一种基因芯片扰动杂交装置的制作方法

1.本实用新型涉及基因芯片杂交仪器，具体涉及一种基因芯片扰动杂交装置。


背景技术：

2.基因芯片(genechip，dna芯片、生物芯片)的测序原理是杂交测序方法，即通过与一组固定在基片表面的已知序列的核苷酸探针杂交从而对靶核酸序列进行检测。基因芯片扰动杂交装置是基因芯片杂交处理的过程装置，通过固液杂交使靶标样品核酸分子与芯片探针之间发生选择性结合。传统固液杂交中，液体与基因芯片表面相对静止，杂交液流动性差，芯片表面在静止的液体中只能与极小的一部分样品进行充分接触，长时间静止杂交易导致杂交信号不均匀，影响检测结果。大部分核酸分子杂交仪专注于提高检测中加样、清洗流路的自动化程度，而非对杂交本身效果进行优化。本扰动杂交技术则可以提供不同参数使平台在微距离运动中静止，达到均匀杂交目的的同时减少杂交样本的使用量。


技术实现要素：

3.本实用新型提供一种基因芯片扰动杂交装置，在基因芯片检测或实验中，基因芯片通过固液杂交与样品核酸分子选择性结合，需要芯片表面长时间接触在杂交液中且需要不定时微距离运动，同时，达到控温、清洗等一体化的功能。
4.为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种基因芯片扰动杂交装置，包括：箱体；第一升降机构，设置于箱体内部，其上端为固定端，其下端为自由移动端并用于安装基因芯片，第一升降机构配置成可控地升高或降低其自由移动端，以带动基因芯片上下移动；盛放装置，设置于箱体内部且位于第一升降机构的下方，以使得盛放装置与第一升降机构的自由移动端相对，盛放装置用于盛放杂交液体，其中第一升降机构按照预设的运行过程升高或降低其自由移动端，以使得基因芯片在多个不同的竖直位置上与杂交液体接触。
5.优选地，基因芯片扰动杂交装置还包括：第二升降机构，其下端为固定端，其上端为自由移动端并用于安装盛放装置，第二升降机构配置成可控地升高或降低其自由移动端，以带动盛放装置上下移动。
6.优选地，第一升降机构还包括：第一机械手，其上端为固定端，其下端为自由移动端；基因芯片安装部，可释放地连接到第一机械手的自由移动端，并用于安装基因芯片；可释放组件，固定设置于第一机械手的自由移动端和/或基因芯片安装部的上端，用于基因芯片安装部与第一机械手的连接或释放。
7.优选地，第一机械手还包括：第一传动杆，水平设置于箱体内部，配置成受限地沿着自身长度方向运动；第一调节螺栓，螺纹连接第一传动杆并以第一传动杆为旋转轴，配置成通过旋转来调节第一传动杆运动；第一底板，其上表面设置有与第一传动杆平行的第一轨道，其下表面用于固定安装可释放组件；第一滑块，设置于第一轨道内，配置成受限地沿着第一轨道的方向滑动；第一臂，其上端相对于箱体固定，其下端连接第一滑块；第二臂，其
上端固定于第一传动杆上，其下端连接第一底板，并且第一臂和第二臂交叉设置，并在其各自长度的中间位置处铰接。
8.优选的，基因芯片安装部还包括：固定板；芯片载台，以悬挂的方式设置在固定板的下方；以及多个固定件，设置于固定板的周缘，用于固定芯片载台。
9.优选的，可释放组件还包括：电磁铁，固定设置于第一机械手的自由移动端上；铁块，固定设置于基因芯片安装部的上端，以与电磁铁的位置相对；和通电模块，连接到电磁铁的螺线管，配置成控制电磁铁的通电状态。
10.优选的，通电模块还包括：通电组块；传感杆，其一端连接电磁铁；固定阀，用于控制传感杆沿着靠近或远离通电组块的方向运动，以控制传感杆与通电组块的连接或断开。
11.优选的，第一机械手还包括：电动机，固定设置于箱体内部；第一旋钮，与第一调节螺栓同轴地设置在第一传动杆上；第二旋钮，其旋转轴连接电动机的输出轴；履带，连接第一旋钮和第二旋钮，以将电动机的转动扭矩传递到第一调节螺栓。
