CN108275318A - 一种便捷芯片热封仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便捷芯片热封仪，其特征在于，芯片装载感应模块用于批量装载微流控SNP芯片，并自动识别装载的微流控SNP芯片数量和位置；电机滑轨控制模块固定连接芯片装载感应模块，用于带动芯片装载感应模块进行运动实现对微流控SNP芯片的定位,使得微流控SNP芯片正对加热压模刀模块；气动控制模块固定连接加热压模刀模块，用于带动加热压模刀模块进行垂向运动；加热压模刀模块用于对芯片模具刀进行加热到预设温度，对微流控SNP芯片均匀热封阻断操作，实现对微流控SNP芯片的热封；控制模块连接芯片装载感应模块、电机滑轨控制模块、气动控制模块和加热压模刀模块，对各模块的工作过程进行控制。

Description

一种便捷芯片热封仪

技术领域

本发明是关于一种便捷芯片热封仪，涉及微流控芯片技术领域。

背景技术

传统检测手段首先是手工提取样本中的DNA，然后在试管内或载玻片上进行一系列复杂的生化反应来完成。进入扩增流程，需要手工加入PCR反应混合液之后，再通过PCR仪来进行冲刷、萃取、过滤或是缠绕；最后的检测步骤则需要借助体积庞大电泳仪得到检测结果。采用试管和载玻片作为载体进行生化反应，每次的处理量非常有限，而且每一步操作都需要人工手动加样，效率及其低下。因此迫切需要一个系统将所有的操作均通过设备快速地完成，不仅可以大大减少人工操作，规避误操作风险，而且可以大大提高基因检测的分析速度和检测通量。

针对国内种业分子检测现状，为了整体提升农作物品种权保护和精准育种的技术水平，迫切需求操作简单、价格亲民、定制灵活和延展性强的测试检测平台。通过把生物样品的反应和检测等基本操作集成到一块小型芯片上实现微流控SNP分型检测，提升检测效率，降低成本。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够提升检测效率且降低成本的便捷芯片热封仪。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种便捷芯片热封仪，其特征在于，该热封仪包括芯片装载感应模块、电机滑轨控制模块、气动控制模块、加热压模刀模块和控制模块；所述芯片装载感应模块用于批量装载微流控SNP芯片，并自动识别装载的微流控SNP芯片数量和位置；所述电机滑轨控制模块固定连接所述芯片装载感应模块，用于带动所述芯片装载感应模块进行运动实现对所述微流控SNP芯片的定位；所述气动控制模块固定连接所述加热压模刀模块，用于带动所述加热压模刀模块进行运动，使得所述加热压模刀模块正对所述微流控SNP芯片；所述加热压模刀模块用于对芯片模具刀进行加热到预设温度，对所述微流控SNP芯片均匀热封阻断操作，实现对所述微流控SNP芯片的热封；所述控制模块连接所述芯片装载感应模块、电机滑轨控制模块、气动控制模块和加热压模刀模块，对各模块的工作过程进行控制。

优选地，所述芯片装载感应模块包括光电传感器、芯片盒底板和芯片盒盖板，所述光电传感器连接所述控制模块；所述芯片盒底板顶部间隔设置有若干个芯片装载槽，每一所述芯片装载槽的一端开设有用于放置所述光电传感器的U型口，每一所述芯片装载槽的另一端开设有V型口，所述芯片盒底板的底部中心开设有用于与所述电机滑轨控制模块进行固定插设的U型槽，对应于所述U型口的位置，所述芯片盒底板底部一侧还设置有用于连接所述光电传感器的芯片装载检测板，对应于所述芯片装载槽，所述芯片盒底板顶部还固定连接若干用于对所述微流控SNP芯片进行压设的所述芯片盒盖板。

优选地，所述V型口外端面均设置为斜面结构。

优选地，所述电机滑轨控制模块包括底座、直线导轨、电机、丝杆、丝杠螺母和电机驱动器，所述底座顶部固定连接所述直线导轨，所述直线导轨与所述U型槽插设固定，所述底座顶部后端固定设置所述电机，所述底座顶部还固定设置有用于固定所述丝杠的丝杠固定座，所述丝杠穿过所述丝杠螺母，所述丝杠螺母固定连接所述直线导轨，所述电机驱动所述丝杠和丝杠螺母运动使得所述丝杠螺母带动所述直线导轨平稳运行；其中，所述控制模块连接电机驱动器协调控制对所述电机进行驱动，所述底座的前后端部均固定设置第二光电传感器，位于两个所述第二光电传感器之间，所述直线导轨的后端设置有两个光电挡板，所述直线导轨的侧面还固定设置有线缆铰链，所述芯片装载感应模块的感应信号线缆穿入所述线缆铰链内部与所述控制模块连接，所述直线导轨前端固定设置有仓门挡板。

