一种实时荧光等温扩增仪及操作方法技术

本发明专利技术公开一种实时荧光等温扩增仪及操作方法，实时荧光等温扩增仪包括壳体、显示组件、电源组件、主板组件、恒温加热组件和激发与采集组件；恒温加热组件设有插槽，插槽显露于壳体外，插槽用以供测试卡插入，恒温加热组件上设有通光孔，加样区显露于通光孔；激发与采集组件包括荧光采集组件、发射光滤镜、二向色镜和激发光源组件，激发光源组件发射的激发光经二向色镜反射至样本，样本发出的光依次经过二向色镜和发射光滤镜到达荧光采集组件。本发明专利技术的实时荧光等温扩增仪，不需要昂贵的变温控制装置，能够极大程度上降低仪器成本；其在恒定温度下即可实现高效扩增，灵敏度高，配合实时荧光检测技术，等温扩增技术可以实现痕量级核酸的检测。核酸的检测。核酸的检测。

【技术实现步骤摘要】
一种实时荧光等温扩增仪及操作方法


[0001]本专利技术涉及分子诊断
，特别涉及一种实时荧光等温扩增仪及操作方法。

技术介绍

[0002]实时荧光聚合酶链式反应(PCR)是一种通过在PCR反应体系中引入一种荧光物质，对PCR扩增反应中每一个循环产物的荧光信号进行实时检测，以此对初始模板进行分析的技术。该技术具有可靠性高、特异性好等特点，但是其操作复杂，需要训练有素的人员才能完成操作，且成本高昂不利于大规模推广。此外，由于热循环的需要，实时荧光PCR变温控制精度要求高，也导致了其成本高昂，尺寸重量均受到限制。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种实时荧光等温扩增仪，达到低成本、小型化和操作简便的目的。
[0004]本专利技术的另一目的为，提供一种上述实时荧光等温扩增仪的操作方法。
[0005]本专利技术的技术方案为：一种实时荧光等温扩增仪，包括壳体、显示组件、电源组件、主板组件、恒温加热组件和激发与采集组件；
[0006]所述壳体上安装有显示组件，所述主板组件、电源组件和恒温加热组件分别安装于壳体内，恒温加热组件上方安装激发与采集组件，恒温加热组件设有插槽，插槽显露于壳体外，插槽用以供测试卡插入，样本滴加至测试卡的加样区，恒温加热组件上设有通光孔，加样区显露于通光孔，恒温加热组件用以将样本温度保持在恒定范围内；
[0007]所述激发与采集组件包括荧光采集组件、发射光滤镜、二向色镜和激发光源组件，所述激发光源组件用以发射激发光，二向色镜倾斜设置于通光孔上方，发射光滤镜位于二向色镜上方，荧光采集组件位于发射光滤镜上方，激发光源组件发射的激发光经二向色镜反射至样本，样本发出的光依次经过二向色镜和发射光滤镜到达荧光采集组件；
[0008]所述主板组件分别与恒温加热组件、激发与采集组件和显示组件电性连接；
[0009]所述电源组件为主板组件、恒温加热组件、激发与采集组件和显示组件供电。
[0010]进一步，所述壳体设有散热孔，主板组件包含主板、主板架、主板散热鳍片和涡轮散热扇，主板与主板散热鳍片连接，所述主板的处理器上涂布导热材料，导热材料与主板散热鳍片紧密贴合，主板架包括上层和下层，上层的中部设有开孔，下层的侧壁贯穿开设导流口，下层的外侧设有导流管，导流管与导流口和散热孔连通，主板散热鳍片固定于主板架的上层，涡轮散热扇固定于主板架的下层，所述涡轮散热扇的进风口通过开孔对准主板散热鳍片，所述涡轮散热扇的出风口通过导流口和导流管对准散热孔。
[0011]进一步，所述激发与采集组件还包括水平套筒和竖直套筒，水平套筒与竖直套筒垂直连接，竖直套筒设有进光孔，水平套筒和竖直套筒通过进光孔连通，水平套筒的中轴线穿过进光孔；
[0012]水平套筒包括前端和尾端，竖直套筒包括顶端和底端，水平套筒的尾端与竖直套
筒的底端连接，激发光源组件固定于水平套筒的前端，荧光采集组件固定于竖直套筒的顶端，发射光滤镜水平固定于竖直套筒的中部，所述二向色镜固定于竖直套筒的底端，二向色镜与水平方向成45
°
夹角。
