CN115369029A

CN115369029A - 一种快速pcr仪

Info

Publication number: CN115369029A
Application number: CN202211161109.4A
Authority: CN
Inventors: 刘晓雷; 袁新旺; 闫媛媛; 徐超
Original assignee: Suzhou Yingze Biomedical Technology Co ltd
Current assignee: Suzhou Yingze Biomedical Technology Co ltd
Priority date: 2022-09-23
Filing date: 2022-09-23
Publication date: 2022-11-22

Abstract

本发明公开了一种快速PCR仪，包括能够沿上下方向活动的安装在PCR仪装置本体内的第一加热模块与第二加热模块，两个加热模块为PCR反应管提供不同的反应温度，第一加热模块与第二加热模块上均开设有供PCR反应管插设通过的孔洞，孔洞的直径大于PCR反应管的直径，第一加热模块上的孔洞与第二加热模块上的孔洞在位置和数量上相一一对应，PCR反应管的底部为无色透明，PCR仪还包括热盖。本发明的PCR仪能够快速改变反应体系温度，缩短反应时间的目的，同时还能提高不同反应体系温度的均一性，确保结果准确可靠，其结构简单，使用寿命得到了大大延长。

Description

一种快速PCR仪

技术领域

本发明涉及分子生物学检测技术领域，具体涉及一种快速PCR仪。

背景技术

现在技术中，PCR仪（热循环仪）在使用时通常都是把管子或平板放在固定的金属加热块中，通过加热或冷却金属加热块来控制管子或平板的温度。因此带来的问题有：①加热及冷却需要比较长的时间，所以实际完成反应所需的时间会大大长于理论计算的（变性时间+延伸时间）×循环数（比如说，PCR反应程序设定为95度预变性5分钟；95度变性1秒，60度延伸10秒，40个循环。按照这个程序计算的反应时间仅为12分20秒，但实际上一般的热循环仪温度变化速度为每秒3-5度，真正跑完这个程序需要25-30分钟）。②加热及冷却过程中金属加热块不同位置温度不一样，同时进行多管反应时，不同的管子中的温度不一致，导致结果出现偏差。③仪器工作中需要频繁快速的升降温，使用一段时间之后性能会有衰减，而且容易发生故障。基于上述技术，要想加快PCR反应需要更强大的加热、冷却能力，使金属加热块的温度迅速变化（例如从每秒升/降温3度提高到每秒升/降温10度），但是这样需要增大仪器功率，采用更先进的加热、冷却系统，导致成本增加。所以，提高金属加热块的温度变化速率比较困难，极限也较低，如想让金属加热块每秒升/降温100度的同时精准控制温度几乎不可能做到。而且，即使提高了金属加热块的温度变化速率，保持其温度的均一性也是很大的挑战。

另外，现在的PCR仪结构基本都是下面为控温的金属加热模块，上面是带孔的热盖、光源及检测装置。配套的耗材是锥形底的管子或多孔板，加好反应体系后盖上盖子或者在上面贴一张无色透明的封板膜，然后放在金属加热模块上进行反应。位于热盖上方的光源发出的激发光通过滤镜和热盖上的孔照射反应体系，激发出的荧光信号同样通过热盖上的孔、滤镜和透镜被光电管等接收检测。这个结构的系统存在的问题在于热盖上必须留孔以便激发光和荧光通过。因此要求管盖或封板膜必须干净且透光度良好，同时要求热盖上开孔以保证荧光信号不受影响；如果管盖或封板膜的密封不够好，反应体系中的水蒸发后从密封处溢出，最终导致检测失败。此外，从上方检测还要求PCR反应体系中不能有气泡，否则气泡漂在反应体系上或者在反应过程中破裂，都会导致检测结果不准确。

如何解决上述技术问题是本领域技术人员亟待解决的事情。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种快速PCR仪。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种快速PCR仪，所述PCR仪包括能够沿上下方向活动的安装在PCR仪装置本体内的一组加热模块，包括相互平行的第一加热模块与第二加热模块，两个加热模块为PCR反应管提供不同的反应温度，第一加热模块用于在模板变性阶段为PCR反应管提供反应温度；第二加热模块用于在复性及延伸阶段为PCR反应管提供反应温度，所述第一加热模块与第二加热模块上均开设有供PCR反应管插设通过的孔洞，所述孔洞的直径大于所述PCR反应管的直径，所述第一加热模块上的孔洞与第二加热模块上的孔洞在位置和数量上相一一对应，所述PCR反应管的底部为无色透明，所述PCR仪还包括设置在PCR反应管下方的检测模块以及设置在PCR反应管上方、用于压紧PCR反应管管盖上的热盖。

作为一种具体的实施方式，所述第一加热模块与第二加热模块上的孔洞内安装有柔性导热材料制成的密封环。

作为一种具体的实施方式，所述密封环由石墨材料制成。

作为一种具体的实施方式，所述第一加热模块位于所述第二加热模块的上方，所述第一加热模块为PCR反应管所提供的反应温度高于所述第二加热模块为所述PCR反应管所提供的反应温度。

