一种基于液滴阵列芯片的模块化生物分析系统及其应用的制作方法

本发明属于生物分析与医学检验技术领域，特别涉及一种基于液滴阵列芯片的模块化生物分析系统及其应用。

背景技术：

生物分析与医学检验通常包含多类检测内容，如生化检测、核酸检测、免疫检测、微生物检测等。目前，这些检测内容大多采用相互独立的分析系统，而且分析过程涉及多步操作。因此，传统的生物分析与医学检验不仅对于场地、操作人员素质要求较高，而且面临操作繁琐、分析时间长和测试成本高的问题。

近期发展的微流控液滴技术(dropletmicrofluidics)具有分析通量高、试样消耗低的优势，是实现快速生物医学分析的有力工具。尽管微流控液滴分析技术取得了重要的进展，但该技术尚有一些方面有待完善，例如：(1)在功能集成与测试通量之间的平衡：目前，绝大多数全集成式微流控装置每次只能分析一个样品，而高通量分析装置则未能集成核酸分析的整个过程，因此发展具有较高通量的集成化微分析装置则会更好满足临床应用需求；(2)需要简便灵活的液体转移方案：试剂、样品的定量和定位转移是微流控芯片面临的一个重要挑战；虽然之前报导了一系列芯片微泵微阀技术，但是由于加工成本高、控制系统复杂等问题而难以推广；(3)解决芯片-试管对接问题：存储于试管中试剂和样品如何引入封闭的芯片中，是微流控芯片走向实际医学应用需要解决的另一个难题；分析中往往是批量样品操作，实现芯片-试管对接是自动化液体转运操作的必需；(4)降低芯片加工成本：由于微流控芯片大多需要专业的微加工技术，因而制造成本居高不下，严重影响了该技术的推广。上述问题的解决，将有助于推进微流控液滴分析技术走向实际应用。

技术实现要素：

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于液滴阵列芯片的模块化生物分析系统。

本发明的另一目的在于提供所述基于液滴阵列芯片的模块化生物分析系统的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于液滴阵列芯片的模块化生物分析系统，包括至少一组的功能模组和至少一个的电池及电子电路模块；功能模组包括光学检测模块、芯片运动控制模块、磁场控制模块和温度控制模块；光学检测模块、芯片运动控制模块、磁场控制模块和温度控制模块分别与电池及电子电路模块连接，光学检测模块和芯片运动控制模块连接，磁场控制模块和温度控制模块位于芯片运动控制模块的下方；

芯片运动控制模块包含电机和与电机连接的芯片托架；

光学检测模块包括光电检测器、光学暗仓和光/电激发控制与信号采集处理电路；光学暗仓为箱体结构，在光学暗仓的底部设置芯片托架入口，光电检测器与光/电激发控制与信号采集处理电路连接；光电检测器位于芯片托架入口的上方；

磁场控制模块包括磁铁和与磁铁连接的电路，磁铁垂直设置于芯片托架的上方或下方；

温度控制模块包含若干通道的温度控制器和与温度控制器连接的若干相互独立的加热模组，加热模组设置于芯片托架的下方。

具体地，所述的芯片运动控制模块的作用是驱动芯片进/出光学暗仓、芯片相对磁场控制模块和温度控制模块做相对运动、芯片相对于光学检测器的相对运动、以及液滴与芯片的相对运动。具体而言：驱动芯片做进/出光学暗仓动作以方便芯片的安置/更换、样品/试剂的加载：驱动芯片相对磁场控制模块作相对运动以实现液滴的移动、融合、分裂等操作：驱动芯片相对温度控制模块作相对运动以实现芯片/液滴的加热、温度切换或热循环、液滴的热触发融合等；驱动芯片与光学检测器的相对运动以实现芯片检测区与光学检测器的对准或光学检测器对芯片检测区的扫描操作；驱动芯片相对液滴运动以实现液滴的振荡混匀操作。

所述的芯片托架的结构优选如下：在芯片托架的两侧分别设置有托臂，一侧托臂设置有用于卡套光轴的半开口滑槽，另一侧托臂设置有限位臂、滑块插销、滑块以及平行于光轴方向的通孔，芯片托架安装到位状态下限位臂正好位于丝杆的上方，滑块通过滑块插销固定于芯片托架上；滑块远离芯片托架的一侧设置有与丝杆接触的滑块凸牙，滑块凸牙走向平行于丝杆螺纹凹槽旋进方向，从而，在电机作用下，丝杆旋转，带动滑块，进而带动芯片托架运行。

所述的芯片运动控制模块还包括用于支撑芯片托架的运动底座；在运动底座的一侧设置丝杆，丝杆与电机同轴；在运动底座的两侧分别设置与丝杆平行的光轴；

所述的运动底座还包括磁场控制模块接口和温度控制模块接口，磁场控制模块接口和温度控制模块接口设置于芯片托架运动空间的下方。

所述的电机优选为步进电机或伺服电机。

具体地，所述的光学检测模块用于检测芯片液滴中的光学信号。当所述的基于液滴阵列芯片的模块化生物分析系统启用或采用荧光检测时，所述的基于液滴阵列芯片的模块化生物分析系统还包含光电激发器，光电激发器与光/电激发控制与信号采集处理电路连接，位于芯片托架入口的上方；光电激发器为荧光激发模组，其包含荧光光源、激发滤光片和发射滤光片，沿着光线前进方向，荧光光源、激发滤光片、发射滤光片和光电检测器依次排列，光路为45°斜射光路设计或同轴光路设计，荧光光源为led灯泡或led灯泡阵列；所述的发射滤光片可选聚光透镜、二向色滤片等。当所述的基于液滴阵列芯片的模块化生物分析系统启用或采用化学发光检测时，光电激发器不启用或缺省。

