CN113913503A - 应用于核酸扩增技术的快速加热或冷却的温控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及温控方法技术领域，具体涉及一种应用于核酸扩增技术的快速加热或冷却的温控方法，控制旋转电机运行带动盛有扩增液的容器进行转动，再将一定温度的热或冷空气经喷嘴加速后，通过喷射换热方式对扩增液进行快速加热或冷却。本发明采用了空气喷射方式来加热或冷却旋转条件下容器内的扩增液，实现对扩增液在给定温度水平和维持时间等条件下的多次温度循环。气体喷射换热方式是基于高速强制对流换热，有利于空气与扩增液间热量的快速交换，实现对扩增液升降温速率的快速控制；在旋转条件下，扩增液内部形成的二次流能有效地对容器内不同区域的扩增液进行混合，显著提高容器内扩增液的温度均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及温控方法技术领域，尤其涉及一种应用于核酸扩增技术的快速 加热或冷却的温控方法。
背景技术
目前，核酸扩增生物技术发展迅速，基于PCR(聚合酶链式反应)管、微流 控芯片等装置的核酸扩增技术具有良好的发展前景。核酸扩增技术通常需要对 温控目标在几个温度点之间实现快速的切换，传统PCR过程温度变换如图1所 示：在40℃～60℃、70℃～75℃、90℃～95℃之间切换并完成20～30个循环；其温 度切换的速度极大地影响了PCR(聚合酶链式反应)反应的效率，进而影响最终 检测结果的质量，因此加快反应物的升降温速率有重大意义。
现有基于核酸扩增技术的温控方法大多存在升降温速率低、金属基板温度 不均匀性等不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于核酸扩增技术的快速加热或冷却的温控 方法，以提升扩增液的升降温速率和扩增液的温度均匀性。
为实现上述目的，本发明提供了一种应用于核酸扩增技术的快速加热或冷 却的温控方法，具体包括以下步骤：
控制旋转电机运行带动容器进行转动使容器中的扩增液形成二次流；
采用加热管对空气进行加热至80℃～120℃并向隔热腔进行喷射加热；
待扩增液加热至目标温度并保持目标温度使生化反应充分进行后，降低加 热管目标温度至35℃～65℃，快速冷却扩增液至新的目标温度；
将空气升温至65℃～85℃，对扩增液进行加热，依次进行多次温度循环控制。
其中，在步骤所述控制旋转电机运行带动容器进行转动使容器中的扩增液 形成二次流之前，还包括步骤：将盛有扩增液的容器倾斜安装在隔热腔中。
其中，在所述将盛有扩增液的容器倾斜安装在隔热腔中的步骤中，倾斜角 度为0°～45°。
其中，所述采用加热管对空气进行加热至80℃～120℃并向隔热腔喷射加热 的具体步骤为:
通风装置将空气通入加热管中；
加热管将空气加热至80℃～120℃，并将该热空气喷射进入隔热腔中。
其中，在所述控制旋转电机运行带动容器进行转动使容器中的扩增液形成 二次流的步骤中，所述旋转电机的转速为200～800r/min。
其中，在所述待扩增液加热至目标温度并保持目标温度使生化反应充分进 行后，降低加热管目标温度至35℃～65℃的步骤中，所述生化反应的时间为 10～20s。
本发明应用于核酸扩增技术的快速加热或冷却的温控方法，采用了空气喷 射方式加热或冷却旋转条件下容器内的扩增液，实现对扩增液在给定温度水平 和维持时间等条件下的多次温度循环，相较于现有的气浴式和金属基板式，气 体喷射换热方式是基于高速强制对流换热，更有利于空气与扩增液间热量的快 速交换，进而实现对扩增液升降温速率的快速控制；在旋转条件下，扩增液内 部形成的二次流能有效地对容器内不同区域的扩增液进行混合，显著提高容器 内扩增液的温度均匀性，有利于扩增液在给定温度水平条件下的各种生化反应。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术的PCR过程温度循环图。
图2是本发明提供的应用于核酸扩增技术的快速加热或冷却的温控方法所采 用的装置的剖视图。
图3是本发明提供的应用于核酸扩增技术的快速加热或冷却的温控方法的流 程图。
