CN109370900A - 一种基因测序仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基因测序仪，其属于基因测序领域，包括微流控制装置、测序小室、精密数控系统载物平台和光学成像装置，微流控制装置包括试剂盒、吸液针、泵和流路板，多个吸液针平行设置于试剂盒的上方，泵与流路板连通，流路板与吸液针连通；测序小室设置于泵的一侧且与泵连通；精密数控系统载物平台与测序小室连接；光学成像装置设置于测序小室的下方，光学成像装置包括滤光片切换机构和与滤光片切换机构连接的光发射机构、物镜和成像机构，物镜正对测序小室。结构简单紧凑，实现测序仪小型化，减小空间占用，测序过程自动化且简便，降低了劳动强度和生产成本。

Description

一种基因测序仪

技术领域

本发明涉及基因测序领域，尤其涉及一种基因测序仪。

背景技术

基因测序能够从血液或唾液中分析测定基因全序列，预测罹患多种疾病的可能性。

目前的基因测序仪，其测序过程由一系列机械、电子通信、生物、化学、光学等操作所组成，这些操作分别由基因测序仪中对应的组件所执行，测序过程不仅要求基因测序仪中各组件准确、快速地执行各项操作，还要求各组件之间进行良好的配合。

测序仪的结构过于复杂，不仅导致整个测序过程涉及的具体步骤非常繁琐，降低了测试效率，而且有较多的冗余结构和功能，提高了生产成本，要保证测序过程顺利进行，难度很大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基因测序仪，以解决现有技术中存在的测序仪结构复杂，测试效率低，生产成本高的技术问题。

如上构思，本发明所采用的技术方案是：

一种基因测序仪，包括：

微流控制装置，包括试剂盒、吸液针、泵和流路板，多个所述吸液针平行设置于所述试剂盒的上方，所述泵与所述流路板连通，所述流路板与所述吸液针连通；

测序小室，设置于所述泵的一侧且与所述泵连通；

精密数控系统载物平台，与所述测序小室连接；

光学成像装置，设置于所述测序小室的下方，所述光学成像装置包括滤光片切换机构和与所述滤光片切换机构连接的光发射机构、物镜和成像机构，所述物镜正对所述测序小室。

其中，所述试剂盒包括用于盛放试剂样品的盒体和扣盖在所述盒体上端的隔板，所述隔板上开设有多个通孔。

其中，所述盒体上设置有第一温控组件。

其中，所述泵通过第一管路组件与所述流路板连通，所述流路板通过第二管路组件与所述吸液针连通，所述测序小室通过第三管路组件与所述泵连通。

其中，所述测序小室包括压头，所述压头上设置有贯通所述压头的试剂入口和试剂出口，所述压头的下端设置有载样片，所述物镜正对所述载样片。

其中，所述载样片包括贴合设置的第一基片和第二基片，所述第一基片和所述第二基片之间形成至少一条通道，每条所述通道上均设置有所述试剂入口和所述试剂出口。

其中，所述光发射机构的一端设置有光源，另一端设置有第一反射组件，所述成像机构的一端设置有第二反射组件，另一端设置有成像仪。

其中，所述精密数控系统载物平台包括固定座、滑动设置于所述固定座上的第一平台和滑动设置于所述第一平台上的第二平台，所述第一平台的滑动方向与所述第二平台的滑动方向垂直，所述测序小室设置于所述第二平台上。

其中，还包括智能操作装置，所述微流控制装置、所述测序小室、所述精密数控系统载物平台和所述光学成像装置均与所述智能操作装置电连接。

其中，还包括外壳，所述微流控制装置、所述测序小室、所述精密数控系统载物平台和所述光学成像装置均位于所述外壳内，所述智能操作装置位于所述外壳的外表面上。

本发明的有益效果：

本发明提出的基因测序仪，在泵的作用下，通过吸液针在试剂盒中吸取试剂样品，并将试剂样品输送至测序小室，光发射机构发射的光经过滤光片切换机构后朝向物镜发射，测序小室内的试剂样品被照射后发射荧光从物镜射向滤光片切换机构，穿过滤光片后朝向成像机构发射，最后生成图像。结构简单紧凑，实现测序仪小型化，减小空间占用，测序过程自动化且简便，降低了劳动强度和生产成本；通过精密数控系统载物平台，可以调整测序小室的位置，进而获得多个图像，提高测序精度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基因测序仪的内部结构示意图；

