CN112251348B - 一种pcr循环温度分区控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PCR循环温度分区控制装置，其涉及分子生物学研究等领域。PCR循环温度分区控制装置包括样品放置平台，样品放置平台支撑架，温度控制平台，隔热板，温度控制平台支撑架，步进电机，底板。上述PCR循环温度分区控制装置，在PCR扩增反应进行时，通过控制步进电机的运动快速切换温度控制区为PCR扩增反应的每一步骤提供相应的反应温度，实现PCR生物样本反应温度的快速循环，大大节省了升降温的时间，加快了反应进程，提高PCR生物样本的扩增效率，并且装置体积小，结构简单，能够满足不同场景的使用需求。
Description
技术领域
本发明涉及PCR扩增领域，尤其涉及一种PCR循环温度分区控制装置
背景技术
聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction，PCR)是一种体外DNA扩增技术，因为具有很强的特异性，成为生命科学研究、临床分子诊断、食品安全检测和环境微生物监测等领域的重要支撑技术。
PCR扩增通常经过高温变性，低温退火(复性)，适温延伸三个步骤多次循环反应后，特定的DNA片段就被大量扩增，也可以采用两步法，即退火和延伸同时进行，以减少一次升降温过程，提高反应速度。
在PCR扩增反应过程中，首先将生物样品加热至95℃，进行高温变性反应，然后将生物样本降温至55℃，进行低温退火反应，最后将生物样本升温至72℃，进行适温延伸反应，这样就完成了一个循环，若采用两步法，就将上述循环过程中的退火和延伸同时在60℃-65℃下进行即可，在一个循环反应过程中，升降温过程占据整个反应过程的一定时间，而PCR扩增过程通常要经过30-40个循环甚至更多，升降温过程所花费的时间就相当可观了，从而限制了PCR的检测效率。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种PCR循环温度分区控制装置，通过控制步进电机的运动，快速切换温度控制区为生物样本PCR扩增反应提供合适的反应条件，节省了整个反应过程的升降温时间，大大提高生物样本PCR扩增效率。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种PCR循环温度分区控制装置，其特征在于：包括样品放置平台，样品放置平台支撑架，温度控制平台，隔热板，温度控制平台支撑架，步进电机，底座；
所述样品放置平台包括用于放置和固定PCR管的多孔塑料网，网孔大小和PCR管适配；
样品放置平台与样品平台支撑架固定连接并保持水平，底座为样品放置平台提供稳定支撑；
温度控制平台被隔热板从中间分成温度控制区Ⅰ和温度控制区Ⅱ；温度控制区Ⅰ和温度控制区Ⅱ结构相同，都分别包括热沉，温度传感器，半导体加热制冷片，半导体加热制冷片下表面设置有散热器，贴近所述散热器设置有散热风扇；
步进电机包括控制温度控制平台X轴方向移动的步进电机和控制温度控制平台Y轴方向移动的步进电机；温度控制平台通过温度控制平台支撑架与步进电机连接固定，控制温度控制平台X轴方向移动的步进电机在控制温度控制平台Y轴方向移动的步进电机下方并与之连接，底座为步进电机以及步进电机上方部分提供稳定支撑；
通过步进电机移动温度控制平台到不同的温度控制区进行温度切换。
进一步的，多孔塑料网的网孔用于放置并固定PCR管。
进一步的，隔热板为硬质的中空双层板。
进一步的，温度控制平台被隔热板从中间分成温度控制区Ⅰ和温度控制区Ⅱ，分别被加热到不同的预定温度。
进一步的，所述温度控制区Ⅰ和温度控制区Ⅱ用于进行PCR扩增两步法或三步法实验。
进一步的，步进电机包括控制温度控制平台X轴方向移动的步进电机和控制温度控制平台Y轴方向移动的步进电机，两个步进电机通过一个支撑架与温度控制平台相连。
所述的热沉包括用于向PCR生物样本传导热量的金属材料的衬底，和用于放置PCR生物样本的多个PCR管放置腔。金属材料的衬底和PCR管放置腔为热传导率较高，比热容较小的铜或银质材料，能够快速向PCR生物样本传导热量，提高反应的精度。
所述的温度传感器预埋在热沉中，温度传感器对热沉工作面的温度进行实时监测和反馈。通过温度传感器反馈的数据可以对温度控制区的温度进行实时调整。
所述的半导体加热制冷片，当控制区需要加热时，通过程序控制加载正向电压，需要制冷时，则通过程序控制加载反向电压。也就是说，只需要控制和调节电流的方向和大小就可以调节升降温的速率。
所述的步进电机和温度控制平台支撑架是通过四个螺钉连接，而且它们之间分别加了压缩弹簧。压缩弹簧的使用能够在保证PCR管放置腔与PCR管充分接触的同时又能提供一定的缓冲来避免造成机械损伤。
有益效果：
本发明通过控制步进电机的运动，快速切换温度控制区为生物样本PCR扩增反应提供合适的反应条件，节省了整个反应过程的升降温时间，大大提高生物样本PCR扩增效率。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为图1的正视图。
