CN101063078A - 一种生物芯片杂交清洗装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生物芯片杂交与清洗装置，其特征在于：它包括一箱体，在所述箱体内设置有一将其分隔为杂交腔和动力控制腔的隔板，所述杂交腔内设置有杂交装置或清洗装置；所述杂交腔下方设置有与其连通的加热腔，所述加热腔内设置有加热体，所述加热腔通过风扇和管道与所述杂交腔形成一封闭的热风循环回路，所述动力控制腔内设置有一平移装置，在所述平移装置的顶部设置一摆动装置，所述摆动装置顶部穿过所述隔板连接所述杂交腔内的杂交装置或清洗装置。本发明在空气浴控温环境中的三维摇摆运动及停止摆平的结构方式，可在生物芯片杂交过程中提高杂交的均一性。本发明可以广泛用于各种生物芯片的杂交和清洗的操作过程中。

Description

一种生物芯片杂交清洗装置
技术领域
本发明涉及一种杂交与清洗装置，特别是关于一种生物芯片杂交清洗装置。
背景技术
以往的生物芯片是在控温、控湿条件下水平静止地进行杂交与清洗的过程，该方式的缺点是杂交效率较低，并且由于芯片与盖片间的间隙小，不利于杂交液的流动，从而造成整张芯片的杂交不均匀，使得芯片杂交的CV(变异系数——用于比较多个样品重复测定的误差)过大，不利于定量分析。中国专利“一种基因芯片杂交仪”(ZL 200420049238.0)为生物芯片的杂交提供了一种装置，该装置包括一支架及设置在支架内的承载平台，承载平台可沿垂直方向往返运动，承载平台各质点随时间变化沿垂直方向的振幅为正弦波曲线，且振幅沿承载平台半径方向随半径的增加而增大。所述承载平台上设置有容纳生物芯片的杂交盒。该装置的承载平台可进行特定规律的运动，能有效促进杂交盒内杂交液的流动。但是，该装置具有以下不足：1、没有控温系统，需提供恒温环境，通常在水浴锅中完成杂交；2、整个过程芯片都处于倾斜状态，安放杂交盒后需及时开机运转，否则杂交液在倾斜静止时会溢出；3、杂交完成后需另配装置或仪器进行芯片的清洗。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种可以在空气浴控温旋转的条件下简便完成基因芯片杂交与清洗的装置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种生物芯片杂交与清洗装置，其特征在于：它包括一箱体，在所述箱体内设置有一将其分隔为杂交腔和动力控制腔的隔板，所述杂交腔内设置有杂交装置或清洗装置；所述杂交腔下方设置有与其连通的加热腔，所述加热腔内设置有加热体，所述加热腔通过风扇和管道与所述杂交腔形成一封闭的热风循环回路，所述动力控制腔内设置有一平移装置，在所述平移装置的顶部设置一摆动装置，所述摆动装置顶部穿过所述隔板连接所述杂交腔内的杂交装置或清洗装置。
所述平移装置包括设置在动力控制腔内的机座，设置在所述机座上的滑轨和平移驱动电机，设置在所述滑轨上的滑块，连接在所述电机输出端的平移传动装置，所述平移传动装置连接所述滑块。
所述平移传动装置为丝杠和连接所述滑块的丝母。
所述摆动装置包括一通过电机座连接在所述滑块顶部的摆动驱动电机，连接在所述电机输出端的偏心块，所述偏心块连接一通过轴承内外圈分成两部分的摆轴，所述隔板上固定连接一法兰盘，所述摆轴通过一球形关节插设在所述法兰盘的球座上，所述上部摆轴上连接一回转盘，所述回转盘通过至少三个防转拉簧连接所述电机座，在与所述平移驱动电机输出轴所在的垂向平面内设置有一与所述偏心块端部位置相对的光电传感器。
所述回转盘与电机座之间连接的防转拉簧为四个。
