專利名稱：一種帶精密溫度補(bǔ)償?shù)淖儨亟饘倌K及溫度補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶精密溫度補(bǔ)償?shù)难b置及方法，用于基因擴(kuò)增儀及全自動(dòng)醫(yī)用 PCR分析系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
基因擴(kuò)增(PCR)儀的工作原理是通過變性一退火一延伸三個(gè)基本反應(yīng)步驟完成 類似于DNA的天然復(fù)制過程，重復(fù)循環(huán)上述過程，1 2小時(shí)就能將待測目標(biāo)基因擴(kuò)增放大 幾百萬倍，從而實(shí)現(xiàn)基因的定性檢測。全自動(dòng)醫(yī)用PCR分析系統(tǒng)的工作原理是在PCR反應(yīng)系統(tǒng)中加入一個(gè)熒光標(biāo)記探 針，激發(fā)的熒光信號值與所擴(kuò)增的目標(biāo)基因數(shù)量成正比，通過對試管內(nèi)熒光值的實(shí)時(shí)監(jiān)測， 來實(shí)現(xiàn)模板的定量檢測。相比普通PCR檢測，熒光定量PCR檢測除了能定量檢測以外，還具 有更高的特異性與靈敏度。但無論是基因擴(kuò)增(PCR)儀還是全自動(dòng)醫(yī)用PCR分析系統(tǒng)，都需要經(jīng)歷變性一退 火一延伸三個(gè)基本反應(yīng)步驟，而這三個(gè)步驟的執(zhí)行過程中必須嚴(yán)格地精確控制樣本的溫 度，否則研究結(jié)果將產(chǎn)生偏差，甚至導(dǎo)致檢測失敗。目前主流的上述儀器的溫控系統(tǒng)主要由變溫金屬模塊3、半導(dǎo)體制冷器2、散熱器 1組成，見附圖1。一個(gè)變溫金屬模塊3底下可安裝一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體制冷器2，半導(dǎo)體制冷 器2對變溫金屬模塊3提供加熱和冷卻，變溫金屬模塊3的上表面有多個(gè)樣品孔6，用于放 置樣本試管。可見，變溫金屬模塊3的溫度均勻性直接影響到每個(gè)樣本檢測的實(shí)際溫度，從 而影響其檢測的精確性及重復(fù)性；造成變溫金屬模塊溫度不均勻的因素很多，主要因素如下1、變溫金屬模塊與周圍環(huán)境的溫差會(huì)造成模塊四周熱量流失，導(dǎo)致模塊邊上(特 別是角上)的樣品孔溫度偏低；2、半導(dǎo)體制冷器每個(gè)區(qū)域的功率也存在一定的不均勻性；3、半導(dǎo)體制冷器四周封的密封膠也會(huì)帶走一些熱量；4、散熱器不同區(qū)域的溫度差異，也會(huì)造成變溫金屬模塊溫度的不均勻；可見，變溫金屬模塊溫度不均勻性是不規(guī)則的，上述因素的影響可相互疊加，也可 相互抵消?，F(xiàn)有的相關(guān)改進(jìn)技術(shù)中，通過在變溫金屬模塊的側(cè)面或底面四周加電熱膜來彌 補(bǔ)模塊四周的熱損失，但由于模塊的每個(gè)樣品孔所散失的熱量是不均勻的。因此，該方法只 能做到粗略的溫度補(bǔ)償，而無法對每個(gè)樣品孔進(jìn)行精密的溫度補(bǔ)償。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種帶精密溫度補(bǔ)償 的變溫金屬模塊及溫度補(bǔ)償方法，其根據(jù)每個(gè)樣品孔的實(shí)測溫度與設(shè)定溫度的偏差值，分 別對每個(gè)樣品孔提供單獨(dú)的溫度補(bǔ)償，可以非常方便地提高變溫金屬模塊的溫度均勻性。根據(jù)本發(fā)明提供的一種帶精密溫度補(bǔ)償?shù)淖儨亟饘倌K，在所述的變溫金屬模塊上設(shè)置有樣品孔，包括溫度補(bǔ)償加熱器，所述的溫度補(bǔ)償加熱器的設(shè)置數(shù)量小于或等于所 述樣品孔的設(shè)置數(shù)量，所述的溫度補(bǔ)償加熱器與控制電路相連接，所述的每個(gè)溫度補(bǔ)償加 熱器單獨(dú)設(shè)置在樣品孔周圍。樣品孔的數(shù)量多于或等于溫度補(bǔ)償加熱器的數(shù)量，是因?yàn)椋?變溫金屬模塊出廠前或校準(zhǔn)時(shí)，要對其進(jìn)行檢測，對于樣品孔溫度與設(shè)定溫度之間的溫差 在接受范圍內(nèi)的，則對該樣品孔不設(shè)置溫度補(bǔ)償加熱器，對于設(shè)置溫度補(bǔ)償加熱器的樣品 孔，是一個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器對應(yīng)一個(gè)樣品孔，控制電路控制溫度補(bǔ)償加熱器，在需要時(shí)，通 電使得溫度補(bǔ)償加熱器對單個(gè)樣品孔單獨(dú)進(jìn)行加熱，由于只對需要的樣品孔進(jìn)行單獨(dú)溫度 補(bǔ)償，所以，溫度補(bǔ)償更加精密，從而達(dá)到溫度補(bǔ)償?shù)哪康?。