一种用于生物样品的热循环PCR装置的制作方法

本技术涉及医疗器械的体外诊断(ivd)，具体涉及一种用于生物样品的热循环pcr装置。

背景技术：

1、自1985年首次发表论文以来,聚合酶链反应已转变为无数种方法和诊断分析方法。样品的温度循环是pcr的关键，通过温度循环可以实现类似于自然界中核酸分子链扩增的方案，这通常包括三个步骤:1.变性阶段，例如通常可以采用(90℃-96℃)之间的温度进行加热变性，加热变性后氢键被破坏，模板分离为两条单链结构；2.退火阶段，将短的互补dna序列(引物)退火，也就是降低之前变性阶段加热的高温至例如60℃-65℃温度范围内进行退火操作，退火后由于引物分子小浓度高，在模板之间还未复性之前就能够迅速地与模板匹配结合；3.延伸阶段，在taq酶最适宜温度下(例如70℃-75℃，其中部分taq酶在72℃左右活性最佳)完成新链的合成延伸，新链合成不断延伸，在终止延伸时新链的长度可能长于目的片段，延伸至目的片段外侧区域，其中三个不同温度的循环重复大约25-50次以完成整个扩增循环。当然为了保证整个循环的更快速进行也有设计出了两步法扩增的方案，主要是将退火和延伸阶段进行合并，此时可以采用例如退火和延伸同时在60℃-65℃间进行，以减少一次升降温过程。

2、为了保证扩增反应的效果，需要对于不同阶段的温度进行精确的控制，而温度误差会导致扩增反应不充分。例如,如果不控制样品的退火温度,则某些形式的dna序列可能无法正确延伸，从而导致混合物中的引物无法正确连接至分裂的模板dna序列造成退火不完全。在典型的热循环设备中,包括dna序列的反应混合物将被提供在热块组件上的大量样品孔中(例如通常可以为48孔、96孔、288孔等等)从而实现同时对于多样本的高通量检测。期望dna样品在整个热循环过程中具有尽可能合理均匀的温度，这主要是因为一个样品孔和另一个样品孔之间的温度差异即使很小都可能导致实验失败或不良结果。例如,在定量pcr中是通过增加在每个循环中加倍的dna数量来尽可能精确地进行pcr扩增。如果样品孔未获得足够均匀的温度,则可能不会在每个循环中发生所需的加倍。尽管在实践中很少发生理论计算上的dna加倍,但为了提高设备输出结果的可靠性还是希望扩增尽可能有效地进行。此外,通过确保所有样品均被均匀加热,可以缩短在任何温度下的停留时间,从而加快了总pcr循环时间。通过缩短在特定温度下的停留时间,可以延长酶的寿命和扩增效率。这其中最重要的一个影响因素就是压紧力，当施加压紧力更均匀时多通量样本孔承载部才能与耗材更均匀且紧密地贴合，从而大大降低由于施加力不均匀所导致的各个孔位之间由于贴合度差异而造成的传热系数差异，另一方面通常pcr扩增设备通过热盖来施加压力和保持pcr耗材顶部的温度达到所需的设定温度，例如为了防止pcr扩增过程中由于蒸发冷凝等导致的检测差异，一般需要在pcr耗材顶部施加例如105℃等的温度，同样地为了保证每个孔位内处于的环境基本一致需要均匀的压力施加至pcr扩增耗材的顶部，然而现有技术的研究比较少关注这种需要均匀施加压力的场景，尤其是热盖由于其本身部件和结构设计导致的下压存在不均匀度的问题，这将导致上述分析中一些失效场景。

3、为了保证热盖能够对于扩增反应过程中的pcr耗材施加均匀压紧力，且能一定程度适应耗材加工误差的场景，从而满足pcr检测结果更可靠的要求，亟待开发一种带有均匀施加压紧力热盖的核酸检测设备是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种用于生物样品的热循环pcr装置，具有对于受热温度进行精确的控制的优点，解决了现有技术中的问题。

2、为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：

3、一种用于生物样品的热循环pcr装置，包含用于对样品执行热循环的热循环模块，所述热循环模块包含帕尔贴加热元件，与所述帕尔贴加热元件一端直接或间接相连接的包含n个接收井单元(其中n为不小于2的整数)的样本管接收部，所述帕尔贴加热元件另一端直接或间接连接散热部；还包含与所述热循环模块配合的盖体模块，所述盖体模块包含不少于n个供光波穿透的小孔，并且其中n个所述小孔与所述n个接收井单元一一对应，所述盖体模块还包含光学扫描模块，所述光学扫描模块被置于所述盖体模块一个侧部的第一驱动电机上，扫描所述盖体模块内的至少n个小孔以完成热循环过程中的荧光检测；所述盖体模块与所述热循环模块的基座之间包含m个弹性支撑单元(m为不小于2的整数)，且其中更靠近所述第一驱动电机安装侧部的弹性支撑单元的预紧力大于更远离所述第一驱动电机安装侧部的弹性支撑单元的预紧力。

