[发明专利]一种基于TEC的基因扩增仪热循环系统的等效分析电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物学及医学检测仪器的研究电路，具体涉及一种基因扩增仪热循环系统的等效分析电路。

背景技术

现有的聚合酶链反应（PCR）技术是一种通过酶促反应在体外快速大量地扩增特定基因片段的分子生物学技术。PCR的反应原理类似于DNA的天然复制过程，每个热循环由三个基本步骤组成：变性（94℃）、退火（55℃）和延伸（72℃），每次热循环后基因数目翻倍，在经过几十个热循环后即可实现目标基因百万倍的扩增。为保证基因扩增结果的特异性，必须严格控制每个循环步骤的反应温度，而热循环系统是现有基因扩增仪（PCR仪）温度控制的核心部件，因此研究热循环系统的热性能对基因扩增仪的扩增效果有着至关重要的作用。

现有技术中，如图1所示，基因扩增仪的热循环系统一般由热盖1、反应试管2、铝制样品块3、半导体热电制冷片（thermoelectric cooler,TEC）4、导热硅胶5、散热器6和风扇7组成。基于热传递与热电效应理论，所述热循环系统采用4片相互串联的TEC4实现96孔铝制样品块3的加热与冷却，样品块3的样品孔中放置装有PCR试剂的反应试管2，TEC4的上下端面分别与样品块3和散热器6接触，接触面均涂有厚度0.05mm的导热硅胶5以降低接触热阻，散热器6的下端安装风扇7，在降温时对所述散热器进行散热。另外，在进行扩增反应时，热盖1的温度始终保持在105℃，以防止反应试剂在高温时蒸发影响PCR扩增效率。在进行聚合酶链反应（PCR）时，铝制样品块3的升降温过程是通过改变流入TEC4中电流的大小和方向来实现的：在加热时，TEC4的上端面为放热端，热量通过导热硅胶5、铝制样品块3传递给反应试管2，实现PCR试剂的升温过程；在制冷时，电流反向，TEC4的上端面为吸热端，热量通过反应试管2、铝制样品块3和导热硅胶5由TEC4吸收，并通过散热器6和风扇7将热量消散，实现PCR试剂的降温过程。

目前，国内外研究人员多是基于传热学原理，通过建立半导体热电制冷片（TEC）冷热两端的热力学方程，利用解析法与数值计算方法对基于TEC的热循环系统的热性能进行理论研究，该研究方法不仅求解过程非常复杂，还会由于热循环系统不同部件的热物性参数不规则而无法正确建立热模型导致求解结果不准确。另外，采用建立热力学方程求解的方法不具有自适应性，如果改变热循环系统的任一参数都要重新对方程组进行繁琐的求解过程，将大大增加热循环系统设计和优化的工作量。

发明内容

针对现有的热循环系统热性能研究方法的上述缺点，本发明的目的在于提供一种基于TEC的基因扩增仪热循环系统的等效分析电路，可大大简化分析过程，有效提高分析结果的可靠性。

为了达到上述目的，本发明所采取的技术方案是：本发明基因扩增仪热循环系统的等效分析电路包括第一电压源、第一电阻、第一电容、第二电阻、第二电容、热端电流源、第三电阻、冷端电流源、第三电容、第四电阻、第四电容、第五电阻、第五电容、第六电阻、第六电容、第七电阻、第七电容、第八电阻和第二电压源；所述第一电压源的负极与第一电容的第一端接地；所述第一电阻的两端分别与所述第一电压源的正极、第一电容的第二端连接；所述第二电阻的第一端与所述第一电容的第二端连接，第二电阻的第二端与第二电容的第一端连接，第二电容的第二端接地；所述热端电流源的输出端与第二电容的第一端连接，热端电流源的输入端接地；所述第三电阻的第一端与热端电流源的输出端连接，第三电阻的第二端接地；所述冷端电流源的输出端与第三电阻的第一端连接，冷端电流源的输入端与第三电容的第一端连接，第三电容的第二端接地；所述第四电阻的第一端与第三电容的第一端连接，第四电阻的第二端与第四电容的第一端连接，第四电容的第二端接地；所述第五电阻的第一端与第四电容的第一端连接，第五电阻的第二端与第五电容的第一端连接，第五电容的第二端接地；所述第六电阻的第一端与第五电容的第一端连接，第六电阻的第二端与第六电容的第一端连接，第六电容的第二端接地；所述第七电阻的第一端与第六电容的第一端连接，第七电阻的第二端与第七电容的第一端连接，第七电容的第二端接地；所述第八电阻的第一端与第七电容的第一端连接，第八电阻的第二端与所述第二电压源的正极连接，第二电压源的负极接地。