CN113814013A - 一种多温度区加热装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种多温度区加热装置，通过设置加热平台提供加热微流体芯片的平台，并且在加热平台上分布式设置多个加热区域，每个加热区域内分别设置一个加热体，加热平台包括与每个加热体分别对应的多个狭缝，加热体由对应的狭缝伸出加热平台，从而实现多个加热体分别独立的对微流体芯片进行加热，以快速提供满足微粒体芯片中DNA扩增所需要的温度，从而提高DNA反应效率。
Description
技术领域
本申请涉及微流体加热领域，具体涉及一种多温度区加热装置。
背景技术
PCR(聚合酶链式反应)是一种用于放大扩增特定的DNA(脱氧核糖核酸)片段的分子生物学技术，它可看作是生物体外的特殊DNA复制，PCR的最大特点是能将微量的DNA大幅增加。PCR是利用DNA在体外摄氏95°高温时变性会变成单链，低温(经常是50-70℃)时引物与单链按碱基互补配对的原则结合，再调温度至DNA聚合酶最适反应温度(72℃左右)，DNA聚合酶沿着磷酸到五碳糖的方向合成互补链。基于聚合酶制造的PCR平台实际就是一个温控设备，能在变性温度、复性温度、延伸温度之间很好地进行控制。
现有PCR平台大都是通过调节平台温度来实现DNA在三个温度区域进行复制的，但是进行平台温度调节的耗时较长，从而导致DNA反应效率低。
公开内容
有鉴于此，本申请实施例致力于提供一种多温度区加热装置，解决了上述PCR平台温度调节耗时较长、DNA反应效率低的问题。
本申请一实施例提供的一种多温度区加热装置，包括：加热平台，构造为：提供加热微流体芯片的平台；以及多个加热区域，分布于所述加热平台上；其中，每个所述加热区域内分别设置一个加热体；其中，所述加热平台包括与每个所述加热体分别对应的多个狭缝，所述加热体由对应的所述狭缝伸出所述加热平台。
在一实施例中，所述多温度区加热装置还包括：压紧机构，设置于所述加热体底部，构造为：压紧所述微流体芯片与所述加热体。
在一实施例中，所述压紧机构包括弹性部件。
在一实施例中，所述多温度区加热装置还包括：散热机构，设置于所述加热平台下方，构造为：对相邻的所述加热区域之间的区域进行散热。
在一实施例中，所述加热平台包括：平台上层；平台下层，与所述平台上层层叠设置；以及第一散热通道，设置于所述平台上层和所述平台下层之间；其中，所述多个加热区域之间的第二散热通道连通所述第一散热通道与所述散热机构。
在一实施例中，所述散热机构包括散热风扇。
在一实施例中，所述多温度区加热装置还包括：气流缓冲室，设置于所述散热风扇与所述第二散热通道之间。
在一实施例中，所述散热机构包括散热水泵和水箱。
在一实施例中，每个所述加热体包括：固定部；延伸部，所述延伸部沿竖直方向设置于所述固定部上方且固定连接所述固定部；以及加热块，所述加热块插设于所述固定部内部且与所述固定部连接；其中，所述延伸部远离所述固定部一侧与所述微流体芯片接触对所述微流体芯片加热。
在一实施例中，所述延伸部远离所述固定部一侧的宽度小于所述固定部靠近所述延伸部一侧表面的宽度。
在一实施例中，所述加热体还包括：夹板，与所述固定部装配连接；其中，所述固定部靠近所述夹板一侧包括层叠设置的第一凹槽和第二凹槽，所述夹板置于所述第一凹槽内且与所述固定部固定连接，所述加热块置于所述第二凹槽内且所述固定部和所述夹板夹紧所述加热块。
在一实施例中，所述第二凹槽的深度小于或等于所述加热块的厚度。
在一实施例中，所述多温度区加热装置还包括：温度探头，构造为：检测所述加热体的温度值；其中，所述固定部的侧壁靠近所述延伸部一端处设置温度探头孔，所述温度探头设置于所述温度探头孔内。
在一实施例中，所述多个加热区域的温度按照所述微流体芯片中脱氧核糖核酸扩增顺序所需要的温度设置。