所述的光电检测器可选用ccd图像传感器、cmos图像传感器、光电倍增管、光电二极管阵列或其他光-电转换器件。

具体地，所述的磁场控制模块用于驱动磁性粒子的运动。所述的磁铁为永磁铁或电磁铁。所述的磁铁为永磁铁时，所述的电路为驱动电路；永磁铁活动垂直设置于芯片托架的上方或下方，优选为下方，从而通过永磁铁在垂直于芯片平面的方向上做贴近或远离动作，控制芯片相应区域所受磁场的有无及强度的大小，进而控制芯片液滴中磁性粒子的转移、聚集或分散。所述的磁铁为电磁铁时，所述的电路为控制电路；电磁铁固定垂直设置于芯片托架的上方或下方，优选为下方，从而通过控制电磁铁或电磁阵列的电流方向、大小或有无来控制芯片液滴中磁性粒子的转移、聚集或分散。

所述的永磁铁的个数为一个以上；为2个以上时，形成永磁铁阵列。

所述的电磁铁的个数为一个以上；为2个以上时，形成电磁铁阵列。

所述的磁铁为永磁铁时，所述的磁场控制模块还包括永磁体托架、光轴、底座、丝杠、电机、滑杆、滑块、凸牙；永磁体设置在永磁体托架上；丝杠与电路中的电机同轴，电机通过电机支架固定于底座上；滑杆的一端固定于底座上，滑块穿过滑杆，相对固定于滑杆上，滑块与丝杆接触连接；在永磁体托架的两侧设置有用于光轴穿过的通孔，光轴的下端固定于底座上，永磁体托架通过光轴相对固定于底座上；凸牙设置在永磁体托架的一个侧面上，凸牙与滑块连接；在电机作用下，丝杆旋转运动，带动滑块运动，进而带动永磁体托架运动。

所述的电机优选为步进电机。

具体地，所述的温度控制模块用以控制芯片反应池中的温度。所述的加热模组包括导热块、温度传感器、加热器和隔热装置，导热块的加热平面平行贴附于芯片底平面，温度传感器设置在导热块的加热平面的中央区域，加热器嵌合于导热块中或与夹心于导热块和隔热装置之间；当加热器嵌合于导热块中时，导热块上平行于加热平面的底面贴附于隔热装置；隔热装置为绝热底座；或是包含散热底座和散热风扇，散热风扇设置在散热底座的附近。当所述的基于液滴阵列芯片的模块化生物分析系统采用恒温加热方式时，温度控制模块启用或采用一组温度控制器通道和加热模组，此时加热模组中导热块底面连接绝热底座，由温度控制器根据温度传感器反馈的信号控制提供给加热器的电流大小或加热器电压通断时间的长短及频率，以达到或维持设定温度；当系统采用变温加热方式(如聚合酶链反应)时，温度控制模块启用或采用一组温度控制器通道和加热模组，此时加热模组中导热块底面连接散热底座，由温度控制器根据温度传感器反馈的信号控制提供给加热器的电流方向及大小，以达到或维持预定温度；当系统采用恒温热循环加热方式(流体运动跨越多个恒温区)时，温度控制模块启用或采用多组温度控制器通道和加热模组，此时加热模组中导热块底面连接绝热底座，由温度控制器根据各个加热模组中温度传感器反馈的信号控制提供给对应加热器的电流大小或加热器电压通断时间的长短及频率，以达到或维持预定温度。

所述的隔热装置为散热底座和散热风扇时，所述的加热器优选为半导体制冷片。

所述的基于液滴阵列芯片的模块化生物分析系统还包括智能终端设备，智能终端设备与光学检测模块连接。

所述的连接的方式包括有线连接和无线连接方式。

所述的智能终端设备包括计算机和手机。

所述的基于液滴阵列芯片的模块化生物分析系统在生物检测中的应用，包括如下步骤：

(1)在液滴阵列芯片加入反应试剂和样品后，将液滴阵列芯片放置于芯片托架上，芯片托架进入光学暗仓；

(2)通过芯片运动控制模块驱动液滴阵列芯片运动至温度控制模块或是磁场控制模块上方，依据实际需求，设置温度控制模块的反应温度，以及温度控制模块和磁场控制模块的先后运行方式；

