CN110058035A - 一种样本加载、检测和分析一体化设备及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种样本加载、检测和分析一体化设备及其检测方法，其设备包括设备本体，所述设备本体内设有水平驱动单元、样本加载单元、温控单元、光学检测单元和工控机，所述光学检测单元间隔设置在所述温控单元的上方，所述水平驱动单元位于所述样本加载单元的一侧，且所述水平驱动单元可从所述光学检测单元和所述温控单元之间穿过并伸出/缩回设备本体外/内，所述水平驱动单元、样本加载单元、温控单元和光学检测单元分别与所述工控机电连接。本发明一站式完成包括在反应芯片上对样本及试剂的加载、温度控制、数据的采集和数据结果分析，便于实验流程管理，提高了工作效率，提高了检测自动化程度。

Description

一种样本加载、检测和分析一体化设备及其检测方法

技术领域

本发明涉及自动检测技术领域，尤其涉及一种样本加载、检测和分析一体化设备及其检测方法。

背景技术

市面上对于使用某类特定微流控芯片进行核酸检测，一般经过包括样本及试剂的加载、核酸扩增、数据的采集和数据分析几个环节。目前对该种芯片的应用系统中，前后环节步骤分别要在两台不同的设备中完成，比如样本及试剂的加载环节在其中一台设备中完成，核酸扩增及数据采集和分析环节必须在另外一台设备中完成，或样本及试剂的加载和核酸扩增环节在其中一台设备中完成，数据采集和分析在另外一台设备中完成。现没有一种一体化设备对于以上环节集成到一个系统完成，在使用的过程中增加人员在操作流程步骤的管理，不便于于进行自动化操作。为此，我们提出了针对这些特定芯片的一种样本加载、检测和分析一体化设备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种样本加载、检测和分析一体化设备及其检测方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种样本加载、检测和分析一体化设备，包括设备本体，所述设备本体内设有水平驱动单元、样本加载单元、温控单元、光学检测单元和工控机，所述光学检测单元间隔设置在所述温控单元的上方，所述水平驱动单元位于所述样本加载单元的一侧， 且所述水平驱动单元可从所述光学检测单元和所述温控单元之间穿过并伸出/缩回设备本体外/内，所述水平驱动单元、样本加载单元、温控单元和光学检测单元分别与所述工控机电连接。

所述水平驱动单元用于根据控制命令驱动接口板运动至所述样本加载单元中或所述设备本体外，以及驱动载有样本及试剂的反应芯片运动至所述样本加载单元中、所述光学检测单元的下方或所述设备本体外；

所述样本加载单元用于根据控制命令驱动所述反应芯片与所述接口板密闭配合或分离，并在二者密闭配合时将样本和试剂加载至所述反应芯片的反应腔内并形成样本混合液体；

所述光学检测单元用于根据控制命令对所述反应芯片中加载的样本混合液进行光学检测，并实时采集检测数据并返回所述工控机；

所述温控单元用于根据控制命令对载有样本混合液的所述反应芯片加热至预设温度；

所述工控机单元用分别向所述水平驱动单元、样本加载单元和光学检测单元发送控制命令，以及根据所述检测数据进行分析处理。

本发明还提供了一种所述的样本加载、检测和分析一体化设备的检测方法，包括如下步骤：

步骤1：所述水平驱动单元依次驱动所述接口板和载有样本及试剂的反应芯片运动至所述样本加载单元中；

步骤2：所述样本加载单元驱动所述反应芯片与所述接口板密闭配合，将样本和试剂加载至所述反应芯片的反应腔内并形成样本混合液体；

步骤3：所述样本加载单元驱动所述反应芯片与所述接口板分离，所述水平驱动单元驱动所述反应芯片运动至所述光学检测单元和温控单元之间；

步骤4：所述温控单元对所述载有样本混合液的所述反应芯片加热至预设温度；

步骤5：对所述反应芯片中加载的样本混合液进行光学检测，实时采集检测数据并返回所述工控机。

本发明的有益效果是：本发明通过所述水平驱动单元可以完成对接口板和反应芯片的转移，再由所述样本加载单元对反应芯片上的样本和试剂加载至反应芯片的反应腔内，并由所述样本加载单元将加载完成后的反应芯片转移至所述光学检测单元的下方，由温控单元进行加热，由光学检测单元进行检测，并将检测的数据返回至工控机进行分析和处理，一站式完成包括在反应芯片上对样本及试剂的加载、温度控制、数据的采集和数据结果分析，便于实验流程管理，提高了工作效率，提高了检测自动化程度。

附图说明

图1为本发明的样本加载、检测和分析一体化设备的立体结构示意图；

图2为本发明的样本加载、检测和分析一体化设备的正视图。

图3为光学滤色机构的立体结构图；

图4为光学滤色机构内的滤色转轮结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1000、水平驱动单元，2000、样本加载单元，3000、温控单元，4000、光学检测单元，5000、电源单元，6000、工控机，7000、设备本体；

1010、加载臂，1020、第一驱动电机，1030、第一滑轨，1040、第一运动滑块，1050、第一安装支架，1060、接口板类别判断传感，1070、第一复位传感器；

2010、气压发生源，2020、微流控接口板，2030、气压控制模块，2040、闭合单元，2041、闭合部件，2042、接口板，2043、卸载机构，2050、第一竖直驱动机构，2060、阀门，2070、气体洁净装置，2080、第一气压缓冲瓶；