在一实施例中，所述加热平台包括玻璃纤维合成板。
在一实施例中，所述多个加热区域的长度包括63.5毫米；和/或所述多个加热区域的宽度包括72毫米。
在一实施例中，每个所述加热区域的宽度包括2毫米-6毫米。
在一实施例中，所述加热体的厚度包括6毫米；和/或所述加热体的上表面宽度包括2毫米-6毫米。
在一实施例中，相邻的所述加热体之间的间隔距离包括3毫米。
本申请实施例提供的一种多温度区加热装置，通过设置加热平台提供加热微流体芯片的平台，并且在加热平台上分布式设置多个加热区域，每个加热区域内分别设置一个加热体，加热平台包括与每个加热体分别对应的多个狭缝，加热体由对应的狭缝伸出加热平台，从而实现多个加热体分别独立的对微流体芯片进行加热，以快速提供满足微粒体芯片中DNA扩增所需要的温度，从而提高DNA反应效率。
附图说明
图1所示为本申请一实施例提供的一种多温度区加热装置的立体结构示意图。
图2所示为本申请另一实施例提供的一种多温度区加热装置的主视结构示意图。
图3所示为本申请另一实施例提供的一种多温度区加热装置的结构示意图。
图4所示为本申请一实施例提供的一种加热体的立体结构示意图。
图5所示为本申请一实施例提供的一种加热体的侧面结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
此外，在示例性实施例中，因为相同的参考标记表示具有相同结构的相同部件或相同方法的相同步骤，如果示例性地描述了一实施例，则在其他示例性实施例中仅描述与已描述实施例不同的结构或方法。
在整个说明书及权利要求书中，当一个部件描述为“连接”到另一部件，该一个部件可以“直接连接”到另一部件，或者通过第三部件“电连接”到另一部件。此外，除非明确地进行相反的描述，术语“包括”及其相应术语应仅理解为包括所述部件，而不应该理解为排除任何其他部件。
图1所示为本申请一实施例提供的一种多温度区加热装置的立体结构示意图。如图1所示，该多温度区加热装置包括：加热平台1和多个加热区域2；其中，加热平台1构造为：提供加热微流体芯片的平台，多个加热区域2分布于加热平台1上；每个加热区域2内分别设置一个加热体3，加热平台1包括与每个加热体3分别对应的多个狭缝，加热体3由对应的狭缝伸出加热平台1。
聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction，简称PCR)是一种相对简单的遗传学和基因组学检测方法，它可以把微量的样本放大到可以直接分析的程度。传统的检测方法是将DNA序列克隆到载体上，然后在活细胞中进行复制，但这种方法通常需要几天或几周的时间，而通过PCR扩增DNA序列只需要几个小时，所以PCR可以在较短的时间内实现更灵敏的检测和更高水平的特定序列扩增。这使PCR不仅在基础研究中，而且在商业应用，包括基因鉴定、法医鉴定、工业质量控制和体外诊断等领域都发挥着重要的作用。PCR是利用DNA在体外摄氏95°高温时变性会变成单链，低温(经常是50-70℃)时引物与单链按碱基互补配对的原则结合，再调温度至DNA聚合酶最适反应温度(72℃左右)，DNA聚合酶沿着磷酸到五碳糖的方向合成互补链，即PCR扩增方法的核心在于其扩增时的温度控制。基于聚合酶制造的PCR平台实际就是一个温控设备，能在变性温度、复性温度、延伸温度之间很好地进行控制。PCR平台大都是通过调节平台温度来实现DNA在三个温度区域进行复制的，但是进行平台温度调节的耗时较长，从而导致DNA反应效率低。