(3)光学检测模块启动，进行检测；

(4)反应结束，芯片出仓，取下液滴阵列芯片。

所述的液滴阵列芯片包含若干平行的串联微池结构；串联的微池之间通过狭缝相联通；微池全部或部分具有开放式结构，即顶面开口与外界直通。

所述的液滴生物分析芯片还包括疏水涂层，疏水涂层设置在微池和狭缝的表面。

所述的疏水涂层优选为teflonaf1600疏水涂层。

所述的液滴阵列芯片的材料优选为玻璃、塑料、聚四氟乙烯、聚丙烯或硅胶。

所述的液滴阵列芯片的面积优选为10～100平方厘米。

本发明的技术原理为：在具有疏水表面的微池内，顺序加载油相和水相溶液，由于表面张力效应形成油包水型液滴。微池之间由狭缝连通，在表面张力作用下，油相可以填充狭缝而水相则不能。当微池承载的液滴中含有磁粒时，可以利用外部磁场驱动磁粒运动；当磁粒所受到的磁力大于油水界面张力时，磁粒可以突破油水界面从原液滴中分裂出来；分离出的磁粒液滴在磁场驱动下可以进入另一个液滴或者通过狭缝进入另一个微池所包含的液滴。因此，结合液滴和磁操控，可以完成生物分析所涉及的检测对象捕获、磁粒洗涤(和样品洗脱)和反应；最后检测液滴中的反应信号，以此确定检测对象和含量。这样，可以利用开放式液滴芯片为基本操作平台，以类似的操作流程在不同模块中实现不同的分析功能。利用有线或无线通讯方式，以一个终端就可以操控多个模块，灵活地应对不同的检测需求。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明提供的模块化生物分析系统，可以将不同类型的检测内容在同一系统内完成，满足单个样本多指标分析和批量样品的并行分析。这种系统具有应用灵活、信息通量高的优点。

(2)本发明提供的模块化生物分析系统使用开放式液滴阵列芯片，这种芯片加工成本极低。

(3)该开放式液滴阵列芯片上试剂/样品全程以油包水形式存在，蒸发损失小、反应条件稳定，而且允许样品分析体积灵活可变、试剂消耗量小。

(4)该模块化生物分析系统中芯片分析采用全集成方式，操作简便，分析快速。

(5)该模块化生物分析系统具有小巧便携、能源消耗小、自动化程度高，非常适合基层诊所、床旁诊断、现场检测以及医疗资源有限的地区生物检测的开展。

附图说明

图1是基于液滴阵列芯片的模块化生物分析系统的结构示意图。

图2是光学检测模块的结构示意图。

图3a-3d显示芯片运动控制模块；其中，图3a是芯片运动模块的俯视图，图3b是运动底座的结构示意图，图3c是芯片托架的结构示意图，图3d是滑块的结构示意图。

图4a-4b显示磁场控制模块；其中，图4a为磁场控制模块的主视图，图4b为磁场控制模块拆分图。

图5a是温度控制模块的拆分图，未含散热底座和散热风扇，图5b是温度控制模块的另一个视角的拆分图。

图6是基于液滴阵列芯片的模块化生物分析系统的工作原理图。

图7是适合于该模块化生物分析系统的液滴阵列芯片的结构示意图；其中，虚线框所示的a-e区域依次分别为样品微池、洗涤微池1、洗涤微池2、洗脱微池、反应微池。

图8是积木式模块化生物分析系统的结构示意图。

图9是网络分布式模块化生物分析系统的结构示意图。

1为光学检测模块、2为芯片运动控制模块、3为磁场控制模块、4为温度控制模块、5为电池及电子电路模块、6为液滴阵列芯片、7为智能手机、8为笔记本电脑；1-1为光电检测器件、1-2为光电检测器件安装接口、1-3为发射滤光片、1-4为激发光源安装卡盒、1-5为激发光源、1-6为激发滤光片、1-7为光学暗仓；2-1为芯片托架、2-2为运动底座、2-3为丝杆、2-4为电机、2-5为光轴、2-6为磁场控制模块接口、2-7为温度控制模块接口、2-8为磁铁安装仓、2-9为电机安装位、2-10为半开口滑槽、2-11为通孔、2-12为限位臂、2-13为滑块插销、2-14为滑块、2-15为滑块卡槽、2-16为滑块凸牙；3-1为永磁体阵列、3-2为永磁体阵列托架、3-3为光轴、3-4为底座、3-5为丝杆、3-6为滑杆、3-7为步进电机、3-8为步进电机支架、3-9为滑块、3-10为凸牙；4-1为导热块、4-2为温度传感器、4-3为加热器、4-4为绝热底座、4-5为散热底座、4-6为散热风扇。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，一种基于液滴阵列芯片的模块化生物分析系统，包括光学检测模块1、芯片运动控制模块2、磁场控制模块3、温度控制模块4和电池及电子电路模块5。光学检测模块1、芯片运动控制模块2、磁场控制模块3和温度控制模块4均为可独立运行控制的子系统，并由电池及电子电路模块5提供电力支持、协同控制。光学检测模块1、磁场控制模块3和温度控制模块4分别与芯片运动控制模块2连接。

如图2所示，光学检测模块1包括光电检测器件1-1、光电检测器件安装接口1-2、发射滤光片1-3、激发光源安装卡盒1-4、激发光源1-5、激发滤光片1-6、光学暗仓1-7和光/电激发控制与信号采集处理电路。光电检测器件1-1和光电转换器安装接口1-2位于光学暗仓1-7的顶部，其作用是连接并固定光电检测器件1-1和激发光源1-5分别与光/电激发控制与信号采集处理电路连接。激发光源安装卡盒1-4安装在光学暗仓1-7的内部侧面，激发光源1-5安装在激发光源卡盒1-4内，激发滤光片1-6位于激发光源1-5的前方，激发光源1-5、激发滤光片1-6的安装面与发射滤光片1-3的平面呈45度夹角向下方照射，当进行检测时，光能照射到放置于光学暗仓1-7底部的液滴阵列芯片6上。所述的光电检测器优选为cmos图像传感器或ccd图像传感器。所述的激发光源优选为蓝光led阵列或蓝光led面光源。

