一种微流体生物芯片发光检测工作站的制作方法

本发明涉及微流体及发光检测领域，特别涉及一种微流体生物芯片发光检测工作站。

背景技术：

随着现代分析可学对检测装置的自动化、微型化、集成化的需求不断增加，manz和graber在20世纪90年代提出微型全分析系统的概念，并首次在一块微流控芯片上实现了毛细管电泳与流动性注射分析。微流控芯片是指将泵、阀、管道、反应室、检测元件等组件，通过微加工工艺，集成在一块芯片上的小型化分析系统，可实现微量样品的进样、混合、反应、分离、检测等过程。

经过近20年的发展，微流控技术以其操作简单、试剂消耗低、分析速度快等优势，被广泛应用于生化分析、细胞研究等领域。生化分析方面，由于微流控在毛细管电泳分离和流动分析上独特的优势，涉及大量的核酸检测、pcr扩增、蛋白质分析和分子手性拆分等应用。另一方面，由于微流控芯片的构建尺寸可达到细胞的尺寸水平，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，使得微流控芯片成为细胞研究的良好平台。在微流控芯片上可以进行细胞培养、刺激、分选和裂解等单元操作，并用于肿瘤标志物测定、干细胞研究以及药物筛选等。

微流控检测系统在朝着小型化方向发展时也带来了一些挑战，由于分析样品体积的减小，灵敏度也不可避免的降低，因此需要有更高灵敏度的检测方法。由于微流控芯片的材质多为玻璃、石英和一些有机材料，具有良好的光学特性，将微流控与光源、光电检测器、光纤、透镜等光学器件组成，采用光学检测手段，成为近年来微流控分析技术的重要趋势。其中比较典型的检测方法有：激光诱导荧光法、紫外吸收光度法、化学发光法。随着微流控技术(microfluidicstechnology)的快速发展，已经在生物、化学、医药及生命科学等领域产生巨大的影响。

目前现有芯片实验室技术仅能实现单个芯片上样本的并行检测，如肿瘤指标的分析检测，在微流体芯片上只能实现单人多肿瘤指标的并行检测，不能实现多人并行检测等问题。针对以上问题，本发明提供的一种微流体生物芯片发光检测工作站，可解决多人份样本、多指标的平行、自动、可控检测等问题，减少试剂消耗和响应时间，具有非常广阔的研究和应用前景。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种微流体生物芯片发光检测工作站。

根据本发明提供的微流体生物芯片发光检测工作站，该工作站包括：二维码阅读模块、微流体芯片盒、微流体生物芯片盒进/出转移模块、多个微流体生物芯片盒安装园盘、微流体生物芯片反应控制摸块及图像采集模块(或称为发光检测模块)等。

其中，所述二维码阅读模块用于识别微流体芯片的密码、批号，读出该批芯片的定量检测的数学模型，检测生产过程控制的其它参数等。

所述微流体芯片盒由上盖、下盖、硅胶垫、透明u型窗、旋转阀及o形圈组成。

其中，微流体芯片盒上形成六套液体储存池，包括样本池、润湿及清洗液池、试剂池及废液池；一套芯片反应室；一套多通道旋转阀；二套线性阀套；以及相关的若干流道。所述的微流体芯片盒上样本池、润湿及清洗液池、试剂池可以根据需要可自由组合，其中储存的溶液可由需求决定。

另外，废液池用于储存、处理化学/生化反应过程中产生的废液；所述的芯片反应室是样本依序进行生化反应的反应室，可恒温控制，可植入不同的芯片；多通道旋转阀通过特殊工艺加工，可与下盖间通过o形圈接触。它将各储液池与流道、反应室根据需求一一连接。

所述的二套线性阀套与活塞杆配装后组成二套线性阀，构成微流体芯片平台中流体驱动的动力源。根据需求，线性阀与旋转阀匹配组合，并连通流道，根据需要的量控制储液池内的试剂通过流道进入反应室混合，又通过二套线性阀配合操作促使反应室中多种试剂充分混合。

所述微流体生物芯片盒进转移模块由芯片储存架、芯片转移推杆及线性电机等构成。主要功能为通过下位机-单片机编程控制的线性电机的正向直线运动，将储存架中的芯片盒推入园盘上的芯片反应模块内待使用。微流体生物芯片盒出转移模块，由直线电机和推杆组成，可将处在园盘上、反应完成的生物芯片盒推入阅读模块等待检测。

