專利名稱：雙向旋轉(zhuǎn)熱風(fēng)交換式實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明適用于醫(yī)學(xué)、生物領(lǐng)域聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)原始靶基因濃度的自動(dòng)、快速定量分析裝置，更具體地說，涉及一種雙向旋轉(zhuǎn)熱風(fēng)交換式實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)分析儀。
背景技術(shù)：
PCR是聚合酶鏈反應(yīng)是(Polymease chain reaction)的簡稱，是一項(xiàng)在短時(shí)間內(nèi)體外大量擴(kuò)增特定的DNA片段的分子生物學(xué)技術(shù)。普通PCR儀器是先將靶基因置于由微機(jī)自動(dòng)控制電路控制加熱和制冷的熱循環(huán)裝置，完成PCR要求的變性、復(fù)性和延伸，使靶基因被擴(kuò)增數(shù)百萬倍，完成PCR擴(kuò)增之后借助電泳等方法對(duì)最后擴(kuò)增產(chǎn)物分離和檢測，操作繁瑣，分析時(shí)間長，所采用的方法是“終點(diǎn)法”對(duì)原始靶基因濃度的計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性差，而且難以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)分析，操作過程極易造成交叉污染，分析結(jié)果由于“假陽性率”太高而曾被禁止用于臨床檢驗(yàn)。
近年來發(fā)展了實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)，即通過快速的溫度循環(huán)實(shí)現(xiàn)特異的PCR擴(kuò)增，采用特異的熒光探針和靈敏的熒光信號(hào)報(bào)告系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原始靶基因濃度的自動(dòng)定量分析。因此，提高升降溫速率達(dá)到快速的溫度循環(huán)過程，良好的溫度控制和精密的熒光信號(hào)測量系統(tǒng)，是進(jìn)行短時(shí)、高效、特異性強(qiáng)、重現(xiàn)性好的PCR定量檢測的關(guān)鍵。從現(xiàn)有技術(shù)上看，目前溫度循環(huán)采用的方式有兩種，一是半導(dǎo)體制冷制熱，二是風(fēng)浴。半導(dǎo)體方式升降溫速率慢，分析時(shí)間長，半導(dǎo)體材料壽命短。風(fēng)浴方式則可以大大提高升降溫速率，但是其溫度均勻性、重現(xiàn)性、控制精度是在儀器設(shè)計(jì)時(shí)需要解決的瓶頸問題。為提高樣品升降溫速度，雖然可以采用特制的薄壁玻璃毛細(xì)管作為反應(yīng)管，但是其加工工藝要求高，價(jià)格昂貴，而且上述儀器結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，儀器成本高，維護(hù)難度大，不適于廣泛推廣。
中國專利ZL01221110.9公開了一種熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)診斷儀，它是利用控制電路在控制熱循環(huán)裝置對(duì)靶基因擴(kuò)增的同時(shí)對(duì)被測物的熒光信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行檢測，由于熒光信號(hào)強(qiáng)度與靶基因的濃度是成比例關(guān)系的，因此檢測熒光強(qiáng)度就能知道特定基因的數(shù)量或濃度。這種測量方法是已知的公開技術(shù)，本發(fā)明也是采用這種測量原理。該專利采用的技術(shù)方案為整個(gè)裝置包括置于箱體內(nèi)的熱循環(huán)裝置，熒光檢測裝置，控制電路和置于箱體外的計(jì)算機(jī)，所說的熱循環(huán)裝置包括具有一排插孔的變溫金屬模塊、與變溫金屬模塊緊貼的熱電制冷器，設(shè)在熱電制冷器旁的散熱器、風(fēng)扇和插放在插孔中的試管，試管上蓋有帶加熱器的熱蓋，在熱蓋、散熱器和變溫金屬模塊中分別設(shè)有溫度傳感器。由此可知該專利采用的是利用半導(dǎo)體與試管直接接觸制冷制熱的，這種方式升降溫速率慢，分析時(shí)間長半導(dǎo)體材料壽命短，整個(gè)儀器需要大量的后繼維護(hù)工作，使用費(fèi)用較高。
申請(qǐng)?zhí)枮?0205989.0的中國專利公開了一種由聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)DNA擴(kuò)增儀，它也是采用半導(dǎo)體溫差制冷組件構(gòu)成的固體加熱器，利用對(duì)其改變供電電流的大小和方向使它產(chǎn)生加溫或制冷效果，對(duì)載物臺(tái)上的生物樣品分別在三種恒溫下輪流加熱，從而實(shí)現(xiàn)生物樣品的擴(kuò)增。這種擴(kuò)增的方式和裝置具有與上一專利同樣的不足。
