全自动核酸提取扩增微流控芯片动态定量检测一体化装置的制作方法

本发明涉及用于生物检测及分子诊断领域，具体涉及一款全自动核酸提取扩增微流控芯片动态定量检测一体化装置。

背景技术：

1953年watson和crick提出脱氧核糖核酸的双螺旋结构模型可谓是里程碑式的成果，为分子生物学的发展和分子诊断技术的进步奠定了坚实的理论基础。分子诊断发展经历四阶段，包括分子杂交技术、pcr技术、生物芯片技术、第二代测序技术。近年来，分子诊断正在快速成为人类疾病诊断的最有效方式之一，其中生物芯片技术解决了传统核酸印迹杂交技术复杂、自动化程度低、检测目的分子数量少、低通量的问题。也解决了二代测序比较复杂、成本高、时间长问题、专业性太强等问题。可应用在临床疾病诊断、输血安全、法医学鉴定、核酸样品建库、环境微生物检测、食品安全检测、分子生物学研究等多种领域。

分子诊断技术发展趋势正在向着高端化、智能化、一体化发展。但是目前国际上分子诊断包括伯乐、abi、bd、罗氏等产品基本都是实时荧光定量pcr技术、数字pcr技术，最主要核酸样本处理、与pcr、核酸检测机器都是由几个分体机器完成，分系统操作繁琐、智能化程度不高、成本高、容易产生污染、几个仪器操作容易造成人为误差。目前只有xpertrif产品将核酸样本提取、pcr、检测于一体机高度集成，但是非常昂贵。我国没有相关成熟技术及产品。此外，该产品的缺点在于只能检测最终的pcr结果，不能进行实时荧光定量分析。

本发明将样本核酸提取纯化技术模块、核酸pcr扩增及杂交模块、生物芯片检测模块高度集成于一体化产品。实现智能、自动化、简单化、降低成本、提高了准确性和检测效率。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明通过将微流控芯片与ccd成像技术结合，提供一种新型全自动检测装置及其使用方法，全过程不需要将样本取出，大幅度降低了生物污染、样本污染的可能性，也不需要清洗仪器配合，降低了成本。并且我们在pcr过程中可以通过扫描的图片或者影像直观的看到样本真实的状态，再结合上位机软件的分析检测，可以更加准确对样本的信息进行评估，并且实现实时监控、检测和分析。另外，本发明可实现核酸样本处理、核酸扩增与核酸杂交、动态定量检测自动化连续完成，可降低技术门槛，减少成本，有利于此技术向基层推广。

简言之，本发明的目的通过以下技术方案来实现：

在第一方面，本发明提供全自动核酸提取扩增微流控芯片动态定量检测一体化装置，该装置包括：

核酸自动化提取模块，其用于自动化裂解和纯化一个或多个样品中的核酸；

核酸扩增和杂交模块，其包括一个或多个微流控芯片，所述微流控芯片能够接收来自所述核酸自动化提取模块的经纯化的核酸，并进行pcr扩增与杂交；和

动态定量检测模块，其通过ccd相机对所述微流控芯片扫描成像而进行检测。

在一个实施方式中，所述核酸自动化提取模块包括：

一个或多个样本容器，其用于接收样品和裂解缓冲液，和

微孔板，其用于容纳核酸纯化所需的试剂以进行纯化，

所述一个或多个微流控芯片设置在微流控芯片装载平台上，并且所述样本容器、微孔板和微流控芯片装载平台依次设置在水平导轨上，并能够沿着所述水平导轨滑动，

优选的是，样本容器、微孔板和微流控芯片装载平台一体化组合成试剂盒模块，在所述水平导轨上一体化滑动。

在一个实施方式中，所述水平导轨在接近样本容器的一端设置有磁铁，优选圆柱形磁铁，

所述样本容器中具有磁珠，在所述磁铁被驱动运动时，磁力驱动样本容器中的磁珠震动从而裂解样品中的细胞，

优选的是，所述磁铁设置成距离所述导轨平面2～5cm，并且距离所述样本容器2～10cmm。

在一个实施方式中，所述核酸自动化提取模块还包括加热槽，该加热槽能够对一个或多个样本容器中的样品加热，以提供核酸提取所需的温度。

在一个实施方式中，所述样本容器是样品裂解管；和/或所述微孔板是96孔板。

在一个实施方式中，所述装置还包括：

自动化移液模块，其位于所述水平导轨上方，能够将样本容器中的经裂解样品移液至具有核酸纯化试剂的微孔板以进行一次或多次抽提、洗脱从而纯化；和/或将在微孔板中的经纯化样品移液至微流控芯片的芯片加样孔。