图2是本发明实施例提供的基因测序仪结构示意图；

图3是本发明实施例提供的基因测序仪的测序小室的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的基因测序仪的测序小室的剖视图；

图5是本发明实施例提供的基因测序仪的光学成像装置示意图；

图6是图5的部分结构示意图；

图7是图5的滤光片切换机构的结构示意图；

图8是图7的部分结构示意图；

图9是图5的成像机构的结构示意图。

图中：

1、外壳；

2、智能操作装置；

31、试剂盒；32、吸液针；33、泵；34、流路板；

4、测序小室；41、压头；42、试剂入口；43、试剂出口；44、载样片；45、载物座；46、托板；

51、固定座；52、第一平台；53、第二平台；

6、光学成像装置；61、基座；621、箱体；622、电机；623、齿条；624、第一滤光片；625、第二滤光片；631、导向筒；632、第一反射组件；633、光源；634、第一遮光罩；635、第一遮光套筒；641、物镜；642、第二遮光套筒；651、动力电机；652、移动支座；661、传递筒；662、成像仪；663、第二遮光罩。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

参见图1至图9，本发明实施例提供一种基因测序仪，包括外壳1，外壳1的外表面上设置有智能操作装置2，外壳1内设置有与智能操作装置2电连接的微流控制装置、测序小室4、精密数控系统载物平台和光学成像装置6。在本实施例中,智能操作装置2为包括触控屏的控制终端。

微流控制装置包括试剂盒31、吸液针32、泵33和流路板34，多个吸液针32平行设置于试剂盒31的上方，泵33与流路板34连通，流路板34与吸液针32连通；测序小室4设置于泵33的一侧且与泵33连通；精密数控系统载物平台与测序小室4连接；光学成像装置6设置于测序小室4的下方，光学成像装置6包括滤光片切换机构和与滤光片切换机构连接的光发射机构、物镜641和成像机构，物镜641正对测序小室4。

在泵33的作用下，通过吸液针32在试剂盒31中吸取试剂样品，并将试剂样品输送至测序小室4，光发射机构发射的光经过滤光片切换机构后朝向物镜641发射，测序小室4内的试剂样品被照射后发射荧光从物镜641射向滤光片切换机构，穿过滤光片后朝向成像机构发射，最后生成图像。

试剂盒31包括用于盛放试剂样品的盒体和扣盖在盒体上端的隔板，隔板上开设有多个通孔，吸液针32穿过通孔吸取试剂。多个相互平行的吸液针32设置在安装座上，在吸取试剂时，可以是安装座移动，也可以是试剂盒31移动，使得吸液针32插入通孔内。吸液针32的数量可以少于通孔的数量。安装座内部设置有倒流孔，每根吸液针32经由对应的倒流孔连接至具有多个输入端的液路阀，液路阀的输出端通过软管连接至泵33。安装座由两片设置倒流槽的方板通过黏胶压合构成。

当吸液针32位于试剂盒31的上方，即吸液针32未插入通孔内时，为了防止试剂与外界接触，可以在通孔处设置带有缝隙的弹性片，当吸液针32插入通孔时，吸液针32作用于弹性片，通过缝隙插入并将弹性片撑开，当吸液针32拔出后，弹性片在自身弹力的作用下恢复，起到密封作用。缝隙可以为十字形，在此不作限制。

盒体上设置有第一温控组件，用于检测试剂盒31内的试剂的温度，确保试剂在设定的温度范围内。本实施例中，盒体的收容腔内表面设置有升温降温装置，用于保持试剂盒31的工作温度。

泵33通过第一管路组件与流路板34连通，流路板34通过第二管路组件与吸液针32连通，测序小室4通过第三管路组件与泵33连通。在泵33的作用下，通过在第一管路组件、第二管路组件内产生负压，使得吸液针32在试剂盒31中吸取试剂样品；进一步地，在泵33的作用下，将试剂样品输送至测序小室4。第一管路组件、第二管路组件和第三管路组件均可以为软管。流路板34上设置有电磁阀，控制各个管路的通断。

