[发明专利]基因扩增仪

说明书

本发明涉及一种遗传学实验中使用的具有特殊结构和功能的基因（DNA）扩增仪，也称聚合酶链反应（Palymerase    Ch    in    Reaction）仪，即PCR仪。

到目前为止，有两种类型的基因扩增仪正被人们所使用。一种是用三个恒温水浴槽，连同机械操作臂进行操作，其缺点是：体积大、功能少、不方便、成本高、操作复杂。另一种是美国生产的GTC-1型基因扩增仪，这种仪器虽然较先进，但也有其缺点：冷却循环仍要求用循环水冷却降温，操作中仍要连接进出水管，操作复杂，加热过程中由于有冷却水的存在，其温  曲线的上升速率较慢，冷却的下限温度受冷却水的限制，由于仪器内有水的存在，整个仪器系统的安全性较差，对仪器寿命有不利影响。

本发明的目的是将半导体致冷技术、片状PTC元件加热技术和计算机模糊控制理论引入基因扩增仪，使整个仪器的性能指标有了质的飞跃。本发明提出的方案能克服现有仪器的缺点，具有升降温快、易操作、功能强、成本低的优点，是一种全干式无水工作的基因扩增仪。由于在发明中使用了半导体致冷技术，使无水操作成为可能，提高了整个系统的安全性，延长了仪器的寿命。又因为在温度的控制上考虑了热惯性因子，以温度变化导数和阈值参数为条件，按模糊控制理论推导出拟合控制方案，从而使本仪器具有升降温曲线好，控温准确，简化操作的优点。

本发明的特点是：

1.有一个特殊形状的工作槽金属块[1]，其上开有加热槽面[12]、致冷槽面[13]、样品槽孔[14]和测温槽孔[15]，其材料为热的良导体，一般用铜合金或铝合金。要求其热惯性因子要小。

2.加热部件采用片状带薄云母绝缘片的PTC加热元件[23]，由于是具有正温度系数的加热元件，因而既提高了热效率，又加强了安全性，同时还减小了体积。

3.致冷部件采用热电隅式半导体温差致冷元件[35]，实现了无水冷却降温，将其电源极性反接又可以使半导体致冷元件发热，从而实现保温的功能。

4.整个系统的温控、显示、输入参数及定时，均由一片8位单片计算机[4]来进行自动控制，使用操作极为简单，功能得到很大的扩展。

5.温度控制采样为可自动校准温度探头的数字式温度计[5]，省去了调校温度计的麻烦，简化了操作手续，提高了控制精度。

6.计算机温控软件上，考虑了热惯性因子，以温度变化导数和阈值为条件，引入模糊控制理论，按设定的温度变化曲线推导出拟合控制方案，使温度的变化更快更准确，减小了温度过渡区间。

附图1是本发明基因扩增仪的工作原理示意图。

附图2是本发明基因扩增仪的工作槽块结构示意图。

附图3是本发明基因扩增仪的工作曲线图。

附图4是本发明基因扩增仪的加热部件原理图。

附图5是本发明基因扩增仪的制冷部件原理图。

附图6是本发明基因扩增仪的计算机控制原理图。

附图7是本发明基因扩增仪的程控电源原理示意图。

结合附图进一步描述本发明基因扩增仪的工作原理：

本发明所涉及的新型基因扩增仪是由特殊形状的工作槽金属块[1]、片状PTC加热部件[2]、半导体致冷部件[3]、控制计算机[4]、自校准数字温度计[5]、程控电源[6]、高精度定时器[7]、风冷散热器[8]、隔热器[9]、专用监控程序电路[10]、及外壳和操作面板[11]组成。工作槽金属块[1]是由其底部的片状PTC加热部件[2]加热升温，由贴在其四周的半导体致冷部件[3]致冷降温，并由风冷散热器[8]直接散热;控制计算机[4]通过探头设在工作槽金属块[1]内的自校准数字温度计[5]获得输入温度数据，按专用监控程序电路[10]内所设置的程序，经查询高精度定时器[7]计算后输出控制信号送至程控电源[6]，由程控电源[6]控制片状PTC加热部件[2]或半导体致冷部件[3]的工作;程序由外壳及操作面板[11]上的键盘和显示器输入和显示;隔热器[9]压在工作槽金属块[1]上防止热量散失。