專利名稱：一種基于dna擴(kuò)增的熱傳遞檢測(cè)裝置的制作方法
一種基于DNA擴(kuò)增的熱傳遞檢測(cè)裝置技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于生物檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于DNA擴(kuò)增的熱傳遞檢測(cè)裝置。
技術(shù)背景
DNA基因擴(kuò)增的一個(gè)基本循環(huán)過(guò)程由變性一退火一延伸三個(gè)反應(yīng)階段構(gòu)成，經(jīng)歷過(guò)幾十個(gè)基本循環(huán)過(guò)程后，就能使待擴(kuò)增的基因放大百萬(wàn)倍。在三個(gè)基本反應(yīng)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，氫鍵斷裂后形成單鏈DNA ；退火階段的溫度一般在42°C _55°C，在本階段系統(tǒng)溫度降低，引物與DNA模板結(jié)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(bǔ)的DNA鏈。
將DNA聚合酶引入PCR的步驟是DNA反應(yīng)液放在試管中，裝有反應(yīng)液的試管放在反應(yīng)室的PCR模塊各孔中，基因擴(kuò)增過(guò)程由控制程序自動(dòng)完成。到目前為止，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在控制程序上主要利用自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)PCR模塊的溫度變化進(jìn)行控制，Stephanie J. Culler 課題組利用PCR設(shè)備分析了基因的內(nèi)在結(jié)構(gòu)表達(dá)，但多數(shù)研究成果集中在改進(jìn)PCR技術(shù)和提高PCR設(shè)備的某些指標(biāo)。Ε. T. Lagally早在2001年采用提高升降溫速率的方法對(duì)DNA擴(kuò)增過(guò)程進(jìn)行了研究，Grover J.和Jimcosa R. D于2008年對(duì)常規(guī)PCR設(shè)備的升降速率進(jìn)行了研究，Τ. M. H. Lee等采用數(shù)字化控制方式提高了 PCR的反應(yīng)控制精度。在PCR的臨床應(yīng)用中，一個(gè)普遍存在的問(wèn)題是位于模塊各孔試管中的DNA反應(yīng)液的狀態(tài)隨反應(yīng)階段的不同而發(fā)生變化，在這個(gè)過(guò)程中，DNA的化學(xué)鍵不斷斷裂或生成，伴隨著的吸、放熱狀態(tài)也不同， 如何分析這些狀態(tài)變化規(guī)律，對(duì)提高DNA擴(kuò)增質(zhì)量和對(duì)放在模塊各孔中試管反應(yīng)液的溫度變化進(jìn)行精確控制有直接影響，現(xiàn)有技術(shù)裝置操作復(fù)雜，不能靈活地根據(jù)需要進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)，應(yīng)用在實(shí)際工程中有一定的局限性。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于DNA擴(kuò)增的熱傳遞檢測(cè)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(duì)DNA反應(yīng)液的數(shù)據(jù)規(guī)律進(jìn)行采集和分析，分析DNA擴(kuò)增的熱傳遞規(guī)律。
本發(fā)明的技術(shù)方案為一種基于DNA擴(kuò)增的熱傳遞檢測(cè)裝置，包括DNA反應(yīng)室、 光纖數(shù)據(jù)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(yīng)室為一個(gè)密閉空間，所述散熱空間位于所述DNA反應(yīng)室的下部，并與DNA反應(yīng)室隔離，在所述DNA反應(yīng)室內(nèi)設(shè)有DNA擴(kuò)增模塊，在所述DNA擴(kuò)增模塊的上部設(shè)置有反應(yīng)孔，反應(yīng)孔內(nèi)設(shè)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(gè)解調(diào)模塊，所述解調(diào)模塊與所述光纖數(shù)據(jù)處理模塊相連接，所述光纖數(shù)據(jù)處理模塊通過(guò)信號(hào)線連接一個(gè)比較器，在所述DNA 擴(kuò)增模塊的底部設(shè)有傳感單元和加熱單元，在所述加熱單元內(nèi)設(shè)有半導(dǎo)體加熱芯片，在所述半導(dǎo)體加熱芯片的下方設(shè)有一個(gè)阻熱帶，在所述傳感單元內(nèi)設(shè)有鉬電阻傳感器，所述鉬電阻傳感器通過(guò)信號(hào)線與一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器位于散熱空間內(nèi)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過(guò)一個(gè)硬件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(guò)信號(hào)線與所述比較器相連接，所述比較器通過(guò)信號(hào)線與所述主處理器相連接。