所述热风循环回路的风扇包括向所述加热腔吹风的散热风扇和向杂交腔吹风的热风循环风扇，所述散热风扇设置在所述加热腔顶部，所述管道连接所述加热腔下部，所述热风循环风扇设置在所述管道的出口，所述管道连接所述杂交腔，所述管道出口附近设置有温度探测器。
所述散热风扇、热风循环风扇和管道的数量均为两个。
所述热风循环回路的风扇包括从所述杂交腔向所述加热腔吹风的散热风扇和从所述管道向杂交腔吹风的热风循环风扇，所述散热风扇设置在所述加热腔顶部，所述管道连接所述加热腔下部，所述热风循环风扇设置在所述管道的出口，所述管道连接所述杂交腔。
所述散热风扇、热风循环风扇和管道的数量均为两个。
所述杂交装置包括一与所述摆轴顶部连接的定位盘和设置在所述定位盘上的至少一个杂交盒，所述摆轴顶端与所述定位盘底部通过设置在所述摆轴顶部的三角形接头和设置在所述定位盘底部的三角形凹槽连接。
所述杂交装置包括一与所述摆轴顶部连接的定位盘和设置在所述定位盘上的至少一个杂交盒，所述杂交装置包括一与所述摆轴顶部连接的定位盘和设置在所述定位盘上的至少一个杂交盒。
所述清洗装置包括一与所述摆轴顶部连接的清洗盒，所述清洗盒顶部具有一盒盖，所述清洗盒内设置有定位柱，所述定位柱上插设有芯片护槽板，所述芯片护槽板上插设待清洗的生物芯片，所述摆轴顶端与所述清洗盒底部通过设置在所述摆轴顶部的三角形接头和设置在所述清洗盒底部的三角形凹槽连接。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于在杂交腔底部设置了一加热腔，并设置通过风扇和管道连接杂交腔和加热腔形成的热风循环回路，因此可以通过循环的热空气保持杂交腔的温度，进而保证杂交所需的温度。2、本发明由于设置了两个散热风扇、两个热风循环风扇和两个连接加热腔和杂交腔的热风管道，因此可以使杂交腔内的热空气混合更加均匀温度，可以有效地提高生物芯片杂交的均匀性，有效地降低杂交过程的CV值。3、本发明通过摆动驱动电机带动摆轴清洗转动，通过防转拉簧带动上摆轴沿自身轴线摆动，通过平移驱动电机带动摆轴作平移，从而不但可以实现杂交盒内的杂交液或清洗盒内的清洗液的三维波动运动，而且克服了现有技术中的缺点，在杂交盒或清洗盒停止运动时，自动摆平，不会因为倾斜而使液体流出。4、本发明由于设置了与摆轴顶部相互配合的清洗盒，因此不用另行设置清洗设备，不但节省成本，而且操作也非常简单方便。本发明可以广泛用于各种生物芯片的杂交和清洗的操作过程中。
附图说明
图1是本发明结构示意图
图2是本发明的运动控制装置的结构示意图
图3是本发明的运动控制装置的立体示意图
图4是本发明的杂交盒定位盘底部结构示意图
图5是本发明的清洗盒底部凹槽结构示意图
图6是本发明的清洗盒内部结构示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明包括一箱体1，箱体1通过一隔板2分隔成上、下两部分，上部为杂交腔10，下部为动力控制腔20。
杂交腔10内设置有一个或一个以上的杂交盒11，杂交盒11连接在一定位盘12上。在杂交腔10的底部设置有2～4个风扇口(本实施例以4个为例不限于此)，在后部的两个风扇口下面设置有一加热腔13，安装在加热腔13顶部的两个散热风扇14连接在后部的两风扇口中，向加热腔13吹风；前部的两个风扇口安装有两个向杂交腔内吹风的热风循环风扇15。加热腔13内设置有一加热体16，加热腔13通过两个管道17连接到前部的两个热风循环风扇15的进风口，进而形成一封闭的热风循环回路。在管道17的出风口附近设置一温度探测器18，用于探测杂交腔10内的温度。
