CN209481678U - Pcr扩增光学模拟器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种PCR扩增光学模拟器，用于实时荧光定量PCR仪的计量校准，模拟器包括多个温度传感器、多个光学校准单元和控制电路，光学校准单元包括相邻偶联的一个温度传感器和一个发射光发生器，控制电路基于温度传感器监测的温度信号控制发射光发生器的发射光强度变化；代替核酸样品作为实时荧光定量PCR仪校准介质，其性能稳定可靠，校准操作中不需要配制PCR反应的标准溶液和相关耗材，使用成本低，可获得与核酸样品类似的校准结果，可实现C t值参数和温度参数的同步校准，节省校准时间，适用面比较广。
Description
技术领域
本实用新型属于实时荧光定量PCR仪质量控制领域，特别是作为标准器用于实时荧光定量PCR仪的计量校准。
背景技术
实时荧光定量PCR仪（real-time fluorescent quantitative PCR，RTFQ-PCR）是在聚合酶链式反应技术（Polymerase Chain Reaction，PCR）基础上发展而来，是一种采用新的核酸定量技术，即在PCR反应体系中加入荧光基团，利用荧光信号积累实时监测整个PCR进程，最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析的仪器。
目前实时荧光定量PCR仪的校准依据JJF 1527-2015《聚合酶链反应分析仪校准规范》采用已知浓度质粒DNA标准物质或核糖核酸标准物质和温度传感器进行，这种方法与实际荧光定量PCR仪扩增过程保持一致，可以获得较好的校准结果，但仍存在以下问题，主要是配制PCR反应的标准溶液程序复杂，且温度***的校准不能与样本示值误差和样本线性的校准同步进行；虽然行业标准YY/T 1173-2010《聚合酶链反应分析仪》提供了光学***荧光检测精密度和荧光线性的检测方法，但是光学***核心参数C t值的校准不完善。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种PCR扩增光学模拟器，采用基于发射光发生器和温度传感器的整合来模拟实时荧光定量PCR扩增过程中温度变化伴随荧光强度的增强来校准实时荧光定量PCR仪的C t值参数和温度参数；解决配制PCR反应的标准溶液程序复杂，且温度***的校准不能与样本示值误差和样本线性校准同步进行的问题，及光学***核心参数C t值的校准很不完善的问题。
为了实现上述目，本实用新型的技术方案是提供一种PCR扩增光学模拟器，用于实时荧光定量PCR仪的计量校准，模拟器包括多个温度传感器、多个光学校准单元和控制电路，光学校准单元包括相邻偶联的一个温度传感器和一个发射光发生器，控制电路基于温度传感器监测的温度信号控制发射光发生器的发射光强度变化。
模拟器还包括框架，框架的顶部设置有通道孔，底部设置有突起，通道孔和突起上下位置对应，突起适配***实时荧光定量PCR仪的样品孔中，每个突起内设置有一个温度传感器或一个发射光发生器，控制电路设置在框架上。
模拟器还包括盖子，盖子设置在框架的顶部，盖子设置有和通道孔对应的开口。
模拟器还包括多个发射光滤波器，发射光滤波器设置在对应有发射光发生器的盖子开口中。
所述控制电路包括控制电路A和控制电路B，控制电路A监测存储多个温度传感器数据，控制电路B根据多个温度传感器监测到的温度变化驱动多个发射光发生器的发射光强度变化。
突起为圆柱形或圆锥形，突起长度为5mm-50mm，突起的最大外径为1.5mm-15mm。
控制电路包括依次信号控制连接的微控制器、数模转换模块、可控恒流源芯片和LED发光源。
本实用新型PCR扩增光学模拟器通过设计温度传感器与发射光发生器偶联的控制电路，根据温度传感器监测实时荧光定量PCR仪反应区内的温度循环变化，进而驱动发射光发生器发射光强度不断增强后被实时荧光定量PCR仪的光学探测器接受，通过实时荧光定量PCR仪自带软件读取仪器放入PCR扩增光学模拟器后的温度参数和C t值进行校准结果分析。
本实用新型的有益效果是PCR扩增光学模拟器可以代替核酸样品作为实时荧光定量PCR仪校准介质，其性能稳定可靠，校准操作中不需要配制PCR反应的标准溶液和相关耗材，使用成本低，可获得与核酸样品类似的校准结果，可实现C t值参数和温度参数的同步校准，节省校准时间，适用面比较广。
