一種基於dna擴增的熱傳遞檢測裝置的製作方法
2023-09-22 05:56:05 1
專利名稱：一種基於dna擴增的熱傳遞檢測裝置的製作方法
一種基於DNA擴增的熱傳遞檢測裝置技術領域
本發明屬於生物檢測技術領域，具體涉及一種基於DNA擴增的熱傳遞檢測裝置。
技術背景
DNA基因擴增的一個基本循環過程由變性一退火一延伸三個反應階段構成，經歷過幾十個基本循環過程後，就能使待擴增的基因放大百萬倍。在三個基本反應階段中，DNA 變性階段的溫度一般在93°C -95°C，雙鏈DNA模板在本階段的熱作用下，氫鍵斷裂後形成單鏈DNA ；退火階段的溫度一般在42°C _55°C，在本階段系統溫度降低，引物與DNA模板結合， 形成局部雙鏈；延伸階段的溫度一般在70°C _75°C，在本階段在酶作用下合成與DNA模板互補的DNA鏈。
將DNA聚合酶引入PCR的步驟是DNA反應液放在試管中，裝有反應液的試管放在反應室的PCR模塊各孔中，基因擴增過程由控制程序自動完成。到目前為止，國內外學者在控制程序上主要利用自動控制技術對PCR模塊的溫度變化進行控制，Stephanie J. Culler 課題組利用PCR設備分析了基因的內在結構表達，但多數研究成果集中在改進PCR技術和提高PCR設備的某些指標。Ε. T. Lagally早在2001年採用提高升降溫速率的方法對DNA擴增過程進行了研究，Grover J.和Jimcosa R. D於2008年對常規PCR設備的升降速率進行了研究，Τ. M. H. Lee等採用數位化控制方式提高了 PCR的反應控制精度。在PCR的臨床應用中，一個普遍存在的問題是位於模塊各孔試管中的DNA反應液的狀態隨反應階段的不同而發生變化，在這個過程中，DNA的化學鍵不斷斷裂或生成，伴隨著的吸、放熱狀態也不同， 如何分析這些狀態變化規律，對提高DNA擴增質量和對放在模塊各孔中試管反應液的溫度變化進行精確控制有直接影響，現有技術裝置操作複雜，不能靈活地根據需要進行準確檢測，應用在實際工程中有一定的局限性。發明內容
本發明克服現有技術的不足，提出了一種基於DNA擴增的熱傳遞檢測裝置，所述裝置利用光纖布拉格光柵傳感器及其分布特性模型，利用此特性對DNA反應液的數據規律進行採集和分析，分析DNA擴增的熱傳遞規律。
本發明的技術方案為一種基於DNA擴增的熱傳遞檢測裝置，包括DNA反應室、 光纖數據處理模塊、熱控制處理模塊、散熱空間和主處理器，所述DNA反應室為一個密閉空間，所述散熱空間位於所述DNA反應室的下部，並與DNA反應室隔離，在所述DNA反應室內設有DNA擴增模塊，在所述DNA擴增模塊的上部設置有反應孔，反應孔內設有布拉格傳感探頭，所述布拉格傳感探頭與光纖芯相連接，光纖芯連接一個解調模塊，所述解調模塊與所述光纖數據處理模塊相連接，所述光纖數據處理模塊通過信號線連接一個比較器，在所述DNA 擴增模塊的底部設有傳感單元和加熱單元，在所述加熱單元內設有半導體加熱晶片，在所述半導體加熱晶片的下方設有一個阻熱帶，在所述傳感單元內設有鉬電阻傳感器，所述鉬電阻傳感器通過信號線與一個模數轉換器相連接，所述模數轉換器位於散熱空間內，模數轉換器通過一個硬體接口單元與所述熱控制處理模塊相連接，所述熱控制處理模塊通過信號線與所述比較器相連接，所述比較器通過信號線與所述主處理器相連接。
所述半導體加熱晶片通過控制線與一個熱控制器相連接，所述熱控制器位於散熱空間內，熱控制器通過所述硬體接口單元與所述熱控制處理模塊相連接。
在散熱空間內設有散熱裝置。
本發明具有如下有益效果
1)本發明採用光纖布拉格光柵和鉬電阻傳感器分別檢測，集中處理，構建數據控制模型，模擬DNA整個擴增過程，揭示對DNA樣本的影響因素，為揭示DNA內部反應的客觀規律提供依據。
2)本發明建立光纖布拉格光柵隨溫度變化的分布特性，揭示DNA擴增階段的吸放熱規律，揭示DNA內部反應的客觀規律，提供一整套光纖布拉格光柵隨溫度變化的理論技術基礎數據。
3)本發明建立了建立DNA擴增過程切實可行的數據採集方式。
4)本發明揭示了 DNA的反應規律，將有利於PCR設備的開發，市場前景和社會效益巨大。
附圖是本發明的框架結構示意圖。
圖中，1、反應孔；2、布拉格傳感探頭；3、光纖芯；4、DNA反應室；5、解調模塊；6、光纖數據處理模塊；7、比較器；8、主處理器；9、熱控制處理模塊；10、硬體接口單元；11、熱控制器；12、半導體加熱晶片；13、鉬電阻傳感器；14、散熱空間；15、模數轉換器。
