【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于温控装置，具体为一种基于离心微流控芯片的pcr快速升降温装置。
技术介绍
1、近年来，聚合酶链式反应(pcr)扩增法因其假阳性低、稳定性好，在针对流行性病毒感染的病原体的检测中，发挥着至关重要的作用。
2、pcr是一种用于放大扩增特定的dna片段的分子生物学技术，是基因扩增技术的重大革新。pcr的最大特点是能将微量的dna大幅增加，其原理类似于dna天然复制过程，由变性-退火-延伸三个基本反应步骤构成：1、变性：加热反应温度至95℃左右一定时间后，模板dna会解离为单链，称为变性；2、退火：降低反应温度至55℃左右时，引物与模板dna单链按碱基互补配对的原则结合；3、延伸：升高反应温度至72℃左右(dna聚合酶最适反应温度)时，在dna聚合酶作用下，dna模板-引物结合物按碱基互补配对与半保留复制原理，合成一条新的与模板dna链互补的半保留复制链。重复循环变性-退火-延伸三个过程可获得更多的“半保留复制链”，可在几小时内实现微量dna的百万倍扩增。
3、同时，将pcr集成到离心微流控芯片的方法因其各项优势也受到广泛关注与应用，离心微流控芯片相对封闭的微系统降低了交叉污染的风险，而离心微流控芯片的小型化也降低了扩增试剂的用量，更有利于实现精确的温度控制。离心微流控pcr系统通常采用腔室内pcr，即在指定的带有加热器的腔室中扩增目标基因。该腔室需在变性温度、复性温度、延伸温度之间进行快速的切换与控制。因此，离心平台腔室中温度控制的稳定性与快速性很大程度上影响着pcr扩增结果的稳定性与效率。>
4、现有的针对离心pcr微流控装置虽然能够实现温度的控制，但是一方面，利用空气对芯片进行加热的传统微流控装置存在加热不均匀、温度调节较慢、温度控制不够准确的问题。另一方面，采用分区恒温金属的微流控装置存在控温面积有限，无法对离心盘片上所有区域进行同步控温，同一时间离心盘片上不同区域温差大，温度控制稳定性难以保证的缺点。
技术实现思路
1、专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是提供一种温度稳定性好、在变性温度、退火温度与延伸温度之间快速稳定切换与控制、基于离心微流控芯片的pcr快速升降温装置。
2、技术方案：本专利技术所述的一种基于离心微流控芯片的pcr快速升降温装置，包括升降装置、升降装置用于驱动加热层或金属散热层接触或远离pcr反应腔；金属散热层包括金属回旋流道、制冷液，回旋流道内制冷液的运动轨迹能够连成若干同心圆环，相邻同心圆环内制冷液的运动方向相反，金属回旋流道上设置制冷液进口和制冷液出口，制冷液进口、制冷液出口与储液装置相连。
3、优选地，制冷液进口、制冷液出口相邻。
4、进一步地，储液装置内设置动力泵、制冷装置，动力泵、制冷装置与控制板相连，控制板用于控制动力泵、制冷装置的功率。动力泵用于推动制冷液在循环流道内进行循环，其功率由控制板进行调控。制冷装置用于辅助制冷液温度保持恒定，其功率由控制板进行调控。储液装置用于储存足量制冷液。
5、进一步地，金属回旋流道的厚度在2mm～10mm之间。制冷液体积较小，因此可将热量均匀快速地传导至pcr反应腔中，实现快速升温。
6、进一步地，加热装置为陶瓷加热片或帕尔贴。
7、进一步地，升降装置包括升降平台、丝杆、固定平台和同步传送带，固定平台内设置螺纹凹槽，丝杆的一端嵌于螺纹凹槽内并能沿其转动，另一端与升降平台相连，丝杆通过固定套杆与同步传送带相连，同步传送带还与旋转电机轴通过轴套相连。升降装置与加热层或金属散热层固定连接。旋转电机轴与旋转电机相连，旋转电机用于控制支撑高度。
8、进一步地，加热层或金属散热层用于对pcr反应腔进行接触式升降温。升降装置与加热层相连，加热层上设置金属散热层。或者，升降装置与金属散热层相连，金属散热层通过加热层与pcr反应腔相连。具体地，加热层下面是制冷液循环层，制冷液循环层下方固定有升降装置；或加热装置位于制冷液循环层内部，紧贴其上壁，浸于制冷液中，制冷液循环层外侧下方固定升降装置。