如图2、图3所示，箱体1下部的动力控制腔20内设置有带动杂交盒或清洗盒作三维运动的平移装置和摆动装置。
平移装置包括一机座21，机座21上设置有一侧导轨22，导轨22上设置有一滑块23，机座21的另一侧设置有滚轮等滚动支撑装置(图中未示出)，在滑块23的顶部设置有一电机座24。机座21上也可以设置双侧导轨22和一连接在双侧导轨22上的滑块24。在机座21一端固定一平移运动驱动电机25(比如步进电机)，电机25的输出端连接一丝杠(图中未示出)，丝杠通过丝杠母连接电机座24，电机25的驱动可以通过丝杠带动电机座24沿导轨22滑动。上述电机25输出端连接的平移传动装置也可以采取现有技术的其它结构形式。
摆动装置包括：一摆动驱动电机26(比如直流电机)固定在电机座24上，其输出端连接一偏心块27，偏心块27的另一端通过一关节轴承28连接一下摆轴29，下摆轴29通过一轴承30连接一上摆轴31，在上摆轴31上固定连接一个回转盘32。在电机座24顶部四角设置有四个孔33，在回转盘32的周边也设置有四个孔(图中未示出)，在两两对应的孔中连接有4个防转拉簧34(仅以4防转拉簧为例，3～6个都可以)。由于上、下摆轴31、29分别连接轴承30的外圈和内圈，二者31、29之间可以通过轴承30相对转动，因此当上摆轴31随偏心块27沿电机26输出轴转动而发生自转时，防转拉簧34可以将回转盘32拉回，阻止上摆轴31的自转。在回转盘32上方的上摆轴31上设置有一球形关节35，球形关节35插设在一个设置有球座36的法兰盘37内，法兰盘37固定连接在箱体1中间的隔板2上，球形关节35可以在上摆轴31运动过程中在球座36内转动和沿球座36的轴线上、下运动。在电机25轴线的垂直面内与偏心块27的端部位置对应设置有一光电传感器38，光电传感器38的作用是使电机26停止转动时，带动上、下摆轴31、29平移的偏心块27，恰可位于电机25的轴线位置，当电机25启动时，便可以通过平移传动装置带动上、下摆轴31、29移动到使杂交盒11摆平(在法兰盘37中处于垂直状体)，以免杂交液流出来。
上述实施例中，摆轴31顶端与固定杂交盒11的定位盘12连接的部位为一段截面呈三角形接头，与此对应定位盘12底部设置有三角形凹槽39(如图4所示)。同样，本发明还包括至少一个清洗盒40(如图5所示)，清洗盒40的底部也设置有与摆轴31头部连接的三角形凹槽41。如图6所示，清洗盒40顶部具有一盒盖42，以保证清洗盒40内的清洗液在运动过程中不易洒出，清洗盒40内的两侧边设置有数个定位柱43，在定位柱43上可以插设芯片护槽板44，在芯片护槽板44上可以插设一组待清洗的生物芯片45。
上述实施例中，散热风扇14和热风循环风扇15采用耐高温风扇，并且可以通过调节供电电压调节风扇的风速。散热风扇14、热风循环风扇15和热风循环管道的数量是可以变换的，但起码要设置一套，设置两套可以使杂交腔10内的温度更均匀。加热体16可以是电阻丝、电热陶瓷和半导体电热器件等。温度探测器18可以是热敏电阻、热电偶和热敏二极管等。杂交腔10、加热腔13和热风循环管道17的外部分别设置有隔热材料。本发明的作为杂交装置杂交盒11和定位盘12的具体结构可以采取现有技术中的各种结构方式，或专门设置的结构方式。本发明作为清洗装置的清洗盒40可以用有机玻璃制成，呈透明，利于装卸与密封，清洗盒40也可以采取其它现有的结构方式，或专门设置的结构方式。
本发明的控制电路主要包括两方面，一方面是通过温度探测器18的反馈，对加热体16的加热功率进行调节和对各风扇14、15的启停控制，实现对杂交腔温度的控制；另一方面是通过对电机26的控制实现上、下摆轴31、29带动杂交盒11的摆动，通过对电机25的控制实现上、下摆轴31、29摆动角度和摆平位置的控制。本发明的控制电路可以根据使用要求采用常规电路搭建，并可与计算机连接，通过计算机控制。
