一种便携式小型实时荧光定量PCR仪及其检测方法与流程

本申请涉及一种医用检查检验仪器、分子诊断检测仪器领域，更具体地说，尤其涉及一种便携式小型实时荧光定量pcr仪及其检测方法。

背景技术：

申请人在先申请“2020111862680（申请号）”公开了一种实时荧光检测光学系统，其提出了一种m通道n试剂孔的荧光检测光学系统；其优点在于，可以方便的测量多样本多个性能指标。

然而，将上述为了实现仪器的小型化，以便于试验人员的使用，是pcr仪的核心需求之一。

但是，现有的pcr仪（例如：cn110628604a）并不匹配在先申请“2020111862680”的荧光检测光学系统；同时，发明人在研发时，按照原有的设计思路，该设备为一个长方体的设备（水平方向长度过长）。上述设计，导致常规的操作台上无法放置操作设备或者能够放置操作设备的数量偏少，场地的使用率较低。

出于上述问题，研发一款便携式小型实时荧光定量pcr仪，且能够搭载“2020111862680”的光学系统成为一个亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本申请的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种便携式小型实时荧光定量pcr仪。

本申请的另一目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种便携式小型实时荧光定量pcr仪的检测方法。

本申请的技术方案是：

一种便携式小型实时荧光定量pcr仪，包括：样本调节模块、控制模块、基底模块、接收光系统模块、激发光系统模块；

其中，样本调节模块包括：上部盖板、承载板、温度调节组件、温度传感器、样本放置通管；所述上部盖板上设置有q个孔，所述承载板的顶部设置有q个样本放置通管，所述样本放置通管与所述上部盖板的q个孔相对应；

所述样本放置通管用于放置样本容器；

所述温度调节组件用于调节样本的温度；

所述温度传感器设置在样本放置通管内部，用于测量样本的环境温度；

其中，控制模块，包括：第一控制板，第二控制板、通信模块；所述第一控制板、所述第二控制板上下平行设置；

其中，基底模块包括：基底板部；所述基底板部与第二控制板平行，且基底板部设置在第二控制板的下方；

其中，样本调节模块、控制模块、基底模块由上至下连接成一整体；

其中，所述基底板部与第二控制板之间的空间设置有：接收光系统模块、激发光系统模块；

激发光系统模块用于产生激发样品体系中的荧光基团发光的光源；激发光系统模块包括p个子激发光系统；

接收光系统模块用于分析q个样本的荧光，其包括：q个接收光子系统模块；

所述p个子激发光系统、所述q个接收光子系统模块能够同时测试q个样本，且每个样本均能够测量p个性能；

温度传感器的输出端与第一控制板的输入端连接，第一控制板的输出端与温度调节组件的输入端连接，第一控制板发出信号，通过温度调节组件来实现样本的温度调节；

第二控制板的输出端与激发光系统模块的输入端、接收光系统模块的输入端连接，即第二控制板用于控制激发光系统模块、接收光系统模块的开启与关闭；

所述接收光系统模块的输出端与第二控制板的输入端连接（即第二控制板与接收光系统模块双向连接）；

所述第二控制板将接收光系统模块传递而来的信号发送至通信模块，通过通信模块发送至终端设备进行分析显示检测结果。

进一步，所述温度调节组件包括：温度调节片、散热器、挡风块、风扇支架、风扇；

所述样本调节模块还包括：底板、立柱、硅胶压板、硅胶条、硅胶条底座；

所述上部盖板、承载板、温度调节片、散热器、风扇支架、风扇、底板从上而下依次设置；

散热器的上表面为矩形，在其2个相对应的边部的上表面从下往上依次设置有硅胶条底座、硅胶条、硅胶压板，在另外2个相对应的边部的上表面设置有挡风块；

所述硅胶压板的顶部与挡风块的顶部齐平；

所述风扇的四角设置有立柱，所述立柱的2端部均设置有螺纹，在底板、风扇支架、散热器的四角、每个挡风块两端的端部均设置有与所述立柱对应的通孔，在底板的下侧、挡风块的上侧设置螺母，以便将挡风块、散热器、风扇支架、风扇、底板固定连接成1个整体；