如图3a-3d所示，芯片运动控制模块2主要包含电机及其驱动的可进行一维运动的芯片托架；具体包含芯片托架2-1、运动底座2-2、丝杆2-3、电机2-4、光轴2-5、磁场控制模块接口2-6、温度控制模块接口2-7、磁铁安装仓2-8、电机安装位2-9、半开口滑槽2-10、通孔2-11、限位臂2-12、滑块插销2-13、滑块2-14、滑块卡槽2-15和滑块凸牙2-16。丝杆2-3设置在运动底座2-2的一侧，电机2-4通过电机安装位2-9固定于运动底座2-2上，电机2-4与丝杆2-3同轴，光轴2-5设置于运动底座2-2的两侧，分别与丝杆2-3平行。芯片托架2-1设置于运动底座2-2上，芯片托架2-1沿平行光轴2-5方向做一维运动，在芯片托架2-1的中央设置用于放置液滴阵列芯片6的卡槽，在芯片托架2-1的两侧分别设置有托臂，一侧托臂设置有用于卡套光轴2-5的半开口滑槽2-10，另一侧托臂设置有平行于光轴2-5方向的通孔2-11，以及限位臂2-12、滑块插销2-13和滑块2-14，安装到位状态下限位臂2-12正好位于丝杆2-3的上方，滑块2-14通过滑块插销2-13固定于芯片托架2-1上，滑块2-14位于丝杆2-3的一侧有两段滑块凸牙2-16，该滑块凸牙2-16走向平行于丝杆2-3螺纹凹槽旋进方向，滑块2-14远离丝杆2-3的一侧有圆形插槽，圆形插销与圆形插槽2-13匹配，二者之间以弹簧控制间距。运动底座2-2上位于芯片运动空间的正下方设置磁场控制模块接口2-6和温度控制模块接口2-7。电机为步进电机或伺服电机。磁铁安装仓2-8设置于运动底座2-2的底部，用于磁阵列的准确安装与操作防护。

如图4a和4b所示，磁场控制模块3安装在芯片运动控制模块2的下方，包含永磁体阵列3-1、永磁体阵列托架3-2、光轴3-3、底座3-4、丝杆3-5、滑杆3-6、步进电机3-7、步进电机支架3-8、滑块3-9、凸牙3-10。永磁体阵列3-1等间距设置在永磁体阵列托架3-2的排孔中，永磁体阵列托架3-2的排孔两侧分别设置有通孔。光轴3-3穿过上述通孔，其下端固定在底座3-4的安装孔中。用于支撑步进电机3-7的步进电机支架3-8及导轨固定在底座3-4上，步进电机3-7与丝杆3-5同轴，永磁体阵列托架3-2上的凸牙3-10卡在滑块3-9的卡槽中，滑杆3-6的一端固定于底座3-4上，滑块3-9设置有用于穿过滑杆3-6的通孔，相对固定于滑杆3-6的滑块3-9可沿丝杆3-5运动。通过永磁体阵列3-1上下运动接近或远离液滴阵列芯片，控制施加在液滴阵列芯片上磁场的有无及大小，并配合上述芯片运动模块的一维运动实现对液滴的磁驱动与磁操作。

温度控制模块4包含若干温度控制通道或温度控制器及相应的与之连接的加热模组构成。如图5a和5b所示，加热模组包含导热块4-1、温度传感器4-2、加热器4-3、隔热装置；隔热装置为绝热底座4-4，或是包含散热底座4-5与设置在散热底座4-5附近的散热风扇4-6。导热块4-1的加热平面平行贴附于芯片底平面，温度传感器4-2设置在导热块4-1的加热平面的中央区域，加热器4-3嵌合于导热块4-1中或与夹心于导热块4-1和隔热装置之间；当加热器4-3嵌合于导热块4-1中时，导热块4-1上平行于加热平面的底面贴附于隔热装置。如图5a所示，恒温型加热模组由导热块4-1、温度传感器4-2、加热器4-3和绝热底座4-4依次连接构成，其中优选的温度传感器4-2为ntc薄膜电阻或热电偶，优选的加热器4-3为聚酰胺薄膜加热器或氧化铝陶瓷加热片。如图5b所示，变温型加热模组由导热块4-1、温度传感器4-2、加热器4-3、散热底座4-5和散热风扇4-6构成，其中导热块4-1、温度传感器4-2、加热器4-3和散热底座4-5依次连接，散热风扇4-6设置在散热底座4-5旁边；导热块4-1和散热底座4-5优选为铝材质，温度传感器4-2优选为热电偶，加热器4-3优选为te半导体制冷片。

基于液滴阵列芯片的模块化生物分析系统的工作原理如如图6所示，芯片运动控制模块2控制液滴阵列芯片6进入光学检测模块1的光学暗仓1-7；当芯片的微池承载的液滴中含有磁粒时，可以利用外部磁场控制模块3驱动磁粒运动；当磁粒所受到的磁力大于油水界面张力时，磁粒可以突破油水界面从原液滴中分裂出来；分离出的磁粒液滴在磁场驱动下可以进入另一个液滴或者通过狭缝进入另一个微池所包含的液滴。因此，结合液滴和磁操控，可以完成生物分析所涉及的检测对象捕获、磁粒洗涤(和样品洗脱)和反应；最后利用光学检测模块1检测液滴中的反应信号，以此确定检测对象和含量。

