CN105424883B - 一种移动龙门式微阵列传感器制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动龙门式微阵列传感器制备装置，包括底座、龙门架、XYZ三轴方向控制机构和点样头；底座的两侧分别设置导轨Ⅰ，龙门架包括底盘、左立柱、右立柱和横梁，底盘设置在底座内，底盘的两端套在导轨Ⅰ上，横梁水平横向设置在左立柱和右立柱的顶部，X轴方向控制机构包括电机Ⅰ、机械滑台和丝杆Ⅰ，Y轴方向控制机构包括电机Ⅱ和丝杆Ⅱ，Z轴方向控制机构包括电机Ⅲ、丝杆Ⅲ、导轨Ⅱ、丝杠螺母和滑板；点样头设置在滑板的底部外侧面上。通过对点样装置进行结构设计和X、Y、Z轴行程控制，实现了阵列式传感器的大规模制备；依靠数控装备和龙门式结构的稳定性，保证了点样装置的高定位精度和阵列传感器尺寸的一致性。

Description

一种移动龙门式微阵列传感器制备装置

技术领域

本发明涉及一种阵列式传感器制备装置，尤其涉及一种在可控温度且充满保护性气体环境下，进行大规模制备的移动龙门式微阵列传感器制备装置。

背景技术

仿生传感器阵列系统也称人工嗅觉及味觉系统，它通过模拟人的嗅觉和味觉系统，利用多个化学物质或生物大分子组成的阵列式传感器与目标分析物之间的交叉响应，实现对多种物质的检测与识别，该系统在对微量级目标分析物展示出了高选择性、高特异性的特点，特别是基于生物酶传感器的微阵列式系统还具有良好的生物相容性和快速降解能力，因此可以预测该种基于化学或生物的仿生传感器阵列系统，将会广泛地用于食品安全检测、生物实验技术、医学检测等多种用途中。

目前，用于生物实验技术、医学检测的阵列式传感器中，主要分为阵列式化学传感器和以蛋白和基因为主的微阵列式生物传感器，他们的主要共同特点表现如下：

1.阵列式传感器属于一次性使用传感器，因此在医学检测、生物或化学实验中往往需要制备大量的阵列式传感器。

2.不同类别传感器以及传感器阵列或样点大小有所区别，目前市面的阵列式化学传感器制备装置或生物芯片点样仪只能制备单一对象的传感器，因而各种阵列式传感器制备装置没能得到充分、有效的利用。

3.传感器阵列点极易受到环境影响:如以卟啉分子为主的化学传感器极易受到外界空气所污染导致传感器灵敏度降低或失效；以基因或蛋白为主的生物传感器很容易由于外界环境如温度、空气中化学物质等干扰而失去活性。

4.各个阵列式传感器的尺度一致性直接影响后期模式识别的准确度。

因此如何在可控环境下，实现大规模制备尺度一致性较好的阵列式传感器制备系统是当前需要解决的难题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种能够在可控环境下，实现高效、高精度，大规模制备阵列式传感器的移动龙门式微阵列传感器制备装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种移动龙门式微阵列传感器制备装置，包括底座、龙门架、X轴方向控制机构、Y轴方向控制机构、Z轴方向控制机构、点样头、基底软垫和溶剂槽；

所述底座为盒体结构，所述底座的两侧设置滑槽，所述底座的两侧且位于滑槽的上方分别设置相互平行的导轨Ⅰ；

所述龙门架包括底盘、左立柱、右立柱和横梁，所述底盘设置在底座内，底盘的两端套在导轨Ⅰ上并与导轨Ⅰ滑动配合，底盘的两端从底座两侧的滑槽伸出，所述左立柱和右立柱分别竖直设置在底盘的两端上，所述横梁水平横向设置在左立柱和右立柱的顶部；

所述X轴方向控制机构包括电机Ⅰ、机械滑台和丝杆Ⅰ；所述丝杆Ⅰ水平横向设置在左立柱和右立柱上，所述丝杠Ⅰ左端与电机上的联轴器配合，右端与右立柱上的轴承配合,丝杆Ⅰ与横梁平行，丝杆Ⅰ由电机Ⅰ驱动；所述机械滑台设置螺纹孔和通孔，所述丝杆Ⅰ穿过螺纹孔并与螺纹孔螺纹配合，所述横梁穿过机械滑台的通孔并与机械滑台滑动配合；

