基因扩增仪及控制方法与流程

本发明涉及基因扩增设备技术领域，尤其是涉及一种密封效果好、检测精确度高的基因扩增仪及控制方法。

背景技术：

基因扩增仪是生物科研与基因复制等领域不可缺少的仪器，也是生物学基因工程领域研究所必备的仪器。基因扩展仪器在使用的时候，先把需要扩增的基因溶液加入到试管里面，再往试管里面加入相关试剂，然后把试管放置在基因扩增仪内的加热模块上对试管进行加热，通过温度变化，使试管内被测试的基因迅速扩增，从而达到基因的扩增试验要求。

在做基因扩增仪实验的时候，必须盖好基因扩增仪的上盖，通过调节试管口上端的热盖，把试管口压紧并严格密封，避免试管内的液体由于受热蒸发导致试验结果出现偏差。

中国专利授权公告号：cn201080478y，授权公告日2008年07月02日，公开了一种“基因扩增仪热盖压紧装置”，它包括压紧机构、热盖、滑道和调节旋钮，其特征是压紧机构与调节旋钮之间安装可以使压紧机构升降的螺杆，压紧机构与热盖之间的四根联接轴上各安装了同质弹簧，压紧机构的四周有对称分布的平衡滚轮，平衡滚轮与滑道吻合构成滑动配合连接。不足之处是，这种基因扩增仪热盖压紧装置，只有简单的升降功能，而对升降过程中，热盖对试管的压力大小却无法准确掌握，只能够凭借操作者的经验来调节热盖与试管的压紧强度，对于不同高度或不同强度的试管，操作者要对压紧机构升降多少，全凭借操作者的经验，容易造成因操作不当压破试管或压紧试管的强度不合适。

技术实现要素：

本发明的发明目的是为了克服现有技术中的密封效果差、检测精度低的不足，提供了一种密封效果好、检测精确度高的基因扩增仪及控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基因扩增仪，包括箱体，设于箱体内的基因扩增模块和加热装置，还包括设于箱体上的控制器，热盖，升降装置和与升降装置上端连接的转动装置；热盖与转动装置连接，热盖中设有若干个与基因扩增模块中的各个试管插孔相对应的竖槽，每个竖槽中均设有气囊，气囊下端设有盖板，各个气囊均通过导气管与储气罐连接，储气罐中设有压力传感器，储气罐上设有气泵，每个导气管上均设有电磁阀，热盖中设有加热膜，控制器分别与气泵、加热装置、加热膜、升降装置、转动装置、压气传感器和各个电磁阀电连接。

本发明利用储气罐的气压统一控制气囊对各个盖板的压力，从而使不同高度的试管与其对应的盖板之间的压力均保持一致，满足实验所用试管型号的多样性的要求，升降装置和转动装置分别用于升降和转动热盖，各个电磁阀用于控制给有试管的竖槽内的气囊充气。

作为优选，每个竖槽内均设有筒状的第一电磁铁，每个盖板的侧面上均设有环形的第二电磁铁，各个第一电磁铁和各个第二电磁铁均与控制器电连接。第一电磁铁和第二电磁铁用于将盖板的位置固定，防止因为气囊的气压不稳，而造成盖板的移位。

作为优选，各个竖槽的横截面的直径有若干个不同尺寸，每个竖槽上均设有若干条导向竖筋，各个竖槽的盖板上均设有与各条导向竖筋相对应的缺口。各条导向竖筋为盖板的移动提供导向作用。

作为优选，所述升降装置包括设于箱体侧壁上的固定板、设于固定板上的限位传感器、两条竖向滑轨和固定框架；固定框架与两条竖向滑轨滑动连接，升降电机通过设有外螺纹的转轴与固定框架连接，限位传感器和升降电机均与控制器电连接。

限位传感器用于感知固定框架下降的高度，在固定框架下降的过程中，当限位传感器检测到固定框架，则控制器控制升降电机停止工作。

作为优选，所述转动装置包括设于固定框架上部的轴支撑架、设于轴支撑架上的转轴，与转轴连接的旋转电机，与转轴连接的转动臂，转动臂与热盖连接，旋转电机与控制器电连接。

一种基因扩增仪的控制方法，包括如下步骤：

(6-1)工作人员将若干个实验用的试管分别放入各个试管插孔中，控制器控制转动装置带动热盖旋转到水平位置，控制器控制升降装置带动热盖下降到预设位置；

(6-2)压力传感器检测储气罐中的压力，控制器控制气泵工作，储气罐中的空气压力逐渐增加，t1分钟后，使储气罐中的气体压力始终处于控制器中预设的压力范围[a1，a2]内；