3010、温控组件，3020、支撑板，3030、安装底座，3031、安装槽，3040、第二竖直驱动机构， 3041、第二运动滑块，3042、第二驱动电机，3043、第二安装支架，3044、第二滑轨，3045、第二复位传感器，3050、真空吸附单元；

4010、光源单元，4011、激发光源，4012、输入耦合透镜组，4013、传导光纤，4014、输出聚焦透镜组，4015、光束安装座，4020、光学滤色机构，4021、滤色镜片，4022、滤色转轮，4023、驱动电机，4024、主动链轮，4025、从动链轮，4026、驱动链条，4027、密闭外壳，4030、光学信号采集模块，4031、CCD相机，4032、镜头组，4033、镜头组，4034、镜头安装支架。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，一种样本加载、检测和分析一体化设备，包括设备本体7000，所述设备本体7000内设有水平驱动单元1000、样本加载单元2000、温控单元3000、光学检测单元4000和工控机6000。

所述水平驱动单元1000、样本加载单元2000、温控单元3000和光学检测单元4000共同安装在同一定位基准的固定侧板上，所述光学检测单元4000间隔设置在所述温控单元3000的上方，优选为间隔设置在所述温控单元3000的正上方，即光学检测单元4000的中心轴垂直于温控单元3000的上表面中心；所述水平驱动单元1000位于所述样本加载单元2000的一侧， 且所述水平驱动单元1000可从所述光学检测单元4000和所述温控单元3000之间穿过并伸出/缩回设备本体7000外/内，所述水平驱动单元1000、样本加载单元2000、温控单元3000和光学检测单元4000分别与所述工控机6000电连接。

具体地，所述水平驱动单元1000用于根据控制命令驱动接口板2042运动至所述样本加载单元2000中或所述设备本体7000外，以及驱动载有样本及试剂的反应芯片运动至所述样本加载单元2000中、所述光学检测单元4000的下方或所述设备本体7000外；

所述样本加载单元2000用于根据控制命令驱动所述反应芯片与所述接口板2042密闭配合或分离，在二者密闭配合时将样本和试剂加载至所述反应芯片的反应腔内并形成样本混合液体；

所述光学检测单元4000用于根据控制命令对所述反应芯片中加载的样本混合液进行光学检测，并实时采集检测数据并返回所述工控机6000；

所述温控单元3000用于根据控制命令对载有样本混合液的所述反应芯片加热至预设温度；

所述工控机6000单元用分别向所述水平驱动单元1000、样本加载单元2000和光学检测单元4000发送控制命令，以及根据所述检测数据进行分析处理。

本发明的样本加载、检测和分析一体化设备，通过所述水平驱动单元可以完成对接口板和反应芯片的转移，再由所述样本加载单元对反应芯片上的样本和试剂加载至反应芯片的反应腔内，并由所述样本加载单元将加载完成后的反应芯片转移至所述光学检测单元的下方，由温控单元进行加热，由光学检测单元进行检测，并将检测的数据返回至工控机进行分析和处理，一站式完成包括在反应芯片上对样本及试剂的加载、温度控制、数据的采集和数据结果分析，便于实验流程管理，提高了工作效率，提高了检测自动化程度。

本发明提供的实施例中，所述水平驱动单元1000为一丝杆螺母结构，包括第一安装支架1050，所述第一安装支架1050横向设置在所述设备本体7000内，所述水平驱动单元1000设置在所述样本加载单元2000的一侧，且所述第一安装支架1050水平贯穿所述光学检测单元4000和所述温控单元3000之间的区域，所述第一安装支架1050的一侧设有水平驱动机构，所述第一安装支架1050上滑动设置有第一运动滑块1040，所述第一运动滑块1040上朝着远离所述水平驱动机构一侧延伸设置有用于放置接口板或者反应芯片的加载臂1010，所述水平驱动机构与所述第一运动滑块1040传动连接，并可驱动所述第一运动滑块1040带动所述加载臂1010中的接口板或反应芯片沿着所述第一安装支架1050水平运动至所述样本加载单元中或运动至所述设备本体7000外。

通过所述水平驱动单元可以将接口板2042和反应芯片依次加载至所述样本加载单元2000中，并在反应芯片上的样本和试剂加载完成后反应芯片转移至所述光学检测单元4000的下方，无需人工操作，实现接口板2042与反应芯片的自动转移。

在本发明中，所述水平驱动机构包括第一驱动电机1020，所述第一驱动电机1020与所述工控机6000电连接，所述第一驱动电机1020的输出轴通过联轴器连接丝杆的一端，丝杆的另一端固定在所述第一安装支架1050的另外一侧，丝杆与安装在所述第一运动滑块1040内的丝杆螺母螺纹连接，所述第一驱动电机1020驱动丝杆旋转，进而通过所述丝杆螺母驱动第一运动滑块1040沿着水平方向直线运动。

所述第一安装支架1050上水平设有第一滑轨1030，所述第一运动滑块1040滑动设置在所述第一滑轨1030上，所述第一驱动电机1020可驱动所述第一运动滑块1040沿着所述第一滑轨1030水平滑动。

另外，所述加载臂1010与所述第一运动滑块1040之间通过调整螺钉1080可以对加载臂1010相对于所述第一运动滑块1040滑动的垂直方向进行位置调整，便于所述加载臂1010精确地将接口板2042或反映芯片加载至所述样本加载单元2000内。