按照本發(fā)明提供的一種帶精密溫度補(bǔ)償?shù)淖儨亟饘倌K，還具有如下附屬技術(shù)特 征所述的控制電路對每個(gè)溫度補(bǔ)償器進(jìn)行單獨(dú)控制。所述的溫度補(bǔ)償加熱器是電阻加熱器或電熱膜，也可是其他適用于單獨(dú)加熱的裝置。所述的溫度補(bǔ)償加熱器通過導(dǎo)線或柔性電路板與所述的控制電路相連接。本發(fā)明還提供一種變溫金屬模塊的溫度補(bǔ)償方法，在所述的變溫金屬模塊上設(shè)置 有樣品孔，其特征在于包括如下步驟第一步，從控制電路板的存儲(chǔ)器中讀取每個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器的溫度補(bǔ)償功率值計(jì) 算公式的參數(shù)；第二步，根據(jù)變溫金屬模塊的設(shè)定溫度T，以及第一步所得的參數(shù)，按計(jì)算公式計(jì) 算每個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器的實(shí)際功率補(bǔ)償值；第三步，根據(jù)所計(jì)算出的實(shí)際功率補(bǔ)償值，通過控制電路控制每個(gè)溫度補(bǔ)償加熱 器的補(bǔ)償功率，使得每個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器對相應(yīng)的樣品孔進(jìn)行溫度補(bǔ)償；第四步，在工作狀態(tài)下，重復(fù)第二步至第三步；還包括如下技術(shù)特征所述的第二步中的計(jì)算每個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器的實(shí)際功率補(bǔ)償值的公式為TWMji =(PWM_T2i-PWM_Tli) X T/a+b PWMJli-c PWMJ^ ；其中，1彡i彡樣品孔的數(shù)量，a、b、c是常數(shù)，PWMjli、PWMJ^是第i個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器分別在設(shè)定溫度Tl、T2情況下的實(shí)際 溫度補(bǔ)償功率值。溫度補(bǔ)償加熱器計(jì)算公式的參數(shù)PWMjli、PWMJ^根據(jù)如下步驟進(jìn)行設(shè)置第一步，在每個(gè)樣品孔周圍設(shè)置溫度補(bǔ)償加熱器；第二步，在常用的溫度范圍內(nèi)，設(shè)定第一控溫點(diǎn)T1，將變溫金屬模塊控制到該溫度 點(diǎn)，通過溫度傳感器測量每一個(gè)樣品孔的實(shí)際溫度值；第三步，通過控制電路來調(diào)節(jié)每個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器的實(shí)際補(bǔ)償功率值，使每個(gè)樣 品孔的實(shí)際溫度值盡量接近第一控溫點(diǎn)T1，記錄此時(shí)每個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器的實(shí)際溫度補(bǔ)償 功率值PWM_Tli ； 第四步，在常用的溫度范圍內(nèi)，設(shè)定第二控溫點(diǎn)T2，將變溫金屬模塊控制到該溫度 點(diǎn)，通過溫度傳感器測量每一個(gè)樣品孔的實(shí)際溫度值； 第五步，通過控制電路來調(diào)節(jié)每個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器的實(shí)際補(bǔ)償功率值，使每個(gè)樣品孔的實(shí)際溫度值盡量接近第二控溫點(diǎn)T2，記錄此時(shí)每個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器的實(shí)際溫度補(bǔ)償 功率值PWM_T2i ；第六步，將參數(shù)PWMJli、PWMJ^保存到控制電路的存儲(chǔ)器中；第七步，設(shè)定一個(gè)數(shù)值范圍，對于參數(shù)PWlLTlpPWMJ^均小于該數(shù)值范圍的樣品 孔，則認(rèn)為其實(shí)測溫度與設(shè)定溫度足夠接近，可選擇不附加溫度補(bǔ)償加熱器。按照本發(fā)明提供的帶精密溫度補(bǔ)償?shù)淖儨亟饘倌K及溫度補(bǔ)償方法，為基因擴(kuò)增 儀及全自動(dòng)醫(yī)用PCR分析系統(tǒng)提供一種可以逐點(diǎn)進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)淖儨亟饘倌K及方法，提 高變溫金屬模塊的溫度均勻性，從而提高儀器檢測的精確性與重復(fù)性，可非常方便地將變 溫金屬模塊的溫度均勻性從常規(guī)技術(shù)的士0.3°C提高到士0. 05°C。
