用于扩增反应的加热组件、PCR扩增检测仪的制作方法

用于扩增反应的加热组件、pcr扩增检测仪
【技术领域】
1.本实用新型涉及生物学和分析化学及医学检测技术领域，具体涉及一种用于扩增反应的加热组件、pcr扩增检测仪。


背景技术：

2.核酸检测的物质是病毒的核酸。核酸检测是查找患者的呼吸道标本、血液或粪便中是否存在外来入侵的病毒的核酸，来确定是否被病毒感染。因此一旦检测为核酸阳性，即可证明患者体内有病毒存在。所有生物都含有核酸，核酸包括脱氧核糖核酸(dna)和核糖核酸(rna)，以新型冠状病毒为例，系为一种仅含有rna的病毒，病毒中特异性rna序列是区分该病毒与其它病原体的标志物。临床实验室检测过程中，如果能在患者样本中检测到新型冠状病毒的特异核酸序列，应提示该患者可能被新型冠状病毒感染。
3.检测病毒特异序列的方法最常见的是荧光定量pcr(聚合酶链式反应)。系为一种在dna扩增反应中，以荧光化学物质测每次聚合酶链式反应循环后产物总量的方法，通过内参或者外参法对待测样品中的特定dna序列进行定量分析的方法。荧光定量pcr仪能够监测出荧光到达预先设定阈值的循环数(ct值)与病毒核酸浓度有关，病毒核酸浓度越高，ct值越小。
4.传统的核酸检测流程，处理步骤多且耗费时间长(传统的pcr扩增步骤，是以单个温控室进行升温降温，以加热片进行控制pcr反应腔的温度变化，
5.操控温控芯片升温较为容易，但其降温仅能依靠自然对流，导致需要耗费较长时间才能达到温度转换，加热片成本较高且易损坏，加上pcr灵敏度需求较高，容易受环境干扰，传统的核酸检测至少需要3各负压室，同时配备专业人员和离心机等额外设备，建设成本高，二级以下医院很难独立开展，呈现中心化分布态势。
6.因此，有必要对现有技术予以改良以克服现有技术中的所述缺陷。


技术实现要素：

7.针对现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种用于扩增反应的加热组件，包括：
8.若干加热模块，其中，至少有两所述加热模块上的加热温度不同；
9.移动机构，连接每一所述加热模块，用以改变每一所述加热模块与微流控芯片的相对位置；
10.当接收到扩增指令时，所述移动机构控制若干所述加热模块依序移动，以配合微流控芯片内扩增反应过程中不同温度的加热进程。
11.优选地，所述移动机构包括若干操作臂，每一所述操作臂连接每一所述加热模块。
12.优选地，所述移动机构为若干个，每一所述移动机构连接每一所述加热模块。
13.优选地，若干所述移动机构分设于微流控芯片的四周，以驱使所述加热模块的热源从微流控芯片周侧靠近。
14.优选地，若干所述移动机构均安装于微流控芯片的下方，以驱使所述加热模块的热源从微流控芯片下端面靠近。
15.优选地，所述移动机构包括：固定板、导杆以及推杆，所述导杆的一端与所述固定板相连，另一端与加热模块相连；所述推杆推动所述固定板运动，以带动所述加热模块往微流控芯片上的反应腔运动。
16.优选地，安装于微流控芯片一侧的若干所述推杆固定于同一高度处。
17.优选地，所述加热模块包括加热柱，所述移动机构控制所述加热柱移动到微流控芯片上的反应腔。
18.本实用新型还涉及一种pcr扩增检测仪，包括从上往下依次设置的反应模块、如上所述的用于扩增反应的加热组件、芯片旋转机构以及荧光检测模块；通过推杆轮流推动不同所述加热模块与微流控芯片上的反应腔接触，以对反应腔的温度交替控制。
19.优选地，所述芯片旋转机构包括转盘，所述转盘上还包括至少一容置区，加热柱穿过所述容置区接触或靠近微流控芯片上的反应腔。
20.相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：
21.本实用新型涉及一种用于扩增反应的加热组件，包括：若干加热模块，其中，至少有两加热模块上的加热温度不同；移动机构，连接每一加热模块，用以改变每一加热模块与微流控芯片的相对位置；当接收到扩增指令时，移动机构控制若干加热模块依序移动，以配合微流控芯片内扩增反应过程中不同温度的加热进程。本实用新型还涉及一种pcr扩增检测仪。通过设置可移动的加热组件，避免使用一个加热模块变温时产生大量水滴，且避免等待温度变化造成时间浪费。
22.上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
【附图说明】
23.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
24.图1为本实用新型的加热组件的结构示意图；
25.图2为本实用新型的若干加热模块的结构示意图；
