CN1322147C - 生物芯片自动反应仪 - Google Patents

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孙悦
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Abstract

本发明揭示了一种生物芯片自动反应仪，包括：一平台；一生物芯片微流体反应装置，放置于平台上，该生物芯片微流体反应装置包括：一温控平台；一生物芯片承载台；一粘贴有微量反应舱生物芯片；一可升降结构，该可升降结构连接有进液毛细管和出液毛细管，可升降结构和两个毛细管的连接为密封结构；其中进液毛细管连接到试剂管，而出液毛细管连接到可双向转动的蠕动泵；一自动进样***，包括：由第一电机驱动的一升降臂，与进液毛细管相连；第二电机驱动的一水平移动台，其上放置试剂管；该自动反应仪还包括电源电路和控制***。采用本发明的技术方案，可实现生物芯片进样、反应的全自动化操作，满足本领域内对此的需求。

Description

生物芯片自动反应仪
技术领域
本发明一般涉及生物芯片领域，更具体的说，涉及一种自动化的生物芯片反应设备。
背景技术
生物芯片是近几年在高科技领域内出现的最具时代特征的重大科技进展之一。它是将能反映样本中大量生物信息的基因探针(寡核苷酸探针、cDNA克隆、PCR产物等)、抗原抗体等，有序固定在固相支持物(如醛基、氨基、巯基、羧基等活性基团修饰的载玻片或硅片、尼龙膜、硝酸纤维素膜)上形成阵列，通过与实际样本(或扩增产物)进行杂交反应，只需一次实验，就可高通量获得所有待检基因、蛋白等方面的信息。这种平行检测、高信息通量的特点使其在基因检测、药物检测、临床化学等方面的应用受到广泛的重视。关于生物芯片的应用和发展的相关资料可参考马立人、蒋中华主编的《生物芯片》，1-130页，由化学工业出版社2000年出版。
生物芯片最显著的特点就是高信息量和自动化。美国专利号5231029公开了一种全自动的可对生物芯片进行杂交反应的设备，采用常规流体控制技术，不仅试剂用量大，而且为了实现全自动，设备的结构及其复杂。2002年国外率先推出了一种一次可进行4张生物芯片杂交反应的新一代杂交仪，PE公司的产品：HybarrayTM12，但是由于设备采用常规流体控制技术，试剂用量大，关键的杂交液为了减少用量，还需要操作人员手工加入。由于在生物芯片反应中所需样本和试剂均十分珍贵，为减少样品和试剂的用量，同时又便于操作，许多芯片制造商开始在芯片上贴一反应舱，由于反应舱的体积可大可小，贴、揭除方便、使用灵活受到市场用户的广泛欢迎[ABgene公司产品，产品编号：AB-0576，AB-0577，AB-0630]。但贴有反应舱的生物芯片在使用过程中，需要手工操纵微量移液器反复多次地加入或吸出各种试剂，操作非常繁琐。实践中有强烈的自动化需求。
发明内容
本发明的目的就是提供一种自动化的生物芯片反应设备，满足自动化需求。
按照本发明，提供一种生物芯片自动反应仪，包括：
一平台；
一生物芯片微流体反应装置，放置于所述平台之上，该生物芯片微流体反应装置包括：
一温控平台；
一生物芯片承载台，放置于所述温控平台上，生物芯片承载台倾斜；
一生物芯片，置于所述生物芯片承载台上；该生物芯片上有微量反应舱，粘贴在生物芯片上，微量反应舱的顶部开有两个小孔；
一可升降结构，连接于所述生物芯片承载台；该可升降结构连接有进液毛细管和出液毛细管，可升降结构和两个毛细管的连接可以用胶粘的方式固定或采用其他密封连接结构；其中进液毛细管连接到试剂管，而出液毛细管连接到蠕动泵；
所述蠕动泵可双向转动，首先正向转动使所述试剂管中的试剂注满所述微量反应舱，之后以预定间隔反复进行正向、反向的交替转动；一自动进样***，放置於所述平台之上，包括：
一升降臂，由第一电机驱动，所述进液毛细管固定在所述升降臂上；
一水平移动台，由第二电机驱动，所述试剂管放置在所述水平移动台上；