具體實施方式
本發明包括DNA反應室4、光纖數據處理模塊6、熱控制處理模塊9、散熱空間14和主處理器8，所述DNA反應室4為一個密閉空間，所述散熱空間14位於所述DNA反應室4的下部，並與DNA反應室4隔離，在所述DNA反應室4內設有DNA擴增模塊，在所述DNA擴增模塊的上部設置有若干個反應孔1，通常為96個孔，反應孔1內裝有DNA反應液，在某些反應孔1內設有布拉格傳感探頭2，布拉格傳感探頭2的數量依據具體的檢測方案確定，在設置有布拉格傳感探頭2的反應孔1內可以裝有DNA反應液，所述布拉格傳感探頭2與光纖芯3相連接，光纖芯3連接一個解調模塊5，所述解調模塊5與所述光纖數據處理模塊6相連接，所述光纖數據處理模塊6通過信號線連接一個比較器7，在所述DNA擴增模塊的底部設有傳感單元和加熱單元，在所述加熱單元內設有半導體加熱晶片12，在所述半導體加熱晶片12的下方設有一個阻熱帶，在所述傳感單元內設有鉬電阻傳感器13，所述鉬電阻傳感器13通過信號線與一個模轉換器15相連接，所述模數轉換器15位於散熱空間14內，模數轉換器15通過一個硬體接口單元10與所述熱控制處理模塊9相連接，所述熱控制處理模塊9通過信號線與所述比較器7相連接，所述比較器7通過信號線與所述主處理器8相連接。所述半導體加熱晶片12通過控制線與一個熱控制器11相連接，所述熱控制器11位於散熱空間14內，熱控制器11通過所述硬體接口單元10與所述熱控制處理模塊9相連接。 在散熱空間14內設有散熱裝置。
利用所述光纖布拉格光柵傳感器檢測溫度時，根據耦合模理論，光纖布拉格光柵的中心反射波長可以表示為
λΒ = 2neffA(1)
式中nrff為導模的有效折射率，A為光柵的周期。由(1)式可以看出，中心反射波長與有效折射率和光柵周期有關；
當光柵受到溫度的變化影響時，其有效折射率和光柵周期會隨之變化，從而反射波長也會發生變化，關係式為
Δ λ B = 2 Δ neff A +2neff Δ Λ
把上式代入公式(1)得到
權利要求
1.一種基於DNA擴增的熱傳遞檢測裝置，其特徵是包括DNA反應室、光纖數據處理模塊、熱控制處理模塊、散熱空間和主處理器，所述DNA反應室為一個密閉空間，所述散熱空間位於所述DNA反應室的下部，並與DNA反應室隔離，在所述DNA反應室內設有DNA擴增模塊，在所述DNA擴增模塊的上部設置有反應孔，反應孔內設有布拉格傳感探頭，所述布拉格傳感探頭與光纖芯相連接，光纖芯連接一個解調模塊，所述解調模塊與所述光纖數據處理模塊相連接，所述光纖數據處理模塊通過信號線連接一個比較器，在所述DNA擴增模塊的底部設有傳感單元和加熱單元，在所述加熱單元內設有半導體加熱晶片，在所述半導體加熱晶片的下方設有一個阻熱帶，在所述傳感單元內設有鉬電阻傳感器，所述鉬電阻傳感器通過信號線與一個模數轉換器相連接，所述模數轉換器位於散熱空間內，模數轉換器通過一個硬體接口單元與所述熱控制處理模塊相連接，所述熱控制處理模塊通過信號線與所述比較器相連接，所述比較器通過信號線與所述主處理器相連接。
2.根據權利要求1所述的基於DNA擴增的熱傳遞檢測裝置，其特徵是所述半導體加熱晶片通過控制線與一個熱控制器相連接，所述熱控制器位於散熱空間內，熱控制器通過所述硬體接口單元與所述熱控制處理模塊相連接。
3.根據權利要求1或2所述的基於DNA擴增的熱傳遞檢測裝置，其特徵是在散熱空間內設有散熱裝置。
全文摘要
本發明涉及一種基於DNA擴增的熱傳遞檢測裝置，包括DNA反應室、光纖數據處理模塊、熱控制處理模塊和主處理器，所述DNA反應室為一個密閉空間，在所述DNA反應室內設有DNA擴增模塊，在所述DNA擴增模塊的上部設置有反應孔，反應孔內設有布拉格傳感探頭，所述布拉格傳感探頭與光纖芯相連接，光纖芯連接一個解調模塊，所述解調模塊與所述光纖數據處理模塊相連接，所述光纖數據處理模塊通過信號線連接一個比較器，所述比較器通過信號線與所述主處理器相連接。本發明採用光纖布拉格光柵和鉑電阻傳感器分別檢測，集中處理，構建數據控制模型，模擬DNA整個擴增過程，揭示對DNA樣本的影響因素，為揭示DNA內部反應的客觀規律提供依據。
文檔編號C12M1/34GK102517205SQ20121000633
公開日2012年6月27日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者王金鶴 申請人:青島理工大學