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在以上相對(duì)的不足，提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠快速、準(zhǔn)確、自動(dòng)的檢測并不易污染、操作方便、價(jià)格低廉、便于普及、適于廣大基層醫(yī)療衛(wèi)生、防疫、動(dòng)植物檢測等單位需求的雙向旋轉(zhuǎn)熱風(fēng)交換式實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)分析儀。
本發(fā)明采用通用的薄壁離心管作為PCR反應(yīng)管，利用可控溫度的循環(huán)熱風(fēng)浴實(shí)現(xiàn)快速、穩(wěn)定的熱交換過程，對(duì)雙向旋轉(zhuǎn)的反應(yīng)管中的靶基因擴(kuò)增，完成PCR要求的變性、退火、延伸，同時(shí)實(shí)時(shí)檢測反應(yīng)物(檢品)與標(biāo)準(zhǔn)物(已知濃度的參控品)其熒光染料受激發(fā)射熒光強(qiáng)度，由計(jì)算機(jī)繪制反應(yīng)物與標(biāo)準(zhǔn)物的擴(kuò)增曲線，并通過計(jì)算，可以定性的確定靶基因的存在(陽性或陰性)，并且定量報(bào)告檢品中原始靶基因的數(shù)量或濃度?？焖貾CR擴(kuò)增，實(shí)時(shí)熒光檢測，定性、定量結(jié)果計(jì)算與報(bào)告等過程都可以通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成。
為實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為雙向旋轉(zhuǎn)熱風(fēng)交換式實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)分析儀，包括箱體，箱體內(nèi)設(shè)有電機(jī)及主軸，箱體上端設(shè)有熱風(fēng)交換循環(huán)裝置，所述熱風(fēng)交換循環(huán)裝置包括設(shè)置在箱體上部的上風(fēng)室，上風(fēng)室內(nèi)設(shè)有頂端開孔的進(jìn)風(fēng)管，進(jìn)風(fēng)管內(nèi)設(shè)有強(qiáng)力風(fēng)機(jī)和加熱器組，強(qiáng)力風(fēng)機(jī)位于加熱器組的上端，加熱器組中設(shè)有過熱保護(hù)裝置，進(jìn)風(fēng)管的出風(fēng)口設(shè)有擴(kuò)增室，擴(kuò)增室位于箱體內(nèi)并通過多孔環(huán)形密封回風(fēng)口與上風(fēng)室連通，擴(kuò)增室內(nèi)設(shè)有溫度傳感器，上風(fēng)室內(nèi)設(shè)有可控風(fēng)機(jī)組和安全防護(hù)裝置；所述電機(jī)的主軸上設(shè)有樣品擴(kuò)增扇架裝置；緊鄰樣品擴(kuò)增扇架裝置設(shè)置有熒光定量檢測裝置；箱體內(nèi)設(shè)有控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)并通過接口與箱體外部計(jì)算機(jī)相連的電子控制裝置，包括控制電機(jī)正、反向旋轉(zhuǎn)的微處理器、控制溫度的微處理器、控制數(shù)據(jù)采集組和通訊組的微處理器。
所述進(jìn)風(fēng)管的出風(fēng)口端設(shè)有多孔廣角散風(fēng)嘴。
所述擴(kuò)增室內(nèi)設(shè)有桶狀回風(fēng)板，從而形成雙層擴(kuò)增室。
所述擴(kuò)增室外部設(shè)有同步檢測器和配合其工作的柵形同步盤，柵形同步盤安裝在主軸上。
所述樣品擴(kuò)增扇架裝置包括設(shè)置在擴(kuò)增室內(nèi)的主軸上的樣品裝載扇架盤，樣品裝載扇架盤的四周均勻設(shè)有樣品試管孔，樣品裝載扇架盤的上端設(shè)有與其平行安裝在主軸上的壓力蓋，壓力蓋的四周均勻設(shè)有與樣品試管孔相對(duì)應(yīng)的彈性壓柱。
所述樣品裝載扇架盤和壓力蓋為鋁異型材，四周設(shè)有折角α為10-70°的壓風(fēng)角，所述試管孔與彈性壓柱設(shè)置在該壓風(fēng)角上；樣品裝載扇架盤上均布有透風(fēng)孔，壓力蓋上均布設(shè)有與樣品裝載扇架盤上的透風(fēng)孔交錯(cuò)設(shè)置的通風(fēng)孔。
所述折角α優(yōu)選為50°。
所述壓力蓋上設(shè)有鎖母。
所述鎖母上安裝有卡式傘形導(dǎo)流帽，該卡式傘形導(dǎo)流帽扣裝在主軸頂端的環(huán)形槽內(nèi)。
所述樣品裝載扇架盤的底部設(shè)有向外傾斜的錐臺(tái)形環(huán)狀導(dǎo)風(fēng)尾，傾斜角θ為10-70°。
所述樣品裝載扇架盤的底部設(shè)有強(qiáng)力抽氣扇葉。
所述強(qiáng)力抽氣扇葉為直式、斜式或多葉片式。
所述熒光定量檢測裝置包括設(shè)置在擴(kuò)增室外的發(fā)光裝置，與發(fā)光裝置夾角β為0-100°角度設(shè)置的檢測裝置，所述發(fā)光裝置包括依次設(shè)置的激發(fā)光源、激發(fā)濾光片組、會(huì)聚透鏡，檢測裝置包括依次設(shè)置的異型光欄、散射透鏡、檢測濾光片組、光電檢測器，異型光欄安裝在擴(kuò)增室的外壁上，光電檢測器旁設(shè)有制冷罩和制冷器組。
