专利名称：一种热风循环温控式实时荧光定量pcr检测仪的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种用于聚合酶链反应(PCR)的检测装置，特别是关于一种热风循环温控式实时荧光定量PCR检测仪。
背景技术：
在分子生物学研究和医学临床诊断过程中，聚合酶链反应技术应用甚广，近几年来，在封闭体系中完成PCR及对扩增终产物进行实时检测的荧光定量PCR技术逐渐被业界人士接受并广泛使用，进而出现了多种实时荧光定量PCR检测仪器。这些仪器中，有些是采用热风循环温控式来提供PCR不同阶段的温度，同时样品在样品反应室中旋转进行检测。但是，采用这种方式的一般PCR检测仪，基本上都是在样品反应室内的固定位置加载温度探测器，用以探测并调控反应室内的温度，此时，由于温度探测器是固定在某一位置上的，而样品是在旋转运行的，这样就不可避免地会遇到旋转待检样品本身的实际温度与温度探测器在反应室内某一固定位置上探测到的温度，存在差异或不均一的问题，造成PCR检测过程中样品控温不准确的困难。因此，研制一种可以实现在反应室中探测并调控样品旋转状态下的实时温度的检测仪，具有重要的意义。
发明内容
针对以上现有技术的不足，本发明的目的是提供一种可以消除探测温度差异，准确探测旋转中样品真实温度的热风循环温控式实时荧光定量PCR检测仪。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种热风循环温控式实时荧光定量PCR检测仪，它包括热风循环及温控系统，实时荧光信号检测光学系统，实时信号滤波放大及信号采集系统，用户指令及数据交互的通信系统和连接控制系统的计算机；所述热风循环及温控系统包括风浴装置、PCR反应检测腔和旋转运动装置；所述旋转运动装置包括由动力源带动的传动装置和位于PCR反应检测腔内的样品盘；所述实时荧光信号检测光学系统由激发光路和检测光路组成，其特征在于所述传动装置输出轴顶部设置一旋转支架，所述旋转支架的中央通过一旋紧把手连接所述样品盘，所述旋转支架的周向边缘设置至少一个与所述样品盘上的样品管位置相应的温度探测传感器；所述传动装置输出轴底部设置一包括旋转和固定两部分的旋转连接器，所述温度探测传感器的导线通过所述旋转连接器电连接所述控制系统。
所述温度探测传感器为热敏电阻、热电耦、电阻式温度检测器和热敏二极管中的一种。
所述旋转连接器为是集电环、碳刷滑环和水银滑环中的一种。
在所述旋转支架的周向边缘设置至少一个与所述样品盘上的样品管工作位相应的实时荧光校正装置，制成所述实时荧光校正装置的材料为用光源照射能产生可见光谱荧光信号以供检测的材料。
所述温度探测传感器和实时荧光校正装置各为两个，分别相互间隔90°设置在所述旋转支架上。
所述激发光路中的激发光滤色片和所述检测光路中的检测光滤色片分别为一滤色片转轮结构，所述滤色片转轮结构包含有两片或两片以上不同波长通带的滤色片。
本发明由于采用以上技术方案，其具有以下优点1、本发明由于设置了与样品盘一同旋转的温度探测传感器，因此可以实现在PCR反应检测腔中探测并调控样品在旋转状态下的实时温度，同时有效地解决了传统PCR检测仪中存在的“位置边缘效应”问题。2、本发明由于设置了与样品盘一起转动的实时荧光校正装置，因此系统在对旋转状态下的样品管内的扩增产物的荧光信号进行检测的同时，可以及时监测系统装置的误差变化，并及时校正和消除系统误差，使检测结果更加准确可靠。3、本发明由于设置了一旋转连接器，并将温度探测传感器的导线连接在旋转连接器的旋转部分，利用旋转连接器的固定部分引出温度探测传感器与控制系统连接的导线，因此有效地解决了温度探测传感器与样品盘同轴旋转时，输出导线不能转动的问题。4、本发明由于将温度探测传感器和荧光校正装置设置在一旋转支架上，并将样品盘固定在旋转支架上，使温度探测传感器和荧光校正装置与样品管一样占据一个样品管的位置，因此特别真实地反馈了样品管所感受到的实时温度和实时荧光检测效果。5、本发明在实时荧光信号检测光学系统的激发光滤色片和检测光滤色片中，均采用滤色片转轮结构，因此可以转动滤色片转轮结构，通过选择不同波长通带的滤色片，完成不同激发波长的切换。6、本发明的样品管无需热盖，热风循环方式和旋转离心力使样品管壁上不会凝结液滴，特别是当本发明用于检测聚合酶链反应(PCR)中的原始靶基因浓度时，可有效提高检测结果的准确性。
