CN111139179A - 一种可独立控温的便携式等温扩增快速检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可独立控温的便携式恒温荧光检测仪，属于生物检测领域，包括外壳，所述外壳内设有多个光源模块、多个加热模块、多个散热模块、多个检测模块、热盖模块、接口模块、主控板和副控板，所述外壳上设有热盖模块，所述加热模块的下方设有散热模块，所述加热模块的一侧与光源模块相连接，另一侧与检测模块相连接。本发明采用了模块化的装置设计，生产商可根据客户需求定制不同孔位数量的检测仪器。同时，若检测仪器有多余的检测位，同一使用者可同时进行不同温度的恒温检测实验；不同使用者可在不影响他人正在使用的情况下进行检测实验，两者互不影响，提高了实验效率和仪器使用率。

Description

一种可独立控温的便携式等温扩增快速检测仪

技术领域

本发明涉及生物检测仪器领域，具体涉及一种可独立控温的便携式等温扩增快速检测仪。

背景技术

聚合酶链式反应（PCR）是指在DNA聚合酶的催化下，以母链DNA为模板，一特定引物为延伸起点，经过变性、退火、延伸等步骤，体外复制出与母链DNA互补的子链DNA的过程。其高特异性、高灵敏度的特点使其广泛应用于分子生物学领域。但常规的PCR技术需要昂贵的仪器，并且由于其变温过程需要体积较大的热循环设备，不利于携带。

近年来，随着核酸等温扩增技术兴起，相应的各种等温扩增检测仪器也陆续出现，由于其恒温和便携的特性，简化了仪器的复杂度和实验操作规程，同时可实时监控荧光强度的变化，有效避免假阴性情况的发生。

目前大多数便携式等温扩增仪器的连排孔加热后的温度成泊松分布，均匀性较差，孔间最大温差约0.5℃，而温度会影响荧光染料或者荧光探针的效率，最终导致荧光强度有所差异。虽然国外已经出现含等温扩增功能的PCR仪，但购置成本比普通的PCR仪更高，结构更加复杂，对大多数实验室研究者或专业检测人员来说并不适用。

中国发明专利申请号CN201910698218.1公开了一种自动化可控多温实时微生物检测仪，但是该方案中光电检测柱里光源和检测器的位置决定了检测孔与试管之间有空隙，而没有加聚光透镜的光源发出的部分激发光会在空隙中影响检测器的检测结果。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种可独立控温的便携式等温扩增快速检测仪。

本发明的技术方案如下：一种可独立控温的便携式恒温荧光检测仪，包括外壳，所述外壳内设有多个光源模块、多个加热模块、多个散热模块、多个检测模块、热盖模块、接口模块、主控板和副控板，所述外壳上设有热盖模块，所述加热模块的下方设有散热模块，所述加热模块的一侧与光源模块相连接，另一侧与检测模块相连接，所述热盖模块、光源模块、加热模块、散热模块和主控板分别与副控板相连接，所述主控板分别与检测模块和接口模块相连接。

所述加热模块包括基座、保温层、固定板、加热片、螺丝和铜柱，所述铜柱固定在外壳内部的底面上，所述铜柱上固定有固定板，所述固定板的中心固定有加热片，所述加热片的上方设有基座，所述基座和固定板通过螺丝相连接，所述基座内放置有加热试管，所述基座外设有保温层，所述加热片与副控板电性连接。

所述基座包括环圆柱形的基底和方形的套筒，所述套筒设在基底上，所述套筒的内壁与加热试管外壁相贴合，所述套筒前后对应光路通道和光纤通道处均有圆形开口，所述基座基底大小与加热片大小相同，所述固定板为Z型板。

所述散热模块包括散热片和风扇，所述散热片的两端固定在铜柱上，所述散热片的下方设有风扇，所述风扇和副控板相连接，所述散热片固定在加热片的下方。

所述光路模块包括光源、激发滤光片、透镜和光路通道，所述激发光源设在光路通道内部的一端，所述光路通道内设有透镜，所述光路通道分为两部分，一部分为符合光源尺寸的圆柱形光通道，以透镜为分界，另一部分是孔径逐渐缩小的截头圆锥形通道，所述光路通道底部有光源模块支架支撑，所述光源安装在副控板上，所述副控板通过副控板支架固定在外壳上。

