CN110624613B - 一种自动微流控样品处理设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动微流控样品处理设备及其自动控制方法，其能够实现对微流控样品的自动处理。一种自动微流控样品处理设备，包括：机械臂，其具有用于装载芯片夹具的枪头；负压吸液装置，包括负压电机；升降装置，包括升降电机；平移装置，包括平移电机；及控制器；控制器，用于向平移电机发出运行控制信号，以使平移电机运行而将枪头移动至芯片夹具或试剂上方；控制器，还用于向升降电机发出运行控制信号，以使升降电机运行而将枪头下移而装载芯片夹具或插入试剂中，或将枪头上移而脱离试剂；控制器，还用于向负压电机发出运行控制信号，以使负压电机运行而向枪头的气流通道提供吸液的负压或排液的正压。

Description

一种自动微流控样品处理设备及其控制方法

技术领域

本发明属于生物检测技术领域，涉及一种自动微流控样品处理设备及其控制方法。

背景技术

微流控技术是一种重要的细胞或生物分子的分选分析方法，例如捕获循环肿瘤细胞(CTC)，其具有操作简单、所需抗体量少的优点。微流控芯片是微流控技术的核心部件，微流控芯片具有微流道且附着有特异性抗体，用于将流经其的样本的目标细胞或生物分子截留捕获。这些被捕获的细胞或生物分子往往需要进过一系列的后处理才能用于分析，如清洗、一抗或二抗处理、染色等。目前，这些处理大多通过人工进行，操作繁琐且不方便，效率较低，自动化程度较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动微流控样品处理设备及其自动控制方法，其能够实现对微流控样品的自动处理。

为达到上述目的，本发明采用的一种技术方案为：

一种自动微流控样品处理设备，包括：

托盘装置，其用于容置试剂及安装有微流控芯片的芯片夹具；

机械臂，其具有用于装载所述芯片夹具的枪头，所述枪头中开设有用于连通所述芯片夹具内腔的气流通道；

负压吸液装置，其用于为所述枪头的所述气流通道提供气压，所述负压吸液装置包括负压电机；

升降装置，其用于驱动所述枪头升降以装载所述芯片夹具或使所述芯片夹具插入或脱离所述试剂，所述升降装置包括升降电机；

平移装置，其用于驱动所述枪头移动至所述芯片夹具上方或移动至所述试剂上方，所述平移装置包括平移电机；及

控制器；

其中，所述托盘装置位于所述机械臂的下方，所述机械臂设置于所述平移装置上并和所述升降装置连接；所述控制器，用于向所述平移电机发出运行控制信号，以使所述平移电机运行而将所述枪头移动至芯片夹具或试剂上方；所述控制器，还用于向所述升降电机发出运行控制信号，以使所述升降电机运行而将所述枪头下移而装载所述芯片夹具或插入试剂中，或将所述枪头上移而脱离试剂；所述控制器，还用于向所述负压电机发出运行控制信号，以使所述负压电机运行而向所述枪头的气流通道提供吸液的负压或排液的正压。

优选地，所述平移电机包括用于驱动所述枪头沿左右方向移动的x向电机及用于驱动所述枪头沿前后方向移动的y向电机。

更优选地，所述控制器和所述负压电机、所述升降电机、所述x向电机及所述y向电机分别电性连接。

进一步地，所述自动微流控样品处理设备还包括用于为所述控制器、所述负压电机、所述升降电机、所述x向电机及所述y向电机供电的电源。

优选地，所述自动微流控样品处理设备还包括故障检测装置，所述故障检测装置包括至少一个检测单元，所述检测单元包括一对间隔设置的光电检测开关及一个随所述枪头移动的挡片，所述挡片设置于一对所述光电检测开关之间；所述控制器和各所述光电检测开关电性连接，所述控制器用于在任意一个所述光电检测开关被触发后向相应的电机发出停机控制信号以使所述枪头停止移动。

更优选地，所述故障检测装置还包括故障指示灯，所述控制器和所述故障指示灯电性连接，所述控制器还用于在任意一个所述光电检测开关被触发后控制所述故障指示灯切换灯光颜色；

和/或，所述故障检测装置还包括声音报警装置，所述控制器和所述声音报警装置电性连接，所述控制器还用于在任意一个所述光电检测开关被触发后控制所述声音报警装置发出警示音。

优选地，所述托盘装置中安装有一个或多个沿左右方向并列设置的试剂盒，所述试剂盒包括盒体，所述盒体上开设有用于供所述芯片夹具插入及存放废液的废液收集孔和一或多个存放试剂的试剂孔；所述芯片夹具包括本体及用于吸液和排液的导流管，所述本体具有用于安装微流控芯片的内腔，所述导流管自所述本体向下延伸且和所述内腔连通；所述本体上具有用于供所述枪头插入的筒体部。