在散热器的中间部位的上表面固设有温度调节片；在温度调节片的上表面固设有承载板；

温度调节片采用半导体制热制冷，当样本需要提高温度时，温度调节片的上表面变热，其下表面变冷；当样本需要降低温度时，温度调节片的上表面变冷，其下表面变热；

散热器采用上部金属板、下部鳍片的构造，且上部金属板较下部鳍片的平面范围更大；

风扇支架的两端设置有竖向的挡风板，所述2个风扇支架的挡风板将散热器的下部鳍片的2面挡住，挡风板的下表面与散热器的金属板的下表面齐平；

挡风块设置在散热器的金属板的上方，其对应设置在散热器的下部鳍片的出风的2面的上方。

进一步，所述样本调节模块的底板的边部、所述第一控制板的边部、所述第二控制板的边部、所述基底板部的边部均设置有若干个孔，通过若干螺栓-螺母组件将基底模块、所述第一控制板、第二控制板、所述基底板部连接成一体。

进一步，第一控制板的输出端与温度调节片、风扇的输入端连接。

进一步，还包括：塑料导光棒；

其中，所述子激发光系统按照先后顺序，依次设置：光源、准直透镜、激发光系统滤光片、聚焦透镜、激发光发射光纤；即所述光源的前方设置有准直透镜，在准直透镜的前方设置激发光系统滤光片，在激发光系统滤光片的前方设置聚焦透镜，聚焦透镜的前方设置激发光发射光纤；

所有子激发光系统的激发光发射光纤均连接到塑料导光棒的第一端，所述塑料导光棒的第二端连接q根试剂孔入射光纤；

每根试剂孔入射光纤对应设置在每个样本放置通管的一侧，在每个样本放置通管的另一侧前方设置有接收光纤组件；

所述q根接收光纤组件连接至接收光系统模块；接收光纤组件包括p个独立的接收光纤；

每个接收光子系统模块均包括：锥形导光棒、光电传感器；所述q根接收光纤组件对应连接q个所述接收光子系统模块；

所述锥形导光棒与接收光纤组件连接，在锥形导光棒的前方设置有光电传感器；在锥形导光棒靠近接收光纤组件的一侧设置有接收端滤光片组件，所述接收端滤光片组件包括p块过滤片，所述p块过滤片采用扇形布置，且p块过滤片与p个子激发光系统各自的光源对应；

进一步，所述试剂孔入射光纤、接收光纤组件（包括p根接收光纤）均固定在硅胶条与硅胶条底座之间。

进一步，所述通信模块是无线通信模块。

进一步，3≤p≤8。

进一步，3≤q≤8。

一种便携式小型实时荧光定量pcr仪的检测方法，所述的便携式小型实时荧光定量pcr仪为权利要求1所述的便携式小型实时荧光定量pcr仪；

步骤如下：

s1,将样品容器放置到样本放置通管内部；

s2,调节温度：第一控制板控制样本调节模块，对检测的样本调试到合适的温度；

s3,第二控制板控制激发光系统模块发光、控制接收光系统模块开启工作：第二控制板控制激发光系统模块的子激发光系统顺序发光；

其中，子激发光系统的光源发光后，光线发射到样本放置通管，照射样本后，样本发生辐射光，辐射光进入到所述接收光系统模块；

接收光系统模块将辐射光的信号发送给所述第二控制板，第二控制板接收到接收光系统模块传递来的信号后，将该信号通信模块传递给终端设备，由终端设备进行分析。

进一步，步骤s3还包括：子激发光系统的光源发光后，光线通过准直透镜转变为平行的光线，然后平行的光线经过激发光系统滤光片滤除杂光，进而光线经过聚焦透镜聚焦耦合进入激发光发射光纤；再耦合进入塑料导光棒，通过塑料导光棒后，光线在再进入到每个试剂孔入射光纤中，光线再传输到每个反应池，从每个反应池出来的光束经过接收光纤组件后，然后再经过接收端滤光片组件滤除杂光后，耦合进入到锥形导光棒中，最后入射到光电传感器上，信号采集结束；即任意一子激发光系统的光源发光时，能够同时测量得到q个样本的一个特性。