图4是本发明提供的应用于核酸扩增技术的快速加热或冷却的温控方法的步 骤S3的具体步骤的流程图。
1-金属基板、2-旋转电机、3-通风装置、4-支撑装置、5-支撑架、6-加热管、 7-隔热腔、8-容器、9-盖板、10-通风口。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自 始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元 件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不 能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、 “下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、 “底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置 关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或 元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发 明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除 非另有明确具体的限定。
请参阅图2，旋转电机2固定安装在金属基板1上，两个通风装置3间隔设 置在金属基板1上，支撑架5对隔热腔7进行支撑作用，支撑装置4与旋转电 机2的输出端固定连接，且支撑装置4的顶部穿入隔热腔7中，两个加热管6 分别穿入隔热腔7中，隔热腔7的顶部设置有盖板9，以对隔热腔7进行封闭和 打开，盖板9上具有通风口10。
请参阅图3，本发明提供一种应用于核酸扩增技术的快速加热或冷却的温控 方法，具体包括以下步骤：
S1：将盛有扩增液的容器8倾斜安装在隔热腔7中；
S2：控制旋转电机2运行带动容器8进行转动使容器8中的扩增液形成二 次流；
S3：采用加热管6对空气进行加热至80℃～120℃并向隔热腔7进行喷射加 热；
S4：待扩增液加热至目标温度并保持目标温度使生化反应充分进行后，降 低空气温度至35℃～65℃，快速冷却扩增液至新的目标温度；
S5：将空气升温至65℃～85℃，对扩增液进行加热，依次进行多次温度循环 控制。
进一步的，在所述控制旋转电机2运行带动容器8进行转动使容器8中的 扩增液形成二次流的步骤中，所述旋转电机2的转速为200～800r/min；
在所述待扩增液加热至目标温度并保持目标温度使生化反应充分进行后， 降低空气温度至35℃～65℃，快速冷却扩增液至新的目标温度的步骤中，所述生 化反应的时间为10～20s。
在本实施方式中，本应用于核酸扩增技术的快速加热或冷却的温控方法以 PCR管为对象，在其他实施例中，温控对象还可以是微流控芯片等其他装置，在 关机状态下，打开盖板9，装入PCR管后关闭盖板9，打开旋转电机2保持旋转 状态，带动PCR管进行旋转，旋转电机2转速为500r/min，使得PCR管内的扩 增液在离心力作用下形成二次流，以保持其温度的均匀性，常温空气在加热管6 中被加热至目标温度为95℃并向隔热腔7中喷射，以喷射换热方式实现扩增液 的快速加热，待扩增液加热至目标温度并保持目标温度使生化反应充分进行后， 生化反应的时间为10～20s，降低加热管6目标温度至55℃，从而实现扩增液的降温；随后再升温至72℃，以此完成对扩增液多次温度循环的控制，满足核酸 扩增过程中对扩增液的快速加热或冷却需求，在升降温过程中，旋转电机2一 直保持开启状态，以实现强制射流加热或冷却作用，加热时，通过流动气体工 质带走热管中热量对温控对象进行加热；制冷时，加热管6停止加热，流动气 体工质依旧以一定流速流动喷射，加热管6与热空气快速降温至目标温度，本 应用于核酸扩增技术的快速加热或冷却的温控方法采用了空气喷射方式加热或 冷却旋转条件下容器内的扩增液，实现对扩增液在给定温度水平和维持时间等 条件下的多次温度循环，相较于现有的气浴式和金属基板式，气体喷射换热方 式是基于高速强制对流换热，更有利于空气与扩增液间热量的快速交换，进而 实现对扩增液升降温速率的快速控制；在旋转条件下，扩增液内部形成的二次 流能有效地对容器内不同区域的扩增液进行混合，显著提高容器内扩增液的温 度均匀性，有利于扩增液在给定温度水平条件下的各种生化反应。
