CN102703312A - 一种dna测序仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种DNA测序仪，包括支撑台、多个减震器和通过多个减震器与支撑台连接的减震板；固定设置在减震板上的用于进行DNA测序反应的反应仓组件、用于采集光信号的CCD相机、用于支撑CCD相机的二维调整的支撑装置，设置在支撑台上的用于为反应仓组件提供反应试剂和缓冲液的药剂供应组件。本发明的DNA测序仪，通过设置多个反应仓，并配合能二维调整的可二维调整的支撑装置及能为多个反应仓供应试剂的药剂供应组件，实现了多个反应同时进行的目的，能同时对多个样本进行测序，大大提高了DNA测序效率。

Description

一种DNA测序仪

技术领域

本发明涉及DNA测序技术领域，具体涉及一种DNA测序仪。

背景技术

在DNA测序技术领域，焦磷酸测序技术（pyrosequenc ing），是由Nyren等人于1987年发展起来的一种新型的酶级联测序技术，其可重复性和精确性能与Sanger法DNA测序技术相媲美，而速度却大大提高。

焦磷酸测序技术是由4种酶催化的同一反应体系中的酶级联化学发光反应。焦磷酸测序技术的原理是：引物与模板DNA退火后，在DNA聚合酶（DNA polymerase）、ATP硫酸化酶（ATP sulfurylase）、荧光素酶（luciferase）和三磷酸腺苷双磷酸酶（Apyrase）四种酶的协同作用下，将引物上每一个dNTP的聚合与一次光信号的释放偶联起来，通过检测光的释放和强度，达到实时测定DNA序列的目的。焦磷酸测序技术的反应体系由反应底物、待测单链、测序引物和四种酶构成。反应底物为5’-磷酰硫酸（adenos ine-5’-phosphosulfate，APS）和荧光素（luciferin）。

在每一轮测序反应中，反应体系中只加入一种脱氧核苷酸三磷酸（dNTP），如果它刚好能和DNA模板的下一个碱基配对，则会在DNA聚合酶的作用下，添加到测序引物的3’末端，同时释放出一个分子的焦磷酸（PPi）。在ATP硫酸化酶的作用下，生成的PPi可以和APS结合形成ATP，在荧光素酶的催化下，生成的ATP又可以和荧光素结合形成氧化荧光素，同时产生可见光。通过微弱光检测装置及处理软件可获得一个特异的检测峰，峰值的高低则和相匹配的碱基数成正比。如果加入的dNTP不能和DNA模板的下一个碱基配对，则上述反应不会发生，也就没有检测峰。反应体系中剩余的dNTP和残留的少量ATP在Apyrase的作用下发生降解。待上一轮反应完成后，加入另一种dNTP，使上述反应重复进行，根据获得的峰值图即可读取准确的DNA序列信息。

整体操作流程描述如下：DNA样品通过破碎后，应用建库试剂进行加接头、单链捕获、结合至微球、微乳液PCR扩增、破乳液，获得建立在微球上的DNA文库，应用加样板将文库和测序反应需要的酶等铺放至具有微反应池的测序芯片，测序芯片和测序试剂安装至主机上，通过控制计算机根据模块数量和位置启动测序程序，自动化进行测序反应，产生的数据传输至数据分析计算机，完成测序后应用计算分析软件进行图像处理、序列读出、质量分析、序列拼接等工作，最终得到DNA样本的序列信息。刻有微反应池的测序芯片由芯径25μm厚度2mm的光纤面板进行单面光纤芯层刻蚀得到，刻蚀深度40μm，芯片上共计约300万个微反应池，其中成像部分约120万个微反应池。微反应池测序芯片是测序反应的载体，载有测序模板的DNA Beads及各种测序反应用酶均位于刻有微反应池的测序芯片中。

测序过程中，在测序芯片上发生化学反应，产生可见光，通过CCD（Charge Couple Device）相机捕捉测序反应所产生的光信号，即可得到所需要的测序信息。

发明人发现现有技术的DNA测序仪，只有一个反应仓，一台仪器只能同时进行一项实验，工作效率不高。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明要解决的技术问题是，提供一种DNA测序仪，能够同时进行多项DNA测序反应的实验，提高DNA测序的工作效率。

为解决上述问题，本发明提供了一种DNA测序仪，包括支撑台、多个减震器和通过所述多个减震器与所述支撑台连接的减震板；所述DNA测序仪还包括：用于进行DNA测序反应的反应仓组件，所述反应仓组件包括竖直设置在所述减震板上的支撑架和并列设置在所述支撑架上的多个反应仓；用于采集每个所述反应仓内的DNA测序反应所产生的光信号的CCD相机；用于支撑所述CCD相机并带动所述CCD相机在不同的所述反应仓之间切换并在正对其中一个反应仓时靠近或远离所述反应仓的可二维调整的支撑装置；用于为所述反应仓组件提供反应试剂和缓冲液的药剂供应组件；所述反应仓组件和可二维调整的支撑装置均固定设置在所述减震板上，所述药剂供应组件设置在所述支撑台上。

作为优选，每个所述反应仓均包括转动连接在所述支撑架上的底座、进行测序反应的反应池体和用于安装测序芯片的安装座；所述反应池体一侧的表面上开设有环形凹槽；所述安装座上设有贯通的安装腔，所述测序芯片安装在所述安装腔的一端内，其中，所述安装腔的一端设有用于定位所述测序芯片的定位环，所述安装腔的内壁上沿其径向设有多个贯通所述内壁的定位槽，多个所述定位槽位于所述安装腔的轴向的同一位置上，多个所述定位槽沿所述安装腔的圆周均匀分布，每个所述定位槽内均设有沿所述定位槽滑动伸入所述安装腔内以卡持所述测序芯片使其紧贴在所述定位环上并沿所述定位槽缩回所述定位槽内以松开所述测序芯片的滑动舌板；所述反应池体开设有环形凹槽的一侧面朝向所述安装腔与所述安装座固定连接；所述测序芯片与所述反应池体开设有环形凹槽的侧面之间设有供测序用试剂流过的间隙，所述间隙通过嵌设于所述凹槽内并凸出所述环形凹槽的密封圈围成供测序反应的测序反应池；所述反应池体的另一侧面贴在所述底座上，并且在所述反应池体和所述底座上设有对应的多个通孔，所述反应池体通过穿过所述通孔的导向杆与所述底座连接，所述导向杆的一端与所述底座固定连接，所述反应池体通过所述通孔套在所述导向杆上能在所述导向杆的轴向上滑动并能在所述导向杆的径向上微动；所述反应池体与所述底座之间设有第一弹性部件。