所述Y轴方向控制机构包括电机Ⅱ和丝杆Ⅱ，所述丝杆Ⅱ水平设置在底座内并与丝杆Ⅰ垂直，丝杆Ⅱ的一端由电机Ⅱ驱动，另一端与底座上的轴承配合，丝杆Ⅱ由电机Ⅱ驱动；所述底盘设置螺纹孔，所述丝杆Ⅱ穿过螺纹孔并与螺纹孔螺纹配合；

所述Z轴方向控制机构包括电机Ⅲ、丝杆Ⅲ、导轨Ⅱ、螺母和滑板；所述丝杆Ⅲ竖直设置在机械滑台上，丝杆Ⅲ一端与电机Ⅲ上的联轴器配合，另一端与机械滑台上的轴承配合，所述导轨Ⅱ竖直固定设置在机械滑台上，所述螺母旋套在丝杆Ⅲ上并与导轨Ⅱ滑动配合；所述滑板固定连接在螺母上并位于机械滑台的外侧；

所述点样头设置在滑板的底部外侧面上，所述基底软垫和溶剂槽均设置在底座的上表面上，所述点样头位于底座的上方。

作为本发明的一种优选方案，该装置还包括密封罩，所述底座、龙门架、X轴方向控制机构、Y轴方向控制机构、Z轴方向控制机构、点样头、基底软垫和溶剂槽均设置在密封罩内；所述密封罩内设有实现点样环境的温度控制的温度反馈系统以及实现充惰性气体的气泵循环系统。

作为本发明的另一种优选方案，所述密封罩上设有橡胶手套操作口。

与现有技术相比，本发明具有如下技术优点：

1、移动龙门式结构可以通过X、Y、Z三轴方向的运动控制，根据目前点样装置的结构设计X、Y轴的行程，实现了阵列式传感器的大规模制备，同时移动龙门式结构通过数控装备控制其运动，其运动位移的精度高，保证了阵列传感器尺寸的一致性。

2、点样头采用卡扣式固定方式，只需要更换对应所需传感器阵列的点样头或阵列板，就可以实现多类、多尺寸传感器阵列的制备，提高了该装置使用的灵活性，同时使点样装置得到充分应用，在某种程度上还节约了设备成本。

3、带有温度反馈系统的密封罩实现了整个点样环境的温度控制；同时使整个点样环境处于保护气体的气泵循环系统保证了所制备的阵列式传感器的完好性、准确性。

附图说明

图1为一种移动龙门式微阵列传感器制备装置的结构示意图；

图2为一种移动龙门式微阵列传感器制备装置的底座去掉上表面板和密封罩的结构示意图；

图3为点样头的结构示意图；

图4为点样头的爆炸图；

图5为卡扣板的结构示意图；

图6为卡扣件的结构示意图；

图7为阵列板的结构示意图；

图8为插销的结构示意图；

图9为点样针的结构示意图；

图10为针帽的结构示意图；

图11为配重件的透视图。

附图中，1—底座；2—点样头；3—基底软垫；4—溶剂槽；5—导轨Ⅰ；6—底盘；7—左立柱；8—右立柱；9—横梁；10—电机Ⅰ；11—机械滑台；12—丝杆Ⅰ；13—丝杆Ⅱ；14—电机Ⅲ；15—丝杆Ⅲ；16—导轨Ⅱ；17—螺母；18—滑板；19—密封罩；20—橡胶手套操作口；21—卡扣板；22—卡扣件；23—阵列板；24—插销；25—点样针；26—针帽；27—配重件；28—卡扣；29—定位销；30—卡槽；31—滑槽；32—阵列孔；33—滑轨；34—卡块；35—配重底座；36—活塞缸；37—活塞；38—弹簧；39—载物台；40—基底夹；41—定位框；42—照明灯。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图1、2所示，一种移动龙门式微阵列传感器制备装置包括底座1、龙门架、X轴方向控制机构、Y轴方向控制机构、Z轴方向控制机构、点样头2、基底软垫3、溶剂槽4和密封罩19。

