一种实时荧光PCR热循环装置及PCR仪

摘要

本发明公开了一种实时荧光PCR热循环装置及PCR仪，涉及生物实验仪器领域。实时荧光PCR热循环装置包括依次设置的隔板层、样品层和温控层；隔板层、样品层以及温控层形成闭环控制系统；隔板层以及温控层分别连接至样品层；温控层包括依次设置的均热层和供热层，供热层连接至均热层，均热层连接至样品层；均热层内部开设有真空腔体，真空腔体中设置有导热液。本发明提供的实时荧光PCR热循环装置及PCR仪通过导热液在均热层的真空腔体里吸收气化或者气相的导热液遇冷液化的往复循环以实现热传递，提高了整个加热面温度的均匀性，提高PCR反应的质量，提供更可靠的实验结果。

说明书

技术领域

本发明涉及生物实验仪器领域，尤其是一种实时荧光PCR热循环装置及PCR仪。

背景技术

PCR（聚合酶链式反应）是一种生物技术，可以在生物体外扩增特定的DNA片段。目前，PCR技术被广泛应用与分子诊断、精准医疗、现代农业、食品安全等领域。在绝大多数PCR反应中，都需要对样品进行周期性的升温和降温来实现特定的DNA片段的扩增。

PCR反应通常以96孔板或者384孔板为容器批量进行，并采用水浴或者常规金属浴来实现热循环。水浴循环通过将样品反复浸泡在高温和低温两个恒温池中来实现样品和升温了降温，过程繁琐。为了提高效率，在PCR仪中引入热循环装置以实现周期性的升温和降温。现有技术中的热循环装置结构简单，热循环效率底，并且区域热量分布不均匀，导致反映孔受热不均匀，从而影响实现结果的准确性。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的发明目的在于：提供一种实时荧光PCR热循环装置，其温控层的热量高效均匀地传递至样品层，迅速实现升温或降温的同时，样品受热均匀，保证样品反应温度的一致性，从而提供更准确的结果。

本发明的第二目的在于提供一种实时荧光PCR仪，其包含上述的实时荧光PCR热循环装置。

本发明采用的技术方案如下：

一种实时荧光PCR热循环装置，其包括依次设置的隔板层、样品层和温控层；隔板层、样品层以及温控层形成闭环控制系统；隔板层以及温控层分别连接至样品层；隔板层设置成透明以透光；温控层包括依次设置的均热层和供热层，供热层连接至均热层，均热层连接层样品层；均热层内部开设有真空腔体，真空腔体中设置有导热液。

优选地，上述真空腔体内设置有沿竖直方向的导热通道，导热通道连接至均热层的内部的侧壁。

由于采用了此种技术方案，当热量由供热层传递至均热层时，真空腔体里的导热液体在低真空度的环境中受热后开始产生导热液的气化现象，此时导热液由于吸收热能体积迅速膨胀，气相的导热液迅速充满整个真空腔体，当气相导热液接触到一个比较冷的区域时便会产生凝结的现象。借由凝结的现象释放出在蒸发时累积的热，凝结后的导热液会借由导热通道再回到蒸发热源处，此过程将在腔体内周而复始进行，提高了整个加热面温度的均匀性，确保每个反应孔里温度的一致性，提高PCR反应的质量。

优选地，上述样品层与均热层之间设置有导热层，导热层厚度小于1mm。

导热层的作用是保证温控层与反应层之间具有良好的接触面，以提高传热效率。所以导热层的厚度控制在1mm下，否则导热层过厚反而降低传热效率。

优选地，上述样品层包括透明压敏膜和PCR反应板，PCR反应板设置有反应孔，透明压敏膜连接至隔板层以密封反应孔。

在压力作用下，压敏膜与PCR反应板接触层可以形成紧密的连接，达到很好的密封效果，防止在PCR反应时，不同样品间相互污染。压敏膜设置成透明，对透光率的影响小，保证激发光源和荧光信号的透光率。

优选地，上述隔板层涂覆有透明导电薄膜，透明导电薄膜上设置有第一热电阻。

优选地，上述透明导电薄膜设置于隔板层与样品层相连一侧的表面上。

由于液体样品蒸发，在反应孔上方压敏膜上产生水雾，该水雾会降低压敏膜的透光率，减少光学检测对荧光信号的收集，从而影响检测效果。由于采用的此种技术方案，可以对导电薄膜施加电流，并通过第一热电阻检测温度，以控制隔板层与样品层之间的温度。当产生水雾时，可以对导电薄膜施加电流，提高压敏膜的温度，避免蒸发的液体在压敏膜上液化形成水雾，从而避免减少光学检测对荧光信号的收集。

优选地，上述供热层由一个或多个热电模块构成。

优选地，上述实时荧光PCR热循环装置还包括第二热电阻，第二热电阻设置于均热层，第二热电阻与热电模块配合以控制温控层的温度。

与电学模块以及热学模块相比，热电模块具有快速升温和降温的特点。通过第二热电阻的温度反馈以及热电模块的温度输出，可以精确快速的控制温控层的温度变化，提高PCR反应的效率，缩短反应时间。

