一種pcr儀的溫度控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及自動控制技術領域，尤其是涉及一種PCR儀的溫度控制方法。
【背景技術】
[0002]生命科學儀器的發(fā)展為生命科學提供了有效工具和強有力的研究手段。使其從細胞水平上的研究飛躍發(fā)展到分子層次上的深入研究。離開這些現(xiàn)代化生命科學儀器的支撐，許多重大的研究項目和工程都將舉步維艱。PCR儀器是一種應用廣泛、十分重要的生命科學儀器。聚合酶鏈式反應(polymerase chain react1n,PCR)是一種體外快速擴增特異性DNA片段的酶學方法，其PCR反應的基本過程分為三步。第一步，DNA變性(94°C )，雙鏈DNA模板在熱作用下氫鍵斷裂，形成單鏈DNA ;第二步，退火(55°C )，系統(tǒng)溫度降低，引物與DNA模板結合，形成局部雙鏈；第三步，延伸(72°C )，在Taq酶的作用下，以dNTP為原料從引物的5端到3端延伸，合成與模板互補的DNA鏈。PCR儀就是通過控制樣品達到不同溫度，對被擴增的DNA片段進行變性、退火和聚合處理，以達到將DNA片段的量成倍擴增的目的。因此，溫度控制的精度，尤其是各個溫度值的時間控制，直接影響DNA片段擴增的效率。
[0003]現(xiàn)有的PCR儀溫度控制方法通常都只對樣品基座底部進行溫度采樣和控制，沒有考慮樣品基座的側壁與外圍空氣的對流換熱對基座溫度均勻性的影響，從而達不到較高的控溫精度，影響了 DNA片段擴增的效率。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術中的不足，提供一種快速、精確的PCR儀的溫度控制方法，能夠同時對樣品基座的底座和側壁的溫度進行控制，有效解決了現(xiàn)有溫度控制方法精度不高，DNA片段擴增的效率低等問題。
[0005]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是:一種PCR儀的溫度控制方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0006]步驟一，溫度信號檢測:采用三個溫度傳感器分別對PCR儀各部分的溫度進行檢測；所述PCR儀包括由底座和側壁組成的樣品基座、設置在所述樣品基座上用于放置試管的反應槽、設置在所述反應槽正上方用于維持所述試管頂部溫度以防止試液蒸發(fā)在所述試管頂部形成冷凝水的熱蓋；所述溫度信號檢測方式如下:
[0007]采用第一溫度傳感器對分布在底座中間部分的反應槽溫度進行實時檢測，以獲得第一溫度信號；
[0008]采用第二溫度傳感器對靠近側壁的反應槽溫度進行實時檢測，以獲得第二溫度信號;
[0009]采用第三溫度傳感器對熱蓋的溫度進行實時檢測，以獲得第三溫度信號；
[0010]步驟二，溫度信號處理:采用信號采集與處理電路對所述第一溫度信號、第二溫度信號和第三溫度信號分別進行采集和處理；所述信號采集與處理電路包括依序連接的信號隔離電路、放大濾波電路和A/D轉換電路；所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器均與信號隔離電路相接；所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器將檢測到的溫度信號分別經(jīng)信號隔離電路傳輸給放大濾波電路；放大濾波電路對所述溫度信號進行放大和濾波處理，然后傳輸給A/D轉換電路;A/D轉換電路將所述溫度信號轉換為數(shù)字量后傳輸給主控芯片；
[0011]步驟三，PID參數(shù)計算:主控芯片一方面將溫度數(shù)據(jù)存儲在與其相接的EPROM存儲器中，另一方面通過USB接口傳輸給PC機；PC機將接收到的溫度信號與預設溫度值進行比較，得出溫度偏差值，然后采用預設軟件算法根據(jù)溫度偏差值和偏差的變化率計算出比例控制系數(shù)、積分控制系數(shù)和微分控制系數(shù)，并向主控芯片發(fā)出溫度控制命令；
[0012]步驟四，控制命令接收，溫度實時調節(jié):主控芯片接收到所述溫度控制命令后，根據(jù)所述比例控制系數(shù)、積分控制系數(shù)、微分控制系數(shù)和溫度偏差值對PCR儀的溫度進行調節(jié)，包括以下方式:
[0013]采用第一溫控電路對底座的溫度進行調節(jié)；
[0014]采用第二溫控電路對側壁的溫度進行調節(jié)；
[0015]采用加熱電路將熱蓋加熱到設定溫度；
[0016]所述第一溫控電路和第二溫控電路均包括依次連接的光電耦合器、D/A轉換電路、功率放大驅動電路和半導體制冷片，所述半導體制冷片的數(shù)量為多個，且多個所述半導體制冷片分別貼裝在底座的底面和側壁的四周；所述第一溫控電路分別與主控芯片和底座相接，所述第二溫控電路分別與主控芯片和側壁相接，所述加熱電路分別于主控芯片和熱蓋相接；
[0017]步驟五，溫度控制曲線實時顯示:主控芯片根據(jù)檢測到的溫度信號和PCR儀的運行工況，通過內部集成的圖形生成軟件得出溫度控制曲線，并在LCD顯示器上實時顯示出來以供參考；所述IXD顯示器與主控芯片相接。
[0018]上述一種PCR儀的溫度控制方法，其特征是:所述比例控制系數(shù)、積分控制系數(shù)和微分控制系數(shù)的計算方法為遺傳算法。
[0019]上述一種PCR儀的溫度控制方法，其特征是:所述遺傳算法計算所述比例控制系數(shù)、積分控制系數(shù)和微分控制系數(shù)時采用的是格雷碼編碼方式。
[0020]上述一種PCR儀的溫度控制方法，其特征是:所述主控芯片為ARM微處理器。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點:步驟簡單、實現(xiàn)方便、控制精度高；能夠同時對樣品基座的底座和側壁的溫度進行控制，保證了樣品基座溫度分布的均勻性，使樣品基座的每個反應槽的溫度以及溫度保持的時間控制精確，有效解決了現(xiàn)有溫度控制系統(tǒng)精度不高，DNA片段擴增的效率低等問題。
[0022]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的流程圖。
【具體實施方式】
[0024]如圖1所示，本發(fā)明包括以下步驟:
[0025]步驟一，溫度信號檢測:采用三個溫度傳感器分別對PCR儀各部分的溫度進行檢測；所述PCR儀包括由底座和側壁組成的樣品基座、設置在所述樣品基座上用于放置試管的反應槽、設置在所述反應槽正上方用于維持所述試管頂部溫度以防止試液蒸發(fā)在所述試管頂部形成冷凝水的熱蓋；所述溫度信號檢測方式如下:
[0026]采用第一溫度傳感器對分布在底座中間部分的反應槽溫度進行實時檢測，以獲得第一溫度信號；
[0027]采用第二溫度傳感器對靠近側壁的反應槽溫度進行實時檢測，以獲得第二溫度信號;
[0028]采用第三溫度傳感器對熱蓋的溫度進行實時檢測，以獲得第三溫度信號；
[0029]步驟二，溫度信號處理:采用信號采集與處理電路對所述第一溫度信號、第二溫度信號和第三溫度信號分別進行采集和處理