其中，底座1为盒体结构，底座1的两侧设置滑槽，底座1的两侧且位于滑槽的上方分别设置相互平行的导轨Ⅰ5，底座1的上表面板为载物台39。

龙门架包括底盘6、左立柱7、右立柱8和横梁9。底盘6设置在底座1内，底盘6的两端套在导轨Ⅰ5上并与导轨Ⅰ5滑动配合，底盘6的两端从底座1两侧的滑槽伸出，左立柱7和右立柱8分别竖直设置在底盘6的两端上，横梁9水平横向设置在左立柱7和右立柱8的顶部。

X轴方向控制机构包括电机Ⅰ10、机械滑台11和丝杆Ⅰ12。丝杆Ⅰ12水平横向设置在左立柱7和右立柱8上，丝杠Ⅰ12左端与电机10上的联轴器配合，右端与右立柱8上的轴承配合，丝杆Ⅰ12与横梁9平行，丝杆Ⅰ12由电机Ⅰ10驱动。机械滑台11设置螺纹孔和通孔，丝杆Ⅰ12穿过螺纹孔并与螺纹孔螺纹配合，横梁9穿过机械滑台11的通孔并与机械滑台11滑动配合。

Y轴方向控制机构包括电机Ⅱ和丝杆Ⅱ13，丝杆Ⅱ13水平设置在底座1内并与丝杆Ⅰ12垂直，丝杆Ⅱ13一端由电机Ⅱ驱动，另一端与底座1上的轴承配合，丝杆Ⅱ13由电机Ⅱ驱动；底盘6设置螺纹孔，丝杆Ⅱ13穿过螺纹孔并与螺纹孔螺纹配合。

Z轴方向控制机构包括电机Ⅲ14、丝杆Ⅲ15、导轨Ⅱ16、螺母17和滑板18。丝杆Ⅲ15竖直设置在机械滑台11上，丝杆Ⅲ15的一端与电机Ⅲ14上的联轴器配合，另一端与机械滑台11上的轴承配合，导轨Ⅱ16竖直固定设置在机械滑台11上，螺母17旋套在丝杆Ⅲ15上并与导轨Ⅱ16滑动配合。滑板18固定连接在螺母17上并位于机械滑台11的外侧。

密封罩19固定于整个装置的底座1上，使底座1、龙门架、X轴方向控制机构、Y轴方向控制机构、Z轴方向控制机构、点样头2、基底软垫3和溶剂槽4均设置在密封罩19内。密封罩19内设有实现点样环境的温湿度控制的温湿度反馈系统以及实现充满惰性气体的气泵循环系统(保证点样过程中不受其他干扰气体的影响)。密封罩19上设有橡胶手套操作口20，可以实现试剂的添加、阵列传感器移动等其他操作。

点样头2设置在滑板18的底部外侧面上，基底软垫3和溶剂槽4均设置在底座1的上表面上，点样头2位于底座1的上方。基底软垫3上的阵列传感器基底通过设置在载物台39上的基底夹40固定安装在载物台39上，溶剂槽4放置在固定安装在载物台39上的定位框41中。为了便于操作和观测，在载物台39的上方且靠近点样头2还设有照明灯42。

点样头2包括卡扣板21、卡扣件22、阵列板23、插销24、点样针25、针帽26和配重件27，如图3、4所示。卡扣板21固定安装在滑板18的外侧面的底部，卡扣板21的两端向外凸起形成卡扣28，卡扣板21的中部向外凸起形成定位销29，如图5所示。卡扣件22为U形框架结构，卡扣件22的一端两侧分别设置卡槽30，卡扣件22的一端中部设置定位孔，卡扣板21两端的卡扣28卡入卡扣件22两端的卡槽30内，定位销29插入定位孔内，卡扣件22的另一端为U形框架结构的开口端，卡扣件22的U形状框架内两侧分别设置滑槽31，如图6所示。阵列板23上设置阵列孔32，阵列板23的两侧分别设置向外凸起的滑轨33，如图7所示，阵列板23位于卡扣件22的框架内，阵列板23两侧的滑轨33位于卡扣件22框架内的滑槽31内。插销24的两端分别设置卡块34，如图8所示，插销24位于阵列板23的外侧并压紧阵列板23，插销24两端的卡块34卡在对应的插槽内。每个阵列孔32内均插入一个点样针25，点样针25的结构如图9所示，针帽26的结构如图10所示，针帽26套在点样针25的顶部并与位于阵列板23的上方。配重件27包括配重底座35、活塞缸36、活塞37和弹簧38，如图11所示。配重底座35安装在卡扣件22上(在本实施例中，配重底座35通过螺栓连接在卡扣件22上)，配重底座35的中部设置通孔，活塞缸36固定设置在配重底座35上，活塞37位于活塞缸36内并与活塞缸36的内壁滑动配合，弹簧38的一端压在活塞缸36的顶壁上，弹簧38的另一端压在活塞37上，活塞37压在点样针25顶部的针帽26上。