作为优选，所述反应池体包括背板和设在所述背板上向所述背板的一侧凸出的凸台，所述环形凹槽开设在所述凸台的端面上；所述安装座包括座体，所述安装腔开设在所述座体上，所述座体与所述背板之间固定连接使所述凸台伸入所述安装腔内并使所述凸台与所述测序芯片之间设有供测序用试剂流过的所述间隙；所述反应池体设有背板的一侧贴在所述底座上，所述反应池体与所述底座对应设置的多个所述通孔开设在所述背板上。

作为优选，所述第一弹性部件为第一弹簧，所述底座与所述反应池体连接的一侧设有空腔，所述空腔内设有一个或多个整体位于所述空腔内的弹簧杆，所述第一弹簧套在所述弹簧杆上并伸出所述空腔；设在所述反应池体上的所述通孔呈台阶状，所述通孔靠近所述底座的一段为滑动段，所述通孔的另一段为安装段，所述安装段的内径大于所述滑动段，所述安装段与所述滑动段连接处形成第一台阶；所述导向杆的一端为与所述底座连接的连接部，所述导向杆的另一端设有用于卡持在所述第一台阶处的凸起部，所述导向杆的中部靠近所述凸起部的部分为在所述滑动段内滑动的滑动部；所述滑动段的直径稍大于所述滑动部的直径。

作为优选，所述环形凹槽为六边形，当所述反应池体竖直放置时，所述六边形的上端设有出液口，所述六边形的下端设有进液口。

作为优选，所述定位槽靠近所述安装腔的一段的尺寸较小，形成用于限位所述滑动舌板的第二台阶；所述定位槽远离所述安装腔的一端设有与所述安装座固定连接的挡板；所述滑动舌板的一端伸入所述安装腔内以卡持所述测序芯片，所述滑动舌板上设有在所述滑动舌板的一端伸出时抵在所述第二台阶上的突出部；所述突出部与所述挡板之间设有使所述滑动舌板伸入所述安装腔内的第二弹性部件。

作为进一步地优选，所述第二弹性部件为第二弹簧，所述第二弹簧套在所述突出部与所述挡板之间的所述滑动舌板上，所述挡板上设有供所述滑动舌板远离所述安装腔的一端穿过的通孔，所述挡板的内侧设有内径大于所述通孔的套，所述套与通孔之间形成用于使所述第二弹簧的端部抵靠的第三台阶。

作为优选，所述安装座的外侧面上设有围绕在所述测序芯片的环形槽；所述CCD相机的前端连接有连接法兰，所述连接法兰的前端具有用于插入所述环形槽并与所述环形槽密封配合的凸圈。

作为进一步地优选，所述CCD相机包括相机体和位于所述相机体内的用于读取发生在所述测序芯片上的测序反应的光信号的光纤面板，所述光纤面板的一端伸出所述相机体的前端直接与位于所述安装座内的测序芯片的一侧面直接接触以获取在测序芯片的另一侧面上进行的测序反应所产生的光信号。

作为优选，所述反应池体的环形凹槽所围成的区域设有一个或多个温度传感器，所述反应池体与所述底座连接的一侧设有向所述反应池体内凹的加热室，所述加热室内设有半导体加热器。

作为优选，所述可二维调整的支撑装置包括用于带动所述CCD相机在多个反应仓之间切换的第一直线运动机构和带动所述CCD相机靠近或远离每个所述反应仓的第二直线运动机构，其中，所述第一直线运动机构包括与所述减震板固定连接的第一导轨座、设在所述第一导轨座上的第一导轨、沿所述第一导轨直线运动的第一滑块和位于所述第一导轨座内的第一滚珠丝杠运动副，所述第一滚珠丝杠运动副的螺母与所述第一滑块固定连接；所述第二直线运动机构包括第二导轨座、设在所述第二导轨座上的第二导轨、沿所述第二导轨直线运动的第二滑块和位于所述第二导轨座内的第二滚珠丝杠运动副，所述第二滚珠丝杠运动副的螺母与所述第二滑块固定连接；所述第二导轨座与所述第一滑块固定连接并且所述第二导轨与所述第一导轨垂直设置，所述第二滑块与位于其上方的所述CCD相机的支撑座固定连接。

作为优选，所述第一直线运动机构还包括与所述第一滚珠丝杠运动副的第一丝杠连接的第一伺服电机，所述第二直线运动机构还包括与所述第二滚珠丝杠运动副的第二丝杠连接的第二伺服电机。

作为优选，所述药剂供应组件包括：用于抽取测序反应试剂的第一蠕动泵；具有多个进口和一个出口的第一多通换向阀，所述第一多通换向阀的多个进口分别与一个试剂瓶连通，所述第一多通换向阀的出口通过所述第一蠕动泵与主管道连通；用于从缓冲液瓶中抽取缓冲液的第二蠕动泵，所述第二蠕动泵与所述主管道连通；具有多个出口和一个进口的第二多通换向阀，所述第二多通换向阀的进口与所述主管道连接，所述第二多通换向阀的其中一个出口与废液桶连通，所述第二多通换向阀的其他的每个出口分别与一个所述反应仓的进液口连通；所述多个反应仓的出液口与废液桶连通。