在一个实施方式中，该装置包括pcr控制模块，以用于控制所述一个或多个微流控芯片中的pcr反应。

在一个实施方式中，所述pcr控制模块设置成与导轨的远离样本容器的另一端相邻，并且在所述微流控芯片装载平台滑动出所述另一端之时，能够与微流控芯片装载平台的微流控芯片充分接触。

在一个实施方式中，所述动态定量检测模块包括成像系统和能够使成像系统沿垂直于所述水平导轨运动的运动模块，所述成像系统包括一个或多个激发光源和ccd相机，从而能够同时对所述微流控芯片上的一个或多个样品进行检测，特别是能够对每轮pcr都进行检测。

在一个实施方式中，用于所述ccd相机的物镜设置成在工作时距离所述微流控芯片6cm以上

在一个实施方式中，所述自动化移液模块包含直线电机运动模块、步进电机运动模块和抽提运动模块，

所述步进电机运动模块驱动所述移液模块沿着与水平导轨表面垂直的垂直方向运动

所述直线电机运动模块驱动移液模块安装拆卸移液管，在直线电机末端含有与移液管对接的一个或者多个对接头；

所述抽提运动模块驱动所述移液管从样品容器或者微孔板上提取或排出液体，并且含有光电二极管传感器，优选对射式光电二极管传感器，所述光电二极管传感器设置成能够读取所述移液管中液体提取或排出的状态。

在一个实施方式中，所述移液管有两个滤芯，处在移液管顶部的气溶胶滤芯防止落入核酸污染源及倒吸污染，此滤芯距离移液管顶部1～3cm处；处在移液管底部的核酸吸附滤芯以吸附核酸，此滤芯距离移液管底部1～3cm处，优选的是，所述核酸吸附滤芯选自由硅胶、硅藻土、玻璃粉组成的组，更优选玻璃粉末滤芯，特别是石英玻璃或硼酸盐玻璃粉末滤芯。

在一个实施方式中，所述微流控芯片上具有立体微球阵列，所述微球表面上具有能够与生物分子特异结合的荧光探针。

在一个实施方式中，所述pcr控制模块包括：

加热板，其能够与固定在微流控芯片装载平台上的微流控芯片充分接触并对其加热；

半导体致冷器件，例如帕尔贴，其设置在所述加热板下方；

散热板；和

散热风扇。

在一个实施方式中，所述装置还包括

自动上样模块，所述自动上样模块能够通过机械手臂自动按顺序向所述核酸自动化提取模块提供样品。

在第二方面，本发明提供全自动核酸提取扩增微流控芯片动态定量检测一体化装置，该装置包括：设置在水平导轨上并能够沿其滑动的试剂盒模块，自动化移液模块，和动态定量检测模块；

所述水平导轨的一端设置有磁铁；

从所述水平导轨的设置有磁铁的一端起，所述试剂盒模块依次包括：

一个或多个样本容器，其用于接收样品和裂解缓冲液，并容纳有磁珠；

微孔板，其用于容纳核酸纯化所需的试剂以进行纯化，和

固定在微流控芯片装载平台上的一个或多个微流控芯片，所述微流控芯片能够接收来自所述核酸自动化提取模块的经纯化的核酸，并进行pcr扩增与杂交；

所述自动化移液模块位于所述水平导轨上方，固定在固定架上，能够将样本容器中的经裂解样品移液至具有核酸纯化试剂的微孔板以进行一次或多次抽提、洗脱从而纯化；和/或将在微孔板中的经纯化样品移液至一个或多个微流控芯片的芯片加样孔，所述动态定量检测模块位于所述水平导轨上方，固定在支撑架上，通过ccd相机对所述微流控芯片扫描成像而进行检测。

