一种翻转位移全密封热盖系统的制作方法

1.本实用新型涉及基因检测技术领域，尤其涉及一种翻转位移全密封热盖系统。


背景技术：

2.在文库制备pcr过程中，为防止主反应孔样品中的水分蒸发并在pcr管盖上冷凝，通常需要对pcr管盖进行加热。使用热盖进行加热相较添加石蜡油防止蒸发的方法，避免了反应完成后石蜡油不易去除的问题，已经成为普遍使用的解决方案。
3.现有技术中采用的热盖大多来自于热循环仪结构，对应96孔板或pcr联排管的固定结构，在需要进行加热时，由电机驱动活动结构压紧pcr管盖并利用热盖(例如pi加热膜)对pcr管盖进行加热。现有技术中采用的热盖结构能够很好的实现pcr管盖加热，但是并不能直接适用在文库制备过程中。相较单纯的pcr热循环过程，文库制备过程更为复杂，除加热外，还需要使用移液器等部件进行加样、移液等操作，显然需要根据操作步骤控制热盖的打开、关闭并为其他功能部件(例如移液器)提供可用的操作活动空间，而不能只单独考虑热盖的加热效果；另一方面，为了保证制备所得文库可靠性，整个文库制备过程中均需要保持在密封状态下与外部环境完全隔离，确保样本不会受到污染，因此要求热盖的打开、关闭动作不能破坏卡盒整体的密封性。
4.由此可见，在文库制备过程中应用热盖技术所遇到的最大困难是需要实现热盖的大幅度活动位移以提供充分的操作空间，同时还需要保证热盖的位移动作在任何阶段均不能破坏卡盒的密封完整性。进一步的，对于一次性使用的卡盒来说，过于高昂的制作成本是不能被接受的，因此热盖结构还需要确保具有较低的制作成本和加工难度。并且，热盖结构体积不能过大，否则难以适用于内部空间有限的卡盒。


技术实现要素：

5.为解决现有技术的不足，本实用新型提出一种单自由度翻转位移全密封热盖系统，通过分离的外置式位移驱动结构带动卡盒内部的热盖进行单自由度翻转位移，实现所需的热盖位移活动并能够在热盖打开后保证pcr管正上方具有充足的有效操作空间供移液器等其他功能部件进行操作；单独设置在卡盒内的热盖可以简便的采用弹性密封材料保证位移过程中的卡盒密封性，且制造简便、成本低廉，特别是体积小巧适用于内部空间局促的仪器使用，是理想的文库制备过程热盖加热解决方案。
6.为实现以上目的，本实用新型所采用的技术方案包括：
7.一种翻转位移全密封热盖系统，其特征在于，包括相互之间不存在固定连接关系的热盖和位移驱动模块；
8.所述热盖通过转轴和弹性密封件可翻转位移的密封设置在卡盒壁面上，且所述热盖翻转至水平状态时朝向并对齐需要进行加热的反应孔；
9.所述位移驱动模块设置在卡盒外，并驱动热盖进行翻转位移。
10.进一步地，所述热盖在不受外力作用状态下通过所述弹性密封件的弹性停留在热
盖开启位置，所述热盖开启位置为所述热盖执行翻转抬起位移至限位的所在位置；所述位移驱动模块提供外力驱动所述热盖移动并停留在热盖关闭位置，所述热盖关闭位置为所述热盖执行翻转放下位移至水平状态限位并覆盖闭合所述反应孔的所在位置。
11.进一步地，所述弹性密封件包括可伸缩形变的薄膜结构弹性件，且所述弹性密封件不受外力作用情况下保持收缩状态并在外力作用产生拉伸的情况下提供趋向于返回收缩状态的作用力。
12.进一步地，所述弹性密封件包括硅胶膜或软橡胶膜。
13.进一步地，所述位移驱动模块至少驱动所述热盖进行翻转放下位移以及覆盖闭合并压紧所述反应孔。
14.进一步地，所述热盖包括翻板组件，所述翻板组件在热盖开启位置状态下的底部通过转轴可翻转位移的与卡盒连接，与转轴位置相对的顶部设置有对应反应孔的盖体，且所述反应孔至所述转轴的直线距离与所述盖体至所述转轴的直线距离相等；所述翻板组件朝向卡盒外的一侧完全覆盖设置有连接卡盒壁面外侧的弹性密封件。
15.进一步地，所述位移驱动模块包括推杆和压板，所述推杆通过水平进入位移推靠所述翻板组件进行翻转放下位移，所述压板通过垂直向下位移推靠所述翻板组件覆盖闭合并压紧所述反应孔；所述压板接触所述盖体一端设置有加热组件。
16.进一步地，所述位移驱动模块还包括相对卡盒固定设置的固定座和安装在所述固定座上的第一驱动电机、第二驱动电机以及水平传动块和垂直传动块；
17.所述第一驱动电机根据控制指令正反旋转驱动所述水平传动块带动推杆和压板进行水平方向位移；
