專利名稱：離心式pcr分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
-
本發(fā)明是生物、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域用于分析聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)原始靶基因濃度 的儀器。
背景技術(shù)：
本發(fā)明做出前，還沒有檢測與分析聚合酶鏈反應(yīng)原始靶基因濃度的離心
式分析儀器。傳統(tǒng)的方法是先將靶基因置于標準的48孔或者96孔的加熱/制 冷熱循環(huán)裝置，完成PCR要求的變性、復(fù)性和延伸，使靶基因擴增數(shù)百萬倍， 然后對產(chǎn)物進行熒光檢測，判斷是否具有某種靶基因。這種方法有如下缺點
第一熒光檢測模塊不固定，電機帶動光纖探頭運動，在進行掃描的同時， 光纖的震動會影響光路的穩(wěn)定，從而影響檢測精確度；第二儀器掃描部分 機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高、質(zhì)量大。掃描探頭在電機的帶動下，在X和Y方向 上掃描，需要兩個電機協(xié)同工作，不利于小型化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能完成對靶基因檢測的離心式PCR分析儀。通 過創(chuàng)新的離心式設(shè)計與光路固定方法，實現(xiàn)了產(chǎn)品小型化，避免了機械振動 帶來的檢測誤差。
本發(fā)明的技術(shù)方案是在利用DSP電路控制變溫金屬模塊對靶基因進行 擴增的同時，對被測反應(yīng)物發(fā)出的熒光進行檢測。
一種離心式PCR分析儀，其特征在于，包括光學(xué)檢測模塊，離心式熱循 環(huán)模塊，DSP控制電路和計算機；光學(xué)檢測模塊固定在離心式熱循環(huán)模塊的 上方，光學(xué)檢測模塊、離心式熱循環(huán)模塊分別連接DSP控制電路，然后傳送 至計算機；
所述的離心式熱循環(huán)模塊包括變溫金屬體，變溫金屬體上方設(shè)有均勻分 布的插孔，插放在插孔中的試管，試管上蓋有熱蓋，貼在變溫金屬體內(nèi)側(cè)的 半導(dǎo)體加熱片，在變溫金屬體和熱蓋上都設(shè)有溫度傳感器；變溫金屬體下面 設(shè)有驅(qū)動輪，驅(qū)動輪通過同步帶連接步進電機；步進電機、溫度傳感器分別 連接DSP控制電路；
步進電機正反向轉(zhuǎn)動帶動同步帶，進而帶動變溫金屬體下面的驅(qū)動輪，
從而控制變溫金屬體順時針和逆時針的轉(zhuǎn)動；
所說的光學(xué)檢測模塊自上而下依次設(shè)有激發(fā)光源，濾光片，透鏡，與水 平方向呈45度角的二向分色鏡，激發(fā)物鏡，且上述激發(fā)光源，濾光片，透鏡， 與水平方向呈45度角的二向分色鏡，激發(fā)物鏡均與試管在同一豎直軸線上； 在二向分色鏡所在的水平軸線上，依次設(shè)有窄帶濾光片，接收物鏡，針孔， 光電倍增管；光電倍增管連接DSP控制電路。
DSP控制電路包括通過接口與PC相連的DSP控制器(TMS320F2812)， 通過DSP的A/D轉(zhuǎn)換模塊，分別將來自步進電機、溫度傳感器和光電倍增管 的輸出信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。DSP輸出的驅(qū)動信號輸入步進電機驅(qū)動器，控 制電機運動；DSP輸出的溫度控制信號，調(diào)節(jié)半導(dǎo)體加熱片的溫度；DSP輸 出的增益控制信號，調(diào)節(jié)光電倍增管的放大倍數(shù)。
本發(fā)明實現(xiàn)了產(chǎn)品小型化，避免了機械振動帶來的檢測誤差。同時，成 本的降低有利于這種先進檢測技術(shù)的推廣，滿足社區(qū)醫(yī)療與遠郊區(qū)縣衛(wèi)生部 門的檢測需求。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述

圖1是本發(fā)明的離心式PCR分析儀的框圖； 圖2是離心式熱循環(huán)模塊的示意圖； 圖3是光學(xué)檢測模塊示意圖；
具體實施例方式
參照圖1，本發(fā)明的離心式PCR分析儀包括光學(xué)檢測模塊，離心式熱循 環(huán)模塊，DSP控制電路和計算機。其光學(xué)檢測模塊固定在離心式熱循環(huán)模塊
的上方，檢測到的信號送入DSP控制電路進行數(shù)據(jù)處理，然后傳送至計算機 分析與顯示。離心式熱循環(huán)模塊和光學(xué)檢測模塊的結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示。
所述的光學(xué)檢測模塊自上而下依次設(shè)有激發(fā)光源，濾光片，透鏡，與水 平方向呈45度角的二向分色鏡，激發(fā)物鏡，且上述激發(fā)光源，濾光片，透鏡， 與水平方向呈45度角的二向分色鏡，激發(fā)物鏡均與試管在同一豎直軸線上。 在二向分色鏡所在的水平軸線上，依次是窄帶濾光片，接收物鏡，針孔，光 電倍增管，采集電信號的DSP。采用LED作為激發(fā)光源，既滿足光源要求又 降低成本，減輕產(chǎn)品重量，適用于便攜設(shè)備。激發(fā)光源發(fā)出的激發(fā)光通過濾