图1是本发明结构示意2是本发明风浴装置内部结构示意3是本发明PCR反应检测腔结构示意4是本发明样品盘结构示意5是本发明旋转运动装置结构示意6是本发明同步检测盘结构示意7是本发明旋转连接器结构示意8是本发明滤色片转轮结构示意图具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细地描述。
如图1所示，本发明包括热风循环及温控系统1，实时荧光信号检测光学系统2，实时信号滤波放大及信号采集系统3(用虚线标示)，用户指令及数据交互的通信系统4和连接控制系统的计算机5。热风循环及温控系统1包括风浴装置11、PCR反应检测腔12和旋转运动装置13；实时信号滤波放大及信号采集系统3由放大滤波电路31和模数转换电路32组成；计算机5中装设有与整个控制系统相应的软件，用于实时观测反应过程及数据处理。
如图1、图2所示，本发明风浴装置11包括一外罩110，外罩110内设置有电阻丝支架111，电阻丝支架111上设置有电阻丝112，外罩110内设置有一吹风风扇113，吹风风扇113与电阻丝支架111之间设置有一温度保护开关114。外罩110底部设置有通风孔，外罩110与PCR反应检测腔12的一侧枢轴连接，并相对设置有位置传感器115和压盖锁116。位置传感器115可以向控制系统反馈当前外罩110的状态，当控制系统得知风浴装置11的压盖锁116被打开时，控制系统进入用户工作模式，热风循环及温控系统1和实时荧光检测光学系统2自动进入断电保护状态。当风浴装置11的外罩110关闭时，系统各组件可以正常运转，压合的压盖锁116，可以防止热空气外泄和激光外露对人造成伤害。
如图1、图3、图4所示，本发明PCR反应检测腔12的底部中央具有一圆孔120，圆孔120周围均布有三个出风口121，每个出风口121的下面设置一抽风风扇122。检测腔12的底部和侧壁分别设置一激发光入射端123和一荧光信号检测端124，在激发光入射端123和荧光信号检测端124处均安装有平面玻璃。检测腔12内设置一样品盘125，样品盘125上设置有若干个样品管126，样品盘125中心通过一旋紧把手127连接在旋转运动装置13的旋转支架132上。整个样品盘125可以作为一个组件一起从PCR反应检测腔12中取出，进行样品管126的装取。
如图1、图5、图6所示，本发明旋转运动装置13包括作为动力源的电机130，电机130通过传动装置131带动同轴连接的旋转支架132、同步检测盘133、零位开关134和旋转连接器135同步转动。同步检测盘133安装在旋转连接器135的上部，并与一固定的光电传感器136相匹配。同步检测盘133为一圆形锯齿状结构，其齿数与样品盘125上设置的样品管126工作位一致，且一一对应，这样就可以通过与光电传感器136的配合，在荧光信号的采集过程中对样品管126进行实时监控。零位开关134与另一光电传感器137匹配，可以使控制系统能够对样品管126准确定位，零位开关134的设置，可以方便对各个样品管126进行标号管理。
如图1、图5所示，本发明设置的旋转支架132可以是具有四个伸出端的支架，也可以是一个旋转盘132’(仅以旋转盘为例说明)。旋转盘132’中心设置一螺孔或旋转卡槽，用以与样品盘125的旋紧把手127连接。旋转盘132’的周向边缘设置一个或对称设置两个或多个温度探测传感器138，温度探测传感器138可以是热敏电阻、热电耦、电阻式温度检测器(RTD)、热敏二极管等具有温度探测功能的器件。由于旋转盘132’上的温度探测传感器138与固定在旋转盘132’上的样品管126一起做旋转运动，而不是固定在一个位置上，因此可以准确地探测到样品管126在运动状态下的实时温度数据，并传输给控制系统，控制系统可根据检测到的实时温度波动的情况，通过风浴装置11实时调整PCR反应检测腔12内的温度，保证样本管126管内的温度与要求温度的一致性。
如图5所示，本发明为了使实时荧光信号检测光学系统2的测量精度始终保持一致，在旋转盘132’的周向边缘，与温度探测传感器138间隔设置一个或对称设置两个或多个实时荧光校正装置139。实时荧光校正装置139由用光源照射可以产生荧光信号的材质制成，这种荧光信号可以像样品管126中的扩增产物的荧光信号一样被实时荧光信号检测光学系统2检测到，并传输给控制系统，控制系统可以分辨实时荧光校正装置139反馈的信号，并通过比对发现系统误差，及时进行校正。