所述园盘是用于安装芯片反应模块。园盘由一个蜗轮蜗杆的旋转台驱动，可无限的旋转，可无限的进、出微流体生物芯片盒。通过单片机精确控制其在生物芯片盒进或出转移模块处的位置，供生物芯片盒进或出。

所述微流体生物芯片盒安装园盘是用于安装芯片反应模块，其尺寸大小决定安装反应模块的多少，可根据实际需求调整圆盘尺寸进而调整可安装反应模块的数量。

另外，所述生物芯片反应模块由3个步机电机及芯片盒恒温台组成。1个电机上装有通道阈，并设定位点，另两个电机组成一对线性阈供生物芯片盒泵浦液体试剂进生物芯片盒上的反应器，并促进反应器中液体试剂混合。3个电机都有单片机控制工作。恒温台内装25w电热丝及cmos温度传感器，其温度由单片机编程控制，以便在生物芯片盒中的生物芯片处在可控的温度下。模块本身是智能的，受控pc机启动后能独自运行。

进一步的，所述图像采集模块(阅读模块)，由coolccd摄像系统、xyz三维调节单元、步进电机及暗盒构成。当步进电机由pc机控制其让暗盒处于接受由机械推手送至芯片盒的位置(暗盒处于打开)时，生物芯片盒进入此暗盒预先设置的位置，然后又由pc机控制步进电机让生物芯片盒位移至预先设定的暗盒内的正确位置(即关闭暗盒)。借助于xyz三维调节单元的xy方问调节，令coolccd摄像系统的中心与生物芯片盒中的生物芯片的中心同轴，借助于xyz三维调节单元的z方问调节，令生物芯片处在coolccd成像系统的焦点上。此时是采集生物芯片发光图像的合适时机。本模块是工作站的核心模块之一，用于采集生物芯片盒的图像信息，这些信息通过pc机数据处理后可获得被检测微流体生物芯片所属被检样本的情况。

相对于现有技术，本发明具有如下的有益效果：

(1)多个检测样本、检测指标并行检测，无量限制，非常适合集团体检，也适合药物筛选。准确、可靠、省时、高效；

(2)芯片反应模块可装的芯片盒尺寸75x36x7.5mm，芯片盒上芯片的大小为20x20mm左右，适合多种生物芯片的应用；

(3)本发明模块结构，可根据用户需求装、卸置换合适的其它部件。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明中微流体生物芯片发光检测工作站示意图，其中1为框架、2为芯片反应模块、3为自动进料模块、4为图像采集模块、5为二维码条码阅读器、6为机械推手、7为圆盘、8为马达、蜗轮蜗杆；

图2为本发明中微流体生物芯片发光检测工作站的芯片反应模块；

图3为本发明中微流体生物芯片发光检测工作站的自动进料模块；

图4为本发明中微流体生物芯片发光检测工作站的图像采集模块；

图5为本发明中微流体生物芯片发光检测工作站的微流体芯片盒；

图6为本发明中微流体生物芯片发光检测工作站的机械推手。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供的一种微流体生物芯片发光检测工作站，如图1所示，该工作站包括：有二维码阅读模块5、微流体芯片盒(图5)、微流体生物芯片盒进/出转移模块3(图3)及6(图6)、多个微流体生物芯片盒安装园盘7、微流体生物芯片反应控制摸块2(图2)及图像采集模块4(图4)等组成。

作为本发明的优选方式，所述二维码阅读模块5用于识别微流体芯片的密码、批号，读出该批芯片的定量检测的数学模型，检测生产过程控制的其它参数等。

所述微流体芯片盒由上盖、下盖、硅胶垫、透明u型窗、旋转阀及o形圈组成(图5)。

其中，微流体芯片盒上形成六套液体储存池，包括s样本池、b1-2润湿及清洗液池、r1-2试剂池及w废液池；一套芯片反应室(c)；一套多通道旋转阀(ro)；二套线性阀套(a、b)；以及相关的若干流道。所述的微流体芯片盒上样本池、润湿及清洗液池、试剂池可以根据需要可自由组合，其中储存的溶液可由需求决定。

