高精度微电脑全自动PCR仪

　　0引言

　　PCR(PolymeraseChainReaetion)技术是在80年代中期以后发展起来的一项生物工程高新技术，目前已被广泛地应用于生物学、生物化学、考古学、医学、法医学等众多领域。PCR仪是实现PCR技术的必备仪器。为高效率实施PCR技术，首先要求PCR仪能够准确地控制三个PCR反应温度，它们分别在90一95℃、37一55℃和60一72℃之间取值，依特定DNA样品而定;其次要求PCR仪能将DNA样品自动地在三个温度之间循环反应，反应时间30一1205不等;再次，要求样品从一个温度到另一个温度的转换要尽可能快，以提高PCR扩增的效率。

　　目前实现PCR仪的方法有两种:一种是采用加热和制冷两套控温系统实现反应器中温度的快速升降，称单反应器式;另一种是由微电脑控制一个机械臂将样品在三个恒温反应器中自动循环，称多反应器式。单反应器式PCR仪需要准确控制频繁且大范围快速变化的反应温度，因而造价高、温度转换过程长、温度控制难度大;多反应器式PCR仪由于各反应器温度恒定，温度转换由机械臂完成，因而能较好地弥补单反应器PCR仪的不足。本文介绍的高精度微电脑全自动PCR仪为多反应器式。

　　1系统组成

　　本PCR仪的系统组成原理线路见图1所示。系统主体由8031单片机构成，它完成的功能主要包括;

　　(l)控制8279实现功能键及数字键的输入，同时将系统运行状态经8279送显示器。系统共设有10个数字键和8个功能键;显示内容有运行程序号(2位)、已循环次数(2位)、正在工作的反应器号(l位)、现反应器温度(3位)和已反应时间(4位)，共计12位。

　　(2)实现运行参数的编程及贮存。其信息贮存于自带电池RAM(MK48zo2)中，本系统共能贮存99段不同参数的运行程序及工作时的一些重要状态信息。

　　(3)实现机械臂的动作控制。机械臂的控制信号由PI.5、P;.6、PI.7经译码及驱动电路送出，被控动作有机械臂上升、下降、左转、右转四种。另外报警信号也由译码输出。

　　(4)实现反应器温度的采集及温度数字控制器功能。其中温度信号由安装于反应器中的温度传感器C;50经放大和A/D转换后被8031读入，反应器温度控制由P3.，、P3.:、P3.。分别送出脉冲宽度调制信号至固态继电器SSR去调节反应器的加热功率而实现。

　　(5)实现电源电压检测、异常工作状态诊断及报警等附加功能。

　　2系统控制

　　2.1机械臂控制

　　机械臂动作包括上下移动和左右转动二维四个方向，由两只可逆直流电机传动。上升和下降设有两个到位信号检测器，左右设有三个到位信号检测器，它们由光电断续器构成，见图2所示。安装在机械臂转轴合适位置上的金属挡片在机械臂运动到所需位置时挡住光电断续器的发射光，此时的V。输出为“0”，表明机械臂到位，由单片机控制直流电机停止动作。