一种快速PCR仪及PCR快速变温方法技术

本发明专利技术提供一种快速PCR仪及PCR快速变温方法。快速PCR仪包括多个反应温度控温模块、升温传热控温模块、降温传热控温模块、托架和移动驱动机构。通过温度明显高于目标温度的升温传热控温模块以及温度明显低于目标温度的降温传热控温模块，对PCR管进行变温，这样仅采用快速变温曲线段对PCR管进行变温，有效规避了慢速变温曲线段，进而大大提升了达到目标温度的变温速度，节约了PCR变温耗时，进而实现快速检测鉴定。

【技术实现步骤摘要】
一种快速PCR仪及PCR快速变温方法
本专利技术涉及生物学检测
，具体是一种快速PCR仪及PCR快速变温方法。
技术介绍
聚合酶链式反应(PCR)是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术。PCR是利用DNA在体外95℃左右高温时变性会变成单链(以下简称变性步骤)，低温(通常是55℃左右)时引物与单链按碱基互补配对的原则结合(以下简称复性步骤)，再调温度至DNA聚合酶最适反应温度(72℃左右)，DNA聚合酶沿着磷酸到五碳糖的方向合成互补链(以下简称延伸步骤)，通过以上三步骤的重复循环，使微量DNA大幅增加。PCR的实施一般需要依赖PCR仪对各反应阶段的温度和加热时长进行控制。在一般的检验性定量则是采用两步法，即复性步骤和延伸步骤同时在60-65℃间进行，以减少一次升降温过程，来提高反应速度。由于PCR过程需要几十个重复循环，需要不断往复升降温，所以变温的速度能决定整个PCR的速度。尤其是随着酶技术的研发进步，通过快速酶可以将复性时间变得很短，通过耐高温酶无需变性保持时间，变温技术成为影响PCR快速进行的瓶颈。传统的快速变温，主要是采用以下方式：一是，通过加大加热和散热器的功率，但是效果不佳，控温精度也比较差；二是将控温模块轻质化，降低热惯性，但过轻的模块温度均匀性较差；三是，将PCR管做小，但是加样不方便；四是，改变容器为金属材质，但耗材成本高，通用性不好。在公告号为CN103777662B的中国专利文献中，公开了一种应用于梯度温度控制的装置和方法，是采用了两个温控模块，不同的温控模块可在不同的时间点交替使用，该方法对于以前复性时间较长，变性保持时间长的传统酶技术能适用，非工作状态的温控模块利用闲置时间实现下一目标温度值，再进行试液的快速热传导变温，提高了变温速度。但是该技术存在两大弊端：(1)由于热传导的速率是与温度差成正比的，当试液变温到临近目标温度值时，其变温速率相当慢，附图1是按上述变温方法从延伸步骤反应温度Tc变温到变性步骤反应温度Ta的变温曲线图，包括前段快速升温曲线段S01和后段慢速升温曲线段S02，从Tc经过前段快速升温曲线段S01后，试液达到临近温度T0；T0之后再到达目标温度Ta的升温过程S02耗时占比过大，从而制约了最终升温到目标温度Ta的速度；(2)如果在复性步骤和变性步骤中在目标反应温度条件下只需要保持1秒、延伸步骤中在目标反应温度条件下只需要保持1-5秒的新型酶技术背景下，闲置时间极短，显然上述变温方法无法适用。故亟需一种能有效适用于新型酶技术的快速变温的PCR仪器和方法，以大幅提升PCR速度，提升检测效率。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供了一种快速PCR仪及PCR快速变温方法。为达到上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种快速PCR仪，PCR过程所需的反应温度包括变性步骤反应温度Ta、复性步骤反应温度Tb和延伸步骤反应温度Tc，快速PCR仪包括：多个反应温度控温模块，其至少包括第一反应温度控温模块和第二反应温度控温模块，所述第一反应温度控温模块在整个PCR过程中温度设置为Ta，所述第二反应温度控温模块在整个PCR过程中温度设置为Tc；升温传热控温模块，在整个PCR过程中，所述升温传热控温模块的温度设置为恒定的Th,且Th≥[max(Ta、Tb、Tc)+10℃]；降温传热控温模块，在整个PCR过程中，所述降温传热控温模块的温度设置为恒定的Td,且Td≤[min(Ta、Tb、Tc)-10℃]；托架，其用于放置PCR管；移动驱动机构，其用于带动所述托架在各个反应温度控温模块、升温传热控温模块和降温传热控温模块之间移动；或者,所述移动驱动机构带动各个反应温度控温模块、升温传热控温模块和降温传热控温模块移动以按序与所述托架位置匹配。