4、优选的，其中更靠近所述第一驱动电机安装侧部的弹性支撑单元为两个，所述两个弹性支撑单元具有不同的预紧力。

5、优选的，更靠近所述第一驱动电机安装侧部的弹性支撑单元依靠相同弹性系数的更大变形量获得大于更远离所述第一驱动电机安装侧部的弹性支撑单元的预紧力。

6、优选的，更靠近所述第一驱动电机安装侧部的弹性支撑单元依靠更高的弹性系数获得相同变形量下大于更远离所述第一驱动电机安装侧部的弹性支撑单元的预紧力。

7、进一步地，所述盖体模块还包含直接或间接连接所述基座的第二驱动电机，所述第二驱动电机能够驱动所述盖体模块至少部分接近或者远离所述热循环模块。

8、进一步地，所述基座包含平面度要求高于其他部分的承载基准单元。

9、进一步地，所述热循环模块包含与所述承载基准单元配合的承载元件，所述承载元件包含所述盖体模块与所述热循环模块扣合状态下的受力承载状态和所述盖体模块与所述热循环模块分离状态下的悬空非受力状态。

10、进一步地，当所述承载元件处于悬空非受力状态时，所述承载元件与所述基准单元之间包含预设范围的间隙。

11、进一步地，所述间隙范围为0.1mm-2mm。

12、进一步的，所述承载元件为可更换承载元件。

13、由于采用了上述技术方案，本技术的有益效果是：

14、1、本技术的热循环pcr装置中与热循环模块配合的热盖还包含位于其内部的光学扫描模块，由于热盖本身设计功能的多样化，因此热盖本身的重量分布并不平衡，同时由于要适应耗材加工差异所引起的热盖压紧力差异化等问题，一般需要热盖与耗材顶部的接触为非刚性，本技术的方案中采用m个弹性支撑单元(m为不小于2的整数)实现热盖与耗材顶部的非刚性压紧，然而如之前分析热盖中由于存在更多的其他功能部件，或者由于本身结构设计需求等等，在不同位置处的重力分布并不相同，因此如果采用普通的结构设计将导致由于本身重力分配而产生细微的倾斜，而本技术的方法中自适应地在更靠近所述第一驱动电机安装侧部，设置的弹性支撑单元的预紧力大于更远离所述第一驱动电机安装侧部的弹性支撑单元的预紧力，通过如此设计可以自适应地抵销由于采用弹性压紧方案，与在热盖内设置光学扫描模块而造成的热盖内部由重力产生差异。

15、2、一方面，通过采用相同弹性系数不同压缩量的弹簧，可以平衡由于热盖内部设置的光学扫描模块而造成的热盖内部由重力差异，例如在弹簧连接孔洞设置不同的深度，例如在设置光学扫描模块和驱动其运动实现扫描的一侧设置更浅的深度而在离光学扫描模块更远的一端设置更深的深度，从而实现了在设置有光学扫描模块和驱动其运动实现扫描的一侧产生更大的形变，如此可在初始时抵销由于重力因素影响产生的弹性压紧下热学不平衡现象。

16、3、另一方面，也可以在更靠近所述第一驱动电机安装侧部的弹性支撑单元依靠更高的弹性系数获得相同变形量下大于更远离所述第一驱动电机安装侧部的弹性支撑单元的预紧力，从而利用不同弹簧弹性系数差异来抵消由于重力差异产生的变形。再通过电机驱动热盖整体下压，在细小变形范围内也可以实现对于pcr耗材顶盖的压紧。

17、4、盖体模块还包含直接或间接连接至所述基座的第二驱动电机，所述第二驱动电机能够驱动所述盖体模块至少部分接近或者远离所述热循环模块，第二电机直接驱动热盖对于热循环模块进行压紧，配合内部已经进行重力自调节的弹性热盖，可以在耗材顶部施加能够适应耗材加工误差等缺陷来实现均匀压紧的方案。

18、5、在基座上设置承载热盖下压时精度更高的热循环模块承载基准单元，如此保证了均匀下压力压紧热盖与热循环模块内时热循环模块被承载基准单元所托付，例如承载基准单元为对于平面度和光洁度特殊要求，从而保证承载基准单元在热循环模块被均匀压紧，而在非压紧受力时盖体模块与所述热循环模块分离状态下的悬空状态，保证了整个热循环模块在抽出或推进检测设备本体过程中具有更高精度要求的承载基准单元不至于被相对运动所磨损破坏，始终保证承载基准单元的高精度特性。

19、6、利用弹簧弹性作用使得热循环模块在非承压状态中与基准承载单元之间具有预定间隙例如可以为0.1-2mm范围内的间距，而在承压的条件下循环模块被下压利用支撑配合的方式将承载力分配于高精度的承载单元上，从而实现检测设备的承载元件包含所述盖体模块与所述热循环模块扣合状态下的受力承载状态和所述盖体模块与所述热循环模块分离状态下的悬空非受力状态。