本發(fā)明涉及微流體及發(fā)光檢測領(lǐng)域，特別涉及一種微流體生物芯片發(fā)光檢測工作站。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代分析可學(xué)對檢測裝置的自動化、微型化、集成化的需求不斷增加，manz和graber在20世紀(jì)90年代提出微型全分析系統(tǒng)的概念，并首次在一塊微流控芯片上實現(xiàn)了毛細(xì)管電泳與流動性注射分析。微流控芯片是指將泵、閥、管道、反應(yīng)室、檢測元件等組件，通過微加工工藝，集成在一塊芯片上的小型化分析系統(tǒng)，可實現(xiàn)微量樣品的進樣、混合、反應(yīng)、分離、檢測等過程。

經(jīng)過近20年的發(fā)展，微流控技術(shù)以其操作簡單、試劑消耗低、分析速度快等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于生化分析、細(xì)胞研究等領(lǐng)域。生化分析方面，由于微流控在毛細(xì)管電泳分離和流動分析上獨特的優(yōu)勢，涉及大量的核酸檢測、pcr擴增、蛋白質(zhì)分析和分子手性拆分等應(yīng)用。另一方面，由于微流控芯片的構(gòu)建尺寸可達(dá)到細(xì)胞的尺寸水平，再加上聚二甲基硅氧烷等材料的低毒生物相容性、氧和二氧化碳通透性，使得微流控芯片成為細(xì)胞研究的良好平臺。在微流控芯片上可以進行細(xì)胞培養(yǎng)、刺激、分選和裂解等單元操作，并用于腫瘤標(biāo)志物測定、干細(xì)胞研究以及藥物篩選等。

微流控檢測系統(tǒng)在朝著小型化方向發(fā)展時也帶來了一些挑戰(zhàn)，由于分析樣品體積的減小，靈敏度也不可避免的降低，因此需要有更高靈敏度的檢測方法。由于微流控芯片的材質(zhì)多為玻璃、石英和一些有機材料，具有良好的光學(xué)特性，將微流控與光源、光電檢測器、光纖、透鏡等光學(xué)器件組成，采用光學(xué)檢測手段，成為近年來微流控分析技術(shù)的重要趨勢。其中比較典型的檢測方法有：激光誘導(dǎo)熒光法、紫外吸收光度法、化學(xué)發(fā)光法。隨著微流控技術(shù)(microfluidicstechnology)的快速發(fā)展，已經(jīng)在生物、化學(xué)、醫(yī)藥及生命科學(xué)等領(lǐng)域產(chǎn)生巨大的影響。

目前現(xiàn)有芯片實驗室技術(shù)僅能實現(xiàn)單個芯片上樣本的并行檢測，如腫瘤指標(biāo)的分析檢測，在微流體芯片上只能實現(xiàn)單人多腫瘤指標(biāo)的并行檢測，不能實現(xiàn)多人并行檢測等問題。針對以上問題，本發(fā)明提供的一種微流體生物芯片發(fā)光檢測工作站，可解決多人份樣本、多指標(biāo)的平行、自動、可控檢測等問題，減少試劑消耗和響應(yīng)時間，具有非常廣闊的研究和應(yīng)用前景。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種微流體生物芯片發(fā)光檢測工作站。

根據(jù)本發(fā)明提供的微流體生物芯片發(fā)光檢測工作站，該工作站包括：二維碼閱讀模塊、微流體芯片盒、微流體生物芯片盒進/出轉(zhuǎn)移模塊、多個微流體生物芯片盒安裝園盤、微流體生物芯片反應(yīng)控制摸塊及圖像采集模塊(或稱為發(fā)光檢測模塊)等。

其中，所述二維碼閱讀模塊用于識別微流體芯片的密碼、批號，讀出該批芯片的定量檢測的數(shù)學(xué)模型，檢測生產(chǎn)過程控制的其它參數(shù)等。

所述微流體芯片盒由上蓋、下蓋、硅膠墊、透明u型窗、旋轉(zhuǎn)閥及o形圈組成。

其中，微流體芯片盒上形成六套液體儲存池，包括樣本池、潤濕及清洗液池、試劑池及廢液池；一套芯片反應(yīng)室；一套多通道旋轉(zhuǎn)閥；二套線性閥套；以及相關(guān)的若干流道。所述的微流體芯片盒上樣本池、潤濕及清洗液池、試劑池可以根據(jù)需要可自由組合，其中儲存的溶液可由需求決定。

