CN207380068U - 一种微流控化学发光分析仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及微流控技术领域，具体的说，涉及一种微流控化学发光分析仪，包括液路气路模块、芯片加载模块、超声模块，液路气路模块、芯片加载模块、超声模块顺序设置。本实用新型集多个装置于一体，可以对每个芯片进行扫码，确定个性化检测项目；使用超声模块使样品、反应试剂、发光底物充分混匀，最后进行光学检测，读取数据，使整个检测程序标准化、自动化，且检测灵敏度高、结果可靠。本实用新型在保证各项检测功能的基础上，结构进行了极大的简化，体积较小，制造成本低，操作简便，适合在患者身边进行即时检验，可以快速获得检测结果。

Description

一种微流控化学发光分析仪

技术领域

本实用新型涉及微流控技术领域，具体的说，涉及一种微流控化学发光分析仪。

背景技术

化学发光免疫分析(Chemiluminescence immunoassay,CLIA)具有灵敏度高、特异性强、线性范围宽、操作简便等特点，广泛应用于肿瘤标记物、传染病、内分泌功能、激素等方面的诊断，近年来化学发光市场份额越来越大，已经逐渐替代酶联免疫(ELISA)成为免疫诊断的主流，检测内容涵盖肿瘤标志物、心脏标志物、甲状腺能、胰岛素、糖尿病、感染性疾病、细胞因子、激素、过敏反应和治疗药物浓度监测等。

中国化学发光仪器包括半自动化学发光仪、全自动化学发光仪、便携化学发光仪。现有的化学发光检测仪一般用于读取96孔或者48孔微孔板，从第一孔加样至最后一孔的加样时间较长，对检测结果的一致性和准确性有一定的影响。当所需检测样品较少时，使用一整块96孔或者48孔微孔板会造成极大的浪费。

微流控芯片技术(Microfluidics)是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。但将化学发光和微流控芯片结合起来的文献并不多，实用及可产业化的更少。

中国专利200910154432.7公开了毛细管电泳分离和化学发光检测的微流控芯片，其流路结构单一，进样未经充分混合从而导致反应效率较低，无法达到最大发光强度。一些大型化学发光设备检测样本量大，容易使样本混淆，且仪器结构复杂、体积庞大、造价高，对于样本量小的小型医院以及社区诊所并不适用。一些小型设备只保留了简单的机械控制结构，对样本检测的灵敏度和准确性均有很大的影响。

总之，现有仪器结构复杂、体积较大，不适应于即时检验（POCT）的应用，实际应用的临床检测便捷性差。操作步骤复杂，加试剂、温育、清洗等步骤需要人工操作，容易造成人为失误，影响检测结果的准确性。检测耗时长，仪器工作效率低。

实用新型内容

为了解决现有技术中的上述缺陷，本实用新型提供一种使仪器的微流控芯片安放方便、定位准确，检测结果准确快速，重复性好的微流控化学发光分析仪，结合化学发光技术的高度敏感性与免疫学技术的高度特异性，在进行检测时，使用条形码扫描器读取芯片信息，确定个性化检测方案；弹簧装置保证微流控芯片的完整性、芯片与仪器间结合的密闭性；液位检测柱随时监测样本的流动，带动止阀柱控制阀门装置的开闭，将检测反应控制在芯片的反应区；超声模块可将芯片反应区的样本、反应试剂、发光底物等混合均匀；最后进行光学检测，读取数据。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种微流控化学发光分析仪，包括液路气路模块、芯片加载模块、超声模块，液路气路模块、芯片加载模块、超声模块顺序设置，其特征在于：芯片加载模块用于放置芯片并带动芯片平移，芯片加载模块设有芯片夹紧装置；液路气路模块包括第一动力部、在第一动力部控制下同步升降的吹气柱、清洗液柱、底液柱、液位检测柱；液路气路模块还包括第二动力部、在第二动力部控制下升降的止阀柱；吹气柱、清洗液柱、底液柱、液位检测柱、止阀柱的上部均设有弹性机构；芯片位于反应位置时，吹气柱、清洗液柱、底液柱、液位检测柱的底部均与芯片表面柔性接触。