作为进一步的优选，所述缓冲液瓶与第二蠕动泵之间的管道上和/或所述主管道上设有真空除泡器。

本发明的DNA测序仪，通过设置多个反应仓，并配合能二维调整的可二维调整的支撑装置及能为多个反应仓供应试剂的药剂供应组件，实现了多个反应同时进行的目的，能同时对多个样本进行测序，大大提高了DNA测序效率。

附图说明

图1为本发明的实施例的DNA测序仪的立体结构示意图；

图2为本发明的实施例的DNA测序仪的反应仓组件的示意图；

图3为图2的F-F向视图；

图4为图2所示的反应仓组件中的其中一个反应仓的分解示意图；

图5为图4所示的反应仓的底座的主视示意图；

图6为图5的左侧视（局部剖视）示意图；

图7为图4所示的反应仓的反应池体与导向杆配合的结构示意图；

图8为图7的左侧视（局部剖视）示意图；

图9为图8中的反应池体的结构示意图；

图10为图8中的导向杆的结构示意图；

图11为图7的A-A向断面图；

图12为图4所示的反应仓的安装座的主视示意图；

图13为图12的左侧视（局部剖视）示意图；

图14为图12的B-B向断面示意图；

图15为图14的C-C向示意图；

图16为图14中的滑动舌板的主视图；

图17为图16的左视图；

图18为图14中的挡板的立体结构示意图；

图19为图18所示的挡板的侧视图；

图20为图19的D-D向剖视图；

图21为本发明的实施例的DNA测序仪的CCD相机的结构示意图（相机体的前端连接有连接法兰）；

图22为图21中的连接法兰的主视图；

图23为图22的E-E向剖视图；

图24为本发明的实施例的DNA测序仪的其中一个反应仓与CCD相机连接时的结构示意图（局部剖视）；

图25为本发明的实施例的DNA测序仪的可二维调整的支撑装置与CCD相机连接的立体结构示意图；

图26为图25中的可二维调整的支撑装置的第二直线运动机构的立体结构示意图；

图27为图26所示的第二直线运动机构的俯视图；

图28为图27沿G-G向的剖视图；

图29为图28沿H-H向的剖视图；

图30为本发明的实施例的DNA测序仪的药剂供应组件的液路结构示意图。

主要附图标记说明

101-支撑台       103-减震器       102-减震板

104-反应仓组件   110-CCD相机      105-可二维调整的支撑装置

1-相机体         2-连接法兰       4-光纤面板

5-反应池体       6-安装座         7-测序芯片

8-底座           9-导向杆         21-凸圈

41-螺钉          44-通孔          45-套

49-第三台阶      51-测序反应池    54-背板

55-凸台          56-环形凹槽      57-加热室

58-密封圈        61-螺钉          62-滑动舌板

63-座体          64-挡板          66-环形槽

67-定位环        69-安装腔        80-空腔

81-第一弹簧      82-第二通孔      84-支撑架

85-弹簧杆        86-弹簧座        87-转轴

91-连接部        92-滑动部        93-凸起部

31-第一直线运动机构               32-第二直线运动机构

35-支撑座                         38-传感器

271-第二丝杠     272-螺母         281-限位座

311-第一导轨座   312-第一导轨     313-第一滑块

319-第一限位块   321-第二导轨座   322-第二导轨

323-第二滑块     326-第二伺服电机 327-联轴器

328-限位杆       380-凹槽         381-遮光件

510-进液口       511-出液口       561-温度传感器

571-半导体加热器 572-封闭板

605-滑动段       606-安装段       610-第一台阶

612-螺孔         621-突出部       623-第二台阶

633-第二弹簧

700-主管道     701-第一蠕动泵       702-第一多通换向阀

711-第二蠕动泵 712-第二多通换向阀   731-第一真空除泡器

732-第二真空除泡器  741-试剂瓶      742-废液桶

743缓冲液瓶         750反应仓

841-螺钉

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图1、图2和图3所示，本发明提供了一种DNA测序仪，包括支撑台101、多个减震器103和通过多个减震器103与支撑台101连接的减震板102；用于进行DNA测序反应的反应仓组件104，反应仓组件104包括竖直设置在减震板上的支撑架84和并列设置在支撑架84上的多个反应仓；本实施例中，以四个反应仓为例进行说明。用于采集反应仓内的DNA测序反应所产生的光信号的CCD相机110；用于支撑CCD相机110并带动CCD相机110在对准其中一个反应仓时靠近或远离每反应仓，并在与每个反应仓相对准的位置之间切换的可二维调整的支撑装置105；用于为反应仓组件104提供反应试剂和缓冲液的药剂供应组件109；反应仓组件104和可二维调整的支撑装置105均固定设置在减震板102上，药剂供应组件109设置在支撑台101上。本实施例中，支撑台101放置于机箱（图中未示出）上，机箱内设置测序分析用的仪器和电路元件，减震器103采用空气阻尼式减震器，达到了隔离外界震动，消除或减弱其对DNA测序仪工作质量的影响，在本实施例中，减震板102下端的四角各安置了一个减震器103。

首先结合图1-图24说明本实施例的DNA测序仪的反应仓组件104的详细结构及其工作过程。

如图2、图3、图4和图24所示，本实施例中，每个反应仓均包括转动连接在支撑架84上的底座8、进行测序反应的反应池体5和用于安装测序芯片7的测序芯片的安装座6；测序芯片的安装座6固定连接在反应池体5上，底座8和反应池体5上设有穿过其二者的多个导向杆9，并且导向杆9与底座8固定连接，反应池体5套在导向杆9上，在导向杆9的轴向上滑动并能在导向杆9的径向上微动。反应池体5与底座8之间设有第一弹性部件，如图1所示，本实施例中，第一弹性部件优选为第一弹簧81，弹簧具有结构简单，便于安装的优点，当然还可以选用能实现同样功能的其他弹性部件来实现。