开启电机Ⅰ10，电机Ⅰ10驱动丝杆Ⅰ12便可带动机械滑台11在X轴方向上移动，进而可带动机械滑台11下方的点样头2沿X轴方向移动；开启电机Ⅱ，电机Ⅱ驱动丝杆Ⅱ13便可带到龙门架在Y轴方向上移动，进而带动安装在龙门架上的点样头3沿Y轴方向上移动；开启电机Ⅲ14，电机Ⅲ14驱动丝杆Ⅲ15便可带动滑板18在Z轴方向上移动，进而可带动点样头2在Z轴方向上移动。

在进行点样之前，需要打开密封罩添加阵列传感器所需的化学或生物试剂，并安装所需阵列尺寸的点样头；同时通过温度反馈系统和气泵循环系统调节点样环境至所需环境条件，可以开始进行点样。具体点样工作过程如下：首先驱动点样头2移动到溶剂槽4内吸取溶剂槽4内的溶剂，然后再驱动点样头2移动到基底软垫3上，接触基底完成阵列传感器的制备。

移动龙门式结构可以通过X、Y、Z三轴方向的运动控制，根据目前点样装置的结构设计X、Y轴的行程(约为380mmX500mm)，当前化学传感器阵列的尺寸约为25mmX25mmm，一次性可以制备约100张阵列式传感器，实现了阵列式传感器的大规模制备，同时移动龙门式结构通过数控装备控制其运动，其运动位移的精度达0.1mm，保证了阵列传感器尺寸的一致性。点样头2采用卡扣式固定方式，只需要更换对应所需传感器阵列的点样头或者阵列板，就可以实现多类、多尺寸传感器阵列的制备，提高了该装置使用的灵活性，同时使点样装置得到充分应用，在某种程度上还节约了设备成本。密封罩的温湿度反馈系统实现了整个点样环境的温、湿度控制；气泵循环系统保证了所制备的阵列式传感器的完好性、准确性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种移动龙门式微阵列传感器制备装置，其特征在于：包括底座(1)、龙门架、X轴方向控制机构、Y轴方向控制机构、Z轴方向控制机构、点样头(2)、基底软垫(3)和溶剂槽(4)；

所述底座(1)为盒体结构，所述底座(1)的两侧设置滑槽，所述底座(1)的两侧且位于滑槽的上方分别设置相互平行的导轨Ⅰ(5)；

所述龙门架包括底盘(6)、左立柱(7)、右立柱(8)和横梁(9)，所述底盘(6)设置在底座(1)内，底盘(6)的两端套在导轨Ⅰ(5)上并与导轨Ⅰ(5)滑动配合，底盘(6)的两端从底座(1)两侧的滑槽伸出，所述左立柱(7)和右立柱(8)分别竖直设置在底盘(6)的两端上，所述横梁(9)水平横向设置在左立柱(7)和右立柱(8)的顶部；

所述X轴方向控制机构包括电机Ⅰ(10)、机械滑台(11)和丝杆Ⅰ(12)；所述丝杆Ⅰ(12)水平横向设置在左立柱(7)和右立柱(8)上，所述丝杆Ⅰ(12)左端与电机Ⅰ(10)上的联轴器配合，右端与右立柱(8)上的轴承配合，丝杆Ⅰ(12)与横梁(9)平行，丝杆Ⅰ(12)由电机Ⅰ(10)驱动；所述机械滑台(11)设置螺纹孔和通孔，所述丝杆Ⅰ(12)穿过螺纹孔并与螺纹孔螺纹配合，所述横梁(9)穿过机械滑台(11)的通孔并与机械滑台(11)滑动配合；