适合于该模块化生物分析系统的液滴阵列芯片如图7所示，包含若干组串联微池；每组串联的微池之间通过狭缝相联通；微池全部或部分具有开放式结构。优选的结构如下：含15组串联微池，每组串联微池含有5个微池a-e，分别对应样品微池、洗涤微池1、洗涤微池2、洗脱微池、反应微池。

实施例2

一种积木式模块化生物分析系统，如图8所示，包括若干套独立运行的功能模组和电池及电子电路模块5，功能模组分别和电池及电子电路模块5连接；每个功能模组包含如图1所示的光学检测模块1、芯片运动控制模块2、磁场控制模块3和温度控制模块4；光学检测模块1、芯片运动控制模块2、磁场控制模块3和温度控制模块4分别如实施例1所述。光学检测模块1所采集到的检测信号通过无线方式传输到智能终端设备，如智能手机7、笔记本电脑8等，进行结果的显示输出。

实施例3

一种网络分布式模块化生物分析系统，如图9所示，包含若干套实施例1所述的模块化生物分析子系统或者实施例2所述的积木式模块化生物分析子系统或者二者的任意组合，各子系统通过有线网络(如lan、以太网)连接至主机上进行系统设备状态的监控、检测项目的任务调配与管理、检测结果的汇总分析与发布。

实施例4

利用实施例1描述的基于液滴阵列芯片的模块化生物分析系统(温度控制模块中的加热模组选用变温型加热模组)在液滴阵列芯片上基于实时荧光核酸恒温扩增检测(sat)的淋病奈瑟菌rna检测分析流程。

(1)芯片准备：向液滴阵列芯片(如图7所示)的各微池加入一定量的矿物油和试剂，分别形成独立的油包水液滴。其中样品池加入25μl矿物油、20μlrna捕获磁粒悬液，洗涤池1加入20μl矿物油、100μl洗涤液，洗涤池2加入20μl矿物油、100μl洗涤液，洗脱池加入10μl矿物油、16μlsat扩增反应液，反应池加入10μl矿物油、4μl酶液；

(2)上样：向液滴阵列芯片的各个样品微池中分别加入100μl拭子洗脱液或阴性控制样品或阳性控制样品；

(3)上机：芯片托架出仓(光学暗仓)，将液滴阵列芯片压紧放置于芯片托架2-1的卡槽中，芯片托架进仓；

(4)驱动液滴阵列芯片运动至温度控制模块上方，使液滴阵列芯片上的样品微池贴近导热片，导热片温度设置为65℃，驱动芯片小幅度高频率往复运动，振荡混匀样品及rna捕获磁粒悬液，维持此过程3-5分钟；

(5)磁场控制模块启动，永磁体阵列升起贴近液滴阵列芯片的底面，驱动液滴阵列芯片6使芯片样品微池缓慢通过永磁体阵列上方直至洗涤微池1中央位于永磁体阵列正上方，然后永磁体阵列下降回初始位置；

(6)驱动液滴阵列芯片小幅度高频率往复运动，振荡混匀磁粒悬液、洗涤液，维持此过程1-3分钟；

(7)磁场控制模块启动，永磁体阵列升起贴近液滴阵列芯片底面，驱动芯片使芯片的洗涤微池1缓慢通过永磁体阵列上方直至洗涤微池2中央位于永磁体阵列正上方，然后永磁体阵列下降回初始位置；

(8)重复步骤(6)；

(9)磁场控制模块启动，永磁体阵列升起贴近液滴阵列芯片6底面，驱动芯片使芯片的洗涤微池2缓慢通过永磁体阵列上方直至洗脱微池中央位于永磁体阵列正上方，然后永磁体阵列下降回初始位置；

(10)重复步骤(6)；

(11)驱动液滴阵列芯片运动到温度控制模块4上方，使洗脱微池紧贴导热片，维持导热片温度65℃，同时驱动芯片小幅度高频率往复运动，维持此过程1-3分钟；

(12)磁场控制模块启动，永磁体阵列升起贴近液滴阵列芯片底面，驱动芯片使芯片的洗脱微池、反应微池依次缓慢通过永磁体阵列上方直至反应微池中央远离永磁体阵列，然后永磁体阵列下降回初始位置；

(13)驱动芯片运动到温度控制模块上方，使反应微池紧贴导热片，维持加热片温度42℃，同时一定的时间间隔驱动芯片小幅度高频率往复运动，维持此过程20-40分钟；

(14)在步骤(14)的执行期间光学检测模块启动，以一定的频率激发荧光并采集芯片反应微池的荧光信号，提取荧光强度信息绘制扩增曲线；

(15)反应结束，芯片出仓，取下液滴阵列芯片。

实施例5

利用实施例1描述装置(温度控制模块中的加热模组选用恒温型加热模组)在液滴阵列芯片上基于环介导等温扩增(lamp)的大肠杆菌基因检测分析流程。

(1)芯片准备：向液滴阵列芯片(如图7所示)的各微池加入一定量的矿物油和试剂，分别形成独立的油包水液滴。其中样品池加入25μl矿物油、20μl裂解缓冲、50μl结合液、2μl磁粒悬液，结合液，洗涤池1加入20μl矿物油、100μl洗涤液，洗涤池2加入20μl矿物油、100μl洗涤液，洗脱池加入15μl矿物油、10μl洗脱液，反应池加入10μl矿物油、10μl2×lamp反应预混液(包含常规组份、酶、引物和syto81荧光染料)；