以下结合图1-图21详细说明本实施例的DNA测序仪的反应仓的详细结构以及其与CCD相机110连接时的工作过程。

如图4、图5和图6所示，底座8的一侧设有空腔80，空腔80内并列设有两个弹簧杆85，弹簧杆85整体位于空腔80内，不能伸出空腔80。每个弹簧杆85上分部套设一个第一弹簧81，第一弹簧81伸出空腔80。作为优选，本实施例中，空腔80的底部设有弹簧座86，弹簧杆85位于弹簧座86上，增加的弹簧座86可以减少第一弹簧81所需的长度。设置空腔80是为了便于安装其他部件。

如图4、图7和图11所示，反应池体5包括背板54和设在所述背板54上并向背板54的一侧凸出的凸台55，所述凸台55的端面上设有封闭的环形凹槽56，封闭的环形凹槽56所围成的区域为测序反应池51；如图7所示，环形凹槽56内嵌设有密封圈58，密封圈58凸出凸台55的端面，以围成测序反应池51，其中凸台55的端面尽可能的平整。如图4、图7、图8和图9所示，反应池体5设有背板54的一侧贴在底座8上，反应池体5的凸台55上设有四个第一通孔，所述第一通孔为台阶状，靠近底座的一段为滑动段605，第一通孔的另一段为安装段606，安装段606的内径大于滑动段605，形成第一台阶610。如图7-图10所示，导向杆9的一端为与底座8连接的连接部91，导向杆9的另一端设有用于卡持在第一台阶610处的凸起部93，导向杆9的中部靠近凸起部93的部分为用于与滑动段605配合的滑动部92。如图12所示，连接部91上设有螺纹，如图7所示，导向杆9的凸起部93的端部设有用于配合螺丝刀的刀槽。如图1所示，导向杆9穿过反应池体5上的第一通孔和底座8上的第二通孔82，使连接部91露出底座8的背部，然后通过螺母紧固，从而实现导向杆9与底座8之间的固定连接。为了使反应池体5与导向杆9之间实现滑动连接，滑动段605的直径略大于滑动部92的直径，这样反应池体5既可以实现在导向杆9的轴向上的滑动，又能实现反应池体5在导向杆9的径向上的微动。在本实施例中，作为优选方案，导向杆9上设有凸起部93，以便在将反应池体5滑动连接在导向杆9上时，通过凸起部93与第一台阶610的限位作用，在拧紧与连接部91上螺纹配合的螺母时，凸起部93推动反应池体5向底座8的方向移动，以压缩第一弹簧81，使反应池体5和底座8之间具有一定的预紧度，上述第一弹簧81伸出空腔80就是为了当反应池体5贴在底座8上时，第一弹簧81能给反应池体5一定的作用力。

如图4、图12、图13和图14所示，测序芯片的安装座6包括座体63和开设在座体63上的安装腔69，测序芯片的安装座6位于反应池体5设有凸台55的一侧，座体63与背板54之间固定连接使凸台55伸入安装腔69内，测序芯片7固定于安装腔69的外端，测序芯片7与凸台55的端面之间设有供测序用试剂流过的间隙，该间隙通过嵌设于环形凹槽56内的密封圈58密封，所述间隙的大小约为0.2mm，密封圈58凸出环形凹槽56与测序芯片7接触以围成封闭的供测序反应的测序反应池51。

如图7、图11所示，在本实施例中，该环形凹槽56为六边形，六边形的两端分别开有进液口510和出液口511，在反应池体5竖直放置时，进液口510处于六边形的下端，出液口511处于六边形的上端，形成液流在反应仓中均衡流过的流体动力学优势形状。如图11所示，在测序反应池51的底部通过导热硅胶固定有温度传感器561，在反应池体5未设有环形凹槽56的另一侧，开设有用于容置半导体加热器571的加热室57，加热室57开在反应池体5的侧面上，其底面上固定半导体加热器571，以对反应池体5加热，保证位于环形凹槽56内的温度控制在35±1℃。在本实施例中，加热室57通过封闭板572封闭，以便与反应池体5贴紧在测序芯片的安装座6上。

如图4、图12和图13所示，测序芯片的安装座6的座体63上设有四个第三通孔，测序芯片的安装座6通过穿过该四个第三通孔的四个螺钉61与反应池体5的背板54上所设的四个螺孔612进行连接，从而实现测序芯片的安装座6的座体63与反应池体5的背板54之间的固定连接。如图12-图15所示，测序芯片的安装座6的座体63上设有包括用于容置测序芯片7的安装腔69，安装腔69的一端设有用于定位测序芯片7的定位环67，安装腔69的内壁上沿其径向设有定位槽，定位槽内设有沿定位槽滑动伸入安装腔69内以卡持测序芯片7使其贴在定位环67上或缩回定位槽内以松开测序芯片7的滑动舌板62。滑动舌板62伸出时与定位环67之间的距离恰好等于测序芯片的厚度，滑动舌板62伸出时能使测序芯片7贴紧在定位环67上。定位槽对称设在安装腔69的内壁上并贯通其内壁，其数量可以为两个或四个等偶数个，为了能稳定夹持住测序芯片7，多个定位槽沿着安装腔69的轴向的同一位置上的圆周方向均匀分布。当然，为了提高夹持力还可以设置更多个定位槽，但是较多的定位槽会引起操作的不便。在本实施例中，定位槽为两个，为了加工方便，定位槽为圆孔形。如图5所示，定位槽靠近安装腔69的一段的尺寸较小，形成用于限位滑动舌板62的第二台阶623；即定位槽靠近安装腔69的一段为一较小的圆孔，其余部分为一较大的圆孔。如图9和图10所示，滑动舌板62上设有凸出的突出部621。如图7所示，当滑动舌板62向安装腔69伸入时，滑动舌板62的突出部621抵靠在所述第二台阶623处，滑动舌板62的一端伸入安装腔69内以卡持测序芯片7。定位槽的外端设有与安装座6固定连接的挡板64，在滑动舌板62的突出部621和挡板64之间设有第二弹簧633，在本实施例中，第二弹簧633套在滑动舌板62的另一端，第二弹簧633的两端分别抵靠在突出部621和挡板64上。如图13、图14所示，在测序芯片的安装座6的表面上开有环形槽66，环形槽66围绕在安装腔69的外侧，使测序芯片7位于环形槽66所围成的区域内。

