小型化PCR仪温度单元优化与实现

高精度、低成本的小型化聚合酶链式反应(PCR)仪的研发对病毒现场快速检测具有重要意义。PCR仪温度单元的快速性、准确性和均一性对样品DNA的扩增效率起决定性作用。针对小型化PCR仪温度单元设计,提出有限元结合遗传算法对基座热包覆结构进行优化。采用基于H桥驱动器的分段比例积分微分(PID)控制方案,实现小型化PCR温度循环控制。搭建了一台16孔PCR仪样机,并对相关指标进行测试与验证。该样机成本仅为600元,可外接24 V电源进行工作,在50μL反应体系中可将稳态误差保持在±0.2℃,升降温速率分别可达到2.7℃/s和2.2℃/s,温度单元表面均一性<0.1℃。通过对15样本的小鼠基因组鉴定,验证了仪器的性能表征。验证结果表明,所提出的优化方案成本低且能大幅提升小型化PCR仪温度单元性能,缩短完成反应所需时间,为病毒现场应急检测设备的研发提供重要技术支撑。