作为一种具体的实施方式，所述PCR反应管的上部管径小于下部管径。

作为一种具体的实施方式，所述PCR仪装置本体内设置有用于安装第一加热模块与第二加热模块的支架，所述支架包括位于第一加热模块与第二加热模块长度方向两侧的侧板，所述侧板上开设有沿竖直方向延伸的滑槽，所述第一加热模块与第二加热模块长度方向的两端插设在两侧的滑槽内且能沿滑槽的长度延伸方向滑移设置。

作为一种具体的实施方式，所述PCR仪装置本体内还设置有用于驱动第一加热模块和第二加热模块沿滑槽的槽道方向升降的驱动电机。

作为一种具体的实施方式，所述第一加热模块、第二加热模块及热盖均为金属块，所述热盖的温度不低于100℃。

作为一种具体的实施方式，所述检测模块包括激发光源、滤光片及CCD相机，所述激发光源所发出的光线从PCR反应管的底部照射到PCR反应管内的反应体系，激发出的荧光经由滤光片被CCD相机接收并分析。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的快速PCR仪，其采用了上下两个独立的加热模块来对PCR反应管进行加热，通过控制两个加热模块的温度及加热模块与PCR反应管之间的接触时间来控制PCR反应体系的温度，以达到快速改变反应体系温度，缩短反应时间的目的，同时还能提高不同反应体系温度的均一性，另外检测模块设置在PCR反应管的下方，且热盖上无需开孔，其检测过程不受气泡、管盖密封的影响能够确保结果准确可靠，另外本发明的PCR仪结构简单，使用寿命得到了大大延长。

附图说明

附图1为所述的快速PCR仪的结构示意图；

其中1、第一加热模块；2、第二加热模块；3、PCR反应管；4、热盖；5、检测模块；6、孔洞；7、密封环；8、侧板；9、驱动电机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

一种快速PCR仪，参见图1所示，包括能够沿上下方向活动的安装在PCR仪装置本体内的一组加热模块，该加热模块包括相互平行的第一加热模块1与第二加热模块2，两个加热模块为PCR反应管3提供不同的反应温度，第一加热模块1用于在模板变性阶段为PCR反应管3提供反应温度；第二加热模块2用于在复性及延伸阶段为PCR反应管3提供反应温度，第一加热模块1与第二加热模块2上均开设有供PCR反应管3插设通过的孔洞6，该孔洞6的直径大于PCR反应管3的直径，第一加热模块1上的孔洞6与第二加热模块2上的孔洞6在位置和数量上相一一对应，PCR反应管3的底部为无色透明，PCR仪还包括设置在PCR反应管3下方的检测模块5以及设置在PCR反应管3上方、用于压紧PCR反应管3管盖上的热盖4。第一加热模块1、第二加热模块2及热盖4均采用了金属块。

本例中，检测模块5位于PCR反应管3的下方，PCR反应管3的底部为无色透明。这里，检测模块5包括激发光源、滤光片、CCD相机，激光片设置在激发光源的出光方向上。该激发光源可以是复合光源（如卤素灯、氙灯或白光LED等），也可以是一个或多个单色光源，检测过程中，检测模块5中的激发光（如果光源是复合光源，光线先经过滤光片再到达PCR管；如果光源是单色光源则不需要滤光片）从PCR反应管3的下方照射，激发出来的荧光同样经由PCR反应管3的管底透射出去，被CCD相机接收（在CCD相机前面可以加滤光片以过滤荧光信号以外的杂光，比如说被反射回来的激发光）并分析。这里，由于光信号是从管底透射出去的，而气泡通常位于液面上，采用该检测方式能够完全避免气泡的干扰，而热盖4压紧在PCR反应管3的管盖处，其热盖4的温度不低于100℃，这里设置为105℃至110℃，这样使得PCR反应管3的管盖温度不低于100℃，有效防止水从热的反应体系中蒸发出来，凝结在管盖处。而且这里由于光信号不需要经过管盖，所以管盖的颜色不做限定。同时因检测模块5位于PCR反应管3的下方，本例中的热盖4无需开孔，为一整块金属板。

这里，该第一加热模块1与第二加热模块2上的孔洞6内安装有柔性导热材料制成的密封环7。具体的，该密封环7由石墨材料制成。通过设置密封环7，使得在加热模块对PCR反应管3进行加热时，便于传热。密封环7的内圈为光滑面，以减小加热模块在升降过程中与PCR反应管3之间的摩擦阻力。将加热模块上的孔洞6设置成比PCR反应管3的直径大是为了方便加热模块的升降，而通过设置密封环7是为了在对PCR反应管3加热时便于传热，减少热量流失。另外，该孔洞6可以有多个，这样可以同时对多根PCR反应管3进行PCR反应。