优选地，所述水平驱动单元1000还包括接口板类别判断传感1060和第一复位传感器1070，所述接口板类别判断传感1060设置在所述加载臂1010伸出所述设备本体7000的一侧对应位置处，这样当所述加载臂1010驱动接口板进入所述设备本体7000时，所述接口板类别判断传感1060可以直接判断接口板2042的类型，并进行记录，为后续判断所加载芯片是否与其匹配做出判断。这里，所述接口板类别判断传感1060可以采用接近传感器，通过接近传感器判断对应位置具有不同缺口形状的接口板2042的类别。另外，所述第一复位传感器1070设置在所述第一滑轨1030上靠近所述水平驱动机构的行程末端，所述第一复位传感器1070与所述工控机6000电连接，这样当所述加载臂1010运动至靠近所述水平驱动机构的行程末端时，触发所述第一复位传感器1070，由所述工控机6000控制所述水平驱动机构驱动所述加载臂1010复位。这里，所述第一复位传感器1070可以采用光电传感器或者触发开关等器件，这里不做任何限定。

实际中，为了便于实验信息的管理，在加载臂1010将反应芯片转移的过程中，系统将通过条形码识读器对设置在反应芯片上的条形码进行识别并记录。

本发明提供的实施例中，所述样本加载单元2000包括气压驱动组件、微流控接口板2020和闭合单元2040，所述微流控接口板2020间隔设置在所述闭合单元2040的上方；所述气压驱动组件与所述闭合单元2040连通，并驱动所述闭合单元2040带动由所述水平驱动单元1000转移至所述微流控接口板2020与闭合单元2040之间的接口板2042向上运动，以使所述接口板2042与所述微流控接口板2020扣合，以及驱动所述闭合单元2040带动由所述水平驱动单元1000转移至所述微流控接口板2020与闭合单元2040之间的反应芯片向上运动，以使所述反应芯片与接口板2042的底部抵接后密闭配合；所述气压驱动组件与所述微流控接口板2020连通，并在所述反应芯片与接口板2042密闭配合时驱动所述微流控接口板2020朝向所述反应芯片的反应区域形成向下的气流，以使样本和试剂混合形成样本混合液并注入至所述反应芯片的反应腔中。

通过所述样本加载单元2000可以驱动先后运动至其内部的接口板2042和反应芯片二者密闭配合，并在密闭配合状态下将反应芯片上的样本和试剂加载至反应芯片的反应腔中，实现样品和试剂的自动加载和混合，大大提高了检测效率，同时也提高了检测的自动化程度。

优选地，在上述实施例的基础上，所述气压驱动组件包括气压发生源2010、第一气压缓冲瓶2080和两个气压控制模块2030，所述气压发生源2010与所述第一气压缓冲瓶2080连通，所述第一气压缓冲瓶2080分别通过支路与所述微流控接口板2020和闭合单元2040连通，且所述两个气压控制模块2030分别设置在对应的支路上，所述气压控制模块2030与所述工控机6000电连接。

通过所述气压驱动组件一方面可以驱动反应芯片上的样本和试剂加载至反应芯片的反应腔中并混合，另一方面可以为所述闭合单元2040提供动力源，以驱动接口板2042的固定以及接口板2042与所述反应芯片的密闭配合，自动控制，并且稳定性好，控制精度高。

实际中，所述气压发生源2010可以有系统内部产生，也可以选用系统外接外部气压源方式提供气压，本发明实施例中，优选由系统内部采用隔膜气压泵产生，并连接第一气压缓冲瓶2080，再由第一气压缓冲瓶2080分支连接到微流控接口2020和闭合单元2040，各支路上由对应的气压控制模块2030监控和控制该支路气压及阀门2060的打开和关闭状态。

优选地，所述气压驱动组件还包括气体洁净装置2070，所述气体洁净装置2070连通在所述气压发生源2010和第一气压缓冲瓶2080之间，并对所述气压发生源2010产生的气体进行净化处理，然后通入所述第一气缓冲瓶2080，避免气体中携带的异物杂质污染反应芯片上的样本和试剂。这里，所述气体洁净装置2070采用现有的气体洁净过滤装置即可。

所述气压驱动组件通过所述管路和接头连接，气压发生源2010通过气体洁净装置2070并由所述第一气压缓冲瓶2080缓冲，气体各支路由气压调节元器件（比如电磁阀）调节所需气压及气体流路的通断，最终连接至所述微流控接口和闭合单元输出。所述微流控接口板2020为集成了多组微沟道流路的气路接口板，包含集成了控制各微流路打开与闭合的电磁阀组结构，出气孔向下设置，以便形成向下的气流。

本发明中，所述气压控制模块2030采用现有的气压控制组件即可，比如包括压力传感器，电磁阀和单片机等，单片机根据压力传感器检测的压力和预设压力的大小来控制电磁阀的开度，以实现气压控制，这些均为现有技术，本发明中不再详细赘述。

本发明提供的实施例中，所述闭合单元2040包括闭合机架、第一竖直驱动机构2050、闭合部件2041、锁紧机构和卸载机构2043，所述第一竖直驱动机构2050和卸载机构2043分别与所述第一气压缓冲瓶2080连通；