12.优选的，第一机械手还包括：电动机恒温控制器，用于控制电动机产生的热量，以保持箱体内部的温度恒定。
13.优选的，盛放装置还包括：抽屉，可抽拉地设置于第二升降机构的自由移动端上；液体盘，可拆卸地设置于抽屉内部，用于盛放杂交液体；和固定弹块，设置于抽屉内部，用于固定液体盘。
14.优选的，第二升降机构还包括第二机械手，其中第二机械手还包括：支撑板，其上表面用于支撑盛放装置；第二传动杆，水平设置于支撑板下方，配置成受限地相对于支撑板沿着自身长度方向运动；第二调节螺栓，螺纹连接第二传动杆并以第二传动杆为旋转轴，配置成通过旋转来调节第二传动杆运动；第二底板，其上表面设置有与第二传动杆平行的第二轨道，其下表面固定在箱体内侧的底表面上；第二滑块，设置于第二轨道内，配置成受限地沿着第二轨道的方向滑动；第三臂，其上端固定于支撑板，其下端连接第二滑块；第四臂，其上端固定于第二传动杆上，其下端连接第二底板，并且第三臂和第四臂交叉设置，并在其各自长度的中间位置处铰接。
15.优选的，基因芯片扰动杂交装置还包括：提手，设置于箱体顶部的外壁上；和外部电源控制显示装置；其中连接电动机的线路可以经由提手走线达到箱体外部，并进一步连接到外部电源控制显示装置，外部电源控制显示装置用于显示第一升降机构的升降距离。
16.优选的，箱体还包括：盖体，盖体与箱体的其他部分形成密闭空间。
17.优选的，预设的运行过程包括：第一升降机构每间隔第一预设时间升高或降低预设距离，并每次在新位置处停留第二预设时间。
18.优选的，箱体由透明材料制成。
19.本实用新型一种基因芯片扰动杂交装置，在杂交液体与基因芯片杂交时可以使这二者在运动中相对静止，达到均匀杂交的目的，在基因芯片的运动中可以对杂交液造成扰动促进杂交液中各组分的运动，提高液体的均一性，同时，设置运动程序使芯片载台在运动一定位移后暂时停顿静止，使芯片表面与该位置的液体充分接触，形成均匀的固液杂交环境，提高检测效果。
附图说明
20.下面，将结合示意性附图详细说明根据本实用新型的优选实施方式。附图中：
21.图1为本实用新型提出的一种基因芯片扰动杂交装置的主视图；
22.图2为本实用新型提出的一种基因芯片扰动杂交装置的侧视图；
23.图3为本实用新型提出的一种基因芯片扰动杂交装置的立体结构示意图；
24.附图示例性示出了实施例并且构成说明书的一部分，与说明书的文字描述一起用于讲解实施例的示例性实施方式。所示出的实施例仅出于例示的目的，并不限制权利要求的保护范围。在所有附图中，相同的附图标记指代相同或类似的要素。
25.附图标记说明：
26.10、箱体；
27.11、盖体
28.12、箱门
29.20、第一升降机构；
30.21、第一机械手；
31.211、第一传动杆；
32.212、第一调节螺栓；
33.213、第一底板；
34.214、第一滑块；
35.215、第一臂；
36.216、第二臂；
37.217、电动机；
38.218、第一旋钮
39.219、第二旋钮
40.2191、履带；
41.22、基因芯片安装部；
42.221、固定板；
43.222、芯片载台；
44.223、液体盘；
45.224、固定件；
46.23、可释放组件；
47.231、电磁铁；
48.232、铁块；
49.233、通电模块；
50.234、传感杆；
51.235、固定阀；
52.236、通电组块；
53.30、盛放装置；
54.31、抽屉；
55.311、把柄；
56.33、固定弹块；
57.40、第二升降机构；
58.41、第二机械手；
59.411、第二调节螺栓；