在一个实施方式中，所述试剂盒模块还包括加热槽，该加热槽能够对一个或多个样本容器中的样品加热。

在一个实施方式中，所述样本容器是样品裂解管；和/或

所述微孔板是96孔板。

在一个实施方式中，所述磁铁为圆柱形磁铁，能够围绕中心旋转且与驱动电机同轴，并且所述磁铁设置成距离所述导轨平面2～5cm，并且距离所述样本容器2～10cmm。

在一个实施方式中，所述装置包括pcr控制模块，以用于控制所述微流控芯片中的pcr反应。

在一个实施方式中，所述pcr控制模块设置成与导轨的远离样本容器的另一端相邻，并且在所述微流控芯片装载平台滑动出所述另一端之时，能够与微流控芯片装载平台的一个或多个微流控芯片充分接触

在一个实施方式中，所述pcr控制模块包括：

加热板，其能够与固定在微流控芯片装载平台上的一个或多个微流控芯片充分接触并对其加热；

半导体致冷器件，例如帕尔贴，其设置在所述加热板下方；

散热板；和

散热风扇。

在一个实施方式中，所述自动化移液模块包含直线电机运动模块、步进电机运动模块和抽提运动模块，

所述步进电机运动模块驱动所述移液模块沿着与水平导轨表面垂直的垂直方向运动；

所述直线电机运动模块驱动移液模块安装拆卸移液管，在直线电机末端含有与移液管对接的一个或者多个对接头；

所述抽提运动模块驱动所述移液管从样品容器或者微孔板上提取或排出液体，并且含有光电二极管传感器，优选对射式光电二极管传感器，所述光电二极管传感器设置成能够读取所述移液管中液体提取或排出的状态。

所述移液管有两个滤芯，处在移液管顶部的气溶胶滤芯防止落入核酸污染源及倒吸污染，此滤芯距离移液管顶部1～3cm处；处在移液管底部的核酸吸附滤芯以吸附核酸，此滤芯距离移液管底部1～3cm处，优选的是，所述核酸吸附滤芯选自由硅胶、硅藻土、玻璃粉组成的组，更优选玻璃粉末滤芯，特别是石英玻璃或硼酸盐玻璃粉末滤芯。

在一个实施方式中，所述微流控芯片上具有立体微球阵列，所述微球表面上具有能够与生物分子特异结合的荧光探针。

在一个实施方式中，所述动态定量检测模块包括成像系统和能够使成像系统沿垂直于所述水平导轨运动的运动模块，所述成像系统包括一个或多个激发光源和ccd相机，从而能够同时对微流控芯片上的一个或多个样品进行检测，特别是能够对每轮pcr都进行检测。

在一个实施方式中，用于所述ccd相机的物镜设置成在工作时距离所述微流控芯片6cm以上。

在一个实施方式中，所述装置还包括：

自动上样模块，所述自动上样模块能够通过机械手臂自动按顺序向所述试剂盒模块中的样本容器提供样品。

在优选的实施方式中，所述装置中的所有模块集成在封闭的容器内。

本发明的有益效果

本发明相对于现有技术的自动化装置，特别是xpertrif产品，具有以下优点：

(1)本发明的装置通过带滤芯的特殊移液管、生物试剂、微流控芯片等耗材，可实现核酸样本处理、核酸扩增与杂交、动态定量检测分析一体机自动化连续完成。

(2)采用开放式耗材，便于样本、试剂更换；结合微流控芯片，以全自动化实现核酸提取扩增分析过程；应用灵活，满足单一或者多个样品同时分析；相对传统分析方法，显著降低样本、试剂、检测时间消耗，节省了样本。

(3)将核酸提取、扩增、微流控芯片检测高度集成为一体化机器。操作自动化、分析速度快、通量高、误差小、精度高的优势。

(4)该系统集成在封闭的容器内，避免了样品与试剂的检查污染，提高了准确率。该系统灵活，满足单一或多个样品同时分析。该系统使用微流控芯片减低了样本和试剂的消耗，有助于节省成本。