本发明上述温度探测传感器138和荧光校正装置139都是随样品盘125一起旋转的，但是在旋转过程中，连接温度探测传感器138的导线必须不随其一起转动，为此本发明在传动装置131的输出轴底部设置了现有技术的旋转连接器135。如图7所示，旋转连接器135分为旋转部分A和固定部分B，旋转部分A为随样品盘125、温度探测传感器138一起旋转的部分(集电环)，其中a1、b1、c1、d1为信号线端，a2、b2、c2、d2为导电材料，分别与a1、b1、c1、d1连通；固定部分B为固定出线部分(电刷或碳刷固定器)，a3、b3、c3、d3为导电材料，连接在固定部分B上，分别与不同的出线端a4、b4、c4、d4连接。实际应用时，旋转部分A旋转，固定部分B不动，a1、b1、c1、d1信号通过a2、b2、c2、d2和a3、b3、c3、d3的动态摩擦接触将信号从a4、b4、c4、d4导出。根据此原理，本发明将温度探测传感器138的导线连接旋转连接器135的信号线端a1、b1、c1、d1，而旋转连接器135通过其上固定不动的a4、b4、c4、d4接线端将温度探测传感器138连接至控制系统。上述旋转连接器135可以是集电环、碳刷滑环、水银滑环等。
如图1所示，本发明的实时荧光信号检测光学系统2由激发光路21和检测光路22组成(用点划线标示)，激发光路21与检测光路22在空间上垂直。激发光路21与PCR反应检测腔12的激发光入射端123位置对应，设置在PCR反应检测腔12的下部(仅以此为例，但不限于此)，检测光路22与PCR反应检测腔12的荧光信号检测端124位置对应，设置在PCR反应检测腔12的外侧。激发光路21由上至下依次放置激发物镜组213、激发光滤色片212、激发光源211和激发光源散热风扇214。激发物镜组213可以是由多片凸透镜组成的透镜组，激发光源可以为发光二极管、激光器或卤钨灯，激发光源的波长可以为单一波长或可见波谱。本发明的激发光源211可以采用白光LED(仅以此为例，但本发明不限于此)，波长范围为350～800nm。检测光路22由内至外依次放置检测目镜组221、检测光滤色片222、检测器件224。检测目镜组221可以是由多片凸透镜组成的透镜组。检测器件224为电荷耦合器件、光电倍增管(PMT)、光电二极管或光电三极管。本发明的检测器件224可以采用光电倍增管(PMT)(仅以此为例，但不限于此)，检测波长为200～800nm。本发明中，在检测光滤色片222和检测器件224之间还放置有滤除杂散光的光栏223。
本发明的激发光滤色片212和检测光滤色片222均采用滤色片转轮结构(如图8所示)，将两片或两片以上不同波长通带的滤色片安装在滤色片转轮中，通过旋转选择需要的滤色片以完成不同波长的切换。本实施例中，激发光滤色片212和检测光滤色片222的转轮结构中均含有5片不同波长通带的滤色片。
本发明在使用过程中，当这个系统需要的温度高于设置在旋转支架132上的温度探测传感器138探测到的温度时，控制系统将打开电阻丝111通路，同时吹风风扇113工作，将热风吹向位于风浴装置11下方的PCR反应检测腔12中；当温度探测传感器138探测到温度升高超过限定的温度时，控制系统便会关闭电阻丝111通路，吹风风扇113继续工作，PCR反应检测腔12保持温度，直至温度探测传感器138探测到温度低于设定的温度下限时，控制系统再开启电阻丝111通路，使PCR反应检测腔12始终保持在所需的温度范围内。当系统需要的温度比温度探测传感器138探测到的温度低得较多时，电阻丝111断路，吹风风扇113工作，同时还可以开启PCR反应检测腔12底部设置的抽风风扇122，进一步加快降温速度。如果系统配件出现故障，控制系统无法控制电阻丝通路及断路时，温度保护开关114可以自动断路，对系统进行保护，避免温度过高对仪器本身及环境和人员造成伤害。
系统进入工作模式时，驱动电机130通过传动装置131带动旋转支架132旋转，旋转支架132通过样品盘125带动样品管126旋转。样品管126的旋转，在搅匀PCR反应检测腔12内空气的同时，依次通过激发光入射端123和荧光信号检测端124所覆盖的区域，对每一个样品管126的实时荧光信号进行检测。激发光源211的光通过激发光滤色片212单色后进入激发物镜组213，之后汇聚到样品管126上，诱导样品管126内的荧光发光。样品管126内发出的荧光经过检测目镜组221的准直后进入检测光滤色片222，由检测光滤色片222滤除其它波长荧光后被检测器件224收集。检测器件224导出的信号依次经过放大滤波电路31放大滤波和模数转换电路32将模拟信号转换为数字信号，再通过通信系统4与外置计算机5进行数据交互，进而完成本发明样品管内样品的检测。