(2)上样：向液滴阵列芯片的各个样品微池中的裂解液滴分别加入20μl样品或阴性控制或阳性控制；

(3)上机：芯片托架出仓(光学暗仓)，将液滴阵列芯片压紧放置于芯片托架的卡槽中，芯片托架进仓；

(4)驱动液滴阵列芯片运动至温度控制模块上方，使芯片上的样品微池贴近导热片，导热片温度设置为56℃；

(5)磁场控制模块启动，永磁体阵列升起贴近液滴阵列芯片底面。驱动芯片使芯片样品微池中的磁粒悬液液滴、结合液液滴、裂解液滴依次缓慢通过永磁体阵列上方，然后缓慢回到该步骤的初始位置。重复该动作1-3次，最后将芯片的样品微池中央部位停留于永磁体阵列正上方，然后永磁体阵列下降回初始位置；

(6)驱动芯片小幅度高频率往复运动以振荡混匀，维持此过程3-5分钟；

(7)磁场控制模块启动，永磁体阵列升起贴近液滴阵列芯片底面，驱动芯片使芯片的样品微池缓慢通过永磁体阵列上方直至洗涤微池1中央部位停留在永磁体阵列正上方，然后永磁体阵列下降回初始位置；

(8)驱动芯片小幅度高频率往复运动以振荡混匀，维持此过程1-3分钟；

(9)磁场控制模块启动，永磁体阵列升起贴近液滴阵列芯片底面，驱动芯片使芯片的洗涤微池1缓慢通过永磁体阵列上方直至洗涤微池2中央部位停留在永磁体阵列正上方，然后永磁体阵列下降回初始位置；

(10)重复步骤(8)；

(11)驱动芯片运动到温度控制模块上方，使洗脱微池紧贴导热片，维持导热片温度65℃，同时驱动芯片小幅度高频率往复运动，维持此过程1-3分钟；

(12)磁场控制模块启动，永磁体阵列升起贴近液滴阵列芯片底面，驱动芯片使芯片的洗脱微池、反应微池依次缓慢通过永磁体阵列上方直至反应微池中央远离永磁体阵列，然后永磁体阵列下降回初始位置；

(13)驱动芯片运动到温度控制模块上方，使反应微池紧贴导热片，维持加热片温度65℃，同时一定的时间间隔驱动芯片小幅度高频率往复运动，维持此过程10-40分钟；

(14)在步骤(14)的执行期间光学检测模块启动，以一定的频率激发荧光并采集芯片反应微池的荧光信号，提取荧光强度信息绘制扩增曲线；

(15)反应结束，芯片出仓，取下液滴阵列芯片。

实施例6

利用实施例1描述装置(温度控制模块中的加热模组选用变温型加热模组)在液滴阵列芯片上实现基于时域荧光定量pcr及融解曲线分析的乙型肝炎病毒dna检测分析流程

(1)芯片准备：向液滴阵列芯片的各微池加入一定量的矿物油和试剂，分别形成独立的油包水液滴。其中样品池加入25μl矿物油、20μl裂解缓冲、50μl结合液、2μl磁粒悬液，结合液，洗涤池1加入20μl矿物油、100μl洗涤液，洗涤池2加入20μl矿物油、100μl洗涤液，洗脱池加入15μl矿物油、10μl洗脱液，反应池加入10μl矿物油、10μl2×pcr反应预混液(包含常规组份、酶、引物和荧光染料或荧光探针)；

(2)上样：向液滴阵列芯片的各个样品微池中的裂解液滴分别加入20μl样品或阴性控制或阳性控制；

(3)上机：芯片托架出仓，将液滴阵列芯片压紧放置于芯片托架的卡槽中，芯片托架进仓；

(4)驱动芯片运动至温度控制模块上方，使芯片上的样品微池贴近导热片，导热片温度设置为56℃；

(5)磁场控制模块启动，永磁体阵列升起贴近液滴阵列芯片底面。驱动芯片使芯片样品微池中的磁粒悬液液滴、结合液液滴、裂解液滴依次缓慢通过永磁体阵列上方，然后缓慢回到该步骤的初始位置。重复该动作1-3次，最后将芯片的样品微池中央部位停留于永磁体阵列正上方，然后永磁体阵列下降回初始位置；

(6)驱动芯片小幅度高频率往复运动以振荡混匀，维持此过程3-5分钟；

(7)磁场控制模块启动，永磁体阵列升起贴近液滴阵列芯片底面，驱动芯片使芯片的样品微池缓慢通过永磁体阵列上方直至洗涤微池1中央部位停留在永磁体阵列正上方，然后永磁体阵列下降回初始位置；

(8)驱动芯片小幅度高频率往复运动以振荡混匀，维持此过程1-3分钟；

(9)磁场控制模块启动，永磁体阵列升起贴近液滴阵列芯片底面，驱动芯片使芯片的洗涤微池1缓慢通过永磁体阵列上方直至洗涤微池2中央部位停留在永磁体阵列正上方，然后永磁体阵列下降回初始位置；