如图8所示，挡板64通过两个螺钉41与安装座6固定连接，便于安装和拆卸。第二弹簧633套在突出部621与挡板64之间的滑动舌板62上，如图11-图13所示，挡板64上设有供滑动舌板62远离安装腔69的一端穿过的通孔44，挡板64的内侧设有内径大于通孔44的套45，套45与通孔44之间形成用于使第二弹簧633的端部抵靠的第三台阶49。在本实施例中，第二弹簧633还可以采用其他第二弹性部件代替，挡板64还可以采用其他部件，只要能抵靠第二弹簧633的另一端即可。在安装测序芯片7时，拨动滑动舌板62的伸入到安装腔69内的一端，使其缩回定位槽内，滑动舌板62的突出部621挤压第二弹簧633，把测序芯片7放入安装腔69并贴在定位环67上后松开滑动舌板62，滑动舌板62在第二弹簧633的作用下伸出，夹持在测序芯片7的侧面，使测序芯片7贴紧在定位环67上，确保测序芯片7即使倒置时也不致脱出。

为了便于装卸测序芯片7，作为优选，如图5所示，本实施例中的DNA测序仪包括支撑架84，底座8通过如图4和图6所示的转轴87转动连接在支撑架84上，安装或者卸下测序芯片7的时候，让底座8位于水平位置，当进行测序反应时，底座8位于如图5所示的竖直位置，底座8通过螺钉841与支撑架84固定连接，螺钉841的一端带旋转钮，另一端设有连接螺纹。

如图21所示，与本实施例的DNA测序仪匹配的CCD相机包括相机体1和位于所述相机体1内的用于读取发生在所述测序芯片7上的测序反应的光信号的光纤面板4，光纤面板4的一端伸出所述相机体1的前端直接与位于DNA测序仪的测序芯片的安装座6（测序芯片的安装座6的结构见上文有详细叙述）内的测序芯片7的一侧面直接接触以获取发生在测序芯片7的另一侧上的测序反应所产生的光信号。本实施例中，作为优选，所述光纤面板的光纤芯径为6μm，光纤芯径可在1－15μm内选择。光纤面板4直接伸出相机体1的前端，不使用镜头，光纤面板4可与测序芯片7直接耦合，简化光路，减少光损失，提高测序信号的质量。

如图21、图24所示，本实施例中，作为优选，相机体1的前端连接有连接法兰2。如图21、图22图523所示，相机体1的前端具有用于插入设于测序芯片的安装座6上的环形槽66并与环形槽66紧密配合的凸圈21。连接法兰2与相机体1通过螺栓连接，相机体1内的光纤面板4位于凸圈21所围成的区域内，即凸圈21伸出连接法兰2围绕在光纤面板4的外侧。光纤面板4的端面伸出凸圈21一定距离，可在1-3mm之间进行调整，本实施例中，光纤面板4的端面伸出所述凸圈21的距离为2mm，以使得光纤面板4的端面可以伸入测序芯片的安装座6的安装腔69内与测序芯片7直接接触。本实施例通过设置能与测序芯片直接耦合的光纤面板4，可以使在测序芯片7上进行的测序反应所产生的微弱的可见光直接被光纤面板4接收，转化为电信号，提高光耦合效率，耦合效率可超过70%，保证了高质量的测序信号的获取。此外，环形槽66与凸圈21的形状相匹配，使得凸圈21插入环形槽66内能形成密封配合。如图24所示，当把CCD相机靠近测序芯片的安装座6时，安装在相机体1前端的连接法兰2靠近测序芯片的安装座6上的测序芯片7，连接法兰2上的环状凸圈21进入测序芯片的安装座6上的环形槽66内，凸圈21与环形槽66的形状相匹配，能够紧密配合形成密封结构，从而形成光密闭性的暗室环境，进一步保证测序反应所产生的光能被光纤面板4接收，保证测序信号的获取。通过在相机体1前端增加带有凸圈21的连接法兰2，并在测序芯片的安装座6上开设相应的环形槽66，从而在测序芯片的安装座6与相机体1之间形成暗室环境，保证测序芯片7与位于相机体1的前端的光纤面板4耦合时，不受外界的光干扰，从而降低了背景噪声，进一步保证了高信噪比的测序信号的获取。

图24示出了本实施例的DNA测序仪的一个反应仓与CCD相机连接时的结构，即DNA测序仪处于工作状态时的结构示意图。如图24所示，在进行测序反应时，CCD相机的相机体1靠近反应仓，露出相机体1前端的光纤面板4的外端面贴在测序芯片7上，随着相机体1向反应仓的方向移动，光纤面板4推动测序芯片7移动，由于测序芯片7固定在测序芯片的安装座6内，测序芯片的安装座6和反应池体5之间也为固定连接，从而测序芯片7能带动反应池体5在导向杆9上沿导向杆9的轴向滑动，由于反应池体5受到反应池体5与底座8之间的第一弹簧81的作用力，测序芯片7的外端面与光纤面板4之间相互靠紧。在测序芯片7的外端面与光纤面板4未完全实现平行之前，由于受到第一弹簧81的作用力，在光纤面板4的外端面靠紧测序芯片7的过程中，反应池体5在受到第一弹簧81的作用力时，在导向杆9的径向上微动，带动测序芯片7在导向杆9的径向上微动，从而实现光纤面板4的外端面与测序芯片7之间的平行度的调整。测序芯片7通过在导向杆9轴向上的调整，实现了测序芯片7的外端面与光纤面板4的外端面之间尽可能地贴近，反应池体5在导向杆9的径向上微动，实现了光纤面板4的外端面与测序芯片7之间具有尽量高的平行度精度，最大限度地保证在光纤面板4从测序芯片7上读取测序反应的荧光信号时，防止了外来的光学污染，从而降低了背景噪声，实现高信噪比测序信号的获取。