优选地，所述气动控制模块包括气缸、电磁阀、压力变送器、气缸过滤器和继电器，所述气缸、电磁阀、压力变送器和气缸过滤器均固定设置在一固定安装在所述底座顶部的框架结构上，所述气缸依次经所述电磁阀、压力变送器和气缸过滤器连接外部气源，所述加热压模刀模块通过导向轴支撑座、加热块连接轴、气缸导向板、直线轴承以及气缸支撑柱与所述气缸进行导向连接，所述气缸通过所述继电器连接所述控制模块，所述控制模块发送控制指令使得所述气缸带动所述加热压模刀模块进行垂向运动按照设定目标使得所述加热压模刀模块与已装载的微流控SNP芯片进行定位热封。

优选地，所述加热压模刀模块包括芯片压模、芯片模具刀、自适应弹簧、压模转接板和加热块，所述芯片压模的底部固定设置所述芯片模具刀，所述芯片压模的顶部四角分别固定连接所述自适应弹簧的底部，每一所述自适应弹簧的顶部固定连接所述压模转接板的底部，对应于所述自适应弹簧的位置，每一所述压模转接板的顶部四角均向上延伸设置有凸起，每一所述凸起内插设有贯穿所述自适应弹簧的压模导向轴，每一所述凸起顶部设置有用于固定所述压模导向轴的导向轴挡圈，所述导向轴挡圈与所述凸起顶部固定，对应于所述芯片装载槽的位置，所述芯片压模的顶部固定中心固定连接所述加热块，所述加热块后部设置温度传感器，所述温度传感器连接所述控制模块。

优选地，所述芯片模具刀包括四条并列V型刀片。

优选地，所述便捷芯片热封仪还包括保护外壳，所述保护外壳内还固定设置散热风扇，所述保护外壳的外部设置有散热孔，对应于所述仓门挡板的位置，所述保护外壳的前端开设有仓门，位于所述仓门上方的所述保护外壳还设置有触摸显示屏。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明实现了对微流控SNP芯片的快速热封阻断，使用便捷，体积小，使工作人员从繁杂专业的传统工作流程中解放出来，解决对微流控芯片的每个小孔反应室单独进行手工加样效率低下、准确率低的问题，大大提升了工作效率，保证PCR反应结果可靠，达到了高效、即时、便捷、准确的效果，能够为科研、育种、基因定位、动物疾病和市场监管等多个应用领域提供更加便捷、高效、自动、准确、及时的检测结果。2、本发明的芯片热封仪是SNP/InDel分型检测系统中，将经过点样风干、封膜、注射试剂以及离心后的微流控SNP芯片进行PCR反应前，现场快速热封阻断，防止PCR样本挥发，保证芯片小孔微反应室相互独立不受干扰，阻断交叉感染，有效保证PCR反应结果可靠性。3、本发明的加热压模刀模块可以精准控制温度，50-200℃范围精度为±0.4％，且加热压模刀模块采用弹簧自适应结构系统，具有四个压模刀片，5秒即可以完成对4*28微阵列芯片112个小孔热封阻断，形成独立反应室，芯片模具刀的四条并列V型刀片设计结构符合微流控芯片的尺寸需求，能够在一定温度下，实现对微流控芯片的实现流道和反应孔的快速阻断。4、本发明的自适应弹簧设计安装简单，能够保证进行启动控制芯片热压均匀，能够有效快速实现对微流控SNP芯片实现均匀热封阻断，形成充满反应液的独立小孔反应室，阻断交叉感染，从而保证实验结果的有效性。本发明可以广泛应用于芯片热封过程。

附图说明

图1是本发明的热封仪结构示意图；

图2是本发明的芯片装载感应模块的芯片底盒板结构示意图；

图3是本发明的芯片装载感应模块(装载微流控SNP芯片)结构示意图；

图4是本发明的电机滑轨控制模块(装载芯片装载感应模块)结构示意图；

图5是本发明的气动控制模块结构示意图；

图6是本发明的气动控制模块结构示意图；

图7是本发明的加热压模刀模块结构示意图；

图8是本发明的加热压模刀模块结构示意图；

图9是本发明的保护外壳结构示意图；

图10是本发明的热封仪工作流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供的便捷芯片热封仪用于自动完成对微流控SNP芯片的快速热封阻断，包括芯片装载感应模块1、电机滑轨控制模块2、气动控制模块3、加热压模刀模块4、电源、气源和控制模块。