所述發(fā)光裝置與檢測裝置的夾角β優(yōu)選為90°。
所述激發(fā)光源為波長范圍350-800nm的鎢燈、高亮度LED發(fā)光二極管或激光，所述激發(fā)濾光片組和檢測濾光片組為1-6位組合使用的波長范圍350-800nm的濾光片，所述光電檢測器為光電倍增管、光電三極管或光電池。
所述制冷器組是與制冷罩為直接接觸制冷的半導(dǎo)體制冷片。
本發(fā)明產(chǎn)生有益效果有以下幾點(diǎn)1、采用新型循環(huán)熱風(fēng)浴模式實(shí)現(xiàn)溫度循環(huán)，同時(shí)采用了全新的、優(yōu)化的風(fēng)道設(shè)計(jì)，升降溫速率比傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制冷模式提高一倍以上，實(shí)現(xiàn)了快速、穩(wěn)定的溫度循環(huán)過程。
2、設(shè)計(jì)了獨(dú)特的雙向變速旋轉(zhuǎn)樣品擴(kuò)增扇架系統(tǒng)，大大促進(jìn)了空氣、擴(kuò)增管壁及管內(nèi)樣品溶液的熱交換和熱傳遞過程，顯著提高了擴(kuò)增管內(nèi)反應(yīng)樣品的實(shí)際升降溫度率，同時(shí)使得擴(kuò)增室和擴(kuò)增管內(nèi)的溫度均勻性和準(zhǔn)確性達(dá)到最佳狀態(tài)，而且使得樣品與擴(kuò)增試劑及熒光染料的混合更加均勻，從而保證了擴(kuò)增效率的高度重現(xiàn)性。
3、設(shè)計(jì)了熒光檢測最佳的90度垂直光路系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的平行光路系統(tǒng)相比，能夠顯著降低激發(fā)光源和雜散光源對(duì)檢測信號(hào)的干擾，大大提高信噪比。
4、本儀器采用通用的、價(jià)廉的薄壁離心管作為樣品擴(kuò)增管即能實(shí)現(xiàn)快速的定量PCR分析要求，可以降低操作成本，同時(shí)通過上述全新的設(shè)計(jì)簡化了儀器結(jié)構(gòu)，在保證儀器可靠的性能基礎(chǔ)上大大降低了儀器成本，因此本發(fā)明設(shè)計(jì)的雙向旋轉(zhuǎn)熱風(fēng)交換式實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)分析儀便于普及、適于推廣，特別是能夠滿足廣大基層醫(yī)療衛(wèi)生、防疫、動(dòng)植物檢測等單位的需求。
綜上所述，本發(fā)明采用雙向變速循環(huán)熱風(fēng)浴方式，通過一系列創(chuàng)新而有效的設(shè)計(jì)，解決了熒光定量PCR的關(guān)鍵技術(shù)問題，同時(shí)簡化了儀器結(jié)構(gòu)，大大降低了儀器成本，具有廣泛的應(yīng)用和推廣前景。


1.圖1為本發(fā)明總體功能方框示意圖2.圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖3.圖3為樣品裝載扇架結(jié)構(gòu)示意圖4.圖4為圖3的俯視圖5.圖5為圖3的仰視圖6.圖6為多孔環(huán)形密封回風(fēng)口結(jié)構(gòu)示意圖7.圖7為圖6的俯視圖其中，圖2中箭頭方向?yàn)轱L(fēng)流動(dòng)方向，雙向箭頭表示電機(jī)可雙向旋轉(zhuǎn)。圖中，熱風(fēng)交換循環(huán)裝置A、樣品擴(kuò)增扇架裝置B、熒光定量檢測裝置C、電子控制裝置D、計(jì)算機(jī)E、箱體1、電機(jī)2、主軸3、上風(fēng)室4、進(jìn)風(fēng)管5、強(qiáng)力風(fēng)機(jī)6、加熱器組7、過熱保護(hù)裝置8、擴(kuò)增室9、多孔環(huán)形密封回風(fēng)口10、溫度傳感器11、可控風(fēng)機(jī)組12、安全防護(hù)裝置13、多孔廣角散風(fēng)嘴14、桶狀回風(fēng)板15、同步檢測器16、柵形同步盤17、樣品裝載扇架盤18、樣品試管孔19、壓力蓋20、彈性壓柱21、壓風(fēng)角22、透風(fēng)孔23、通風(fēng)孔24、鎖母25、卡式傘形導(dǎo)流帽26、導(dǎo)風(fēng)尾27、抽氣扇葉28、發(fā)光裝置29、檢測裝置30、激發(fā)光源31、激發(fā)濾光片組32、會(huì)聚透鏡33、異型光欄34、散射透鏡35、檢測濾光片組36、光電檢測器37、制冷罩38、制冷器組39、樣品試管40
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步具體描述圖1為本發(fā)明總體功能方框示意圖，如圖1虛線框所示，本發(fā)明分析儀包括五個(gè)裝置——熱風(fēng)交換循環(huán)裝置A、樣品擴(kuò)增扇架裝置B、熒光定量檢測裝置C、電子系統(tǒng)裝置D和外置計(jì)算機(jī)裝置E，熱風(fēng)交換循環(huán)裝置A設(shè)置在箱體1的上端，樣品擴(kuò)增扇架裝置B設(shè)置在電機(jī)2的主軸3上，熒光定量檢測裝置C設(shè)置在箱體1內(nèi)的樣品擴(kuò)增扇架裝置B旁，電子控制裝置D通過接口與箱體1外部計(jì)算機(jī)E相連的，電子控制裝置D包括控制電機(jī)2正、反向旋轉(zhuǎn)的微處理器、控制溫度的微處理器、控制數(shù)據(jù)采集組和通訊組的微處理器。