为了解决上述问题，本申请提出了一种多温度区加热装置，在加热平台1上设置多个加热区域2，每个加热区域2内分别设置一个加热体3，加热平台1上对应每个加热体3的位置分别设置一个狭缝，以实现每个加热体3都由对应的狭缝伸出加热平台1。当承载有DNA的微流体芯片置于该加热平台1上时，由于加热体3的顶部伸出狭缝延伸至加热平台1的表面，即加热体3与微流体芯片直接接触以实现对微流体芯片的加热，并且可以通过分别控制多个加热体3的加热温度，得到多个不同温度的加热区域2，以满足该微流体芯片扩增的温度需求，从而提高反应效率。
本申请实施例提供的一种多温度区加热装置，通过设置加热平台1提供加热微流体芯片的平台，并且在加热平台1上分布式设置多个加热区域2，每个加热区域2内分别设置一个加热体3，加热平台1包括与每个加热体3分别对应的多个狭缝，加热体3由对应的狭缝伸出加热平台1，从而实现多个加热体3分别独立的对微流体芯片进行加热，以快速提供满足微粒体芯片中DNA扩增所需要的温度，从而提高DNA反应效率。
图2所示为本申请另一实施例提供的一种多温度区加热装置的主视结构示意图。如图2所示，上述多温度区加热装置还可以包括：压紧机构4，该压紧机构4设置于加热体3底部，构造为：压紧微流体芯片与加热体3。在进一步的实施例中，压紧机构4可以包括弹性部件，例如弹簧。在一实施例中，压紧机构4可以包括与多个加热体3对应的多个弹性部件，即每个加热体3的底部均设置一个弹性部件。当微流体芯片置于加热平台1且挤压加热体3时，利用弹性部件提供向上的弹力以压紧加热体3与微流体芯片，以保证微流体芯片与加热体3表面紧密贴合，以提高微流体芯片的加热效果。应当理解，本申请实施例可以根据实际应用场景的需求而选取压紧机构4的不同的结构，只要所选取的压紧机构4的具体结构能够实现微流体芯片与加热体3的贴合程度即可，本申请实施例对于压紧机构4的具体结构不做限定。
图3所示为本申请另一实施例提供的一种多温度区加热装置的结构示意图。如图3所示，上述多温度区加热装置还可以包括：散热机构5，设置于加热平台1下方，构造为：对相邻的加热区域2之间的区域进行散热。由于微流体芯片较小，相邻的加热区域2之间的距离也较小，相邻的加热体3之间的距离(毫米级别)也较小，而每个加热体3在散发热量的同时也会有部分热量会辐射至相邻的加热区域2内，从而对相邻的加热区域2的温度产生干扰，从而导致各个加热区域2内的温度难以精确控制。为了解决该问题，本申请通过在加热平台1的下方设置散热机构5，利用该散热机构5对相邻的加热区域2之间的区域进行散热，从而降低加热体3的热辐射对相邻的加热区域2的干扰，以尽量降低加热区域2内温度精确控制的难度，从而保证每个加热区域2内温度的精确度较高，继而提高了微流体芯片的反应效率和效果。
在一实施例中，如图2和图3所示，上述加热平台1可以包括：层叠设置的平台上层11和平台下层12，并且平台上层11和平台下层12之间留有空隙，形成第一散热通道13；其中，多个加热区域2之间的第二散热通道21连通第一散热通道13与散热机构5。通过在相邻的加热区域2之间设置第二散热通道21、在平台上层11和平台下层12之间设置第一散热通道13，并且散热机构5、第二散热通道21、第一散热通道13依次连通，以形成一个循环的散热回路，实现对相邻的加热区域2之间的区域的散热，从而保证每个加热区域2内温度的精确度较高，继而提高了微流体芯片的反应效率和效果。应当理解，本申请实施例可以根据实际应用场景的需求而选取加热平台1的不同的结构，例如加热平台1可以为单层结构，只要所选取的加热平台1的具体结构能够实现相邻的加热区域2之间的区域的散热即可，本申请实施例对于加热平台1的具体结构不做限定。还应当理解，本申请实施例可以根据实际应用场景的需求而选取散热回路的不同的结构，例如第一散热通道13可以设置于加热平台1的下方，只要所选取的散热回路的具体结构能够实现相邻的加热区域2之间的区域的散热即可，本申请实施例对于散热回路的具体结构不做限定。