所述Y轴方向控制机构包括电机Ⅱ和丝杆Ⅱ(13)，所述丝杆Ⅱ(13)水平设置在底座(1)内并与丝杆Ⅰ(12)垂直，丝杆Ⅱ(13)一端由电机Ⅱ驱动，另一端与底座(1)上的轴承配合；所述底盘(6)设置螺纹孔，所述丝杆Ⅱ(13)穿过螺纹孔并与螺纹孔螺纹配合；

所述Z轴方向控制机构包括电机Ⅲ(14)、丝杆Ⅲ(15)、导轨Ⅱ(16)、丝杠螺母(17)和滑板(18)；所述丝杆Ⅲ(15)竖直设置在机械滑台(11)上，丝杆Ⅲ(15)一端与电机Ⅲ(14)上的联轴器配合，另一端与机械滑台(11)上的轴承配合，所述导轨Ⅱ(16)竖直固定设置在机械滑台(11)上，所述丝杠螺母(17)旋套在丝杆Ⅲ(15)上并与导轨Ⅱ(16)滑动配合；所述滑板(18)固定连接在丝杠螺母(17)上并位于机械滑台(11)的外侧；

所述点样头(2)设置在滑板(18)的底部外侧面上，所述基底软垫(3)和溶剂槽(4)均设置在底座(1)的上表面上，所述点样头(2)位于底座(1)的上方；

所述点样头(2)包括卡扣板(21)、卡扣件(22)、阵列板(23)、插销(24)、点样针(25)、针帽(26)和配重件(27)；所述卡扣板(21)固定安装在滑板(18)的外侧面的底部，卡扣板(21)的两端向外凸起形成卡扣(28)，卡扣板(21)的中部向外凸起形成定位销(29)，所述卡扣件(22)为U形框架结构，卡扣件(22)的一端两侧分别设置卡槽(30)，卡扣件(22)的一端中部设置定位孔，卡扣板(21)两端的卡扣(28)卡入卡扣件(22)两端的卡槽(30)内，定位销(29)插入定位孔内，卡扣件(22)的另一端为U形框架结构的开口端，卡扣件(22)的U形状框架内两侧分别设置滑槽(31)，阵列板(23)上设置阵列孔(32)，阵列板(23)的两侧分别设置向外凸起的滑轨(33)，阵列板(23)位于卡扣件(22)的框架内，阵列板(23)两侧的滑轨(33)位于卡扣件(22)框架内的滑槽(31)内，插销(24)的两端分别设置卡块(34)，插销(24)位于阵列板(23)的外侧并压紧阵列板(23)，插销(24)两端的卡块(34)卡在对应的插槽内，每个阵列孔(32)内均插入一个点样针(25)，针帽(26)套在点样针(25)的顶部并与位于阵列板(23)的上方；配重件(27)包括配重底座(35)、活塞缸(36)、活塞(37)和弹簧(38)，配重底座(35)安装在卡扣件(22)上，配重底座(35)的中部设置通孔，活塞缸(36)固定设置在配重底座(35)上，活塞(37)位于活塞缸(36)内并与活塞缸(36)的内壁滑动配合，弹簧(38)的一端压在活塞缸(36)的顶壁上，弹簧(38)的另一端压在活塞(37)上，活塞(37)压在点样针(25)顶部的针帽(26)上。

2.根据权利要求1所述的一种移动龙门式微阵列传感器制备装置，其特征在于：还包括密封罩(19),所述底座(1)、龙门架、X轴方向控制机构、Y轴方向控制机构、Z轴方向控制机构、点样头(2)、基底软垫(3)和溶剂槽(4)均设置在密封罩(19)内；所述密封罩(19)内设有实现点样环境的温度控制的温度反馈系统以及实现充满惰性气体的气泵循环系统。

3.根据权利要求2所述的一种移动龙门式微阵列传感器制备装置，其特征在于：所述密封罩(19)上设有橡胶手套操作口(20)。