所述第一竖直驱动机构2050竖向设置在所述闭合机架上，且所述第一竖直驱动机构2050位于所述第一安装支架1050的一侧，所述闭合部件2041设置在所述第一竖直驱动机构2050的驱动端，且所述闭合部件2041的一端位于所述微流控接口板2020的下方，所述锁紧机构设置在所述微流控接口板2020的下表面，所述卸载机构2043设置在所述微流控接口板2020的上表面，所述第一竖直驱动机构2050可通过所述闭合部件2041向上驱动由所述水平驱动单元1000转移至所述微流控接口板2020与闭合单元2040之间的接口板2042向上运动至所述微流控接口板2020下表面，所述锁紧机构将所述接口板2042锁紧，所述卸载机构2043的驱动端通过所述微流控接口板2020上的让位通孔向下伸出并驱动所述接口板2042与所述微流控接口板2020分离。

通过所述闭合单元2040中的第一竖直驱动机构2050可以驱动所述接口板与所述微流控接口板2020接触，再通过所述锁紧机构将所述接口板2042锁紧在所述微流控接口板2020的下表面，还可以驱动反应芯片运动至所述接口板2042配合，从而便于后续再二者密闭配合状态下对反映芯片上的样本和试剂进行加载至反应腔内并混合，还可以根据接口板2042与反应芯片分离，通过所述卸载机构2043可以驱动所述接口板2042与所述微流控接口板2020分离，整个过程均自动化实现，非常方便，并且无需人工参与，大大提高了检测效率，降低了人工劳动强度。

优选地，本发明的实施例中，所述第一竖直驱动机构2050和卸载机构2043优选为竖向设置的气压缸，实际中也可以采用其他的驱动部件，本发明中不做任何限定。

本发明的实施例中，所述锁紧机构为可以优选采用弹性卡扣部件，比如采用至少4组弹性卡扣卡接，弹性卡扣弹性力度可调，便于安装和拆卸，并且可以比较轻松的将所述接口板2042卡紧，本实施例不限制采用其他方式固定接口板2042。借助所述卸载机构2043可以比较轻松的将所述接口板2042与所述微流控接口板2020分离，这里，为了更加平稳的驱动所述接口板2042与所述微流控接口板2020分离，所述卸载机构2043可以为多组均匀对称设置的上下伸缩气压缸。实际中也可以采用其他的锁紧部件，本发明中不做任何限定。

另外，所述接口板2042为一个为使微流控接口板2020适配不同类型芯片使用而配备的配套适配部件。

本发明提供的实施例中，所述温控单元3000包括安装底座3030、支撑板3020、温控组件3010、第二竖直驱动机构3040和真空吸附单元3050，所述第二竖直驱动机构3040上设有可上下滑动的第二运动滑块3041，所述安装底座3030设置在所述第二运动滑块3041上并可随着所述第二运动滑块3041一同上下滑动，所述温控组件3010设置在所述安装底座3030上，所述支撑板3020设置在所述温控组件3010的顶部，所述支撑板3020的上表面均匀阵列分布的微孔结构，且所述微孔结构与所述真空吸附单元3050连通；

所述第二竖直驱动机构3040通过所述第二运动滑块3041驱动所述安装底座3030带动所述支撑板3020向上运动至与由所述水平驱动单元1000转移至所述光学检测单元4000的下方的反应芯片抵接，所述支撑板3020通过所述真空吸附单元3050将所述反应芯片吸附在其上表面，且所述温控组件3010对反应芯片进行加热。

通过所述温控单元3000可以将所述反应芯片吸附在所述支撑板3020的上表面，起到固定的作用，同时温控组件3010通过所述支撑板3020对反应芯片进行加热，达到设定的检测温度。这里，所述温控组件3010采用现有的恒温控制模块即可。

本发明中，所述支撑板3020优选为金属平面板，一方面金属平面板的结构强度足够大，能对是反应芯片起到稳定的支撑作用；另一方面，金属的导热效果较好，便于将所述温控组件产生的热量高效率的传递至所述反应芯片，并对其进行加热。实际中，为了取得更稳定的安装和支撑效果，在所述安装底座3030上设置安装槽3031，所述温控组件3010通过所述安装槽3031安装在所述安装底座3030上，并且通过所述安装槽3031所述温控组件3010能进行五个自由度（即所述第二竖直驱动机构3040运动方向，即Z轴直线自由度，以及其他各轴的直线自由度和旋转自由度）的位置调整，加上第二竖直驱动机构3040自身直线运动维度，以至于能最终对温度控制单元3000顶部安装的支撑板3020的位置进行六个自由度的调整。

需要指出的是，为了实现对反应芯片的吸附效果，通过在支撑板3020上设置与真空吸附单元3050连通的微沟道及朝上的气孔，微沟道及气孔汇聚到一个接口处，该接口与所述真空吸附单元3050连通，这样在所述真空吸附单元3050的作用下，支撑板3020上的微沟道及气孔与反应芯片的下表面之间密闭贴合形成真空腔，所产生的真空负压将反应芯片贴紧固定在支撑板3020上；