吹气柱、清洗液柱、底液柱均为中空结构且底部分别为吹气口、清洗液口、底液口，芯片位于反应位置时，吹气口、清洗液口、底液口均与芯片表面柔性接触。

芯片夹紧装置包括用于放置芯片的芯片槽，而芯片槽下方设有加热片；芯片夹紧装置还包括位于芯片槽边缘的芯片夹块、位于芯片夹块内的第一弹性部和位于芯片夹块外的定位块，定位块的端部固定；第一弹性部一端连接芯片夹块，另一端进入定位块的孔内并与定位块连接。

超声换能器为超声模块提供超声信号，其为现有技术。所述的超声模块包括第三动力部、与第三动力部连接的偏心杆、位于偏心杆端部且位于远离转轴的一端的连杆、固定于连杆的超声头固定块、从超声头固定块向上伸出的超声头，超声头与芯片表面柔性接触，超声头固定块内设有与超声头下端抵靠的第三弹性部；所述的超声模块还包括与超声头固定块固定连接的超声同步块，超声同步块与第三直线导轨贴合设置，连杆还与超声同步块固定连接；第三动力部使得偏心杆旋转并带动超声头固定块、超声同步块、连杆的同步旋转升降，超声同步块可在第三直线导轨上移动。

所述的液路气路模块包括液路气路固定板，液路气路固定板固定连接所述的吹气柱、清洗液柱、底液柱、液位检测柱，吹气柱、清洗液柱、底液柱、液位检测柱按顺序平行排列，第一动力部推动液路气路固定板升降；弹性机构（即弹簧）套设于吹气柱、清洗液柱、底液柱、液位检测柱的上部；液位检测柱检测到样本即将进入到芯片内部的阀位置时第二动力部推动止阀柱下移并压住芯片的阀位置。

所述的液路气路模块设有第二直线导轨，所述的第二直线导轨固定不动且液路气路固定板在第二直线导轨上移动。

芯片加载模块还设有第一直线导轨，齿轮转动带动齿条平移，齿条贴合于第一直线导轨表面且齿条与第一直线导轨同步运动，齿条端部连接芯片夹紧装置。

本实用新型的分析仪还设有计数器，计数器与光电倍增管PMT连通，光电倍增管PMT下端用于对准芯片上表面，进行光学检测时，芯片位于光源与光电倍增管PMT之间。

一种微流控化学发光分析仪的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）开始检测时，将芯片放入芯片加载装置，由芯片夹紧装置对芯片进行夹紧固定；移动芯片加载装置使芯片进入仪器内部；

（2）芯片到达反应位置时，丝杆电机带动液路气路固定板向下压，当气路液路模块压到芯片时停止下压，吹气柱、清洗液柱、底液柱、液位检测柱的上部均有独立的弹簧装置，使吹气口、清洗液口、底液口、液位检测柱柔性接触芯片；吹气泵从吹气口向外吹气并将芯片加样口的样本吹入芯片内部的反应区，当液位检测柱检测到样本即将进入到芯片内部的阀位置，气路液路模块的另一个丝杆电机立即带动止阀柱向下压，压住芯片上的阀门位置，使得样本不继续向前移动，同时吹气泵停止工作；

（3）超声模块的电机转动，固定在电机轴上的偏心杆旋转，偏心杆带动连杆旋转，连杆通过销轴连接超声头固定块，连杆端部还与超声同步块连接，超声头固定块固定在超声同步块上，超声同步块固定在直线导轨上，超声头限位槽位于超声头固定块内且超声头限位在超声头限位槽内且可以在超声头限位槽内上下滑动；电机旋转时，带动超声头向上运动，直线导轨同时向上运动；当超声头接触到芯片反应区时，超声头下方的弹簧装置使超声头与芯片柔性接触；接触充分后开始超声混匀反应区里的液体，让样本和反应区里的试剂充分反应；超声混匀完成后，超声模块向下运动，到达初始位置时停下；

（4）清洗泵注入清洗液，清洗液从清洗液口流到芯片内部的反应区，经过数次清洗后，底物泵加入底物液；超声模块向上运动进行混匀，使底物和试剂充分反应；反应完成后，芯片加载装置向后运动，到达光学检测模块，读取数据，读取完成后芯片退出，检测完成。

在步骤（2）中，芯片到达固定位置后，条形码扫描器读取芯片上的条形码，读取芯片上的信息，确定加载芯片是否和输入项目匹配，如果不匹配则报错提醒，如果匹配则进行下一步操作。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：本实用新型集多个装置于一体，可以对每个芯片进行扫码，确定个性化检测项目；使用超声模块使样品、反应试剂、发光底物充分混匀，最后进行光学检测，读取样本数据，使整个检测程序标准化、自动化，且检测灵敏度高、结果可靠。本设备在保证各项检测功能的基础上，结构进行了极大的简化，体积较小，制造成本低，操作简便，适合在患者身边进行即时检验，可以快速获得检测结果。