(5)本发明可以利用机械手臂来完成多个样本容器的连续上样功能，实现大样本自动化检测，而且ccd相机在每完成一轮pcr扩增时都可以进行扫描成像，实现动态定量检测、再综合整个扩增和杂交的过程对样本进行定量分析，提高了数字pcr技术的精准度。

综上所述，本发明提供的全自动核酸扩增微流控芯片分析装置具有试剂样本消耗少，高精度，高通量，操作自动化，分析速度快的优点，尤其适用于医疗单位和现场快速检测应用。该装置显著降低了该类设备的购买和运行成本，有助于提高医疗服务质量，可以更好地满足广大人们群众的就医需求。

附图说明

图1是全自动核酸扩增微流控芯片动态定量检测装置立体图。如图1所示，该装置包括：电源模块1、自动化移液模块2、动态定量检测模块3、试剂盒模块4，。

图2试剂盒模块，其是图1中试剂盒模块的放大图。如图2所示，该模块包括：加热槽20、微孔板21、样本容器22、芯片加样孔232、具有微流控芯片231的芯片装载平台23、水平导轨hg。所述加热槽20紧固试剂盒21一侧，加样孔232紧固微孔板21另一侧，芯片装载平台23紧固芯片加样孔232。

图3是自动化移液模块中的提取部分。如图3所示，该部分包括：步进电机5、同步带6、推杆电机7、固定架9、移液管10、光电对管11。所述步进电机5紧固固定架9，同步带6紧固固定架9上方，光电对管11紧固固定架9、移液管10紧固丝杆滑块并与气管(未示出)相接，丝杆上方与推杆电机7相连。气管连接特殊移液管和如下所述的供压部分，具体而言，气管连接特殊移液管和供压部分的腔体。

图4是自动化移液模块中的供压部分。如图4所示，该部分包括：腔体12、推杆13、挡片14、光电对管11、固定架9、步进电机17、转化阀18、推杆电机19。气管(未示出)与腔体12紧固相连，腔体12紧固转化阀18，转化阀18另一侧紧固推杆13一侧，步进电机17紧固固定架9，挡片14紧固推杆13上方，光电对管11紧固固定架9，推杆电机19紧固固定架9。

图5是单激发光源动态定量检测模块。如图5所示，该模块包括：led光源25、ccd相机26、光源镜筒27、相机镜筒28、反光镜29、物镜30、支撑架31。所led光源25、紧固支撑架31，光源镜筒27紧固led光源25下方，反光镜29固定在光源镜筒27下方，相机26紧固支撑架31，相机镜筒28紧固相机26下方，物镜30紧固相机镜筒28下方。需要说明的是，该实例仅仅例举了使用单激发光源的动态定量检测模块。但是使用双激发光源和更多的激发光源同时检测多个荧光图像也是可行的。

图6是pcr控制模块。如图6所示，其由与芯片充分接触的加热板61、加热及退热功能的帕尔贴62、散热板63、散热风扇64组成。

图7是特殊移液管中的作为核酸吸附滤芯的一个实例的硼酸盐玻璃滤芯。

具体实施方式

以下结合附图更详细地描述本发明。

如上所述，本发明的全自动核酸提取扩增微流控芯片动态定量检测一体化装置可以包括自动上样模块(可选模块)、核酸自动化提取模块、核酸扩增和杂交模块及动态定量检测模块。以上模块均集成在分析仪上，核酸样本的裂解、提取和纯化、核酸扩增和检测均在集成的分析仪上进行。

此外，全自动核酸提取扩增微流控芯片动态定量检测一体化装置还包括自动化移液模块和pcr控制模块等辅助模块。

以下更详细地说明本发明的各模块。

作为一个具体实例，本发明的全自动核酸提取扩增微流控芯片动态定量检测一体化装置可以是图1中所示的装置。该装置包括：电源模块1、自动化移液模块2、动态定量检测模块3、试剂盒模块4。其中，上述的核酸自动化提取模块、核酸扩增和杂交模块在该实施方式中整合为试剂盒模块4。试剂盒模块4包括一个或多个样本容器22、微孔板21和具有微流控芯片231的微流控芯片装载平台23。具体可以参照下文中的详细描述。