所述半導(dǎo)體加熱芯片通過(guò)控制線與一個(gè)熱控制器相連接，所述熱控制器位于散熱空間內(nèi)，熱控制器通過(guò)所述硬件接口單元與所述熱控制處理模塊相連接。
在散熱空間內(nèi)設(shè)有散熱裝置。
本發(fā)明具有如下有益效果
1)本發(fā)明采用光纖布拉格光柵和鉬電阻傳感器分別檢測(cè)，集中處理，構(gòu)建數(shù)據(jù)控制模型，模擬DNA整個(gè)擴(kuò)增過(guò)程，揭示對(duì)DNA樣本的影響因素，為揭示DNA內(nèi)部反應(yīng)的客觀規(guī)律提供依據(jù)。
2)本發(fā)明建立光纖布拉格光柵隨溫度變化的分布特性，揭示DNA擴(kuò)增階段的吸放熱規(guī)律，揭示DNA內(nèi)部反應(yīng)的客觀規(guī)律，提供一整套光纖布拉格光柵隨溫度變化的理論技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
3)本發(fā)明建立了建立DNA擴(kuò)增過(guò)程切實(shí)可行的數(shù)據(jù)采集方式。
4)本發(fā)明揭示了 DNA的反應(yīng)規(guī)律，將有利于PCR設(shè)備的開發(fā)，市場(chǎng)前景和社會(huì)效益巨大。


附圖是本發(fā)明的框架結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1、反應(yīng)孔；2、布拉格傳感探頭；3、光纖芯；4、DNA反應(yīng)室；5、解調(diào)模塊；6、光纖數(shù)據(jù)處理模塊；7、比較器；8、主處理器；9、熱控制處理模塊；10、硬件接口單元；11、熱控制器；12、半導(dǎo)體加熱芯片；13、鉬電阻傳感器；14、散熱空間；15、模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明包括DNA反應(yīng)室4、光纖數(shù)據(jù)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(yīng)室4為一個(gè)密閉空間，所述散熱空間14位于所述DNA反應(yīng)室4的下部，并與DNA反應(yīng)室4隔離，在所述DNA反應(yīng)室4內(nèi)設(shè)有DNA擴(kuò)增模塊，在所述DNA擴(kuò)增模塊的上部設(shè)置有若干個(gè)反應(yīng)孔1，通常為96個(gè)孔，反應(yīng)孔1內(nèi)裝有DNA反應(yīng)液，在某些反應(yīng)孔1內(nèi)設(shè)有布拉格傳感探頭2，布拉格傳感探頭2的數(shù)量依據(jù)具體的檢測(cè)方案確定，在設(shè)置有布拉格傳感探頭2的反應(yīng)孔1內(nèi)可以裝有DNA反應(yīng)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(gè)解調(diào)模塊5，所述解調(diào)模塊5與所述光纖數(shù)據(jù)處理模塊6相連接，所述光纖數(shù)據(jù)處理模塊6通過(guò)信號(hào)線連接一個(gè)比較器7，在所述DNA擴(kuò)增模塊的底部設(shè)有傳感單元和加熱單元，在所述加熱單元內(nèi)設(shè)有半導(dǎo)體加熱芯片12，在所述半導(dǎo)體加熱芯片12的下方設(shè)有一個(gè)阻熱帶，在所述傳感單元內(nèi)設(shè)有鉬電阻傳感器13，所述鉬電阻傳感器13通過(guò)信號(hào)線與一個(gè)模轉(zhuǎn)換器15相連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器15位于散熱空間14內(nèi)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器15通過(guò)一個(gè)硬件接口單元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(guò)信號(hào)線與所述比較器7相連接，所述比較器7通過(guò)信號(hào)線與所述主處理器8相連接。所述半導(dǎo)體加熱芯片12通過(guò)控制線與一個(gè)熱控制器11相連接，所述熱控制器11位于散熱空間14內(nèi)，熱控制器11通過(guò)所述硬件接口單元10與所述熱控制處理模塊9相連接。 在散熱空間14內(nèi)設(shè)有散熱裝置。