本发明在控制杂交腔10内的空气温度时，电路控制系统接收到用户的目标温度设定，首先通过温度探测器18进行采样，读取杂交腔1的即时温度，计算与目标温度的偏差，然后启动并控制加热体16的热输出功率，使加热腔13内空气开始升温，同时通过散热风扇14和热风循环风扇15的吹风使热空气在热风循环管道17和杂交腔10内循环，实现杂交腔10内的空气升温并稳定到设定温度。
本发明在控制杂交盒11运动时，首先将装好芯片的杂交盒11安装在定位盘12上，将定位盘12连接在上、下摆轴31、29顶端，然后启动电机25，通过丝杠带动滑块23在导轨22上滑动，使上、下摆轴31、29与法兰盘37的垂直状态拉成一倾斜角度，角度倾斜值根据摆幅的需要确定。然后电机25停止，电机26启动，通过偏心块27带动连接在其上的上、下摆轴31、29运动，此时轴承30的运动轨迹是自传和围绕电机26轴心公转的复合运动，但是由于防转拉簧34的作用，回转盘32会阻止上摆轴31的自转，上摆轴31的运动带动固定杂交盒11的定位盘12形成以下三维波动运动，即定位盘12上的各质点都作上下运动，并且其幅度由偏心块27的偏心半径决定，定位盘12上各质点幅度随时间呈近似正弦曲线形式变化。杂交运动结束时，偏心块27的位置会因光电传感器38的作用，而停在一固定的位置，而在此位置时，偏心块27的水平轴线，恰与丝杠的轴线平行，此时电机25再次启动，使上、下摆轴31、29逐渐回复到初始与法兰盘37的垂直状态，固定杂交盒11的定位盘12被摆平，使杂交液不会从静止的杂交盒11中流出，最后取出定位盘12，取下或更换杂交盒11，一个杂交摆动操作周期完成。
本发明清洗过程与杂交过程类似，只是把装有杂交盒11的定位盘，整体换上本发明装有芯片和清洗液的清洗盒40，将清洗盒40底部的三角形凹槽41插设在摆轴31顶部的三角形接头上，其余步骤与上述杂交摆动过程相同，不再赘述。

Claims (16)

1、一种生物芯片杂交与清洗装置，其特征在于：它包括一箱体，在所述箱体内设置有一将其分隔为杂交腔和动力控制腔的隔板，所述杂交腔内设置有杂交装置或清洗装置；所述杂交腔下方设置有与其连通的加热腔，所述加热腔内设置有加热体，所述加热腔通过风扇和管道与所述杂交腔形成一封闭的热风循环回路，所述动力控制腔内设置有一平移装置，在所述平移装置的顶部设置一摆动装置，所述摆动装置顶部穿过所述隔板连接所述杂交腔内的杂交装置或清洗装置。
2、如权利要求1所述的一种生物芯片杂交与清洗装置，其特征在于：所述平移装置包括设置在动力控制腔内的机座，设置在所述机座上的滑轨和平移驱动电机，设置在所述滑轨上的滑块，连接在所述电机输出端的平移传动装置，所述平移传动装置连接所述滑块。
3、如权利要求2所述的一种生物芯片杂交与清洗装置，其特征在于：所述平移传动装置为丝杠和连接所述滑块的丝母。
4、如权利要求1或2或3所述的一种生物芯片杂交与清洗装置，其特征在于：所述摆动装置包括一通过电机座连接在所述滑块顶部的摆动驱动电机，连接在所述电机输出端的偏心块，所述偏心块连接一通过轴承内外圈分成两部分的摆轴，所述隔板上固定连接一法兰盘，所述摆轴通过一球形关节插设在所述法兰盘的球座上，所述上部摆轴上连接一回转盘，所述回转盘通过至少三个防转拉簧连接所述电机座，在与所述平移驱动电机输出轴所在的垂向平面内设置有一与所述偏心块端部位置相对的光电传感器。
5、如权利要求4所述的一种生物芯片杂交与清洗装置，其特征在于：所述回转盘与电机座之间连接的防转拉簧为四个。
