一种变色核酸检测系统的制作方法

1.本实用新型涉及核酸检测技术领域，具体涉及一种变色核酸检测系统。


背景技术：

2.核酸检测系统是一种用于进行核酸检测的系统，具精度高的优点，在病毒检测领域得到了广泛的应用。
3.实时荧光pcr检测系统是目前最常用的核酸检测的系统，通过试剂中的荧光来检测是否有某种病毒的存在以及病毒的浓度，但是，相关的实时荧光pcr检测系统检测速度慢。


技术实现要素：

4.针对实时荧光pcr检测系统检测速度慢的技术问题，本实用新型提供了一种变色核酸检测系统，它的检测速度快，且成本低。
5.为解决上述问题，本实用新型提供的技术方案为：
6.一种变色核酸检测系统，包括：
7.壳体；
8.与所述壳体活动连接的盖体；
9.连接于所述壳体内部的传热件，所述传热件内设有一个以上容纳槽和一个以上光线通道，所述光线通道连通于所述容纳槽的底面或侧面，所述容纳槽用于容纳试管；
10.一个以上发光单元，用于通过容纳槽的开口对所述试管出射可见光；
11.成像单元，用于对所述光线通道出射的光线进行成像；
12.散光器或光纤连接头；
13.连接于所述传热件上的温控单元；
14.与所述发光单元、成像单元以及温控单元均连接的控制器。
15.可选的，所述发光单元集成在所述盖体中。
16.可选的，所述散光器或光纤连接头安装于所述光线通道内。
17.可选的，还包括连接于所述壳体底部的反光镜，所述反光镜的一端和所述散光器相对而设，所述反光镜的另一端和所述成像单元相对而设。
18.可选的，还包括光纤单元，所述光纤单元的一端和所述光纤连接头连接，所述光纤单元的另一端和所述成像单元相对而设。
19.可选的，所述光纤单元包括：
20.光纤成像板；
21.多个光纤本体；
22.其中，所述光纤本体的一端和所述光纤连接头连接，所述光纤本体的另一端和所述光纤成像板连接，所述光纤成像板远离所述光纤本体的一端和所述成像单元相对而设。
23.可选的，所述成像单元为一个以上摄影成像单元。
24.可选的，所述成像单元为一个以上扫描成像单元。
25.可选的，还包括通讯单元，所述通讯单元和所述控制器以及终端均通讯连接。
26.可选的，还包括与所述控制器连接的显示单元。
27.采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
28.1).散光器用于通过来自试管的光线，并使得不均匀的光线变为均匀的光线，从而有效增加通过散光器后的光线的均匀性，进而增加进入成像单元的光线的均匀性，有利于提高成像单元的成像精度，其中，散光器具体可以为内部含有众多高散射微粒乳白色的塑料；
29.2).本变色核酸检测系统是恒温变色pcr快速核酸检测系统，比实时荧光pcr检测系统的工作效率更高，能够比实时荧光pcr检测系统获得更快的检测结果，其检测时间短，可以和抗原检测的速度相媲美；
30.3).本变色核酸检测系统是恒温变色pcr快速核酸检测系统，比普通的抗体检测的检测精度高很多，在类似的快速出检测结果的条件下，不容易产生误诊漏诊，不需要在做完抗体检测后再做一次核酸重复检测，节省人力和费用。
31.4).通过一个成像单元替代多个光谱颜色检测通道，可以大幅降低恒温变色pcr快速核酸检测系统的成本，有利于大规模的推广和使用；
32.5).成像单元中的一个或以上的摄像头或者相机的成本低廉，适用于从小到大(从最少的1管到目前已知的最多的1536管)的各类pcr快速检测系统，可以大幅降低各种规模大小的恒温变色pcr快速核酸检测系统的成本，有利于大规模的推广和使用；
33.6).通过反光镜进行光路折叠，增加成像单元的成像角度以及增加成像单元的数量等方式，来增加成像单元的工作距离，减少设备的高度，对设备的小型化较为有利；
34.7).通过光纤单元将试管底部的光线导入到一块光纤成像板中，然后在对光纤成像板进行成像，可以大幅降低设备的高度，让本专利的设备在桌面或者多层的架子上使用起来更加方便；
35.8).用扫描仪或者复印机中的扫描成像头来取代一个或者多个摄像头或者相机，来进一步降低设备的高度，让本专利的设备在桌面或者多层的架子上使用起来更加方便，扫描仪的成像头还可以和光纤成像板配合使用，让设备的成像变得更加灵活，设备变得更加扁平化；