利用所述光纖布拉格光柵傳感器檢測(cè)溫度時(shí)，根據(jù)耦合模理論，光纖布拉格光柵的中心反射波長(zhǎng)可以表示為
λΒ = 2neffA(1)
式中nrff為導(dǎo)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(zhǎng)與有效折射率和光柵周期有關(guān)；
當(dāng)光柵受到溫度的變化影響時(shí)，其有效折射率和光柵周期會(huì)隨之變化，從而反射波長(zhǎng)也會(huì)發(fā)生變化，關(guān)系式為
Δ λ B = 2 Δ neff A +2neff Δ Λ
把上式代入公式(1)得到
權(quán)利要求
1.一種基于DNA擴(kuò)增的熱傳遞檢測(cè)裝置，其特征是包括DNA反應(yīng)室、光纖數(shù)據(jù)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(yīng)室為一個(gè)密閉空間，所述散熱空間位于所述DNA反應(yīng)室的下部，并與DNA反應(yīng)室隔離，在所述DNA反應(yīng)室內(nèi)設(shè)有DNA擴(kuò)增模塊，在所述DNA擴(kuò)增模塊的上部設(shè)置有反應(yīng)孔，反應(yīng)孔內(nèi)設(shè)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(gè)解調(diào)模塊，所述解調(diào)模塊與所述光纖數(shù)據(jù)處理模塊相連接，所述光纖數(shù)據(jù)處理模塊通過(guò)信號(hào)線連接一個(gè)比較器，在所述DNA擴(kuò)增模塊的底部設(shè)有傳感單元和加熱單元，在所述加熱單元內(nèi)設(shè)有半導(dǎo)體加熱芯片，在所述半導(dǎo)體加熱芯片的下方設(shè)有一個(gè)阻熱帶，在所述傳感單元內(nèi)設(shè)有鉬電阻傳感器，所述鉬電阻傳感器通過(guò)信號(hào)線與一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器位于散熱空間內(nèi)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過(guò)一個(gè)硬件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(guò)信號(hào)線與所述比較器相連接，所述比較器通過(guò)信號(hào)線與所述主處理器相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DNA擴(kuò)增的熱傳遞檢測(cè)裝置，其特征是所述半導(dǎo)體加熱芯片通過(guò)控制線與一個(gè)熱控制器相連接，所述熱控制器位于散熱空間內(nèi)，熱控制器通過(guò)所述硬件接口單元與所述熱控制處理模塊相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于DNA擴(kuò)增的熱傳遞檢測(cè)裝置，其特征是在散熱空間內(nèi)設(shè)有散熱裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于DNA擴(kuò)增的熱傳遞檢測(cè)裝置，包括DNA反應(yīng)室、光纖數(shù)據(jù)處理模塊、熱控制處理模塊和主處理器，所述DNA反應(yīng)室為一個(gè)密閉空間，在所述DNA反應(yīng)室內(nèi)設(shè)有DNA擴(kuò)增模塊，在所述DNA擴(kuò)增模塊的上部設(shè)置有反應(yīng)孔，反應(yīng)孔內(nèi)設(shè)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(gè)解調(diào)模塊，所述解調(diào)模塊與所述光纖數(shù)據(jù)處理模塊相連接，所述光纖數(shù)據(jù)處理模塊通過(guò)信號(hào)線連接一個(gè)比較器，所述比較器通過(guò)信號(hào)線與所述主處理器相連接。本發(fā)明采用光纖布拉格光柵和鉑電阻傳感器分別檢測(cè)，集中處理，構(gòu)建數(shù)據(jù)控制模型，模擬DNA整個(gè)擴(kuò)增過(guò)程，揭示對(duì)DNA樣本的影響因素，為揭示DNA內(nèi)部反應(yīng)的客觀規(guī)律提供依據(jù)。
文檔編號(hào)C12M1/34GK102517205SQ20121000633
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者王金鶴 申請(qǐng)人:青島理工大學(xué)