附图说明

图1为本实用新型的整机正视图；

图2为本实用新型的立体结构图；

图3为芯片加载模块的结构示意图；

图4为芯片加载模块中芯片夹块、芯片槽的结构示意图；

图5为液路气路模块的结构示意图；

图6为超声模块的结构示意图；

图7为液路气路模块的弹簧柱塞结构示意图；

图8为吹气柱、清洗液柱、底液柱、液位检测柱的结构示意图；

其中，1计数器，2液路气路模块，3芯片加载模块，4超声发生器，5超声模块，6a上部柱体，6b台阶端面，6c下部柱体，2a第一丝杆电机，2b第二丝杆电机，2c条形码扫描器，2d第二直线导轨，2e弹簧，2f弹簧柱塞，3a第一直线导轨，3b齿条，3c芯片槽，3d芯片夹块，3e第一弹性部，3f定位块，3g加热片，5a超声头，5b超声同步块，5c第三直线导轨，5d超声头固定块，5e超声头限位槽，5f销轴，5g弹簧，7吹气口，8清洗液口，9底液口，10液位检测柱，11止阀柱，12法兰轴承，13连杆，14偏心杆，15电机，16液路气路固定板。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作更进一步的说明。

根据图1-8，一种微流控化学发光分析仪，包括液路气路模块2、芯片加载模块3、超声模块5，液路气路模块、芯片加载模块、超声模块顺序设置，芯片加载模块用于放置芯片并带动芯片平移，芯片加载模块设有芯片夹紧装置；液路气路模块包括第一动力部（比如第一丝杆电机2a）、在第一动力部控制下同步升降的吹气口7（位于吹气柱底部）、清洗液口8（位于清洗液柱底部）、底液口9（位于底液柱底部）、液位检测柱10；液路气路模块还包括第二动力部（比如第二丝杆电机2b）、在第二动力部控制下升降的止阀柱11；吹气柱、清洗液柱、底液柱、液位检测柱上部均设有弹性机构（即弹簧2e）；止阀柱上部设有弹性机构（即弹簧柱塞2f）；芯片位于检测位置时，吹气口、清洗液口、底液口、液位检测柱均与芯片上表面柔性接触。止阀柱由止阀柱上部（即弹簧柱塞）和止阀柱下部（也为柱体结构）连接而成，弹簧柱塞顶部和第二丝杆电机螺母固定在同一个固定板（此固定板不是液路气路固定板）上。

根据图8，吹气柱、清洗液柱、底液柱、液位检测柱均由上部柱体6a、下部柱体6c组成，弹簧（未在图8中示出）套在上部柱体上，下部柱体直径大于上部柱体，上部柱体和下部柱体的相接面为台阶端面6b，弹簧顶端顶在液路气路固定板下表面，弹簧底端顶在下部柱体顶部的台阶端面，上部柱体、下部柱体均为中空结构且两者的中空部相通。液路气路固定板和柱子台阶端面起到限位作用。

芯片夹紧装置包括用于放置芯片的芯片槽3c；芯片夹紧装置还包括位于芯片槽边缘的芯片夹块3d、第一弹性部3e和位于芯片夹块外的定位块3f，第一弹性部左端连接芯片夹块内偏右的位置，第一弹性部右端放在定位块的左端孔内且与定位块连接，定位块的右端部固定（图3和图4）。芯片放入前，芯片夹块3d左端还覆盖了芯片槽3c的少量区域，芯片放入后，芯片夹块3d右移，且芯片夹块与芯片接触区域为弧面（与芯片的边角的弧面结构相匹配），由于弹性部的存在，芯片被芯片夹块顶紧。

芯片加载模块还设有第一直线导轨3a，齿轮转动带动齿条平移3b，齿条贴合于第一直线导轨表面且齿条与第一直线导轨同步运动，齿条端部连接芯片夹紧装置。

微流控化学发光分析仪，还设有计数器1，计数器1与光电倍增管PMT连通并用于计算光子数量，光电倍增管PMT（为光学检测模块）下端用于对准芯片上表面，光源设置于芯片与光电倍增管PMT之间。