60.412、第二底板；
61.413、第二滑块；
62.415、第三臂；
63.416、第四臂；
64.417、支撑板；
65.50、顶板；
66.60、提手；
具体实施方式
67.在本实用新型中，除非另有说明，否则使用术语“第一”、“第二”等来描述各种要素并不意图限定这些要素的位置关系、时序关系或重要性关系，这种术语只是用于将一个要素与另一要素区分开。在一些示例中，第一要素和第二要素可以指向该要素的同一示例，而在某些情况下，基于上下文的描述，它们也可以指代不同示例。
68.在本实用新型中对各种示例的描述中所使用的术语只是为了描述特定示例的目的，而并非旨在进行限制。除非上下文另外明确地表明，如果不特意限定要素的数量，则该要素可以是一个也可以是多个。此外，本实用新型中所使用的术语“和/或”涵盖所列出的项目中的任何一个以及全部可能的组合方式。
69.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
70.参照图1
‑
图2，本实用新型公开了一种基因芯片扰动杂交装置，该装置一般性地包括：箱体10、第一升降机构20和盛放装置30。
71.箱体10可以是任何形状的，例如可以是长方体形、圆柱体形、球形等。箱体10可以在其内部形成密封空间，以形成适合基因芯片杂交的环境。在本实施例中箱体10为长方体形，并且箱体10还包括位于顶部可拆卸的盖体11，盖体11与箱体10的其他部分形成密闭空间。箱体10的前侧还设置有箱门12，用于开闭箱体10。另外，箱体10优选由透明材料制成，以便于观察箱体10内部的基因芯片杂交过程，上述透明材料可以例如是玻璃、塑料或亚克力板等。
72.第一升降机构20设置于箱体10内部，其上端为固定端，其下端为自由移动端并用于安装基因芯片。上述第一升降机构20可以包括可上下运动的机械手、步进电机或通过传送带进行传送的升降机等等，在本实施例中，为了便于对基因芯片位置的精细调节，上述第一升降机构20优选为机械手。第一升降机构20配置成可控地升高或降低其自由移动端，以带动基因芯片上下移动。
73.盛放装置30，设置于箱体10内部且位于第一升降机构20的下方，以使得盛放装置
30与第一升降机构20的自由移动端相对，盛放装置30用于盛放杂交液体。盛放装置30可以是上端具有开口的容器，例如可以包括托盘、液体盆等装置，在本实施例中，盛放装置30优选为抽屉和液体盘的组合，下文将对盛放装置30的结构进行详细描述，这里不再赘述。
74.第一升降机构20按照预设的运行过程升高或降低其自由移动端，以使得基因芯片在多个不同的竖直位置上与杂交液体接触。本实用新型基因芯片扰动杂交装置在杂交液与基因芯片杂交时可以通过持续调整第一升降机构20的自由移动端的位置，使得基因芯片在多个不同的竖直位置上与杂交液体接触，因此能够提高基因芯片与杂交液体的接触效率并达到均匀杂交的目的。另外，上述自由移动端的运动对杂交液造成扰动促进杂交液中各组分的运动，提高液体的均一性。
75.上述基因芯片扰动杂交装置还可以包括：第二升降机构40。第二升降机构40设置于箱体10内部，其下端为固定端，其上端为自由移动端并用于安装盛放装置30，第二升降机构40配置成可控地升高或降低其自由移动端，以带动盛放装置30上下移动。在本实施例中，还可以另外设置第二升降机构40，以便于配合第一升降机构20的运动，并精确控制基因芯片和杂交液体之间的位置关系。
