一種實時熒光dna擴增儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種實時熒光DNA擴增儀,它由加熱致冷模塊、樣品管基座、測量轉(zhuǎn)盤組件、外殼組件、鉑熱電阻和控制器組成。用于在生物體外擴增特定的DNA片段,同時利用熒光信號的變化,實時檢測PCR擴增反應(yīng)中每一個循環(huán)擴增產(chǎn)物的量變化,用以進行定量分析。
【專利說明】-種實時熒光DNA擴增儀

【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及一種實時熒光DNA擴增儀，它由加熱致冷模塊、樣品管基座、測量轉(zhuǎn)盤 組件、外殼組件、鉬熱電阻和控制器組成。用于在生物體外擴增特定的DNA片段，同時利用 熒光信號的變化，實時檢測PCR擴增反應(yīng)中每一個循環(huán)擴增產(chǎn)物的量變化，用以進行定量 分析。 現(xiàn)有技術(shù)：
[0002] 隨著科技發(fā)展，人們在體外實驗中發(fā)現(xiàn)，DNA在高溫時可以發(fā)生變性解鏈，當(dāng)溫 度降低后又可以復(fù)性成為雙鏈。因此，配合生物學(xué)手段通過溫度變化控制DNA的變性和復(fù) 性，并且多次重復(fù)"變性解鏈-退火-合成延伸"的循環(huán)就能以幾何級數(shù)大量擴增特定的 基因。DNA的半保留復(fù)制是生物進化和傳代的重要途徑。在PCR技術(shù)的發(fā)展過程中，熱穩(wěn) 定DNA聚合酶的發(fā)現(xiàn)以及溫度循環(huán)的自動化大大簡化了 PCR擴增程序。熒光定量PCR擴增 技術(shù)是在PCR反應(yīng)體系中加入熒光基團，隨著PCR反應(yīng)的循環(huán)其熒光信號強度的積累，可 以實時監(jiān)測整個PCR進程。
[0003] 目前，PCR擴增儀有兩種方案，一種是三容器機械手循環(huán)方案，該方案設(shè)計的PCR 擴增儀設(shè)置三個精確可調(diào)的恒溫器，使樣品盤在微電腦控制的機械手作用下完成PCR反 應(yīng)。另一種是單容器溫度循環(huán)方案。該類方案在整個反應(yīng)過程中，樣品在樣品槽中位置不 變，而通過控制樣品槽溫度的升降，完成PCR擴增反應(yīng)。近年來又發(fā)展有梯度PCR擴增儀 和原位PCR擴增儀等，它們原理相似，但由于精確的溫度控制是決定PCR反應(yīng)能否成功的 關(guān)鍵，因此在儀器結(jié)構(gòu)、加熱致冷方式和熒光檢測方式等方面各不相同，以適合各種應(yīng)用。 PCR擴增儀的應(yīng)用在感染性、遺傳性疾病及惡性腫瘤的分子診斷和研究、親子鑒定、克隆基 因等方面。


【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 多數(shù)PCR擴增儀（即DNA擴增儀）擴增結(jié)束后不進行檢測，其擴增反應(yīng)的終點產(chǎn) 物的檢測是由其它設(shè)備進行，熒光PCR擴增儀包含實時熒光PCR擴增儀和普通熒光PCR擴 增儀，后者是在擴增結(jié)束后由該擴增儀進行檢測。實時熒光PCR擴增儀是在擴增時進行檢 測，它需要解決檢測方式和檢測速度問題。目前熒光PCR擴增儀是采用超低溫CCD成像， 該系統(tǒng)一次對多點成像，但檢測靈敏度低精確度差，還有的采用光學(xué)系統(tǒng)逐個掃描樣品并 檢測，但其掃描系統(tǒng)復(fù)雜造價昂貴且檢測速度慢，因此對于大多數(shù)少量樣品的精確擴增實 時檢測是不經(jīng)濟的。