[发明专利]一种核酸检测扩增反应微通道温控装置及方法

说明书

一种核酸检测扩增反应微通道温控装置及方法，涉及微通道温控装置及方法。装置包括核酸扩增反应模块、升/降温模块、微通道冷却模块和微控制器模块；核酸扩增反应模块和微通道冷却模块分别安装在升/降温模块的上、下两面；核酸扩增反应模块包括反应板、反应柱和反应管；升/降温模块与反应板底部贴合安装，通过微控制器模块实现反应模块的升/降温以及温度控制；微通道冷却模块包括微通道板、微通道盖板、液体管、散热风扇、冷凝器、储液器和水泵；反应柱、热电制冷片和冷凝器出口均设置有热电偶，用于采集温度信号。不使用外层保温材料，提高温度分布均匀性，降低成本、提高生产操作便捷性。提高热电制冷片功率，提高反应模块升/降温速率。

技术领域

本发明涉及微通道温控装置及方法，具体是涉及一种核酸检测扩增反应微通道温控装置及方法。

背景技术

近年来，随着基因技术的发展，核酸检测发挥着越来越重要的作用。在临床上，通过核酸检测，可以提前发现病变，尽早治疗，从而提高治愈率。当前，传染病流行，各种病毒肆虐，严重影响了人们的身体健康。新冠肺炎在全球流行，已经造成了数百万人感染。新冠肺炎潜伏期长，而且存在无症状感染着，给疫情的防控和治疗带来巨大挑战。当前最主要的防疫手段是进行大规模核酸检测，做到早发现、早隔离、早治疗，已经在我国取得了良好防疫效果。

由于采集的核酸检测样品浓度偏低，现有设备难以检测，需要采用特殊的方式提高核酸浓度。目前，常用的方式为聚合酶链反应Polymerase Chain Reaction(简称PCR反应)，利用DNA可在一定条件下发生变性，解离成单链，然后与异源核酸形成双链的特性，先将模板基因热变性，通过降温使引物与单链DNA的互补序列复性，形成模板与引物复合物(退火)，然后以引物为固定起点，用耐热DNA聚合酶，由5′至3′方向合成DNA(引物延伸)“变性-退火-延伸”即为一个循环，经过20～30次循环，使核酸扩增2ⁿ倍，并进行核酸检测。聚合酶链反应敏感性高、特异性强、简便快捷，是有效的核酸扩增手段。

由于核酸扩增反应需要对样品进行多次升/降温操作，且对升/降温速率提出了严格的要求，一般要求样品的升温和降温速率不低于5℃/s。目前市面上的核酸检测设备，采用的是热电制冷片和翅片的散热方式，由于翅片的散热效率低，只能采用功率较低的热电制冷片，导致反应模块内样品的升/降温速率到不到要求。尤其是在降温过程中，热电制冷片工作时热端产生大量的热量，翅片无法及时导出热量，导致热量反窜到冷端，进一步降低了制冷效果，降温速率远无法满足当前检测要求。另一方面，由于反应模块外围的反应柱、反应管与周围空气发生热量交换，各个样品的温度不一致，导致样品扩增后的核酸浓度不一致，严重影响了检测敏感性和准确性。因此，提出一种核酸检测扩增反应的高效温控方法，对提高核酸检测准确性和敏感性、缩减检测时间，具有重要的实际应用意义。

发明内容

本发明的目的在于为了克服现有技术存在的上述不足，提供一种核酸检测扩增反应微通道温控装置及方法。该装置以热电制冷片为升/降温模块，反应板设计为内外相互嵌套的多层结构，从外层到内层导热率逐渐递增；反应柱采用导热率不同的材料，其中外层采用低导热率材料，内层采用高导热率材料。

本发明的另一目的在于提供一种核酸检测扩增反应微通道温控方法。该方法可以防止由于外侧与空气热量交换导致的温度降低，提高反应模块的温度均匀性。采用微通道作为热沉，借助热电制冷片，将反应模块的热量储存或者释放，可实现反应模块的快速升温和降温，降低能量消耗。热电制冷片工作产生的热量通过散热风扇散到空气中，维持整个系统的热平衡。

所述核酸检测扩增反应微通道温控装置包括核酸扩增反应模块、升/降温模块、微通道冷却模块和微控制器模块；所述核酸扩增反应模块和微通道冷却模块分别安装在升/降温模块的上、下两面；

所述核酸扩增反应模块包括反应板、反应柱和反应管，所述反应柱安装在反应板的孔内，用以固定反应柱，反应管套设在反应柱内；

所述升/降温模块为热电制冷片，与反应板底部贴合安装，通过微控制器模块可实现反应模块的升/降温以及温度控制；