专利名称：基于微电泳芯片的生化物质分析仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于微电泳芯片的生化物质分析仪，属于分析仪器领域。
80年代末发展起来的毛细管电泳(capillary electrophoresis)是一种新型的样品分离分析技术。其原理是在电场作用下，利用生化物质样品中各成分在缓冲液中迁移速率的不同而实现分离，分离后样品中的待检离子依次通过设在毛细管一端的检测器检出。它可以用于基因突变检测，遗传病和肿瘤诊断，血液分析，生物菌种鉴定，药物筛选和药理研究，蛋白质和核酸分析等多种领域。90年代初研制出了电泳芯片技术，与常规的毛细管电泳技术相比，在一个芯片上可集成样品与检测试剂的混合、反应、分离和分析等一系列功能，具有多个生化物质样品的并行处理能力，由于其良好的散热性，可以在管道上施加更高的电压，样品分析速度得到了很大提高，使在线检测成为可能，可直接用于临床诊断，法医鉴定，环境检测和战场侦测等多个领域，也是今后毛细管电泳技术的发展方向，目前国外投入了大量人力、物力从事微芯片及其检测系统的研究，它将对生命科学的发展具有积极的推动作用。
一般的基于微电泳芯片的生化物质检测仪器上所用的高压电源为单路输出，通过分压器和高压继电器形成四路或更多路输出，由于高压继电器在不同高压值之间切换时会产生高压放电现象，在电路中出现脉冲电流和电压尖峰，导致高压电源掉电，即高压电源输出下降，严重时会损坏高压电源。为了保护高压电源，一般采取如下措施将高压输出限制在5000V以下，或延长高压继电器切换时间，降低脉冲电流和高压尖峰的幅值，从而提高高压输出的幅值，但这样做会影响生化物质样品的分离效率。
本实用新型的目的是设计一种基于微电泳芯片的生化物质分析仪，与同类型的生化物质分析仪相比，使其具有高压切换方便，信号噪声小的特点。
本实用新型设计的基于微电泳芯片的生化物质分析仪，包括计算机测控单元、高压模块单元、微电泳芯片光学检测单元和信号调理单元组成，其中，计算机测控单元包括计算机、D/A输出和A/D输入；高压模块单元和信号调理单元分别与D/A和A/D相连；高压模块包括两组高压控制电路，每组高压控制电路包括高压电源、高压保护电路和分压器，两组高压电源之间通过继电器进行切换。其特征在于高压模块中的高压保护电路由三个高压硅堆和一个限流电阻组成。其中的高压硅堆a的正极与高压电源的正极相连，高压硅堆c的负极与高压负极相连，而高压硅堆b的正负极分别与高压硅堆c、a的正负极相连，高压硅堆b的正极连接输出负极，负极通过串联一限流电阻与输出正极相连。
本实用新型设计的基于微电泳芯片的生化物质分析仪中采用的高压保护电路，在不延长高压继电器切换时间的同时，能使高压输出提高到10000V以上。
图1为微芯片电泳仪原理图。
图2为高压模块单元的电路框图。
图3为高压电路图，图中a，b，c为高压硅堆，d为限流电阻。
以下结合附图，详细说明本实用新型的内容。
图1中，1为样品废液端，2为缓冲液储液端，3为样品储液端，4为缓冲液废液端，5为激光器。
如图1所示，本仪器包括计算机测控单元、高压模块单元、微电泳芯片光学检测单元和信号调理单元组成。其中，计算机测控单元包括计算机、D/A输出和A/D输入；高压模块单元和信号调理单元分别与D/A和A/D相连。如图2所示，高压模块包括两组高压控制电路，每组高压控制电路包括高压电源、高压保护电路和分压器，两组高压电源之间通过继电器进行切换。高压模块中的高压保护电路由三个高压硅堆和一个限流电阻组成。如图3所示，高压硅堆a的正极与高压电源的正极相连，高压硅堆c的负极与高压负极相连，而高压硅堆b的正负极分别与高压硅堆c、a的正负极相连，高压硅堆b的正极连接输出负极，负极通过串联一限流电阻与输出正极相连。
微芯片电泳仪工作原理是高压电源输出通过一组高压继电器加到微芯片上，用于样品和缓冲液的注入，可以根据需要同时对四个储液孔加电，并能够在计算机的自动控制下从注样时的加电模式切换到分离时的加电模式。电泳芯片放置在三自由度微动载物台上，激光光源以约45°的入射角聚焦在芯片待检测部位，激发产生的荧光由物镜收集后通过滤光片进入光电倍增管(PMT)检测器，通过信号放大和调理后送到A/D转换器，在计算机控制下完成对样品分离的信号采集、存储和数据处理，并能实时显示出样品分离谱图。实验完成后，再由芯片自动注样清洗单元对芯片进行清洗，供下一次使用。
如图2所示，高压模块用于样品和缓冲液的注入，其开断、切换状态和幅值受计算机系统监测和控制。高压模块实现屏蔽，而且与计算机系统通过光电耦合传递信号，这样既保证计算机系统和操作者的人身安全，又可以消除高压模块对信号采集的干扰。
高压继电器在具有不同电压值的触点之间切换时，由于高压继电器和地之间存在电容，电路中会有充放电现象，产生电流脉冲和电压尖峰，当由较低电压切换到较高电压时，负载上就会产生负的脉冲电流。当由较高电压切换到较低电压时，负载上会产生正的脉冲电流。当脉冲电流高压电源电流允许值时，高压电源输出电压将下降，而当脉冲电流方向和高压电源的输出反向时，有可能损坏高压电源。因此在高压电源的输出端设计了由三个高压硅堆组成的保护电路。当电路中出现反向电流时，电流将通过高压硅堆2形成放电回路，高压硅堆1和3阻止了脉冲电流流向高压电源。当电路中出现电压尖峰时，由于高压硅堆1和3钳制，保护了高压电源。高压输出端接有10KΩ～1MΩ限流电阻，降低了电流脉冲的幅值，使脉冲电流值低于高压电源电流允许值。
权利要求1.一种基于微电泳芯片的生化物质分析仪，包括计算机测控单元、高压模块单元、微电泳芯片光学检测单元和信号调理单元组成；其中，计算机测控单元包括计算机、D/A输出和A/D输入；高压模块单元和信号调理单元分别与D/A和A/D相连；高压模块包括两组高压控制电路，每组高压控制电路包括高压电源、高压保护电路和分压器，两组高压电源之间通过继电器进行切换；其特征在于高压模块中的高压保护电路由三个高压硅堆和一个限流电阻组成；其中的高压硅堆a的正极与高压电源的正极相连，高压硅堆c的负极与高压负极相连，而高压硅堆b的正负极分别与高压硅堆c、a的正负极相连，高压硅堆b的正极连接输出负极，负极通过串联一限流电阻与输出正极相连。
专利摘要本实用新型涉及一种基于微电泳芯片的生化物质分析仪,包括计算机测控单元、高压模块单元、微电泳芯片光学检测单元和信号调理单元组成,其中,高压模块中的高压保护电路由三个高压硅堆和一个限流电阻组成。本实用新型设计的基于微电泳芯片的生化物质分析仪中采用的高压保护电路,在不延长高压继电器切换时间的同时,能使高压输出提高到10000V以上。
文档编号G01N27/447GK2476818SQ01224640
公开日2002年2月13日 申请日期2001年5月25日 优先权日2001年5月25日
发明者周兆英, 汤扬华, 章刚华, 冯焱颖, 叶雄英 申请人:清华大学