[0013]进一步，所述激发光源组件包括底座、支架、匀光镜组件、LED灯珠、LED基板、光源散热鳍片和导热连接器；
[0014]所述支架固定于底座上，支架夹持匀光镜组件，LED灯珠焊接固定于LED基板上，LED基板通过导热胶固定于导热连接器上，导热连接器的一端与匀光镜组件连接，导热连接器的另一端与光源散热鳍片连接，所述光源散热鳍片与导热连接器之间涂布有导热胶。
[0015]进一步，所述匀光镜组件包括匀光镜套筒、第一透镜、第二透镜、激发光滤镜和螺纹卡环，所述第一透镜、第二透镜和激发光滤镜依次通过螺纹卡环同轴安装于匀光镜套筒内。
[0016]进一步，所述荧光采集组件包括PCB、感光元件和镜头，所述感光元件焊接于PCB上，所述镜头固定于感光元件下方。
[0017]进一步，所述恒温加热组件包括继电器、继电器散热鳍片、外壳、隔热垫片、加热片、弹簧片和温度探头；
[0018]所述继电器安装于继电器散热鳍片上方，继电器与继电器散热鳍片之间涂布导热材料，所述继电器散热鳍片安装于壳体内的底部，所述外壳与加热片连接，隔热垫片位于外壳与加热片的贴合处，加热片通过导线与继电器连接，外壳开设插槽，温度探头位于插槽内，温度探头与加热片接触，弹簧片位于插槽内，弹簧片用以将测试卡与加热片抵紧，通光孔设于外壳上，通光孔与插槽连通。
[0019]本专利技术的另一技术方案为：上述实时荧光等温扩增仪的操作方法，包括以下步骤：
[0020]步骤一：将样本滴加到测试卡的加样区，在加样区加入密封油对样本进行密封，然后使用透明密封片对测试卡进行封闭，避免气溶胶污染；
[0021]步骤二：将测试卡插入插槽，主板组件控制恒温加热组件启动，恒温加热组件通过控温算法将样本温度保持在一个恒定范围内；
[0022]步骤三：每间隔一个的采集周期T，主板组件控制激发光源组件发射激发光，对加样区进行激发，100
‑
500毫秒后启动荧光采集组件进行采集，采集完成后关闭激发光源组件；
[0023]步骤四：荧光采集组件将采集到的的光信号转化为电信号，传输到主板组件，通过算法分析出加样区平均灰度值并存储；
[0024]步骤五：总检测时间到达20
‑
40分钟后，主板组件控制恒温加热组件关闭，主板组件通过对采集到的平均灰度值进行分析，将样本的检测结果显示至显示组件。
[0025]进一步，所述恒温加热组件采用自适应模糊PID控制算法对温度进行控制，所述自适应模糊PID控制算法采用“两输入三输出”的模式，以误差e和误差变化率ec作为输入量，动态规划后的比例调节系数K
p
、积分调节系数K
i
、微分调节系数K
d
作为输出量，最终实时调整加热片的占空比(PWM)进行温度控制；
[0026]所述自适应模糊PID控制算法包括以下步骤：
[0027]步骤S1：获取输入量；通过温度探头采集加热片实时温度值，与设定温度值比较，获得的输入量即输入偏差e和偏差变化率ec；
[0028]步骤S2：对输入量进行模糊化处理；首先确定输入偏差e和偏差变化率ec的物理论域，对输入偏差e和偏差变化率ec通过计算得到输入偏差的量化因子K
e
、偏差变化率的量化因子K
ec
，后经输入偏差的量化因子K
e
以及偏差变化率的量化因子K
ec
映射得出输入偏差e和偏差变化率ec的模糊论域，其次，根据量化的结果将输入量划分为相应的模糊论域并通过隶属度函数求解判断出输入量所属的集合对应的隶属度，最后，通过模糊推理算法完成模糊化处理；
[0029]步骤S3：对模糊化处理后的输入量进行解模糊处理；利用解模糊算法解模糊，计算得出PID控制的修正量
△
K
p
