一种聚合酶链反应过冲方法、控制方法及控制系统技术方案

本发明专利技术提供了一种聚合酶链反应过冲方法、控制方法及控制系统，包括控制模块、温度循环模块和温度传感器，控制模块与温度循环模块信号连接，温度循环模块包括加热元件、样本管接收部和散热部，控制模块按照过冲模式控制加热元件对样本管内的样本液进行加热或冷却至所需控制的稳定温度，过冲模式包含超调温度、超调温度持续时间以及超调温度至所述稳定温度的变化关系，超调温度至稳定温度的变化关系中相同时间段内的温度变化量为非固定值，且与按照目标温度在无过冲模式进行加热或冷却时的温度跟随变化关系相关联，满足对设备适应性的要求，实现更高速和更精准的温度控制。实现更高速和更精准的温度控制。实现更高速和更精准的温度控制。

【技术实现步骤摘要】
一种聚合酶链反应过冲方法、控制方法及控制系统


[0001]本专利技术涉及医疗器械的聚合酶链式反应的热循环控制及装置
，特别涉及一种聚合酶链反应过冲方法、控制方法及控制系统。

技术介绍

[0002]核酸分析设备,其通过扩增生物样品中包含的核酸来分析生物样品，在疾病防控和公共安全领域可通过呼吸道标本(鼻拭子、咽拭子)、血液(全血样本)或消化道样本(肛拭子、粪便样本)等等中是否存在外来入侵的病毒的核酸，来确定人体是否被病毒感染；在食品安全领域农产品和食品检验，分析核酸的方法可以确定农产品和食品的安全性；在刑事侦察等的犯罪活动中，法医或者侦察检验人员通常也通过核酸分析来对于一些证据或者证据的支撑材料进行验证。在上述这些场景中使用最广泛的方法是称为聚合酶链反应(PCR)的技术,其中以碱基序列特异性的方式扩增要分析的区域中的核酸。在PCR中,将包含核酸和用于扩增核酸的试剂的反应混合物加热至约95℃以进行变性,之后,将核酸冷却至约60℃以进行退火和延伸反应。重复在95℃和60℃之间的温度变化30次(或更多直到40次)，当然也有三步法的方案，原理类似此处不再详细描述。在多数情况下,通过将具有根据PCR产物量而变化的荧光强度的荧光标记的化合物混合到反应混合物中,并使用激发光照射混合后的结果,来检测在不同循环次数中荧光强度，动态化地通过荧光强度的变化体现出核酸扩增过程，并配合光学传感器进行检测获得荧光定量化曲线来完成样本液中是否包含目标核酸序列以及目标靶核酸序列的相对定量化值。
[0003]这其中最为核心的技术方案为对样本液进行加热冷却的温度循环，目前使用最广的加热元件为帕尔贴，其具有加热冷却双重功能来实现快速的温度循环，然而加热元件对样本管内液体进行加热或冷却的过程中，往往由于系统具有热传递引起的迟滞效应，当加热元件将温块升至目标温度时样本管内部液体依然还处于缓慢上升的过程，在此条件下按照理论上设计的时间进行循环必然导致各个过程进行不充分，更为严重的情况将导致扩增失效，此时的扩增结果并不能反应实际的循环结果，因此,为了促使反应混合物的温度达到目标温度,许多核酸分析设备进行了特殊的控制,例如,当温度升高时,将温度控制块的温度升高至高于反应混合物温度的目标温度进行超调(或者称为过冲)来解决这一问题。
[0004]目前采用的PCR温度控制方案，大多数基于早期发现的升温迟延效应而需要过冲，以使得温块内的样本液能够更快速地达到稳定温度，但是自从PCR过冲控制方案被提出之后很多厂家依旧采用的是早期的“矛型”过冲控制方案，其利用基本呈现对称的三角形进行过冲控制，对于某些特定的反应按照已公开的技术方案中的方法进行计算可以获得“矛型”过冲控制需要有接近10℃的超调最高温度，以95℃的聚合扩增为例，在此类型的超调温度下，样本管内的溶液温度可被小区域加热至97℃以上，如此高的样本液温度可能导致热敏性扩增酶的活性降低，导致扩增效率降低直接影响了检测质量，同时在此过冲模式下样本液温度可能更接近沸腾温度，从而存在加剧样本产生气泡或者蒸发的现象，因此现有技术方案所生产的机器对于高敏性酶应用场景将存在不适用，甚至在不同温度场景下由于采用
相同超调导致气泡或者蒸发差异从而检测结果差异较大现象，同时过高的温度控制也对系统运行可靠性提出了更高的要求，因此为了使得机器能够适用更广泛的检测场景，同时要保证检测系统的结果准确等要求。日本专利技术专利申请：JP2001521379A“用于PCR的热循环仪的改进”，提出了一种将温度控制模块与优化的过冲模式结合的方案，在升温和降温过程中均设置对称的超调过程，实现对于按照理想的控制方法不能实现的快速且准确的升降温控制的改善，然而由于始终进行相同的过冲,因此存在无法应对各分析项目的试剂的不同,特别是核酸扩增酶的特殊性要求。另外实际环境温度对于机器运行的温度控制也具有相当严重的影响，这些影响使得利用传统的固定过冲模式进行温度校正控制产生较大的不可靠性，同时仪器零部件生产差异和组装过程中的差异将导致出厂的仪器在热学特性上存在较大的差异，在这些因素下显然传统的过冲控制方案仍然不能满足现代生活中高质量精确检测的需求。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提供了一种聚合酶链反应过冲方法、控制方法及控制系统，将过冲模式中的超调温度至稳定温度(即目标温度)的变化关系设定为非固定量的递减或递增关系，从而将系统设备的传热元件导热性差异、样本液能量吸收特性差异等客观因素造成的非线性影响考虑在内，通过将超调温度值稳定温度的变化关系与在无过冲模式情况下的变化关系进行关联，避免系统复杂性和控制难度较高，同时保证了方法的普适性。
