热区域的第一导热板上，使其退火阶段在第三加热区域反应。
本发明中提供的第一加热区域10与第二加热区域11之间设置有左隔离块16，所述第二加热区域11与第三加热区域12之间设置有右隔离块17。其中左隔离块16和右隔离块17是为了保证第一加热区域、第二加热区域、第三加热区域分别独立运动，互不干扰，使其能够精准控温。
其中，本发明提供的芯片上还设置有位移传感器，所述位移传感器用于检测在核酸扩增反应时传送机构是否准确将芯片传送至对应的第一导热板，所述第一导热板与所述芯片机构底部的长宽相等。
本发明提供的传送结构还包括两个固定基座19，所述移动底座18安装在两个固定基座19上。其中，本发明提供的所述两个固定基座19上均设置有滑槽，所述移动底座18的两侧位于滑槽内，且所述移动底座下方设置有电机，所述控制单元控制电机带动所述移动底座18在滑槽内水平运动。
本发明提供的加热盖板机构包括加热盖板2、加热盖板支架，所述加热盖板底面设置有电热片3，所述控制单元控制电热片3加热，所述加热盖板支架包括顶部盖板5及侧部盖板6，侧部盖板6连接于顶部盖板5的边缘。
芯片安装支架上设置有两个基座4，所述两个基座4上设置有芯片安装台，所述芯片两侧设置有卡位，所述芯片1的卡位分别卡接在芯片安装台上，所述加热盖板2盖合在芯片上方。
其中，本发明提供的电热片3与芯片1之间还可设置有弹性机构，可以避免损坏、压碎芯片。
其中，本发明提供的控制单元被设置为主要使用一级制冷片和二级制冷片在延伸和退火阶段化热和/或冷却芯片，而此时，加热盖板机构处于关闭状态，或者可以在延伸和退火阶段化期间的加热功率低于变性阶段；控制单元可以控制一级制冷片和二级制冷片的加热和/或冷却能力，使得快速达到所需温度并保持所需时间。
另一方面，本发明还提供了一种核酸扩增仪加热控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：控制单元控制传送机构将芯片机构传送至第一加热区域的第一导热板上，并用位移传感器检测是否芯片机构底部与第一加热区域的第一导热板相对应，若对应，则通过控制单元控制传送机构停止，若不对应，传送机构继续传送芯片机构直至位移传感器检测芯片机构底部与第一加热区域的第一导热板对应，然后控制单元控制第一加热区域加热，直至达到在第一加热区域设定的温度T1并保持期望的时间t1；
S2：当在第一加热区域T1温度下保持t1时间后，控制单元控制传送机构将芯片机构传送至第二加热区域的第一导热板，并用位移传感器检测是否芯片机构底部与第二加热区域的第一导热板相对应，若对应，则通过控制单元控制传送机构停止，若不对应，传送机构继续传送芯片机构直至位移传感器检测芯片机构底部与第二加热区域的第一导热板的对应；控制单元控制第二加热区域加热，若在期望的时间t2后还未达到第二加热区域设定的温度T2，则控制单元控制加热盖板机构加热，直至达到第二加热区域设定的温度T2并保持期望的时间t3；
S3：当在第二加热区域T2温度下保持t3时间后，控制单元关闭加热盖板机构的热源；
S4：控制单元控制传送机构将芯片机构传送至第三加热区域的第一导热板，并用位移传感器检测是否芯片机构底部与第三加热区域的第一导热板相对应，若对应，则通过控制单元控制传送机构停止，若不对应，传送机构继续传送芯片机构直至位移传感器检测芯片机构底部与第三加热区域的第一导热板对应；控制单元根据芯片上的温度传感器显示的温度控制风扇的功率，若温度传感器显示的温度远远大于第三加热区域设定的温度T3，则加大风扇的功率，若温度传感器显示的温度低于第三加热区域设定的温度T3，则通过控制单元控制第三加热区域加热，直至保持期望的时间t4。
其中，在延伸反应阶段，也就是芯片机构在第一加热区域时，若温度传感器的温度在期望的时间内远远低于设定温度T1，则控制单元可以控制加热盖板机构加热，直至温度升到T1；
其中，在退火反应阶段，也就是芯片机构在第三加热区域时，若温度传感器的温度在期望的时间内远远低于设定温度T3，则控制单元可以控制加热盖板机构加热，直至温度升到T3；
以上所述仅为本发明的实施例子，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种核酸扩增仪加热控制装置，其特征在于，包括芯片机构、加热模块，散热模块、传送机构、加热盖板机构、控制单元，所述芯片机构包括芯片安装支架、芯片，所述芯片安装在芯片安装支架上，所述芯片包括反应底板、毛细管，所述反应底板上设置有凹槽，所述毛细管排列设置在凹槽内，所述芯片上还设置有至少两个温度传感器；所述芯片机构上还设置有加热盖板机构，用于密封和加热芯片；所述加热盖板机构设置在所述芯片机构上，所述传送机构包括移动底座，所述加热模块和散热模块从上至下设置于移动底座上；