以上各個(gè)裝置實(shí)現(xiàn)的功能如下熱風(fēng)交換循環(huán)裝置A，其功能一是為靶基因擴(kuò)增創(chuàng)造一個(gè)良好的溫度環(huán)境，在特定的溫度環(huán)境下，完成靶基因擴(kuò)增所需的變性、退火、延伸多個(gè)溫度周期工作，達(dá)到擴(kuò)增的目的。其功能二是為熱交換循環(huán)提供一個(gè)符合空氣流體循環(huán)要求的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)快速、穩(wěn)定的熱交換和熱循環(huán)。
樣品擴(kuò)增扇架裝置B，其功能有四個(gè)一、承載分析樣品，保證樣品試管在熱風(fēng)浴環(huán)境中的一致性和位置需求。二、保證每個(gè)樣品試管能夠在嚴(yán)密的條件下工作，不泄漏樣品以致污染環(huán)境。三、高速旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的巨大抽力將熱空氣在極短時(shí)間充滿擴(kuò)增室，并使之均勻，使樣品的溫度均勻性達(dá)到最佳狀態(tài)，以保證擴(kuò)增效率的高度重復(fù)性。四、在雙向變速旋轉(zhuǎn)的作用下，促進(jìn)管內(nèi)樣品溶液與擴(kuò)增管壁及擴(kuò)增室空氣的熱交換和熱傳遞過程，提高擴(kuò)增管內(nèi)反應(yīng)樣品的實(shí)際升降溫速率，同時(shí)使樣品試管內(nèi)樣品與熒光染料充分的混合，并使管內(nèi)樣品的溫度更加均勻。
熒光定量檢測裝置C的功能主要有五個(gè)方面，一、為儀器提供一個(gè)強(qiáng)有力的穩(wěn)定的激發(fā)光源。二、為儀器提供一個(gè)靈敏度適當(dāng)?shù)臒晒鈾z測裝置。三、為儀器提供了熒光檢測所需的最佳的90度垂直光路系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的平行光路系統(tǒng)相比，能夠顯著降低激發(fā)光源和雜散光源對(duì)檢測信號(hào)的干擾，顯著提高信噪比。四、為儀器提供了可在多個(gè)位置組合安裝的濾光片組，可方便的滿足用戶對(duì)激發(fā)或檢測波長組合變化的需求。五、為檢測裝置提供一個(gè)恒溫的工作環(huán)境。
電子控制裝置的功能是滿足分析儀器所需的控制功能需求以及與外置計(jì)算機(jī)裝置保持通訊聯(lián)系。
外置計(jì)算機(jī)裝置的功能是可以運(yùn)行分析專用軟件為分析提供一個(gè)工作控制基礎(chǔ)平臺(tái)。
圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，箱體1的上端設(shè)有上風(fēng)室4，上風(fēng)室4內(nèi)設(shè)有頂端開孔的進(jìn)風(fēng)管5，進(jìn)風(fēng)管5與箱體1連通，其內(nèi)部設(shè)有強(qiáng)力風(fēng)機(jī)6和加熱器組7，強(qiáng)力風(fēng)機(jī)6位于加熱器組7的上端，該加熱器組7設(shè)有過熱保護(hù)裝置8，進(jìn)風(fēng)管5的出風(fēng)口端延伸至箱體1內(nèi)的擴(kuò)增室9中，并安裝有多孔廣角散風(fēng)嘴14，上風(fēng)室4通過多孔環(huán)形密封回風(fēng)口10與擴(kuò)增室9相連，擴(kuò)增室9內(nèi)設(shè)有桶狀回風(fēng)板15，使得該擴(kuò)增室形成雙層擴(kuò)增室，更加利于氣流的循環(huán)流動(dòng)。上風(fēng)室4內(nèi)設(shè)有可控風(fēng)機(jī)組12并安裝有安全防護(hù)裝置13，擴(kuò)增室9內(nèi)均勻分布安裝有4-6組溫度傳感器11，以對(duì)擴(kuò)增室9內(nèi)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，電子控制裝置D內(nèi)的微處理器采集溫度傳感器11的信號(hào)并傳輸至外部計(jì)算機(jī)E，使其可以按預(yù)期設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行控溫加熱。
多孔廣角散風(fēng)嘴14為喇叭狀，并在上端設(shè)置有孔板，與進(jìn)風(fēng)管5的出口端相連接，使得吹過加熱器組7的熱風(fēng)更加均勻的進(jìn)入擴(kuò)增室9。
設(shè)置有桶狀回風(fēng)板15的雙層擴(kuò)增室9保證了進(jìn)入擴(kuò)增室9的熱風(fēng)更快的通過多孔環(huán)形密封回風(fēng)口10回到上風(fēng)室4，可控風(fēng)機(jī)組12加快了這種熱風(fēng)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)。隔層保證了進(jìn)入擴(kuò)增室9的熱風(fēng)熱量損耗達(dá)到最小，從而能夠促進(jìn)擴(kuò)增室空氣的熱交換和熱傳遞過程，提高擴(kuò)增管內(nèi)反應(yīng)樣品的實(shí)際升降溫速率。