本发明提供的实施例中，所述第二竖直驱动机构3040为一丝杆螺母驱动结构，具体包括第二安装支架3043和第二驱动电机3042，所述第二驱动电机3042设置在所述第二安装支架3043上端，所述第二安装支架3043上竖向设有第二滑轨3044，所述第二运动滑块3041滑动设置在所述第二滑轨3044上，所述第二驱动电机3042的输出轴通过联轴器连接丝杆的一端，丝杆另外一端与在第二安装支架3043的下端连接，所述丝杆通过设置在所述第二运动滑块3041上的丝杆螺母与所述第二运动滑块3041传动连接，并可驱动所述第二运动滑块3041带动所述支撑板3020和温控组件3010沿着所述第二滑轨3044上下滑动。

优选地，在所述第二安装支架3043的底部设置有第二复位传感器3045，所述第二复位传感器3045与工控机6000电连接，这样当所述第二竖直驱动机构3040驱动所述第二运动滑块3041向下运动至行程末端时，触发所述第二复位传感器3045，由所述工控机6000控制所述第二竖直驱动机构3040驱动所述第二运动滑块3041复位。同理，这里，所述第二复位传感器3045也可以采用光电传感器或者触发开关等器件，这里不做任何限定。

优选地，本发明提供的实施例中，所述真空吸附单元3050包括真空泵、电磁阀、气压缓冲瓶和消音器，所述真空泵气流输入端与所述第二气压缓冲瓶连通，所述第二气压缓冲瓶通过电磁阀与所述温控支撑板3020微孔连通，所述真空泵气流输出端与所述消音器连通。

通过所述吸附单元3050可以将所述反应芯片吸附在所述支撑板3020的上表面，一方面便于所述温控组件3010对反应芯片进行加热，另一方面起到对反应芯片的固定作用，避免在检测过程中反应芯片出现异位导致所述光学检测单元4000的检测出现偏差甚至无法检测等问题出现。

实际中，为了满足反应芯片能水平和竖直方向转移到相应的样本、试剂加载位置及成像位置，本发明实施例中，由水平驱动单元1000中的水平驱动机构、样本加载单元2000中的第一竖直驱动机构2050和温控单元3中的第二竖直驱动机构3040组合完成。实现这一目的，存在多种结构，本发明实施例对此不做限定。

本发明提供的实施例中，所述光学检测单元4000包括光源单元4010、光学滤色机构4020和光学信号采集模块4030，所述光源单元4010射出的光线在光路上经过光学滤色机构4020后照射至所述反应芯片的反应区域，所述光学信号采集模块4030位于所述温控单元的上方，并对由所述水平驱动单元1000转移至其（光学信号采集模块4030）下方的反应芯片并采集所述反应芯片上的样本混合液的检测数据。

通过所述光学检测单元4000可以对反应芯片上的反应腔中的样品和试剂的混合液进行检测，并将检测数据自动返回工控机，非常方便，并且检测精度较高。

本发明提供的实施例中，所述光源单元4010包括激发光源4011、输入耦合透镜组4012、传导光纤4013及输出聚焦透镜组4014，激发光源4011安装在系统框架一侧支架上，传导光纤4013一端通过输入耦合透镜组4012与激发光源4011的出光口连通，另外一端对接一组输出聚焦透镜组4014；本实施例中，优选的，由激发光源4011输出两束光束，故每束光束对应一组传导光纤4013和一组输出聚焦透镜组4014，两束光束对应的输出聚焦透镜组4014分别安装在光束安装座4015上，所述两束光束通过光束安装座4015安装在镜头组4032、4033两侧的镜头安装支架4034上；所述输出聚焦透镜组4014相对光束安装座4015可以进行光束入射角度的调节，所述光束安装座4015相对于镜头安装支架4034可进行方位调整，以上调节是为了让激发光束能准确的入射到反应芯片上进行数据采集的成像平面并确保光场照射尽量均匀。

优选地，所述光学信号采集模块4030包括镜头安装支架4034、两组镜头组4032、4033及CCD相机4031，所述镜头组4032、4033和CCD相机4031分别设置在所述镜头安装支架4034上，其中一组所述镜头组4032位于所述CCD相机4031的下方，且所述镜头组4032的中心轴线与所述CCD相机的成像窗口在竖直方向上共线设置，所述镜头组4032的中心轴线垂直于所述温控单元的上表面中心，且所述镜头组4032与所述CCD相机的成像窗口通过螺母进行密光对接，另外一组镜头组4033一侧对准光学滤色机构4020下侧的滤过光孔，通过螺母进行密光对接，另一组镜头组4033的下端位于温控组件3010的正上方当反应芯片加载至所述支撑板3020上时恰好对应反应芯片上的反应区域；CCD相机4031相对于镜头安装支架4034具有三个支撑点以调节CCD成像平面与镜头组成像光轴垂直度。

通过所述镜头组4032可以对进入所述CCD相机4031的光线进行滤色、角度调节等处理，使得在所述CCD相机4031中的成像更加清晰、准确，便于后续得到更加精确的检测结果。

如图3和图4所示，优选地，所述光学滤色机构4020为一具有对多通道激发光和发射光进行滤色的结构，每通道具有对应一个滤色镜片4021，通过电机控制切换不同通道间的滤色镜片。具体地，所述光学滤色机构4020包括滤色镜片4021、滤色转轮4022、驱动电机4023、主动链轮4024、从动链轮4025、驱动链条4026和密闭外壳4027组成；本实施例中，所述滤色镜片4021包括三种，但不限制于三种，数量的多少由系统检测通道的数量决定；所述滤色镜片安装于滤色转轮4022上，驱动电机4023带动所述主动链轮4024转动，所述主动链轮4024通过所述驱动链条4026带动所述从动链轮4025转动，以满足不同滤色通道需求切换不同的滤色镜片4021；本实施例中，滤色转轮4022的驱动机构不限于链轮链条4026驱动，可以为皮带驱动机构。