对于有试管的竖槽，控制器控制与该竖槽内的气囊连接的导气管的电磁阀打开，气囊带动各个盖板向下移动；

(6-3)

(6-3-1)控制器控制储气罐的气压维持在压力范围[a1，a2]内；

(6-3-2)控制器控制有试管的竖槽的第一电磁铁和对应第二电磁铁通电，第一电磁铁和第二电磁铁在磁力的作用下相互吸引，盖板保持稳定；

(6-4)控制器控制加热装置和加热膜给各个试管进行加热，达到控制器中预设的加热时长后，控制器控制气泵工作，使储气罐中的气压逐渐降低；控制器控制各个第一电磁铁和各个第二电磁铁断电；控制器控制加热装置和加热膜停止加热；

(6-5)控制器控制升降装置带动热盖上升到预设位置，控制器控制转动装置带动热盖旋转，将热盖打开，工作人员取出各个试管。

作为优选，步骤(6-3-1)和步骤(6-3-2)之间包括如下步骤：

(7-1)控制器选取压力传感器前后两个长度均为l的时间段内的检测值；其中，前后两个时间段分别为时间段a和时间段b，l＝n×tt，则控制获得时间段a和时间段b内压力传感器的n个检测值；

(7-2)设定时间段a的每个检测值sc为xi，时间段b的每个检测值sc为yi，i＝1，2，...，n；

利用公式计算两个时间段对应sc的相似度；

(7-3)若si＜1，则将与si对应的yi删除；其中，为时间段a内所有sc的平均值，是时间段b内所有sc的平均值；

(7-4)控制器利用时间段b内剩余的yi组成压力传感器的检测信号i(t)；

(7-5)将i(t)输入相干共振模型中，调整相干共振模型的μ值，使相干共振模型发生共振；

(7-6)相干共振模型输出互相关系数，若互相关系数在区间[0.85，1.1]内时，转入步骤(6-3-2)；否则转入步骤(6-3-1)。

互相关系数是否在设定区间的判断，可以使本发明在储气罐的压力满足要求的区间内将盖板的位置固定，从而既满足了密封性的要求，又保证试管不被损坏，提高了检测的精确性，提高了实验成功率，降低了生产成本。

作为优选，所述相干共振模型为

其中，v(t)是模型触发单元动作电位，vt是模型触发动作阈值电位，vr是触发单元动作完成之后的回复电位，μτ是模型触发动作后静息状态参量，vr＜vt，ξ(t)高斯随机激励参量，v(t)是相干共振模型的实时电位，μ是相干共振模型的调整系数，τ是相干共振模型的静息常数，v(t⁺)是相干共振模型在t⁺时刻的实时电位，v²(t)是v(t)的平方，μ²τ是μ²与τ的乘积。

作为优选，每个盖板的下表面边缘上均设有垂直与盖板的围板，围板内设有设有环形竖槽，环形竖槽内设有密封圈。

围板、环形竖槽和密封圈的设置，使盖板的密封效果更好。

因此，本发明具有如下有益效果：

利用储气罐的气压统一控制每个气囊与其对应盖板的压力，从而使不同高度的试管与其对应的盖板之间的压力均保持一致，满足实验所用试管型号的多样性的要求；

密封效果好，试管不易被损坏，提高了检测的精确性，提高了实验成功率，降低了生产成本。

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是本发明的热盖的一种剖视图；

图3是本发明的热盖的一种俯视图；

图4是本发明的一种原理框图；

图5是本发明的一种流程图。

图中：箱体1、控制器2、升降装置3、转动装置4、竖槽5、气囊6、盖板7、储气罐8、导气管9、第一电磁铁10、第二电磁铁11、热盖12、固定板31、限位传感器32、固定框架33、升降电机34、轴支撑架41、转轴42、旋转电机43、转动臂44、压力传感器81、气泵82、电磁阀91。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1所示的一种基因扩增仪，包括箱体1，设于箱体内的基因扩增模块和加热装置，其特征是，还包括设于箱体上的控制器2，热盖12，升降装置3和与升降装置上端连接的转动装置4；热盖与转动装置连接，如图2、图3所示，热盖中设有8个与基因扩增模块中的各个试管插孔相对应的竖槽5，每个竖槽中均设有气囊6，气囊下端设有盖板7，各个气囊均通过导气管9与储气罐8连接，如图4所示，储气罐中设有压力传感器81，储气罐上设有气泵82，每个导气管上均设有电磁阀91，热盖中设有加热膜，控制器分别与气泵、加热装置、加热膜、升降装置、转动装置、压气传感器和各个电磁阀电连接。