其中s样本池、b1-2润湿及清洗液池、r1-2试剂池可以根据需要可自由组合，其中储存的溶液可由需求决定；w废液池用于储存、处理化学/生化反应过程中产生的废液；反应室c，可恒温控制，可植入不同的芯片；多通道旋转阀(ro)通过特殊工艺加工，多通道旋转阀(ro)与下盖间通过o形圈接触。它将各储液池与流道、反应室根据需求一一连接。

所述线性阀套a、b与活塞杆配装后组成二套线性阀，构成微流体芯片平台的动力源。根据需求，线性阀与旋转阀匹配组合，并连通流道，根据需要的量控制储液池内的试剂通过流道进入反应室c混合，又通过a、b阀配合操作促使反应室中多种试剂充分混合。

所述的微流体生物芯片盒进转移模块3由芯片储存架g、芯片转移推杆h及线性电机c等构成。它主要功能，通过下位机-单片机编程控制的线性电机c的正向直线运动，将储存架g中的芯片盒推入园盘7上的芯片反应模块2内，待使用。微流体生物芯片盒出转移模块6，由直线电机e和推杆i组成。它将处在园盘7上、反应完成的生物芯片盒推入阅读模块4，待检测。

本发明的园盘7是用于安装芯片反应模块2，其尺寸大小决定安装反应模块2的多少。图中的园盘直径为440mm，可装反应模块2共12套。园盘由一个蜗轮蜗杆的旋转台8驱动，可无限的旋转，可无限的进、出微流体生物芯片盒。通过pc机精确控制其在生物芯片盒进/出转移模块3及6处的位置，供生物芯片盒进/出。

作为本发明的优选方式，所述生物芯片反应模块2由步机电机o、a、b及芯片盒恒温台f组成。电机o上装有5通道阈，并设五个定位点，a、b电机组成一对线性阈供生物芯片盒泵浦液体试剂进生物芯片盒上的反应器，并促进反应器中液体试剂混合。o、a和b电机都有控制工作。恒温台f内装25w电热丝及cmos温度传感器，其温度由单片机编程控制，以便在生物芯片盒中的生物芯片处在可控的温度下。模块本身是智能的，受控启动后能独自运行。

图像采集模块(阅读模块)，有coolccd摄像系统、xyz三维调节单元l、步进电机d及暗盒k构成。当电机d由pc机控制其让暗盒k处于接受由机械推手6送来芯片盒的位置(暗盒处于打开)时，生物芯片盒进入此暗盒k预先设置的位置，然后又有pc机控制电机d让生物芯片盒位移至预先设定的暗盒k内的正确位置(即关闭暗盒)。借助于xyz三维调节单元l的xy方问调节，令coolccd摄像系统的中心与生物芯片盒中的生物芯片的中心同轴，借助于xyz三维调节单元l的z方问调节，令生物芯片处在coolccd成像系统的焦点上。此时是采集生物芯片发光图像的合适时机。本模块是工作站的核心模块之一，用于采集生物芯片盒的图像信息，这些信息通过pc机数据处理后可获得被检测微流体生物芯片所属病患的病况。

一种上述的微流体生物芯片发光检测工作站，pc机装载预先编制的程序启动工作站初始化，然后各模块按如下时序运行：

自动进料模块3加载生物芯片盒进转盘7上的芯片反应模块2，条码模块5确认要检测的生物芯片盒存在并读取相关数据，芯片反应模块按序润湿芯片盒管道、加样本、记时启动反应并由b阀启动混合反应液、到时排去样本、加二次反应液、排二次反应液、清洗反应系统、添加标记物(如发光液)、反应结束由机械推手6将盘上的芯片盒转入阅读模块4的暗盒k中(此时暗盒打开的)，摄像(此时暗盒关闭的)完成后，仍由推手6将下一个芯片盒推入暗盒k(此时暗盒开的)中，同时在k中的前一个生物芯片盒被推出暗盒进废料箱。

当条码阅读器确认生物芯片盒存在于反应模块2上时，园盘7的蝸轮蝸杆电机8顺时针旋转30度后，此时第二块生物芯片如上次序再运行，直至条码阅读器发现在园盘7上没有生物芯片盒。

自动进料模块3上的生物芯片盒有人功预先装入，每次12块芯片盒，也可以自由安装。上述过程中反应时间可通过软件设置，运行过程可根据用户需求进行编辑。采集数据处理后，根据用户要求进行判读、输出。工作站上配有本地数据库，数据库数据可根据用户要求格式上传至高一级的数据库。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。