(10)重复步骤(8)；

(11)驱动芯片运动到温度控制模块上方，使洗脱微池紧贴导热片，维持导热片温度65℃，同时驱动芯片小幅度高频率往复运动，维持此过程1-3分钟；

(12)磁场控制模块启动，永磁体阵列升起贴近液滴阵列芯片底面，驱动芯片使芯片的洗脱微池、反应微池依次缓慢通过永磁体阵列上方直至反应微池中央远离永磁体阵列，然后永磁体阵列下降回初始位置；

(13)驱动芯片运动到温度控制模块上方，使反应微池紧贴导热片，同时一定的时间间隔驱动芯片小幅度高频率往复运动，此过程中加热器执行常规pcr热循环程序；

(14)在步骤(13)的执行期间光学检测模块启动，每一个循环中当导热片温度达到延伸温度时激发荧光并采集芯片反应微池的荧光信号，以绘制扩增曲线；

(15)当pcr的最后一个热循环结束后，先将加热器温度升至变性温度并维持数秒，然后迅速降温至退火温度，再按一定的升温度率逐步升温至退火温度。在此期间，荧光持续激发并采集，以绘制荧光融解曲线；

(16)反应结束，芯片出仓，取下液滴阵列芯片。

实施例7

利用实施例1描述装置(温度控制模块为多通道温度控制+多组恒温型加热模组，导热块分别为导热片a、导热片b、导热片c或更多)在液滴阵列芯片上实现基于空域荧光定量pcr的乙型肝炎病毒dna检测分析流程

(1)芯片准备：向液滴阵列芯片的各微池加入一定量的矿物油和试剂，分别形成独立的油包水液滴。其中样品池加入25μl矿物油、20μl裂解缓冲、50μl结合液、2μl磁粒悬液，结合液，洗涤池1加入20μl矿物油、100μl洗涤液，洗涤池2加入20μl矿物油、100μl洗涤液，洗脱池加入15μl矿物油、10μl洗脱液，反应池加入10μl矿物油、10μl2×pcr反应预混液(包含常规组份、酶、引物和荧光染料或荧光探针)；

(2)上样：向液滴阵列芯片的各个样品微池中的裂解液滴分别加入20μl样品或阴性控制或阳性控制；

(3)上机：芯片托架出仓，将液滴阵列芯片压紧放置于芯片托架的卡槽中，芯片托架进仓；

(4)驱动芯片运动至温度控制模块上方，使芯片上的样品微池贴近导热片a，导热片a温度设置为56℃；

(5)磁场控制模块启动，永磁体阵列升起贴近液滴阵列芯片底面。驱动芯片使芯片样品微池中的磁粒悬液液滴、结合液液滴、裂解液滴依次缓慢通过永磁体阵列上方，然后缓慢回到该步骤的初始位置。重复该动作1-3次，最后将芯片的样品微池中央部位停留于永磁体阵列正上方，然后永磁体阵列下降回初始位置；

(6)驱动芯片小幅度高频率往复运动以振荡混匀，维持此过程3-5分钟；

(7)磁场控制模块启动，永磁体阵列升起贴近液滴阵列芯片底面，驱动芯片使芯片的样品微池缓慢通过永磁体阵列上方直至洗涤微池1中央部位停留在永磁体阵列正上方，然后永磁体阵列下降回初始位置；

(8)驱动芯片小幅度高频率往复运动以振荡混匀，维持此过程1-3分钟；

(9)磁场控制模块启动，永磁体阵列升起贴近液滴阵列芯片底面，驱动芯片使芯片的洗涤微池1缓慢通过永磁体阵列上方直至洗涤微池2中央部位停留在永磁体阵列正上方，然后永磁体阵列下降回初始位置；

(10)重复步骤(8)；

(11)驱动芯片运动到温度控制模块上方，使洗脱微池紧贴导热片，维持加导热片温度65℃，同时驱动芯片小幅度高频率往复运动，维持此过程1-3分钟；

(12)磁场控制模块启动，永磁体阵列升起贴近液滴阵列芯片底面，驱动芯片使芯片的洗脱微池、反应微池依次缓慢通过永磁体阵列上方直至反应微池中央远离永磁体阵列，然后永磁体阵列下降回初始位置；

(13)驱动芯片运动到温度控制模块上方，维持导热片a、b、c温度分别为退火温度、延伸温度和变性温度，并启动光学检测模块。驱动芯片使芯片反应微池底部依次贴紧导热片c、导热片a、导热片b并在每一个导热片上停留一定时间，每重复该动作一次即完成一个pcr热循环，当芯片反应微池底部停留在导热片b上时激发荧光并采集芯片反应微池的荧光信号，以绘制扩增曲线；

(14)反应结束，芯片出仓，取下液滴阵列芯片。

实施例8

利用实施例1描述装置(温度控制模块中加热模组为恒温型加热模组，光学检测模块中光/电激发器缺省或不启用)在液滴阵列芯片上实现基于化学发光定量检测c-反应蛋白(crp)的分析流程。

(1)芯片准备：向液滴阵列芯片的各微池加入一定量的矿物油和试剂，分别形成独立的油包水液滴。其中样品池加入25μl矿物油、50μl稀释液、2μlbeadanti-crp、2μl生物素anti-crp、2μl链霉亲和素anti-hrp，洗涤池1加入20μl矿物油、100μl洗涤液，洗涤池2加入20μl矿物油、100μl洗涤液，洗脱池加入10μl矿物油、15μl底物反应液，反应池加入20μl矿物油；