进一步的，在所述将盛有扩增液的容器8倾斜安装在隔热腔7中的步骤中， 倾斜角度为0°～45°。
根据不同温控对象角度控制不同，本实施例中容器8可将管下端以一定角 度(0°～45°)向外侧倾斜。
请参阅图4，所述采用加热管6对空气进行加热至80℃～120℃并向隔热腔7 进行喷射加热的具体步骤为:
S31：通风装置3将空气通入加热管6中；
S32：加热管6将空气加热至80℃～120℃，并将该热空气喷射进入隔热腔7 中。
在本实施方式中，常温空气(或其它气体)通过通风装置3，在本实施例中 通风装置3采用空气压缩机，以确保空气流量稳定，波动小，空气以一定流速 通过加热管6，常温空气在加热管6中被加热至目标温度为95℃并向盛有扩增 液的容器8扩增液区域即隔热腔7喷射，以喷射换热方式实现扩增液的快速加 热。
进一步的，在加热管6将空气加热至80℃～120℃，并将该热空气喷射进入 隔热腔7中的步骤中，所述空气喷射速度为5～10m/s；
所述加热管6的外部包裹有一层绝缘膜，所述绝缘膜用于隔绝加热丝和加 热管并防止加热丝因裸露而造成加热电路短路；
所述加热管6的外部还缠绕有保温棉，所述保温棉用于防止所述加热管6 漏热。
空气喷射速率越大，其对流换热强度越强，但过度增大空气喷射速度对换 热强度提升不大，并且不利于节约能源，通常风速范围为5～10m/s；加热管6 的外部包裹一层耐高温绝缘膜，在本实施例中采用PI膜，加热管的外部还缠绕 设置有保温棉，以防止加热管6漏热量过多而影响加热效率。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发 明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流 程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (6)
1.一种应用于核酸扩增技术的快速加热或冷却的温控方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
控制旋转电机运行带动容器进行转动使容器中的扩增液形成二次流；
采用加热管对空气进行加热至80℃～120℃并向隔热腔进行喷射加热；
待扩增液加热至目标温度并保持目标温度使生化反应充分进行后，降低空气温度至35℃～65℃，快速冷却扩增液至新的目标温度；
将空气升温至65℃～85℃，对扩增液进行加热，依次进行多次温度循环控制。
2.如权利要求1所述的应用于核酸扩增技术的快速加热或冷却的温控方法，其特征在于，
在步骤所述控制旋转电机运行带动容器进行转动使容器中的扩增液形成二次流之前，还包括步骤：将盛有扩增液的容器倾斜安装在隔热腔中。
3.如权利要求2所述的应用于核酸扩增技术的快速加热或冷却的温控方法，其特征在于，
在所述将盛有扩增液的容器倾斜安装在隔热腔中的步骤中，倾斜角度为0°～45°。
4.如权利要求3所述的应用于核酸扩增技术的快速加热或冷却的温控方法，其特征在于，
所述采用加热管对空气进行加热至80℃～120℃并向隔热腔喷射加热的具体步骤为:
通风装置将空气通入加热管中；
加热管将空气加热至80℃～120℃，并将该热空气喷射进入隔热腔中。
5.如权利要求4所述的应用于核酸扩增技术的快速加热或冷却的温控方法，其特征在于，
在所述控制旋转电机运行带动容器进行转动使容器中的扩增液形成二次流的步骤中，所述旋转电机的转速为200～800r/min。
6.如权利要求5所述的应用于核酸扩增技术的快速加热或冷却的温控方法，其特征在于，
在所述待扩增液加热至目标温度并保持目标温度使生化反应充分进行后，降低加热管目标温度至35℃～65℃的步骤中，所述生化反应的时间为10～20s。
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