在一实施例中，所述托盘装置上设有一或多个沿左右方向并列设置的安装槽，每个安装槽中设置有一个所述试剂盒。

更优选地，所述托盘装置包括底板及固定设置于所述底板上的上板，所述上板包括左右延伸部及多个自所述左右延伸部向前延伸的前后延伸部，多个所述前后延伸部沿左右方向并列且间隔地设置，任意相邻两个前后延伸部之间分别形成有前侧及上侧开放的所述安装槽。

进一步地，各所述前后延伸部上分别设置有沿前后方向延伸的插槽，相邻两个前后延伸部上的所述插槽相对设置，所述试剂盒的左右两侧缘插设于相应的两个插槽中。

更优选地，所述盒体上还设有用于将所述芯片夹具回收的芯片回收孔，所述托盘装置还包括挡板，所述芯片回收孔的部分位于所述挡板的正下方而被挡板遮挡。

进一步地，所述芯片回收孔为沿前后方向延伸的长孔或腰形孔。

在一实施例中，所述机械臂还包括壳体及可沿上下方向移动地穿设于所述壳体上的升降杆，所述升降杆中空设置，所述升降杆的上端部设置于用于连通所述负压吸液装置的接头，所述枪头固定设置于所述升降杆的下端部。

优选地，所述升降装置包括由所述升降电机驱动转动的升降转轴组件，所述升降转轴组件的外圆周面上形成有一或多圈齿，所述升降杆具有沿上下方向延伸的齿条部，所述齿条部和所述升降转轴组件上的所述齿相互啮合。

更优选地，所述升降转轴组件包括由所述升降电机驱动转动的升降转轴及随所述升降转轴转动的一或多个齿轮，所述齿轮上开设有多边形孔，所述升降转轴插设于所述多边形孔中并能够允许所述齿轮相对所述升降转轴水平移动。

进一步地，所述齿轮固定设置于所述壳体内。

在一实施例中，所述负压吸液装置包括由所述负压电机驱动沿直线往复移动的活塞及设置有气体腔的活塞壳，所述活塞插设在所述活塞壳的气体腔内。

更优选地，所述负压吸液装置还包括导气管，所述导气管的一端部固定连接于所述活塞壳并和所述气体腔相互连通，所述导气管的另一端部固定连接于所述机械臂。

在一实施例中，所述平移装置包括用于驱动所述机械臂沿左右方向移动的x向组件及用于驱动所述机械臂沿前后方向移动的y向组件。

更优选地，所述机械臂设置于所述x向组件上，所述x向组件设置于所述y向组件上，所述y向组件设置于机架上。

进一步地，所述x向组件包括安装板及沿左右方向延伸的丝杠，所述丝杠可绕自身轴心线转动地设置于所述安装板上，所述x向电机驱动丝杠转动，所述丝杠穿设于所述机械臂中并和所述机械臂通过螺纹连接。

更进一步地，所述y向组件包括沿前后方向延伸的滑轨及可滑动地设置于所述滑轨上的滑块，所述滑轨固定设置于所述机架上，所述x向组件设置于所述滑块上，所述y向电机通过同步带传动机构带动滑块滑动。

本发明采用的又一技术方案为：

一种如上所述的自动微流控样品处理设备的控制方法，包括如下步骤：

使位于芯片夹具上方的枪头下移而使芯片夹具装载在枪头上；

使装载有芯片夹具的枪头上移并平移至试剂的上方；

使枪头下移而使芯片夹具插入试剂中；

向枪头提供负压，将试剂吸入芯片夹具中流经微流控芯片；

使枪头上移脱离试剂，并将枪头平移至废液收集孔的上方；

使枪头下移插入废液收集孔中；

向枪头提供正压，将吸入的试剂排出至废液收集孔中。

优选地，所述控制方法还包括如下步骤：

使装载有芯片夹具的枪头平移至芯片回收孔的上方；所述芯片回收孔的上方设置有挡板，且挡板遮挡芯片回收孔的部分，该步骤中枪头具体平移至芯片回收孔的未被挡板遮挡的部分；

使枪头下移而使芯片夹具插入芯片回收孔中；

使枪头平移而使芯片夹具移动至芯片回收孔的被挡板遮挡的部位中；

使枪头上移而使枪头移出芯片回收孔，此时芯片夹具被挡板阻挡而留在芯片回收孔中。

更优选地，所述芯片回收孔为长孔或腰形孔。

优选地，使枪头平移的步骤包括使枪头沿左右方向移动和/或使枪头沿前后方向移动。

本发明采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：

本发明的自动微流控样品处理设备，集成了细胞或生物分子捕获、固定、清洗、抗体孵育、染色等功能，自动实现对微流控样品的上述一系列处理，减少了人工介入，自动化程度较高，提高了处理效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据实施例的一种自动微流控样品处理设备的立体示意图；