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中基因擴(kuò)增儀溫控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖；圖2為安裝有按本發(fā)明提供的變溫金屬模塊的基因擴(kuò)增儀溫控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖；圖3是圖2中標(biāo)示A的局部放大示意圖；圖4為安裝有按本發(fā)明提供的另一種變溫金屬模塊的基因擴(kuò)增儀溫控系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)示意圖；圖5是圖4中標(biāo)示為A的局部放大示意圖；圖6為按本發(fā)明提供的變溫金屬模塊的溫度補(bǔ)償器的初始參數(shù)設(shè)置流程圖；圖7為按本發(fā)明提供的溫度補(bǔ)償方法流程圖。
具體實(shí)施例方式參見圖2、圖3、圖6和圖7，在出廠前，需要對每個(gè)樣品孔進(jìn)行檢測，以確定哪些樣 品孔需要進(jìn)行單獨(dú)溫度補(bǔ)償，以及溫度補(bǔ)償功率的范圍，具體為在每個(gè)樣品孔周圍設(shè)置溫 度補(bǔ)償加熱器5，在常用的溫度范圍內(nèi)，設(shè)定第一控溫點(diǎn)為60°C，將變溫金屬模塊控制到該 溫度點(diǎn)，通過溫度傳感器測量每一個(gè)樣品孔的實(shí)際溫度值；通過控制電路來調(diào)節(jié)每個(gè)溫度 補(bǔ)償加熱器的實(shí)際補(bǔ)償功率值，使每個(gè)樣品孔的實(shí)際溫度值盡量接近第一控溫點(diǎn)60°C，記 錄此時(shí)每個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器的實(shí)際溫度補(bǔ)償功率值PWiLeOi ；在常用的溫度范圍內(nèi)，設(shè)定第 二控溫點(diǎn)90°C，將變溫金屬模塊控制到該溫度點(diǎn)，通過溫度傳感器測量每一個(gè)樣品孔的實(shí) 際溫度值；通過控制電路來調(diào)節(jié)每個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器的實(shí)際補(bǔ)償功率值，使每個(gè)樣品孔的 實(shí)際溫度值盡量接近第二控溫點(diǎn)90°C，記錄此時(shí)每個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器的實(shí)際溫度補(bǔ)償功率 值pwiLQOi ；將參數(shù)PWiLeOpPmLgOi保存到控制電路的存儲(chǔ)器中；設(shè)定一個(gè)數(shù)值范圍，比如 是3%，對于參數(shù)PWiLeOpPmLgOi均小于該數(shù)值范圍的樣品孔，則認(rèn)為其實(shí)測溫度與設(shè)定 溫度足夠接近，可選擇不附加溫度補(bǔ)償加熱器，否則，則設(shè)置溫度補(bǔ)償加熱器。在實(shí)際使用過程中，首先從控制電路板的存儲(chǔ)器中讀取每個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器5的 溫度補(bǔ)償功率值計(jì)算公式的參數(shù)；第二步，根據(jù)變溫金屬模塊的設(shè)定溫度T，以及第一步所 得的參數(shù)，按計(jì)算公式計(jì)算每個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器的實(shí)際功率補(bǔ)償值；第三步，根據(jù)所計(jì)算出 的實(shí)際功率補(bǔ)償值，通過控制電路控制每個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器的補(bǔ)償功率，使得每個(gè)溫度補(bǔ) 償加熱器對相應(yīng)的樣品孔進(jìn)行溫度補(bǔ)償；根據(jù)需要，在工作狀態(tài)下，重復(fù)上述第二步及之后的步驟；其中計(jì)算每個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器的實(shí)際功率補(bǔ)償值的公式為PWM_Ti = (PWM.QOi-PWM.BOi) X T/a+b 卩麗_60廠0 PWM_90i ；其中，1彡i彡樣品孔的數(shù)量，a、b、c是常數(shù)，PWM.BO^PWM.QOi是第i個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器分別在設(shè)定溫度60°C、90°C情況下的實(shí) 際溫度補(bǔ)償功率值。