所述的超声模块包括第三动力部（比如为电机15）、与第三动力部的电机轴连接的偏心杆14、连接于偏心杆端部且位于远离电机轴的一端的连杆13、固定于连杆的超声头固定块5d、从超声头固定块向上伸出的超声头5a，超声头与芯片下表面反应区柔性接触，超声头固定块内设有与超声头下端抵靠的第三弹性部（即弹簧5g）；所述的超声模块还包括与超声头固定块固定连接的超声同步块5b，超声同步块与第三直线导轨5c贴合设置，连杆上端还与超声同步块固定连接；第三动力部使得偏心杆旋转并带动超声头固定块、超声同步块、连杆的同步旋转升降，超声同步块在第三直线导轨上移动（图6）。

所述的液路气路模块包括液路气路固定板16，液路气路固定板固定连接所述的吹气口、清洗液口、底液口、液位检测柱，吹气口、清洗液口、底液口、液位检测柱、止阀柱按顺序平行排列，第一动力部推动液路气路固定板升降；弹性机构套于吹气柱、清洗液柱、底液柱、液位检测柱的上部；液位检测柱检测到样本即将进入到芯片内部的阀位置时第二动力部推动止阀柱下移并压住芯片的阀位置；止阀柱上部为弹簧柱塞2f（弹簧柱塞是一个弹性结构，成品）；所述的液路气路模块设有第二直线导轨2d，所述的第二直线导轨固定不动且液路气路固定板在第二直线导轨上移动（图5和图7）。

具体检测过程如下：开始检测时，同步电机带动齿轮齿条向前移动，同时带动芯片加载装置向前移动，当芯片加载装置移动出仪器外，放入芯片，芯片加载装置内有芯片夹紧装置，芯片夹紧装置能够固定住芯片且使芯片精确定位。芯片放好，同步电机带动芯片加载装置进入仪器内部。

芯片加载装置到达固定位置（即反应位置）时，上方的条形码扫描器2c读取芯片上的条形码，读取芯片上的信息，确定加载芯片是否和输入项目匹配，如果不匹配则报错提醒，如果匹配则进行下-步操作。第一丝杆电机带动液路气路固定板向下压，当气路液路装置压到芯片时停止下压，吹气口、清洗液口、底液口、液位检测柱每个上面都有独立的弹簧装置，保证吹气口、清洗液口、底液口、液位检测柱柔性接触芯片，芯片不会被破坏，同时也能保证吹气口、清洗液口、底液口、液位检测柱能够和芯片紧密结合，不会发生漏气、漏液问题。吹气口的泵先开始工作，把芯片加样口的样本吹进到芯片内部的反应区，当液位检测柱检测到样本即将进入到芯片内部的阀位置，气路液位装置的另一个丝杆电机立即带动止阀柱向下压，压住芯片上的阀门装置，使得样本不会继续向前移动，同时吹气泵停止工作。

超声模块的步进电机转动，固定在电机轴上的偏心杆旋转，连杆机构通过销轴和偏心杆连接在仪器，连杆和销轴中带有法兰轴承12，连杆的另一端通过销轴5f和超声头固定块5d连接在一起，超声头固定块固定在超声同步块5b上，超声同步块固定在第三直线导轨5c上，超声头限位槽5e位于超声头固定块内，且超声头限位在超声头限位槽内且可以在超声头限位槽内上下滑动。同步电机旋转时，通过以上机构带动超声头向上运动，第三直线导轨同时向上运动，第三直线导轨控制超声模块直线上下运动，同时也控制超声模块不会发生左右晃动。当超声头5a接触到芯片反应区时，超声头下面的弹簧装置（即弹簧5g），使其能和芯片紧密接触，同时又保证超声头不会压坏芯片。接触充分后开始超声混匀反应区里的液体，让样本和反应区里的试剂充分反应。超声混匀完成后，超声模块向下运动，到达初始位置时停下。

这时清洗泵开始注清洗液，进行清洗，经过数次清洗后，底物泵加入底物液。超声模块向上运动进行混匀，让底物和试剂充分反应。反应完成后，芯片加载装置向后运动，到达光学检测模块，进行读取数据。读取完成后芯片退出，检测完成。