在一实施例中，散热机构5可以包括散热风扇。通过设置散热风扇，实现气流由加热体3的底部经由第二散热通道21、第一散热通道13，最后排出加热平台1所在区域，以带走相邻的加热区域2之间区域内的辐射热量，从而保证每个加热区域2内温度的精确度较高，继而提高了微流体芯片的反应效率和效果。在一实施例中，如图3所示，上述多温度区加热装置还可以包括：气流缓冲室6，该气流缓冲室6设置于散热风扇与第二散热通道21之间。通过在散热风扇与第二散热通道21之间设置气流缓冲室6，可以将气流缓存于气流缓冲室6内，以缓解气体压力，从而保证散热回路中气流的稳定性，继而保证了加热区域2的温度稳定性，提高微流体芯片的反应效率和效果。
在另一实施例中，散热机构5还可以包括散热水泵和水箱。通过设置散热水泵和水箱，并且在第一散热通道13和第二散热通道21内设置水路，从而形成散热水循环回路，以散去相邻的加热区域2之间区域内的辐射热量，从而保证每个加热区域2内温度的精确度较高，继而提高了微流体芯片的反应效率和效果。应当理解，本申请实施例可以根据实际应用场景的需求而选取散热回路的不同的结构，例如设置油泵和油箱以实现油冷散热，或者是多种散热结构的组合，只要所选取的散热回路的具体结构能够实现相邻的加热区域2之间的区域的散热即可，本申请实施例对于散热回路的具体结构不做限定。
图4所示为本申请一实施例提供的一种加热体的立体结构示意图。如图4所示，上述加热体3可以包括：固定部31、延伸部32以及加热块33；其中，延伸部32沿竖直方向设置于固定部31上方且固定连接固定部31，加热块33插设于固定部31内部且与固定部31连接，延伸部32远离固定部31一侧与微流体芯片接触，以实现对微流体芯片的加热。通过在固定部31的内部插设加热块33，以利用加热块33提供热量，并且热量经由固定部31传递至延伸部32处，微流体芯片置于延伸部32远离固定部31一侧表面以实现对微流体芯片的加热。通过将加热块33插设于固定部31内部，在加热块33损坏或故障时，可以简单更换加热块33以避免整个加热体3的更换，节省成本。在一实施例中，延伸部32远离固定部31一侧的宽度小于固定部31靠近延伸部32一侧表面的宽度。通过设置延伸部32远离固定部31一侧的宽度小于固定部31靠近延伸部32一侧表面的宽度，当加热平台1下表面贴住固定部31的上表面时，延伸部32的远离固定部31一侧的表面延伸至高于加热平台1的上表面，以实现对加热平台1的限位，从而使得加热体3能够伸出加热平台1固定高度(例如1毫米)，以保证加热体3的加热效果。
在一实施例中，如图4所示，上述加热体3还可以包括：夹板34，夹板34与固定部31装配连接以实现夹紧加热块33。其中，夹板34与固定部31可以通过螺栓固定连接，利用夹板34和固定部31的固定连接且将加热块33设置于夹板34和固定部31之间，不仅能够实现加热块33的固定，同时也能很好的实现夹板34、固定部31与加热块33的贴合连接，从而将加热块33的热量均匀传递至与固定部31连接的(或一体成型的)延伸部32，从而实现对微流体芯片的加热。具体的，如图5所示，固定部31靠近夹板34一侧包括层叠设置的第一凹槽35和第二凹槽36，夹板34置于第一凹槽35内与固定部31固定连接，加热块33置于第二凹槽36内。通过设置第一凹槽35，将夹板34置于第一凹槽35内以进一步提高夹板34与固定部31的夹紧强度；通过设置第二凹槽36以容纳加热块33，从而可以简单的实现对加热块33的固定和导热，且方便更换加热块33。
在一实施例中，第二凹槽36的深度可以小于或等于加热块33的厚度。通过设置第二凹槽36的深度小于或等于加热块33的厚度，当夹板34与固定部31固定连接时，可以更好的加紧加热块33以实现加热块33的固定，同时与加热块33更好的贴合以提高导热效果。