1.自动上样模块

自动上样模块工作由操作员装好样品、试剂盒等放置在指定的等待区，机械手臂自动安顺序向核酸提取模块提供样品，从而完成多个样品容器的连续上样功能，实现大样本自动化检测。自动上样模块是本发明的可选模块，未在图中示出，其可以使用现有仪器中的自动化上样装置。例如，在一个实施方式中，在自动化上样装置中准备好样品后，启动仪器，样品由传输带运动到机械手臂，机械手收紧、提拉，再沿导轨运动到下述核酸自动化提取模块的样本容器处，机械手打开，将样品安置好，返回样品传输带。当第一份样品提纯结束，送入pcr模块(核酸扩增和杂交模块)后，第二份样品运动到机械手。以此类推循环进行自动上样。

但是，在实践中可以手动上样，也可以利用自动上样。从自动化、标准化的观点出发，优选使用自动上样模块。

需要说明的是，无论是自动上样模块自动上样还是操作人员手动上样，只要将待测样本加到样本容器，本发明的全自动核酸提取扩增微流控芯片动态定量检测一体化装置就可以完成所有样本的检测，体现出工作站式循环工作的能力。

2.核酸自动化提取模块

核酸自动化提取模块是实现自动化提取样品中的核酸的模块，例如可以通过物理裂解、化学裂解、化学试剂抽提洗脱从而提取样品中的核酸。

在一个实施方式中，其可以是如图2所示的试剂盒模块中的一部分。其包括一个或多个样本容器22、微孔板21和磁铁(特别是圆柱形磁铁m)。

样本容器22是接收样品和容纳裂解缓冲液的区域，其与微孔板21相邻且固定在水平导轨hg上.样本容器22可以携带一个或多个样本，并且其中可以首先加入磁性物质，例如磁珠，以在磁场驱动下运动从而对样品进行物理裂解，然后加入裂解缓冲液进行对样品进行化学裂解。磁珠和裂解缓冲液都可以来自市售的核酸提取试剂盒(dna提取试剂盒或rna提取试剂盒)

微孔板21是进行核酸纯化的区域，可以含有核酸提取所需的试剂，例如核酸提取试剂盒(dna提取试剂盒或rna提取试剂盒)中的相关试剂。在工作时，来自样本容器的裂解好的悬浮液(含有核酸)利用下述移液模块中的移液管不断与微孔板中各孔的试剂进行抽提、洗脱，直到获得适合于进行pcr纯度所需的核酸。

圆柱形磁铁m与样品容器22相邻并位于其外部，圆柱形磁铁m围绕其圆面中心旋转；磁铁水平垂直于水平导轨hg且磁铁沿母线方向两侧固定于水平导轨hg外侧，圆柱形磁铁m由电机(未示出)驱动，电机与圆柱形磁铁m圆面同轴，使圆柱形磁铁m围绕其圆面中心旋转，进而通过磁场驱动样本容器22中的磁珠旋转从而裂解细胞；使用与目标分子特意结合的滤器纯化裂解细胞感兴趣的分子。圆柱形磁铁m设置成距样本容器2～10cm，距样本容器底部高度为2～5cm，样本容器中含有磁性物质，例如磁珠。样本容器一侧可设置加热槽20，能提供核酸提取所需的温度，可同时加热一个或者多个样本。

作为一种优选，微孔板选用常见的多孔板，例如48孔板、64孔板96孔板等，样本容器选用样品裂解管。

需要说明的是，在图2中位于右侧的圆柱形磁铁m在图1中实际上是位于左侧的。为了暴露出加热槽20的目的，特将其倒转而进行说明。

3.自动化移液模块

自动化移液模块为在本发明的全自动核酸提取扩增微流控芯片动态定量检测一体化装置中将液体从一个位置转移到另一位置的模块。可以使用现有技术的自动化机械手臂来实现这一功能。

