基于热循环参数动态调控的核酸快速检测方法、系统、装置及介质

本发明属于核酸检测，涉及一种基于热循环参数动态调控的核酸快速检测方法、系统、装置及介质。

背景技术：

1、针对新发、突发及常见传染病的防控需求，快速检测出潜伏期感染者是有效控制病毒蔓延的重要手段之一。然而，反转录荧光定量聚合酶链式反应作为目前病毒核酸检测的主流技术，存在检测时间长的问题，导致其难以满足病毒快速检测的需求。因此，开发病毒核酸快速检测技术对于未来新发、突发及常见传染病的快速防控具有重要意义。

2、pcr技术的核酸扩增时间由变温过程中的升降温速率和恒温过程中的热循环参数(恒温时间、循环次数)两方面决定。传统的快速qpcr核酸检测技术主要是通过提高核酸扩增过程中的升降温速率来缩短检测时间，例如：应用大功率帕尔贴或大功率激光器直接提高升降温速率；采用高热导率材料或者通过减小样品体积来减小热容，从而间接提高升降温速率。但是，提高升降温速率对缩短核酸扩增时间的程度有限，且对仪器的整体散热要求较高，不利于仪器的集成化和便携化。另一方面，调控热循环参数可以在不增加仪器散热复杂程度的前提下显著缩短扩增时间。但是，热循环参数主要依据预实验结果及经验进行反复调整，尚无法根据核酸扩增过程进行动态调控以获得最优结果，不仅增加了测试成本，而且局限于特定核酸与反应体系，普适性不足。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中的热循环参数无法根据核酸扩增过程进行动态调控，普适性不足的问题，提供一种基于热循环参数动态调控的核酸快速检测方法、系统、装置及介质。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、基于热循环参数动态调控的核酸快速检测方法，包括：

4、分别构建闭环反馈的热循环系统和连续荧光信号监测系统；

5、基于闭环反馈的热循环系统进行pcr反应；

6、基于连续荧光信号监测系统实时记录pcr每个热循环反应内的荧光信号；

7、基于每个热循环过程中的热循环动力学常数及荧光信号饱和度预测热循环中核酸扩增情况，核酸扩增情况通过核酸动力学常数的变化进行表示；

8、基于核酸动力学常数的实时变化，判定在该热循环中，核酸是否扩增结束，如果核酸扩增结束，将进入下一个热循环；

9、基于不同热循环之间的荧光信号强度变化，预测核酸扩增平台期，并在平台期之后停止执行热循环。

10、本发明的进一步改进在于：

11、进一步的，闭环反馈的热循环系统包括tec控制器、温度传感器、采集卡、数据终端和散热器；

12、所述温度传感器采集tec表面的实际温度，并将采集到的温度以电阻值的形式反馈给tec控制器；所述tec控制器输出电压信号并通过数据采集卡传输到数据终端；所述数据终端将电压信号转换为对应的实时温度，并与设定温度进行比较；将比较结果再次通过数据采集卡传输至tec控制器，所述tec控制器对比较结果进行调制，调制tec的极性和输出功率，将实际温度稳定在设定温度附近；所述散热器用于tec控制器在升降温过程中的散热。

13、进一步的，闭环反馈的热循环系统还包括基于惠斯通电桥的温度测量模块；

14、所述基于惠斯通电桥的温度测量模块连接温度传感器，所述惠斯通电桥的温度测量模块测量精确获取电阻信号，并转换为电压信号，从而实现实时温度的精准测量。

15、进一步的，连续荧光信号监测系统包括：led、匀光镜、fitc滤光片组、光电倍增管、锁相放大器和示波器；

16、所述led发射激光光线，所述激光光线进入匀光镜得到均匀光线，所述均匀光线进入fitc滤光片组中的带通滤光片中，对均匀光线进行滤波，并进入fitc滤光片组中的二向色镜反射和聚焦透镜进行聚焦，照射在样品表面，同时聚焦光线激发样品内部的荧光信号，荧光信号透过二向色镜和带通滤光片并进入光电倍增管中放大荧光信号；锁相放大器对放大荧光信号进行滤波，并通过示波器监测和记录输出温度信号和荧光强度信号。