18.所述第二驱动电机根据控制指令正反旋转驱动所述垂直传动块带动压板进行垂直方向位移。
19.进一步地，所述推杆固定连接在所述水平传动块上，所述压板固定连接在所述垂直传动块上，所述垂直传动块通过垂直导轨连接所述水平传动块并限定相对水平传动块进行垂直方向位移，所述水平传动块通过水平导轨连接所述固定座并限定相对固定座进行水平方向位移。
20.进一步地，所述第一驱动电机和第二驱动电机通过光电开关设置运动零点。
21.进一步地，所述推杆接触并推靠所述翻板组件的端部设置有滚轮。
22.进一步地，所述加热组件包括pi加热膜、陶瓷加热片、帕尔贴、硅胶发热片或云母发热片。
23.进一步地，所述加热组件还设置有温度传感器。
24.使用本实用新型翻转位移全密封热盖系统可以实现独特的驱动方法，其特征在于，使用第一驱动电机和第二驱动电机分别带动热盖执行翻转位移和压紧/放松反应孔完成热盖关闭位移操作或热盖开启位移操作。
25.进一步地，所述热盖关闭位移操作包括第一驱动电机正向旋转带动热盖翻转放下位移至反应孔正上方，第二驱动电机正向旋转带动热盖覆盖压紧反应孔；所述热盖开启位移操作包括第二驱动电机反向旋转解除对热盖驱动作用力使热盖松开反应孔，第一驱动电机反向旋转解除对热盖驱动作用力同时通过弹性密封件趋向于返回收缩状态的作用力带动热盖翻转抬起位移让出反应孔正上方空间。
26.进一步地，所述热盖关闭位移操作包括第一驱动电机正向旋转带动推杆水平进入位移推靠热盖翻转放下位移至反应孔正上方，第二驱动电机正向旋转带动压板垂直向下位移推靠热盖覆盖压紧反应孔；所述热盖开启位移操作包括第二驱动电机反向旋转带动压板垂直向上位移停止推靠热盖，使热盖松开反应孔，第一驱动电机反向旋转带动推杆水平退出位移停止推靠热盖，使热盖通过弹性密封件趋向于返回收缩状态的作用力带动执行翻转抬起位移让出反应孔正上方空间。
27.本实用新型的有益效果为：
28.采用本实用新型所述翻转位移全密封热盖系统对文库制备过程中的反应孔进行覆盖加热，能够在保证卡盒密封性完整的同时实现热盖结构依据操作需要执行翻转的单自由度位移，不会影响卡盒内其他功能部件对反应孔进行操作，避免由于热盖位移造成对样本的外部污染；同时，位移驱动模块与热盖相互之间不存在硬性连接，可以简便的将成本较高的位移驱动模块独立设置在卡盒之外，从而大幅降低卡盒的制造成本和制造难度，且结构整体体积小巧，更适合制作一次性使用的卡盒，也可以根据需要采用精度更高的驱动组件进而提升文库制备实验效率和准确性。
附图说明
29.图1为本实用新型翻转位移全密封热盖系统优选实施例三维示意图。
30.图2为本实用新型优选实施例热盖开启位置示意图。
31.图3为本实用新型优选实施例热盖翻转放下示意图。
32.图4为本实用新型优选实施例热盖关闭位置示意图。
33.图5为本实用新型优选实施例热盖开启位置的盖体组件示意图。
34.图6为本实用新型优选实施例热盖关闭位置的盖体组件示意图。
35.附图编号说明：11
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转轴、12
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翻板组件、13
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弹性密封件、21
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压板、212
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加热组件、213
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温度传感器、22
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推杆、23
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固定座、24
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第一驱动电机、25