由電子控制裝置D控制的可雙向變速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)2設(shè)置在擴(kuò)增室9外，電機(jī)2的主軸3延伸至擴(kuò)增室9內(nèi)，在電機(jī)2和擴(kuò)增室9之間的主軸3上設(shè)有柵形同步盤17，同步檢測器16配合其工作。擴(kuò)增室9內(nèi)設(shè)有樣品擴(kuò)增扇架裝置B，包括設(shè)置在主軸3上的樣品裝載扇架盤18，樣品裝載扇架盤18為鋁異型材，四周設(shè)有折角α在10-70°之間的壓風(fēng)角22，本實(shí)施例取α＝50°。壓風(fēng)角22上設(shè)有可插入樣品試管40的樣品試管孔19。該樣品裝載扇架盤18為鋁異型材，其上均布有透風(fēng)孔23，底部設(shè)有向外傾斜的錐臺(tái)形環(huán)狀導(dǎo)風(fēng)尾27，與樣品裝載扇架盤18底部水平夾角θ在10-70°之間，本實(shí)施例取θ＝50°。樣品裝載扇架盤18底部設(shè)有一體的強(qiáng)力抽氣扇葉28，該強(qiáng)力抽氣扇葉32可以為直式、斜式或多葉片式，本實(shí)施例采用直式，并采用焊接固定在盤18和導(dǎo)風(fēng)尾27上(如圖3、4、5中所示)。
樣品裝載扇架盤18的上端設(shè)有與其平行安裝在主軸3上的壓力蓋20，壓力蓋20為鋁異型材，其結(jié)構(gòu)、形狀與樣品裝載扇架盤18相同，區(qū)別在于折角22上設(shè)置有與樣品試管孔19相對(duì)應(yīng)的彈性壓柱21，壓力蓋20上均布有與樣品裝載扇架盤18上的透風(fēng)孔23錯(cuò)位設(shè)置的通風(fēng)孔24。
壓力蓋20上設(shè)有鎖母25，鎖母25上端為安裝在主軸3末端環(huán)形槽上的卡式傘形導(dǎo)流帽26，該卡式傘形導(dǎo)流帽26內(nèi)設(shè)有彈簧鋼珠，安裝時(shí)直接扣在主軸3末端的環(huán)形槽內(nèi)即可。
實(shí)際應(yīng)用時(shí)，首先將在裝有被檢測反應(yīng)物的樣品試管40放置在樣品試管孔19上，蓋上壓力蓋20，將鎖母25下旋鎖緊，然后將卡式傘形導(dǎo)流帽26按下，使得壓力蓋20四周的彈性壓柱21壓住樣品試管40以保證樣品試管40的嚴(yán)密性。本發(fā)明設(shè)計(jì)的樣品試管孔適合0.1ml、0.2ml、0.5ml等多種型號(hào)的試管。由于壓風(fēng)角22的特征傾斜設(shè)計(jì)，安裝完畢后的樣品試管40與主軸3的軸線方向傾斜，這樣的效果是為了在擴(kuò)增過后試管中的樣品能夠較大面積的接受激發(fā)光源的照射，進(jìn)一步保證了檢測裝置檢測結(jié)果的時(shí)效性和準(zhǔn)確性；同時(shí)傾斜的試管就像一個(gè)一個(gè)的小型風(fēng)扇葉一樣，加速了熱風(fēng)的循環(huán)。
從進(jìn)風(fēng)管5吹下的熱風(fēng)經(jīng)多孔廣角散風(fēng)嘴14后，均勻的充滿擴(kuò)增室9，其正下方的卡式傘形導(dǎo)流帽26使熱風(fēng)更快的分散的樣品承載扇架盤18的周圍，快速的經(jīng)過樣品試管40。壓力盤20上的通風(fēng)孔24和與其交錯(cuò)設(shè)置的樣品承載扇架盤18上的透氣孔23使得通過樣品試管40的更加的均勻，避免了熱風(fēng)集中在某一區(qū)域，從而產(chǎn)生可能對(duì)樣品試管40的破壞。樣品承載扇架盤18下面的向外傾斜的錐臺(tái)形環(huán)狀導(dǎo)風(fēng)尾27和強(qiáng)力抽氣扇葉28使得通過樣品試管40的熱風(fēng)快速的經(jīng)雙層擴(kuò)增室9的外層排出，并經(jīng)過多孔環(huán)形密封回風(fēng)口10回到上氣室4，上氣室4中的可控風(fēng)機(jī)組12加速了這種循環(huán)。多孔環(huán)形密封回風(fēng)口10的結(jié)構(gòu)如圖6、7所示。
通過以上熱風(fēng)循環(huán)裝置A和擴(kuò)增室9特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得熱空氣在極短時(shí)間充滿擴(kuò)增室，并使之均勻，使樣品的溫度均勻性達(dá)到最佳狀態(tài)，以保證擴(kuò)增效率的高度重復(fù)性。并且保證每個(gè)樣品試管能夠在嚴(yán)密的條件下工作，不泄漏樣品以致污染環(huán)境。還可以在雙向變速旋轉(zhuǎn)的作用下，促進(jìn)管內(nèi)樣品溶液與擴(kuò)增管壁及擴(kuò)增室空氣的熱交換和熱傳遞過程，提高擴(kuò)增管內(nèi)反應(yīng)樣品的實(shí)際升降溫速率，同時(shí)使樣品試管內(nèi)樣品與熒光染料充分的混合，并使管內(nèi)樣品的溫度更加均勻。