另外，廢液池用于儲存、處理化學(xué)/生化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的廢液；所述的芯片反應(yīng)室是樣本依序進行生化反應(yīng)的反應(yīng)室，可恒溫控制，可植入不同的芯片；多通道旋轉(zhuǎn)閥通過特殊工藝加工，可與下蓋間通過o形圈接觸。它將各儲液池與流道、反應(yīng)室根據(jù)需求一一連接。

所述的二套線性閥套與活塞桿配裝后組成二套線性閥，構(gòu)成微流體芯片平臺中流體驅(qū)動的動力源。根據(jù)需求，線性閥與旋轉(zhuǎn)閥匹配組合，并連通流道，根據(jù)需要的量控制儲液池內(nèi)的試劑通過流道進入反應(yīng)室混合，又通過二套線性閥配合操作促使反應(yīng)室中多種試劑充分混合。

所述微流體生物芯片盒進轉(zhuǎn)移模塊由芯片儲存架、芯片轉(zhuǎn)移推桿及線性電機等構(gòu)成。主要功能為通過下位機-單片機編程控制的線性電機的正向直線運動，將儲存架中的芯片盒推入園盤上的芯片反應(yīng)模塊內(nèi)待使用。微流體生物芯片盒出轉(zhuǎn)移模塊，由直線電機和推桿組成，可將處在園盤上、反應(yīng)完成的生物芯片盒推入閱讀模塊等待檢測。

所述園盤是用于安裝芯片反應(yīng)模塊。園盤由一個蝸輪蝸桿的旋轉(zhuǎn)臺驅(qū)動，可無限的旋轉(zhuǎn)，可無限的進、出微流體生物芯片盒。通過單片機精確控制其在生物芯片盒進或出轉(zhuǎn)移模塊處的位置，供生物芯片盒進或出。

所述微流體生物芯片盒安裝園盤是用于安裝芯片反應(yīng)模塊，其尺寸大小決定安裝反應(yīng)模塊的多少，可根據(jù)實際需求調(diào)整圓盤尺寸進而調(diào)整可安裝反應(yīng)模塊的數(shù)量。

另外，所述生物芯片反應(yīng)模塊由3個步機電機及芯片盒恒溫臺組成。1個電機上裝有通道閾，并設(shè)定位點，另兩個電機組成一對線性閾供生物芯片盒泵浦液體試劑進生物芯片盒上的反應(yīng)器，并促進反應(yīng)器中液體試劑混合。3個電機都有單片機控制工作。恒溫臺內(nèi)裝25w電熱絲及cmos溫度傳感器，其溫度由單片機編程控制，以便在生物芯片盒中的生物芯片處在可控的溫度下。模塊本身是智能的，受控pc機啟動后能獨自運行。

進一步的，所述圖像采集模塊(閱讀模塊)，由coolccd攝像系統(tǒng)、xyz三維調(diào)節(jié)單元、步進電機及暗盒構(gòu)成。當(dāng)步進電機由pc機控制其讓暗盒處于接受由機械推手送至芯片盒的位置(暗盒處于打開)時，生物芯片盒進入此暗盒預(yù)先設(shè)置的位置，然后又由pc機控制步進電機讓生物芯片盒位移至預(yù)先設(shè)定的暗盒內(nèi)的正確位置(即關(guān)閉暗盒)。借助于xyz三維調(diào)節(jié)單元的xy方問調(diào)節(jié)，令coolccd攝像系統(tǒng)的中心與生物芯片盒中的生物芯片的中心同軸，借助于xyz三維調(diào)節(jié)單元的z方問調(diào)節(jié)，令生物芯片處在coolccd成像系統(tǒng)的焦點上。此時是采集生物芯片發(fā)光圖像的合適時機。本模塊是工作站的核心模塊之一，用于采集生物芯片盒的圖像信息，這些信息通過pc機數(shù)據(jù)處理后可獲得被檢測微流體生物芯片所屬被檢樣本的情況。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下的有益效果：

