專利名稱：基于高速伺服電機(jī)和光定位的熒光定量pcr檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熒光定量PCR檢測系統(tǒng)，尤其是基于高速伺服電機(jī)和光定位的熒光定 量PCR檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
實(shí)時熒光定量PCR檢測系統(tǒng)工作原理是使反應(yīng)物在特定的變性溫度、復(fù)性溫度和
延伸溫度之間進(jìn)行溫度循環(huán)，將靶DNA進(jìn)行數(shù)百萬倍的擴(kuò)增；同時通過使用不同波長的激
發(fā)光(多激發(fā))或單一波長的激發(fā)光(單激發(fā))照射試管，當(dāng)試管中的試劑被激發(fā)出熒光
時，通過光學(xué)傳感器采集到熒光強(qiáng)度信號傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時的數(shù)據(jù)分析。 目前主流熒光定量PCR檢測系統(tǒng)的包括頂部激發(fā)檢測、底部激發(fā)檢測和頂部激發(fā)
側(cè)面檢測模式。 (1)底部激發(fā)檢測模式需要在金屬溫塊的底部加工通孔，并采用多孔的半導(dǎo)體制 冷加熱片，但器件加工難度較大，由于多孔半導(dǎo)體制冷加熱片功率和工藝限制造成升降溫 速度慢、工藝復(fù)雜、故障率高等問題； (2)側(cè)面檢測模式由于溫塊底部封閉，可采用成熟的大功率半導(dǎo)體制冷加熱片，升 降溫速度快、擴(kuò)增效率高，但側(cè)面檢測模式需要在溫塊中鋪設(shè)光纖，光纖頭易被污染，且難 以清潔，維修困難。 (3)傳統(tǒng)的頂部檢測模式溫塊底部封閉，可采用成熟的大功率半導(dǎo)體制冷加熱片， 升降溫速度快、擴(kuò)增效率高，采用雙軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動激發(fā)檢測頭或采用冷態(tài)CCD進(jìn)行檢測。 但步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動速度慢，檢測效率低，尤其在多色實(shí)時定量PCR檢測時，采用此模式的四色 /五色熒光定量PCR儀器全色掃描時間目前均在10幾秒以上；采用冷態(tài)CCD掃描速度快， 單次掃描可達(dá)到l-3秒，但由于器件本身特性導(dǎo)致穩(wěn)定性差、成本高、故障率高；同時常規(guī) 的頂部檢測模式定位均采用定位銷，由于定位精度低，導(dǎo)致光學(xué)激發(fā)檢測的精度較低，一致 性差。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種基于高速伺服電 機(jī)和光定位的熒光定量PCR檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)擴(kuò)增效率高、激發(fā)檢測效率和精度高。
為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案 —種基于高速伺服電機(jī)和光定位的熒光定量PCR檢測系統(tǒng)，包括光學(xué)激發(fā)檢測掃 描頭、多孔防揮發(fā)加熱蓋和金屬溫塊，金屬溫塊上有可插放若干試管的孔，在金屬溫塊的一 側(cè)，設(shè)有精密光學(xué)定位機(jī)構(gòu)，在金屬溫塊的下方依次設(shè)置有半導(dǎo)體制冷器、散熱器、散熱風(fēng) 扇、溫塊升降機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的多孔防揮發(fā)加熱蓋上的孔位與金屬溫塊的孔一一對 應(yīng)，光學(xué)激發(fā)檢測掃描頭由多級機(jī)械定位機(jī)構(gòu)上的Y軸高速伺服電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)以及X軸 高速伺服電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動下，在金屬溫塊的頂部運(yùn)動，完成X、 Y兩個方向的高速多色 的光學(xué)激發(fā)和熒光檢測。
本發(fā)明可采用成熟的大功率半導(dǎo)體制冷片實(shí)現(xiàn)PCR擴(kuò)增溫度循環(huán)控制，升降溫速 度快，擴(kuò)增效率高。 本發(fā)明通過溫塊升降機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)人員在金屬溫塊插放待測若干試管后將金屬 溫塊上升到待測位置，由光學(xué)激發(fā)檢測掃描頭檢測多孔防揮發(fā)加熱蓋間的恒壓，并對待測 若干試管進(jìn)行多色光激發(fā)和熒光檢測。 為了實(shí)現(xiàn)光學(xué)檢測的高精度，本發(fā)明通過多級機(jī)械定位機(jī)構(gòu)進(jìn)行粗定位，然后通 過精密光學(xué)定位機(jī)構(gòu)進(jìn)行精確定位，精密光學(xué)定位機(jī)構(gòu)通過光學(xué)激發(fā)檢測掃描頭檢測定位 光，通過分析計(jì)算確定定位中心，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動檢測機(jī)構(gòu)的精確定位。 采用本發(fā)明激發(fā)效率高，檢測熒光精度高，高速伺服電機(jī)的應(yīng)用大大提高了激發(fā)