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第二驱动电机、26
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水平传动块、261
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水平导轨、27
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垂直传动块、271
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垂直导轨、28
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光电开关、3
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反应孔、4
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卡盒。
具体实施方式
36.为了更清楚的理解本实用新型的内容，将结合附图和实施例详细说明。
37.在文库制备过程中使用热盖系统加热反应孔必须同时保证文库制备卡盒密封性完整和不影响其他功能部件可操作性的要求，即实质上要求热盖(盖体组件)不仅需要进行单一维度的垂直上下位移以正常实现热盖关闭、开启操作，还需要提供适当的位移方式保证热盖开启状态下能够让出反应孔正上方操作空间供卡盒内其他功能部件(例如移液器)对反应孔进行操作。更为复杂的位移要求不仅对卡盒密封带来问题，也会直接导致热盖结构更为复杂、成本更高，不能很好地适用于一次性使用的卡盒中。
38.为了解决热盖系统复杂位移、密封性和低成本之间的相对矛盾问题，本实用新型采用了热盖与位移驱动模块分开设置的方案。热盖由弹性密封件直接设置在卡盒上，与卡盒(卡盒壁面)形成整体，保证卡盒的密封性，并使用外置的位移驱动模块带动热盖进行需要的位移，实现热盖功能。在解决了复杂位移与密封性的同时，外置的位移驱动模块可以重复使用，降低了卡盒部分(一次性使用部分)的成本，脱离了成本限制的前提也便于依照需
要使用更高效的驱动组件，有助于提升文库制备效率和精确性。
39.图1至图4给出了本实用新型翻转位移全密封热盖系统的一种优选实施例，主要包括有热盖和位移驱动模块两部分组成。其中，热盖部分包括翻板组件12和弹性密封件13，并且，翻板组件12的一侧通过转轴11可旋转的连接在卡盒4的壁面上，使翻板组件12能够在外力驱动作用下相对卡盒4(卡盒4的壁面)以及反应孔3进行约为90
°
的翻转位移。如图5和图6所示，在优选实施例中，热盖开启位置为翻板组件12翻转抬起接近垂直的位置，热盖关闭位置为翻板组件12翻转放下使端部盖体与反应孔3平行对齐的位置。在翻板组件12上，盖体设置在转轴11相对的另一侧，因此盖体至转轴11的直线距离与反应孔3至转轴11的直线距离相等，以转轴11为轴进行翻转运动时，盖体与反应孔3处于同一个圆形路径上，进而可以通过单自由度的翻转位移实现热盖对齐反应孔3和热盖移开释放反应孔3正上方操作空间的要求。
40.优选的，在不受额外外力作用的情况下，翻板组件12通过弹性密封件13自身具有的弹性保持在热盖开启位置，且弹性密封件13的弹性能够在受到外力作用产生位移的情况下提供趋向于返回热盖开启位置的作用力。弹性密封件13优选的完整覆盖卡盒4连接有热盖(翻板组件12)的一面，提供充分的密封性。根据需求，弹性密封件13可以选用硅胶膜或软橡胶膜等材质制成的薄膜结构弹性件，由于卡盒4为一次性使用，弹性密封件13并不特别需要考虑使用耐久性，实际上，为了更好的控制成本，在满足使用要求的前提下弹性密封件13可以选择使用性能相对较低但成本便宜的部件。在优选实施例中，加热的功能并没有集成在热盖部分，也是为了更好的控制卡盒4成本，通过将加热功能集成在外置部件上实现重复利用，避免浪费；当然，本领域技术人员应可以没有任何障碍的理解，将加热的功能集成在热盖部分，例如直接集成在翻板组件12上，是可以想到并容易实现的，也不会对本实用新型的主要技术方案构成影响。