76.下面将结合图3，详细描述第一升降机构20和第二升降机构40。第一升降机构20包括：第一机械手21、基因芯片安装部22和可释放组件23。第一机械手21的上端为固定端，下端为自由移动端，示例性地，箱体10内部的上方空间设置有水平设置的顶板50，第一机械手21的上端可以固定在顶板50上。第一机械手21具体包括：第一传动杆211、第一调节螺栓212、第一底板213、第一滑块214、第一臂215和第二臂216。第一传动杆211水平设置于箱体10内部，配置成受限地沿着自身长度方向运动，示例性地，第一传动杆211可以限定在一个框架轨道内，该框架轨道进而固定到顶板50上，以保证第一传动杆211只能在自身长度方向运动。第一调节螺栓212螺纹连接第一传动杆211并以第一传动杆211为旋转轴，配置成通过旋转来调节第一传动杆211运动。第一底板213上表面设置有与第一传动杆211平行的第一轨道(未示出)，下表面用于固定安装后文将详细说明的可释放组件23。第一滑块214设置于第一轨道内，配置成受限地沿着第一轨道的方向滑动。第一臂215上端相对于箱体10固定(例如直接或间接固定到顶板50上)，下端连接第一滑块214。第二臂216其上端固定于第一传动杆211上，下端连接第一底板213，并且第一臂215和第二臂216交叉设置，并在其各自长度的中间位置处铰接。上述第一臂215与第一滑块214、第二臂216与第一传动杆211的固定连接均为可枢转连接，以允许第一臂215和第二臂216之间的相对转动。
77.该第一机械手21的工作原理为：当顺时针或逆时针旋转第一调节螺栓212时，由于螺纹连接，第一调节螺栓212将使得第一传动杆211沿其长度方向运动(即图1中的左右方向)，由此可以促使第一臂215和第二臂216的上端靠近或远离。当旋转第一调节螺栓212使得第一臂215和第二臂216的上端远离时，两个臂相互分开，从而使得第一机械臂的下端(即自由移动端)向上移动；当旋转第一调节螺栓212使得第一臂215和第二臂216的上端靠近时，两个臂相互靠拢，从而使得第一机械臂的下端(即自由移动端)向下移动。
78.基因芯片安装部22可释放地连接到第一机械手21的自由移动端，并用于安装基因芯片。具体地，基因芯片安装部22包括：固定板221、芯片载台222和多个固定件224。其中，芯片载台222以悬挂的方式设置在固定板221的下方，其上表面用于放置待测的基因芯片，在本实施例中，基因芯片可以粘附到芯片载台222的上表面。多个固定件224设置于固定板221
的周缘，用于固定芯片载台222。上述固定件224例如可以为倒钩，以用于钩挂芯片载台222。上述固定件224的数量可以为2个、4个、6个等等，具体数量可以根据芯片载台222的大小而定，在本实施例中，固定件224的数量优选为2个，分别设置在固定板221的左右边缘处。
79.可释放组件23固定设置于第一机械手21的自由移动端和/或基因芯片安装部22的上端，用于基因芯片安装部22与第一机械手21的连接或释放。上述可释放组件23可以例如是磁性件、卡接组件(例如第一机械手21的自由移动端设置卡扣，相应地基因芯片安装部22的上端设置卡槽，卡扣和卡槽配合实现可释放的卡接)等所有可以实现两个部件连接或释放的组件。在本实施例中，可释放组件23为电磁铁231形式，具体包括：电磁铁231、铁块232和通电模块233。
80.电磁铁231固定设置于第一机械手21的自由移动端上。铁块232固定设置于基因芯片安装部22的上端，以与电磁铁231的位置相对。如图1所示，通电模块233可以固定到顶板50上，并连接到电磁铁231的螺线管，配置成控制电磁铁231的通电状态。通电模块233进一步包括：通电组块236、传感杆234和固定阀235。传感杆234一端连接电磁铁231。固定阀235用于控制传感杆234沿着靠近或远离通电组块236的方向运动，以控制传感杆234与通电组块236的连接或断开。