芯片装载感应模块1用于批量装载微流控SNP芯片，并自动识别装载的微流控SNP芯片数量和位置，本发明实施例的芯片装载感应模块1可以同时装载1～4块微流控SNP芯片，以此为例，不限于此，可以根据实际操作确定SNP芯片的装载数量；

电机滑轨控制模块2固定连接芯片装载感应模块1，用于带动芯片装载感应模块1进行运动实现对微流控SNP芯片的定位；

气动控制模块3固定连接加热压模刀模块4，用于带动加热压模刀模块4进行运动，使得加热压模刀模块4正对微流控SNP芯片；

加热压模刀模块4用于对芯片模具刀进行加热到预设温度，对微流控SNP芯片均匀热封阻断操作，实现对微流控SNP芯片的热封；

电源用于为便捷芯片热封仪进行供电；

气源用于为气动控制模块4提供工作气体；

控制模块连接芯片装载感应模块1、电机滑轨控制模块2、气动控制模块3和加热压模刀模块4，对各模块的工作过程进行控制。

在一个优选的实施例中，如图2、图3所示，芯片装载感应模块1包括光电传感器10、芯片盒底板11和芯片盒盖板12；芯片盒底板11顶部间隔设置有若干个芯片装载槽13(本发明实施例的芯片装载槽13的数量设置为四个，以此为例，不限于此)，每一芯片装载槽13的一端开设有用于放置光电传感器10的U型口14，光电传感器10用于检测装载微流控SNP芯片信号并发送到控制模块，控制模块根据光电传感器10检测信号判断微流控SNP芯片是否装载到位、装载微流控SNP芯片的位置以及装载微流控SNP芯片的数量。每一芯片装载槽13的另一端开设有V型口15，V型口15以及外端面设置为斜面结构，保证装载微流控SNP芯片手持空间和便于快速装载芯片，免去了繁杂的找准插口动作。芯片盒底板11的底部中心开设有用于与电机滑轨控制模块2进行固定插设的U型槽16，对应于U型口14的位置，芯片盒底板11的底部一侧还设置有用于电连接光电传感器10的芯片装载检测板17，对应于芯片装载槽13，芯片盒底板11顶部还固定连接若干用于对流控SNP芯片进行压设的芯片盒盖板12。

在一个优选的实施例中，如图4所示，电机滑轨控制模块2包括底座21、导轨滑块安装底座22、直线导轨23、电机安装座24、丝杆25、丝杠固定座26、丝杠螺母27和电机驱动器28。底座21顶部通过导轨滑块安装底座22固定连接直线导轨23，直线导轨23与芯片盒底板11的U型槽16插设固定。底座21顶部后端通过电机安装座24固定设置电机，底座21顶部还固定设置有用于固定丝杠25的丝杠固定座26，丝杠26穿过丝杠螺母27，丝杠螺母27固定连接直线导轨23，电机驱动丝杠25和丝杠螺母27运动使得丝杠螺母27带动直线导轨23平稳运行。其中，控制模块连接电机，协调控制电机驱动器28进行驱动。底座21的前后端部均可以通过光电安装板211固定设置第二光电传感器212，位于两个第二光电传感器212之间，直线导轨23的后端设置有两个光电挡板231，使用时，可以通过第二光电传感器212感知光电挡板231的位置确定直线导轨23的实际运动状态。直线导轨23的侧面还可以通过拖链安装板固定设置线缆铰链232，芯片装载感应模块1的感应信号线缆穿过一固定设置在直线导轨23顶部的拖链过线转接板232穿入线缆铰链内部与控制模块连接，保证芯片装载感应模块1可以随直线导轨23运行时顺畅。直线导轨23前端固定设置有仓门挡板234，减少直线导轨23运行时与保护外壳的仓门的撞击力，保证仓门开启顺畅；另外，底座21顶部还设置用于放置电源的电源盒29。