6、如权利要求1或2或3或5所述的一种生物芯片杂交与清洗装置，其特征在于：所述热风循环回路的风扇包括向所述加热腔吹风的散热风扇和向杂交腔吹风的热风循环风扇，所述散热风扇设置在所述加热腔顶部，所述管道连接所述加热腔下部，所述热风循环风扇设置在所述管道的出口，所述管道连接所述杂交腔，所述管道出口附近设置有温度探测器。
7、如权利要求6所述的一种生物芯片杂交与清洗装置，其特征在于：所述散热风扇、热风循环风扇和管道的数量均为两个。
8、如权利要求4所述的一种生物芯片杂交与清洗装置，其特征在于：所述热风循环回路的风扇包括从所述杂交腔向所述加热腔吹风的散热风扇和从所述管道向杂交腔吹风的热风循环风扇，所述散热风扇设置在所述加热腔顶部，所述管道连接所述加热腔下部，所述热风循环风扇设置在所述管道的出口，所述管道连接所述杂交腔。
9、如权利要求8所述的一种生物芯片杂交与清洗装置，其特征在于：所述散热风扇、热风循环风扇和管道的数量均为两个。
10、如权利要求1或2或3或5或7或8或9所述的一种生物芯片杂交与清洗装置，其特征在于：所述杂交装置包括一与所述摆轴顶部连接的定位盘和设置在所述定位盘上的至少一个杂交盒，所述摆轴顶端与所述定位盘底部通过设置在所述摆轴顶部的三角形接头和设置在所述定位盘底部的三角形凹槽连接。
11、如权利要求4所述的一种生物芯片杂交与清洗装置，其特征在于：所述杂交装置包括一与所述摆轴顶部连接的定位盘和设置在所述定位盘上的至少一个杂交盒，所述杂交装置包括一与所述摆轴顶部连接的定位盘和设置在所述定位盘上的至少一个杂交盒。
12、如权利要求6所述的一种生物芯片杂交与清洗装置，其特征在于：所述杂交装置包括一与所述摆轴顶部连接的定位盘和设置在所述定位盘上的至少一个杂交盒，所述杂交装置包括一与所述摆轴顶部连接的定位盘和设置在所述定位盘上的至少一个杂交盒。
13、如权利要求1或2或3或5或7或8或9或11或12所述的一种生物芯片杂交与清洗装置，其特征在于：所述清洗装置包括一与所述摆轴顶部连接的清洗盒，所述清洗盒顶部具有一盒盖，所述清洗盒内设置有定位柱，所述定位柱上插设有芯片护槽板，所述芯片护槽板上插设待清洗的生物芯片，所述摆轴顶端与所述清洗盒底部通过设置在所述摆轴顶部的三角形接头和设置在所述清洗盒底部的三角形凹槽连接。
14、如权利要求4所述的一种生物芯片杂交与清洗装置，其特征在于：所述清洗装置包括一与所述摆轴顶部连接的清洗盒，所述清洗盒顶部具有一盒盖，所述清洗盒内设置有定位柱，所述定位柱上插设有芯片护槽板，所述芯片护槽板上插设待清洗的生物芯片，所述摆轴顶端与所述清洗盒底部通过设置在所述摆轴顶部的三角形接头和设置在所述清洗盒底部的三角形凹槽连接。
15、如权利要求6所述的一种生物芯片杂交与清洗装置，其特征在于：所述清洗装置包括一与所述摆轴顶部连接的清洗盒，所述清洗盒顶部具有一盒盖，所述清洗盒内设置有定位柱，所述定位柱上插设有芯片护槽板，所述芯片护槽板上插设待清洗的生物芯片，所述摆轴顶端与所述清洗盒底部通过设置在所述摆轴顶部的三角形接头和设置在所述清洗盒底部的三角形凹槽连接。
16、如权利要求10所述的一种生物芯片杂交与清洗装置，其特征在于：所述清洗装置包括一与所述摆轴顶部连接的清洗盒，所述清洗盒顶部具有一盒盖，所述清洗盒内设置有定位柱，所述定位柱上插设有芯片护槽板，所述芯片护槽板上插设待清洗的生物芯片，所述摆轴顶端与所述清洗盒底部通过设置在所述摆轴顶部的三角形接头和设置在所述清洗盒底部的三角形凹槽连接。
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