本实用新型的芯片加载装置中有芯片夹紧装置，能够固定并精确定位芯片。微流控芯片上带有条形码，条形码扫描器可以读取芯片的检测项目，从而确认是否与输入项目匹配，仪器可以根据不同检测项目的要求，加入不同量的清洗液和底物液，从而个性化检测不同项目。吹气口、清洗液口、底液口、液位检测柱每个上面都有独立的弹簧装置，能保证芯片的完整性、芯片与仪器间结合的密闭性。液位检测柱可以监测芯片内液体的流动，当样本到达阀位置时，止阀柱关闭阀门，控制反应在芯片的反应区内进行。本实用新型利用超声混匀反应区的液体，且进行多次，能使样本、试剂、清洗液、底物液等混合均匀并充分反应，保证检测结果的准确性。最后光学检测模块检测芯片信息，用户可在仪器上读取数据。

本实用新型属于小型仪器，易携带，操作简便，检测结果可靠、灵敏度好，减少了实验人员的操作步骤，在提高样品分析效率的同时，能避免样本污染和样本信息混乱。可以通过加热片进行温育，所有反应在微流控芯片内进行，无废液排出。该微流控化学发光分析仪可应用到临床检测中，为临床治疗提供定性定量依据。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种微流控化学发光分析仪，包括液路气路模块、芯片加载模块、超声模块，液路气路模块、芯片加载模块、超声模块顺序设置，其特征在于：芯片加载模块用于放置芯片并带动芯片平移，芯片加载模块设有芯片夹紧装置；液路气路模块包括第一动力部、在第一动力部控制下同步升降的吹气柱、清洗液柱、底液柱、液位检测柱；液路气路模块还包括第二动力部、在第二动力部控制下升降的止阀柱；吹气柱、清洗液柱、底液柱、液位检测柱、止阀柱的上部均设有弹性机构；芯片位于反应位置时，吹气柱、清洗液柱、底液柱、液位检测柱的底部均与芯片表面柔性接触。

2.根据权利要求1所述的一种微流控化学发光分析仪，其特征在于：吹气柱、清洗液柱、底液柱均为中空结构且底部分别为吹气口、清洗液口、底液口，芯片位于反应位置时，吹气口、清洗液口、底液口均与芯片表面柔性接触。

3.根据权利要求1所述的一种微流控化学发光分析仪，其特征在于：芯片夹紧装置包括用于放置芯片的芯片槽；芯片夹紧装置还包括第一弹性部、位于芯片槽边缘的芯片夹块、位于芯片夹块外的定位块；第一弹性部一端连接芯片夹块，另一端放入定位块的孔内并与定位块连接。

4.根据权利要求1所述的一种微流控化学发光分析仪，其特征在于：所述的超声模块包括第三动力部、与第三动力部连接的偏心杆、位于偏心杆端部且位于远离转轴的一端的连杆、固定于连杆的超声头固定块、从超声头固定块向上伸出的超声头，超声头与芯片表面柔性接触，超声头固定块内设有与超声头下端抵靠的第三弹性部；所述的超声模块还包括与超声头固定块固定连接的超声同步块，超声同步块与第三直线导轨贴合设置，连杆还与超声同步块固定连接；第三动力部使得偏心杆旋转并带动超声头固定块、超声同步块、连杆的同步旋转升降，超声同步块可在第三直线导轨上移动。

5.根据权利要求1所述的一种微流控化学发光分析仪，其特征在于：所述的液路气路模块包括液路气路固定板，液路气路固定板固定连接所述的吹气柱、清洗液柱、底液柱、液位检测柱，吹气柱、清洗液柱、底液柱、液位检测柱按顺序平行排列，第一动力部推动液路气路固定板升降；弹性机构套设于吹气柱、清洗液柱、底液柱、液位检测柱的上部；液位检测柱检测到样本即将进入到芯片内部的阀位置时第二动力部推动止阀柱下移并压住芯片的阀位置。

6.根据权利要求5所述的一种微流控化学发光分析仪，其特征在于：所述的液路气路模块设有第二直线导轨，所述的第二直线导轨固定不动且液路气路固定板在第二直线导轨上移动。

7.根据权利要求3所述的一种微流控化学发光分析仪，其特征在于：芯片加载模块还设有第一直线导轨，齿轮转动带动齿条平移，齿条贴合于第一直线导轨表面且齿条与第一直线导轨同步运动，齿条端部连接芯片夹紧装置。

8.根据权利要求1所述的一种微流控化学发光分析仪，其特征在于：还设有计数器，计数器与光电倍增管PMT连通，光电倍增管PMT下端用于对准芯片上表面，进行光学检测时，芯片位于光源与光电倍增管PMT之间。