但在一个优选实施方式中，使用本发明图3和图4所示的自动化装置作为本发明的自动化移液模块。

在该实施方式中，如图1所示，自动化移液模块2位于所述水平导轨hg上方，能够将样本容器22中的经裂解样品移液至具有核酸纯化试剂的微孔板21以进行一次或多次抽提、洗脱从而纯化；和/或将在微孔板21中的经纯化样品移液至位于微流控芯片23上的微流控芯片231的芯片加样孔232。

该自动化移液模块可以分为提取部分和供压部分，分别如图3和图4所示，这两部分通过气管连接，气动地控制液体的吸取和释放。

整体而言，所述自动化移液模块包括步进电机5、同步带6、推杆电机7、气管(未示出)、固定架9、移液管10(特殊移液管)、光电对管11。所述步进电机5紧固固定架9，同步带6紧固固定架9上方，光电对管11紧固固定架9，移液管10紧固丝杆滑块并与气管8相接，丝杆上方与推杆电机7相连。腔体12、推杆13、挡片(未示出)、光电开关15、步进电机17、转化阀18、推杆电机19。气管与腔体12紧固相连，腔体12紧固转化阀18，转化阀18另一侧紧固推杆13一侧，步进电机17紧固固定架16，挡片紧固推杆13上方，光电开关15紧固固定架9，推杆电机19紧固固定架9。

如图3所示，该自动化移液模块可以携带一个或多个移液管10。自动化移液模块2与样本容器22、微孔板21相邻且在其上方,固定在固定架9上。自动化移液模块2上可以集成移液管10和运动模块，运动模块带动移液管10沿着与水平导轨hg垂直的垂直方向运动。

更具体而言，自动化移液模块可以包含直线电机运动模块(由推杆电机7控制)、步进电机运动模块(由步进电机5控制)和抽提运动模块(通过移液管10实现)，步进电机运动模块驱动移液装置沿着与水平导轨hg垂直的垂直方向运动；直线电机运动模块驱动移液装置安装拆卸移液管10，在直线电机末端含有与移液管10对接的特殊对接头，对接头可以是一个或者多个；抽提运动模块驱动移液装置从样品容器22或者微孔板21上提取或排出液体，并且含有光电二极管传感器(光电对管11)，光电二极管安装在移液管垂直运动轨迹两侧，为对射式，可读取特殊移液管上液体提取或排出的状态。

移液管10为发明人为本装置特意设计的特殊移液管，具有两个滤芯，处在特殊移液管顶部的气溶胶滤芯防止核酸等污染源以及倒吸污染，此滤芯距离特殊移液器顶部1～3cm处；处在特殊移液管底部的核酸吸附滤芯以吸附核酸，此滤芯距离特殊硼酸盐底部1～3cm处。

核酸吸附滤芯没有特别限制，只要其能吸附核酸即可。由于核酸因含有磷酸残基而带负电，因此该吸附滤芯通常带正电，根据核酸的酸碱性吸附核酸，从而实现在移液管里进行核酸提纯，然后利用微孔板中的不同ph缓冲液使吸附的核酸脱落，如此循环，达到核酸提纯的目的。作为核酸吸附滤芯的材料，可以使用硅胶、硅藻土、玻璃粉等。优选使用由玻璃材料制成的滤芯。玻璃可以为硅酸盐玻璃、钾玻璃、石英玻璃、硼酸盐玻璃等，优选石英玻璃或硼酸盐玻璃。玻璃滤芯可以为玻璃丝、玻璃纸、玻璃纤维膜等形式。特别优选的是采用玻璃粉末(例如石英玻璃或硼酸盐玻璃的粉末)加热压缩而形成的滤芯，如图7所示，其与核酸的接触面积大，从而实现大样本量提纯，并且核酸的损失降低，例如在其回收率能达到80％以上，更优选90％以上。

4.核酸扩增和杂交模块

核酸扩增和杂交模块为进行pcr扩增和杂交的区域。

在一个实施方式中，如图2所示，核酸扩增和杂交模块为固定有微流控芯片231的微流控芯片装载平台23，其是图1中试剂盒模块4的一部分，与样本容器22、微孔板21共同构成试剂盒模块4。