和檢測速度，使得檢測結(jié)構(gòu)更加準(zhǔn)確，檢測效率大大提高。 本發(fā)明和現(xiàn)有的實(shí)時熒光定量PCR檢測系統(tǒng)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn) (1)采用基于X、 Y兩個方向高速伺服電機(jī)的頂部掃描，可采用成熟大功率半導(dǎo)體
制冷片，升降溫速度快，擴(kuò)增效率高，掃描速度快、穩(wěn)定性好，同時避免了常規(guī)頂部激發(fā)檢測
模式采用步進(jìn)電機(jī)和CCD的缺點(diǎn)。
(2)采用多級機(jī)械定位機(jī)構(gòu)與精密光學(xué)定位機(jī)構(gòu)相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)頂部掃描運(yùn)
動機(jī)構(gòu)與金屬溫塊之間的精確定位，從而提高了激發(fā)檢測的精度和一致性。
(3)通過高速伺服電機(jī)的高速精確控制，實(shí)現(xiàn)了激發(fā)檢測的高效率、高升降溫速度
和全色掃描時間的大幅度縮短，較目前主流多色實(shí)時定量PCR時間縮短40X以上，大幅度
的提高了實(shí)驗(yàn)效率。同時全色掃描時間的縮短對科研應(yīng)用中熔解度分析具有重要的意義，
具備更好的精度和反應(yīng)速度。
圖1是本發(fā)明的基于高速伺服電機(jī)和光定位的熒光定量PCR檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意 圖； 圖2是光學(xué)定位機(jī)構(gòu)示意精密光學(xué)定位機(jī)構(gòu)示意圖； 圖3是高精確的光學(xué)定位分析精密光學(xué)定位機(jī)構(gòu)定位分析圖。 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式
參照圖1、圖2、圖3，本發(fā)明的基于高速伺服電機(jī)和光定位的熒光定量PCR檢測系 統(tǒng)，包括光學(xué)激發(fā)檢測掃描頭1 、多孔防揮發(fā)加熱蓋2和金屬溫塊4，金屬溫塊4上有可插放 若干試管的孔，在金屬溫塊4的一側(cè)，設(shè)有精密光學(xué)定位機(jī)構(gòu)3 (圖2)，在金屬溫塊4的下方 依次設(shè)置有半導(dǎo)體制冷器5、散熱器6、散熱風(fēng)扇7、溫塊升降機(jī)構(gòu)8，多孔防揮發(fā)加熱蓋2上 的孔位與金屬溫塊4插放若干試管的的孔一一對應(yīng)，光學(xué)激發(fā)檢測掃描頭1由多級機(jī)械定 位機(jī)構(gòu)9上的Y軸高速伺服電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)10以及X軸高速伺服電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)11驅(qū)動 下，在金屬溫塊4頂部(即多孔防揮發(fā)加熱蓋2上方)運(yùn)動，完成X、Y兩個方向的高速多色 的光學(xué)激發(fā)和熒光檢測。 多孔防揮發(fā)加熱蓋2上的孔與金屬溫塊4的孔一一對應(yīng)，用于多孔防揮發(fā)加熱蓋 2上方的光學(xué)激發(fā)檢測掃描頭1產(chǎn)生的激發(fā)光入射和熒光發(fā)射的光學(xué)通路。通過多級機(jī)械定位機(jī)構(gòu)9上的Y軸高速伺服電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)10以及X軸高速伺服電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)11與精密光學(xué)定位機(jī)構(gòu)3共同組成光學(xué)傳動和定位機(jī)構(gòu)，用于光學(xué)激發(fā)檢測掃描頭1與金屬溫塊4之間進(jìn)行精確定位(圖3)。 半導(dǎo)體制冷器和散熱器件實(shí)現(xiàn)PCR擴(kuò)增溫度循環(huán)控制；溫塊升降機(jī)構(gòu)8用于在金屬溫塊4插放待測若干試管后將金屬溫塊4上升待測位置，由光學(xué)激發(fā)檢測掃描頭1檢測多孔防揮發(fā)加熱蓋2間的恒壓，并實(shí)現(xiàn)由基于頂部的光學(xué)激發(fā)檢測掃描頭1對待測若干試管進(jìn)行多色光激發(fā)和熒光檢測。 本發(fā)明的基于高速伺服電機(jī)和光定位的熒光定量PCR檢測系統(tǒng)，在X軸和Y軸高速伺服電機(jī)的驅(qū)動下進(jìn)行各孔的光學(xué)激發(fā)與檢測，防揮發(fā)加熱蓋采用多孔貫穿結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)頂部的高速光學(xué)激發(fā)與檢測；激發(fā)效率高，檢測熒光靈敏度高，高速伺服電機(jī)的應(yīng)用大大提高了激發(fā)和檢測速度，使得檢測結(jié)果更加精確，檢測效率大大提高。在四色/五色多激發(fā)檢測的配置下全色掃描時間可達(dá)到4秒以內(nèi)，比常規(guī)采用步進(jìn)電機(jī)的方法激發(fā)檢測速度提高一倍以上。