81.在本实施例中，基因芯片安装部22可以通过操作固定阀235安装和拆卸。具体地，当操作人员需要安装基因芯片安装部22时，通过操作固定阀235将传感杆234移动至其一端接触通电组块236，使得电磁铁231通电，电磁铁231能够吸引铁块232并实现对基因芯片安装部22的安装。当操作人员需要释放基因芯片安装部22时，通过操作固定阀235将传感杆234移动至其一端远离通电组块236，使得电磁铁231断电，电磁铁231失去吸引铁块232的能力并实现对基因芯片安装部22的拆卸。在本实施例中，通过控制固定阀235实现对基因芯片安装部22的安装和拆卸，使得拆装过程更简单，便于操作人员操作。
82.第一机械手21还包括：电动机217、第一旋钮218、第二旋钮219和履带2191。电动机217固定设置于箱体10内部。第一旋钮218与第一调节螺栓212同轴地设置在第一传动杆211上。第二旋钮219的旋转轴连接电动机217的输出轴；履带2191连接第一旋钮218和第二旋钮219，以将电动机217的转动扭矩传递到第一调节螺栓212。在本实施例中，优选地，还可以将电动机217的电线引到箱体10之外，以便于从密封的箱体10外部对第一机械手21进行升降操作。
83.第一机械手21还包括：电动机恒温控制器。该电动机恒温控制器设置于电动机217的壳体内部，用于控制电动机217产生的热量，以保持箱体10内部的温度恒定。
84.第二升降机构40可以与第一升降机构20的结构类似。具体地如图2所示，第二升降机构40还包括第二机械手41。第二机械手41进一步包括：支撑板417、第二传动杆(由于遮挡未示出)、第二调节螺栓411、第二底板412、第二滑块413、第三臂415和第四臂416。支撑板417水平设置于箱体10内部，其上表面用于支撑盛放装置30。第二传动杆水平设置于支撑板417下方，配置成受限地相对于支撑板417沿着自身长度方向运动。第二调节螺栓411螺纹连接第二传动杆并以第二传动杆为旋转轴，配置成通过旋转来调节第二传动杆运动。第二底板412上表面设置有与第二传动杆平行的第二轨道，其下表面固定在箱体10内侧的底表面上。第二滑块413设置于第二轨道内，配置成受限地沿着第二轨道的方向滑动。第三臂415上端固定于支撑板417，下端连接第二滑块413。第四臂416上端固定于第二传动杆上，下端连
接第二底板412，并且第三臂415和第四臂416交叉设置，并在其各自长度的中间位置处铰接。第二机械手41的工作原理和第一机械手21相同，这里不再赘述，但是第二机械手41与第一机械手21的一个重要区别是，第二机械手41的上端是自由移动端，其下端为固定端，这与第一机械手21刚好相反。本实用新型的基因芯片扰动杂交装置通过设置第二机械手41，使得对杂交液体的位置也可以精确控制，通过配合第一机械手21实现对基因芯片和杂交液体之间相对位置的更加细致的调节。
85.另外，本实施例的基因芯片扰动杂交装置还包括：提手60和外部电源控制显示装置(未在附图中示出)。其中，提手60设置于箱体10顶部的外壁上，以方便操作人员携带该装置。连接电动机217的线路可以经由提手60走线达到箱体10外部，在进行基因芯片杂交时可以进一步将电动机217的线路连接到外部电源控制显示装置。外部电源控制显示装置与电动机217的电路相连，因此可以检测出电动机217的相关运行参数，从而可以显示第一升降机构20的升降距离并根据升降距离对第一升降机构20进行调控。例如，外部电源控制显示装置内部设置有计时器，计时器可以检测出电动机217的运行时间，通过电动机217的出厂参数可以得到单位时间内电动机217带动第一机械手21的升降距离，结合电动机217运行时间可以得到第一升降机构20的单次总升降距离。外部电源控制显示装置还可以包括显示屏，以数字化显示第一升降机构20的升降距离。上述显示屏例如可以是液晶显示屏、led显示屏等。