36.9).可以实现模块化的设计来满足不同的检测需求，模块化的传热件可以最大程度地满足各类客户的各种需求，既能够为客户提供升级的服务，来应对为了可能的日益增长的需求，还可以大幅减少设备因为需要返厂维修而导致的无法检测的时间。
附图说明
37.图1为本实用新型实施例提出的变色核酸检测系统的结构示意图之一；
38.图2为本实用新型实施例提出的变色核酸检测系统的结构示意图之二；
39.图3为本实用新型实施例提出的变色核酸检测系统的结构示意图之三；
40.图4为本实用新型实施例提出的变色核酸检测系统的结构示意图之四；
41.图5为本实用新型实施例提出的变色核酸检测系统的结构示意图之五；
42.图6为本实用新型实施例提出的变色核酸检测系统的结构示意图之六；
43.图7为本实用新型实施例提出的变色核酸检测系统的结构示意图之七；
44.图8为本实用新型实施例提出的变色核酸检测系统的结构示意图之八；
45.图9为本实用新型实施例提出的变色核酸检测系统的结构示意图之九；
46.图10为本实用新型实施例提出的变色核酸检测系统的结构示意图之十；
47.图中：1、壳体；2、盖体；3、传热件；31、容纳槽；32、光线通道；4、发光单元；5、散光器；61、加热元件；62、温度传感器；7、成像单元；8、反光镜；9、把手；10、光纤单元；101、光纤成像板；102、光纤本体；11、通讯单元；12、显示单元；110、控制器；111、转动轴；112、试管；113、样品；114、光纤连接头。
具体实施方式
48.为进一步了解本实用新型的内容，结合附图及实施例对本实用新型作详细描述。
49.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。本实用新型中所述的第一、第二等词语，是为了描述本实用新型的技术方案方便而设置，并没有特定的限定作用，均为泛指，对本实用新型的技术方案不构成限定作用。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。同一实施例中的多个技术方案，以及不同实施例的多个技术方案之间，可进行排列组合形成新的不存在矛盾或冲突的技术方案，均在本实用新型要求保护的范围内。
50.实施例1
51.结合附图1-10，本实施例提供了一种变色核酸检测系统，包括：
52.壳体1；
53.与壳体1活动连接的盖体2；
54.连接于壳体1内部的传热件3，传热件3内设有一个以上容纳槽31和一个以上光线通道32，光线通道32连通于容纳槽31的底面或侧面，容纳槽31用于容纳试管112；
55.一个以上发光单元4，用于通过容纳槽31的开口对试管112出射可见光；
56.成像单元7，用于对光线通道32出射的光线进行成像；
57.散光器5或光纤连接头114；
58.连接于传热件3上的温控单元；
59.与发光单元4、成像单元7以及温控单元均连接的控制器110。
60.具体的，壳体1和盖体2活动连接，便于启闭壳体1，且为了便于两者发生相对转动，
两者之间通过转动轴111连接；传热件3通过壳体1的支撑，用于承载容纳槽31，容纳槽31用于容纳具有样品113的试管112，其中，传热件3的数量为一个或多个，当传热件3的数量为一个时，传热件3可以含有多个容纳槽31，当传热件3的数量为多个时，传热件3会含有一个或者多个容纳槽31，从而可以容纳多个试管112，传热件3的具体数量可以为1个、8个或者12个等等，适用于较大通量的恒温变色pcr快速检测，其中，传热件3的材质具体可以为铝、铜以及银等导热性能较好的金属材质；发光单元4可与盖体2集成在一起，用于发出光线，由于发光单元4位于容纳槽31的一侧，便于发光单元4发出的光线进入位于容纳槽31的试管112内，其中，发光单元4具体可以为led发光单元等；散光器5用于通过来自试管112的光线，并使得不均匀的光线变为均匀的光线，从而有效增加通过散光器5后的光线的均匀性，进而增加进入成像单元7的光线的均匀性，有利于提高成像单元7的成像精度，其中，散光器5具体可以为内部含有众多高散射微粒乳白色的材料；温控单元通过传热件3的热传导，使得传热件3维持恒温，从而使得试管112维持恒温；成像单元7位于壳体1内部，能够对所有试管112进行直接成像，从而有效提高检测速度，其中，成像单元7具体可以为摄影成像