进一步，当样本需要降低温度时，温度调节片的上表面变冷，其下表面变热；此时，风扇开启，将热风吹出，从而降低温度调节片下表面的温度（风扇只有在温度调节片的下表面加热时才启动，即样本温度需要提高时，温度调节片的上表面变热，其下表面变冷时，风扇不启动）。

本申请的有益效果在于：

第一，本申请提出了一种便携式小型实时荧光定量pcr仪，其能够方便的检测多个样本的多个性能,其核心难点在于：如何减小pcr仪的体积，以方便医务人员的使用。针对上述问题，提出了“水杯状”的基础构造形式：即样本调节模块、控制模块、接收光系统模块与激发光系统模块、基底模块由上至下的基本设置方式；特别的，将在样本调节模块的顶端设置q个样本放置通管（其内部表面设置竖向槽），样本容器置于上述的样本放置通管内，方便了样本的放置（从上往下放置即可）；同时，接收光系统模块和激发光系统模块设置在控制模块与基底模块之间。上述设计是一个整体的特征，有效的满足了减小pcr仪的体积的技术需求。

第二，本申请创新性的提出了采用了两套单独的控制系统，以往的pcr反应仪设计中，控制板均是采用1个板（在平面上的控制很大）；本申请打破技术偏见，第二控制板只控制光学系统，第一控制板只控制样本的温度，两者的控制互不干扰，不仅降低了控制系统编程的复杂性，并且还解决了pcr仪的体积问题。

附图说明

下面结合附图中的实施例对本申请作进一步的详细说明，但并不构成对本申请的任何限制。

图1是一种便携式小型实时荧光定量pcr仪的三维设计示意图。

图2是一种便携式小型实时荧光定量pcr仪的分解设计示意图。

图3是一种便携式小型实时荧光定量pcr仪的样本调节模块100的三维设计示意图。

图4是一种便携式小型实时荧光定量pcr仪的样本调节模块100的俯视图。

图5是一种便携式小型实时荧光定量pcr仪的控制系统设计示意图。

图6是一种便携式小型实时荧光定量pcr仪的光学系统设计示意图。

图7是一种便携式小型实时荧光定量pcr仪的子激发光系统设计示意图。

图1-7的附图标记说明如下：

样本调节模块100、控制模块200、接收光系统模块400、激发光系统模块500、电源控制模块600、基底模块700；

承载板101、温度调节片102、散热器103、挡风块104、风扇支架105、风扇106、底板107、立柱108、硅胶压板109、硅胶条110、硅胶条底座111、样本放置通管112、温度传感器113；

第一控制板201、第二控制板202、通信模块203；

子激发光系统501、塑料导光棒501-6、试剂孔入射光纤501-7、接收光纤组件501-9、锥形导光棒501-11、光电传感器501-12。

具体实施方式

实施例1，一种便携式小型实时荧光定量pcr仪，包括：外壳、样本调节模块100、控制模块200、电源控制模块600、基底模块700、接收光系统模块400、激发光系统模块500；

其中，样本调节模块100包括：上部盖板、承载板101、温度调节片102（即tec温度调节片）、散热器103、挡风块104、风扇支架105、风扇106、底板107、立柱108、硅胶压板109、硅胶条110、硅胶条底座111、样本放置通管112、温度传感器113；

所述上部盖板、承载板101、温度调节片102（半导体制热制冷）、散热器103、风扇支架105、风扇106、底板107从上而下依次设置；

所述散热器103为矩形，在其2个相对应的边部的上表面从下往上依次设置有硅胶条底座111、硅胶条110、硅胶压板109，在另外2个相对应的边部的上表面设置有挡风块104；

所述硅胶压板109的顶部与挡风块104的顶部齐平；

所述风扇106的四角设置有立柱108，所述立柱的2端部均设置有螺纹，在底板107、风扇支架105、散热器103的四角、每个挡风块104两端的端部均设置有与所述立柱108对应的通孔，在底板107的下侧、挡风块104的上侧设置螺母，以便将挡风块104、散热器103、风扇支架105、风扇106、底板107固定连接成1个整体；