所述加热模块包括第一加热区域、第二加热区域和第三加热区域；所述第一加热区域、第二加热区域和第三加热区域均包括第一导热板、第二导热板、一级制冷片、二级制冷片，所述第一导热板、一级制冷片、第二导热板、二级制冷片从上到下依次排列；
所述散热模块包括散热支架、风扇，所述第一加热区域、第二加热区域和第三加热区域从左到右依次排布在散热支架上，所述散热支架下方设置有风扇；
所述控制单元用于根据温度传感器检测到的实时温度控制加热模块、加热盖板机构以及散热模块工作；所述控制单元用于根据芯片的位置控制传送机构的运行；
在延伸阶段时，所述传送机构控制芯片位于所述第一加热区域的第一导热板上，在变性阶段时，所述传送机构控制芯片位于所述第二加热区域的第一导热板上，在退火阶段时，所述传送机构控制芯片位于所述第三加热区域的第一导热板上；
所述第一加热区域与第二加热区域之间设置有左隔离块，所述第二加热区域与第三加热区域之间设置有右隔离块；
所述芯片上还设置有位移传感器，所述位移传感器用于检测在核酸扩增反应时传送机构是否准确将芯片传送至对应的第一导热板，所述第一导热板的长宽与所述芯片机构底部的长宽相等。
2.一种根据权利要求1所述的核酸扩增仪加热控制装置，其特征在于，所述散热支架与风扇之间还设置有散热板，所述散热板上设置有若干个散热孔。
3.一种根据权利要求1所述的核酸扩增仪加热控制装置，其特征在于，所述传送结构还包括两个固定基座，所述移动底座安装在两个固定基座上。
4.一种根据权利要求3所述的核酸扩增仪加热控制装置，其特征在于，所述两个固定基座上均设置有滑槽，所述移动底座的两侧位于滑槽内，且所述移动底座下方设置有电机，所述控制单元控制电机带动所述移动底座在滑槽内水平运动。
5.一种根据权利要求1所述的核酸扩增仪加热控制装置，其特征在于，所述加热盖板机构包括加热盖板、加热盖板支架，所述加热盖板底面设置有电热片，所述控制单元控制电热片加热，所述加热盖板支架包括顶部盖板及侧部盖板，侧部盖板连接于顶部盖板的边缘。
6.一种根据权利要求5所述的核酸扩增仪加热控制装置，其特征在于，所述芯片安装支架上设有两个基座，所述两个基座上设置有芯片安装台，所述芯片两侧设置有卡位，所述芯片的卡位分别卡接在芯片安装台上，所述加热盖板盖合在芯片上方。
7.一种利用权利要求1-6中任一项所述的核酸扩增仪加热控制装置对核酸扩增仪进行加热控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：控制单元控制传送机构将芯片机构传送至第一加热区域的第一导热板上，并用位移传感器检测是否芯片机构底部与第一加热区域的第一导热板相对应，若对应，则通过控制单元控制传送机构停止，若不对应，传送机构继续传送芯片机构直至位移传感器检测芯片机构底部与第一加热区域的第一导热板对应，然后控制单元控制第一加热区域加热，直至达到在第一加热区域设定的温度T1并保持期望的时间t1；
S2：当在第一加热区域T1温度下保持t1时间后，控制单元控制传送机构将芯片机构传送至第二加热区域的第一导热板，并用位移传感器检测是否芯片机构底部与第二加热区域的第一导热板相对应，若对应，则通过控制单元控制传送机构停止，若不对应，传送机构继续传送芯片机构直至位移传感器检测芯片机构底部与第二加热区域的第一导热板的对应；控制单元控制第二加热区域加热，若在期望的时间t2后还未达到第二加热区域设定的温度T2，则控制单元控制加热盖板机构加热，直至达到第二加热区域设定的温度T2并保持期望的时间t3；
S3：当在第二加热区域T2温度下保持t3时间后，控制单元关闭加热盖板机构的热源；
S4：控制单元控制传送机构将芯片机构传送至第三加热区域的第一导热板，并用位移传感器检测是否芯片机构底部与第三加热区域的第一导热板相对应，若对应，则通过控制单元控制传送机构停止，若不对应，传送机构继续传送芯片机构直至位移传感器检测芯片机构底部与第三加热区域的第一导热板对应；控制单元根据芯片上的温度传感器显示的温度控制风扇的功率，若温度传感器显示的温度大于第三加热区域设定的温度T3，则加大风扇的功率，若温度传感器显示的温度低于第三加热区域设定的温度T3，则通过控制单元控制第三加热区域加热，直至保持期望的时间t4。
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