在擴(kuò)增室9的外部設(shè)有熒光定量檢測裝置C，包括由激發(fā)光源31、激發(fā)濾光片組32、會(huì)聚透鏡33組成的發(fā)光裝置29，檢測裝置30與發(fā)光裝置29呈β＝0-100°角度設(shè)置，本實(shí)施例采用90°角度垂直設(shè)置。該檢測裝置30包括依次放置的異型光欄34、散射透鏡35、檢測濾光片組36、光電檢測器37，其中，異型光欄34安裝在擴(kuò)增室9的外壁上，光電檢測器37旁設(shè)有直接接觸制冷的制冷罩38和制冷器組39。
本發(fā)明的光電檢測器37為光電倍增管、光電三極管或光電池，激發(fā)濾光片組17為1-6位組合使用，波長范圍350-800nm。檢測濾光片組36為1-6位組合使用，波長范圍350-800nm。激發(fā)光源31為波長范圍350-800nm的鎢燈、高亮度LED發(fā)光二極管或激光。本實(shí)施例采用波長范圍350-800nm的鎢燈作為激發(fā)光源，采用光電倍增管作為光電檢測器，采用4位波長范圍400-750nm的濾光片組合使用作為激發(fā)濾光片組，采用4位波長范圍400-750nm的濾光片組合使用作為檢測濾光片組。
在本發(fā)明的啟示下，可以在箱體1內(nèi)多個(gè)位置設(shè)置與樣品試管孔19中的樣品試管40相對(duì)應(yīng)的發(fā)光裝置29和檢測裝置30。
本發(fā)明分析儀器的工作過程是在外置計(jì)算機(jī)E及通過接口與之連接的電子控制裝置D的內(nèi)置多位微處理器的控制下根據(jù)預(yù)先設(shè)置的工作參數(shù)，對(duì)分析樣品進(jìn)行熱風(fēng)浴循環(huán)，在熱風(fēng)浴循環(huán)中，儀器頂部進(jìn)風(fēng)管5內(nèi)的強(qiáng)力風(fēng)機(jī)6將室溫空氣吹進(jìn)加熱器組7中控溫加熱，經(jīng)過加熱的熱空氣流由多孔廣角散風(fēng)嘴28均勻的吹向雙層回風(fēng)擴(kuò)增室9內(nèi)，在擴(kuò)增室9內(nèi)的樣品擴(kuò)增扇架裝置B分時(shí)雙向變速旋轉(zhuǎn)攪拌熱空氣流，在樣品裝載扇架盤18底部的強(qiáng)力抽氣扇28與壓風(fēng)角22配合形成很大的抽力，使熱空氣高速流經(jīng)樣品，帶給樣品熱量使樣品升溫，而樣品裝載扇架18頂部的卡式傘形導(dǎo)流帽36及雙層擴(kuò)增室9的特殊結(jié)構(gòu)，給高速高溫空氣流提供了優(yōu)良的回路，如圖2中箭頭方向所示。在冷風(fēng)浴循環(huán)時(shí)，上風(fēng)時(shí)4尾部的可控風(fēng)機(jī)組12打開工作，加速排風(fēng)，使擴(kuò)增室9內(nèi)溫度快速降低以達(dá)到擴(kuò)增的需求。再升降溫過程中，樣品擴(kuò)增扇架18分時(shí)雙向變速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)樣品試管內(nèi)反應(yīng)液形成渦旋狀態(tài)，促進(jìn)管內(nèi)溶液與管壁及管外空氣迅速發(fā)生熱交換和熱傳遞，快速完成基因擴(kuò)增所需的變形、退火、延伸等循環(huán)過程。在擴(kuò)增過程中，與發(fā)光裝置29成90度角的熒光定量檢測裝置C，按需求檢測快速轉(zhuǎn)過異形光欄34的樣品試管40中的樣品熒光染料強(qiáng)度，并繪制曲線，經(jīng)過于40個(gè)周期的工作得到一組樣品反應(yīng)物(檢品)與標(biāo)準(zhǔn)物(已知濃度的參控品)的熒光染料強(qiáng)度曲線(擴(kuò)增曲線)，處理計(jì)算后，得到標(biāo)準(zhǔn)物的Ct值以及濃度與Ct的工作曲線(擬合公式及線性相關(guān)系數(shù))，再經(jīng)計(jì)算后得出樣品反應(yīng)物(檢品)的起始拷貝數(shù)(濃度)，以及陽性判定結(jié)果。如果采用的是多熒光染料體系，儀器可以通過設(shè)置可同時(shí)檢測2-6個(gè)不同波長的熒光曲線。
本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀本發(fā)明專利說明書之后可進(jìn)行其他變更和修改，但這些變更和修改均在本發(fā)明待批的權(quán)力要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種雙向旋轉(zhuǎn)熱風(fēng)交換式實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)分析儀，包括箱體(1)，箱體(1)內(nèi)設(shè)有電機(jī)(2)及主軸(3)，箱體(1)上端設(shè)有熱風(fēng)交換循環(huán)裝置(A)，其特征在于所述熱風(fēng)交換循環(huán)裝置(A)包括設(shè)置在箱體(1)上部的上風(fēng)室(4)，上風(fēng)室(4)內(nèi)設(shè)有頂端開孔的進(jìn)風(fēng)管(5)，進(jìn)風(fēng)管(5)內(nèi)設(shè)有強(qiáng)力風(fēng)機(jī)(6)和加熱器組(7)，強(qiáng)力風(fēng)機(jī)(6)位于加熱器組(7)的上端，加熱器組(7)中設(shè)有過熱保護(hù)裝置(8)，進(jìn)風(fēng)管(5)的出風(fēng)