9、进一步地，升降装置设置于离心盘片上方和下方；升降装置用于驱动加热层或金属散热层同时接触或远离离心盘片的上表面和下表面。
10、进一步地，pcr反应腔内设置实时测量温度的温度传感器，pcr反应腔设置在离心盘片上，离心盘片下方设置与其同轴旋转的被动板；离心盘片的下表面设置金属顶针，金属顶针通过信号线与温度传感器相连并与被动板相抵，将温度传感器的信号传输至被动板。
11、进一步地，被动板上设置有无线发送模块，可进行无线通讯，传输温度传感器信号；控制板与升降温装置(加热层2和金属散热层3)、升降装置相连。控制板可以无线接收温度传感器信号，读取离心盘片上pcr腔室的实时温度，通过温度控制算法，如pid算法，对加热装置进行精确的动态调控。
12、进一步地，制冷液进口、制冷液出口通过软管与储液装置相连。制冷液的快速循环更新通过金属回旋流道、进出液口和外接制冷液管道构成的闭合回路实现。
13、工作原理：当离心盘片旋转时，温控装置(加热层、金属散热层)受升降装置控制下降，不与离心盘片接触。当离心盘片不进行旋转且其内部pcr反应腔需进行加热时，加热层、金属散热层受升降装置控制上升，与离心盘片紧贴。加热层启动加热后，加热层附近的金属散热层快速吸收热量，并将热量均匀地传递到pcr反应腔中，实现pcr反应腔的快速升温。当pcr反应腔需进行降温时，加热层停止加热，同时金属散热层内部的制冷液循环，通过制冷液的快速循环更新，快速吸走加热层和离心盘片上的热量，从而实现pcr反应腔的快速降温。
14、当pcr腔室需要进行升温时，控制板可通过控制加热片的实时功率，实现快速稳定的升温，当pcr腔室需要进行降温时，控制板可以通过控制制冷装置的实时功率，控制其降温速率，实现快速稳定降温。
15、有益效果：本专利技术和现有技术相比，具有如下显著性特点：
16、1、结构简单，集成性高，升降温速率快，体积小，pcr腔室的加热与降温在同一个控温平台上即可实现，温度控制稳定性强；
17、2、pcr腔室的降温可通过流体循环实现，对整体结构进行同步降温，降温速度快，温度切换快速，可持续性强；
18、3、制冷液体积较小，因此可将热量均匀快速地传导至pcr反应腔中，结合加热层实现快速升温。
19、4、结构有多种选择，能够根据不同系统选取最适合的结构，实现稳定、快速升降温，适用性广；
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1.一种基于离心微流控芯片的PCR快速升降温装置，其特征在于：包括升降装置(1)、所述升降装置(1)用于驱动加热层(2)或金属散热层(3)接近或远离PCR反应腔(4)；所述金属散热层(3)包括金属回旋流道(301)、制冷液(302)，所述金属回旋流道(301)内制冷液(302)的运动轨迹能够连成若干同心圆环，相邻同心圆环内制冷液(302)的运动方向相反，所述金属回旋流道(301)上设置制冷液进口(303)和制冷液出口(304)，所述制冷液进口(303)、制冷液出口(304)通过软管(306)与储液装置(305)相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于离心微流控芯片的PCR快速升降温装置，其特征在于：所述储液装置(305)内设置动力泵(308)、制冷装置(307)，所述动力泵(308)、制冷装置(307)与控制板(10)相连，所述控制板(10)用于控制动力泵(308)、制冷装置(307)的功率。
3.根据权利要求1所述的一种基于离心微流控芯片的PCR快速升降温装置，其特征在于：所述金属回旋流道(301)的厚度在2mm～10mm之间。
4.根据权利