26.图3为本实用新型的移动机构的结构示意图；
27.图4为本实用新型的不同加热本体的结构示意图；
28.图5为本实用新型的第二加热模块的结构示意图；
29.图6为本实用新型的第三加热模块的结构示意图；
30.图7为本实用新型的第一加热模块的结构示意图；
31.图8为本实用新型的芯片旋转机构的结构示意图；
32.图9为本实用新型的荧光检测模块的结构示意图。
33.附图标记说明：
34.100、检测仪；
35.101、移动机构；1011、支架；1012、圆轴；1013、微型推杆；1014、竖板；1021、第三固定板；1022、第二固定板；1023、第一固定板；1024、导杆；1025、温控模块固定板；1026、轴承；
36.102、加热组件；110、第一加热模块；111、第一延伸柱；112、第一加热柱；113、第一温控加热板；114、第一隔热固定块；115、第一加热本体；
37.120、第二加热模块；121、导热柱；122、第二温控加热板；123、固定柱；124、第二加热本体；
38.130、第三加热模块；131、第二延伸柱；132、第二加热柱；133、第三温控加热板；134、第三隔热固定块；135、第三加热本体；
39.103、芯片旋转机构；1031、伺服电机；1032、伺服电机竖板；1033、伺服电机固定板；1034、芯片固定支架；1035、微流控芯片；
40.104、荧光检测模块；1041、分光片；1042、发光器；1043、成像检测器。
【具体实施方式】
41.下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，本实用新型的前述和其它目的、特征、方面和优点将变得更加明显，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。在附图中，为清晰起见，可对形状和尺寸进行放大，并将在所有图中使用相同的附图标记来指示相同或相似的部件。在下列描述中，诸如中心、厚度、高度、长度、前部、背部、后部、左边、右边、顶部、底部、上部、下部等用词为基于附图所示的方位或位置关系。特别地，“高度”相当于从顶部到底部的尺寸，“宽度”相当于从左边到右边的尺寸，“深度”相当于从前到后的尺寸。这些相对术语是为了说明方便起见并且通常并不旨在需要具体取向。涉及附接、联接等的术语(例如，“连接”和“附接”)是指这些结构通过中间结构彼此直接或间接固定或附接的关系、以及可动或刚性附接或关系，除非以其他方式明确地说明。
42.接下来，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
43.实施例一
44.本实用新型涉及一种用于扩增反应的加热组件102，包括：
45.若干加热模块，每一加热模块上设置有加热区；
46.移动机构101，连接每一加热模块，移动机构用以改变每一加热模块与微流控芯片的相对位置；
47.当接收到扩增指令时，移动机构101控制若干加热模块依序移动，以配合微流控芯片内扩增反应过程中不同温度的加热进程。通过设置该加热组件，可实时移动目标温度的加热模块为微流控芯片的反应腔进行加热，避免直接通过一个加热模块进行反复升降温时产生大量水滴，且切换温度需要大量的时间。
48.在一些实施例中，移动机构101包括若干操作臂，每一操作臂连接每一加热模块，此时，可相对简化移动机构101的结构；在另一些实施例中，移动机构101为若干个，每一移动机构101连接每一加热模块，此时，每一移动机构101独立控制。
49.加热模块的数量与微流控芯片反应所需的不同温度数值的个数有关。当微流控芯
片用于pcr扩增反应时，一般需要设置三种不同的温度，此时，该加热组件102包括三个加热模块，如图4中的第一加热模块110、第二加热模块130、第三加热模块120。
50.在一些实施例中，加热模块还包括加热本体，该加热本体可设置为任意形状，仅需保证加热本体上的加热区能加热微流控芯片上的反应腔即可。应当理解，微流控芯片可设置为任意形状。优选地，加热本体设置为环形，此时，微流控芯片也可设置为盘式，两者配合以保证加热区能与反应腔充分接触。
51.当加热模块的加热本体设置为环形时，且包括三个加热模块时，如图4-7所示，可具体包括：第一加热模块110、第二加热模块120以及第三加热模块130，三个加热模块可同时设置在微流控芯片的下方或同时设置在微流控芯片的上方，如当三个加热模块设置在微流控芯片下方时，如图4所示，第一加热模块110、第二加热模块120、第三加热模块130于微流控芯片下方从上到下逐一安装；或者分设于微流控芯片的上下两侧。当三个加热模块位于微流控芯片的同一侧时，三个加热模块具有不同的直径，即第一加热模块110、第二加热模块120、第三加热模块130相互套设且具有相同的圆心，以确保其在运动过程中不会相互干扰。当三个加热模块位于微流控芯片的不同侧时，保证位于同一侧的加热模块的口径不会相互干扰。应当理解，当加热本体为环形时，加热模块可一次性对微流控芯片上的所有反应腔进行加热，快捷、省时。