每个竖槽内均设有筒状的第一电磁铁10，每个盖板的侧面上均设有环形的第二电磁铁11，各个第一电磁铁和各个第二电磁铁均与控制器电连接。每个盖板的下表面边缘上均设有垂直与盖板的围板，围板内设有设有环形竖槽，环形竖槽内设有密封圈。

各个竖槽的横截面的直径有2个不同尺寸，每个竖槽上均设有若干条导向竖筋，各个竖槽的盖板上均设有与各条导向竖筋相对应的缺口。

如图1所示，升降装置包括设于箱体侧壁上的固定板31、设于固定板上的限位传感器32、两条竖向滑轨和固定框架33；固定框架与两条竖向滑轨滑动连接，升降电机34通过设有外螺纹的转轴与固定框架连接，限位传感器和升降电机均与控制器电连接。

转动装置包括设于固定框架上部的轴支撑架41、设于轴支撑架上的转轴42，与转轴连接的旋转电机43，与转轴连接的转动臂44，转动臂与热盖连接，旋转电机与控制器电连接。

如图5所示，一种基因扩增仪的控制方法，包括如下步骤：

步骤100，安装试管、盖上热盖

工作人员将若干个实验用的试管分别放入各个试管插孔中，控制器控制转动装置带动热盖旋转到水平位置，控制器控制升降装置带动热盖下降到预设位置；

步骤200，给各个气囊充气，每个盖板与每个试管口接触

压力传感器检测储气罐中的压力，控制器控制气泵工作，储气罐中的空气压力逐渐增加，5分钟后，使储气罐中的气体压力始终处于控制器中预设的压力范围[a1，a2]内；

对于有试管的竖槽，控制器控制与该竖槽内的气囊连接的导气管的电磁阀打开，气囊带动各个盖板向下移动；

步骤300，选择合适的区间固定盖板

步骤310，控制器控制储气罐的气压维持在压力范围[a1，a2]内；

(7-1)控制器选取压力传感器前后两个长度均为l的时间段内的检测值；其中，前后两个时间段分别为时间段a和时间段b，l＝n×tt，则控制获得时间段a和时间段b内压力传感器的n个检测值，n＝60，l为1分钟，ll为1秒；

(7-2)设定时间段a的每个检测值sc为xi，时间段b的每个检测值sc为yi，i＝1，2，...，n；

利用公式计算两个时间段对应sc的相似度；

(7-3)若si＜1，则将与si对应的yi删除；其中，为时间段a内所有sc的平均值，是时间段b内所有sc的平均值；

(7-4)控制器利用时间段b内剩余的yi组成压力传感器的检测信号i(t)；

(7-5)将i(t)输入相干共振模型中，调整相干共振模型的μ值，使相干共振模型发生共振；

其中，v(t)是模型触发单元动作电位，vt是模型触发动作阈值电位，vr是触发单元动作完成之后的回复电位，μτ是模型触发动作后静息状态参量，vr＜vt，ξ(t)高斯随机激励参量，v(t)是相干共振模型的实时电位，μ是相干共振模型的调整系数，τ是相干共振模型的静息常数，v(t⁺)是相干共振模型在t⁺时刻的实时电位，v²(t)是v(t)的平方，μ²τ是μ²与τ的乘积；

(7-6)相干共振模型输出互相关系数，若互相关系数在区间[0.85，1.1]内时，转入步骤320；否则转入步骤310。

步骤320，控制器控制有试管的竖槽的第一电磁铁和对应第二电磁铁通电，第一电磁铁和第二电磁铁在磁力的作用下相互吸引，盖板保持稳定；

步骤400，加热试管

控制器控制加热装置和加热膜给各个试管进行加热，达到控制器中预设的加热时长后，控制器控制气泵工作，使储气罐中的气压逐渐降低；控制器控制各个第一电磁铁和各个第二电磁铁断电；控制器控制加热装置和加热膜停止加热；

步骤500，取出试管

控制器控制升降装置带动热盖上升到预设位置，控制器控制转动装置带动热盖旋转，将热盖打开，工作人员取出各个试管。

应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。