[发明专利]一种PCR仪的温度控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，尤其是涉及一种PCR仪的温度控制方 法。

背景技术

生命科学仪器的发展为生命科学提供了有效工具和强有力的研究手 段。使其从细胞水平上的研究飞跃发展到分子层次上的深入研究。离开这 些现代化生命科学仪器的支撑，许多重大的研究项目和工程都将举步维 艰。PCR仪器是一种应用广泛、十分重要的生命科学仪器。聚合酶链式反 应(polymerasechainreaction，PCR)是一种体外快速扩增特异性DNA片 段的酶学方法，其PCR反应的基本过程分为三步。第一步，DNA变性(94 ℃)，双链DNA模板在热作用下氢键断裂，形成单链DNA；第二步，退火(55 ℃)，系统温度降低，引物与DNA模板结合，形成局部双链；第三步，延 伸(72℃)，在Taq酶的作用下，以dNTP为原料从引物的5端到3端延伸， 合成与模板互补的DNA链。PCR仪就是通过控制样品达到不同温度，对被 扩增的DNA片段进行变性、退火和聚合处理，以达到将DNA片段的量成倍 扩增的目的。因此，温度控制的精度，尤其是各个温度值的时间控制，直 接影响DNA片段扩增的效率。

现有的PCR仪温度控制方法通常都只对样品基座底部进行温度采样和 控制，没有考虑样品基座的侧壁与外围空气的对流换热对基座温度均匀性 的影响，从而达不到较高的控温精度，影响了DNA片段扩增的效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一 种快速、精确的PCR仪的温度控制方法，能够同时对样品基座的底座和侧 壁的温度进行控制，有效解决了现有温度控制方法精度不高，DNA片段扩 增的效率低等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种PCR仪的温度控 制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，温度信号检测：采用三个温度传感器分别对PCR仪各部分的 温度进行检测；所述PCR仪包括由底座和侧壁组成的样品基座、设置在所 述样品基座上用于放置试管的反应槽、设置在所述反应槽正上方用于维持 所述试管顶部温度以防止试液蒸发在所述试管顶部形成冷凝水的热盖；所 述温度信号检测方式如下：

采用第一温度传感器对分布在底座中间部分的反应槽温度进行实时 检测，以获得第一温度信号；

采用第二温度传感器对靠近侧壁的反应槽温度进行实时检测，以获得 第二温度信号；

采用第三温度传感器对热盖的温度进行实时检测，以获得第三温度信 号；

步骤二，温度信号处理：采用信号采集与处理电路对所述第一温度信 号、第二温度信号和第三温度信号分别进行采集和处理；所述信号采集与 处理电路包括依序连接的信号隔离电路、放大滤波电路和A/D转换电路； 所述第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器均与信号隔离电 路相接；所述第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器将检测 到的温度信号分别经信号隔离电路传输给放大滤波电路；放大滤波电路对 所述温度信号进行放大和滤波处理，然后传输给A/D转换电路；A/D转换 电路将所述温度信号转换为数字量后传输给主控芯片；

步骤三，PID参数计算：主控芯片一方面将温度数据存储在与其相接 的EPROM存储器中，另一方面通过USB接口传输给PC机；PC机将接收到 的温度信号与预设温度值进行比较，得出温度偏差值，然后采用预设软件 算法根据温度偏差值和偏差的变化率计算出比例控制系数、积分控制系数 和微分控制系数，并向主控芯片发出温度控制命令；

步骤四，控制命令接收，温度实时调节：主控芯片接收到所述温度控 制命令后，根据所述比例控制系数、积分控制系数、微分控制系数和温度 偏差值对PCR仪的温度进行调节，包括以下方式：

采用第一温控电路对底座的温度进行调节；

采用第二温控电路对侧壁的温度进行调节；

采用加热电路将热盖加热到设定温度；

所述第一温控电路和第二温控电路均包括依次连接的光电耦合器、 D/A转换电路、功率放大驱动电路和半导体制冷片，所述半导体制冷片的 数量为多个，且多个所述半导体制冷片分别贴装在底座的底面和侧壁的四 周；所述第一温控电路分别与主控芯片和底座相接，所述第二温控电路分 别与主控芯片和侧壁相接，所述加热电路分别于主控芯片和热盖相接；