使用对流加热和无标记微阵列对DNA进行多重扩增和检测的装置和方法

文档序号:25541032发布日期:2021-06-18 20:36阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种用于样品中的核酸靶标的多重扩增和检测的装置,所述装置包括:

机械系统,所述机械系统配置成提供芯片的装载、竖直定位和夹紧;

热控制系统,所述热控制系统配置成维持所述芯片的第一温度和所述芯片的第二温度,其中所述第一温度不同于所述第二温度;

光学荧光成像系统,所述光学荧光成像系统配置成收集至少40像素×40像素的阵列中的空间信息;

电力系统,所述电力系统配置成向所述机械系统、所述热控制系统和所述光学荧光成像系统提供电能;

控制器,所述控制器配置成控制所述机械系统、所述热控制系统、所述电力系统和所述光学成像系统的操作;以及

图形用户界面(gui),所述图形用户界面配置成允许用户经由用户界面软件操作所述控制系统。

2.根据权利要求1或2所述的装置,其中所述芯片具有10mm和320mm之间的高度、10mm和320mm之间的宽度以及0.5mm和10mm之间的厚度。

3.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其中所述gui为触摸屏界面。

4.根据权利要求3所述的装置,其中所述触摸屏界面集成在智能电话中。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其中所述机械系统包括芯片保持器、框架、滑动部件和支撑部件。

6.根据权利要求5所述的装置,其中所述芯片保持器包括插槽、定位槽和运动控制套件。

7.根据权利要求5所述的装置,其中所述框架包括底座、主要结构载件、压杆定位器、压杆和运动控制套件。

8.根据权利要求7所述的装置,其中所述运动控制套件包括机动移动部件及其保持器。

9.根据权利要求8所述的装置,其中所述机动移动部件包括线性致动器或步进马达。

10.根据权利要求5所述的装置,其中所述滑动部件包括滑动平台和滑动杆。

11.根据权利要求5所述的装置,其中所述支撑部件包括轨道支架。

12.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其中所述热控制系统包括多个温度传感器、多个加热块和热源。

13.根据权利要求12所述的装置,其中所述多个温度传感器包括电阻温度检测器(rtd)、热敏电阻、热电偶或ir传感器。

14.根据权利要求12所述的装置,其中所述多个温度传感器中的某个温度传感器嵌入到加热块中。

15.根据权利要求12所述的装置,其中所述多个温度传感器中的某个温度传感器联接到所述多个加热块中的某个加热块的表面。

16.根据权利要求12所述的装置,其中所述多个加热块包含铝、不锈钢或黄铜。

17.根据权利要求12所述的装置,其中所述多个加热块共同接触腔室的总表面积的至少50%。

18.根据权利要求12所述的装置,其中所述热源包括粘合柔性加热器、热探针或电热丝。

19.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其中所述荧光成像系统包括光源、光学模块和具有至少40×40像素的检测器。

20.根据权利要求19所述的装置,其中所述检测器为相机。

21.根据权利要求20所述的装置,其中所述相机包括科学级相机或智能电话相机。

22.根据权利要求19所述的装置,其中所述光源包括弧光灯、蒸气灯、发光二极管(led)或激光器。

23.根据权利要求19所述的装置,其中所述光学模块包括激发滤光片、二向色镜、分束器、发射滤光片、平面镜、物镜和/或光学透镜。

24.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其中所述机械系统包含一种或多种塑料。

25.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其中所述机械系统包含聚乳酸(pla)、聚碳酸酯(pc)、乙腈丁二烯苯乙烯(abs)或陶瓷。

26.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其中所述电力系统包括ac/dc电源、mosfet、开关、放大器、二极管、晶体管和电阻器。

27.根据前述权利要求中任一项所述的装置,其中所述控制器包括微控制器和/或pid控制器。

28.根据权利要求27所述的装置,其中所述微控制器包括raspberrypi、arduino或genuino。

29.一种用于使用根据权利要求1所述的装置分析芯片中的样品的方法,所述方法包括:

将芯片装载到所述装置中;

操作所述机械系统以将所述芯片夹紧在第一加热块和第二加热块之间;

将所述第一加热块加热到第一温度;

将所述第二加热块加热到第二温度,其中所述第二温度不同于所述第一温度;

将来自光源的激发光引导到所述芯片的表面;

检测来自所述芯片的发射光;以及

分析来自所述芯片的所述发射光。

30.根据权利要求29所述的方法,其进一步包括生成数据报告,所述数据报告记录对发射自所述芯片的光的分析。

31.根据权利要求29所述的方法,其进一步包括从所述第一加热块与所述第二加热块之间松开所述芯片。

32.根据权利要求29所述的方法,其进一步包括从所述装置卸载所述芯片。

33.根据权利要求29所述的方法,其中装载所述芯片包括操作马达进行线性移动。

34.根据权利要求29所述的方法,其中装载所述芯片包括操作配置成将所述芯片拉入所述装置的机构。

35.根据权利要求29所述的方法,其中夹紧所述芯片包括利用自锁马达、凸轮从动件组合或弹簧来操作机构。

36.根据权利要求29所述的方法,其中在操作期间,将所述第一温度保持在75℃至105℃之间。

37.根据权利要求29所述的方法,其中在操作期间,将所述第二温度保持在30℃至75℃之间。

38.根据权利要求29所述的方法,其中由微控制器程序控制所述第一温度和所述第二温度,所述微控制器程序基于来自温度传感器的反馈来改变热源功率。

39.根据权利要求29所述的方法,其中由比例-积分-微分(pid)控制器控制所述第一温度和所述第二温度。

40.根据权利要求29所述的方法,其中将第一温度传感器嵌入在所述第一加热块中。

41.根据权利要求29所述的方法,其中将第二温度传感器嵌入在所述第二加热块中。

42.根据权利要求29所述的方法,其中将第一温度传感器联接到所述第一加热块的所述表面。

43.根据权利要求42所述的方法,其中将第二温度传感器联接到所述第二加热块的所述表面。

44.根据权利要求29所述的方法,其中所述激发光源与所述芯片的表面形成介于30°与90°之间的角度。

45.根据权利要求29所述的方法,其中检测来自所述芯片的发射光包括操作相机来以每2分钟不少于1幅图像的频率连续获取图像。


技术总结
本公开描述了用于样品中的核酸靶标的多重扩增和检测的装置和方法。本公开的实施例包括:机械系统,所述机械系统配置成提供芯片的装载、竖直定位和夹紧;热控制系统,所述热控制系统配置成维持所述芯片的不同温度;以及光学荧光成像系统。

技术研发人员:大卫·于·张;德米特里·A·霍达科夫;张雪萌
受保护的技术使用者:威廉马歇莱思大学
技术研发日:2019.09.13
技术公布日:2021.06.18
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