一种具有快速升降温度功能的PCR扩增仪制造技术

本发明专利技术公开了一种具有快速升降温度功能的PCR扩增仪，包括升温系统、降温系统和反应装置；所述的升温系统包括加热器、蒸发器和电磁阀A，所述的降温系统包括电磁阀B、喷射器、电磁阀组、冷凝器和储液器。本发明专利技术的技术核心在于运用相变传热原理实现PCR扩增仪内部温度的快速升高和降低，同时保证扩增仪具有良好的均温性。本发明专利技术的PCR扩增仪的温度变化速率可由目前的2～5℃/s提升至30℃/s以上，可在节省反应时间的同时优化DNA扩增的效果。其次，反应装置中采用具有毛细结构的基座代替目前常用的银合金基座，这大大降低了反应装置的制造成本。最后，蒸发器为反应装置提供热量的同时为喷射器提供工作流体，使整体结构更加简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及PCR扩增技术，特别是一种具有温度调节功能的PCR扩增仪。
技术介绍
PCR(聚合酶链式反应)是指体外酶促合成特异DNA片段的一种分子生物学实验方法，主要由高温变性、低温退火和适温延伸三个步骤反复的热循环构成。目前，因PCR扩增DNA具有特异性强、灵敏度高、操作简便、省时等特点，在军事、医疗生命科学等领域具有广泛的应用，已经成为目前扩增DNA的最常用技术。常见的PCR扩增仪主要由自动控制装置、温度控制器、反应装置和密封壳体组成。自动控制装置包括自动控制电路和用户操作面板；温度控制器主要由升温系统和降温系统两部分组成；反应装置包括反应基座和反应槽。扩增仪工作时，自动控制装置按照用户设置控制温度控制器执行程序，温度控制器按照程序要求改变反应装置的温度，完成DNA的扩增过程。PCR扩增DNA的效果与其反应时间及反应温度具有密切的关系，因此PCR生物芯片的温控系统的设计具有重要意义。目前普遍使用的PCR扩增仪一般采用半导体加热方式，升、降温速率一般为2～5℃/s，温度变化速率较慢，这样直接影响了DNA的扩增效果，同时会使实验时间延长。
技术实现思路
为克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种温度分布均匀、结构简单且具有快速升降温度功能的PCR扩增仪。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种具有快速升降温度功能的PCR扩增仪，至少包括升温系统、降温系统、反应装置和控制箱；所述的升温系统包括加热器、蒸发器和电磁阀A，所述的蒸发器安装在加热器之上，蒸发器通过管路经电磁阀A与反应装置连接，所述的控制箱通过数据线分别与加热器和电磁阀A连接；所述的降温系统包括电磁阀B、喷射器、电磁阀组、冷凝器和储液器，所述的电磁阀组由电磁阀C、电磁阀D和电磁阀E并联组成；所述的控制箱通过数据线分别与电磁阀B、电磁阀C、电磁阀D和电磁阀E连接；所述的电磁阀B、喷射器、冷凝器、储液器和蒸发器由管路依次相连形成回路；所述的喷射器通过管路经电磁阀组连接到反应装置。进一步地，所述的反应装置包括内部表面带有毛细结构的反应基座、反应槽和储液槽。进一步地，所述的升温系统和降温系统采用工质为具有极低的消耗臭氧潜能值ODP和全球变暖潜能值GWP的环保型制冷剂。本专利技术的技术核心在于运用相变传热原理实现PCR扩增仪内部温度的快速升高和降低，同时保证扩增仪具有良好的均温性。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术将相变传热原理应用于PCR扩增的温度控制过程，能够明显提升PCR扩增仪的性能。首先，基于本专利技术的PCR扩增仪的温度变化速率可由目前的2～5℃/s提升至30℃/s以上，可在节省反应时间的同时优化DNA扩增的效果。其次，反应装置中采用具有毛细结构的基座代替目前常用的银合金基座，这大大降低了反应装置的制造成本。毛细结构不仅使反应装置温度能够快速改变，实验反应液迅速达到最佳反应温度，而且使反应装置具有更好的均温性能。最后，蒸发器为反应装置提供热量的同时为喷射器提供工作流体，使整体结构更加简单。附图说明本专利技术仅有附图1张，其中：图1是本专利技术的结构示意图。图中：1、控制箱，2、加热器，3、蒸发器，4、电磁阀A，5、电磁阀B，6、喷射器，7、电磁阀C，8、电磁阀D，9、电磁阀E，10、冷凝器，11、储液器，12、反应装置。具体实施方式通过下面实施例对本专利技术作进一步详细阐述。如图1所示，一种具有快速升降温度功能的PCR扩增仪，至少包括升温系统、降温系统、反应装置12和控制箱1；所述的升温系统包括加热器2、蒸发器3和电磁阀A4，所述的蒸发器3安装在加热器2之上，蒸发器3通过管路经电磁阀A4与反应装置12连接，所述的控制箱1通过数据线分别与加热器2和电磁阀A4连接；所述的降温系统包括电磁阀B5、喷射器6、电磁阀组、冷凝器10和储液器11，所述的电磁阀组由电磁阀C7、电磁阀D8和电磁阀E9并联组成；所述的控制箱1通过数据线分别与电磁阀B5、电磁阀C7、电磁阀D8和电磁阀E9连接；所述的电磁阀B5、喷射器6、冷凝器10、储液器11和蒸发器3由管路依次相连形成回路；所述的喷射器6通过管路经电磁阀组连接到反应装置12。