附图说明
图1为本实用新型实施例PCR扩增光学模拟器的原理结构示意图；
图2为本实用新型实施例PCR扩增光学模拟器的模型示意图；
图3为本实用新型实施例PCR扩增光学模拟器的控制电路结构图；
其中1-框架，2-突起，3-温度传感器，4-发射光发生器。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。
实施例如图1、图2和图3所示，鉴于温度和Ct值是实时荧光定量PCR仪主要的校准参数，本实施例PCR扩增光学模拟器工作由16个温度传感器3、8个发射光发生器4、控制电路和计算机等组成，其中8个发射光发生器4和8个相邻温度传感器3组成光学校准单元，传感器部分集成在轻薄的电路板上，控制电路包括控制电路A和控制电路B，控制电路A模式存储多个温度传感器数据，控制电路B模式根据多个温度传感器监测到的温度循环变化驱动多个发射光发生器发射光强度的不断增强。温度传感器3和发射光发生器4位置分布采用对称式布置，在其边缘和中央区域均应布置传感器，校准时不影响荧光定量PCR分析仪的正常工作状态，通过计算机对校准数据进行分析处理。温度传感器3测量范围（0~100）℃，最大允许误差±0.2℃；发射光发生器4光谱响应范围是（400~720）nm，光辐射强度是10%~100%，具有较好的温漂特性和线性度。
白色圆圈是发射光发生器4布点位置，黑色圆圈是温度传感器3布点位置，发射光发生器4通过与相邻温度传感器3偶联。
PCR扩增光学模拟器的多个温度传感器3布置在突起的孔内，与相邻的发射光发生器4偶联，可以用来模拟实时荧光定量PCR仪扩增过程中温度循环变化伴随荧光强度的增强。当PCR扩增光学模拟器放入实时荧光定量PCR仪的反应区时，根据温度传感器3监测到的温度循环变化驱动发射光发生器4发射光强度不断增强，在反应区内不同位置处产生的发射光被引导至实时荧光定量PCR仪的光学探测器，实时荧光定量PCR仪的光学探测器可以探测到PCR扩增光学模拟器上不同位置的发射光强度变化，通过软件可以读取放入PCR扩增光学模拟器后的温度参数和C t值变化。
发射光发生器4包含一个或多个发光二极管（LED）。所述一个或多个发射光发生器4产生的发射光能够被实时荧光定量PCR仪的光学探测器接收，由发射光发生器产生的发射光在光学探测器的方向上发射。通过控制电路调整一个或多个发射光发生器4产生发射光的开启持续时间和/或发射光强度。
控制电路被配置为当由一个或多个温度传感器3监测的温度增加时，增加或降低由发射光发生器4产生的发射光的开启持续时间和/或强度。在实施过程中，控制电路的设计根据温度传感器3监测的温度成比例地改变发射光的开启持续时间和/或强度。同时，控制电路被设计为通过以顺序方式改变发射光强度。
使用温度传感器3可以监测实时荧光定量PCR仪反应区内的温度。然后基于反应区的温度变化由发射光发生器4产生发射光。使用多个温度传感器3，可以监测反应区内不同位置处的温度分布。由发射光发生器4产生的发射光被实时荧光定量PCR仪的光学探测器接收。然后，实时荧光定量PCR仪可以显示温度参数和由光学探测器接收到的发射光参数以供后续校准结果分析使用。
在本实施例中，PCR扩增光学模拟器还包括用于发送温度传感器3监测温度信号的接口。该设备可以被设计为通过接口传输存储在设备存储器中的参数。该接口可以包括电连接，该接口可以适用于通信，与外部计算机的电子部件和/或实时荧光定量PCR仪相连接。在实施过程中，温度传感器3监测的温度参数和由发射光发生器4产生的C t值参数可以传输到计算机等外部装置，所传输的信息可用于校准结果的后续评估。
温度传感器3布置在PCR扩增光学模拟器框架1底部的突起2上，突起2配置成适用在实时荧光定量PCR仪的反应区内。本实施例突起2为圆锥形，长度为10mm，最大外径为5mm，由柔性材料如橡胶组成，突起2和温度传感器3均可防水。
本实施例PCR扩增光学模拟器还包括每个发射光发生器4光路中设置有一个发射光滤波器。发射光滤波器可用于将PCR扩增光学模拟器调整至实时荧光定量PCR仪中使用的特定光学检测器。
发射光滤波器是圆形。本实施例发射光滤波器采用5mm的直径。发射光滤波器优选350nm至720nm范围内的波长。PCR扩增光学模拟器的盖子由塑料制成。特别地，盖子包括不反射的顶部以避免激发光的反射。框架采用金属，或者也可以选择采用塑料，框架设置有控制电路的印刷电路板。