电源电路，与所述生物芯片微流体反应装置和自动进样***相连，提供电力；
控制***，与所述生物芯片微流体反应装置和自动进样***相连，控制其自动采样以及自动反应。
根据本发明的一实施例，所述温控平台的倾斜角为5-60°。所述预定间隔为1-10秒钟。
上述的生物芯片自动反应仪中，所述可升降结构包括：
一外壳；
一工字架；
一接口板，接口板与工字架相连；
一升降螺杆，通过一连接轴承与工字架相连，升降螺杆上有一结合螺母，升降螺杆的外螺纹与结合螺母的内螺纹相咬合，结合螺母固定在外壳上，外壳两侧固定有两个固定轴承，分别与生物芯片承载台两侧滑动轴相连，可升降结构可沿滑动轴滑动；升降螺杆的顶端有一升降钮，升降钮可带动升降螺杆旋转，通过结合螺母来调节工字架相对于外壳的高度。
上述的生物芯片自动反应仪中，所述接口板包括：
接口板框，接口板框上具有一个或多个接口滑杆；
接口滑条，可滑动地连接在接口滑杆上；
接口板框和接口滑条上有一对或者数对小孔，每一对小孔包括一出液孔和一进液孔，总是选择在设备使用时水平位置较高的孔为出液孔，出液孔固定出液毛细管而进液孔固定进液毛细管。
所述接口板框和接口滑条上的小孔对的数量和承载台上可放置的生物芯片的数量相对应；如果放置有多片生物芯片，小孔对之间的间距等于生物芯片上反应舱进、出口的间距。
接口板框和接口滑条上有一对或者数对小孔通过O型密封圈密封出液毛细管和进液毛细管与反应舱出、进液口的结合部位。
根据本发明的实施例，毛细管的材质是硅橡胶或者聚四氟乙烯。所述生物芯片是以标准载玻片按阵列方式固定生物分子而构成。生物芯片承载台是金属或者其他具有较佳导热性的材料制成。
采用本发明的技术方案，可实现生物芯片进样、反应的全自动化操作，满足本领域内对此的需求。
附图说明
本发明的上述和其他的特征、性质和优势将通过下述结合附图对实施例的描述而变得更加明显，附图中相同的附图标记表示相同的特征，其中：
图1是按照本发明的生物芯片自动反应仪的结构图；
图2是按照本发明的生物芯片自动反应仪中的可升降结构的结构图；
图3是按照本发明的生物芯片自动反应仪中可升降结构的分解结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
图1示出了本发明的生物芯片自动反应仪100的结构图，其包括：
一平台102；
一生物芯片微流体反应装置，放置于平台102之上，该生物芯片微流体反应装置包括：
一温控平台104，温控平台104在该实施例中与由半导体加热块和线性温度传感器及相关电路组成的温控电路105相连。
一生物芯片承载台106，放置于温控平台上，该生物芯片承载台106倾斜；在该实施例中，倾斜角为5-60°，温控平台104需要有一个倾斜角是因为微量反应舱的宽度远远大于毛细管的直径，要借助蠕动泵正反转从流路中排出或压入空气使反应舱中的液体往复运动，则反应舱的入口与出口连线必须有一定角度，否则空气不能推动液体移动，只会在反应舱中产生大量气泡，从而影响反应进行。该生物芯片承载台是金属或者其他具有较佳导热性的材料制成。生物芯片承载台106的温度由温控平台104借助热传导来控制。
一生物芯片108，置于生物芯片承载台106上；该生物芯片108上有微量反应舱110，粘贴在生物芯片108上，微量反应舱110的顶部开有两个小孔；生物芯片108是以标准载玻片(2.5cm×7.5cm)按阵列方式固定生物分子而构成。承载台106的两侧各具有一滑动轴160、162(参考图2)。
一可升降结构112，可升降结构112的具体结构图可参考图2，其通过两个固定轴承164、166分别与滑动轴160、162相连，可升降结构112可沿滑动轴滑动。可升降结构112包括一外壳122，外壳上固定有结合螺母132，结合螺母132和一升降螺杆128相咬合，升降螺杆128的顶端具有一升降钮134。生物芯片承载台106上放置生物芯片108的位置刻有凹槽168，这样可以使生物芯片108每次放置的位置都固定。该可升降结构112连接有进液毛细管114和出液毛细管116，可升降结构112和两个毛细管的连接可以用胶粘的方式固定或采用其他密封连接结构处有密封结构；其中进液毛细管114连接到试剂管118，而出液毛细管116连接到蠕动泵120，毛细管的材质是硅橡胶或者聚四氟乙烯。可升降结构112的分解结构图可参考图3，如图3所示，其包括：