本例中，该第一加热模块1位于第二加热模块2的上方，第一加热模块1和第二加热模块2具有彼此独立的控温装置且第一加热模块1为PCR反应管3所提供的反应温度高于第二加热模块2为PCR反应管3所提供的反应温度。PCR反应管3的上部管径小，下部管径大。通过该设置方式，当第二加热模块2在对PCR反应管3加热时，第一加热模块1与PCR反应管3不相接触，不会对PCR反应体系造成影响。

具体使用时，当PCR反应管3穿过第一加热模块1和第二加热模块2上的孔洞6后被固定，热盖4压紧在PCR反应管3的管盖上，对第一加热模块1和第二加热模块2分别设定不同的反应温度，如第一加热模块1所提供的反应温度为95℃，第二加热模块2所提供的反应温度为60℃。而后根据需要设定两个加热模块与PCR反应管3的接触时间，来调控PCR反应体系的温度，变性阶段时，将第一加热模块1的位置调整至反应体系处，对PCR反应管3进行加热；在复性阶段和延伸阶段时，将第二加热模块2位置调整至反应体系处对其进行降温处理，采用该方式可以达到快速改变反应体系温度、缩短反应所需时间的目的，另外采用本发明的设置方式，去掉了PCR反应过程中对加热模块反复加热、冷却的过程，缩短了该加热及冷却时间，同时提高了温度的均一性，延长了PCR仪的使用寿命。

本例中，该PCR仪装置本体内设置有用于安装第一加热模块1与第二加热模块2的支架，支架包括位于第一加热模块1与第二加热模块2长度方向两侧的侧板8，侧板8上开设有沿竖直方向延伸的滑槽，第一加热模块1与第二加热模块2长度方向的两端插设在两侧的滑槽内且能沿滑槽的长度延伸方向滑移设置。这里，该PCR仪装置本体内还设置有用于驱动第一加热模块和第二加热模块沿滑槽的槽道方向升降的驱动电机9。这里，该驱动电机9有两组，分别用于驱动第一加热模块1和第二加热模块2沿滑槽的槽道方向升降。具体的，每组中的驱动电机9有两个，分别位于加热模块长度方向的两端，两个驱动电机9为同步驱动电机9，两个驱动电机9的输出端分别连接加热模块的两端。通过驱动电机9能够在0.1秒内完成加热模块的升降动作，大大节约了工作时间。

另外，第一加热模块1与第二加热模块2的间距基本固定，驱动电机9也可以是一组，通过位于加热模块两侧的两个驱动电机9驱动两个加热模块同步升降。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种快速PCR仪，其特征在于，所述PCR仪包括能够沿上下方向活动的安装在PCR仪装置本体内的一组加热模块，包括相互平行的第一加热模块与第二加热模块，两个加热模块为PCR反应管提供不同的反应温度，第一加热模块用于在模板变性阶段为PCR反应管提供反应温度；第二加热模块用于在复性及延伸阶段为PCR反应管提供反应温度，所述第一加热模块与第二加热模块上均开设有供PCR反应管插设通过的孔洞，所述孔洞的直径大于所述PCR反应管的直径，所述第一加热模块上的孔洞与第二加热模块上的孔洞在位置和数量上相一一对应，所述PCR反应管的底部为无色透明，所述PCR仪还包括设置在PCR反应管下方的检测模块以及设置在PCR反应管上方、用于压紧PCR反应管管盖上的热盖。

2.根据权利要求1所述的快速PCR仪，其特征在于，所述第一加热模块与第二加热模块上的孔洞内安装有柔性导热材料制成的密封环。

3.根据权利要求2所述的多功能PCR仪，其特征在于，所述密封环由石墨材料制成。

4.根据权利要求1所述的快速PCR仪，其特征在于，所述第一加热模块位于所述第二加热模块的上方，所述第一加热模块为PCR反应管所提供的反应温度高于所述第二加热模块为所述PCR反应管所提供的反应温度。

5.根据权利要求4所述的快速PCR仪，其特征在于，所述PCR反应管的上部管径小于下部管径。

6.根据权利要求1所述的快速PCR仪，其特征在于，所述PCR仪装置本体内设置有用于安装第一加热模块与第二加热模块的支架，所述支架包括位于第一加热模块与第二加热模块长度方向两侧的侧板，所述侧板上开设有沿竖直方向延伸的滑槽，所述第一加热模块与第二加热模块长度方向的两端插设在两侧的滑槽内且能沿滑槽的长度延伸方向滑移设置。

7.根据权利要求6所述的快速PCR仪，其特征在于，所述PCR仪装置本体内还设置有用于驱动第一加热模块和第二加热模块沿滑槽的槽道方向升降的驱动电机。

8.根据权利要求1所述的快速PCR仪，其特征在于，所述第一加热模块、第二加热模块及热盖均为金属块，所述热盖的温度不低于100℃。

9.根据权利要求1所述的快速PCR仪，其特征在于，所述检测模块包括激发光源、滤光片及CCD相机，所述激发光源所发出的光线从PCR反应管的底部照射到PCR反应管内的反应体系，激发出的荧光经由滤光片被CCD相机接收并分析。