本發(fā)明介紹一種實時熒光DNA擴增儀，其特征是它由加熱致冷模塊、樣 品管基座、測量轉(zhuǎn)盤組件、外殼組件、鉬熱電阻和控制器組成。其中外殼組件由上蓋、外殼、 下散熱窗組成。加熱致冷模塊由半導(dǎo)體致冷片、散熱器和電風(fēng)扇組成，半導(dǎo)體致冷片冷面 緊貼并固定于樣品管基座上，散熱器緊貼在半導(dǎo)體致冷片熱面，半導(dǎo)體致冷片加熱、致冷 功率可變，用于對樣品管基座加熱、致冷。各半導(dǎo)體致冷片可接成串并聯(lián)方式以適合其功 率和供電電壓需求，半導(dǎo)體致冷片通過改變供電電流大小實現(xiàn)改變加熱致冷功率，并通過 變換半導(dǎo)體致冷片的接線端改變加熱、致冷方式。樣品管基座由加熱蓋和基座組成，基座 材料可采用鋁合金其外圓圈沿圓周均等分布用于放置樣品管的孔。測量轉(zhuǎn)盤置于樣品管基 座凹孔中，并留有散熱空隙。測量轉(zhuǎn)盤組件由測量轉(zhuǎn)盤、激光對射定位裝置、光測量裝置、 步進電機和傳動軸組成。傳動軸兩端分別與測量轉(zhuǎn)盤、步進電機固定，用于傳遞步進電機 轉(zhuǎn)角。測量轉(zhuǎn)盤靠外圓圈處鉆一個定位孔用于安裝激光對射定位裝置，以識別樣品管的1 號孔，即當(dāng)樣品管的1號孔進入測量位置時，激光二極管發(fā)射的光信號剛好通過定位孔被 光線接收頭所接收，從而起動檢測，然后步進電機依序定位檢測其它各樣品管中的樣品。 激光對射定位裝置由發(fā)射裝置的激光二極管和定位接收裝置中的光線接收頭構(gòu)成，激光 二極管額定功率取不大于〇.4mW，采用占空比小的激光二極管脈沖電源因此是安全的。在 樣品管基座上樣品管的外側(cè)圓周上均勻分布3只鉬熱電阻的傳感器，鉬熱電阻的補償電阻 采用精密線繞電阻，同時在控制器中裝有3至4只精密線繞電阻，其電阻值按照DNA變性、 復(fù)性和延伸三個環(huán)節(jié)溫度點附近的溫度查鉬熱電阻分度表獲得，由于不同的引物設(shè)計其 反應(yīng)溫度不同因此多一個精密線繞電阻。將精密線繞電阻對應(yīng)的溫度值記錄保存在控制器 的非易失存儲器中，用于校正儀表溫度。所述校正是在每次開機后進行誤差校驗一次，它 通過單多通道模擬電子開關(guān)分時選通精密線繞電阻接入輸入信號放大電路II實現(xiàn)校驗。實 時熒光DNA擴增儀在工作狀態(tài)3只鉬熱電阻所測溫度應(yīng)當(dāng)在允許的樣品管間溫度誤差范圍 內(nèi)，校正時由定時送檢獲得各鉬熱電阻溫度測量誤差，并檢測精密線繞電阻所顯示溫度與 保存非易失存儲器中的應(yīng)當(dāng)顯示溫度之差，由控制器對鉬熱電阻所測溫度進行補償。光測 量裝置由激發(fā)光源和檢測接收裝置組成。由LED發(fā)光二極管和反光杯、濾光鏡I構(gòu)成激發(fā) 光源，單色LED發(fā)光二極管價格低、能耗少、壽命長，但是需要不同的LED發(fā)光二極管再配 濾光鏡才能更好地實現(xiàn)不同激發(fā)波長。檢測接收裝置由濾光鏡II和光電倍增管組成，所述 濾光鏡用于排除環(huán)境光和無用光信號的影響，以提高光檢測精度。控制器由單多通道模擬 電子開關(guān)、輸入信號放大電路I、輸入信號放大電路II、輸入調(diào)理電路I、輸入調(diào)理電路II、 輸入多選一開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機、RS232電路、步進電機驅(qū)動電路和致冷器電源電路 組成。其中輸入信號放大電路I中包含由高精度的LT1014或0PA121等精密運算放大器它 和輸入調(diào)理電路I組成。輸入信號放大電路II由0P07組成的溫度毫伏信號放大電路及其 輸入調(diào)理電路II構(gòu)成。RS232電路用于與上位機通信，用于熒光信號采集后送計算機分析 研究和處理，得出量化的實時結(jié)果。