具体而言，微流控芯片托盘(微流控芯片装载平台23)上可以集成微流控芯片231，可以承载1到多个微流控芯片231，同时进行pcr扩增，微流控芯片托盘设计成具有固定微流控芯片231的作用，使微流控芯片231与图6所示pcr控制模块中的加热板61充分接触。

微流控芯片231上包含一个或多个芯片加样孔232(注液孔)，能够由其从微孔板21引入一个或多个进行了核酸裂解和纯化的样本，芯片上含有微小的空间能满足核酸扩增与杂交，同时芯片上还含有能与特异性分子相结合的物质，例如荧光探针等。物质存放在芯片特殊的阵列内，微流控芯片上有注液孔，芯片能同时包含一个或多个注液孔，微流控芯片装载平台与微孔板21相邻，微流控芯片231通过安装孔位固定在芯片装载平台23上。微流控装载平台23采用坚固的保温材质。图6所示的pcr控制模块中的加热板61与微流控芯片231的有效接触面积不小于芯片本身面积。

例如，微流控芯片上可以具有立体微球阵列，生物分子特异相结合的荧光探针等置于特定的立体微球阵列内，能够以集成化的方式检测更多生物特征。

当然，微流控芯片还可以是平铺式微流控芯片，例如本发明人之前在cn109107624a中公开的检测液滴平铺式生成与检测一体化芯片。

出于通量、灵敏度、信噪比等观点，优选使用包括微球体的立体微球阵列的微流控芯片。

在检测时，将核酸扩增和杂交模块移动至动态定量分析模块下方，实现动态定量分析。

需要指出的是，由于核酸提取时间通常为1小时40分钟左右，而pcr需要6个小时左右，因此优选的是微流控芯片托盘(微流控芯片装载平台23)上的微流控芯片的数量为多个，例如2至12个，优选4至8个。在一个实施方式中，在核酸自动化提取模块为所需数量的微流控芯片上样完成后，再同时进行pcr反应和检测。

5.pcr控制模块

pcr控制模块为用于控制pcr反应的模块，通过控制pcr反应区域的温度来实现目的。在本发明中可以使用常见的温度控制装置。

在本发明的一个实施方式中，pcr控制模块设置成与水平导轨hg的远离样本容器22的另一端相邻，并且在所述微流控芯片装载平台23滑动出水平导轨hg的所述另一端之时，能够与微流控芯片装载平台23的微流控芯片231充分接触，从而用于控制所述微流控芯片中的pcr反应。

作为选择，pcr控制模块可以与微流控芯片装载平台23一体化地设置。

作为pcr控制模块的一个实例，如图6所示，pcr控制模块包括：加热板61，其能够与微流控芯片充分接触并对其加热；半导体致冷器件62，例如帕尔贴，其设置在所述加热板下方；散热板63；和散热风扇64。散热板63和/或散热风扇64用于对加热板和半导体致冷器件散热。作为一个优选实施方式，当微流控芯片加载平台33移动至pcr模块的上方时，可以将二者紧固以保证加热板与微流控芯片的充分接触。

pcr控制模块还可以优选包括运动模块(未示出)，其例如驱动pcr控制模块沿着在水平导轨平面内与导轨滑动方向垂直的方向运动，从而更好地调整加热板61与微流控芯片231的相对位置。

6.动态定量检测模块

动态定量检测模块通过ccd相机对所述微流控芯片扫描成像而进行实时监控、检测和分析的模块。在本发明中，每完成一轮pcr扩增时都可以进行扫描成像，实现动态定量检测、再综合整个扩增和杂交的过程对样本进行定量分析，提高了数字pcr技术的精准度。

