一种基因谱测序设备的芯片自动调焦装置及其调焦方法与流程

本发明属于基因测序设备领域，具体涉及一种基因谱测序设备的芯片自动调焦装置及其调焦方法。

背景技术：

基因测序是一种新型基因检测技术，能够从血液或唾液中分析测定基因全序列，预测罹患多种疾病的可能性，个体的行为特征及行为合理，如癌症或白血病，运动天赋，酒量等。基因测序相关产品和技术已由实验室研究演变到临床使用，可以说基因测序技术，是下一个改变世界的技术。

自上世纪90年代初，学界开始涉足“人类基因组计划”。而传统的测序方式是利用光学测序技术。用不同颜色的荧光标记四种不同的碱基，然后用激光光源去捕捉荧光信号从而获得待测基因的序列信息。

虽然这种方法检测可靠，但是价格不菲也是有目共睹的，一台仪器的价格大约在50万到75万美元，而检测一次的费用也高达5千到1万美元。过长的测序周期以及上万美元的仪器成本，成了阻碍基因测序进入寻常百姓家的障碍。而运用新技术的基因测序仪大大降低了基因组测序的门槛，使得更多研究人员能够使用这项技术开发多种应用。

最新的基因测序仪中，芯片代替了传统激光镜头、荧光染色剂等，芯片就是测序仪。

通过半导体感应器，仪器对DNA复制时产生的离子流实现直接检测。当试剂通过集成的流体通路进入芯片中，密布于芯片上的反应孔立即成为上百万个微反应体系。

这种技术组合，使研究人员能够在短短2小时内获取基因信息。而使用传统的光学测序技术需等待数周乃至数月后才能得到结果。同时，检测一次的费用也降到了最低1千美元。

基因测序虽然是一种很好的治疗手段，但是中国科学院北京基因组研究所教授甄二真表示，目前从应用的角度来说，科学家只确定了部分的基因位点与疾病的确切关系，也就是说真正可以用于临床诊断和指导治疗的基因检测并不多。要想真正用基因来诊病，还需要时间。

基因测序就像一把双刃剑，如果运用得不得法，它也有消极的一面。若全基因的检测普及，含有基因缺陷的人的信息，一旦落入保险公司或者被测者雇主的手中，将对他的生活产生不良影响。

而且基因测序而不确定是个性化治疗的唯一基础，其他还包括基因治疗等其他技术基础。更重要的是，对于任何基因测序的设备来说，用于临床前必须对其可靠性和可重复性做好完备的临床试验，并且取得FDA和CFDA的权威认证。

但是，在现有技术条件下，基因测序设备的技术尚未发展成熟，现有的传统工艺、处理方法具有处理繁杂，测序成本高等缺点。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基因谱测序设备的芯片自动调焦装置，包括：芯片冷藏装置1，自动调焦物镜2，折光板3，侦测仪4，系统控制器5；所述芯片冷藏装置1一侧设有系统控制器5，芯片冷藏装置1上方设有自动调焦物镜2，所述自动调焦物镜2距芯片冷藏装置1上表面2cm～10cm，自动调焦物镜2上方设有折光板3，所述折光板3倾斜布置，折光板3与水平面夹角在15°～70°，所述侦测仪4位于折光板3倾斜方向一侧，侦测仪4与折光板3处于同一水平线上，侦测仪4与系统控制器5导线控制连接。

进一步的，所述芯片冷藏装置1包括：外壳1-1，基因芯片1-2，冷藏盒1-3，试剂管1-4；所述外壳1-1外形呈长方体结构，外壳1-1上表面设有一矩形凹槽，所述凹槽内设有基因芯片1-2，所述基因芯片1-2四边尺寸比凹槽小1mm～2mm；所述冷藏盒1-3位于外壳1-1内部底面位置，冷藏盒1-3上表面设有试剂管1-4，所述试剂管1-4分别由反应剂、催化酶等试剂组成。