优选地，上述温控层还包括散热层，散热层连接至供热层；散热层包括散热器和风扇；散热器连接至供热层，风扇连接至散热器的下方。

散热层的作用是当温度控制层需要降温时，快速的将热量散发出去。

一种实时荧光PCR仪，其包括激发光源，检测系统以及上述的实时荧光PCR热循环装置，激发光源设置于隔板层的上方，检测系统连接至样品层以接收样品发出的信号。

综上，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

通过导热液在均热层的真空腔体里吸收气化或者气相的导热液遇冷液化的往复循环以实现热传递，提高了整个加热面温度的均匀性，从而提高了反应层不同区域的温度的一致性，确保每个反应样品反应温度的一致性，提高PCR反应的质量，提供更可靠的实验结果。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是实施例1提供的实时荧光PCR热循环装置的结构简视图；

图2是图1沿A-A方向的剖面示意图；

图3是实施例2提供的实时荧光PCR热循环装置的结构简视图。

图中标记：100-实时荧光PCR热循环装置；110-隔板层；111-透明导电薄膜；113-第一热电阻；130-样品层；131-透明压敏膜；133-PCR反应板；135-反应孔；150-温控层；151-均热层；153-真空腔体；155-导热通道；157-供热层；158-导热层；159-散热层；200-实时荧光PCR热循环装置；220-供热层；240-第二热电阻；260-均热层。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种实时荧光PCR热循环装置100，其包括自上而下依次设置的隔板层110、样品层130和温控层150。隔板层110、样品层130以及温控层150形成闭环控制系统。隔板层110以及温控层150分别连接至样品层130。

隔板层110设置成透明以透光。隔板层110主体由玻璃或有机玻璃涂的表面涂覆一层透明导电薄膜111形成。优选地，透明导电薄膜111涂覆在玻璃的下表面，即隔板层110与样品层130相连的一侧的表面。隔板层110上设置有第一热电阻113。第一热电阻113设置于透明导电薄膜111。透明导电薄膜111与第一热电阻113配合以控制隔板层110与样品层130之间的温度。隔板层110对波长420nm~680nm的光有超过85%的透光率。

样品层130为样品发生反应的场所。样品层130包括透明压敏膜131和PCR反应板133。透明压敏膜131对可见光波长范围内有大于90%的透光率。透明压敏膜131连接至隔板层110，在压力作用下压敏膜与PCR反应板133接触以密封PCR反应板133，防止在PCR反应时，不同样品间相互污染。PCR反应板133设置有反应孔135，作为反应样品的容器，反应过程中，反应孔135被透明压敏膜131密封。PCR反应板133的厚度以0.5mm~3mm为宜。

温控层150包括均热层151和供热层157。均热层151连接至样品层130，供热层157设置与均热层151下方并且连接至均热层151。

均热层151内部开设有真空腔体153，真空腔体153内设置有导热液（图未示），导热液通过吸热气化，气相导热液遇冷液化以传递热量。为了使气化的导热液更高效率且均匀地传递热量，在均热层151的内部设置为导热液提供路径的导热通道155，导热通道155沿竖直方向设置，导热通道155由密集无间隙的毛细管构成（如图2所示）。

供热层157由一块或多块热学模块构成。为了提高热传导效率，在供热层157与均热层151之间涂覆有导热硅脂。

为了提高热传导效率，均热层151与样品层130之间还设置有导热层158。导热层158通常由具有高导热性能及良好延展性的硅胶垫构成，为温控层150与样品层130之间提供良好的接触面，提高热传递效率。导热层158的厚度小于或等于1mm，过厚的导热层158反而降低热传递效率。

为了实现对温控层150的快速降温，温控层150还设置有散热层159。散热层159位于供热层157下方，并且散热层159连接至供热层157。散热层159包括散热器（图未示）和风扇（图未示），散热器连接至供热层157，直接对供热层157降温，风扇位于散热器下方，对供热层157的降温起辅助作用。为了提高热传导效率，在供热层157与散热层159之间涂覆有导热硅脂。

本实施例还提供一种实时荧光PCR仪，其包括激发光源、检测系统以及上述的实时荧光PCR热循环装置100。激发光源设置与隔板层110的上方，检测系统连接至样品层130以便于接收样品发出的信号。

实施例2

如图3所示，本实施例提提供一种实时荧光PCR热循环装置200，其与实施例1中提供的大致相同，其区别在于，本实施例中的供热层220由一个或多个热电模块构成。当向其通正向电压时，供热层220上表面升温，下表面降温；当向其通负向电压时，供热层220上表面降温，下表面升温。与电学模块以及热学模块相比，热电模块具有快速升温和降温的特点。

另外本实施例提供的实时荧光PCR热循环装置200还包括第二热电阻240，优选地，第二热电阻240设置于均热层260。通过第二热电阻240的温度反馈以及热电模块的温度输出，可以精确快速的控制温控层的温度变化，提高PCR反应的效率，缩短反应时间。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。