光片成為特定波長(532nm)的單色光，再由透鏡匯集為平行光照射在二向分 色鏡上，再通過激發(fā)物鏡匯聚到試管，使試管內(nèi)的反應(yīng)物在激發(fā)光的作用下 發(fā)出熒光，熒光通過激發(fā)物鏡照射在二向分色鏡上，經(jīng)過二向分色鏡的透射 與反射，再由窄帶濾光片過濾成為特定波長(570nm)的單色光，再通過接收 物鏡與針孔匯聚，被光電倍增管接收變?yōu)殡娦盘杺鬏斀oDSP。
離心式熱循環(huán)模塊包括變溫金屬體，變溫金屬體上面的一圈均勻分布的 插孔，插放在插孔中的試管，試管上蓋有熱蓋，貼在變溫金屬體內(nèi)側(cè)的半導(dǎo) 體加熱片，在變溫金屬體和熱蓋上都設(shè)有溫度傳感器。步進電機正反向轉(zhuǎn)動 帶動同步帶，進而帶動變溫金屬體下面的驅(qū)動輪，從而控制變溫金屬體順時 針和逆時針的轉(zhuǎn)動。其中，變溫金屬體的材質(zhì)是金屬銀，外層鍍金，防止氧 化；插孔的形狀為Eppendorf反應(yīng)管形狀，大小固定，共16個插孔；在實驗 前，先將裝好被測物的試管放入插孔，然后啟動儀器。運行過程中，光學(xué)檢 測模塊固定不動，而變溫金屬體上插孔中的試管隨著變溫金屬體正向和反向 轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)對各個試管的逐一檢測。
光學(xué)檢測模塊和離心式熱循環(huán)模塊由DSP控制電路控制，實現(xiàn)對熒光的 采集與處理，并上傳至計算機分析顯示。
工作中，計算機輸出的控制指令， 一方面經(jīng)過DSP控制電路轉(zhuǎn)換為控制 信號，控制半導(dǎo)體加熱片工作，滿足PCR擴增的溫度要求；另一方面，控制 步進電機轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)變溫金屬體的旋轉(zhuǎn)，從而依次完成對所有試管內(nèi)被測物 的檢驗。同時，離心式熱循環(huán)模塊中的溫度傳感器輸出的溫度信號和步進電 機輸出的位置信號，以及光學(xué)檢測模塊輸出的電信號，分別由DSP的A/D接 口轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)過處理傳輸給計算機，并由計算機發(fā)出控制信號；同 時計算機對數(shù)據(jù)進行分析及顯示。
本發(fā)明的離心式PCR分析儀，在利用離心式熱循環(huán)模塊對耙基因進行擴 增的同時，采用了固定的光學(xué)檢測模塊對熒光進行檢測，實現(xiàn)了產(chǎn)品小型化， 避免了機械振動帶來的檢測誤差，可以使以前的檢測誤差由(20% 50%)下 降到(10% 30%)。
權(quán)利要求
1、一種離心式PCR分析儀，其特征在于，包括光學(xué)檢測模塊(I)，離心式熱循環(huán)模塊(II)，DSP控制電路(III)和PC機(IV)；光學(xué)檢測模塊(I)固定在離心式熱循環(huán)模塊(II)的上方，光學(xué)檢測模塊(I)、離心式熱循環(huán)模塊(II)分別連接DSP控制電路(III)，然后傳送至計算機(IV)；所述的離心式熱循環(huán)模塊(II)包括變溫金屬體(1)，變溫金屬體(1)上方設(shè)有均勻分布的插孔(3)，插放在插孔(3)中的試管(5)，試管(5)上蓋有熱蓋(4)，貼在變溫金屬體(1)內(nèi)側(cè)的半導(dǎo)體加熱片(6)，在變溫金屬體(1)和熱蓋(4)上都設(shè)有溫度傳感器(9)；變溫金屬體(1)下面設(shè)有驅(qū)動輪(2)，驅(qū)動輪(2)通過同步帶(8)連接步進電機(7)；步進電機(7)、溫度傳感器(9)分別連接DSP控制電路(III)；所說的光學(xué)檢測模塊(I)自上而下依次設(shè)有激發(fā)光源(10)，濾光片(11)，透鏡(12)，與水平方向呈45度角的二向分色鏡(13)，激發(fā)物鏡(14)，且上述激發(fā)光源(10)，濾光片(11)，透鏡(12)，與水平方向呈45度角的二向分色鏡(13)，激發(fā)物鏡(14)均與試管(5)在同一豎直軸線上；在二向分色鏡(13)所在的水平軸線上，依次設(shè)有窄帶濾光片(18)，接收物鏡(17)，針孔(16)，光電倍增管(15)；光電倍增管(15)連接DSP控制電路(III)。
全文摘要
離心式PCR分析儀屬于生物、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。傳統(tǒng)用于分析聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)原始靶基因濃度方法缺點熒光檢測模塊不固定從而影響檢測精確度；第二儀器掃描部分機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高、不利于小型化。本發(fā)明在利用DSP電路控制變溫金屬模塊對靶基因進行擴增的同時，對被測反應(yīng)物發(fā)出的熒光進行檢測。本發(fā)明通過創(chuàng)新的離心式設(shè)計與光路固定方法，實現(xiàn)了產(chǎn)品小型化，避免了機械振動帶來的檢測誤差。
文檔編號C12Q1/68GK101109706SQ20071012118
公開日2008年1月23日 申請日期2007年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者馮繼宏, 張清悅, 毅 曾 申請人:北京工業(yè)大學(xué)