外壳122(图3中未示出，可参考图2示出了外壳122)；
工字架124；
接口板126，接口板126与工字架124相连；
升降螺杆128，通过一连接轴承130与工字架124相连，升降螺杆128上有一结合螺母132，升降螺杆128的外螺纹与结合螺母132的内螺纹相咬合，结合螺母132固定在外壳122上，升降螺杆128的顶端有一升降钮134，升降钮134可带动升降螺杆128旋转，通过结合螺母132来调节工字架124相对于外壳122的高度，由于接口板126固定在工字架124上，因而接口板126相对于外壳122的高度可被一并调节。
上述的接口板126具有如下的结构：
接口板框136，接口板框136上具有一个或多个接口滑杆138，在该实施例中示出了两个滑杆138a和138b；
接口滑条140，可滑动地连接在接口滑杆138上；
接口板框136和接口滑条140上有一对或者数对小孔142、144，每一对小孔142、144包括一出液孔142和一进液孔144，出液孔142固定出液毛细管116而进液孔144固定进液毛细管114，在该实施例中一共示出了3对小孔以及3对毛细管。在其它的应用中，接口板框136和接口滑条140上的小孔对142、144的数量和承载台106上可放置的生物芯片的数量相对应；如果放置有多片生物芯片，小孔对142、144之间的间距等于生物芯片上反应舱进、出口的间距。对于不同的生物芯片上的反应舱可能存在的孔距不同，可以使用接口滑条140在接口滑杆138上的滑动来调节。
在接口板框136和接口滑条140上的一对或者数对小孔142、144通过O型密封圈146密封出液毛细管116和进液毛细管114与反应舱的结合部位。
回到图1，继续讨论生物芯片自动反应仪100的结构：
上述的蠕动泵120可双向转动，首先正向转动使试剂管118中的试剂注满微量反应舱110，之后以预定间隔反复进行正向、反向的交替转动；在该实施例中，间隔时间一般为1-10秒钟内的一数值，转动持续时间取决于微量反应舱106的容量，每一次转动持续时间应该要移动反应舱中5％-10％的液体体积。蠕动泵120如此反复直至杂交反应完成。
除了生物芯片微流体反应装置之外，该生物芯片自动反应仪100还包括：
一自动进样***，放置与平台102之上，包括：
一升降臂150，由第一电机152驱动，进液毛细管114固定在升降臂150上；
一水平移动台154，由第二电机156驱动，试剂管118放置在水平移动台154上；
在第一和第二电机152、156的驱动下，进液毛细管114可首先由升降臂150提升至高于试剂管118管口高度的位置，之后试剂管118在水平移动台154的驱动下水平移动，移动到所需要的试剂的位置，之后升降臂150放下进液毛细管114至所需要的试剂管118中进行进样。
本发明的生物芯片自动反应仪100还包括下述的部件：
电源电路156，与生物芯片微流体反应装置和自动进样***相连，提供电力；
控制***158，与生物芯片微流体反应装置和自动进样***相连，控制其自动采样以及自动反应，在该实施例中控制***158为一计算机。
在该实施例中，选用的蠕动泵的输出流量较佳的是为10～200ul/min，第一电机和第二电机的输出扭矩较佳的为0.3N/m。
本发明的生物芯片自动反应仪100的工作流程如下：
首先打开主机电源，先启动计算机上的控制软件，然后根据要求输入生物芯片反应的流程与参数：预杂交、杂交、洗涤、显色等步骤的温度、时间及所用试剂的管号；
将盛有相应试剂的试剂管放入设备样品板上的指定位置；