86.盛放装置30还包括：抽屉31、液体盘223和固定弹块33。抽屉31可抽拉地于第二升降机构40的自由移动端上，抽屉31的表面还设置有便于将抽屉31拉出的把柄311。液体盘223可拆卸地设置于抽屉31内部，用于盛放杂交液体。固定弹块33设置于抽屉31内部，其受抽屉31内部的弹簧控制用于固定液体盘223。操作人员可以通过对抽屉31简单的抽拉即可取出、放入杂交液体，使得对杂交液体的更换更加简单，提高了基因芯片扰动杂交装置的实用性。
87.在本实施例中，上述预设的运行过程优选地包括：第一升降机构20每间隔第一预设时间升高或降低预设距离，并每次在新位置处停留第二预设时间。在具体操作过程中，可以先调节第一机械手21使得基因芯片与杂交液体相接触，然后控制第一机械手21的自由移动端进行周期性操作。示例性地，可以设置上述预设距离为0.1mm，第二预设时间为5分钟，第一预设时间设置为5分钟的停留时间与第一升降机构20运动的时间的总和。以下降过程为例，第一机械手21可以单次下降0.1mm的距离，然后在新位置停留5分钟再次下降0.1mm，并重复上述过程10次，也就是说基因芯片可以在10个不同的位置与杂交液体相接触。当然，上述持续运动要保证基因芯片始终处于杂交也体内，也就是说，要至少保证杂交液体有1mm的深度。如上设置多个接触位置可以使得基因芯片与杂交液体的接触更加充分，以提高基因杂交效率。
88.下面将详细阐述本实用新型的基因芯片扰动杂交装置的工作原理和相关的工作过程：在使用基因芯片扰动杂交装置进行杂交时，操作人员将箱门12打开，取出芯片载台222，将已经粘好基因芯片的芯片载台222通过两侧的固定件224进行固定，操作人员将芯片载台222倒挂在固定板221上并使铁块232与电磁铁231吸附连接，实现基因芯片安装部22的连接安装。然后操作第一调节螺栓212调节第一机械手21的高度。操作人员将液体盘223固定放入抽屉31内，通过第二调节螺栓411调节第二机械手41的高度。在调整好基因芯片和杂
交液的相对位置之后，关闭箱门12，封闭盖体11，将从提手60处引出的传输线连接到外部控制系统，将箱内温度调节为适宜杂交的45℃，设置第一机械手21单次下降0.1mm的距离，每运行1次停留5分钟再次下降，连续下降10次，设置第一机械手21单次上升0.1mm的距离，每运行1次停留5分钟再次上升，连续上升10次。上述过程可以重复循环15次，总杂交时间为25小时，杂交板上下运动了300次。
89.在对基因芯片扰动杂交装置进行清洗时，操作人员先将箱门12打开，取出盛有杂交液体的液体盘223，换入盛有清洗液的液体盘223，为了提高清洗效率，可以设置与基因芯片杂交时类似的循环过程。例如，可以设置第一机械手21单次下降0.1mm的距离，每运行1次停留1分钟再次下降，连续下降10次，设置第一机械手21上升单次距离0.1mm，每运行1次停留1分钟再次上升，连续上升10次。
90.该实用新型基因芯片扰动杂交装置同时具有基因芯片杂交和清洗功能，提高了装置的实用性。
91.最后应说明的是：以上，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
92.虽然已经参照附图描述了本实用新型的实施例，但应当理解的是，本实用新型的范围并不由这些实施例或示例限制，而是仅由授权后的权利要求书及其等同范围来限定。实施例或示例中的各种要素可以被省略或者可由其等同要素替代。还应当理解的是，随着技术的演进，在此描述的很多要素可以由本实用新型之后出现的等同要素进行替换。