5.根据权利要求1所述的一种基于离心微流控芯片的PCR快速升降温装置，其特征在于：所述升降装置(1)包括升降平台(101)、丝杆(102)、固定平台(103)和同步传送带(104)，所述固定平台(103)内设置螺纹凹槽(105)，所述丝杆的一端嵌于螺纹凹槽(105)内并能沿其转动，另一端与升降平台(101)相连，所述丝杆(102)通过固定套杆(106)与同步传送带(104)相连，所述同步传送带(104)还与旋转电机轴(107)通过轴套相连。
6.根据权利要求1所述的一种基于离心微流控芯片的PCR快速升降温装置，其特征在于：所述升降装置(1)与加热层(2)相连，所述加热层(2)上设置金属散热层(3)。
7.根据权利要求1所述的一种基于离心微流控芯片的PCR快速升降温装置，其特征在于：所述升降装置(1)与金属散热层(3)相连，所述金属散热层(3)上设置加热层(2)。
8.根据权利要求1所述的一种基于离心微流控芯片的PCR快速升降温装置，其特征在于：所述升降装置(1)设置于离心盘片(6)上方和下方；所述升降装置(1)用于驱动加热层(2)或金属散热层(3)同时接触或远离离心盘片(6)的上表面和下表面。
9.根据权利要求1所述的一种基于离心微流控芯片的PCR快速升降温装置，其特征在于：所述PCR反应腔(4)内设置温度传感器(5)，所述PCR反应腔(4)设置在离心盘片(6)上，所述离心盘片(6)下方设置与其同轴旋转的被动板(7)；所述离心盘片(6)的下表面设置金属顶针(8)，所述金属顶针(8)通过信号线(9)与温度传感器(5)相连并与被动板(7)相抵，将温度传感器(5)的信号传输至被动板(7)。
10.根据权利要求9所述的一种基于离心微流控芯片的PCR快速升降温装置，其特征在于：所述被动板(7)上设置无线发送模块(15)；所述无线发送模块(15)以无线方式发送信号至控制板(10)；所述控制板(10)与加热层(2)、金属散热层(3)、升降装置(1)相连。
...【技术特征摘要】
1.一种基于离心微流控芯片的pcr快速升降温装置，其特征在于：包括升降装置(1)、所述升降装置(1)用于驱动加热层(2)或金属散热层(3)接近或远离pcr反应腔(4)；所述金属散热层(3)包括金属回旋流道(301)、制冷液(302)，所述金属回旋流道(301)内制冷液(302)的运动轨迹能够连成若干同心圆环，相邻同心圆环内制冷液(302)的运动方向相反，所述金属回旋流道(301)上设置制冷液进口(303)和制冷液出口(304)，所述制冷液进口(303)、制冷液出口(304)通过软管(306)与储液装置(305)相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于离心微流控芯片的pcr快速升降温装置，其特征在于：所述储液装置(305)内设置动力泵(308)、制冷装置(307)，所述动力泵(308)、制冷装置(307)与控制板(10)相连，所述控制板(10)用于控制动力泵(308)、制冷装置(307)的功率。
3.根据权利要求1所述的一种基于离心微流控芯片的pcr快速升降温装置，其特征在于：所述金属回旋流道(301)的厚度在2mm～10mm之间。
4.根据权利要求1所述的一种基于离心微流控芯片的pcr快速升降温装置，其特征在于：所述加热装置为陶瓷加热片或帕尔贴。
5.根据权利要求1所述的一种基于离心微流控芯片的pcr快速升降温装置，其特征在于：所述升降装置(1)包括升降平台(101)、丝杆(102)、固定平台(103)和同步传送带(104)，所述固定平台(103)内设置螺纹凹槽(105)，所述丝杆的一端嵌于螺纹凹槽(105)内并能沿其转动，另一端与升降平台(101)...
【专利技术属性】
技术研发人员：王光辉，苏柔羽，周诗淇，王曙，张雅，马茜，张接晨，冀苗苗，张峥，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：
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