单元或扫描成像单元；控制器110用于接收来自温控单元的信号，并控制温控单元的启闭，从而便于温控单元维持恒温，控制器110还用于接收来自成像单元7的信号；为了提高测量精度，还可以使用图像处理算法来对试管112底部的光斑做均匀化的校正，假定本变色核酸检测系统能够一次完成64个试管112的检测，首先产生校正系数，步骤如下，在步骤1，用同样亮度的光照射每一个试管112，以产生共计64个光斑，在步骤2，用成像单元7获得图像，并计算出每一个光斑的平均亮度的测量值，在步骤3，计算出所有光斑中的平均亮度的最大值，在步骤4，计算测量值和最大值的比值，从而得到每个光斑的校正系数，这个产生校正系数的过程还可以重复数次，便于获得数个对于每个光斑的校正系数，通过对所获得数个对于每个光斑的校正系数做平均，便于获得对于每个光斑的准确的校正系数，在获得对于每个光斑的准确的校正系数后，使用校正系数在光斑光强校正的步骤如下：在每次采集光斑图像后，用校正系数对每个光斑的光强做校正，即将所获得的每一个光斑光强均除以校正系数，便于让校正后的每一个试管112底部的光斑都会有几乎相同的亮度，接着通过每一个光斑的红绿蓝色的分量，获得每一个光斑的准确的颜色，进而确认每一个试管112中的试剂的颜色有没有明显的变化，最终得出每一个试管112中是否存在需要检测的病毒的核酸片段。
61.需要注意的是，本变色核酸检测系统有以下几种测量方式，(1)单次最终测量模式：在使用单次最终测量模式时，本变色核酸检测系统在升温前，先采集首次具有样品113的试管112发出的光线的颜色的光亮度，试管112中的样品113中的病毒的核酸片段还没有被升温，从而进行倍增，因此样品113的颜色就是原来的没有病毒的颜色，而在升温到目标温度，如65℃后，本变色核酸检测系统开始计时，在达到最终设定的检测时间后，例如30分钟，再采集最后一次试管112中的样品113发出的光线的颜色的光亮度，如果两次光亮度的数值相差小于一个设定的阈值，就可以确定试管112中的样品113发出的光的颜色没有较大的变化，反之，如果两次光亮度的数值相差大于一个设定的阈值，就可以确定试管112中的样品113发出的光的颜色有了较大的变化，即从原来的无病毒颜色，如紫红，变成了有病毒颜色，如黄色；(2)多次最终测量模式：在使用多次最终测量模式时，本变色核酸检测系统在开始升温前，先连续多次采集试管112中的样品113发出的光线的颜色的光亮度，此时，试管112中的样品113中的病毒的核酸片段还没有被升温，从而进行倍增，因此样品113的颜色就
是原来的没有病毒的颜色，在升温到目标温度，如65℃后，本变色核酸检测系统开始计时，在达到最终设定的检测时间后，例如30分钟，再连续多次采集中的样品113发出的光线的颜色的光亮度，和单次最终测量模式相比，多次最终测量模式更加可靠，因为单次最终测量模式的颜色差别的分析只依赖于两次光亮度的测量结果，如果这两光亮度在采集过程中出现任何状况，就可能导致最后检测结果出现偏差和错误，因此单次最终测量模式的抗出错冗余较弱，在多次最终测量模式中，如果多次光亮度测量中为数不多的几次出现问题，而大多数的测量中没有出现问题，那么计算芯片就可以用多次平均的方式，或者对多次光亮度的数据做中值滤波的方式，或者对对多次光亮度的数据做更加复杂有效的统计处理算法，如ransac算法，来有效去除或者降低出现问题的检测数据对最后判断的不良影响，因此，多次最终测量模式的抗出错冗余比起单次最终测量模式的抗出错冗余能力要强大不少；(3)多个时间点的单次测量模式：在使用多次单次测量模式时，本变色核酸检测系统在开始升温前，先采集首次试管112中的样品113的颜色的光亮度数据，此时，试管112中的样品113中的病毒的核酸片段还没有被升温后，从而进行倍增，因此样品113的颜色就是原来的没有病毒的颜色，在升温到目标温度，如65℃后，本变色核酸检测系统开始计时，然后每过一段时间，例如每过30秒或者1-2分钟，就采集一次试管112中的样品113的颜色的光亮度数据，直到在达到最终设定的检测时间后，例如30分钟，再采集最终的试管112中的样品113的颜色的光亮度数据，此时，计算芯片就可以对首次，和中间的很多次，以及最终的试管112中的样品113的颜色的光亮度数据进行分析处理，来确定各个试管112