所述热盖通过热盖转轴与外壳相连，所述热盖一端的下方设有若干个贴合部，每个贴合部的下部均设有加热膜和铜片，所述加热膜与副控板相连接，所述外壳上设有若干个与贴合部相配合的凹槽，各个凹槽之间通过隔条相互隔开，所述凹槽的底部设有隔热板，所述凹槽和隔热板与加热模块的上端相连。

所述热盖的顶端设有卡槽，所述外壳上方设有热盖卡锁，所述热盖卡锁和卡槽卡接配合，所述贴合部的四周设有密封胶条。

所述检测模块包括光纤通道、光纤固定器、松紧螺丝、光纤支架、光纤、暗盒、发射滤光片和检测器，所述光纤设在光纤通道内，所述光纤一端连接基座侧壁的开孔中，另一端连接暗盒，所述光纤通道的两端通过光纤固定器固定，所述光纤通道中的光纤通过光纤固定器上的松紧螺丝固定位置，所述暗盒安装在主控板上，所述暗盒中装有发射滤光片和光电检测器。

所述接口模块固定在外壳的侧面，所述接口模块包括USB-A接口，USB-B接口和电源接口，所述USB-A接口和USB-B接口与主控板相连接，所述电源接口与主控板电性相连，所述主控板与电池槽电性相连，所述电池槽内装有锂电池。

所述外壳上设有触摸屏和热敏打印机，所述触摸屏和热敏打印机与主控板相连接，所述外壳的底部四角设有底座支点，所述外壳的底部设有底散热口，所述外壳的侧面设有侧散热口。

本发明具有以下特点：采用了模块化的装置设计，结构简单且方便安装，生产商可根据客户需求定制不同孔位数量的检测仪器；控制***可单独控制每个的热盖模块的加热膜、加热模块的加热片和散热模块的风扇，便于后期调试进行温度补偿和荧光补偿，从而提高温度和荧光强度的均匀性，保证实时监控的准确度。同时，若检测仪器有多余的检测位，同一使用者可同时进行不同温度的恒温检测实验；不同使用者可在不影响他人正在使用的情况下进行检测实验，两者互不影响，提高了实验效率和仪器使用率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的截面图；

图3为本发明的左视图；

图4为本发明的仰视图；

图中：100-热盖模块；101-光源模块；102加热模块；103-散热模块；104-检测模块；105-接口模块；106-电池槽；107-热敏打印机；108-触摸屏；1-热盖；2-热盖卡锁；3-密封胶条；4-外壳；5-加热膜；6-铜片；7-加热试管；8-隔热板；9-保温层；10-基座；11-松紧螺丝；12光纤固定器；13-螺丝；14-垫片；15-固定板；16-铜柱；17-加热片；18-散热片；19-风扇；20-热盖转轴；21-光路通道；22-激发滤光片；23-聚光透镜；24-热敏电阻；25-激发光源；26-副控板支架；27副控板；28-光源模块支架；29-光纤通道；30-光纤；31-发射滤光片；32-暗盒；33-光电检测器；34-主控板；35-光纤支架；36-主控板支架；37-USB-A接口；38-USB-B数据接口；39-电源接口；40-侧散热口；41-底座支点；42-底散热口；43-隔条；44-套筒；45-基底；46-贴合部；47-凹槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明：

一种可独立控温的便携式恒温荧光检测仪，包括外壳4，所述外壳4内设有多个光源模块101、多个加热模块102、多个散热模块103、多个检测模块104、热盖模块100、接口模块105、主控板34和副控板27，所述外壳4上设有热盖模块100，所述加热模块102的下方设有散热模块103，所述加热模块102的一侧与光源模块101相连接，另一侧与检测模块104相连接，所述热盖模块100、光源模块101、加热模块102、散热模块103和主控板34分别与副控板27相连接，所述主控板34分别与检测模块104和接口模块105相连接，主控板34的芯片型号为STM32F103RCT6。