(1)多個檢測樣本、檢測指標(biāo)并行檢測，無量限制，非常適合集團體檢，也適合藥物篩選。準(zhǔn)確、可靠、省時、高效；

(2)芯片反應(yīng)模塊可裝的芯片盒尺寸75x36x7.5mm，芯片盒上芯片的大小為20x20mm左右，適合多種生物芯片的應(yīng)用；

(3)本發(fā)明模塊結(jié)構(gòu)，可根據(jù)用戶需求裝、卸置換合適的其它部件。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1為本發(fā)明中微流體生物芯片發(fā)光檢測工作站示意圖，其中1為框架、2為芯片反應(yīng)模塊、3為自動進料模塊、4為圖像采集模塊、5為二維碼條碼閱讀器、6為機械推手、7為圓盤、8為馬達(dá)、蝸輪蝸桿；

圖2為本發(fā)明中微流體生物芯片發(fā)光檢測工作站的芯片反應(yīng)模塊；

圖3為本發(fā)明中微流體生物芯片發(fā)光檢測工作站的自動進料模塊；

圖4為本發(fā)明中微流體生物芯片發(fā)光檢測工作站的圖像采集模塊；

圖5為本發(fā)明中微流體生物芯片發(fā)光檢測工作站的微流體芯片盒；

圖6為本發(fā)明中微流體生物芯片發(fā)光檢測工作站的機械推手。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例及附圖對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明提供的一種微流體生物芯片發(fā)光檢測工作站，如圖1所示，該工作站包括：有二維碼閱讀模塊5、微流體芯片盒(圖5)、微流體生物芯片盒進/出轉(zhuǎn)移模塊3(圖3)及6(圖6)、多個微流體生物芯片盒安裝園盤7、微流體生物芯片反應(yīng)控制摸塊2(圖2)及圖像采集模塊4(圖4)等組成。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式，所述二維碼閱讀模塊5用于識別微流體芯片的密碼、批號，讀出該批芯片的定量檢測的數(shù)學(xué)模型，檢測生產(chǎn)過程控制的其它參數(shù)等。

所述微流體芯片盒由上蓋、下蓋、硅膠墊、透明u型窗、旋轉(zhuǎn)閥及o形圈組成(圖5)。

其中，微流體芯片盒上形成六套液體儲存池，包括s樣本池、b1-2潤濕及清洗液池、r1-2試劑池及w廢液池；一套芯片反應(yīng)室(c)；一套多通道旋轉(zhuǎn)閥(ro)；二套線性閥套(a、b)；以及相關(guān)的若干流道。所述的微流體芯片盒上樣本池、潤濕及清洗液池、試劑池可以根據(jù)需要可自由組合，其中儲存的溶液可由需求決定。

其中s樣本池、b1-2潤濕及清洗液池、r1-2試劑池可以根據(jù)需要可自由組合，其中儲存的溶液可由需求決定；w廢液池用于儲存、處理化學(xué)/生化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的廢液；反應(yīng)室c，可恒溫控制，可植入不同的芯片；多通道旋轉(zhuǎn)閥(ro)通過特殊工藝加工，多通道旋轉(zhuǎn)閥(ro)與下蓋間通過o形圈接觸。它將各儲液池與流道、反應(yīng)室根據(jù)需求一一連接。

所述線性閥套a、b與活塞桿配裝后組成二套線性閥，構(gòu)成微流體芯片平臺的動力源。根據(jù)需求，線性閥與旋轉(zhuǎn)閥匹配組合，并連通流道，根據(jù)需要的量控制儲液池內(nèi)的試劑通過流道進入反應(yīng)室c混合，又通過a、b閥配合操作促使反應(yīng)室中多種試劑充分混合。

所述的微流體生物芯片盒進轉(zhuǎn)移模塊3由芯片儲存架g、芯片轉(zhuǎn)移推桿h及線性電機c等構(gòu)成。它主要功能，通過下位機-單片機編程控制的線性電機c的正向直線運動，將儲存架g中的芯片盒推入園盤7上的芯片反應(yīng)模塊2內(nèi)，待使用。微流體生物芯片盒出轉(zhuǎn)移模塊6，由直線電機e和推桿i組成。它將處在園盤7上、反應(yīng)完成的生物芯片盒推入閱讀模塊4，待檢測。