以下结合图1、图25-图29说明本实施例的DNA测序仪的可二维调整的支撑装置的结构及其工作过程。

如图1、图25所示，本实施例的DNA测序仪的可二维调整的支撑装置，包括用于带动CCD相机110在反应仓组件104的并列的多个反应仓的安装座之间切换的第一直线运动机构31和带动CCD相机110靠近或远离每个反应仓的第二直线运动机构32，其中，第一直线运动机构31包括第一导轨座311、设在第一导轨座311上的第一导轨312、沿第一导轨312直线运动的第一滑块313和位于第一导轨座311内的第一滚珠丝杠运动副，第一滚珠丝杠运动副的螺母（图25中未示出）与第一滑块313固定连接；第二直线运动机构32包括第二导轨座321、设在第二导轨座321上的第二导轨322、沿第二导轨322直线运动的第二滑块323和位于第二导轨座321内的第二滚珠丝杠运动副，第二滚珠丝杠运动副的螺母（图25中未示出，见下文的描述）与第二滑块323固定连接；第二导轨座321与第一滑块313固定连接并且第二导轨322与第一导轨312垂直设置，第二滑块323与位于其上方的CCD相机110的支承座35固定连接。由于第二导轨322与第一导轨312垂直设置，第二直线运动机构32和与其固定连接的CCD相机110在沿着第一导轨312运动时，就能在不同反应仓之间切换，当第二直线运动机构32运动至正对某一个反应仓的安装座时，在第二直线运动机构32的带动下，CCD相机110就朝向或远离该反应仓的安装座的方向运动。CCD相机110朝向反应仓的安装座运动并与安装座贴紧时，进行测序工作，捕捉反应仓内的光信号，CCD相机110远离反应仓的安装座时，就可在第一直线运动机构31的带动下，在不同的反应仓的安装座之间进行切换。

第一直线运动机构31和第二直线运动机构32结构基本相同，不同的是，第一滑块313的上方固定连接的是第二导轨座321，而第二滑块23的上方固定连接的是CCD相机110的支承座35。以下结合图26-图29详细说明第二直线运动机构32的结构和工作过程，需要说明的是，对第二直线运动机构32的任何优选实施方式，同样也可以应用在第一直线运动机构31上。

如图26-图29所示，第二直线运动机构32还包括与第二滚珠丝杠运动副的第二丝杠271连接的第二伺服电机326，当然，第一直线运动机构也包括与第一滚珠丝杠运动副的第一丝杠连接的第一伺服电机。第二直线运动机构32通过平行设置于第二导轨座321上的两条第二导轨322来实现直线运动的，第二滑块323在第二导轨322上滑动保证了其直线运动的精度，第二伺服电机326通过第二滚珠丝杠运动副驱动第二滑块323在第二导轨322上的滑动，其中，第二滚珠丝杠运动副的第二丝杠271位于两个第二导轨322之间，第二滚珠丝杠运动副的螺母272与第二滑块323固定连接，这样能够保证第二直线运动机构32的精度。如图27、图28所示，第二滚珠丝杠运动副的第二丝杠271与第二伺服电机326之间通过联轴器273连接。

如图26-29所示，第二导轨座321的一侧沿第二导轨322的长度方向设有多个传感器38。传感器38为光电传感器，第二导轨座321的一侧沿第二导轨322的长度方向并列设有五个凹槽380，凹槽380的开口向上，凹槽380的长度方向沿第二导轨322的长度方向设置，凹槽380的一侧为发光侧，另一侧为感应侧，第二滑块323上固定连接有能从凹槽380中通过的遮光件381，如图26、图29所示，遮光件381为一“L”形片状物体。当第二滑块323运动时，带动遮光件381依次经过每个凹槽380时，相应的凹槽380的感应侧就向控制装置发出相应的信号。凹槽380在第二导轨322长度方向上的位置依据实际需要设置，本实施例中设有五个凹槽，两端的凹槽分别对应允许离开或靠近安装座的最远和最近距离，当遮光件381达到这两个位置时，控制装置就发出报警信号。中间的三个凹槽对应第二伺服电机正常工作的三个位置，当遮光件381达到这三个位置时，感应侧向控制装置发出相应的信号。当然，第一导轨座311的一侧可根据安装座的数量以及限位的需要也设置相应数量的传感器。

如图1、图25所示，第一导轨座311的一端设有第一限位块319，第二导轨座321的一端设有第二限位块329，另一端设有限位杆328，第二导轨座321靠近安装座的一端固定有限位座281，限位杆328沿着第二导轨322的长度方向穿设在限位座281内，并且在限位杆328的一端部与限位座281之间设有起缓冲作用的弹簧，当传感器发生故障时，第二滑块323向支撑架84的方向运动不能自动停止时，由限位杆328和限位座281阻止其继续前进，避免CCD相机100与反应仓组件104碰撞，防止损坏。