本发明上述各实施例中，使用的部件和连接方式都是可以变化的，比如本发明旋转运动装置13的电机130和传动装置131可以采用现有技术中各种形式的动力源和传动系统；又比如本发明风浴装置11的电阻丝112、吹风风扇113和抽风扇122，也可以采用现有技术中的各种加热元件和进排风系统；再比如本发明的用于计数和定位的同步检测盘133和零位开关134也可以采取其它结构形式进行计数和定位等。凡是在本发明技术方案的基础上，不经过创造性劳动而进行的各种变化，都不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
1.一种热风循环温控式实时荧光定量PCR检测仪，它包括热风循环及温控系统，实时荧光信号检测光学系统，实时信号滤波放大及信号采集系统，用户指令及数据交互的通信系统和连接控制系统的计算机；所述热风循环及温控系统包括风浴装置、PCR反应检测腔和旋转运动装置；所述旋转运动装置包括由动力源带动的传动装置和位于PCR反应检测腔内的样品盘；所述实时荧光信号检测光学系统由激发光路和检测光路组成，其特征在于所述传动装置输出轴顶部设置一旋转支架，所述旋转支架的中央通过一旋紧把手连接所述样品盘，所述旋转支架的周向边缘设置至少一个与所述样品盘上的样品管位置相应的温度探测传感器；所述传动装置输出轴底部设置一包括旋转和固定两部分的旋转连接器，所述温度探测传感器的导线通过所述旋转连接器电连接所述控制系统。
2.如权利要求1所述的一种热风循环温控式实时荧光定量PCR检测仪，其特征在于所述温度探测传感器为热敏电阻、热电耦、电阻式温度检测器和热敏二极管中的一种。
3.如权利要求1所述的一种热风循环温控式实时荧光定量PCR检测仪，其特征在于所述旋转连接器为是集电环、碳刷滑环和水银滑环中的一种。
4.如权利要求2所述的一种热风循环温控式实时荧光定量PCR检测仪，其特征在于所述旋转连接器为是集电环、碳刷滑环和水银滑环中的一种。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种热风循环温控式实时荧光定量PCR检测仪，其特征在于在所述旋转支架的周向边缘设置至少一个与所述样品盘上的样品管工作位相应的实时荧光校正装置，制成所述实时荧光校正装置的材料为用光源照射能产生可见光谱荧光信号以供检测的材料。
6.如权利要求5所述的一种热风循环温控式实时荧光定量PCR检测仪，其特征在于所述温度探测传感器和实时荧光校正装置各为两个，分别相互间隔90°设置在所述旋转支架上。
7.如权利要求1或2或3或4或6所述的一种热风循环温控式实时荧光定量PCR检测仪，其特征在于所述激发光路中的激发光滤色片和所述检测光路中的检测光滤色片分别为一滤色片转轮结构，所述滤色片转轮结构包含有两片或两片以上不同波长通带的滤色片。
8.如权利要求5所述的一种热风循环温控式实时荧光定量PCR检测仪，其特征在于所述激发光路中的激发光滤色片和所述检测光路中的检测光滤色片分别为一滤色片转轮结构，所述滤色片转轮结构包含有两片或两片以上不同波长通带的滤色片。
全文摘要
本发明涉及一种热风循环温控式实时荧光定量PCR检测仪，它包括一风浴装置、一位于风浴装置下部的PCR反应检测腔、一位于检测腔外部的激发光路和一与激发光路垂直的检测光路、一信号采集处理系统、一通信系统和一与通信系统连接的外置计算机，其特征是它还包括一位于检测腔下部的旋转运动装置。旋转运动装置上设置有至少一个温度探测传感器和一个实时荧光校正装置，并通过一旋转连接器实现下部固定、上部旋转状态下的上、下部之间的电路连通。本发明由于温度探测传感器与样品管在同一圆盘上作旋转运动，因此可达到PCR检测过程中样品控温准确的目的。本发明检测聚合酶链反应，可提高检测结果的准确性。
文档编号C12Q1/00GK101021477SQ200710064248
公开日2007年8月22日 申请日期2007年3月7日 优先权日2007年3月7日
发明者徐辉, 张雷, 薛小祥, 陈海荣, 陈任远, 孙宏波, 车从俊, 王容超, 李红妍, 王宪华 申请人:博奥生物有限公司, 清华大学