在一个优选的实施例中，如图5、图6所示，气动控制模块3包括气缸31、电磁阀32、压力变送器33、气缸过滤器34和继电器35，气缸31、电磁阀32、压力变送器33和气缸过滤器34均固定设置在一固定安装在底座2顶部的框架结构36上，气缸31依次经电磁阀32、压力变送器33和气缸过滤器34连接外部气源。加热压模刀模块4通过导向轴支撑座311、加热块连接轴312、气缸导向板313、直线轴承以及气缸支撑柱314与气缸31进行导向连接，气缸31通过继电器35连接控制模块，控制模块发送控制指令使得气缸31带动加热压模刀模块4进行垂向运动按照设定目标使得加热压模刀模块4与已装载的微流控SNP芯片进行定位热封。另外，框架结构不进行设定，可以根据实际需要进行设定，本发明的框架结构36包括四个支撑柱361、一个7字型框架362和一个隔板363，四根支撑柱361和7字型框架362固定设置在底座21顶部，7字型框架362的前端底部通过四根支撑柱361与底座21进行支撑固定，且位于支撑柱361顶部的7字形框架362上固定设置用于放置气缸31的隔板363，7字形框架362的前端和后端均设置有用于固定继电器35、气缸31、电磁阀32、压力变送器33和气缸过滤器34的安装板，本发明的控制模块也固定设置在7字形框架362后端的安装板上，但是不限于此，可以根据实际的空间进行布置。

在一个优选的实施例中，如图7和图8所示，加热压模刀模块4包括芯片压模41、芯片模具刀42、自适应弹簧43、压模导向轴、压模转接板44和加热块45。芯片压模41的底部固定设置有芯片模具刀42，芯片模具刀42包括四条并列V型刀片，芯片压模41的顶部四角分别固定连接自适应弹簧43的底部，每一自适应弹簧43的顶部固定连接压模转接板44的底部，对应于自适应弹簧43的位置，每一压模转接板44的顶部四角均向上延伸设置有凸起451，每一凸起451内插设有贯穿自适应弹簧43的压模导向轴，每一凸起451顶部设置有用于固定压模导向轴的导向轴挡圈452，导向轴挡圈452通过螺钉与凸起451顶部固定。对应于芯片装载槽13的位置，芯片压模41的顶部固定中心通过加热块压板461固定连接加热块45，加热块45与芯片压模41之间采用高导热效率的材料，实现加热块45对芯片压模41快速均匀导热。加热块45后部设置温度传感器，温度传感器连接控制模块，通过控制模块实现自动温度控制，加热块45连接控制模块，控制模块按照设定温度需求控制加热块45工作。

在一个优选的实施例中，如图9所示，本发明的便捷芯片热封仪还包括保护外壳5，用于保证设备可靠、安全运行，保护外壳5内还可以固定设置散热风扇，保护外壳的外部设置有散热孔6，对应于仓门挡板234的位置，保护外壳5的前端开设有仓门7，位于仓门7上方的保护外壳5还设置有触摸显示屏8，方便用户操作使用。

下面结合具体实施例详细说明本发明的便捷芯片热封仪的具体使用过程。

如图10所示，本发明的便捷芯片热封仪工作时首先接通电源、开启气路并且按要求控制模块进行参数设置后，开启仓门7，将经过点样风干、封膜、注射试剂以及离心后的微流控SNP芯片装载到芯片装载槽13内，关闭仓门7，运行热封——5s即完成热封阻断，开仓取出微流控SNP芯片，关闭仓门7。热封阻断后的微流控SNP芯片，可以防止PCR样本挥发，保证芯片小孔微反应室相互独立不受干扰，阻断交叉感染，有效保证PCR反应结果可靠性，热封完成即可取出微流控SNP芯片进行下一步PCR扩增反应、扫描以及最终数据分析，得出结论。本发明通过奶牛乳房炎高抗检测芯片和绵羊高繁SNP检测芯片中，为奶牛乳房健康选育提供重要检测手段，提高绵羊的繁殖能力，使绵羊养殖业者获得更大的收益。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种便捷芯片热封仪，其特征在于，该热封仪包括芯片装载感应模块、电机滑轨控制模块、气动控制模块、加热压模刀模块和控制模块；