[0005] 溫度控制是在控制器控制下，根據(jù)PCR反應(yīng)環(huán)節(jié)所設(shè)定的溫度先以大功率升溫或 降溫，當(dāng)達到設(shè)定溫度的上限或下限時，再以小功率的加熱或致冷，使溫度控制的回差保 持在PCR擴增允許的范圍內(nèi)，使實時熒光DNA擴增儀可以將樣品管加熱或冷卻到每步反應(yīng) 所需的精確的溫度，并利用熒光信號的變化實時檢測PCR擴增反應(yīng)中每一個循環(huán)擴增產(chǎn)物 的量變化，但其檢測速度須保證每一個循環(huán)對樣品管載盤上所有樣品檢測完成。

【專利附圖】

【附圖說明】：
[0006] 圖1是一種實時熒光DNA擴增儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0007] 圖2是一種實時熒光DNA擴增儀的構(gòu)成方框示意圖。 實施例：
[0008] -種實時熒光DNA擴增儀的構(gòu)成示意圖如圖1所示。它是由加熱致冷模塊、樣品 管基座、測量轉(zhuǎn)盤組件、外殼組件、鉬熱電阻4和控制器10組成。其中加熱致冷模塊由半導(dǎo) 體致冷片13、散熱器12和電風(fēng)扇9組成，樣品管基座由加熱蓋14和基座8組成，測量轉(zhuǎn) 盤組件由測量轉(zhuǎn)盤7、激光對射定位裝置17、由激發(fā)光源5和檢測接收裝置6組成的光測量 裝置、步進電機1和傳動軸2組成，外殼組件由上蓋16、外殼15和下散熱窗11組成。半導(dǎo) 體致冷片13的熱面與散熱器12接觸用于向外散熱，并通過改變半導(dǎo)體致冷片13供電電 流實現(xiàn)改變致冷功率。傳動軸2兩端分別與測量轉(zhuǎn)盤7、步進電機1經(jīng)鍵連接，用于傳遞步 進電機1轉(zhuǎn)角。在基座外圓圈沿圓周均等分布24個孔用于放置樣品管3。在樣品管3的孔 靠外圓圈處鉆一定位孔用于安裝激光對射定位裝置17,以識別樣品管3的1號孔。在基座 8上靠樣品管3的外側(cè)圓周上均勻分布3只鉬熱電阻4的溫度傳感器，鉬熱電阻4采用精 密線繞電阻校驗補償所測量的溫度。由LED發(fā)光二極管和反光杯、濾光鏡I構(gòu)成激發(fā)光源 5,反光杯可采用LED發(fā)光二極管手電筒用的反光杯。檢測接收裝置6由濾光鏡II和光電倍 增管組成，濾光鏡用于排除環(huán)境光和無用光信號的影響?？刂破?0中由單多通道模擬電 子開關(guān)、輸入信號放大電路II、輸入調(diào)理電路II組成的溫度毫伏信號的放大電路和由輸入 信號放大電路I、輸入調(diào)理電路I組成的光輸入信號放大電路。它們均經(jīng)輸入多選一開關(guān) 選通后送A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機處理。其中輸入信號放大電路I由高精度LT1014放大電路 組成，輸入信號放大電路II由0P07組成溫度毫伏信號放大。控制器10中還設(shè)置RS232電 路、半導(dǎo)體致冷片13的電源和步進電機1驅(qū)動電路。其中RS232電路用于與上位機通信。
【權(quán)利要求】