其中：1-温度控制平台，10-隔热板，11-温度控制区Ⅰ，12-温度控制区Ⅱ，111/121-热沉，112/122-半导体加热制冷片，113/123-散热器，114/124-散热风扇，2-温度控制平台支撑架，3-控制Y轴方向移动的步进电机，4-控制X轴方向移动的步进电机，5-样品放置平台，50-PCR管，6-样品放置平台支撑架，7-底座。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员对本发明的技术方案有更加准确的理解，下面结合附图，对发明的具体实施方式作进一步详细的描述和说明。
如图1和图2所示，本发明提供了一种PCR循环温度分区控制装置，包括样品放置平台5，样品放置平台支撑架6，温度控制平台1，隔热板10，温度控制平台支撑架2，步进电机3/4，底座7。
具体地，如图1和图2所示，样品放置平台5包含用于放置和固定PCR管的多孔塑料网，网孔和PCR管50适配。样品放置平台5与样品放置平台支撑架6固定连接并保持水平，底座7为样品平台提供稳定支撑。
温度控制平台1被隔热板10从中间分成温度控制区Ⅰ11和温度控制区Ⅱ12。温度控制区Ⅰ11和温度控制区Ⅱ12结构相似，都分别包括热沉111/121，温度传感器，半导体加热制冷片112/122，半导体加热制冷片112/122下表面设置有散热器113/123，贴近所述散热器113/123设置有散热风扇114/124。
步进电机3/4包括控制温度控制平台X轴方向(水平方向)移动的步进电机4和控制温度控制平台Y轴方向(竖直方向)移动的步进电机3。温度控制平台1通过温度控制平台支撑架2与步进电机3连接固定，步进电机4在步进电机3下方并与之连接，底座6为步进电机4以及步进电机上方部分提供稳定支撑。
在进行PCR扩增反应时，采用PCR扩增两步法：将温度控制区Ⅰ11加热并稳定在PCR扩增反应第一步的变性温度93℃，将温度控制区Ⅱ12加热并稳定在PCR扩增反应第二步复性和延伸的温度60℃-65℃，只需要通过控制步进电机3和步进电机4就能实现温度快速切换和PCR扩增反应的循环；
采用PCR扩增三步法：当温度控制区Ⅰ11为PCR生物样本提供反应温度时，温度控制区Ⅱ12将温度调节并稳定至PCR生物样本下一反应温度，待上一反应步骤结束后，通过下降步进电机3水平移动步进电机4然后再上升步进电机3将温度控制区Ⅱ12调节至样品放置平台5下方并贴紧，迅速为PCR生物样本的下一步反应提供相应温度，以此类推，通过快速切换温度控制区实现PCR生物样本反应温度的循环。由此可见，无论采用哪种PCR扩增方式，该装置都能大大节省升降温的时间，提高PCR生物样本的扩增效率。
以上是结合附图对本发明进行的详细描述。但本领域的技术人员应当理解，上述仅是举例说明，本发明具体实现并不受上述实施方式的限制。对实施方式进行非实质性的改变，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种PCR循环温度分区控制装置，其特征在于：包括样品放置平台，样品放置平台支撑架，温度控制平台，隔热板，温度控制平台支撑架，步进电机，底座；
所述样品放置平台包括用于放置和固定PCR管的多孔塑料网，网孔大小和PCR管适配；
样品放置平台与样品平台支撑架固定连接并保持水平，底座为样品放置平台提供稳定支撑；
温度控制平台被隔热板从中间分成温度控制区Ⅰ和温度控制区Ⅱ；温度控制区Ⅰ和温度控制区Ⅱ结构相同，都分别包括热沉，温度传感器，半导体加热制冷片，半导体加热制冷片下表面设置有散热器，贴近所述散热器设置有散热风扇；
步进电机包括控制温度控制平台X轴方向移动的步进电机和控制温度控制平台Y轴方向移动的步进电机；温度控制平台通过温度控制平台支撑架与步进电机连接固定，控制X轴方向移动的步进电机在控制Y轴方向移动的步进电机下方并与之连接，底座为步进电机以及步进电机上方部分提供稳定支撑；
通过步进电机移动温度控制平台到不同的温度控制区进行温度切换；
多孔塑料网的网孔用于放置并固定PCR管；
隔热板为硬质的中空双层板；
温度控制平台被隔热板从中间分成温度控制区Ⅰ和温度控制区Ⅱ，分别被加热到不同的预定温度；
所述温度控制区1和温度控制区Ⅱ用于进行PCR扩增两步法或三步法实验；
当温度控制区Ⅰ为PCR生物样本提供反应温度时，温度控制区Ⅱ将温度调节并稳定至PCR生物样本下一反应温度，待上一反应步骤结束后，通过下降步进电机水平移动步进电机然后再上升步进电机将温度控制区Ⅱ调节至样品放置平台下方并贴紧，迅速为PCR生物样本的下一步反应提供相应温度，以此类推，通过快速切换温度控制区实现PCR生物样本反应温度的循环。
2.根据权利要求1所述的一种PCR循环温度分区控制装置，其特征在于：热沉包括用于向PCR生物样本传导热量的金属材料的衬底，和用于放置PCR生物样本的多个PCR管放置腔。
3.根据权利要求1所述的一种PCR循环温度分区控制装置，其特征在于：温度传感器预埋在热沉中，对热沉工作面的温度进行实时监测和反馈。
4.根据权利要求3所述的一种PCR循环温度分区控制装置，其特征在于：在半导体加热制冷片工作过程中，当控制区需要加热时，通过程序控制加载正向电压，需要制冷时，则通过程序控制加载反向电压。
5.根据权利要求1所述的一种PCR循环温度分区控制装置，其特征在于：步进电机包括控制温度控制平台X轴方向移动的步进电机和控制温度控制平台Y轴方向移动的步进电机，两个步进电机通过一个支撑架与温度控制平台相连。
6.根据权利要求1所述的一种PCR循环温度分区控制装置，其特征在于：步进电机和温度控制平台支撑架是通过四个螺钉连接，而且它们之间分别加了压缩弹簧。
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