旋转升降旋钮使接口升起，并将升降结构向后滑动，露出生物芯片承载台，将粘有反应舱的生物芯片(一次不超过5片)置于承载台上，再将升降结构向前滑动，覆盖生物芯片承载台，反向旋转升降旋钮使接口下降后与反应舱实现密封对接；
然后开始运行控制软件，设备将自动按照软件程序运行：先是升降臂水平移动到试剂管的上方，升降臂下降，毛细管***试剂管中，蠕动泵正向转动，吸入设定体积的试剂，提起升降臂，蠕动泵继续正向转动，将试剂完全吸入到反应舱中，温控器开始加温，达到温度后反应一定时间，升降臂下降，***试剂管(或废液管)中，蠕动泵再反向蠕动，将试剂再送回试剂管(也可直接送入废液管)，然后升降臂再移动到下一试剂管的上方依程序运行，直到程序结束。
采用本发明的技术方案，可实现生物芯片进样、反应的全自动化操作，满足本领域内对此的需求。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (10)

1.一种生物芯片自动反应仪，其特征在于，包括：
一平台；
一生物芯片微流体反应装置，放置于所述平台之上，该生物芯片微流体反应装置包括：
一温控平台；
一生物芯片承载台，放置于所述温控平台上，生物芯片承载台倾斜；
一生物芯片，置于所述生物芯片承载台上；该生物芯片上有微量反应舱，粘贴在生物芯片上，微量反应舱的顶部开有两个小孔；
一可升降结构，连接于所述生物芯片承载台；该可升降结构连接有进液毛细管和出液毛细管，可升降结构和两个毛细管的连接为密封结构；其中进液毛细管连接到试剂管，而出液毛细管连接到蠕动泵；
所述蠕动泵可双向转动，首先正向转动使所述试剂管中的试剂注满所述微量反应舱，之后以预定间隔反复进行正向、反向的交替转动；
一自动进样***，放置於所述平台之上，包括：
一升降臂，由第一电机驱动，所述进液毛细管固定在所述升降臂上；
一水平移动台，由第二电机驱动，所述试剂管放置在所述水平移动台上；
电源电路，与所述生物芯片微流体反应装置和自动进样***相连，提供电力；
控制***，与所述生物芯片微流体反应装置和自动进样***相连，控制其自动采样以及自动反应。
2.如权利要求1所述的生物芯片自动反应仪，其特征在于，所述温控平台的倾斜角为5-60°。
3.如权利要求1所述的生物芯片自动反应仪，其特征在于，所述预定间隔为1-10秒钟。
4.如权利要求1所述的生物芯片自动反应仪，其特征在于，所述可升降结构包括：
一外壳；
一工字架；
一接口板，接口板与工字架相连；
一升降螺杆，通过一连接轴承与工字架相连，升降螺杆上有一结合螺母，升降螺杆的外螺纹与结合螺母的内螺纹相咬合，结合螺母固定在外壳上，升降螺杆的顶端有一升降钮，升降钮可带动升降螺杆旋转，通过结合螺母来调节工字架相对于外壳的高度。
5.如权利要求4所述的生物芯片自动反应仪，其特征在于，所述接口板包括：
接口板框，接口板框上具有一个或多个接口滑杆；
接口滑条，可滑动地连接在接口滑杆上；
接口板框和接口滑条上有一对或者数对小孔，每一对小孔包括一出液孔和一进液孔，总是选择在设备使用时水平位置较高的孔为出液孔，出液孔固定出液毛细管而进液孔固定进液毛细管。
6.如权利要求5所述的生物芯片自动反应仪，其特征在于，所述接口板框和接口滑条上的小孔对的数量和承载台上放置的生物芯片的数量相对应；如果放置有多片生物芯片，小孔对之间的间距等于生物芯片上反应舱进、出液孔的间距。
7.如权利要求5所述的生物芯片自动反应仪，其特征在于，接口板框和接口滑条上有一对或者数对小孔通过O型密封圈密封出液毛细管和进液毛细管与生物芯片反应舱出、进口的结合部位。
8.如权利要求1所述的生物芯片自动反应仪，其特征在于，毛细管的材质是硅橡胶或者聚四氟乙烯。
9.如权利要求1所述的生物芯片自动反应仪，其特征在于，所述生物芯片是以标准载玻片按阵列方式固定生物分子而构成。
10.如权利要求1所述的生物芯片自动反应仪，其特征在于，所述生物芯片承载台是金属或者其他具有较佳导热性的材料制成。
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