进一步的，所述冷藏盒1-3包括：冷藏盒壳体1-3-1，试剂管存放孔1-3-2，干冰1-3-3，温控仪1-3-4；所述冷藏盒壳体1-3-1外形呈长方体结构，冷藏盒壳体1-3-1内部呈空腔状，冷藏盒壳体1-3-1上表面设有试剂管存放孔1-3-2，所述试剂管存放孔1-3-2不少于6组；所述干冰1-3-3位于冷藏盒壳体1-3-1内部底平面，干冰1-3-3总厚度不少于冷藏盒壳体1-3-1总高度的1/2；所述温控仪1-3-4位于冷藏盒壳体1-3-1内壁表面，温控仪1-3-4与系统控制器5导线控制连接。

进一步的，所述折光板3由高分子材料压模成型，折光板3的组成成分和制造过程如下：

一、折光板3组成成分：

按重量份数计，N-[4-(乙酰基氨基)苯基]-3-氧代丁酰胺63～313份，2-(苄基-叔-丁基氨基)-4'-羟基-3'-羟甲基苯乙酮二乙酸酯盐酸盐83～343份，3-N,N-双(β-甲氧基乙基)氨基-4-甲氧基乙酰苯胺203～303份，N-(4-甲氧基-3-甲酰基苄基)亚氨基二乙酸83～333份，α-(N-苄基-N-甲基氨基)-间羟基苯乙酮盐酸盐73～373份，1-(3-羟基苯基)-2-(甲氨基)乙酮盐酸盐333～443份，浓度为23ppm～133ppm的2-氨基-4-N-(beta-羟乙基)氨基苯甲醚硫酸盐93～323份，N-[2-[(羧甲基)氨基]乙基]-N-(2-羟乙基)甘氨酸二钠盐63～353份，1-(4-苄氧基-3-甲酰氨基苯基)-2-[N-苄基-2'-(4-甲氧基苯基)-1'-甲基乙基氨基]乙醇半富马酸盐63～373份，交联剂83～313份，1-羟基环戊基-2-氯苯基-N-甲基亚胺基酮盐酸盐33～153份，N-(2,3-二甲氧基苯苄)-胡椒乙胺盐酸盐143～373份，N-(2-羟苄基)-α-氨基酸33～83份，(RS)-α-氰基-3-苯氧基苄基N-(2-氯-α,α-α-三氟-对-甲苯基)-D-缬氨酸酯33～363份；

所述交联剂为邻{2-[α-(2-羟基-5-磺酸苯偶氮)-亚苄基]肼基}苯甲酸、N,N-二(2-羟乙基)甘氨酸、乙酰乙酸2-(N-甲基-N-苄基氨基)乙基酯中的任意一种；

二、折光板3的制造过程，包含以下步骤：

第1步：在反应釜中加入电导率为1.35μS/cm～3.85μS/cm的超纯水393～733份，启动反应釜内搅拌器，转速为135rpm～335rpm，启动加热泵，使反应釜内温度上升至74℃～94℃；依次加N-[4-(乙酰基氨基)苯基]-3-氧代丁酰胺63～313份、2-(苄基-叔-丁基氨基)-4'-羟基-3'-羟甲基苯乙酮二乙酸酯盐酸盐83～343份、3-N,N-双(β-甲氧基乙基)氨基-4-甲氧基乙酰苯胺203～303份，搅拌至完全溶解，调节pH值为3.3～8.7，将搅拌器转速调至133rpm～233rpm，温度为103℃～363℃，酯化反应9～23小时；

第2步：取N-(4-甲氧基-3-甲酰基苄基)亚氨基二乙酸83～333份、α-(N-苄基-N-甲基氨基)-间羟基苯乙酮盐酸盐73～373份进行粉碎，粉末粒径为43～303目；加1-(3-羟基苯基)-2-(甲氨基)乙酮盐酸盐333～443份混合均匀，平铺于托盘内，平铺厚度为33mm～73mm，采用剂量为3.4kGy～8.3kGy、能量为3.5MeV～5.3MeV的α射线辐照33～44分钟，以及同等剂量的β射线辐照85～373分钟；

