PCR反应管及多联排PCR管的制作方法

pcr反应管及多联排pcr管
技术领域
1.本发明属于核酸检测器械设计技术领域，具体涉及一种pcr反应管及多联排pcr管。


背景技术：

2.聚合酶链式反应pcr技术是最为常见的分子生物学技术之一，作为体外复制、放大dna片段的常规技术，经过多年技术迭代因其准确高效等特点已广泛应用于ivd体外诊断行业。
3.设计微流控芯片扩增腔片上扩增和市售普通ep锥形管扩增因成本低廉、技术稳定可靠，因此成为现有扩增模式较为常见方式。本质上这两类或其它大部分扩增模式多为金属加热装置（多为帕尔贴）加热，将热量传导至高分子聚合物扩增腔体结构内。但发明人研究发现，此两类主流扩增模式均有难以克服的缺点：一，金属加热装置加热件单一，无法做到快速均匀加热；二，由于金属与扩增管结构层结合处必然存在缝隙，导热速率和导热均匀性均难以保证。


技术实现要素：

4.本发明提供一种pcr反应管及多联排pcr管，能够解决现有技术中的反应管加热装置由于与反应管管壁难以密切贴合导致无法做到对管内反应液的快速均匀加热的技术问题。
5.为了解决上述问题，本发明提供一种pcr反应管，包括反应管体：所述反应管体的管壁包括结构层以及包裹于所述结构层的外侧的导热层，所述导热层能够将与之配合接触的加热件的热量由所述反应管体的管立壁区域传导至管底壁区域。
6.在一些实施方式中，所述导热层的热传导率不低于120w/mk；和/或，所述导热层与所述结构层通过连接层连接为一体。
7.在一些实施方式中，所述导热层为金属箔、石墨烯、掺杂金属石墨烯中的一种。
8.在一些实施方式中，所述导热层的厚度为s，0.03mm≤s≤0.2mm。
9.在一些实施方式中，所述连接层的材质为防水粘接材料；和/或，所述连接层的厚度不超过0.05mm。
10.在一些实施方式中，所述反应管体为扁平管体结构，所述扁平管体结构包括相对平行间隔设置的第一侧壁与第二侧壁，所述加热件包括第一加热件及第二加热件，其中，所述第一侧壁的外侧壁用于与第一加热件贴合，所述第二侧壁的外侧壁用于与第二加热件贴合。
11.在一些实施方式中，所述第一侧壁与所述第二侧壁之间的间隔的宽度为w，2.4mm≤w≤3.8mm；和/或，所述第一侧壁和/或第二侧壁的壁厚为d，0.25mm≤d≤0.35mm。
12.在一些实施方式中，w=3.5mm；和/或，d=0.3mm。
13.在一些实施方式中，所述第一加热件的加热平面面积与所述第二加热件的加热平
面面积相等皆为sj，所述第一侧壁的外侧壁平面面积与所述第二侧壁的外侧壁平面面积相等皆为sg，sj/sg≥0.95。
14.本发明还提供一种多联排pcr管，包括上述的pcr反应管。
15.本发明提供的一种pcr反应管及多联排pcr管，具有以下有益效果：加热件与导热层直接接触，通过在结构层的外侧包裹设计导热层能够将相应的加热件的热量快速沿着导热层的裹附方向全方位传导，进而进一步经由前述的结构层传导至管内的反应液，保证了对反应液的全方位包裹式加热，极大程度地提升了对反应液的加热均匀一致性，有效保证了反应液中各阳性靶标的扩增循环规定次数的达成；本发明中的导热层直接被设置连接于反应管体的结构层的外侧表面上，两者之间通过加工工艺以及连接工艺极容易消除两者之间的缝隙，保证两者的紧密贴合，从而能够有效杜绝现有技术中组装关系的反应管体与加热件导热部件之间的缝隙所导致的导热不畅现象发生。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
17.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
18.图1为本发明实施例的pcr反应管排的立体结构示意图；图2为图1中的反应管体的剖面图；图3为相关技术中未设置本发明的导热层的反应管体与两加热件的配合状态示意图，由于结构层外侧未设置导热层，管内反应液传热不均匀，图中箭头示出了热量的传导路径；图4为具有本发明的导热层的反应管体与两加热件的配合状态示意图，由于结构层外侧设置导热层，导热层将侧立壁处的加热件的热量传导至管底壁对管内反应液形成包裹传热，传热均匀，图中箭头示出了热量的传导路径；图5为无石墨烯、0.03/0.07/0.2mm厚石墨烯的反应管体内反应液的单次升温/降温效率对比；图6为无石墨烯、0.03/0.07/0.2mm厚石墨烯的反应管体内反应液的升温/降温速率对比；图7a和7b分别为适用本发明的多层结构的反应管体（图7a）以及采用本发明的多层结构的反应管体（图7b）内反应液扩增后的荧光信号检测结果图；图8为现有技术中采用腔底平面加热的一种扩增实现方式示意，图中黑色示出的部件为加热部件；图9为现有技术中采用管底包裹加热的一种扩增实现方式示意，图中黑色示出的部件为加热部件。