所述加热模块102包括基座10、保温层9、固定板15、加热片17、螺丝13、垫片14和铜柱16，所述铜柱16固定在外壳4内部的底面上，所述铜柱16上固定有固定板15，所述固定板15采用铝合金材质，所述固定板15的中心固定有加热片17，所述加热片17的上方设有基座10，所述基座10和固定板15通过螺丝13和垫片14固定连接，所述基座10内放置有加热试管7，检测试管7选用0.2ml的pcr管。所述基座10外包裹有保温层9，保温层9采用黑色硅胶材料，防止热盖1贴合区46产生的温度通过基座10传递给试剂。所述加热片17与副控板27电性连接。

所述基座10包括环圆柱形的基底45和方形的套筒44，所述套筒44设在基底45上，所述套筒44的内壁与加热试管7外壁相贴合，保证导热速率。所述套筒44前后对应光路通道21和光纤通道29处均有圆形开口，所述基座10基底大小与加热片17大小相同，所述固定板15为Z型铝合金板。套筒44的底部设有开孔，用于放置热敏电阻24测温，热敏电阻24和孔壁之间的空隙用导热硅脂填充。相对应于加热试管7的套筒壁和硅胶保温层9前后两侧均有贯穿的开孔，一侧连接光路模块101光路通道21，另一侧连接检测模块104的光纤通道29。所述基座10采用铝合金材质，铝合金加工件都在外层加有绝缘涂层，保证绝缘性。

所述散热模块103包括散热片18和风扇19，所述散热片18的两端固定在铜柱16上，所述散热片18的下方设有风扇19，所述风扇19和副控板27相连接，所述风扇19的下方设有底散热口42，所述散热片18固定在加热片17的下方。基座10和加热片17之间、加热片17底部和散热片18顶部之间均用导热硅脂填充，保证热量传递效率。散热片18采用铜质材料。

所述光路模块101包括光源25、激发滤光片22、透镜23和光路通道21，所述激发光源25设在光路通道21内部的一端，所述光路通道21内设有透镜23，所述光路通道21分为两部分，一部分为符合光源25尺寸的圆柱形光通道，以透镜23为分界，另一部分是孔径逐渐缩小的截头圆锥形通道，光路方向与基座10垂直方向成一定锐角。所述光路通道21底部有光源模块支架28支撑，所述光源25安装在副控板27上，所述副控板27通过副控板支架26固定在外壳4上，主要提供供电功能。光源25选择波长为470nm或者575nm的LED；激发光源滤光片22选用波长为470±10nm或575nm±10nm；透镜23选择聚光透镜，保证激发光能顺利通过逐渐变窄的光通道，同时增强反应效率。相应的，发射滤光片31选用波长为525nm±10nm或者630nm±10nm。

所述热盖1通过热盖转轴与外壳4相连，所述热盖1一端的下方设有若干个倒四棱台形的贴合部46，每个贴合部46的下部均设有加热膜5和铜片6，所述加热膜5与副控板27相连接，所述外壳4上设有若干个与贴合部46形状相匹配的凹槽47，各个凹槽47之间通过隔条43相互隔开，所述凹槽47的底部设有隔热板8，隔热板8采用玻璃纤维材料，保温层9的上端的略高于隔热板8的上端，隔热板8能防止热盖1与外壳4之间热传递；所述凹槽47和隔热板8与加热模块102的基座10上端相连。每个独立的加热模块102之间保持相同距离。

所述热盖1的顶端设有卡槽，所述外壳4上方设有热盖卡锁2，所述热盖卡锁2和卡槽卡接配合，所述贴合部46的四周设有密封胶条3，热盖1在盖紧时密封胶条3会将空隙封死，防止热量流失。

所述检测模块104包括光纤通道29、光纤固定器12、松紧螺丝11、光纤支架35、光纤30、暗盒32、发射滤光片32和检测器33，所述光纤30设在光纤通道29内，所述光纤30一端连接基座10侧壁的开孔中，另一端连接暗盒32，所述光纤通道29的两端通过光纤固定器12固定，所述光纤通道中的光纤30通过光纤固定器12上的松紧螺丝11固定位置，所述暗盒32安装在主控板34上，所述暗盒32中装有发射滤光片31和光电检测器33。之所以不使用多进单出或者多进多出的光纤束，是因为荧光强度会随光纤的弯折和长度有一定的损失，同时每条光纤的形变程度不同会导致荧光强度误差不同；同时，之所以没有选择导轨加单个光电二极管移动检测的方案，是因为机械运动部件会占据大量空间，而且运动中的不稳定性会导致检测的荧光强度误差增大。故优选这种光纤30加光电二极管检测器单独检测的方式。