本专利技术相较于现有技术，通过温度明显高于目标温度的升温传热控温模块以及温度明显低于目标温度的降温传热控温模块，对PCR管进行变温，这样仅采用快速变温曲线段对PCR管进行变温，有效规避了慢速变温曲线段，进而大大提升了达到目标温度的变温速度，节约了PCR变温耗时，进而实现快速检测鉴定。进一步地，所述升温传热控温模块的温度Th＝105℃～135℃。进一步地，所述降温传热控温模块的温度Td＝(-10℃)～40℃。采用上述优选的方案，能最大程度地扩大温度差，提高传热效率；适宜的高温也确保能适用绝大部分用户所用的耗材；适宜的低温能防止产生水汽凝结，确保导热效率。进一步地，在PCR过程结束后，所述降温传热控温模块的温度设置为恒定的Te，且Te＝(-10℃)～15℃。采用上述优选的方案，在PCR结束后，将PCR管移至降温传热控温模块上，进行低温保存。进一步地，所述多个反应温度控温模块还包括第三反应温度控温模块，所述第三反应温度控温模块在整个PCR过程中温度设置为Tb。采用上述优选的方案，在采用三步法PCR时，能采用第三反应温度控温模块进行复性步骤保温，这样快速PCR仪既能适用普通的需要延时保温的酶技术的PCR反应，也能适用新型酶技术的快速变温PCR反应。进一步地，在所述第二反应温度控温模块上安装有检测器件，所述检测器件包括多个激发/检测对，所述激发/检测对包括激发光发生器以及发射光检测器，每个所述激发光发生器能产生不同波长范围的光，每个发射光检测器能检测不同的波长范围。采用上述优选的方案，在PCR过程中，能对PCR产物量的变化进行实时在线测定和监控。进一步地，所述反应温度控温模块、升温传热控温模块、降温传热控温模块都包括导热块、制热/制冷元件、散热元件和测温元件，所述导热块上设有与PCR管相匹配的孔槽。采用上述优选的方案，根据测温元件检测的导热块实时温度数据，通过制热/制冷元件以及散热元件对导热块进行温度的精准控制。进一步地，所述移动驱动机构包括Z向升降驱动机构和XY面水平移动机构，所述XY面水平移动机构为直线平移机构或者旋转机构。采用上述优选的方案，Z向升降驱动机构主要实现托架上PCR管与导热块孔槽的脱离和配合，XY面水平移动机构主要实现托架与各个控温模块之间的换位。一种PCR快速变温方法，包括如下步骤：步骤1，按PCR反应需求，将第一反应温度控温模块的温度调控到Ta，第二反应温度控温模块的温度调控到Tc，升温传热控温模块的温度调控到Th，降温传热控温模块的温度调控到Td；步骤2，将装有待检测试样和试液的PCR管放置到托架上，移动驱动机构将托架移动第一反应温度控温模块上，在温度条件Ta保持适当时间进行预变性；步骤3，移动驱动机构先将托架移动到降温传热控温模块上进行快速降温，通过控制PCR管在降温传热控温模块上的停留时间，使PCR管内试液快速降温到复性反应温度Tb；再及时将托架移动到升温传热控温模块上进行快速升温，通过控制PCR管在升温传热控温模块上的停留时间，使PCR管内试液快速升温到延伸反应温度Tc，并及时将托架移本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速PCR仪，PCR过程所需的反应温度包括变性步骤反应温度Ta、复性步骤反应温度Tb和延伸步骤反应温度Tc，其特征在于，快速PCR仪包括：/n多个反应温度控温模块，其至少包括第一反应温度控温模块和第二反应温度控温模块，所述第一反应温度控温模块在整个PCR过程中温度设置为Ta，所述第二反应温度控温模块在整个PCR过程中温度设置为Tc；/n升温传热控温模块，在整个PCR过程中，所述升温传热控温模块的温度设置为恒定的Th,且Th≥[max(Ta、Tb、Tc)+10℃]；/n降温传热控温模块，在整个PCR过程中，所述降温传热控温模块的温度设置为恒定的Td,且Td≤[min(Ta、Tb、Tc)-10℃]；/n托架，其用于放置PCR管；/n移动驱动机构，其用于带动所述托架在各个反应温度控温模块、升温传热控温模块和降温传热控温模块之间移动；或者,所述移动驱动机构带动各个反应温度控温模块、升温传热控温模块和降温传热控温模块移动以按序与所述托架位置匹配。/n