在一实施例中，如图5所示，第一凹槽35沿竖直方向的宽度可以大于第二凹槽36沿竖直方向的宽度。通过设置第一凹槽35沿竖直方向的宽度大于第二凹槽36沿竖直方向的宽度，以实现松开或解除夹板34与固定部31时，可以方便的取下加热块33以更换加热块33，从而提高加热体3的适用范围。
在一实施例中，上述多温度区加热装置还可以包括：温度探头，设置于加热体3处，构造为：检测加热体3的温度值。具体的，如图4和图5所示，固定部31的侧壁靠近延伸部32一端处设置温度探头孔37，该温度探头设置于温度探头孔37内。通过在加热体3的温度探头孔37内设置温度探头(例如温度传感器等)以实时检测加热体3的延伸部32处的温度值，并将检测到的温度值反馈至加热体3的控制装置以准确调控每个加热体3的温度，以满足DNA扩增的加热温度需求。
在一实施例中，多个加热区域2的温度可以按照微流体芯片中脱氧核糖核酸扩增顺序所需要的温度设置。具体的，根据DNA的扩增顺序需求，在加热平台1上设置9个加热区域2，其中该9个加热区域2的加热温度分别为94度、72度、55度、72度、94度、72度、55度、72度、94度，从而满足DNA扩增的变性温度、复性温度、延伸温度，以提高微流体芯片的反应效率和效果。
在一实施例中，加热平台1可以包括玻璃纤维合成板。利用玻璃纤维耐高温且热形变量小的特性，可以采取玻璃纤维合成板制备表面平整的加热平台1，以提高加热平台1的耐高温且形变小的特性，从而满足DNA扩增的加热需求。应当理解，本申请实施例可以根据实际应用场景的需求而选取加热平台1的不同的材质，只要所选取的加热平台1的具体材质能够满足DNA扩增的加热条件即可，本申请实施例对于加热平台1的具体材质不做限定。
在一实施例中，多个加热区域2的长度可以包括63.5毫米；和/或多个加热区域的宽度可以包括72毫米。通过设置加热区域2的长度和宽度，以提供满足DNA扩增需求的加热区域2，保证了DNA扩增加热温度需求。在一实施例中，每个加热区域2的宽度包括2毫米-6毫米。加热区域2的宽度过大时会造成热量的浪费，而加热区域2的宽度过小时也会造成加热效果不理想的问题，因此，本申请通过设置加热区域2的宽度范围，以保证加热区域2的加热效果。应当理解，本申请实施例可以根据实际应用场景的需求而选取加热区域2的不同的长度和宽度，只要所选取的加热区域2的长度和宽度能够满足DNA扩增的加热需求即可，本申请实施例对于加热区域2的具体长度和宽度不做限定。
在一实施例中，加热体3的厚度可以包括6毫米；和/或加热体3的上表面宽度可以包括2毫米-6毫米。加热体3的上表面宽度过大时会造成热量的浪费，而加热体3的上表面宽度过小时也会造成加热效果不理想的问题，因此，本申请通过设置加热体3的上表面宽度范围，以保证加热体3的加热效果。应当理解，本申请实施例可以根据实际应用场景的需求而选取加热体3的不同的厚度和宽度，只要所选取的加热体3的厚度和宽度能够满足DNA扩增的加热需求即可，本申请实施例对于加热体3的具体厚度和宽度不做限定。
在一实施例中，相邻的加热体3之间的间隔距离可以包括3毫米。相邻的加热体3之间的间隔距离过小时会增加相邻加热体3之间的干扰，相邻的加热体3之间的间隔距离过大时会导致加热平台1的面积增大，因此，本申请通过设置相邻的加热体3之间的间隔距离可以包括3毫米，既能避免相邻加热体3之间的干扰，也能节省加热平台1的面积，节省材料。应当理解，本申请实施例可以根据实际应用场景的需求而选取相邻的加热体3之间的不同间隔距离，只要所选取的相邻的加热体3之间的间隔距离能够满足DNA扩增的加热需求即可，本申请实施例对于相邻的加热体3之间的具体间隔距离不做限定。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多温度区加热装置，其特征在于，包括：
加热平台，构造为：提供加热微流体芯片的平台；以及
