[发明专利]一种面向空间的微体积单位的实时荧光PCR工作系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种面向空间的微体积单位的实时荧光PCR工作系统，主要适用于在失重条件下的空间范围内应用的实时荧光PCR工作，属于生物学、分析化学及医学检测领域。

背景技术

随着我国载人航天技术的日趋成熟，航天任务周期的逐渐延长，对航天员健康保障的要求也会越来越高。航天器中处于非监控状态的微生物严重威胁航天员的健康。美俄中长期飞行的相关结果显示，乘员舱内检测出了234种微生物，细菌共有40个属，108个种，其中致病性细菌有20余种，这些病原菌能导致航天员感染多种疾病，乃至影响飞行任务的顺利完成。长期航天飞行中，微生物菌群的增长及菌株变异会影响仪器设备的性能及工作环境条件，对航天器及其仪器设备的正常运行产生危害。同时，航天飞行器上携带有能在太空环境下生存的微生物，有可能通过人类或航天器带到空间站、火星表面，会对人类研究太空生命形式造成不利影响。为了预防空间飞行中感染性疾病的发生、传播和进行有效治疗，必须严密监控航天器中的微生物。

聚合酶链式反应(PCR)是一种在体外模拟自然DNA复制过程的核酸扩增技术，由高温热变性(94℃左右)、低温退火复性(50～60℃)和适温延伸(72℃)组成一个周期，一个循环可以使DNA总量增加一倍，可以把痕量的遗传物质迅速而简便的扩增百万倍，再使用基于FRET(荧光共振能量传递技术)进行荧光实时检测，根据荧光强度以及强度相对变化的信息，可对PCR产物进行定性定量分析。

基于上述原理的实时荧光定量PCR仪，可达到对空间范围内作业的航天器内微生物的的监测。实时定量PCR仪采用激光器或荧光激发光源进行实时监测，保证稳定无干扰的荧光激发，由一系列透镜、滤镜和一个双色镜组成光学系统将激发荧光聚焦到光谱仪上，光谱仪以间隔的方式将荧光按照波长的不同分开，进入电荷耦合元件(CCD相机)或光电倍增管，序列检测应用软件从电荷耦合元件(CCD相机)或光电倍增管中收集这些荧光信号，对数据进行分析。目前为止，基于上述反应及检测原理的商品化的PCR仪种类繁多。国外的品牌主要有ABI、Roche、MJ、Bio-Rad、Stratagene、Corbtt、Cepheid等，国内的杭州博日、广州达安基因和上海枫岭等。

显然这类仪器对于进行空间作业要求的实时荧光PCR工作有着以下缺点：

1、体积庞大，不利于携带。由于光电倍增管或电荷耦合元件自身的体积就很大，而且又是分体使用，需要有配套的光路系统，致使整个荧光微光谱检测系统的体积庞大，很难再进行微小化。

2、由于光激发单元和光接收单元在传输时使用许多光纤作为光传输系统，不可避免在光纤耦合过程中存在光能量损耗，使得整个检测系统灵敏度的提高受到严重限制。

3、由于在激发光传导和反射光采集时需要各类光学器件和光纤组成的光路进行光传输，这影响了光谱检测系统在实际使用中的稳定性。

4、由于检测并未达到零距离接触的测量方式，使得微光谱检测受到非检测对象物质，如组成微通道壁物质的干扰，造成测量误差。

发明内容

本发明涉及一种面向空间的微体积单位的实时荧光PCR工作系统，主要用于在空间范围失重条件下应用的，对PCR反应进行实时荧光检测。目的在于将温度循环控制装置、激发光传导装置、荧光光谱检测装置这三个部分集成，实现适用于空间作业要求的便携式微型化PCR荧光实时检测系统，达到功能集成、结构缩微、重量轻体积小全自动检测的目标。

为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种面向空间的微体积单位的实时荧光PCR工作系统，其包括有组成温度循环控制装置的陶瓷制冷片1，电热膜2，硬质透明塑料3，导热通道8，温度传感器9，橡胶活塞10；作为激发光单元的LED发光二极管4，激发光滤光片5，作为荧光光谱检测装置的硅光电池6，检测光滤光片7；还包括有用于控制陶瓷制冷片1制冷，电热膜2加热的外接微处理器、对于控制参数进行输入和输出的键盘及显示屏。