19.附图标记表示为：1、反应管体；11、结构层；12、导热层；13、连接层；101、第一加热件；102、第二加热件。
实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
22.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
23.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
24.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
25.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
26.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于
对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
27.参见图1至图9所示，根据本发明的实施例，提供一种pcr反应管，包括反应管体1，具体参见图2所示，所述反应管体1的管壁包括结构层11以及包裹于所述结构层11的外侧的导热层12，所述导热层12能够将与之配合接触的加热件的热量（此处的热量在需要对反应液降温时则为冷量）由所述反应管体1的管立壁区域传导至管底壁区域。
28.该技术方案中，加热件与导热层12直接接触，通过在结构层11的外侧包裹设计导热层12能够将相应的加热件的热量快速沿着导热层12的裹附方向全方位传导（如图4所示），进而进一步经由前述的结构层11传导至管内的反应液，保证了对反应液的全方位包裹式加热，极大程度地提升了对反应液的加热均匀一致性，有效保证了反应液中各阳性靶标的扩增循环规定次数的达成。需要说明的是，本发明中的导热层12直接被设置连接于反应管体1的结构层11的外侧表面上，两者之间通过加工工艺以及连接工艺极容易消除两者之间的缝隙，保证两者的紧密贴合，从而能够有效杜绝现有技术中组装关系的反应管体与加热件导热部件之间的缝隙所导致的导热不畅现象发生。前述的结构层11具有可以采用与常规的ep管相同的材料（通常为普通高分子聚合物材料）制作即可，本发明不对其进行特别限定。
29.为了保证导热层12的导热高效性，所述导热层12的热传导率应至少不低于传统的金属铝，具体而言，所述导热层12的热传导率不低于120w/mk。
30.在一个具体的实施例中，所述导热层12为金属箔、石墨烯、掺杂金属石墨烯中的一种，前述的金属箔具体例如铝箔。一般而言，金属铝箔120-150w/mk，天然石墨烯500-700 w/mk，而掺铜石墨烯可达1200 w/mk。
31.在一些实施方式中，所述导热层12的厚度为s，0.03mm≤s≤0.2mm。以导热层12采用石墨烯为例，试验证明，厚度超过0.2mm的石墨烯不易弯折且加工困难，而较薄的导热层12能够跟随结构层11的弹性变形发生依附性形变，有效防止该导热层12与加热件加热面之间的硬接触空隙（缝隙），保证两者之间贴合的紧密性。而能够理解的是，过薄的导热层12一方面容易破损，破损的导热层12显然不利于全方位的传热，带来传热盲点，另一方面则不容易操作包裹于结构层11之上。
32.在一些可行的实施例中，前述的导热层12可以直接形成于结构层11的外周壁上，例如可以通过镀膜的方式，亦可以采用过盈配合的方式实现，具体的实现方式可以根据具体导热层12的具体材料合理选择，在一个更优的实施例中，所述导热层12与所述结构层11通过连接层13连接为一体。通过连接层13将导热层12连接于结构层11的外侧能够扩大导热层12的材料选择范围，使得导热层12的材料选型更加灵活。具体而言，连接层13可使用化学键合、热封、胶粘等方式连接结构层11和导热层12。在一个具体的实施例中，采用0.05mm超薄双面胶作为前述的连接层13，因连接层厚度极薄所以导热性要求相对较低，但需要此层可承受60-90℃温度反复升降温，不产生气泡、脱胶现象，并且由于扩增实验结束通常会设置结束温度为4℃-12℃以保护扩增样本，低温情况下的冷凝现象会产生水珠，连接层13需要防水，因此，反复测试后选取抗升降温、防水的超薄双面胶，也即所述连接层13的材质为防水粘接材料。而为了降低连接层13对导热可能存在不利影响，所述连接层13的厚度不超过0.05mm或导热系数应大于10 w/mk。