權(quán)利要求
一種基于高速伺服電機(jī)和光定位的熒光定量PCR檢測系統(tǒng)，包括光學(xué)激發(fā)檢測掃描頭(1)、多孔防揮發(fā)加熱蓋(2)和金屬溫塊(4)，金屬溫塊(4)上有可插放若干試管的孔，在金屬溫塊(4)的一側(cè)，設(shè)有精密光學(xué)定位機(jī)構(gòu)(3)，在金屬溫塊(4)的下方依次設(shè)置有半導(dǎo)體制冷器(5)、散熱器(6)、散熱風(fēng)扇(7)、溫塊升降機(jī)構(gòu)(8)，其特征在于，所述的多孔防揮發(fā)加熱蓋(2)上的孔位與金屬溫塊(4)的孔一一對應(yīng)，光學(xué)激發(fā)檢測掃描頭(1)由多級機(jī)械定位機(jī)構(gòu)(9)上的Y軸高速伺服電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)(10)以及X軸高速伺服電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)(11)驅(qū)動下，在金屬溫塊(4)的頂部運(yùn)動，完成X、Y兩個方向的高速多色的光學(xué)激發(fā)和熒光檢測。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于高速伺服電機(jī)和光定位的熒光定量PCR檢測系統(tǒng)，其特征 在于，所述的多級機(jī)械定位機(jī)構(gòu)(9)上的Y軸高速伺服電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)(10)以及X軸高速 伺服電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)(11)與精密光學(xué)定位機(jī)構(gòu)(3)共同組成光學(xué)傳動和定位機(jī)構(gòu)，用于光 學(xué)激發(fā)檢測掃描頭(1)與金屬溫塊(4)之間進(jìn)行精確定位。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于高速伺服電機(jī)和光定位的熒光定量PCR檢測系統(tǒng)，其特征 在于，所述的多孔防揮發(fā)加熱蓋(2)上的孔與金屬溫塊(4)插放若干試管的孔一一對應(yīng)，用 于多孔防揮發(fā)加熱蓋(2)上方的光學(xué)激發(fā)檢測掃描頭(1)產(chǎn)生的激發(fā)光入射和熒光發(fā)射的 光學(xué)通路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于高速伺服電機(jī)和光定位的熒光定量PCR檢測系統(tǒng)，其特 征在于，所述的溫塊升降機(jī)構(gòu)(8)用于在金屬溫塊(4)插放待測若干試管后將金屬溫塊(4) 上升到待測位置，由光學(xué)激發(fā)檢測掃描頭(1)檢測多孔防揮發(fā)加熱蓋(2)間的恒壓，并對待 測若干試管進(jìn)行多色光激發(fā)和熒光檢測。
全文摘要
本發(fā)明公了一種基于高速伺服電機(jī)和光定位的熒光定量PCR檢測系統(tǒng)，包括光學(xué)激發(fā)檢測掃描頭、多孔防揮發(fā)加熱蓋和金屬溫塊，金屬溫塊上有可插放若干試管的孔，在金屬溫塊的一側(cè)，設(shè)有精密光學(xué)定位機(jī)構(gòu)，在金屬溫塊的下方依次設(shè)置有半導(dǎo)體制冷器、散熱器、散熱風(fēng)扇、溫塊升降機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述的多孔防揮發(fā)加熱蓋上的孔位與金屬溫塊的孔一一對應(yīng)，光學(xué)激發(fā)檢測掃描頭由多級機(jī)械定位機(jī)構(gòu)上的Y軸高速伺服電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)以及X軸高速伺服電機(jī)及傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動下，在金屬溫塊的頂部運(yùn)動，完成X、Y兩個方向的高速多色的光學(xué)激發(fā)和熒光檢測。該系統(tǒng)激發(fā)效率高，檢測熒光靈敏度高，檢測結(jié)果更加精確，檢測效率大大提高。
文檔編號C12M1/34GK101698823SQ200910218508
公開日2010年4月28日 申請日期2009年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者劉慧仙, 周成柱, 彭年才, 李壯, 李明, 梁光勤, 苗保剛 申請人:西安天隆科技有限公司