本发明涉及一种基于DNA扩增的热传递检测方法，所述检测方法利用光纤布拉格光栅传感器、常规的铂电阻传感器和流程检测模块在DNA扩增模块上建立检测系统，所述检测系统包括光纤布拉格光栅检测子系统和铂电阻传感器检测子系统，所述光纤布拉格光栅检测子系统包含光纤布拉格光栅传感器和信号解调系统，所述光纤布拉格光栅传感器包括传感探头，所述信号解调系统与所述传感探头相连接，把所述传感探头插入所述反应孔中，铂电阻传感器检测子系统包括控制单元和铂电阻传感器，所述流程检测模块通过接口模块与所述光纤布拉格光栅检测子系统和铂电阻传感器检测子系统相连接。
1.一种基于DNA扩增的热传递检测方法，其特征是：所述检测方法利用光纤布拉格光栅传感器、常规的铂电阻传感器和流程检测模块在DNA扩增模块上建立检测系统，所述DNA扩增模块呈平面形状，位于一个密闭的反应空间里，其上部设置有反应孔，所述检测系统包括光纤布拉格光栅检测子系统和铂电阻传感器检测子系统，所述光纤布拉格光栅检测子系统包含光纤布拉格光栅传感器和信号解调系统，所述光纤布拉格光栅传感器包括传感探头，所述信号解调系统与所述传感探头相连接，把所述传感探头插入所述反应孔中，铂电阻传感器检测子系统包括控制单元和铂电阻传感器，所述控制单元与铂电阻传感器相连接，把所述铂电阻传感器紧密设置在DNA扩增模块的下部，所述流程检测模块通过接口模块与所述光纤布拉格光栅检测子系统和铂电阻传感器检测子系统相连接，检测步骤如下：
1)启动铂电阻传感器检测子系统，利用控制单元接收铂电阻传感器传送来的温度值，经过模数转化后转变成温度控制数据，传给流程检测模块；
2)启动光纤布拉格光栅检测子系统，把布拉格光栅传感器传来的数据经过信号解调系统后，转变成反应室数据，传给流程检测模块；
3)流程检测模块把温度控制数据和反应室数据按照公式ΔλB＝αT·ΔT进行归一化处理后，建立一一对应关系数据模型，其中，ΔλB为中心反射波长的变化量，αT是温度的函数，ΔT为DNA反应液的温度变化量；
4)经过第三步处理后，结合流程检测模块确定DNA反应阶段及相关边界条件，在流程检测模块检测过程中的任一t0时刻，按照公式Δηij|t0＝|ΔT(t0)|ij-Tij(t0)|进行综合计算与修正后，并按照这个计算结果分析温度变化和热流密度；其中，Δηij|t0表示t0时刻的DNA反应室内反应液的精确温度变化值，i＝1-3，j＝1-4，上式表示的是自动控制系统加载的由i的值和j的值所决定的测试点的实际温度值，ΔT(t0)|ij为DNA反应液由i的值和j的值所决定的测试点的t0时刻温度变化量，Tij(t0)表示在t0时刻在由i的值和j的值所决定的测试点的模块传感器获得的温度数据；
2.根据权利要求1所述的基于DNA扩增的热传递检测方法，其特征是：所述铂电阻传感器检测子系统包含三路检测信号，每路包含一个铂电阻传感器。
3.根据权利要求1或2所述的基于DNA扩增的热传递检测方法，其特征是：所述DNA扩增模块上设有96个反应孔。
一种基于DNA扩增的热传递检测方法
技术领域
[0001] 本发明属于生物技术领域，具体涉及一种基于DNA扩增的热传递检测方法。
背景技术