1. 一種實時熒光DNA擴增儀，其特征是它由加熱致冷模塊、樣品管基座、測量轉(zhuǎn)盤組 件、外殼組件、鉬熱電阻和控制器組成，其中外殼組件由上蓋、外殼、下散熱窗組成，加熱致 冷模塊由半導(dǎo)體致冷片、散熱器和電風(fēng)扇組成，半導(dǎo)體致冷片冷面緊貼并固定于樣品管基 座上，散熱器緊貼在半導(dǎo)體致冷片熱面，半導(dǎo)體致冷片加熱、致冷功率可變，用于對樣品 管基座加熱、致冷，各半導(dǎo)體致冷片可接成串并聯(lián)方式以適合其功率和供電電壓需求，半 導(dǎo)體致冷片通過改變供電電流大小實現(xiàn)改變加熱致冷功率，并通過變換半導(dǎo)體致冷片的 接線端改變加熱、致冷方式，樣品管基座由加熱蓋和基座組成，基座沿圓周均等分布用于 放置樣品管的孔，測量轉(zhuǎn)盤置于樣品管基座凹孔中，并留有散熱空隙，測量轉(zhuǎn)盤組件由測 量轉(zhuǎn)盤、激光對射定位裝置、光測量裝置、步進電機和傳動軸組成，傳動軸兩端分別與測量 轉(zhuǎn)盤、步進電機固定，用于傳遞步進電機轉(zhuǎn)角，測量轉(zhuǎn)盤靠外圓圈處鉆一個定位孔用于安 裝激光對射定位裝置，以識別樣品管的1號孔，即當(dāng)樣品管的1號孔進入測量位置時，激 光二極管發(fā)射的光信號剛好通過定位孔被光線接收頭所接收，從而起動檢測，然后步進電 機依序定位檢測其它各樣品管中的樣品，激光對射定位裝置由發(fā)射裝置的激光二極管和 定位接收裝置中的光線接收頭構(gòu)成，激光二極管額定功率取不大于〇.4mW，采用占空比小 的激光二極管脈沖電源因此是安全的，在樣品管基座上樣品管的外側(cè)圓周上均勻分布3只 鉬熱電阻的傳感器，鉬熱電阻的補償電阻采用精密線繞電阻，同時在控制器中裝有3至4 只精密線繞電阻，其電阻值按照DNA變性、復(fù)性和延伸三個環(huán)節(jié)溫度點附近的溫度查鉬熱 電阻分度表獲得，將精密線繞電阻對應(yīng)的溫度值記錄保存在控制器的非易失存儲器中，用 于校正儀表溫度，所述校正是在每次開機后進行誤差校驗一次，它通過單多通道模擬電子 開關(guān)分時選通精密線繞電阻接入輸入信號放大電路II實現(xiàn)校驗，校正時由定時送檢獲得 各鉬熱電阻溫度測量誤差，并檢測精密線繞電阻所顯示溫度與保存非易失存儲器中的應(yīng) 當(dāng)顯示溫度之差，由控制器對鉬熱電阻所測溫度進行補償，光的測量裝置由激發(fā)光源和檢 測接收裝置組成，由LED發(fā)光二極管和反光杯、濾光鏡I構(gòu)成激發(fā)光源，不同的LED發(fā)光 二極管再配濾光鏡才能更好地實現(xiàn)不同激發(fā)波長，檢測接收裝置由濾光鏡II和光電倍增 管組成，溫度控制是在控制器控制下，根據(jù)PCR反應(yīng)環(huán)節(jié)所設(shè)定的溫度先以大功率升溫或 降溫，當(dāng)達到設(shè)定溫度的上限或下限時，再以小功率的加熱或致冷，使溫度控制的回差保 持在PCR擴增允許的范圍內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實時熒光DNA擴增儀，其特征在于還包括： 控制器由單多通道模擬電子開關(guān)、輸入信號放大電路I、輸入信號放大電路II、輸入調(diào) 理電路I、輸入調(diào)理電路II、輸入多選一開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機、RS232電路、步進電機 驅(qū)動電路和致冷器電源電路組成，其中輸入信號放大電路I中包含由高精度的LT1014或 0PA121等精密運算放大器它和輸入調(diào)理電路I組成，輸入信號放大電路II由0P07組成的 溫度毫伏信號放大電路及其輸入調(diào)理電路II構(gòu)成，RS232電路用于與上位機通信。
【文檔編號】C12M1/36GK104120077SQ201410377103
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月3日
【發(fā)明者】張金木 申請人:張金木