33.在另一个优选的实施例中，所述反应管体1为扁平管体结构，所述扁平管体结构包括相对平行间隔设置的第一侧壁（图中未标引）与第二侧壁（图中未标引），能够理解的是，前述的第一侧壁与第二侧壁两者之间的间隔也即形成容纳反应液（含样本）的腔体，所述加热件包括第一加热件101及第二加热件102，其中，所述第一侧壁的外侧壁用于与第一加热件101贴合，所述第二侧壁的外侧壁用于与第二加热件102贴合，前述的第一加热件101及第二加热件102具体皆可以采用常规技术中的帕尔贴加热片等。需要说明的是，前述的扁平管体结构指的是，反应管体1的任一横截面的形状皆为矩形。一般而言，前述的第一加热件101与第二加热件102采用同样的加热部件即可。
34.该技术方案中，将传统的圆柱圆锥结构的反应管体改进为本发明中的扁平管体结构，并在其第一侧壁与第二侧壁处分别设置第一加热件101与第二加热件102以两面加热的方式对管内反应液进行调温（升温或者降温），升温及降温的效率以及速率皆较高，进而提高pcr扩增效率；同时，平面结构的第一侧壁与第二侧壁与相应的加热件之间匹配贴合度更高，也即易于形成加热件对反应管体1的包裹，具有更大的接触传热面积，从而有利于对管内反应液的均匀加热，均匀受热的反应液能够保证反应液内的阳性靶标达到设定的扩增循环数，扩增反应完毕后荧光检测信号值更高，保证实验结果的准确性。能够理解的是，如果热源也即前述的第一加热件101及第二加热件102等产生的热量不能高效传递至管内待扩增样本（也即前述的反应液），则会导致大量阳性靶标未达到设定的扩增循环数，检测时这些阳性靶标的荧光信号值则会大大低于达到设定扩增循环数的正常阳性靶标信号值，严重干扰实验结果。
35.需要说明的是，在数字pcr油液混合等大多高于50微升总体积、高于一万拷贝数情况下，现有技术中的扩增方式缺点显著，参见图8及图9所示，主要表现为：一，普通扩增装置加热源单一，或单面或底部加热，金属虽导热效率高，但远离加热源部位必定会产生温差，需要增加扩增时间才能达到预期的温度分布，也即现有技术中的加热装置仅能对反应管或者反应腔的底部样本（反应液）进行加热，热量向上传导速率慢，温度一致性均匀性差，导致上部的反应液不能达到预设次数的扩增循环；二，加热装置与扩增管硬接触，存在大量缝隙，扩增管内样本并不能匹配加热装置的变温速度，因此会降低热交换效率，导致导热速率和均匀性均有所降低。
36.在一些实施方式中，所述第一侧壁与所述第二侧壁之间的间隔的宽度为w，2.4mm≤w≤3.8mm，在一个具体的实施例中，w=3.5mm。
37.该技术方案中，与传统的横截面为圆形的反应管体相比较，扁平管体结构的两个加热面（也即前述的第一侧面与第二侧面）之间的间隔处于前述小范围内，能够保证加热件的热量快速传递至两个侧壁之间的区域内的反应液上，更加快速充分地进行热交换，极大程度地提升了扩增效率。
38.在一个优选的实施例中，所述第一侧壁和/或第二侧壁的壁厚为d，0.25mm≤d≤0.35mm。
39.该技术方案中，反应管体1的经测试厚度低于0.25mm时，不仅制模成本大量提升且管壁易破损，超过0.35mm时导热率降低，综合成本、稳定性和适用性考虑，优选d=0.3mm，测试表明0.3mm壁厚不仅可保证结构层牢固，且具有必要的弹性能够利于实施后续技术方案，例如进一步利于加热件的加热面与第一侧壁及第二侧壁之间的紧密贴合。
40.所述反应管体1的管底为渐缩结构，以能够适应样本量较小的情况的容置扩增需求。
41.所述第一加热件101的加热平面面积与所述第二加热件102的加热平面面积相等皆为sj，所述第一侧壁的外侧壁平面面积与所述第二侧壁的外侧壁平面面积相等皆为sg，sj/sg≥0.95。如此保证第一加热件101与第二加热件102对反应管体1的两个侧壁的充分加热，保证调温效率与速率。在一个具体的实施例中，前述的第一加热件101与第二加热件102彼此对称地设置于第一侧壁与第二侧壁处。