[0002] 将DNA聚合酶引入PCR的步骤是：DNA反应液放在试管中，装有反应液的试管放在反应室的PCR模块各孔中，基因扩增过程由控制程序自动完成。到目前为止，国内外学者在控制程序上主要利用自动控制技术对PCR模块的温度变化进行控制，Stephanie J.Culler课题组利用PCR设备分析了基因的内在结构表达，但多数研究成果集中在改进PCR技术和提高PCR设备的某些指标。E.T.Lagally早在2001年采用提高升降温速率的方法对DNA扩增过程进行了研究，Grover J.和Juncosa R.D于2008年对常规PCR设备的升降速率进行了研究，T.M.H.Lee等采用数字化控制方式提高了PCR的反应控制精度。在PCR的临床应用中，一个普遍存在的问题是：位于模块各孔试管中的DNA反应液的状态随反应阶段的不同而发生变化，在这个过程中，DNA的化学键不断断裂或生成，伴随着的吸、放热状态也不同，如何分析这些状态变化规律，对提高DNA扩增质量和对放在模块各孔中试管反应液的温度变化进行精确控制有直接影响，现有技术装置操作复杂，系统运行安全可靠性低，现有技术对检测效果不理想，应用在实际工程中有一定的局限性。
发明内容
[0003] 本发明克服现有技术的不足，提出了一种基于DNA扩增的热传递检测方法，所述方法利用光纤布拉格光栅传感器及其分布特性模型，利用此特性对DNA反应液的数据规律进行采集和分析，分析DNA扩增的热传递规律。
[0004] 本发明的技术方案为：一种基于DNA扩增的热传递检测方法，所述检测方法利用光纤布拉格光栅传感器、常规的铂电阻传感器和流程检测模块在DNA扩增模块上建立检测系统，所述DNA扩增模块呈平面形状，位于一个密闭的反应空间里，其上部设置有反应孔，所述检测系统包括光纤布拉格光栅检测子系统和铂电阻传感器检测子系统，所述光纤布拉格光栅检测子系统包含光纤布拉格光栅传感器和信号解调系统，所述光纤布拉格光栅传感器包括传感探头，所述信号解调系统与所述传感探头相连接，把所述传感探头插入所述反应孔中，铂电阻传感器检测子系统包括控制单元和铂电阻传感器，所述控制单元与铂电阻传感器相连接，把所述铂电阻传感器紧密设置在DNA扩增模块的下部，所述流程检测模块通过接口模块与所述光纤布拉格光栅检测子系统和铂电阻传感器检测子系统相连接，测试步骤如下：
[0005] 1)启动铂电阻传感器检测子系统，利用控制单元接收铂电阻传感器传送来的温度值，经过模数转化后转变成温度控制数据，传给流程检测模块；
[0006] 2)启动光纤布拉格光栅检测子系统，把布拉格光栅传感器传来的数据经过信号解调系统后，转变成反应室数据，传给流程检测模块；
[0007] 3)流程检测模块把温度控制数据和反应室数据经过归一化处理后，建立一一对应关系数据模型；
[0008] 4)依据已经建立的数据模型，流程检测模块确定DNA反应阶段及相关边界条件，综合计算，并根据布拉格传感器的数据判定是吸热还是放热过程并进行修正，计算采集在化学键的断裂或生成过程中反应液的热流变化，转换的热焓值分析温度变化和热流密度。
[0009] 5)依据第4步的数据构建DNA反应数据模拟模型。
[0010] 所述铂电阻传感器检测子系统包含三路检测信号，每路包含一个铂电阻传感器。
[0011] 所述DNA扩增模块上设有96个反应孔。
[0012] 本发明具有如下有益效果
[0013] 1)本发明采用依据数据模拟模型构建数据控制模型，模拟DNA整个扩增过程，揭示对DNA样本的影响因素，为揭示DNA内部反应的客观规律提供依据。
[0014] 2)本发明建立光纤布拉格光栅随温度变化的分布特性，揭示DNA扩增阶段的吸放热规律，揭示DNA内部反应的客观规律，提供一整套光纤布拉格光栅随温度变化的理论技术基础数据。
[0015] 3)本发明建立了建立DNA扩增过程切实可行的数据采集方式。
[0016] 4)本发明揭示了DNA的反应规律，将有利于PCR设备的开发，市场前景和社会效益巨大。
具体实施方式