进一步地，所述的反应装置12包括内部表面带有毛细结构的反应基座、反应槽和储液槽。进一步地，所述的升温系统和降温系统采用工质为具有极低的消耗臭氧潜能值ODP和全球变暖潜能值GWP的环保型制冷剂。本专利技术的升温系统中，蒸发器3、电磁阀A4和反应装置12依次由管路连接构成热管结构，具有升温速率快，均温性能好的特点；所述的电磁阀C7、电磁阀D8、电磁阀E9并联构成电磁阀组，可根据用户需求增加或减少电磁阀组中电磁阀的个数，设置该电磁阀组的目的为在不同的最佳退火温度或最佳恒温温度下开启电磁阀组中的某一电磁阀以达到最佳的退火或恒温效果；反应装置12的反应基座内的毛细结构增大了换热面积，提高了反应装置12的传热速率和均温性能。本专利技术的具体工作过程如下：在高温变性阶段，需要将反应装置12内的反应温度迅速升高到最佳高温变性温度，如95℃。此时，加热器2通电加热使与其紧密贴合的蒸发器3升温，蒸发器3内工质被加热后沸腾产生蒸汽，通过调节加热器2的加热功率来改变蒸汽温度，使蒸汽温度维持在高温变性的最佳反应温度之上某一温度，温度高出部分用于克服热量传递过程中的温度降，使得反应装置12始终保持在最佳反应温度。当蒸汽温度达到设定值后，控制箱1控制电磁阀A4开启，电磁阀B5、电磁阀C7、电磁阀D8、电磁阀E9处于关闭状态，此时，蒸汽通过管路迅速到达反应装置12，从而使反应装置12迅速升温达到95℃，整个升温过程的时间在5s以内，之后关闭电磁阀A4，由于反应装置12及升温系统的管路与外界绝热，保持升温系统内压力不变即可保证反应装置12持续保持该最佳温度。保持一定时间后，进入低温退火阶段。在低温退火阶段，需要将反应装置12的反应温度迅速降低至最佳退火温度，如45℃。此时，用户根据最佳退火温度开启电磁阀B5和电磁阀组中的一个，如电磁阀C7，电磁阀A4和电磁阀组中的其他电磁阀关闭，来自蒸发器3的蒸汽通过喷射器6引射反应装置12内的工质使反应装置12内产生冷量，反应装置12温度迅速达到45℃，之后关闭电磁阀C7和电磁阀B5，保持降温系统内压力不变即可保持该最佳退火温度，随后在最佳退火温度时保持一定时间。喷射器6出口连接冷凝器10，工质蒸汽被冷凝后通过储液器11回流至蒸发器3，储液器11兼具补充工质的作用。在适温延伸阶段，需要将反应装置12的温度迅速升高到最佳恒温温度，如75℃。此时，用户根据反应物的最佳恒温温度开启电磁阀A4、电磁阀B5和电磁阀组中的一个，如电磁阀D8，关闭其他电磁阀，通过升温系统和降温系统的共同作用来达到最佳恒温温度，之后关闭所有电磁阀，保持反应装置12内压力不变即可保持该延伸温度不变，随后保持一定时间，完成PCR扩增的一个循环周期。随后循环上述三个过程。上述三个阶段中涉及的“保持一定时间”中的时间长短由用户根据反应条件自己设定。虽然以上描述了本专利技术的具体实施方式，但本领域内的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本专利技术中的实施方式和所采用的工质做出多种变更和修改，而不背离本专利技术的原理和实质。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有快速升降温度功能的PCR扩增仪，至少包括升温系统、降温系统、反应装置(12)和控制箱(1)；其特征在于：所述的升温系统包括加热器(2)、蒸发器(3)和电磁阀A(4)，所述的蒸发器(3)安装在加热器(2)之上，蒸发器(3)通过管路经电磁阀A(4)与反应装置(12)连接，所述的控制箱(1)通过数据线分别与加热器(2)和电磁阀A(4)连接；所述的降温系统包括电磁阀B(5)、喷射器(6)、电磁阀组、冷凝器(10)和储液器(11)，所述的电磁阀组由电磁阀C(7)、电磁阀D(8)和电磁阀E(9)并联组成；所述的控制箱(1)通过数据线分别与电磁阀B(5)、电磁阀C(7)、电磁阀D(8)和电磁阀E(9)连接；所述的电磁阀B(5)、喷射器(6)、冷凝器(10)、储液器(11)和蒸发器(3)由管路依次相连形成回路；所述的喷射器(6)通过管路经电磁阀组连接到反应装置(12)。

【技术特征摘要】
1.一种具有快速升降温度功能的PCR扩增仪，至少包括升温系统、降温系统、反应装置(12)和控制箱(1)；其特征在于：所述的升温系统包括加热器(2)、蒸发器(3)和电磁阀A(4)，所述的蒸发器(3)安装在加热器(2)之上，蒸发器(3)通过管路经电磁阀A(4)与反应装置(12)连接，所述的控制箱(1)通过数据线分别与加热器(2)和电磁阀A(4)连接；所述的降温系统包括电磁阀B(5)、喷射器(6)、电磁阀组、冷凝器(10)和储液器(11)，所述的电磁阀组由电磁阀C(7)、电磁阀D(8)和电磁阀E(9)并联组成；所述的控制箱(1)通过数据线分别与电磁阀B...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋赫，董景明，宋永欣，李策略，陈旭立，潘新祥，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21