(2)上样：向液滴阵列芯片的各个样品微池中分别加入2-5μl样品或阴性控制或阳性控制；

(3)上机：芯片托架出仓，将液滴阵列芯片压紧放置于芯片托架的卡槽中，芯片托架进仓；

(4)驱动芯片运动至温度控制模块上方，使芯片上的样品微池贴近导热片，导热片温度设置为37℃；

(5)磁场控制模块启动，永磁体阵列升起贴近液滴阵列芯片底面。驱动芯片使芯片样品微池中的beadanti-crp液滴、生物素anti-crp液滴、链霉亲和素anti-hrp液滴、样品液滴依次缓慢通过永磁体阵列上方，然后缓慢回到该步骤的初始位置。重复该动作1-3次，最后将芯片的样品微池中央部位停留于永磁体阵列正上方，然后永磁体阵列下降回初始位置；

(6)驱动芯片小幅度高频率往复运动以振荡混匀，维持此过程3-7分钟；

(7)磁场控制模块启动，永磁体阵列升起贴近液滴阵列芯片底面，驱动芯片使芯片样品微池缓慢通过永磁体阵列上方直至洗涤微池1中央位于永磁体阵列正上方，然后永磁体阵列下降回初始位置；

(8)驱动芯片小幅度高频率往复运动以振荡混匀，维持此过程0.5-1分钟；

(9)磁场控制模块启动，永磁体阵列升起贴近液滴阵列芯片底面，驱动芯片使芯片的洗涤微池1缓慢通过永磁体阵列上方直至洗涤微池2中央位于永磁体阵列正上方，然后永磁体阵列下降回初始位置；

(10)驱动芯片小幅度高频率往复运动以振荡混匀，维持此过程3-5分钟；

(11)驱动芯片运动到温度控制模块上方，使洗脱微池紧贴导热片，维持导热片温度37℃，同时驱动芯片小幅度高频率往复运动，维持此过程1-3分钟；

(12)在步骤(11)的执行期间光学检测模块启动，采集芯片反应微池的化学发光信号并提取强度值；

(13)反应结束，芯片出仓，取下液滴阵列芯片。

实施例9

利用实施例2(图8)所描述模块式液滴芯片生物分析系统联合检测乙型肝炎病毒感染的血清中核酸及表面抗原、抗体(hbsag、hbsab、hbeag、hbeab、hbcab)的分析流程。

(1)芯片准备：向模块a、b中芯片的各微池加入一定量的矿物油和试剂，形成相互独立的油包水液滴。其中向模块a芯片的样品池加入25μl矿物油、20μl裂解缓冲、50μl结合液、2μl磁粒悬液，结合液，洗涤池1加入20μl矿物油、100μl洗涤液，洗涤池2加入20μl矿物油、100μl洗涤液，洗脱池加入15μl矿物油、10μl洗脱液，反应池加入10μl矿物油、10μl2×pcr反应预混液(包含常规组份、酶、乙型肝炎病毒核酸序列特异性引物和荧光染料或荧光探针)；向模块b芯片的5个样品池加入25μl矿物油、50μl稀释液、2μl抗体标记磁珠(标记抗体分别是anti-hbsag、anti-hbsab、anti-hbeag、anti-hbeab和anti-hbcab)、2μl生物素化anti-hbs((或生物素-hbs或生物素anti-hbe或生物素hbe或生物素anti-hbc)、2μl链霉亲和素anti-hrp，洗涤池1加入20μl矿物油、100μl洗涤液，洗涤池2加入20μl矿物油、100μl洗涤液，洗脱池加入10μl矿物油、15μl底物反应液，反应池加入20μl矿物油；

(2)上样：向a芯片的各个样品微池中的裂解液滴分别加入20μl样品或阴性控制或阳性控制；向b芯片的各个样品微池中分别加入2-5μl样品或阴性控制或阳性控制。

(3)上机：芯片托架出仓，将a芯片压紧放置于a模组芯片托架的卡槽中，将b芯片压紧放置于b模组芯片托架的卡槽中，芯片托架各自进仓。

(4)运行：在a模组上运行如实施例7的步骤(4)-(16)所示的过程；在b模组上运行如实施例8的步骤(4)-(13)所示的过程.

(5)结果传输与显示：将a、b模组所采集到的信号经过电池与电子电路模块5处理转换后，通过无线方式(如wifi、蓝牙等)传输至智能终端设备上进行结果的显示输出以及判读。

实施例10

利用实施例3(图9)所描述网络分布式模块化病原检测系统上进行不同时间序列样品的不同项目指标“随到随检”的分析流程。

(1)芯片准备：向一批液滴阵列芯片的各微池加入一定量的矿物油和适用不同检测指标的试剂，并在其中各自形成独立的油包水液滴；制备好预装载试剂的芯片在使用前存放于4℃无菌密闭环境中。

(2)任务分配：根据不同时刻送检样品所要求的检测项目/指标，选择相应的预装芯片，同时通过主机任务调配管理系统按“先到先检”和“急检优先”的原则分配出资源闲置的子系统或子功能模组，保证及时上机执行所需的检测项目/指标。

(3)结果分析与发布：匹配送检样品的id、检测项目/指标id、任务执行子系统id及其检测结果，形成“样品-结果”的检测报告。

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。