[0017] 本发明利用光纤布拉格光栅传感器、常规的铂电阻传感器和流程检测模块在DNA扩增模块上建立检测系统，所述DNA扩增模块呈平面形状，位于一个密闭的反应空间里，其上部设置有反应孔，通常所述DNA扩增模块上设有96个反应孔。所述检测系统包括光纤布拉格光栅检测子系统和铂电阻传感器检测子系统，所述光纤布拉格光栅检测子系统包含光纤布拉格光栅传感器和信号解调系统，所述光纤布拉格光栅传感器包括传感探头，所述信号解调系统与所述传感探头相连接，把若干个所述传感探头分别插入所述96个反应孔的某些孔中，传感器检测子系统包括控制单元和铂电阻传感器，所述控制单元与铂电阻传感器相连接，包含三路检测信号，每路包含一个铂电阻传感器。把所述铂电阻传感器紧密设置在DNA扩增模块的下部，所述流程检测模块通过接口模块与所述光纤布拉格光栅检测子系统和铂电阻传感器检测子系统相连接。
[0018] 利用所述光纤布拉格光栅传感器检测温度时，根据耦合模理论，光纤布拉格光栅的中心反射波长可以表示为
[0019] λB＝2neffΛ (1)
[0020] 式中neff为导模的有效折射率，Λ为光栅的周期。由(1)式可以看出，中心反射波长与有效折射率和光栅周期有关；
[0021] 当光栅受到温度的变化影响时，其有效折射率和光栅周期会随之变化，从而反射波长也会发生变化，关系式为：
[0022] ΔλB＝2ΔneffΛ+2neffΔΛ
[0023] 把上式代入(1)得到
[0024]
[0025] (2)
[0026] 由热膨胀效应引起的光栅周期变化式和热光系数引起有效折射率变化式分别为：
[0027] ΔΛ＝α·Λ·ΔT
[0028] Δneff＝ξ·neff·ΔT
[0029] 其中α和ξ分别为光纤的热膨胀系数和热光系数。
[0030] 把上述两式代入(2)式可得：
[0031]
[0032] ΔλB＝kT·λB·ΔT
[0033] 令αT＝kT·λB
[0034] 则上式可以写为：
[0035] ΔλB＝αT·ΔT (3)-6
[0036] 通常光纤的中心反射波长λB＝1200nm，温度灵敏度系数kT＝7.5x10 /C，因此，αT是温度的函数。公式(3)对某温度是线性关系，但当温度变化较大时，上述的线性公式-6表现出非线性特征。适合在外部包裹温度灵敏度系数较大的聚合材料，如，kT＝87x10 /C，此时，αT＝9.88，即，对于每度的空间分辨率在0-9.88之间。本发明采用96孔的常规模块单元，数据控制单元分三路布置传感器组，每路设置四个模块传感器，用于进行试验控制数据采集单元，可以在条件许可的情况下，在模块上部的反应孔空隙中与模块传感器的对应位置布置12个反应室内模块传感器，简称反应室传感器，用于采集模块温度的均一和均衡性，建立起来的数据采集单元用于对实验系统进行数据分析，并做为布拉格光栅数据采集系统的辅助基础数据。
[0037] 假设模块传感器为Aij(i＝1-3，j＝1-4)，反应室传感器为Wij(i＝1-3，j＝1-4)，[0038] 其中，Aij(i＝1-3，j＝1，2)和Wij(i＝1-3，j＝1-4)均为模拟量，设模拟量转为数据量(十进制温度值)的函数为G，通过实验和耦合计算后可得：在任一时刻t，其模块传感器获得的温度数据为：
[0039]
[0040] 其中，i＝1-3，j＝1-4，上式表示的是自动控制系统加载的某个测试点的实际温度值。
[0041] 在任一时刻t，光纤的λB值是不断变化的，依据测量的DNA样本的DNA反应液的数据，依据(3)式可得：
[0042] ΔλB(t)＝αT·ΔT(t) (5)