52.加热模块不为环形且设置三个加热模块时，此时加热模块可设置为任意形状，在一些实施例中，加热模块与微流控芯片的形状不同，但加热模块可充分接触微流控芯片上的反应腔。在另一些实施例中，一加热模块仅对应微流控芯片上的部分区域，如若微流控芯片上包括n个(n可为任意正整数)反应腔，即对应16个通量，一加热模块对应微流控芯片上的一个或一个以上反应腔；此时，仅需保证若干加热模块错落排布即可，错落排布的目的是为了保证该三个加热模块在沿着pcr扩增分析仪高度方向运动时不会互相干扰。当包括三个加热模块时，设置三个加热模块错落排布。应当注意的是，若加热模块可旋转，则无需限制三个加热模块错落分布，即可先使得目标加热模块转动至无干扰位置处，再进行沿着pcr扩增分析仪高度方向运动；此时，加热模块一次性仅对部分反应腔进行加热，但随着微流控芯片与加热模块的相对运动，加热模块可完成对微流控芯片上所有反应腔的加热。
53.在一些实施例中，加热本体上的加热区为凸设于加热本体的加热柱，移动机构控制加热柱移动到微流控芯片上的反应腔。进一步地，加热本体上凸设有若干加热柱，若干加热柱与微流控芯片上的不同反应腔一一对应。
54.在一些实施例中，如图7所示，第一加热模块110包括第一加热本体115，该第一加热本体115为温控导热板，该温控导热板沿着其外轮廓往靠近其中心轴方向延伸出若干第一延伸柱111，第一延伸柱111沿着温控导热板均匀或不均匀分布，第一延伸柱111上靠着微流控芯片所在侧还设有第一加热柱112，该第一加热柱112记为第一加热模块110上的加热区，即控制第一加热模块110上的第一加热柱112移动至微流控芯片上的反应腔，以提供合适的反应温度。第一加热本体115与第一温控加热板113通过第一隔热固定块114进行固定。
55.在一些实施例中，如图6所示，第二加热模块120包括第二加热本体124，该第二加热本体124为温控导热板，第二加热本体124靠近微流控芯片侧设有若干导热柱121，导热柱121与第二加热本体124可拆卸连接或不可拆卸连接，第二加热本体124与第二温控加热板122通过隔热固定柱123进行固定。
56.在一些实施例中，如图5所示，第三加热模块130包括第三加热本体135，该第三加热本体135为温控导热板，该第三加热本体135沿着其外围轮廓往远离第三加热本体135中心轴的位置延伸出若干个第二延伸柱131，第二延伸柱131沿着第三加热本体135均匀或不均匀分布，第二延伸柱131上靠着微流控芯片所在侧还设有第二加热柱132，该第二加热柱132记为第三加热模块130上的加热区，即控制第三加热模块130上的第二加热柱132移动至微流控芯片上的反应腔，以提供合适的反应温度。第三加热本体135与第三温控加热板133通过第三隔热固定块134进行固定。
57.应当理解，第一、第二、第三不指代对象的重要程度，仅用于区别不同对象。
58.当包含两个或两个以上加热模块时，该加热模块可设置为第一加热模块110、第二加热模块120、第三加热模块130中的一个或多个。
59.当某一加热模块上设有若干延伸柱时，相邻两延伸柱之间存在间隙，以用于容置其他加热模块上的一加热区。具体地，当加热模块为第一加热模块110时，该温控导热板沿着其外轮廓往靠近其中心轴方向延伸出若干第一延伸柱111，相邻两第一延伸柱111之间形成间隙，以用于容置第二加热模块120上的导热柱121以及第三加热模块130上的第二加热柱132，相邻两第一延伸柱111(第一加热柱)之间形成一可变温区域，该区域内包括对应第一温度的第一加热柱、对应第二温度的导热柱121以及对应第三温度的第二加热柱132。进一步地，不同加热模块上加热区之间存在间隙，该间隙为1cm-5cm，以保证各加热模块之间的温度互不影响。具体地，每一可变温区域内，第一加热柱112与导热柱121之间存在1cm-5cm的间隙，导热柱与第二加热柱132之间存在1cm-5cm间隙，第二加热柱与下一个第一加热柱112之间存在1cm-5cm间隙。
60.若干移动机构分设于微流控芯片的四周；以驱使加热模块的热源从微流控芯片周侧靠近。应当理解，也可将若干移动机构设置于微流控芯片的一侧。如在一些实施例中，若干移动机构均安装于微流控芯片的下方，以驱使加热模块的热源从微流控芯片下端面靠近；具体地，以从微流控芯片的下方通过控制其与微流控芯片之间的高度差来控制加热区与反应腔之间的距离。