在散热器103的中间部位的上表面固设有温度调节片102；在温度调节片102的上表面固设有承载板101；

温度调节片102采用半导体制热制冷，当样本需要提高温度时，温度调节片102的上表面变热，其下表面变冷；当样本需要降低温度时，温度调节片102的上表面变冷，其下表面变热；

此时，为了避免温度调节片102的下表面温度过热，需要散热器103以及风扇106的配合；散热器103为“金属板（例如：钢板）+鳍片的构造”、鳍片在金属板的下部，即金属板接触到温度调节片102的下表面时，热量会传递给金属板，风扇106吹动，将热风吹出去，从而降低温度调节片102的下表面的温度（风冷）。

特别的，在风扇支架105的两端设置有竖向的挡风板，所述2个挡风板将散热器103的2面挡住（挡风板的下表面与散热器103的金属板的下表面齐平），使得热风只能从另外2个面出来。

所述上部盖板上设置有3个孔，所述承载板101的顶部设置有3个样本放置通管112，所述样本放置通管112与所述上部盖板的3个孔相对应，所述样本容器放置于样本放置通管112中、置于承载板的顶部。

所述温度调节片102、散热器103用于调节样本的温度。

所述挡风块104的作用是挡住散热器吹出的风对样本的影响（挡风块104设置在散热器的金属板的上方，其对应设置在散热器出风的2面的上方，即防止热风上升，影响到温度调节片102上表面制冷的效果）。

所述风扇支架105的作用是固定风扇106。

所述风扇106作用在温度调节片降温时,(上表面变冷,下表面变热),通过风冷降低温度调节片的下表面温度。

所述底板107作用将样本调节模块100形成一个整体。

所述立柱108作用是便于连接挡风块104、散热器103、风扇支架105、风扇106、底板107。

所述硅胶压板109作用是压紧硅胶条110。

所述硅胶条110作用是固定光纤。

所述硅胶条底座111作用是承载硅胶条110；

所述温度传感器113设置在样本放置通管112内部，用于测量样本的环境温度。

其中，控制模块200，包括：第一控制板201，第二控制板202、通信模块203；所述第一控制板201、第二控制板202上下平行设置，且第一控制板201设置在第二控制板202的上方；通信模块203放置于第一控制板201或者第二控制板202（所述通信模块是无线通信模块，如wifi、蓝牙等）。

其中，基底模块700包括：基底板部；所述基底板部与第二控制板202平行，且基底板部设置在第二控制板202的下方。

其中，电源控制模块600包括：电源控制器。

其中，所述样本调节模块100的底板107的边部、所述第一控制板201的边部、所述第二控制板202的边部、所述基底板部的边部均设置有若干个孔，通过若干螺栓-螺母组件将基底模块700、所述第一控制板201、第二控制板202、所述基底板部连接成一体，以此将一种便携式小型实时荧光定量pcr仪连接成一体。

其中，所述基底板部与第二控制板之间的空间设置有：接收光系统模块400、激发光系统模块500、电源控制模块600。

实施例1的控制模块200与电源控制模块600、基底模块700、接收光系统模块400、激发光系统模块500之间的配合是：

第一，电源控制模块600用于第一控制板201、第二控制板202的供电；

第二，激发光系统模块500用于产生激发样品体系中的荧光基团发光的光源；激发光系统模块500包括3个子激发光系统501；

温度传感器113的输出端与第一控制板201的输入端连接，第一控制板201的输出端与tec温度调节片102、风扇106的输入端连接，第一控制板201发出信号，通过调节温度调节片102、散热器103，来实现调节样本的温度；

第三，第二控制板202的输出端与激发光系统模块500的输入端、接收光系统模块400的输入端连接，即第二控制板202用于控制激发光系统模块500（即实现子激发光系统501的顺序亮光）、接收光系统模块400的开启与关闭；

所述接收光系统模块400的输出端与第二控制板202的输入端连接（即第二控制板202与接收光系统模块400双向连接），

所述第二控制板202将接收光系统模块400传递而来的信号发送至通信模块203，通过通信模块203发送至终端设备（例如ipad、pc、服务器等设备）进行分析显示检测结果。