所述芯片装载感应模块用于批量装载微流控SNP芯片，并自动识别装载的微流控SNP芯片数量和位置；

所述电机滑轨控制模块固定连接所述芯片装载感应模块，用于带动所述芯片装载感应模块进行运动实现对所述微流控SNP芯片的定位；

所述气动控制模块固定连接所述加热压模刀模块，用于带动所述加热压模刀模块进行运动，使得所述加热压模刀模块正对所述微流控SNP芯片；

所述加热压模刀模块用于对芯片模具刀进行加热到预设温度，对所述微流控SNP芯片均匀热封阻断操作，实现对所述微流控SNP芯片的热封；

所述控制模块连接所述芯片装载感应模块、电机滑轨控制模块、气动控制模块和加热压模刀模块，对各模块的工作过程进行控制。

2.如权利要求1所述的一种便捷芯片热封仪，其特征在于，所述芯片装载感应模块包括光电传感器、芯片盒底板和芯片盒盖板，所述光电传感器连接所述控制模块；所述芯片盒底板顶部间隔设置有若干个芯片装载槽，每一所述芯片装载槽的一端开设有用于放置所述光电传感器的U型口，每一所述芯片装载槽的另一端开设有V型口，所述芯片盒底板的底部中心开设有用于与所述电机滑轨控制模块进行固定插设的U型槽，对应于所述U型口的位置，所述芯片盒底板底部一侧还设置有用于连接所述光电传感器的芯片装载检测板，对应于所述芯片装载槽，所述芯片盒底板顶部还固定连接若干用于对所述微流控SNP芯片进行压设的所述芯片盒盖板。

3.如权利要求2所述的一种便捷芯片热封仪，其特征在于，所述V型口外端面均设置为斜面结构。

4.如权利要求2所述的一种便捷芯片热封仪，其特征在于，所述电机滑轨控制模块包括底座、直线导轨、电机、丝杆、丝杠螺母和电机驱动器，所述底座顶部固定连接所述直线导轨，所述直线导轨与所述U型槽插设固定，所述底座顶部后端固定设置所述电机，所述底座顶部还固定设置有用于固定所述丝杠的丝杠固定座，所述丝杠穿过所述丝杠螺母，所述丝杠螺母固定连接所述直线导轨，所述电机驱动所述丝杠和丝杠螺母运动使得所述丝杠螺母带动所述直线导轨平稳运行；其中，所述控制模块连接电机驱动器协调控制对所述电机进行驱动，所述底座的前后端部均固定设置第二光电传感器，位于两个所述第二光电传感器之间，所述直线导轨的后端设置有两个光电挡板，所述直线导轨的侧面还固定设置有线缆铰链，所述芯片装载感应模块的感应信号线缆穿入所述线缆铰链内部与所述控制模块连接，所述直线导轨前端固定设置有仓门挡板。

5.如权利要求4所述的一种便捷芯片热封仪，其特征在于，所述气动控制模块包括气缸、电磁阀、压力变送器、气缸过滤器和继电器，所述气缸、电磁阀、压力变送器和气缸过滤器均固定设置在一固定安装在所述底座顶部的框架结构上，所述气缸依次经所述电磁阀、压力变送器和气缸过滤器连接外部气源，所述加热压模刀模块通过导向轴支撑座、加热块连接轴、气缸导向板、直线轴承以及气缸支撑柱与所述气缸进行导向连接，所述气缸通过所述继电器连接所述控制模块，所述控制模块发送控制指令使得所述气缸带动所述加热压模刀模块进行垂向运动，按照设定目标使得所述加热压模刀模块与已装载的微流控SNP芯片进行定位热封。

6.如权利要求2所述的一种便捷芯片热封仪，其特征在于，所述加热压模刀模块包括芯片压模、芯片模具刀、自适应弹簧、压模转接板和加热块，所述芯片压模的底部固定设置所述芯片模具刀，所述芯片压模的顶部四角分别固定连接所述自适应弹簧的底部，每一所述自适应弹簧的顶部固定连接所述压模转接板的底部，对应于所述自适应弹簧的位置，每一所述压模转接板的顶部四角均向上延伸设置有凸起，每一所述凸起内插设有贯穿所述自适应弹簧的压模导向轴，每一所述凸起顶部设置有用于固定所述压模导向轴的导向轴挡圈，所述导向轴挡圈与所述凸起顶部固定，对应于所述芯片装载槽的位置，所述芯片压模的顶部固定中心固定连接所述加热块，所述加热块后部设置温度传感器，所述温度传感器连接所述控制模块。

7.如权利要求2所述的一种便捷芯片热封仪，其特征在于，所述芯片模具刀包括四条并列V型刀片。

8.如权利要求4所述的一种便捷芯片热封仪，其特征在于，所述便捷芯片热封仪还包括保护外壳，所述保护外壳内固定设置散热风扇，所述保护外壳的外部设置有散热孔，对应于所述仓门挡板的位置，所述保护外壳的前端开设有仓门，位于所述仓门上方的所述保护外壳还设置有触摸显示屏。