【技术特征摘要】
1.一种快速PCR仪，PCR过程所需的反应温度包括变性步骤反应温度Ta、复性步骤反应温度Tb和延伸步骤反应温度Tc，其特征在于，快速PCR仪包括：
多个反应温度控温模块，其至少包括第一反应温度控温模块和第二反应温度控温模块，所述第一反应温度控温模块在整个PCR过程中温度设置为Ta，所述第二反应温度控温模块在整个PCR过程中温度设置为Tc；
升温传热控温模块，在整个PCR过程中，所述升温传热控温模块的温度设置为恒定的Th,且Th≥[max(Ta、Tb、Tc)+10℃]；
降温传热控温模块，在整个PCR过程中，所述降温传热控温模块的温度设置为恒定的Td,且Td≤[min(Ta、Tb、Tc)-10℃]；
托架，其用于放置PCR管；
移动驱动机构，其用于带动所述托架在各个反应温度控温模块、升温传热控温模块和降温传热控温模块之间移动；或者,所述移动驱动机构带动各个反应温度控温模块、升温传热控温模块和降温传热控温模块移动以按序与所述托架位置匹配。


2.根据权利要求1所述的快速PCR仪，其特征在于，所述升温传热控温模块的温度Th＝105℃～135℃。


3.根据权利要求2所述的快速PCR仪，其特征在于，所述降温传热控温模块的温度Td＝(-10℃)～40℃。


4.根据权利要求3所述的快速PCR仪，其特征在于，在PCR过程结束后，所述降温传热控温模块的温度设置为恒定的Te，且Te＝(-10℃)～15℃。


5.根据权利要求1所述的快速PCR仪，其特征在于，所述多个反应温度控温模块还包括第三反应温度控温模块，所述第三反应温度控温模块在整个PCR过程中温度设置为Tb。


6.根据权利要求1所述的快速PCR仪，其特征在于，在所述第二反应温度控温模块上安装有检测器件，所述检测器件包括多个激发/检测对，所述激发/检测对包括激发光发生器以及发射光检测器，每个所述激发光发生器能产生不同波长范围的光，每个发射光检测器能检测不同的波长范围。


7.根据权利要求1所述的快速PCR仪，其特征在于，所述反应温度控温模块、升温传热控温模块、降温传热控温模块都包括导热块、制热/制冷元件、散热元件和测温元件，所述导热块上设有与PCR管相匹配的孔槽。


8.根据权利要求7所述的快速PCR仪，其特征在于，所述移动驱动机构包括Z向升降驱动机构和XY面水平移动机构，所述XY面水平移动机构为直线平移机构或者旋转机构。
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【专利技术属性】
技术研发人员：沈鹏，聂尚海，燕东平，刘胜，
申请(专利权)人：莫纳苏州生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32