其中，激发光系统模块500-接收光系统模块400的光学系统,具体在本申请中：

所述的子激发光系统501按照先后顺序，依次设置：光源（单色led灯是较佳选择，寿命长）、准直透镜、激发光系统滤光片、聚焦透镜、激发光发射光纤；

即所述光源的前方设置有准直透镜，在准直透镜的前方设置激发光系统滤光片，在激发光系统滤光片的前方设置聚焦透镜，聚焦透镜的前方设置激发光发射光纤；

所有子激发光系统的激发光发射光纤均连接到塑料导光棒501-6的第一端，所述塑料导光棒501-6的第二端连接3个试剂孔入射光纤501-7；

试剂孔入射光纤501-7的前方对应设置有反应池，在反应池的前方设置有接收光纤组件501-9；

接收光纤组件501-9连接至接收光系统模块400；

接收光纤组件501-9包括有p个独立的接收光纤；

所述接收光系统模块400包括：3个接收光子系统模块，每个接收子系统模块均包括：锥形导光棒、光电传感器；

所述锥形导光棒与接收光纤组件501-9连接，在锥形导光棒501-11的前方设置有光电传感器501-12；在锥形导光棒靠近接收光纤组件的一侧设置有接收端滤光片组件，所述接收端滤光片组件包括3块过滤片，所述3块过滤片采用扇形布置，且3块过滤片与3个子激发光系统各自的光源（led灯）对应。

所述试剂孔入射光纤501-7、接收光纤组件501-9均固定在硅胶条110与硅胶条底座111之间。

本申请的一种便携式小型实时荧光定量pcr仪的工作方法如下：

s0，打开开关，电源控制模块600用于第一控制板201、第二控制板202给第一控制板201、第二控制板202供电；

s1,将反应池放置到样本放置通管112内部；

s2,调节温度：第一控制板201控制样本调节模块100，对检测的样本调试到合适的温度；

s3,第二控制板202控制激发光系统模块500发光、控制接收光系统模块400开启工作；

第二控制板202控制激发光系统模块500的子激发光系统顺序发光；

其中，子激发光系统的光源发光后，光线通过准直透镜转变为平行的光线，然后平行的光线经过激发光系统滤光片滤除杂光，进而光线经过聚焦透镜聚焦耦合进入激发光发射光纤；再耦合进入塑料导光棒，通过塑料导光棒后，光线在再进入到每个试剂孔入射光纤501-7中，光线再传输到每个反应池，从每个反应池出来的光束经过接收光纤组件501-9后，然后再经过接收端滤光片组件滤除杂光后，耦合进入到锥形导光棒501-11中，最后入射到光电传感器上，信号采集结束；即任意一子激发光系统的led发光时，能够同时测量得到3个试剂孔的某一特性；

所述接收光系统模块400与第二控制板202连接，所述第二控制板202接收到接收光系统模块400传递来的信号后，将该信号通过通信模块203传递给终端设备，由终端设备进行分析。

还需要说明的是：样本放置通管112为检测样品的放置区，在样本放置通管112上设置用于放置样品容器的槽，试剂孔入射光纤501-7穿过样本放置通管112本体后抵触至样品容器的侧壁上；相应的在样本放置通管112上也接入一根接收荧光反应的接收光纤组件，同理接收光纤组件也抵触至样品容器的侧壁上；同一样品容器对应的接收光纤组件和发生光纤在对应关系上是相对的，且最佳位于同一液面高度。

还需要说明的是：p个子激发光系统的激发光发射光纤的直径相同，q根试剂孔入射光纤的外表面直径均相同，激发光发射光纤的半径为x，试剂孔入射光纤的半径为s(x，s在0.3-1.3mm之间),塑料导光棒的半径为y,三者之间存在以下关系；

y/x=1/(sin（π/p）+1。

s=x{[1+sin（π/p）]sin（π/q）}/{[1+sin（π/q）]sin（π/p）}。

塑料导光棒的长度z（z在(x/0.65)^0.8×(12.5p-20)到(x/0.65)^0.8×(12.5p+30)都可以），但是，其最优解是下式：

z=(x/0.65)^0.8×12.5p。

以上所举实施例为本申请的较佳实施方式，仅用来方便说明本申请，并非对本申请作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本申请所提技术特征的范围内，利用本申请所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本申请的技术特征内容，均仍属于本申请技术特征的范围内。

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