测序小室4包括压头41和载物座45，压头41的上端设置有贯通压头41的试剂入口42和试剂出口43。载物座45设置有固定槽，用于安装载样片44。压头41和载物座45相互结合压紧后将载样片44固定在压头41下方。观察窗设置在载样片44的下方，用于保护并暴露载样片44，物镜641正对载样片44，用于获取样品发射的荧光。测序前，在泵33的作用下，将试剂样品通过试剂入口42和压头41输送至载样片44内；测序反应结束后，在泵33的作用下，将试剂样品通过试剂出口43吸出。

载样片44包括贴合设置的第一基片和第二基片，第一基片和第二基片之间形成至少一条通道，每条通道上均设置有试剂入口42和试剂出口43。光发射机构发射的光经过滤光片切换机构后朝向物镜641发射，照射通道内的试剂样品，物镜641设置于载样片44的下方。在本实施例中，设置有两个试剂入口42、两个试剂出口43和对应的两个通道。

测序小室4还包括转动连接于载物座45上的托板46，压头41与托板46连接，载物座45上设置有垫片，载样片44的一面与压头41抵接，另一面与垫片抵接。垫片上开设有对应观察窗的避让孔，便于物镜641照射载样片44。托板46与载样片44之间设置有若干个减振弹簧。

精密数控系统载物平台包括固定座51、滑动设置于固定座51上的第一平台52和滑动设置于第一平台52上的第二平台53，第一平台52的滑动方向与第二平台53的滑动方向垂直，测序小室4设置于第二平台53上。第一平台52和第二平台53均由动力电机651或者步进马达驱动，用于带动测序小室4在平面内移动。因物镜641与测序小室4正对设置，用于观测载样片44，第一平台52和第二平台53上均开设有用于物镜641穿过的避让孔。

光学成像装置6包括基座61，滤光片切换机构、光发射机构、自动调焦机构和成像机构均安装于基座61上。

光发射机构的一端设置有第一反射组件632，第一反射组件632外面设置有第一遮光罩634，光发射机构的一侧设置有与第一反射组件632连接的第一遮光套筒635，第一遮光套筒635与滤光片切换机构连接；物镜641的一端通过第二遮光套筒642与滤光片切换机构连接，另一端设置有镜片，物镜641的一侧设置有自动调焦机构；成像机构的一端设置有第二反射组件，另一端设置有成像仪662，第二反射组件外面设置有第二遮光罩663，第二遮光罩663和第二反射组件均与滤光片切换机构连接。因第一反射组件632和第二反射组件均设置在转角处，第一遮光罩634、第二遮光罩663、第一遮光套筒635和第二遮光套筒642的设置，均用于密闭遮光，防止外部光线对光源633进行干扰，提高测序的准确度。

光发射机构包括导向筒631，第一反射组件632设置于导向筒631的一端，导向筒631的另一端设置有光源633。本实施例中导向筒631上开设有调节窗，用于调节光源633的聚焦度。光发射机构发出的光沿导向筒631传播至第一反射组件632处，被第一反射组件632反射。第一反射组件632为45度倾斜设置的反光镜，使得光线的传输路径改变90度。在本实施例中，光源633为汞灯或者LED。

第一遮光套筒635包括第一内筒和滑动套设于第一内筒上的第一外筒，第一内筒与第一遮光罩634固定连接，第一外筒与滤光片切换机构连接。第一遮光套筒635的结构设置，便于根据实际需要调节第一遮光罩634与滤光片切换机构的间距，且保证光路的密闭性，防止外部光线对光源633进行干扰。

滤光片切换机构包括箱体621，箱体621上开设有入光口和两个相对设置的出光口，第一遮光套筒635设置于入光口处，物镜641和成像机构分别设置于两个出光口处。光发射机构发出的光经过第一反射组件632，传输路径改变90度通过入光口射入滤光片切换机构，经过滤光片反射，传输路径改变90度通过其中一个出光口朝向物镜641发射，通过物镜641的镜片照射样品。

箱体621内设置有电机622、与电机622的输出轴连接的齿轮和与齿轮啮合的齿条623，齿条623上沿齿条623的移动方向间隔设置有第一滤光片624和第二滤光片625。电机622通过齿轮带动齿条623移动，进而改变第一滤光片624和第二滤光片625的位置，使得第一滤光片624或者第二滤光片625正对入光口处。第一滤光片624和第二滤光片625能够用于过滤不同波长的光线。

