[發明專利]用于PCR檢測儀快速恒溫的控制方法、控制裝置、PCR檢測儀

有效

• 申請號: 202210286777.3
• 申請日: 2022-03-23
• 公開（公告）號: CN114647186B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 吉俊利;周志圖;繆洪杰
• 申請（專利權）人: 無錫百泰克生物技術有限公司
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 劉紅陽

本發明公開了一種用于PCR檢測儀快速恒溫的控制方法、控制裝置和PCR檢測儀，所述的用于PCR檢測儀快速恒溫的控制方法中的全程運行積分分離法，當輸出量0usubgt;t/subgt;usubgt;max/subgt;時，引入積分，采用PID控制，usubgt;t/subgt;≥usubgt;max/subgt;或usubgt;t/subgt;≤0時，采用PD控制。在變溫階段采用時間最優PID控制算法和傳統PID控制算法進行升溫或降溫；在恒溫階段采用傳統PID控制算法；在變溫和恒溫切換時間點，采用溫度速定控制算法和自適應控制算法；本發明具有溫度控制精準、溫度變化效益優、變溫快、恒溫快和超調小的優點，可以保證最快速度達到目標值，縮短溫度上升和下降階段所需要的時間，且減少PCR在循環段溫度波形的震蕩和超調。

技術領域

本發明涉及PCR溫控技術領域，尤其涉及一種用于PCR檢測儀快速恒溫的控制方法、控制裝置、PCR檢測儀。

背景技術

核酸擴增技術目前包括常規數字聚合酶鏈反應技術、實時熒光數字聚合酶鏈反應技術以及等溫核酸擴增技術等，其中，數字聚合酶鏈反應技術(Polymerase?ChainReaction，簡稱PCR)，是一種用于擴增特定的DNA分子片段的分子生物技術，它以DNA分子為模板，由一對人工合成的特異寡核苷酸引物，通過DNA聚合酶酶促反應，快速擴增特異DNA分子片段，在生物學上具有極其重要的作用。PCR反應的基本過程分為三步。第一步，DNA變性(94℃)，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℃)，系統溫度降低，引物與DNA模板結合，形成局部雙鏈；第三步，延伸(72℃)，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，溫度控制的精度及升降溫的速度直接影響DNA片段擴增的效率。在傳統的PCR儀，比如檢測新型冠狀病毒的檢測，花費的時間就要2-3小時左右。

為了縮短檢測時長，實現qRT-PCR的快速化，其最主要是通過提高升降溫速率。為了實現大幅度提高升降溫速率，現有技術主要集中在以下三個方面：

(1)用薄壁0.1mL?PCR管/板，甚至使用如專利CN210945600U所述的體積更小的反應芯片，壁薄導熱迅速，加之反應體積小，升降溫變得更敏捷；

(2)壓縮熱循環各步驟的保持時間，根據模板片段長度，將退火15s縮短為5-10s，延伸時間由30s縮短至10-15s。如果引物的退火和延伸溫度相差無幾，則可將它們合并，將標準PCR程序變性96℃、56℃退火、72℃延伸三步為96℃變性、56℃延伸兩步后，可進一步縮短PCR運行時間；

(3)采用高擴增能力DNA聚合酶，這是實現快速PCR和PCR擴增穩產高產的關鍵。高合成能力Taq聚合酶所需的延伸時間僅需常規Taq聚合酶1/3-1/2的時間，即可維持較高擴增效率。