口設(shè)有擴(kuò)增室(9)，擴(kuò)增室(9)位于箱體(1)內(nèi)并通過多孔環(huán)形密封回風(fēng)口(10)與上風(fēng)室(4)連通，擴(kuò)增室(9)內(nèi)設(shè)有溫度傳感器(11)，上風(fēng)室(4)內(nèi)設(shè)有可控風(fēng)機(jī)組(12)和安全防護(hù)裝置(13)；所述電機(jī)(2)的主軸(3)上設(shè)有樣品擴(kuò)增扇架裝置(B)；緊鄰樣品擴(kuò)增扇架裝置(B)設(shè)置有熒光定量檢測裝置(C)；箱體(1)內(nèi)設(shè)有控制電機(jī)(2)旋轉(zhuǎn)并通過接口與箱體(1)外部計(jì)算機(jī)(E)相連的電子控制裝置(D)，包括控制電機(jī)(2)正、反向旋轉(zhuǎn)的微處理器、控制溫度的微處理器、控制數(shù)據(jù)采集組和通訊組的微處理器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向旋轉(zhuǎn)熱風(fēng)交換式實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)分析儀，其特征在于所述進(jìn)風(fēng)管(5)的出風(fēng)口端設(shè)有多孔廣角散風(fēng)嘴(14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向旋轉(zhuǎn)熱風(fēng)交換式實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)分析儀，其特征在于所述擴(kuò)增室(9)內(nèi)設(shè)有桶狀回風(fēng)板(15)，從而形成雙層擴(kuò)增室。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向旋轉(zhuǎn)熱風(fēng)交換式實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)分析儀，其特征在于所述擴(kuò)增室(9)外部設(shè)有同步檢測器(16)和配合其工作的柵形同步盤(17)，柵形同步盤(17)安裝在主軸(3)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向旋轉(zhuǎn)熱風(fēng)交換式實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)分析儀，其特征在于所述樣品擴(kuò)增扇架裝置(B)包括設(shè)置在擴(kuò)增室(9)內(nèi)的主軸(3)上的樣品裝載扇架盤(18)，樣品裝載扇架盤(18)的四周均勻設(shè)有樣品試管孔(19)，樣品裝載扇架盤(18)的上端設(shè)有與其平行安裝在主軸(3)上的壓力蓋(20)，壓力蓋(20)的四周均勻設(shè)有與樣品試管孔(19)相對(duì)應(yīng)的彈性壓柱(21)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙向旋轉(zhuǎn)熱風(fēng)交換式實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)分析儀，其特征在于所述樣品裝載扇架盤(18)和壓力蓋(20)為鋁異型材，四周設(shè)有折角α為10-70°的壓風(fēng)角(22)，所述試管孔(19)與彈性壓柱(21)設(shè)置在該壓風(fēng)角(22)上；樣品裝載扇架盤(18)上均布有透風(fēng)孔(23)，壓力蓋(20)上均布設(shè)有與樣品裝載扇架盤(18)上的透風(fēng)孔(23)交錯(cuò)設(shè)置的通風(fēng)孔(24)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙向旋轉(zhuǎn)熱風(fēng)交換式實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)分析儀，其特征在于所述折角α為50°。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙向旋轉(zhuǎn)熱風(fēng)交換式實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)分析儀，其特征在于所述壓力蓋(20)上設(shè)有鎖母(25)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雙向旋轉(zhuǎn)熱風(fēng)交換式實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)分析儀，其特征在于所述鎖母(25)上安裝有卡式傘形導(dǎo)流帽(26)，該卡式傘形導(dǎo)流帽(26)扣裝在主軸(3)頂端的環(huán)形槽內(nèi)。
10.根據(jù)5-9任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的雙向旋轉(zhuǎn)熱風(fēng)交換式實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)分析儀，其特征在于所述樣品裝載扇架盤(18)的底部設(shè)有向外傾斜的錐臺(tái)形環(huán)狀導(dǎo)風(fēng)尾(27)，傾斜角θ為10-70°。