本發(fā)明的園盤7是用于安裝芯片反應(yīng)模塊2，其尺寸大小決定安裝反應(yīng)模塊2的多少。圖中的園盤直徑為440mm，可裝反應(yīng)模塊2共12套。園盤由一個蝸輪蝸桿的旋轉(zhuǎn)臺8驅(qū)動，可無限的旋轉(zhuǎn)，可無限的進、出微流體生物芯片盒。通過pc機精確控制其在生物芯片盒進/出轉(zhuǎn)移模塊3及6處的位置，供生物芯片盒進/出。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方式，所述生物芯片反應(yīng)模塊2由步機電機o、a、b及芯片盒恒溫臺f組成。電機o上裝有5通道閾，并設(shè)五個定位點，a、b電機組成一對線性閾供生物芯片盒泵浦液體試劑進生物芯片盒上的反應(yīng)器，并促進反應(yīng)器中液體試劑混合。o、a和b電機都有控制工作。恒溫臺f內(nèi)裝25w電熱絲及cmos溫度傳感器，其溫度由單片機編程控制，以便在生物芯片盒中的生物芯片處在可控的溫度下。模塊本身是智能的，受控啟動后能獨自運行。

圖像采集模塊(閱讀模塊)，有coolccd攝像系統(tǒng)、xyz三維調(diào)節(jié)單元l、步進電機d及暗盒k構(gòu)成。當(dāng)電機d由pc機控制其讓暗盒k處于接受由機械推手6送來芯片盒的位置(暗盒處于打開)時，生物芯片盒進入此暗盒k預(yù)先設(shè)置的位置，然后又有pc機控制電機d讓生物芯片盒位移至預(yù)先設(shè)定的暗盒k內(nèi)的正確位置(即關(guān)閉暗盒)。借助于xyz三維調(diào)節(jié)單元l的xy方問調(diào)節(jié)，令coolccd攝像系統(tǒng)的中心與生物芯片盒中的生物芯片的中心同軸，借助于xyz三維調(diào)節(jié)單元l的z方問調(diào)節(jié)，令生物芯片處在coolccd成像系統(tǒng)的焦點上。此時是采集生物芯片發(fā)光圖像的合適時機。本模塊是工作站的核心模塊之一，用于采集生物芯片盒的圖像信息，這些信息通過pc機數(shù)據(jù)處理后可獲得被檢測微流體生物芯片所屬病患的病況。

一種上述的微流體生物芯片發(fā)光檢測工作站，pc機裝載預(yù)先編制的程序啟動工作站初始化，然后各模塊按如下時序運行：

自動進料模塊3加載生物芯片盒進轉(zhuǎn)盤7上的芯片反應(yīng)模塊2，條碼模塊5確認(rèn)要檢測的生物芯片盒存在并讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，芯片反應(yīng)模塊按序潤濕芯片盒管道、加樣本、記時啟動反應(yīng)并由b閥啟動混合反應(yīng)液、到時排去樣本、加二次反應(yīng)液、排二次反應(yīng)液、清洗反應(yīng)系統(tǒng)、添加標(biāo)記物(如發(fā)光液)、反應(yīng)結(jié)束由機械推手6將盤上的芯片盒轉(zhuǎn)入閱讀模塊4的暗盒k中(此時暗盒打開的)，攝像(此時暗盒關(guān)閉的)完成后，仍由推手6將下一個芯片盒推入暗盒k(此時暗盒開的)中，同時在k中的前一個生物芯片盒被推出暗盒進廢料箱。

當(dāng)條碼閱讀器確認(rèn)生物芯片盒存在于反應(yīng)模塊2上時，園盤7的蝸輪蝸桿電機8順時針旋轉(zhuǎn)30度后，此時第二塊生物芯片如上次序再運行，直至條碼閱讀器發(fā)現(xiàn)在園盤7上沒有生物芯片盒。

自動進料模塊3上的生物芯片盒有人功預(yù)先裝入，每次12塊芯片盒，也可以自由安裝。上述過程中反應(yīng)時間可通過軟件設(shè)置，運行過程可根據(jù)用戶需求進行編輯。采集數(shù)據(jù)處理后，根據(jù)用戶要求進行判讀、輸出。工作站上配有本地數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)可根據(jù)用戶要求格式上傳至高一級的數(shù)據(jù)庫。

以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變化或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。在不沖突的情況下，本申請的實施例和實施例中的特征可以任意相互組合。