本发明的样本加载、检测和分析一体化设备通过电源单元5000为其供电。目前，国内所用电源的电压为220V，国外部分国家所用电源的电压为110V，为了扩大上述样本加载、检测和分析一体化设备的应用区域，优先选择该样本加载、检测和分析一体化设备的电源单元5000包括：与外界电源相连的滤波器，与滤波器相连的开关电源，与开关电源相连的电源控制板。这样，可根据实际情况，利用开关电源调节电压，能接入外界110-220V范围内的任意电压，减小了对外界电源的限制限制程度，扩大了应用区域。

本发明实施例提供一种样本加载、检测和分析一体化设备，其工作原理为：启动系统检测并开始检测，首先启动所述水平驱动单元1000，水平驱动机构驱动所述加载臂1010伸出到所述设备本体7000外，将需要加载类型的接口板安放于加载臂1010对应的槽中，水平驱动机构驱动所述加载臂1010向所述设备本体7000内收缩，同时接口板类别判断传感1060判断接口板2042的类型，并进行记录，水平驱动机构继续驱动所述加载臂1010运动至样本加载单元2000内，所述气压驱动组件驱动所述闭合单元2040带动所述接口板2042向上运动至与所述微流控接口板2020，所述接口板2042通过所述锁紧机构与所述微流控接口板2020扣合，同时所述气压驱动组件驱动所述闭合单元2040复位，所述水平驱动机构驱动所述加载臂1010伸出到所述设备本体7000外，将载有样本和试剂的反应芯片安放于加载臂1010对应槽中，水平驱动机构驱动所述加载臂1010向所述设备本体7000内收缩至所述样本加载单元2000内，所述气压驱动组件驱动所述闭合单元2040带动反应芯片向上运动并与所述接口板2042抵接，且二者密闭配合，所述气压驱动组件驱动所述微流控接口板2020朝向所述反应芯片的反应区域形成向下的气流，以使样本和试剂混合形成样本混合液并注入至所述反应芯片中心部位反应区域的反应腔中，并同时完成反应样本和试剂的混合，直至加载完毕。随后，所述气压驱动组件复位，带动反应芯片与接口板2042分离，且反应芯片在下降的过程中退回至所述加载臂1010对应的槽中，所述加载臂1010带动反应芯片运动至所述光学检测单元4000的下方，并位于其光学成像的中心位置，所述第二竖直驱动机构3040驱动所述支撑板3020向上运动至与反应芯片抵接，所述支撑板3020通过所述真空吸附单元3050将所述反应芯片吸附在其上表面，且所述温控组件3010对反应芯片进行加热至设定温度，所述光学检测单元按照选择试验所需的反应及数据采集程序开始实时检测，可以设置在运行过程中的若干个节点由光学检测单元4000进行实时采集，也可以在试验结束节点由光学检测单元4000进行终点采集，采集完成后发送给工控机6000，工控机6000对采集的数据进行分析处理。

在上述所述实验流程中，数据采集完成之后，可以由所述水平驱动机构将反应芯片转移到设备本体7000外，再将反应芯片从加载臂1010上取走，实验完毕；若需要再次进行试验，如果是同类型芯片，则只需要将新的反应芯片放置到加载臂1010上的槽中，重新按照上述流程进行检测即可；如果加载的是另外一种类型芯片，则需要将上一次加载的接口板2042卸载后重新加载新的反应芯片对应类型的接口板2042.本实施例中，具体卸载接口板的实现方法为，由所述水平驱动机构将加载臂1010转移到设备本体7000内部样本加载单元2000内，所述气压驱动组件驱动闭合单元2040上移到一定高度，启动卸载结构2043，将接口板2042与微流控接口2020分离并由闭合单元2040承接住，闭合单元2040下移将接口板退回加载臂1010的相应槽中，闭合单元2040复位，加载臂1010将接口板转移到所述设备本体7000外，从加载臂1010槽中将接口板2042取走，接口板2042卸载完毕，将新的接口板2042放置到加载臂1010槽中，重复接口板2042的加载方法，加载完毕接口板2042之后，继续由加载臂1010为系统加载新的反应芯片进行检测。

本发明的一种样本加载、检测和分析一体化设备可以为微流控核酸检测系统，当然还可以为其他的样本和试剂进行检测的设备。

本发明的一种样本加载、检测和分析一体化设备，解决了目前对该芯片检测系统不具备样本和试剂加载处理功能，在对样本进行检测前需要在另外平台上先对样本及试剂加载处理，才能在检测仪上进行数据采集和分析，增加了试验流程和耗费时间精力并降低了工作效率。本发明通过上述部件的相互组合，可以在一个系统上一体化自动完成样本及试剂的加载混合、样本及试剂混合液加热和光学数据采集及分析，简化流程，方便使用，提高工作效率。