所述接口模块105固定在外壳4的侧面，所述接口模块105包括USB-A接口37，USB-B接口38和电源接口39，所述USB-A接口37和USB-B接口38与主控板34相连接。所述电源接口39与主控板34电性相连，所述主控板34与电池槽106电性相连，所述电池槽106内装有锂电池，可在野外无电源的情况下使用。USB-A接口37用于读取U盘传输数据，USB-B接口38用于连接计算机传输数据，电源接口39负责供电。

所述外壳4上固定有触摸屏108和热敏打印机107，所述触摸屏108和热敏打印机107与主控板34相连接，触摸屏108可显示每个热盖1、基座10的温度和风扇19转速；热敏打印机107可即时打印检测结果报告。所述外壳4的底部四角设有底座支点41，所述外壳4的底部设有底散热口42，所述外壳4的侧面设有侧散热口40，底座支点41用于给底部散热口42与外部平面之间留有空隙，方便散热。

热盖1在盖紧后，热盖1中的贴合区46紧贴加热试管7的试管盖，温度一般比加热片17加热温度高10℃左右，防止试剂蒸发造成的试剂体积变化从而影响检测结果。热盖1盖上后由推动式的热盖卡锁2固定，卡锁2的固定部分伸入热盖1的凹槽中。贴合部46、密封胶条3、外壳4、保温层9、隔热板8、隔条43在试管7盖周围形成一个封闭的加热区，保证每个加热区独立。加热试管7放入铝合金基座10后，其管壁外侧和基座套桶44内壁刚好贴合，铝合金材料比空气导热效率更高，所以尽可能少的留空隙。光源25和光电检测器33以一定周期进行荧光信号采集，并在触摸屏108上同时显示每孔的荧光强度变化曲线，用于结果对比。

本发明具有以下优点：采用了模块化的装置设计，结构简单且方便安装，生产商可根据客户需求定制不同孔位数量的检测仪器；控制***可单独控制每个加热模块102的加热膜5、加热片17和风扇19，便于后期调试进行温度补偿和荧光补偿，从而提高温度和荧光强度的均匀性，保证实时监控的准确度。同时，若仪器有多余孔位，同一使用者可同时进行不同温度的恒温检测实验；不同使用者可在不影响他人正在使用的情况下进行检测实验，两者互不影响，提高了实验效率和仪器使用率。

Claims (10)

1.一种可独立控温的便携式恒温荧光检测仪，包括外壳（4），其特征在于：所述外壳（4）内设有多个光源模块（101）、多个加热模块（102）、多个散热模块（103）、多个检测模块（104）、热盖模块（100）、接口模块（105）、主控板（34）和副控板（27），所述外壳（4）上设有热盖模块（100），所述加热模块（102）的下方设有散热模块（103），所述加热模块（102）的一侧与光源模块（101）相连接，另一侧与检测模块（104）相连接，所述热盖模块（100）、光源模块（101）、加热模块（102）、散热模块（103）和主控板（34）分别与副控板（27）相连接，所述主控板（34）分别与检测模块（104）和接口模块（105）相连接。

2.如权利要求1所述的一种可独立控温的便携式恒温荧光检测仪，其特征在于：所述加热模块（102）包括基座（10）、保温层（9）、固定板（15）、加热片（17）、螺丝（13）和铜柱（16），所述铜柱（16）固定在外壳（4）内部的底面上，所述铜柱（16）上固定有固定板（15），所述固定板（15）的中心固定有加热片（17），所述加热片（17）的上方设有基座（10），所述基座（10）和固定板（15）通过螺丝（13）相连接，所述基座（10）内放置有加热试管（7），所述基座（10）外设有保温层（9），所述加热片（17）与副控板（27）电性连接。