在一个实施方式中，动态定量检测模块固定位于所述水平导轨hg上方，固定在支撑架(未示出)上，通过ccd相机对微流控芯片231扫描成像而进行检测。

在一个实施方式中，如图5所示，动态定量检测模块包含一个或多个激发光源25、高分辨率拍照成像系统(ccd相机)26和必要的光学系统。激发光源25和高分辨率拍照系统26相邻且固定在与水平导轨hg平面垂直的轴上，位于导轨远离样本容器22的末端的相邻位置上方。光学系统例如是与ccd相机配合的物镜30、反光镜29等。例如，物镜30可以包括多个镜片，具有特定的放大倍率(0.6倍)和视场(与相机适配)。在pcr反应过程中，动态定量检测模块可以调整为位于微流控芯片231的上方，对微流控芯片实时扫描成像。led光源25可以是单激发光源，例如绿色光源，也可以是多激发光源。

具体而言，动态定量检测模块包括：led光源25、相机26、光源镜筒27、相机镜筒28、反光镜29、物镜30、支撑架31。所述led光源25紧固支撑架31，光源镜筒27紧固led光源25下方，反光镜29固定在光源镜筒27下方，相机26紧固支撑架31，相机镜筒28紧固相机26下方，物镜30紧固相机镜筒28下方。

需要说明的是，该实施方式仅仅例举了使用单激发光源的动态定量检测模块。但是使用双激发光源和更多的激发光源同时检测多个荧光图像也是可行的。

通过实时扫描成像，动态定量检测模块可以检测微流控芯片中的一个至多个pcr进程。微流控芯片检测方法为扫描拍照成像方式。激发光源目前设计有hex、fam、rox、cy3、cy5、vic,可以根据具体样本需求进行选择，也可以根据需求设计其他波段激发光源，由于需要扫描pcr过程中的芯片，镜头材质需要选用高低温冷热交替不变形，且尽量远离pcr板，这里我们设计物镜与pcr板相距6cm以上，保障物镜不受温度变化的影响，确保动态定量检测的准确性。

动态定量检测模块还包括运动模块(未示出)。运动模块驱动成像系统沿与水平导轨平面垂直的轴运动，调整成像系统(包括物镜)与微流控芯片231之间的距离，从而更加清晰准确的成像。

在一个实施方式中，成像系统包含多波段激发光源、高分辨率相机(ccd相机)。多波段激发光源可以激发芯片上物质，光学系统置于高分辨率相机前，成像系统可同时对芯片上的一个或多个样本进行检测。

实施例

下面通过实施例来对本分明做进一步详细的说明。

实施例1

该实施例说明使用本发明的全自动核酸提取扩增微流控芯片动态定量检测一体化装置对肺结核患者进行检测的实例。

操作流程：

(1)将含有肺结核患者痰液(或者其他样本)和裂解液的液体样本悬浮液在56℃中水浴加热20分钟左右，使溶液澄清。

(2)取5ml人造痰液加入400μl液化缓冲液，涡旋混合15秒，56℃水浴20分钟。

(3)清洁桌面及实验用品及装置。

(4)把裂解管、微孔板放入装置水平导轨上指定位置。

(5)向加热管中加入380μl的缓冲液。

(6)将处理好的人工痰液涡旋15-30秒，取500μl/管。

(7)移动裂解管、试剂盒、特殊移液管至使裂解管与圆柱形磁铁的水平距离2～10cmm。

(8)电机驱动圆柱形磁铁旋转5-10分钟，磁力驱动裂解管里的磁珠震动，促使液体样本悬浮液物理裂解。

(9)向物理裂解好的悬浮液加入裂解缓冲液进行化学裂解5-20分钟。

(10)将化学裂解好的悬浮液通过特殊移液管不断与微孔板上的试剂进行抽提，洗脱得到纯化核酸。

操作方式：通过水平导轨运动把核酸从微孔板上转移到微流控芯片上，通过芯微流控片加样孔注入核酸溶液，为使核酸与芯片中的物质结合，沿着水平导轨驱动微流控芯片到pcr控制模块的加热板上，为微流控芯片提供适宜的温度，促使核酸在微流控芯片中完成扩增与物质结合。并且动态定量检测模块工作，通过ccd相机对微流控芯片扫描成像而进行实时监控、检测和分析，特别是在每完成一轮pcr扩增时都可以进行扫描成像，从而实现了动态定量分析。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。