11.根據(jù)5-9任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的雙向旋轉(zhuǎn)熱風(fēng)交換式實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)分析儀，其特征在于所述樣品裝載扇架盤(18)的底部設(shè)有強(qiáng)力抽氣扇葉(28)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的雙向旋轉(zhuǎn)熱風(fēng)交換式實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)分析儀，其特征在于所述強(qiáng)力抽氣扇葉(28)為直式、斜式或多葉片式。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向旋轉(zhuǎn)熱風(fēng)交換式實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)分析儀，其特征在于所述熒光定量檢測裝置(C)包括設(shè)置在擴(kuò)增室(9)外的發(fā)光裝置(29)，與發(fā)光裝置(29)夾角β為0-100°角度設(shè)置的檢測裝置(30)，所述發(fā)光裝置(29)包括依次設(shè)置的激發(fā)光源(31)、激發(fā)濾光片組(32)、會(huì)聚透鏡(33)，檢測裝置(30)包括依次設(shè)置的異型光欄(34)、散射透鏡(35)、檢測濾光片組(36)、光電檢測器(37)，異型光欄(34)安裝在擴(kuò)增室(9)的外壁上，光電檢測器(37)旁設(shè)有制冷罩(38)和制冷器組(39)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的雙向旋轉(zhuǎn)熱風(fēng)交換式實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反，應(yīng)分析儀，其特征在于發(fā)光裝置(29)與檢測裝置(30)的夾角β為90°。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的雙向旋轉(zhuǎn)熱風(fēng)交換式實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)分析儀，其特征在于所述激發(fā)光源(31)為波長范圍350-800nm的鎢燈、高亮度LED發(fā)光二極管或激光，所述激發(fā)濾光片組(32)和檢測濾光片組(36)為1-6位組合使用的波長范圍350-800nm的濾光片，所述光電檢測器(37)為光電倍增管、光電三極管或光電池。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的雙向旋轉(zhuǎn)熱風(fēng)交換式實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)分析儀，其特征在于所述制冷器組(39)是與制冷罩(38)為直接接觸制冷的半導(dǎo)體制冷片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙向旋轉(zhuǎn)熱風(fēng)交換式實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)分析儀，包括箱體，箱體內(nèi)設(shè)有電機(jī)及主軸，箱體上端設(shè)有熱風(fēng)交換循環(huán)裝置，所述熱風(fēng)交換循環(huán)裝置包括設(shè)置在箱體上部的上風(fēng)室，上風(fēng)室內(nèi)設(shè)有頂端開孔的進(jìn)風(fēng)管，進(jìn)風(fēng)管內(nèi)設(shè)有強(qiáng)力風(fēng)機(jī)和加熱器組，強(qiáng)力風(fēng)機(jī)位于加熱器組的上端，加熱器組中設(shè)有過熱保護(hù)裝置，進(jìn)風(fēng)管的出風(fēng)口設(shè)有擴(kuò)增室，擴(kuò)增室位于箱體內(nèi)并通過多孔環(huán)形密封回風(fēng)口與上風(fēng)室連通，擴(kuò)增室內(nèi)設(shè)有溫度傳感器，上風(fēng)室內(nèi)設(shè)有可控風(fēng)機(jī)組和安全防護(hù)裝置。本發(fā)明具有自動(dòng)監(jiān)測、快速、準(zhǔn)確、不易污染、操作方便、價(jià)格低廉、便于普及等特點(diǎn)，適于廣大基層醫(yī)療衛(wèi)生、防疫、動(dòng)植物檢測等單位的需求。
文檔編號(hào)C12Q1/00GK1588004SQ20041006278
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月9日
發(fā)明者姚建垣, 羅國安, 朱仲謀, 王義明, 朱福來, 梁瓊麟 申請(qǐng)人:姚建垣, 羅國安, 朱仲謀, 王義明, 朱福來, 梁瓊麟