第3步：经第2步处理的混合粉末溶于浓度为23ppm～133ppm的2-氨基-4-N-(beta-羟乙基)氨基苯甲醚硫酸盐93～323份中，加入反应釜，搅拌器转速为83rpm～383rpm，温度为133℃～233℃，启动真空泵使反应釜的真空度达到-0.83MPa～-0.33MPa，保持此状态反应7～23小时；泄压并通入氮气，使反应釜内压力为1.35MPa～3.85MPa，保温静置8～33小时；搅拌器转速提升至93rpm～243rpm，同时反应釜泄压至0MPa；依次加入N-[2-[(羧甲基)氨基]乙基]-N-(2-羟乙基)甘氨酸二钠盐63～353份，1-(4-苄氧基-3-甲酰氨基苯基)-2-[N-苄基-2'-(4-甲氧基苯基)-1'-甲基乙基氨基]乙醇半富马酸盐63～373份完全溶解后，加入交联剂83～313份搅拌混合，使得反应釜溶液的亲水亲油平衡值为3.3～6.3，保温静置7～31小时；

第4步：在搅拌器转速为93rpm～363rpm时，依次加入1-羟基环戊基-2-氯苯基-N-甲基亚胺基酮盐酸盐33～153份、N-(2,3-二甲氧基苯苄)-胡椒乙胺盐酸盐143～373份、N-(2-羟苄基)-α-氨基酸33～83份、(RS)-α-氰基-3-苯氧基苄基N-(2-氯-α,α-α-三氟-对-甲苯基)-D-缬氨酸酯33～363份，提升反应釜压力，使其达到3.03MPa～3.63MPa，温度为133℃～373℃，聚合反应6～36小时；反应完成后将反应釜内压力降至0MPa，降温至23℃～33℃，出料，入压模机即可制得折光板3。

本发明还公开了一种基因谱测序设备的芯片自动调焦装置的调焦方法，该方法包括以下几个步骤：

第1步：系统控制器5控制侦测仪4向折光板3发送侦测光信号，折光板3将侦测光信号反射至自动调焦物镜2，自动调焦物镜2将侦测光信号进而传递至基因芯片1-2表面；

第2步：基因芯片1-2接收完侦测光信号后向自动调焦物镜2发送反馈光信号，自动调焦物镜2将反馈光信号汇聚至折光板3表面，折光板3将反馈光信号反射至侦测仪4；

第3步：侦测仪4将采集好的反馈光信号传递至系统控制器5，从而计算出自动调焦物镜2与基因芯片1-2之间的距离；

第4步：干冰1-3-3对试剂管1-4进行冷藏处理，温控仪1-3-4实时检测试剂管1-4中的温度情况，当温度过高时温控仪1-3-4向系统控制器5发送信号并报警10s～16s，提示工作人员增加干冰1-3-3的投入量。

本发明专利公开的一种基因谱测序设备的芯片自动调焦装置及其调焦方法，其优点在于：

(1)该装置结构合理紧凑，测序成本低；

(2)该装置折光板采用高分子材料制备，折光强度提升度高。

本发明所述的一种基因谱测序设备的芯片自动调焦装置结构新颖合理，调焦精度高，适用范围广阔。

附图说明

图1是本发明中所述的一种基因谱测序设备的芯片自动调焦装置示意图。

图2是本发明中所述的芯片冷藏装置结构示意图。

图3是本发明中所述的冷藏盒结构示意图。

图4是本发明所述的折光板材料与折光强度提升度关系图。

以上图1～图3中，芯片冷藏装置1，外壳1-1，基因芯片1-2，冷藏盒1-3，冷藏盒壳体1-3-1，试剂管存放孔1-3-2，干冰1-3-3，温控仪1-3-4，试剂管1-4，自动调焦物镜2，折光板3，侦测仪4，系统控制器5。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提供的一种基因谱测序设备的芯片自动调焦装置及其调焦方法进行进一步说明。

如图1所示，是本发明中所述的一种基因谱测序设备的芯片自动调焦装置的示意图。图中看出，包括：芯片冷藏装置1，自动调焦物镜2，折光板3，侦测仪4，系统控制器5；所述芯片冷藏装置1一侧设有系统控制器5，芯片冷藏装置1上方设有自动调焦物镜2，所述自动调焦物镜2距芯片冷藏装置1上表面2cm～10cm，自动调焦物镜2上方设有折光板3，所述折光板3倾斜布置，折光板3与水平面夹角在15°～70°，所述侦测仪4位于折光板3倾斜方向一侧，侦测仪4与折光板3处于同一水平线上，侦测仪4与系统控制器5导线控制连接。