3.如权利要求2所述的一种可独立控温的便携式恒温荧光检测仪，其特征在于：所述基座（10）包括环圆柱形的基底（45）和方形的套筒（44），所述套筒（44）设在基底（45）上，所述套筒（44）的内壁与加热试管（7）外壁相贴合，所述套筒（44）前后对应光路通道（21）和光纤通道（29）处均有圆形开口，所述基座（10）基底大小与加热片（17）大小相同，所述固定板（15）为Z型板。

4.如权利要求2所述的一种可独立控温的便携式恒温荧光检测仪，其特征在于：所述散热模块（103）包括散热片（18）和风扇（19），所述散热片（18）的两端固定在铜柱（16）上，所述散热片（18）的下方设有风扇（19），所述风扇（19）和副控板（27）相连接，所述散热片（18）固定在加热片（17）的下方。

5.如权利要求1所述的一种可独立控温的便携式恒温荧光检测仪，其特征在于：所述光路模块（101）包括光源（25）、激发滤光片（22）、透镜（23）和光路通道（21），所述激发光源（25）设在光路通道（21）内部的一端，所述光路通道（21）内设有透镜（23），所述光路通道（21）分为两部分，一部分为符合光源（25）尺寸的圆柱形光通道，以透镜（23）为分界，另一部分是孔径逐渐缩小的截头圆锥形通道，所述光路通道（21）底部有光源模块支架（28）支撑，所述光源（25）安装在副控板（27）上，所述副控板（27）通过副控板支架（26）固定在外壳（4）上。

6.如权利要求1所述的一种可独立控温的便携式恒温荧光检测仪，其特征在于：所述热盖（1）通过热盖转轴与外壳（4）相连，所述热盖（1）一端的下方设有若干个贴合部（46），每个贴合部（46）的下部均设有加热膜（5）和铜片（6），所述加热膜（5）与副控板（27）相连接，所述外壳（4）上设有若干个与贴合部（46）相配合的凹槽（47），各个凹槽（47）之间通过隔条（43）相互隔开，所述凹槽（47）的底部设有隔热板（8），所述凹槽（47）和隔热板（8）与加热模块（102）的上端相连。

7.如权利要求6所述的一种可独立控温的便携式恒温荧光检测仪，其特征在于：所述热盖（1）的顶端设有卡槽，所述外壳（4）上方设有热盖卡锁（2），所述热盖卡锁（2）和卡槽卡接配合，所述贴合部（46）的四周设有密封胶条（3）。

8.如权利要求1所述的一种可独立控温的便携式恒温荧光检测仪，其特征在于：所述检测模块（104）包括光纤通道（29）、光纤固定器（12）、松紧螺丝（11）、光纤支架（35）、光纤（30）、暗盒（32）、发射滤光片（32）和检测器（33），所述光纤（30）设在光纤通道（29）内，所述光纤（30）一端连接基座（10）侧壁的开孔中，另一端连接暗盒（32），所述光纤通道（29）的两端通过光纤固定器（12）固定，所述光纤通道中的光纤（30）通过光纤固定器（12）上的松紧螺丝（11）固定位置，所述暗盒（32）安装在主控板（34）上，所述暗盒（32）中装有发射滤光片（31）和光电检测器（33）。

9.如权利要求1所述的一种可独立控温的便携式恒温荧光检测仪，其特征在于：所述接口模块（105）固定在外壳（4）的侧面，所述接口模块（105）包括USB-A接口（37），USB-B接口（38）和电源接口（39），所述USB-A接口（37）和USB-B接口（38）与主控板（34）相连接，所述电源接口（39）与主控板（34）电性相连，所述主控板（34）与电池槽（106）电性相连，所述电池槽（106）内装有锂电池。

10.如权利要求1所述的一种可独立控温的便携式恒温荧光检测仪，其特征在于：所述外壳（4）上固定有触摸屏（108）和热敏打印机（107），所述触摸屏（108）和热敏打印机（107）与主控板（34）相连接，所述外壳（4）的底部四角设有底座支点（41），所述外壳（4）的底部设有底散热口（42），所述外壳（4）的侧面设有侧散热口（40）。

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