41.通过上述热盖部分，能够解决卡盒4的密封性问题，同时卡盒4的制造成本也能得到很好的控制，在此基础上，外置的位移驱动模块没有了严格的成本限制，因此可以依据需要选择合适的驱动结构。在优选实施例中，采用了一种双电机驱动结构，通过电机的正反旋转转化为压板21和推杆22的直线位移，进而通过推靠的方式带动热盖执行预定的位移。其中，第一驱动电机24用于提供水平方向位移动力，第二驱动电机25用于提供垂直方向位移动力。在优选实施例中，压板21和推杆22同步进行水平位移，但只有压板21执行对应第二驱动电机25旋转的垂直位移，因此，第一驱动电机24和第二驱动电机25之间存在从属关系，即第一驱动电机24具备最高执行级，当第一驱动电机24旋转时，压板21、推杆22以及第二驱动电机25均执行对应的水平位移，同时，第二驱动电机25在旋转时不会对推杆22以及第一驱动电机24造成影响，仅带动压板21执行对应的垂直位移。在结构上，采用具备对应位移方向限定的水平传动块26和垂直传动块27进行连接，压板21固定设置在垂直传动块27上，垂直传动块27通过垂直导轨271连接在水平传动块26上并可相对水平传动块26进行垂直位移；推杆22和第二驱动电机25均固定设置在水平传动块26上，水平传动块26通过水平导轨261连接在固定座23上并可相对固定座23进行水平位移；第一驱动电机24固定设置在固定座23上。需要进行位移操作时，第一驱动电机24旋转带动水平传动块26进行水平位移，进而设置在水平传动块26上的第二驱动电机25、推杆22、垂直传动块27、垂直导轨271以及压板21均同步进行水平位移；第二驱动电机25旋转带动垂直传动块27进行垂直位移，仅带动设置在
垂直传动块27上的压板21同步进行垂直位移。优选的，第一驱动电机24和第二驱动电机25可以采用光电开关28控制，能够实现较高精度的位移控制。
42.通过上述结构的位移驱动模块，已经可以实现压板21和推杆22依据需要进行位移，同时设置在压板21一端的加热组件213可以在压板21垂直向下位移时对齐接触压紧翻板组件12，进而组合成为完整的具有加热能力的热盖，实现对反应孔3的封闭加热操作；优选的，在加热组件213上靠近发热源的位置，设置有温度传感器214，根据温度传感器214探测到的实时温度可以实现对加热组件213控制进而灵活调整热盖(反应孔3)的加热温度。如上所述，将加热组件213设置在压板21上主要目的在于进一步降低卡盒4成本和结构复杂度，尽可能实现更多功能部件的可重复利用，根据实际需求也可以采用将加热组件213集成于翻板组件12上(集成于卡盒4)的设计。
43.由于推杆22需要对热盖进行推靠，为了避免划破或磨损弹性密封件13，优选的在推杆22的端部设置滚轮，通过滚轮接触转动可以实现平滑、顺畅的推靠动作，并保护弹性密封件13。
44.使用如优选实施例所示热盖系统时，热盖(翻板组件12)常态处于热盖开启位置，依据控制指令，第一驱动电机24正向旋转带动压板21和推杆22水平进入位移，此时推杆22接触并推靠热盖(翻板组件12)，推动翻板组件12进行翻转放下位移；当推杆22带动热盖至预设位置，使盖体垂直对齐反应孔3后，第二驱动电机25正向旋转带动压板21垂直向下位移，压板21推靠压紧热盖(翻板组件12)使盖体闭合反应孔3，热盖保持在热盖关闭位置。当加热过程结束时，依据控制指令，第二驱动电机25反向旋转带动压板21执行垂直向上位移，释放与热盖(翻板组件12)之间的接触，翻板组件12在弹性密封件13的弹性复位作用力作用下完全脱离反应孔3；第一驱动电机24反向旋转带动压板21和推杆22水平退出位移，推杆22释放对热盖(翻板组件12)的推靠作用力，翻板组件12在弹性密封件13的复位作用力带动下翻转抬起返回至热盖开启位置。
45.通过上述优选实施例能够实现使用双电机驱动热盖进行翻转位移和加热组件压紧操作，但如图1至图6所示具体结构仅为技术人员便于理解本实用新型技术方案的示意性结构，本领域技术人员在应用本实用新型的过程中可以根据需求选择任意适合的驱动结构匹配实现热盖的翻转单自由度位移。
46.以上所述仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换等都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。