本发明还提供了一种所述的样本加载、检测和分析一体化设备的检测方法，包括如下步骤：

步骤1：所述水平驱动单元1000依次驱动所述接口板2042和载有样本及试剂的反应芯片运动至所述样本加载单元2000中；

步骤2：所述样本加载单元2000驱动所述反应芯片与所述接口板2042密闭配合，将样本和试剂加载至所述反应芯片的反应腔内并形成样本混合液体；

步骤3：所述样本加载单元2000驱动所述反应芯片与所述接口板2042分离，所述水平驱动单元1000驱动所述反应芯片运动至所述光学检测单元4000和温控单元3000之间；

步骤4：所述温控单元3000对所述载有样本混合液的所述反应芯片加热至预设温度；

步骤5：对所述反应芯片中加载的样本混合液进行光学检测，实时采集检测数据并返回所述工控机。

本发明的样本加载、检测和分析一体化设备的检测方法，通过所述水平驱动单元可以完成对接口板和反应芯片的转移，再由所述样本加载单元对反应芯片上的样本和试剂加载至反应芯片的反应腔内，并由所述样本加载单元将加载完成后的反应芯片转移至所述光学检测单元的下方，由温控单元进行加热，由光学检测单元进行检测，并将检测的数据返回至工控机进行分析和处理，一站式完成包括在反应芯片上对样本及试剂的加载、温度控制、数据的采集和数据结果分析，便于实验流程管理，提高了工作效率，提高了检测自动化程度。

本发明的实施例中，除了明确限定了具体位置或相对位置的部件以外，其余没有限定具体位置或相对位置的部件的位置均可以灵活设置，以实际安装方便，使用效果最佳为准。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，这里无法对所有的实施方式予以穷举，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种样本加载、检测和分析一体化设备，其特征在于：包括设备本体（7000），所述设备本体（7000）内设有水平驱动单元（1000）、样本加载单元（2000）、温控单元（3000）、光学检测单元（4000）和工控机（6000），所述光学检测单元（4000）间隔设置在所述温控单元（3000）的上方，所述水平驱动单元（1000）位于所述样本加载单元（2000）的一侧， 且所述水平驱动单元（1000）可从所述光学检测单元（4000）和所述温控单元（3000）之间穿过并伸出/缩回设备本体（7000）外/内，所述水平驱动单元（1000）、样本加载单元（2000）、温控单元（3000）和光学检测单元（4000）分别与所述工控机（6000）电连接；

所述水平驱动单元（1000）用于根据控制命令驱动接口板（2042）运动至所述样本加载单元（2000）中或所述设备本体（7000）外，以及驱动载有样本及试剂的反应芯片运动至所述样本加载单元（2000）中、所述光学检测单元（4000）的下方或所述设备本体（7000）外；

所述样本加载单元（2000）用于根据控制命令驱动所述反应芯片与所述接口板（2042）密闭配合或分离，并在二者密闭配合时将样本和试剂加载至所述反应芯片的反应腔内并形成样本混合液体；

所述光学检测单元（4000）用于根据控制命令对所述反应芯片中加载的样本混合液进行光学检测，并实时采集检测数据并返回所述工控机（6000）；

所述温控单元（3000）用于根据控制命令对载有样本混合液的所述反应芯片加热至预设温度；

所述工控机（6000）单元用分别向所述水平驱动单元（1000）、样本加载单元（2000）和光学检测单元（4000）发送控制命令，以及根据所述检测数据进行分析处理。

2.根据权利要求1所述的样本加载、检测和分析一体化设备，其特征在于：所述水平驱动单元（1000）包括第一安装支架（1050），所述第一安装支架（1050）横向设置在所述设备本体（7000）内，所述水平驱动单元（1000）设置在所述样本加载单元（2000）的一侧，且所述第一安装支架（1050）水平贯穿所述光学检测单元（4000）和所述温控单元（3000）之间的区域，所述第一安装支架（1050）的一侧设有水平驱动机构，所述第一安装支架（1050）上滑动设置有第一运动滑块（1040），所述第一运动滑块（1040）上朝着远离所述水平驱动机构一侧延伸设置有用于放置接口板或者反应芯片的加载臂（1010），所述水平驱动机构与所述第一运动滑块（1040）传动连接，并可驱动所述第一运动滑块（1040）带动所述加载臂（1010）中的接口板或反应芯片沿着所述第一安装支架（1050）水平运动至所述样本加载单元中或运动至所述设备本体（7000）外。

3.根据权利要求2所述的样本加载、检测和分析一体化设备，其特征在于：所述样本加载单元（2000）包括气压驱动组件、微流控接口板（2020）和闭合单元（2040），所述微流控接口板（2020）间隔设置在所述闭合单元（2040）的上方；所述气压驱动组件与所述闭合单元（2040）连通，并驱动所述闭合单元（2040）带动由所述水平驱动单元（1000）转移至所述微流控接口板（2020）与闭合单元（2040）之间的接口板（2042）向上运动，以使所述接口板（2042）与所述微流控接口板（2020）扣合，以及驱动所述闭合单元（2040）带动由所述水平驱动单元（1000）转移至所述微流控接口板（2020）与闭合单元（2040）之间的反应芯片向上运动，以使所述反应芯片与接口板（2042）的底部抵接后密闭配合；所述气压驱动组件与所述微流控接口板（2020）连通，并在所述反应芯片与接口板（2042）密闭配合时驱动所述微流控接口板（2020）朝向所述反应芯片的反应区域形成向下的气流，以使样本和试剂混合形成样本混合液并注入至所述反应芯片的反应腔中。