如图2所示，是本发明中所述的芯片冷藏装置结构示意图。从图2中看出，所述芯片冷藏装置1包括：外壳1-1，基因芯片1-2，冷藏盒1-3，试剂管1-4；所述外壳1-1外形呈长方体结构，外壳1-1上表面设有一矩形凹槽，所述凹槽内设有基因芯片1-2，所述基因芯片1-2四边尺寸比凹槽小1mm～2mm；所述冷藏盒1-3位于外壳1-1内部底面位置，冷藏盒1-3上表面设有试剂管1-4，所述试剂管1-4分别由反应剂、催化酶等试剂组成。

如图3所示，是本发明中所述的冷藏盒结构示意图。从图3或图1中看出，所述冷藏盒1-3包括：冷藏盒壳体1-3-1，试剂管存放孔1-3-2，干冰1-3-3，温控仪1-3-4；所述冷藏盒壳体1-3-1外形呈长方体结构，冷藏盒壳体1-3-1内部呈空腔状，冷藏盒壳体1-3-1上表面设有试剂管存放孔1-3-2，所述试剂管存放孔1-3-2不少于6组；所述干冰1-3-3位于冷藏盒壳体1-3-1内部底平面，干冰1-3-3总厚度不少于冷藏盒壳体1-3-1总高度的1/2；所述温控仪1-3-4位于冷藏盒壳体1-3-1内壁表面，温控仪1-3-4与系统控制器5导线控制连接。

本发明所述的一种基因谱测序设备的芯片自动调焦装置的调焦方法是：

第1步：系统控制器5控制侦测仪4向折光板3发送侦测光信号，折光板3将侦测光信号反射至自动调焦物镜2，自动调焦物镜2将侦测光信号进而传递至基因芯片1-2表面；

第2步：基因芯片1-2接收完侦测光信号后向自动调焦物镜2发送反馈光信号，自动调焦物镜2将反馈光信号汇聚至折光板3表面，折光板3将反馈光信号反射至侦测仪4；

第3步：侦测仪4将采集好的反馈光信号传递至系统控制器5，从而计算出自动调焦物镜2与基因芯片1-2之间的距离；

第4步：干冰1-3-3对试剂管1-4进行冷藏处理，温控仪1-3-4实时检测试剂管1-4中的温度情况，当温度过高时温控仪1-3-4向系统控制器5发送信号并报警10s～16s，提示工作人员增加干冰1-3-3的投入量。

本发明所述的一种基因谱测序设备的芯片自动调焦装置结构新颖合理，调焦精度高，适用范围广阔。

以下是本发明所述折光板3的制造过程的实施例，实施例是为了进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。

若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。

实施例1

按照以下步骤制造本发明所述折光板3，并按重量分数计：

第1步：在反应釜中加入电导率为1.35μS/cm的超纯水393份，启动反应釜内搅拌器，转速为135rpm，启动加热泵，使反应釜内温度上升至74℃；依次加N-[4-(乙酰基氨基)苯基]-3-氧代丁酰胺63份、2-(苄基-叔-丁基氨基)-4'-羟基-3'-羟甲基苯乙酮二乙酸酯盐酸盐83份、3-N,N-双(β-甲氧基乙基)氨基-4-甲氧基乙酰苯胺203份，搅拌至完全溶解，调节pH值为3.3，将搅拌器转速调至133rpm，温度为103℃，酯化反应9小时；

第2步：取N-(4-甲氧基-3-甲酰基苄基)亚氨基二乙酸83份、α-(N-苄基-N-甲基氨基)-间羟基苯乙酮盐酸盐73份进行粉碎，粉末粒径为43目；加1-(3-羟基苯基)-2-(甲氨基)乙酮盐酸盐333份混合均匀，平铺于托盘内，平铺厚度为33mm，采用剂量为3.4kGy、能量为3.5MeV的α射线辐照33分钟，以及同等剂量的β射线辐照85分钟；