以下结合图1和图30详细说明本实施例的DNA测序仪的药剂供应组件及其工作过程。

如图30所示，本实施例的药剂供应组件包括：用于抽取测序反应试剂的第一蠕动泵701；具有多个进口和一个出口的第一多通换向阀702，具有一个进口和多个出口的第二多通换向阀712；第一多通换向阀702的每个进口分别与一个试剂瓶741连通，第一多通换向阀702的出口通过第一蠕动泵701与主管道700连通；用于从缓冲液瓶743中抽取缓冲液的第二蠕动泵711，第二蠕动泵711与主管道700连通；在本实施例中，主管道700和第一蠕动泵701、第二蠕动泵711之间通过一个三通连接器760连接。第二多通换向阀712的进口与主管道700连通，每个出口分别与一个反应仓750的进液口连通；每个反应仓750的出液口与废液桶连通。如图30所示，整体液路依靠第一蠕动泵701和第二蠕动泵711提供液流压力，第一蠕动泵701和第二蠕动泵711分别由相应的步进电机驱动，不同试剂按照程序设计的时序依次通过第一多通换向阀702进行选择，与缓冲液通过三通连接器760汇合稀释后进入主管道700，通过第二多通换向阀712分别进入四个反应仓750之一或者旁通液路（图中未示出旁通液路，旁通液路就是液体直接从第二多通换向阀712不经过反应仓750进入废液桶742）。作为优选，本实施例中，主管道700上设有第一真空除泡器731，以消减溶解的气体，精确控制进入反应仓内的试剂和缓冲液的量。为了更好地消除液路中溶解气体以及气泡，由于缓冲液的流速较快，达到4mL/min，更易产生气泡，在缓冲液瓶743与第二蠕动泵711之间的管道上设有第二真空除泡器732。第二真空除泡器732去除缓冲液中存在的气泡和大部分溶解气体。第一真空除泡器731和第二真空除泡器732均通过与其连接的真空泵提供气体负压。

试剂瓶741共有十个，其中九个用于盛放进行测序反应的dCTP、dGTP、dTTP、α位硫代的dATP、ATP、底物（荧光素和APS）、apyrase、apyrase抑制剂等九种试剂，还有一个试剂瓶用于盛放用于隔离所述试剂的缓冲液。（此试剂瓶中的缓冲液用于隔离相邻的试剂，与缓冲液瓶743中的缓冲液的作用不同），缓冲液瓶743中盛放稀释和清洗用的缓冲液。其中，dCTP、dGTP、dTTP、α位硫代的dATP、ATP、底物（荧光素和APS）、apyrase和apyrase抑制剂等试剂分别与第一多通换向阀702的进口连接，本实施例中，第一多通换向阀702和第二多通换向阀712均为十位十一通阀，以便留出备用的通道。根据实验反应时序，第一多通换向阀702的出口与其中一个试剂瓶连通，第一蠕动泵701驱动，流速0.7mL/min，每次切换试剂的前后第一蠕动泵701均停止1s，以避免试剂的交叉污染。

缓冲液瓶743中的缓冲液由第二蠕动阀711驱动，与试剂混合稀释后进入主管道700。其中由第一蠕动泵701的出口至三通连接器760入口的管路长度为285mm，单次反应的全套试剂将在这部分管路中按序排列，然后依次进入三通连接器760，与缓冲液混合后经过后续液路连续注入反应仓750进行反应，避免了在一次反应中需要多次停止第二蠕动泵711的情况，解决了因为停泵过程中前次反应的试剂在反应仓中缺乏动力造成反应不均匀的问题。主管道700中的液体进入第二多通换向阀712，并通过程序选择进入其中一个反应仓750的进液口进行测序反应，反应仓750的出液口与废液桶742连通。如果进行的是清洗工序，则从第二多通换向阀712出来的液体直接进入旁通液路，旁通液路直接接通废液桶742，本实施例中，第二多通换向阀712的四个出口分别与四个反应仓750的进液口连通，第二多通换向阀712的一个出口通过旁通液路与废液桶742连通，以便使用缓冲液冲洗管道，其他四个出口留出进入反应仓750的反应试剂。

当然，以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种DNA测序仪，其特征在于，包括支撑台、多个减震器和通过所述多个减震器与所述支撑台连接的减震板；

所述DNA测序仪还包括：

用于进行DNA测序反应的反应仓组件，所述反应仓组件包括竖直设置在所述减震板上的支撑架和并列设置在所述支撑架上的多个反应仓；

用于采集每个所述反应仓内的DNA测序反应所产生的光信号的CCD相机；

用于支撑所述CCD相机并带动所述CCD相机在不同的所述反应仓之间切换并在正对其中一个反应仓时靠近或远离所述反应仓的可二维调整的支撑装置；

用于为所述反应仓组件提供反应试剂和缓冲液的药剂供应组件；

所述反应仓组件和可二维调整的支撑装置均固定设置在所述减震板上，所述药剂供应组件设置在所述支撑台上。

2.如权利要求1所述的DNA测序仪，其特征在于，

每个所述反应仓均包括转动连接在所述支撑架上的底座、进行测

序反应的反应池体和用于安装测序芯片的安装座；

所述反应池体一侧的表面上开设有环形凹槽；

所述安装座上设有贯通的安装腔，所述测序芯片安装在所述安装腔的一端内，其中，所述安装腔的一端设有用于定位所述测序芯片的定位环，所述安装腔的内壁上沿其径向设有多个贯通所述内壁的定位槽，多个所述定位槽位于所述安装腔的轴向的同一位置上，多个所述定位槽沿所述安装腔的圆周均匀分布，每个所述定位槽内均设有沿所述定位槽滑动伸入所述安装腔内以卡持所述测序芯片使其紧贴在所述定位环上并沿所述定位槽缩回所述定位槽内以松开所述测序芯片的滑动舌板；

所述反应池体开设有环形凹槽的一侧面朝向所述安装腔与所述安装座固定连接；所述测序芯片与所述反应池体开设有环形凹槽的侧面之间设有供测序用试剂流过的间隙，所述间隙通过嵌设于所述凹槽内并凸出所述环形凹槽的密封圈围成供测序反应的测序反应池；

所述反应池体的另一侧面贴在所述底座上，并且在所述反应池体和所述底座上设有对应的多个通孔，所述反应池体通过穿过所述通孔的导向杆与所述底座连接，所述导向杆的一端与所述底座固定连接，所述反应池体通过所述通孔套在所述导向杆上能在所述导向杆的轴向上滑动并能在所述导向杆的径向上微动；