多个加热区域，分布于所述加热平台上；其中，每个所述加热区域内分别设置一个加热体；
其中，所述加热平台包括与每个所述加热体分别对应的多个狭缝，所述加热体由对应的所述狭缝伸出所述加热平台。
2.根据权利要求1所述的多温度区加热装置，其特征在于，还包括：
压紧机构，设置于所述加热体底部，构造为：压紧所述微流体芯片与所述加热体。
3.根据权利要求2所述的多温度区加热装置，其特征在于，所述压紧机构包括弹性部件。
4.根据权利要求1所述的多温度区加热装置，其特征在于，还包括：
散热机构，设置于所述加热平台下方，构造为：对相邻的所述加热区域之间的区域进行散热。
5.根据权利要求4所述的多温度区加热装置，其特征在于，所述加热平台包括：
平台上层；
平台下层，与所述平台上层层叠设置；以及
第一散热通道，设置于所述平台上层和所述平台下层之间；
其中，所述多个加热区域之间的第二散热通道连通所述第一散热通道与所述散热机构。
6.根据权利要求5所述的多温度区加热装置，其特征在于，所述散热机构包括散热风扇。
7.根据权利要求6所述的多温度区加热装置，其特征在于，还包括：
气流缓冲室，设置于所述散热风扇与所述第二散热通道之间。
8.根据权利要求5所述的多温度区加热装置，其特征在于，所述散热机构包括散热水泵和水箱。
9.根据权利要求1所述的多温度区加热装置，其特征在于，每个所述加热体包括：
固定部；
延伸部，所述延伸部沿竖直方向设置于所述固定部上方且固定连接所述固定部；以及
加热块，所述加热块插设于所述固定部内部且与所述固定部连接；
其中，所述延伸部远离所述固定部一侧与所述微流体芯片接触对所述微流体芯片加热。
10.根据权利要求9所述的多温度区加热装置，其特征在于，所述延伸部远离所述固定部一侧的宽度小于所述固定部靠近所述延伸部一侧表面的宽度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111078384.5A CN113814013A (zh) | 2021-09-15 | 2021-09-15 | 一种多温度区加热装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111078384.5A CN113814013A (zh) | 2021-09-15 | 2021-09-15 | 一种多温度区加热装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113814013A true CN113814013A (zh) | 2021-12-21 |
Family
ID=78922514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111078384.5A Pending CN113814013A (zh) | 2021-09-15 | 2021-09-15 | 一种多温度区加热装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113814013A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114672884A (zh) * | 2022-03-28 | 2022-06-28 | 北京寻因生物科技有限公司 | 进出仓组件及单细胞文库制备*** |
-
2021
- 2021-09-15 CN CN202111078384.5A patent/CN113814013A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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