PCR扩增光学模拟器是一个平面框架，框架1上安装发射光发生器4，在其底部突起中设置有温度传感器3。
PCR扩增光学模拟器还包括盖在框架1顶部的盖子用作保护盖，以便将对PCR扩增光学模拟器的控制电路和其他部件可能影响的因素屏蔽，如机械冲击，压力或湿度。此外，盖子包括开口，在该开口中设置发射光滤波器。每个发射光滤波器对应于发射光发生器4。
PCR扩增光学模拟器的每个光学校准单元进一步包括设置在框架1底部上的两个突起2，当使用时，突起2可以***到实时荧光定量PCR仪的反应区内相对于实时荧光定量PCR仪的其他组件以稳定模拟器。
PCR扩增光学模拟器在工作时，由16个温度传感器实时监测实时荧光定量PCR仪16个反应孔内的温度，需要模拟由温度循环升降温引起DNA扩增变化的过程，在这个反应过程中，每经过一个温度变化的循环，光强的输出信号随之变化。在电路中，采用恒流源驱动发射光发生器（LED光源器件）的方式进行驱动，选用的发射光发生器（LED光源器件）在额定工作时工作电流为30mA，工作电流的大小引起光强变化，工作电流越大，光强越强，这样模拟DNA片段经过扩增后数量的增加伴随荧光信号呈现指数级增强的过程。
实时荧光定量PCR仪在每次扩增循环时DNA片段数量是呈指数增加，荧光信号亦成指数级增强，因此模拟的光强信号强度也需要呈指数变化增强，通过16位的数字信号转模拟信号芯片，输入16个特定的数字信号：0x0001、0x0002、0x0004、0x0008、0x0010、0x0020、0x0040、0x0080、0x0100、0x0200、0x0400、0x0800、0x1000、0x2000、0x4000、0x8000，输出对应的模拟信号，再经过可控恒流源输出芯片，可以准确的将0～30mA的电流信号转成16个指数变化的恒流输出，输至发射光发生器（LED光源器件）。
本实施例的有益效果是可以代替核酸样品作为实时荧光定量PCR仪校准介质，其性能稳定可靠，校准操作中不需要配制PCR反应的标准溶液和相关耗材，使用成本低，可获得与核酸样品类似的校准结果，可实现C t值参数和温度参数的同步校准，节省校准时间，适用面比较广。
Claims (7)
1.一种PCR扩增光学模拟器，用于实时荧光定量PCR仪的计量校准，其特征在于：模拟器包括多个温度传感器、多个光学校准单元和控制电路，光学校准单元包括相邻偶联的一个温度传感器和一个发射光发生器，控制电路基于温度传感器监测的温度信号控制发射光发生器的发射光强度变化。
2.根据权利要求1所述的PCR扩增光学模拟器，其特征在于：模拟器还包括框架，框架的顶部设置有通道孔，底部设置有突起，通道孔和突起上下位置对应，突起适配***实时荧光定量PCR仪的反应区内，每个突起内设置有一个温度传感器或一个发射光发生器，控制电路设置在框架上。
3.根据权利要求2所述的PCR扩增光学模拟器，其特征在于：模拟器还包括盖子，盖子设置在框架的顶部，盖子设置有和通道孔对应的开口。
4.根据权利要求3所述的PCR扩增光学模拟器，其特征在于：模拟器还包括多个发射光滤波器，发射光滤波器设置在对应有发射光发生器的盖子开口中。
5.根据权利要求1所述的PCR扩增光学模拟器，其特征在于：所述控制电路包括控制电路A和控制电路B，控制电路A监测存储多个温度传感器数据，控制电路B根据多个温度传感器监测到的温度变化驱动多个发射光发生器的发射光强度变化。
6.根据权利要求2所述的PCR扩增光学模拟器，其特征在于：突起为圆柱形或圆锥形，突起长度为5mm-50mm，突起的最大外径为1.5mm-15mm。
7.根据权利要求1或5所述的PCR扩增光学模拟器，其特征在于：控制电路包括依次信号控制连接的微控制器、数模转换模块、可控恒流源芯片和LED发光源。
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| CN111269971A (zh) * | 2020-02-17 | 2020-06-12 | 上海科源电子科技有限公司 | 自动标定聚合酶链式反应荧光信号的方法 |
| CN112011455A (zh) * | 2020-09-15 | 2020-12-01 | 北京林电伟业电子技术有限公司 | 一种用于实时荧光定量pcr仪的温场与光路双通道检测装置 |
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