[0006]本专利技术提供了一种聚合酶链反应过冲方法，包括获取过冲模式参数，所述过冲模式参数包括：超调温度、超调温度持续时间以及超调温度至目标温度的变化关系，所述超调温度至所述目标温度的变化关系中相同时间段内的温度变化量为非固定值。
[0007]进一步的，所述超调温度至所述目标温度的变化关系，与利用至少一个温度传感器，获得的不同目标温度和/或不同环境温度下，样本管内样本液的温度跟随变化关系相关联。
[0008]进一步的，所述超调温度至所述目标温度的变化关系，以及样本管内样本液的温度跟随变化关系，均为以时间为自变量的函数关系。
[0009]进一步的，在所述超调温度至所述目标温度的变化关系中，相同时间段内的温度变化量随时间减小。
[0010]进一步的，在相关联关系中所述超调温度至所述目标温度变化的函数关系在变化时间范围内的积分值，由按照所述目标温度，在利用至少一个温度传感器获得的所述样本管内的样本液温度跟随变化关系，在至少部分时间段内的积分值所确定。
[0011]进一步的，所述超调温度持续时间和所述过冲控制的总持续时间，通过超出目标温度后至达到稳定温度时间内产生的能量进行确定；
[0012]所述超调温度的设置范围为聚合酶链式反应溶液体系内酶活性温度与环境温度所确定的安全温度范围。
[0013]本专利技术还提供了一种带过冲模式的聚合酶链反应控制方法，包括如下步骤：
[0014]S1：基于过冲模式参数数据生成带有过冲模式的控制方法，所述过程模式参数数据基于上述所述的聚合酶链反应过冲方法获得；
[0015]S2：按照生成的带有过冲模式的控制方法对于样本管内的样本液进行实际的升降
温操作，以完成样本液的PCR单次精准升降温控制；
[0016]S3：设定循环次数，至少部分执行带有过冲模式的控制方法，实现样本液的精确PCR扩增反应控制。
[0017]进一步的，步骤S1具体包括：
[0018]S101：设定目标温度，利用至少一个温度传感器，获得不同目标温度和/或不同环境温度下，样本管内样本液的温度跟随变化关系；
[0019]S102：根据获得的样本液的温度跟随变化关系，输入到控制模块中，获取过冲模式参数数据。
[0020]进一步的，步骤S101中，所述样本管内样本液的温度跟随变化关系，获取的具体步骤如下：
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚合酶链反应过冲方法，其特征在于，包括获取过冲模式参数，所述过冲模式参数包括：超调温度、超调温度持续时间以及超调温度至目标温度的变化关系，所述超调温度至所述目标温度的变化关系中相同时间段内的温度变化量为非固定值。2.根据权利要求1所述的聚合酶链反应过冲方法，其特征在于，所述超调温度至所述目标温度的变化关系，与利用至少一个温度传感器，获得的不同目标温度和/或不同环境温度下，样本管内样本液的温度跟随变化关系相关联。3.根据权利要求2所述的聚合酶链反应过冲方法，其特征在于，所述超调温度至所述目标温度的变化关系，以及样本管内样本液的温度跟随变化关系，均为以时间为自变量的函数关系。4.根据权利要求1所述的聚合酶链反应过冲方法，其特征在于，在所述超调温度至所述目标温度的变化关系中，相同时间段内的温度变化量随时间减小。5.根据权利要求2所述的聚合酶链反应过冲方法，其特征在于，在相关联关系中所述超调温度至所述目标温度变化关系在变化时间范围内的积分值，由按照所述目标温度，在利用至少一个温度传感器获得的所述样本管内的样本液温度跟随变化关系，在至少部分时间段内的积分值所确定。6.一种带过冲模式的聚合酶链反应控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：基于过冲模式参数数据生成带有过冲模式的控制方法，所述过程模式参数数据基于权利要求1
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5任一所述的聚合酶链反应过冲方法获得；S2：按照生成的带有过冲模式的控制方法对于样本管内的样本液进行实际的升降温操作，以完成样本液的PCR单次精准升降温控制；S3：设定循环次数，至少部分执行带有过冲模式的控制方法，实现样本液的精确PCR扩增反应控制。7.根据权利要求6所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李政，李磊，彭年才，易超，梁佳明，
申请(专利权)人：西安天隆科技有限公司，
类型：发明
国别省市：