第3步：经第2步处理的混合粉末溶于浓度为23ppm的2-氨基-4-N-(beta-羟乙基)氨基苯甲醚硫酸盐93份中，加入反应釜，搅拌器转速为83rpm，温度为133℃，启动真空泵使反应釜的真空度达到-0.83MPa，保持此状态反应7小时；泄压并通入氮气，使反应釜内压力为1.35MPa，保温静置8小时；搅拌器转速提升至93rpm，同时反应釜泄压至0MPa；依次加入N-[2-[(羧甲基)氨基]乙基]-N-(2-羟乙基)甘氨酸二钠盐63份，1-(4-苄氧基-3-甲酰氨基苯基)-2-[N-苄基-2'-(4-甲氧基苯基)-1'-甲基乙基氨基]乙醇半富马酸盐63份完全溶解后，加入交联剂83份搅拌混合，使得反应釜溶液的亲水亲油平衡值为3.3，保温静置7小时；

第4步：在搅拌器转速为93rpm时，依次加入1-羟基环戊基-2-氯苯基-N-甲基亚胺基酮盐酸盐33份、N-(2,3-二甲氧基苯苄)-胡椒乙胺盐酸盐143份、N-(2-羟苄基)-α-氨基酸33份、(RS)-α-氰基-3-苯氧基苄基N-(2-氯-α,α-α-三氟-对-甲苯基)-D-缬氨酸酯33份，提升反应釜压力，使其达到3.03MPa，温度为133℃，聚合反应6小时；反应完成后将反应釜内压力降至0MPa，降温至23℃，出料，入压模机即可制得折光板3；

所述交联剂为邻{2-[α-(2-羟基-5-磺酸苯偶氮)-亚苄基]肼基}苯甲酸。

实施例2

按照以下步骤制造本发明所述折光板3，并按重量分数计：

第1步：在反应釜中加入电导率为3.85μS/cm的超纯水733份，启动反应釜内搅拌器，转速为335rpm，启动加热泵，使反应釜内温度上升至94℃；依次加N-[4-(乙酰基氨基)苯基]-3-氧代丁酰胺313份、2-(苄基-叔-丁基氨基)-4'-羟基-3'-羟甲基苯乙酮二乙酸酯盐酸盐343份、3-N,N-双(β-甲氧基乙基)氨基-4-甲氧基乙酰苯胺303份，搅拌至完全溶解，调节pH值为8.7，将搅拌器转速调至233rpm，温度为363℃，酯化反应23小时；

第2步：取N-(4-甲氧基-3-甲酰基苄基)亚氨基二乙酸333份、α-(N-苄基-N-甲基氨基)-间羟基苯乙酮盐酸盐373份进行粉碎，粉末粒径为303目；加1-(3-羟基苯基)-2-(甲氨基)乙酮盐酸盐443份混合均匀，平铺于托盘内，平铺厚度为73mm，采用剂量为8.3kGy、能量为5.3MeV的α射线辐照44分钟，以及同等剂量的β射线辐照373分钟；

第3步：经第2步处理的混合粉末溶于浓度为133ppm的2-氨基-4-N-(beta-羟乙基)氨基苯甲醚硫酸盐323份中，加入反应釜，搅拌器转速为383rpm，温度为233℃，启动真空泵使反应釜的真空度达到-0.33MPa，保持此状态反应23小时；泄压并通入氮气，使反应釜内压力为3.85MPa，保温静置33小时；搅拌器转速提升至243rpm，同时反应釜泄压至0MPa；依次加入N-[2-[(羧甲基)氨基]乙基]-N-(2-羟乙基)甘氨酸二钠盐353份，1-(4-苄氧基-3-甲酰氨基苯基)-2-[N-苄基-2'-(4-甲氧基苯基)-1'-甲基乙基氨基]乙醇半富马酸盐373份完全溶解后，加入交联剂313份搅拌混合，使得反应釜溶液的亲水亲油平衡值为6.3，保温静置31小时；

第4步：在搅拌器转速为363rpm时，依次加入1-羟基环戊基-2-氯苯基-N-甲基亚胺基酮盐酸盐153份、N-(2,3-二甲氧基苯苄)-胡椒乙胺盐酸盐373份、N-(2-羟苄基)-α-氨基酸83份、(RS)-α-氰基-3-苯氧基苄基N-(2-氯-α,α-α-三氟-对-甲苯基)-D-缬氨酸酯363份，提升反应釜压力，使其达到3.63MPa，温度为373℃，聚合反应36小时；反应完成后将反应釜内压力降至0MPa，降温至33℃，出料，入压模机即可制得折光板3；