本實(shí)施例中，每個(gè)樣品孔都設(shè)置溫度補(bǔ)償加熱器5，變溫金屬模塊3底下可安裝一 個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體制冷器2，半導(dǎo)體制冷器2對變溫金屬模塊3提供加熱和冷卻，變溫金屬模 塊3的上表面有多個(gè)樣品孔6，半導(dǎo)體制冷器2設(shè)置在散熱器1上，溫度補(bǔ)償加熱器5采用 電阻加熱器，先將溫度補(bǔ)償加熱器5焊接在超薄的柔性電路板4上，再將柔性電路板4制成 環(huán)形結(jié)構(gòu)，固定在變溫金屬模塊3每個(gè)樣品孔6凸起的柱子側(cè)面，固定方式可以是套、膠或 粘，每個(gè)柔性電路板4引出兩根導(dǎo)線，與控制電路(圖中未示出)相連接，對溫度補(bǔ)償加熱 器5進(jìn)行控制，根據(jù)需要供電，以對連接有溫度補(bǔ)償器5的樣品孔進(jìn)行加熱，本方案中，由于 變溫金屬模塊3的每個(gè)樣品孔6有一個(gè)凸起的圓柱形結(jié)構(gòu)，相互之間彼此隔離，因此每個(gè)溫 度補(bǔ)償加熱器5進(jìn)行溫度補(bǔ)償時(shí)，不會(huì)對周圍的樣品孔6溫度產(chǎn)生影響，可以很方便地使每 個(gè)樣品孔6的溫度補(bǔ)償達(dá)到非常高的精度。參見圖4、圖5、圖6和圖7，設(shè)置變溫金屬模塊3底下可安裝一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體制 冷器2，半導(dǎo)體制冷器2對變溫金屬模塊3提供加熱和冷卻，變溫金屬模塊3的上表面有多 個(gè)樣品孔6，半導(dǎo)體制冷器2設(shè)置在散熱器1上，其中，溫度補(bǔ)償加熱器5采用電阻加熱器， 設(shè)置在樣品孔6的邊上，將所有的溫度補(bǔ)償加熱器5直接焊接在一張超薄的柔性電路板4 上，柔性電路板4上的電路相當(dāng)于溫度補(bǔ)償加熱器5的電源線引出回路，即每個(gè)溫度補(bǔ)償加 熱器5的兩根電源線都制作在柔性電路板4上，這樣，就可以避免多根電源引出導(dǎo)線導(dǎo)致的 線路會(huì)亂的情況，由柔性電路板4與控制電路連接實(shí)現(xiàn)控制功能，再將柔性電路板4固定在 變溫金屬模塊3的上表面，固定方式可以是膠或粘，每個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器5的供電導(dǎo)線通過 柔性電路板4 一起引出，此方案中，結(jié)構(gòu)與安裝工藝比較簡單，本實(shí)施例中，每個(gè)樣品孔的 周圍都設(shè)置了溫度補(bǔ)償加熱器，也可以根據(jù)需要，只對其中的部分樣品孔單獨(dú)設(shè)置溫度補(bǔ) 償加熱器。本實(shí)施例的其它設(shè)置與上述實(shí)施例1相同。上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明之用，而并非是對本發(fā)明的限制，有關(guān)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員，在此基礎(chǔ)上，還可以做出多種變更和改進(jìn)方案，而不脫離本發(fā)明的精神和保護(hù)范 圍。本發(fā)明權(quán)利要求書中，希望已經(jīng)包含了符合本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍的所有這些變更和改進(jìn)方案。
權(quán)利要求
一種帶精密溫度補(bǔ)償?shù)淖儨亟饘倌K，在所述的變溫金屬模塊上設(shè)置有樣品孔，其特征在于包括溫度補(bǔ)償加熱器，所述的溫度補(bǔ)償加熱器的設(shè)置數(shù)量小于或等于所述樣品孔的設(shè)置數(shù)量，所述的溫度補(bǔ)償加熱器與控制電路相連接，所述的每個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器單獨(dú)設(shè)置在樣品孔周圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶精密溫度補(bǔ)償?shù)淖儨亟饘倌K，其特征在于所述的控制 電路對每個(gè)溫度補(bǔ)償器進(jìn)行單獨(dú)控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶精密溫度補(bǔ)償?shù)淖儨亟饘倌K，其特征在于所述的 溫度補(bǔ)償加熱器是電阻加熱器或電熱膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶精密溫度補(bǔ)償?shù)淖儨亟饘倌K，其特征在于所述的溫度 補(bǔ)償加熱器通過導(dǎo)線或柔性電路板與所述的控制電路相連接。