第二遮光套筒642包括第二内筒和滑动套设于第二内筒上的第二外筒，第二内筒与滤光片切换机构连接，第二外筒与物镜641连接。第二遮光套筒642的结构设置，便于在调焦过程中，保证光路的密闭性，防止外部光线对光源633进行干扰。

自动调焦机构包括动力电机651和与动力电机651的输出端连接的移动支座652，物镜641与移动支座652连接。动力电机651的输出轴通过传动机构带动移动支座652移动，进而调节物镜641的焦距。为了保证调节的稳定性，自动调焦机构与基座61之间设置有弹性减振组件。

成像机构包括传递筒661，第二反射组件和成像仪662分别位于传递筒661的两端。样品被照射后发射荧光从物镜641射向滤光片切换机构，穿过滤光片后从另一个出光口朝向成像机构发射，照射到第二反射组件，传输路径改变90照射至成像仪662，最后生成图像。在本实施例中，传递筒661与导向筒631的延伸方向相同，且位于基座61的相同侧，使得结构紧凑，节省空间占用。

除上述第一遮光罩634、第二遮光罩663、第一遮光套筒635和第二遮光套筒642之外，光路部分的各接口处均采用密封方式，避免杂光影响。

以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述实施方式限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种基因测序仪，其特征在于，包括：

微流控制装置，包括试剂盒(31)、吸液针(32)、泵(33)和流路板(34)，多个所述吸液针(32)平行设置于所述试剂盒(31)的上方，所述泵(33)与所述流路板(34)连通，所述流路板(34)与所述吸液针(32)连通；

测序小室(4)，设置于所述泵(33)的一侧且与所述泵(33)连通；

精密数控系统载物平台，与所述测序小室(4)连接；

光学成像装置(6)，设置于所述测序小室(4)的下方，所述光学成像装置(6)包括滤光片切换机构和与所述滤光片切换机构连接的光发射机构、物镜(641)和成像机构，所述物镜(641)正对所述测序小室(4)。

2.根据权利要求1所述的基因测序仪，其特征在于，所述试剂盒(31)包括用于盛放试剂样品的盒体和扣盖在所述盒体上端的隔板，所述隔板上开设有多个通孔。

3.根据权利要求2所述的基因测序仪，其特征在于，所述盒体上设置有第一温控组件。

4.根据权利要求1所述的基因测序仪，其特征在于，所述泵(33)通过第一管路组件与所述流路板(34)连通，所述流路板(34)通过第二管路组件与所述吸液针(32)连通，所述测序小室(4)通过第三管路组件与所述泵(33)连通。

5.根据权利要求1所述的基因测序仪，其特征在于，所述测序小室(4)包括压头(41)，所述压头(41)上设置有贯通所述压头(41)的试剂入口(42)和试剂出口(43)，所述压头(41)的下端设置有载样片(44)，所述物镜(641)正对所述载样片(44)。

6.根据权利要求5所述的基因测序仪，其特征在于，所述载样片(44)包括贴合设置的第一基片和第二基片，所述第一基片和所述第二基片之间形成至少一条通道，每条所述通道上均设置有所述试剂入口(42)和所述试剂出口(43)。

7.根据权利要求1所述的基因测序仪，其特征在于，所述光发射机构的一端设置有光源(633)，另一端设置有第一反射组件(632)，所述成像机构的一端设置有第二反射组件，另一端设置有成像仪(662)。

8.根据权利要求1所述的基因测序仪，其特征在于，所述精密数控系统载物平台包括固定座(51)、滑动设置于所述固定座(51)上的第一平台(52)和滑动设置于所述第一平台(52)上的第二平台(53)，所述第一平台(52)的滑动方向与所述第二平台(53)的滑动方向垂直，所述测序小室(4)设置于所述第二平台(53)上。

9.根据权利要求1所述的基因测序仪，其特征在于，还包括智能操作装置(2)，所述微流控制装置、所述测序小室(4)、所述精密数控系统载物平台和所述光学成像装置(6)均与所述智能操作装置(2)电连接。

10.根据权利要求9所述的基因测序仪，其特征在于，还包括外壳(1)，所述微流控制装置、所述测序小室(4)、所述精密数控系统载物平台和所述光学成像装置(6)均位于所述外壳(1)内，所述智能操作装置(2)位于所述外壳(1)的外表面上。