，<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实时荧光等温扩增仪，其特征在于，包括壳体、显示组件、电源组件、主板组件、恒温加热组件和激发与采集组件；所述壳体上安装有显示组件，所述主板组件、电源组件和恒温加热组件分别安装于壳体内，恒温加热组件上方安装激发与采集组件，恒温加热组件设有插槽，插槽显露于壳体外，插槽用以供测试卡插入，样本滴加至测试卡的加样区，恒温加热组件上设有通光孔，加样区显露于通光孔，恒温加热组件用以将样本温度保持在恒定范围内；所述激发与采集组件包括荧光采集组件、发射光滤镜、二向色镜和激发光源组件，所述激发光源组件用以发射激发光，二向色镜倾斜设置于通光孔上方，发射光滤镜位于二向色镜上方，荧光采集组件位于发射光滤镜上方，激发光源组件发射的激发光经二向色镜反射至样本，样本发出的光依次经过二向色镜和发射光滤镜到达荧光采集组件；所述主板组件分别与恒温加热组件、激发与采集组件和显示组件电性连接；所述电源组件为主板组件、恒温加热组件、激发与采集组件和显示组件供电。2.根据权利要求1所述的实时荧光等温扩增仪，其特征在于，所述壳体设有散热孔，主板组件包含主板、主板架、主板散热鳍片和涡轮散热扇，主板与主板散热鳍片连接，所述主板的处理器上涂布导热材料，导热材料与主板散热鳍片紧密贴合，主板架包括上层和下层，上层的中部设有开孔，下层的侧壁贯穿开设导流口，下层的外侧设有导流管，导流管与导流口和散热孔连通，主板散热鳍片固定于主板架的上层，涡轮散热扇固定于主板架的下层，所述涡轮散热扇的进风口通过开孔对准主板散热鳍片，所述涡轮散热扇的出风口通过导流口和导流管对准散热孔。3.根据权利要求1所述的实时荧光等温扩增仪，其特征在于，所述激发与采集组件还包括水平套筒和竖直套筒，水平套筒与竖直套筒垂直连接，竖直套筒设有进光孔，水平套筒和竖直套筒通过进光孔连通，水平套筒的中轴线穿过进光孔；水平套筒包括前端和尾端，竖直套筒包括顶端和底端，水平套筒的尾端与竖直套筒的底端连接，激发光源组件固定于水平套筒的前端，荧光采集组件固定于竖直套筒的顶端，发射光滤镜水平固定于竖直套筒的中部，所述二向色镜固定于竖直套筒的底端，二向色镜与水平方向成45
°
夹角。4.根据权利要求1所述的实时荧光等温扩增仪，其特征在于，所述激发光源组件包括底座、支架、匀光镜组件、LED灯珠、LED基板、光源散热鳍片和导热连接器；所述支架固定于底座上，支架夹持匀光镜组件，LED灯珠焊接固定于LED基板上，LED基板通过导热胶固定于导热连接器上，导热连接器的一端与匀光镜组件连接，导热连接器的另一端与光源散热鳍片连接，所述光源散热鳍片与导热连接器之间涂布有导热胶。5.根据权利要求4所述的实时荧光等温扩增仪，其特征在于，所述匀光镜组件包括匀光镜套筒、第一透镜、第二透镜、激发光滤镜和螺纹卡环，所述第一透镜、第二透镜和激发光滤镜依次通过螺纹卡环同轴安装于匀光镜套筒内。6.根据权利要求1所述的实时荧光等温扩增仪，其特征在于，所述荧光采集组件包括PCB、感光元件和镜头，所述感光元件焊接于PCB上，所述镜头固定于感光元件下方。7.根据权利要求1所述的实时荧光等温扩增仪，其特征在于，所述恒温加热组件包括继电器、继电器散热鳍片、外壳、隔热垫片、加热片、弹簧片和温度探头；所述继电器安装于继电器散热鳍片上方，继电器与继电器散热鳍片之间涂布导热材
料，所述继电器散热鳍片安装于壳体内的底部，所述外壳与加热片连接，隔热垫片位于外壳与加热片的贴合处，加热片通过导线与继电器连接，外壳开设插槽，温度探头位于插槽内，温度探头与加热片接触，弹簧片位于插槽内，弹簧片用以将测试卡与加热片抵紧，通光孔设于外壳上，通光孔与插槽连通。8.一种权利要求1
‑
7任一所述的实时荧光等温扩增仪的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将样本滴加到测试卡的加样区，在加样区加入密封油对样本进行密封，然后使用透明密封片对测试卡进行封闭，避免气溶胶污染；步骤二：将测试卡插入插槽，主板组件控制恒温加热组件启动，恒温加热组件通过控温算法将样本温度保持在一个恒定范围内；步骤三：每间隔一个的采集周期T，主板组件控制激发光源组件发射激发光，对加...

【专利技术属性】
技术研发人员：章春笋，刘源，孙浩，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：