5.一種變溫金屬模塊的溫度補(bǔ)償方法，在所述的變溫金屬模塊上設(shè)置有樣品孔，其特 征在于包括如下步驟第一步，從控制電路板的存儲(chǔ)器中讀取每個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器的溫度補(bǔ)償功率值計(jì)算公 式的參數(shù)；第二步，根據(jù)變溫金屬模塊的設(shè)定溫度T，以及第一步所得的參數(shù)，按計(jì)算公式計(jì)算每 個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器的實(shí)際功率補(bǔ)償值；第三步，根據(jù)所計(jì)算出的實(shí)際功率補(bǔ)償值，通過控制電路控制每個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器的 補(bǔ)償功率，使得每個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器對相應(yīng)的樣品孔進(jìn)行溫度補(bǔ)償；第四步，在工作狀態(tài)下，重復(fù)第二步至第三步；
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變溫金屬模塊的溫度補(bǔ)償方法，其特征在于所述的第二 步中的計(jì)算每個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器的實(shí)際功率補(bǔ)償值的公式為fWMji = (pm_T2i-pm_ Tlj) X T/a+b PWMJli-c PWMJ^ ；其中，1彡i彡樣品孔的數(shù)量，a、b、c是常數(shù)，PWILTI” PWMJ^是第i個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器分別在設(shè)定溫度Tl、T2情況下的實(shí)際溫度 補(bǔ)償功率值。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6任意一項(xiàng)所述的變溫金屬模塊的溫度補(bǔ)償方法，其特征在于 溫度補(bǔ)償加熱器計(jì)算公式的參數(shù)PWILTI” PWMJ^根據(jù)如下步驟進(jìn)行設(shè)置第一步，在每個(gè)樣品孔周圍設(shè)置溫度補(bǔ)償加熱器；第二步，在常用的溫度范圍內(nèi)，設(shè)定第一控溫點(diǎn)T1，將變溫金屬模塊控制到該溫度點(diǎn)， 通過溫度傳感器測量每一個(gè)樣品孔的實(shí)際溫度值；第三步，通過控制電路來調(diào)節(jié)每個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器的實(shí)際補(bǔ)償功率值，使每個(gè)樣品孔 的實(shí)際溫度值盡量接近第一控溫點(diǎn)T1，記錄此時(shí)每個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器的實(shí)際溫度補(bǔ)償功率 值 PWMJli ；第四步，在常用的溫度范圍內(nèi)，設(shè)定第二控溫點(diǎn)T2，將變溫金屬模塊控制到該溫度點(diǎn)， 通過溫度傳感器測量每一個(gè)樣品孔的實(shí)際溫度值；第五步，通過控制電路來調(diào)節(jié)每個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器的實(shí)際補(bǔ)償功率值，使每個(gè)樣品孔 的實(shí)際溫度值盡量接近第二控溫點(diǎn)T2，記錄此時(shí)每個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器的實(shí)際溫度補(bǔ)償功率 值 PWM_T2i ；第六步，將參數(shù)PWMjlpPWMJ^保存到控制電路的存儲(chǔ)器中；第七步，設(shè)定一個(gè)數(shù)值范圍，對于參數(shù)PWlLTlpPWMJ^d^小于該數(shù)值范圍的樣品孔， 則認(rèn)為其實(shí)測溫度與設(shè)定溫度足夠接近，可不附加溫度補(bǔ)償加熱器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶精密溫度補(bǔ)償?shù)淖儨亟饘倌K及溫度補(bǔ)償方法，在所述的變溫金屬模塊上設(shè)置有樣品孔，包括溫度補(bǔ)償加熱器，所述的溫度補(bǔ)償加熱器的設(shè)置數(shù)量小于或等于所述樣品孔的設(shè)置數(shù)量，所述的溫度補(bǔ)償加熱器與控制電路相連接，所述的每個(gè)溫度補(bǔ)償加熱器單獨(dú)設(shè)置在樣品孔周圍。本發(fā)明用于基因擴(kuò)增儀及全自動(dòng)醫(yī)用PCR分析系統(tǒng)，可以將變溫金屬模塊的溫度均勻性從常規(guī)技術(shù)的±0.3℃提高到±0.05℃。
文檔編號C12Q3/00GK101974421SQ20101052209
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月26日
發(fā)明者秦榮 申請人:秦榮