42.具体参见图5及图6所示，以石墨烯薄膜为实施例，使用厚度为0.03/0.07/0.2mm厚石墨烯薄膜与连接层13复合经反复测试，图5中，纵坐标为温度、横坐标为时间，仪器（也即pcr扩增仪，下同）每隔0.1s取样温度一次，图5中显示无石墨烯、0.03/0.07/0.2mm厚石墨烯的升降温效率，其中可以看到，无导热层12和0.2mm石墨烯导热层升降温曲线斜率表明升降温速率有明显差异。又经大量数据总结，图6所显示，设定无导热层为100%，0.2mm石墨烯导热层升降温效率飞跃性提升230%左右，极大缩短了扩增时间。因此本实施例选取0.2mm石墨烯导热层。同时在解决导热均匀性方面，以某快速测试体系为例：设置快速扩增pcr流程，其中95℃保持30s，然后设置 94℃-5s/58℃-10s完成40循环，全程仅需20余分钟。图7a中横纵坐标表示两个通道荧光信号值，液滴堆代表阴性，测试显示未使用本发明的多层结构在快速扩增程序下无法检测出结果。图7b中a液滴堆代表阳性靶标一，b液滴堆代表阳性靶标二，c液滴堆代表双阳,测试结果表明多层结构检测出明显的阳性结果，采用本发明的技术方案不仅大幅提升导热速率，且大幅提升导热均匀性，解决了由于受热不均导致的部分阳性靶标未达到设定目标循环数的问题，大大改善了此前大量荧光信号值很低导致的“离散”、“拖尾”、无阳性结果等不良现象。
43.根据本发明的实施例，还提供一种多联排pcr管，包括上述的pcr反应管，一般而言，参见图1所示，反应管体1具有多个，多个反应管体1在管体开口一侧连接成为一排，以适于样本的批量扩增。
44.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种pcr反应管，其特征在于，包括反应管体（1）：所述反应管体（1）的管壁包括结构层（11）以及包裹于所述结构层（11）的外侧的导热层（12），所述导热层（12）能够将与之配合接触的加热件的热量由所述反应管体（1）的管立壁区域传导至管底壁区域。2.根据权利要求1所述的pcr反应管，其特征在于，所述导热层（12）的热传导率不低于120w/mk；和/或，所述导热层（12）与所述结构层（11）通过连接层（13）连接为一体。3.根据权利要求2所述的pcr反应管，其特征在于，所述导热层（12）为金属箔、石墨烯、掺杂金属石墨烯中的一种。4.根据权利要求3所述的pcr反应管，其特征在于，所述导热层（12）的厚度为s，0.03mm≤s≤0.2mm。5.根据权利要求2所述的pcr反应管，其特征在于，所述连接层（13）的材质为防水粘接材料；和/或，所述连接层（13）的厚度不超过0.05mm。6.根据权利要求1所述的pcr反应管，其特征在于，所述反应管体（1）为扁平管体结构，所述扁平管体结构包括相对平行间隔设置的第一侧壁与第二侧壁，所述加热件包括第一加热件（101）及第二加热件（102），其中，所述第一侧壁的外侧壁用于与第一加热件（101）贴合，所述第二侧壁的外侧壁用于与第二加热件（102）贴合。7.根据权利要求6所述的pcr反应管，其特征在于，所述第一侧壁与所述第二侧壁之间的间隔的宽度为w，2.4mm≤w≤3.8mm；和/或，所述第一侧壁和/或第二侧壁的壁厚为d，0.25mm≤d≤0.35mm。8.根据权利要求7所述的pcr反应管，其特征在于，w=3.5mm；和/或，d=0.3mm。9.根据权利要求6至8中任一项所述的pcr反应管，其特征在于，所述第一加热件（101）的加热平面面积与所述第二加热件（102）的加热平面面积相等皆为sj，所述第一侧壁的外侧壁平面面积与所述第二侧壁的外侧壁平面面积相等皆为sg，sj/sg≥0.95。10.一种多联排pcr管，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的pcr反应管。

技术总结
本发明提供一种PCR反应管及多联排PCR管，其中PCR反应管，包括反应管体：所述反应管体的管壁包括结构层以及包裹于所述结构层的外侧的导热层，所述导热层能够将与之配合接触的加热件的热量由所述反应管体的管立壁区域传导至管底壁区域。本发明通过在结构层的外侧包裹设计导热层能够将相应的加热件的热量快速沿着导热层的裹附方向全方位传导，进而进一步经由前述的结构层传导至管内的反应液，保证了对反应液的全方位包裹式加热，极大程度地提升了对反应液的加热均匀一致性，有效保证了反应液中各阳性靶标的扩增循环规定次数的达成。中各阳性靶标的扩增循环规定次数的达成。中各阳性靶标的扩增循环规定次数的达成。


技术研发人员：苏世圣 王博 刘金伟 宋娇阳 杨文军
受保护的技术使用者：新羿制造科技（北京）有限公司
技术研发日：2023.08.25
技术公布日：2023/10/5