61.在一些实施例中，移动机构包括：固定板、导杆以及推杆，导杆的一端与固定板相连，另一端与加热模块相连；推杆推动固定板运动，以带动加热模块往微流控芯片上的反应腔运动。
62.在一些实施例中，安装于微流控芯片一侧的若干推杆固定于同一高度处。具体地，第一加热模块110、第二加热模块120、第三加热模块130通过导杆1024分别固定于第一固定板1023、第二固定板1022、第三固定板1021上，通过三个独立运行的推杆如微型推杆可在直线轴承1026)实现高度方向的运动控制。如图1-4所示，由支架1011、圆轴1012、微型推杆1013、竖板1014所组成，固定于两个竖板的两个支架1011用于固定圆轴1012，三个微型推杆1013固定于圆轴1012上，可以独立实现不同方位的控制。即通过将若干推杆固定于同一高度处，以简化结构。
63.在一些实施例中，若干导杆具有相同的杆长，此时，可简化控制不同导杆运动的控制程序。应当理解，若干导杆可具有不同的杆长。
64.实施例二
65.一种温育模块，包括用于加温微流控芯片的温育本体，该温育本体包括如实施例
一中的用于扩增反应的加热组件。
66.一种pcr扩增检测仪100，包括从上往下依次设置的反应模块、如实施例一中的用于扩增反应的加热组件、芯片旋转机构以及荧光检测模块104；通过推杆轮流推动不同所述加热模块与微流控芯片上的反应腔接触，以对反应腔的温度交替控制。
67.反应模块包括微流控芯片，该微流控芯片上可设有若干反应腔，以供多个反应同时进行。在一些实施例中，微流控芯片上有16个pcr反应腔，对应16个通量。
68.芯片旋转机构103包括转盘，转盘上还包括至少一容置区，加热柱穿过容置区接触或靠近微流控芯片上的反应腔。如图8所示，芯片旋转机构包括转盘1035，转盘1035上还包括至少一容置区，加热柱穿过容置区接触微流控芯片上的反应腔。此外，芯片旋转机构103还包括伺服电机1031、伺服电机竖板1032、伺服电机固定板1033、芯片固定支架1034。伺服电机1031通过伺服电机固定板1033和伺服电机竖板1032固定到温控模块固定板1025上，芯片固定支架1034固定于伺服电机1031上，用以控制转盘1035进行旋转。
69.荧光检测模块104，如图9所示，由分光片1041、发光器1042、成像检测器1043组成。当微流控芯片上有16个pcr反应腔时，通过微型推杆1013的作用，轮流推动第一加热模块110、第二加热模块130、第三加热模块120与微流控芯片上的pcr反应腔接触，最终实现pcr反应腔的温度交替控制。当pcr反应结束后，开启发光器1042，光线通过分光片1041)达到pcr反应腔，再反射到分光片1041并折射最终进入成像检测器1043实现荧光检测。具体实施应用1：肺炎支原体(mp)核酸检测(pcr荧光法)
70.将咽拭子样本(35岁、男性样本)加入1ml无菌生理食盐水，充分震荡摇匀后，吸取液体至离心管，并以12,000rpm离心5分钟，透过人工手动操作，将100μl的沉淀液及50μl核酸提取液，分别加入至微流控芯片的储存槽，以2,000rpm(加速度为6,000rpm/s)操控微流控芯片进行旋转7分钟。待完成核酸提取后，以1,500rpm(加速度为3,000rpm/s)操控微流控芯片进行旋转10秒钟，可将50μl的上清液传送至pcr反应腔。pcr扩增步骤：50℃、2分钟、1各循环数；95℃、10分钟、1各循环数；55℃、45秒钟、45各循环数。报告荧光为fam(激发波长494nm、发射波长522nm)，测得ct值为40，结果显示为阳性样本。
71.具体实施应用2：验证pcr温控模块的温度精准度
72.实验参数：pcr扩增温控为50℃(模块a)、75℃(模块b)、95℃(模块c)，循环为50℃
→
95℃
→
75℃，总计测试40各循环。实验分析：使用多路温度计进行pcr反应腔的温度量测。实验目标：pcr反应腔温度必须维持在设定值
±
0.5℃。实验结果：模块a(50℃)切换到模块c(95℃)，pcr反应腔的平均温度在92秒钟内可达到95℃
±
0.25℃；模块c(95℃)切换到模块b(75℃)，pcr反应腔的平均温度在85秒钟内可达到75℃
±
0.31℃；模块b(75℃)切换到模块a(50℃)，pcr反应腔的平均温度在105秒钟内可达到50℃
±
0.41℃。上述结果显示该本实用新型能在短时间完成pcr扩增步骤。固定区本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。