所述交联剂为乙酰乙酸2-(N-甲基-N-苄基氨基)乙基酯。

实施例3

按照以下步骤制造本发明所述折光板3，并按重量分数计：

第1步：在反应釜中加入电导率为2.85μS/cm的超纯水533份，启动反应釜内搅拌器，转速为235rpm，启动加热泵，使反应釜内温度上升至84℃；依次加N-[4-(乙酰基氨基)苯基]-3-氧代丁酰胺213份、2-(苄基-叔-丁基氨基)-4'-羟基-3'-羟甲基苯乙酮二乙酸酯盐酸盐143份、3-N,N-双(β-甲氧基乙基)氨基-4-甲氧基乙酰苯胺273份，搅拌至完全溶解，调节pH值为6.7，将搅拌器转速调至193rpm，温度为253℃，酯化反应13小时；

第2步：取N-(4-甲氧基-3-甲酰基苄基)亚氨基二乙酸263份、α-(N-苄基-N-甲基氨基)-间羟基苯乙酮盐酸盐303份进行粉碎，粉末粒径为203目；加1-(3-羟基苯基)-2-(甲氨基)乙酮盐酸盐383份混合均匀，平铺于托盘内，平铺厚度为53mm，采用剂量为4.3kGy、能量为4.3MeV的α射线辐照37分钟，以及同等剂量的β射线辐照173分钟；

第3步：经第2步处理的混合粉末溶于浓度为103ppm的2-氨基-4-N-(beta-羟乙基)氨基苯甲醚硫酸盐123份中，加入反应釜，搅拌器转速为283rpm，温度为173℃，启动真空泵使反应釜的真空度达到-0.63MPa，保持此状态反应13小时；泄压并通入氮气，使反应釜内压力为2.85MPa，保温静置23小时；搅拌器转速提升至143rpm，同时反应釜泄压至0MPa；依次加入N-[2-[(羧甲基)氨基]乙基]-N-(2-羟乙基)甘氨酸二钠盐253份，1-(4-苄氧基-3-甲酰氨基苯基)-2-[N-苄基-2'-(4-甲氧基苯基)-1'-甲基乙基氨基]乙醇半富马酸盐173份完全溶解后，加入交联剂213份搅拌混合，使得反应釜溶液的亲水亲油平衡值为4.3，保温静置18小时；

第4步：在搅拌器转速为163rpm时，依次加入1-羟基环戊基-2-氯苯基-N-甲基亚胺基酮盐酸盐103份、N-(2,3-二甲氧基苯苄)-胡椒乙胺盐酸盐273份、N-(2-羟苄基)-α-氨基酸63份、(RS)-α-氰基-3-苯氧基苄基N-(2-氯-α,α-α-三氟-对-甲苯基)-D-缬氨酸酯163份，提升反应釜压力，使其达到3.43MPa，温度为273℃，聚合反应16小时；反应完成后将反应釜内压力降至0MPa，降温至27℃，出料，入压模机即可制得折光板3；

所述交联剂为N,N-二(2-羟乙基)甘氨酸。

对照例

对照例为市售某品牌的折光板用于调焦过程的使用情况。

实施例4

将实施例1～3制备获得的折光板3和对照例所述的折光板用于调焦过程的使用情况进行对比，并以调焦精度提升率、表面光洁度提升率、聚光能力提升率、单位质量降低率为技术指标进行统计，结果如表1所示：

表1为实施例1～3和对照例所述的折光板用于调焦过程的使用情况的各项参数的对比结果，从表1可见，本发明所述的折光板3，其调焦精度提升率、表面光洁度提升率、聚光能力提升率、单位质量降低率均高于现有技术生产的产品。

此外，如图4所示，是本发明所述的折光板3材料与折光强度提升度关系图。图中看出，实施例1～3所用折光板3材质分布均匀，折光强度高；图中显示本发明所述的折光板3，其折光强度提升度大幅优于现有产品。