17、进一步的，荧光信号与温度变化呈线性关系，具体为：

18、v＝a+bt

19、其中，a和b为拟合系数，t为温度。

20、进一步的，led由方波电流脉冲供电，并通过1034.5hz或非整数频率值，幅值40ma和占空比50％进行输出。

21、进一步的，核酸扩增动力学模型公式为：

22、

23、其中，τ1和τ2为动力学时间常数；a1，a2，a3和s为拟合系数。

24、基于热循环参数动态调控的核酸快速检测系统，包括：

25、构建模块，所述构建模块分别构建闭环反馈的热循环系统和连续荧光信号监测系统；

26、pcr反应模块，所述pcr反应模块基于闭环反馈的热循环系统进行pcr反应；

27、记录模块，所述记录模块基于连续荧光信号监测系统实时记录pcr每个热循环反应内的荧光信号；

28、第一预测模块，所述第一预测模块基于每个热循环过程中的热循环动力学常数及荧光信号饱和度预测热循环中核酸扩增情况，核酸扩增情况通过核酸动力学常数的变化进行表示；

29、判断模块，所述判断米卡基于核酸动力学常数的实时变化，判定在该热循环中，核酸是否扩增结束，如果核酸扩增结束，将进入下一个热循环；

30、第二预测模块，所述第二预测模块基于不同热循环之间的荧光信号强度变化，预测核酸扩增平台期，并在平台期之后停止执行热循环。

31、一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

32、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

33、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

34、本发明通过基于闭环反馈的热循环系统和连续荧光信号监测系统分别进行pcr反应并记录pcr每个热循环反应内的荧光信号；同时根据核酸动力学常数的实时变化，判定在该热循环中，核酸是否扩增结束，如果核酸扩增结束，将进入下一个热循环；基于不同热循环之间的荧光信号强度变化，预测核酸扩增平台期，并在平台期之后停止执行热循环。本发明可以根据核酸实际扩增情况实时调整恒温时间及循环次数，可以在节约测试成本的同时显著缩短核酸扩增时间，且不局限于特定目标核酸与反应体系，更具有普适性。

技术特征：

1.基于热循环参数动态调控的核酸快速检测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于热循环参数动态调控的核酸快速检测方法，其特征在于，所述闭环反馈的热循环系统包括tec控制器、温度传感器、采集卡、数据终端和散热器；

3.根据权利要求2所述的基于热循环参数动态调控的核酸快速检测方法，其特征在于，所述闭环反馈的热循环系统还包括基于惠斯通电桥的温度测量模块；

4.根据权利要求3所述的基于热循环参数动态调控的核酸快速检测方法，其特征在于，所述连续荧光信号监测系统包括：led、匀光镜、fitc滤光片组、光电倍增管、锁相放大器和示波器；

5.根据权利要求4所述的基于热循环参数动态调控的核酸快速检测方法，其特征在于，所述荧光信号与温度变化呈线性关系，具体为：

6.根据权利要求5所述的基于热循环参数动态调控的核酸快速检测方法，其特征在于，所述led由方波电流脉冲供电，并通过1034.5hz或非整数频率值，幅值40ma和占空比50％进行输出。

7.根据权利要求6所述的基于热循环参数动态调控的核酸快速检测方法，其特征在于，所述核酸扩增动力学模型公式为：

8.基于热循环参数动态调控的核酸快速检测系统，其特征在于，包括：

9.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-7任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种基于热循环参数动态调控的核酸快速检测方法、系统、装置及介质，包括：通过基于闭环反馈的热循环系统和连续荧光信号监测系统分别进行PCR反应并记录PCR每个热循环反应内的荧光信号；同时根据核酸动力学常数的实时变化，判定在该热循环中，核酸是否扩增结束，如果核酸扩增结束，将进入下一个热循环；基于不同热循环之间的荧光信号强度变化，预测核酸扩增平台期，并在平台期之后停止执行热循环。本发明可以根据核酸实际扩增情况实时调整恒温时间及循环次数，可以在节约测试成本的同时显著缩短核酸扩增时间，且不局限于特定目标核酸与反应体系，更具有普适性。

技术研发人员：徐峰,张浩卿,李泽东,游民黎
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14