4.根据权利要求3所述的样本加载、检测和分析一体化设备，其特征在于：所述气压驱动组件包括气压发生源（2010）、第一气压缓冲瓶（2080）和两个气压控制模块（2030），所述气压发生源（2010）与所述第一气压缓冲瓶（2080）连通，所述第一气压缓冲瓶（2080）分别通过支路与所述微流控接口板（2020）和闭合单元（2040）连通，且所述两个气压控制模块（2030）分别设置在对应的支路上，所述气压控制模块（2030）与所述工控机（6000）电连接。

5.根据权利要求3所述的样本加载、检测和分析一体化设备，其特征在于：所述闭合单元（2040）包括闭合机架、第一竖直驱动机构（2050）、闭合部件（2041）、锁紧机构和卸载机构（2043），所述第一竖直驱动机构（2050）和卸载机构（2043）分别与所述第一气压缓冲瓶（2080）连通；

所述第一竖直驱动机构（2050）竖向设置在所述闭合机架上，且所述第一竖直驱动机构（2050）位于所述第一安装支架（1050）的一侧，所述闭合部件（2041）设置在所述第一竖直驱动机构（2050）的驱动端，且所述闭合部件（2041）的一端位于所述微流控接口板（2020）的下方，所述锁紧机构设置在所述微流控接口板（2020）的下表面，所述卸载机构（2043）设置在所述微流控接口板（2020）的上表面，所述第一竖直驱动机构（2050）可通过所述闭合部件（2041）向上驱动由所述水平驱动单元（1000）转移至所述微流控接口板（2020）与闭合单元（2040）之间的接口板（2042）向上运动至所述微流控接口板（2020）下表面，所述锁紧机构将所述接口板（2042）锁紧，所述卸载机构（2043）的驱动端通过所述微流控接口板（2020）上的让位通孔向下伸出并驱动所述接口板（2042）与所述微流控接口板（2020）分离。

6.根据权利要求1所述的样本加载、检测和分析一体化设备，其特征在于：所述温控单元（3000）包括安装底座（3030）、支撑板（3020）、温控组件（3010）、第二竖直驱动机构（3040）和真空吸附单元（3050），所述第二竖直驱动机构（3040）上设有可上下滑动的第二运动滑块（3041），所述安装底座（3030）设置在所述第二运动滑块（3041）上并可随着所述第二运动滑块（3041）一同上下滑动，所述温控组件（3010）设置在所述安装底座（3030）上，所述支撑板（3020）设置在所述温控组件（3010）的顶部，所述支撑板（3020）的上表面均匀阵列分布的微孔结构，且所述微孔结构与所述真空吸附单元（3050）连通；

所述第二竖直驱动机构（3040）通过所述第二运动滑块（3041）驱动所述安装底座（3030）带动所述支撑板（3020）向上运动至与由所述水平驱动单元（1000）转移至所述光学检测单元（4000）的下方的反应芯片抵接，所述支撑板（3020）通过所述真空吸附单元（3050）将所述反应芯片吸附在其上表面，且所述温控组件（3010）对反应芯片进行加热。

7.根据权利要求6所述的样本加载、检测和分析一体化设备，其特征在于：所述真空吸附单元（3050）包括真空泵、电磁阀、气压缓冲瓶和消音器，所述真空泵气流输入端与所述第二气压缓冲瓶连通，所述第二气压缓冲瓶通过电磁阀与所述温控支撑板（3020）微孔连通，所述真空泵气流输出端与所述消音器连通。

8.根据权利要求1-7任一项所述的样本加载、检测和分析一体化设备，其特征在于：所述光学检测单元（4000）包括光源单元（4010）和光学信号采集模块（4030），所述光源单元（4010）射出的光线照射至所述反应芯片的反应区域，所述光学信号采集模块（4030）位于所述温控单元的上方，并对由所述水平驱动单元（1000）转移至其下方的反应芯片并采集所述反应芯片上的样本混合液的检测数据。

9.根据权利要求8所述的样本加载、检测和分析一体化设备，其特征在于：所述光学信号采集模块（4030）包括镜头安装支架（4034）、镜头组（4032）及CCD相机（4031），所述镜头组（4032）和CCD相机（4031）分别设置在所述镜头安装支架（4034）上，所述镜头组（4032）位于所述CCD相机（4031）的下方，且所述镜头组（4032）的中心轴线与所述CCD相机的成像窗口在竖直方向上共线设置，且所述镜头组（4032）的中心轴线垂直于所述温控单元的上表面中心。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的样本加载、检测和分析一体化设备的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：所述水平驱动单元（1000）依次驱动所述接口板（2042）和载有样本及试剂的反应芯片运动至所述样本加载单元（2000）中；

步骤2：所述样本加载单元（2000）驱动所述反应芯片与所述接口板（2042）密闭配合，将样本和试剂加载至所述反应芯片的反应腔内并形成样本混合液体；

步骤3：所述样本加载单元（2000）驱动所述反应芯片与所述接口板（2042）分离，所述水平驱动单元（1000）驱动所述反应芯片运动至所述光学检测单元（4000）和温控单元（3000）之间；

步骤4：所述温控单元（3000）对所述载有样本混合液的所述反应芯片加热至预设温度；

步骤5：对所述反应芯片中加载的样本混合液进行光学检测，实时采集检测数据并返回所述工控机。