所述反应池体与所述底座之间设有第一弹性部件。

3.如权利要求2所述的DNA测序仪，其特征在于，所述反应池体包括背板和设在所述背板上向所述背板的一侧凸出的凸台，所述环形凹槽开设在所述凸台的端面上；

所述安装座包括座体，所述安装腔开设在所述座体上，所述座体与所述背板之间固定连接使所述凸台伸入所述安装腔内并使所述凸台与所述测序芯片之间设有供测序用试剂流过的所述间隙；

所述反应池体设有背板的一侧贴在所述底座上，所述反应池体与所述底座对应设置的多个所述通孔开设在所述背板上。

4.如权利要求2或3所述的DNA测序仪，其特征在于，所述第一弹性部件为第一弹簧，所述底座与所述反应池体连接的一侧设有空腔，所述空腔内设有一个或多个整体位于所述空腔内的弹簧杆，所述第一弹簧套在所述弹簧杆上并伸出所述空腔；

设在所述反应池体上的所述通孔呈台阶状，所述通孔靠近所述底座的一段为滑动段，所述通孔的另一段为安装段，所述安装段的内径大于所述滑动段，所述安装段与所述滑动段连接处形成第一台阶；

所述导向杆的一端为与所述底座连接的连接部，所述导向杆的另一端设有用于卡持在所述第一台阶处的凸起部，所述导向杆的中部靠近所述凸起部的部分为在所述滑动段内滑动的滑动部；

所述滑动段的直径稍大于所述滑动部的直径。

5.如权利要求2或3所述的DNA测序仪，其特征在于，所述环形凹槽为六边形，当所述反应池体竖直放置时，所述六边形的上端设有出液口，所述六边形的下端设有进液口。

6.如权利要求2或3所述的DNA测序仪，其特征在于，所述定位槽靠近所述安装腔的一段的尺寸较小，形成用于限位所述滑动舌板的第二台阶；所述定位槽远离所述安装腔的一端设有与所述安装座固定连接的挡板；

所述滑动舌板的一端伸入所述安装腔内以卡持所述测序芯片，所述滑动舌板上设有在所述滑动舌板的一端伸出时抵在所述第二台阶上的突出部；

所述突出部与所述挡板之间设有使所述滑动舌板伸入所述安装腔内的第二弹性部件。

7.如权利要求6所述的DNA测序仪，其特征在于，所述第二弹性部件为第二弹簧，所述第二弹簧套在所述突出部与所述挡板之间的所述滑动舌板上，所述挡板上设有供所述滑动舌板远离所述安装腔的一端穿过的通孔，所述挡板的内侧设有内径大于所述通孔的套，所述套与通孔之间形成用于使所述第二弹簧的端部抵靠的第三台阶。

8.如权利要求2或3所述的DNA测序仪，其特征在于，所述安装座的外侧面上设有围绕在所述测序芯片的环形槽；所述CCD相机的前端连接有连接法兰，所述连接法兰的前端具有用于插入所述环形槽并与所述环形槽密封配合的凸圈。

9.如权利要求8所述的DNA测序仪，其特征在于，所述CCD相机包括相机体和位于所述相机体内的用于读取发生在所述测序芯片上的测序反应的光信号的光纤面板，所述光纤面板的一端伸出所述相机体的前端直接与位于所述安装座内的测序芯片的一侧面直接接触以获取在测序芯片的另一侧面上进行的测序反应所产生的光信号。

10.如权利要求2或3所述的DNA测序仪，其特征在于，所述反应池体的环形凹槽所围成的区域设有一个或多个温度传感器，所述反应池体与所述底座连接的一侧设有向所述反应池体内凹的加热室，所述加热室内设有半导体加热器。

11.如权利要求2所述的DNA测序仪，其特征在于，所述可二维调整的支撑装置包括用于带动所述CCD相机在多个反应仓之间切换的第一直线运动机构和带动所述CCD相机靠近或远离每个所述反应仓的第二直线运动机构，其中，

所述第一直线运动机构包括与所述减震板固定连接的第一导轨座、设在所述第一导轨座上的第一导轨、沿所述第一导轨直线运动的第一滑块和位于所述第一导轨座内的第一滚珠丝杠运动副，所述第一滚珠丝杠运动副的螺母与所述第一滑块固定连接；所述第二直线运动机构包括第二导轨座、设在所述第二导轨座上的第二导轨、沿所述第二导轨直线运动的第二滑块和位于所述第二导轨座内的第二滚珠丝杠运动副，所述第二滚珠丝杠运动副的螺母与所述第二滑块固定连接；

所述第二导轨座与所述第一滑块固定连接并且所述第二导轨与所述第一导轨垂直设置，所述第二滑块与位于其上方的所述CCD相机的支撑座固定连接。

12.如权利要求11所述的DNA测序仪，其特征在于，所述第一直线运动机构还包括与所述第一滚珠丝杠运动副的第一丝杠连接的第一伺服电机，所述第二直线运动机构还包括与所述第二滚珠丝杠运动副的第二丝杠连接的第二伺服电机。

13.如权利要求5所述的DNA测序仪，其特征在于，所述药剂供应组件包括：

用于抽取测序反应试剂的第一蠕动泵；

具有多个进口和一个出口的第一多通换向阀，所述第一多通换向阀的多个进口分别与一个试剂瓶连通，所述第一多通换向阀的出口通过所述第一蠕动泵与主管道连通；

用于从缓冲液瓶中抽取缓冲液的第二蠕动泵，所述第二蠕动泵与所述主管道连通；

具有多个出口和一个进口的第二多通换向阀，所述第二多通换向阀的进口与所述主管道连接，所述第二多通换向阀的其中一个出口与废液桶连通，所述第二多通换向阀的其他的每个出口分别与一个所述反应仓的进液口连通；

所述多个反应仓的出液口与废液桶连通。

14.如权利要求13所述的DNA测序仪，其特征在于，

所述缓冲液瓶与第二蠕动泵之间的管道上和/或所述主管道上设有真空除泡器。

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