底部的光斑的颜色是否从原来的无病毒颜色，如紫红，变成了有病毒颜色，如黄色，多个时间点的单次测量模式的最大的好处在于能够测量每个试管112中的病毒载量，如果在完成升温后的较短的时间内，就检测到了试管112中样品113颜色的变化，那就可以确定试管112中的病毒载量较高，同理，如果在完成升温后的较长的时间内，才检测到了试管112中样品113颜色的变化，那就可以确定试管112中的病毒载量较低，如果在完成升温后的较长的时间内，还没有检测到试管112中样品113颜色的变化，那就说明试管112中的病毒载量非常低或者没有；(4)多个时间点的多次测量模式：此模式的工作方式是将模式(2)和模式(3)相结合，即每次采集试管112中颜色的光亮度数据时，都不是采集一次，而是多次，这样就可以降低或者有效清除个别可能偶尔出错的图像对整个判读过程的不良影响，大幅提高设备的抗出错冗余。
62.进一步的，发光单元4集成在盖体2中。
63.进一步的，散光器5或光纤连接头114安装于光线通道32内。
64.进一步的，成像单元7为一个以上摄影成像单元。
65.进一步的，成像单元7为一个以上扫描成像单元。
66.进一步的，传热件3上设有与容纳槽31连通的光线通道32，散光器5位于光线通道32内。
67.具体的，光线通道32通过传热件3的承载，并用于容纳散光器5，从而保证散光器5的稳定性。
68.进一步的，温控单元包括与控制器110均连接的加热元件61和温度传感器62，加热元件61和传热件3连接。
69.具体的，加热元件61用于接收控制器110的信号，并用于给传热件3加热，从而维持传热件3的温度，进而维持试管112的温度，其中，加热元件61具体可以包括电阻加热片，pi
膜柔性加热片，聚酰亚胺薄膜加热膜，发热片或者peltier温度控制模块等；温度传感器62用于检测传热件3的温度，并将温度信号传输给控制器110，其中，温度传感器62具体可以为电子温度传感器或红外温度传感器。
70.进一步的，还包括连接于壳体1底部的反光镜8，反光镜8的一端和散光器5相对而设，反光镜8的另一端和成像单元7相对而设。
71.具体的，反光镜8用于将来自散光器5的光线反射到成像单元7上，在保证光线的路程不变的情况下，能减小散光器5和成像单元7之间的距离，从而减小壳体1的高度，此外，还有两种减小壳体1高度的方法，方法一：通过增加成像单元7的成像角度，方法二：通过增加成像单元7的数量。
72.进一步的，还包括连接于盖体2上的把手9。
73.具体的，把手9通过盖体2的承载，便于用户启闭壳体1。
74.进一步的，还包括光纤单元10，光纤单元10的一端和光纤连接头114连接，光纤单元10的另一端和成像单元7相对而设。
75.具体的，光纤单元10用于将来自光纤连接头114的光线传输给成像单元7，且由于光纤单元10的柔软性，可有效减小光纤连接头114和成像单元7之间的距离，从而减小壳体1的高度，进而使得本变色核酸检测系统呈扁平化。
76.进一步的，光纤单元10包括：
77.光纤成像板101；
78.多个光纤本体102；
79.其中，光纤本体102的一端和光纤连接头114连接，光纤本体102的另一端和光纤成像板101连接，光纤成像板101远离光纤本体102的一端和成像单元7相对而设。
80.具体的，光纤本体102用于接收来自光纤连接头114的光线，并汇聚到光纤成像板101上；光纤成像板101用于将来自光纤本体102的光线传输给成像单元7。
81.进一步的，成像单元7为摄影成像机或扫描成像机。
82.具体的，摄影成像机为静止成像，具体可以为ccd、cmso等摄影成像机；扫描成像机为移动成像，具体可以为扫描仪等。
83.进一步的，还包括通讯单元11，通讯单元11和控制器110以及终端均通讯连接。
84.具体的，通讯单元11用于实现控制器110和终端之间的信号传输，其中，通讯单元11和终端之间可以通过usb、以太网、串口或并口等有线方式连接，还可以通过wifi、蓝牙等无线方式连接。
85.进一步的，还包括与控制器110连接的显示单元12。
86.具体的，显示单元12用于接收来自控制器110的信号，并用于显示。
87.以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。