图2a是根据实施例的一种自动微流控样品处理设备的内部结构示意图，其中部分外壳未示出；

图2b是图2a中A处的局部放大图；

图2c是根据实施例的一种自动微流控样品处理设备的控制框图；

图3是根据实施例的一种自动微流控样品处理设备的俯视图，其中部分外壳未示出；

图4是根据实施例的一种微流控样品处理设备的主视图，其中部分外壳未示出；

图5、6、7分别是托盘装置的立体示意图，其中图7的部分上板和挡板未示出；

图8是机械臂的立体示意图；

图9是单个机械臂的示意图；

图10是单个机械臂的示意图，其中壳体未示出；

图11是机械臂、升降装置及平移装置的局部剖视图；

图12是负压吸液装置的剖视图。

上述附图中，

1、机架；10、外壳；101、门；11、控制器；12、电源；13、滤波器；

2、试剂盒；20、盒体；21、废液收集孔；22、固定液孔；23、缓冲液孔；24、第一一抗孔；25、第二一抗孔；26、二抗孔；27、染色液孔；28、芯片回收孔；

3、芯片夹具；30、本体；31、导流管；32、筒体部；

4、托盘装置；40、安装槽；41、底板；42、上板；421、左右延伸部；422、前后延伸部；423、插槽；424、定位凸起；43、挡板；

5、机械臂；50、壳体；51、枪头；511、第一凸缘；512、第二凸缘；52、升降杆；521齿条部；53、接头；

6、负压吸液装置；61、负压电机；611、推板；62、活塞；63、活塞壳；631、气体腔；64、光电检测开关；65、挡片；

7、升降装置；71、升降转轴；72、齿轮；721、方形孔；73、升降电机；

8、平移装置；81、安装板；811、导轨；82、x向电机；83、丝杠；84、y向电机；85、同步带传动机构；86、滑轨；87、滑块；

9、故障检测装置；91、第一光电检测开关；92、第一挡片；93、第二光电检测开关；94、第二挡片；95、第三光电检测开关；96、故障指示灯。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。

图1至图11示出了一种自动微流控样品处理设备。参照图1至图11所示，该微流控样品处理设备主要包括托盘装置4、机械臂5、负压吸液装置6、升降装置7及平移装置8，托盘装置4、机械臂5、负压吸液装置6及平移装置8均设置在该微流控样品处理设备的机架1上，机架1外围罩设有外壳10，上述各装置均被罩于外壳10内。其中，托盘装置4用于容置试剂及安装有微流控芯片的芯片夹具3；机械臂5具有用于装载芯片夹具3中的枪头51，枪头51中开设有用于连通芯片夹具3内腔的气流通道；负压吸液装置6用于为枪头51的气流通道提供气压；升降装置7用于驱动枪头51升降以装载芯片夹具3或使芯片夹具3插入或脱离试剂；平移装置8用于驱动枪头51移动至芯片夹具3上方或移动至试剂上方。托盘装置4位于机械臂5的下方，机械臂5设置于平移装置8上并和升降装置7连接。具体地，托盘装置4上安装有一或多个试剂盒2，试剂盒2中存放有芯片夹具3，微流控芯片即安装在芯片夹具3中且通过芯片夹具3固定。如图1所示，外壳10上开设有门101，该门101可上下滑动的设置，门101正对托盘装置4设置，当门101向上滑移后，托盘装置4露出，能够方便地安装或更换试剂盒2。

本实施例中，托盘装置4中安装有多个沿左右方向并列设置的试剂盒2(如图3所示，托盘装置4中一次可安装四个试剂盒2)。参照图5所示，该试剂盒2包括盒体20，盒体20上开设有用于供芯片夹具3插入并用于存放废液的废液收集孔21、一或多个存放试剂的试剂孔以及用于将芯片夹具3回收的芯片回收孔28。试剂孔具体包括存放固定液的固定液孔22、存放缓冲液的缓冲液孔23、存放一抗的一抗孔、存放二抗的二抗孔26及存放染色液的染色液孔27。其中，一抗孔具体包括存放第一一抗的第一一抗孔24和存放第二一抗的第二一抗孔25。废液收集孔21和芯片回收孔28分别为上部孔径大于下部孔径的台阶孔，以配合芯片夹具3的形状，便于芯片夹具3插入。芯片回收孔28为长孔或腰形孔，该芯片回收孔28的长度方向与盒体20的长度方向一致。该试剂盒2中，试剂、芯片夹具3在试剂盒2内一次性使用；能够处理移液、分选、废液等多个步骤；内部操作，污染风险小。而且，试剂盒2整体设计，而试剂孔内试剂分开存放，无混合，适配不同步骤的不同使用浓度，可以适应长期存储。试剂存放区间和试剂盒2为一个整体结构，使试剂存放更稳定，操作的时候更稳固。试剂盒2内的废液收集孔21既是芯片夹具3的安装位也是废液处理位，即节省了试剂盒2空间，也不需要操作员另外准备容器收集废液。

废液收集孔21和芯片回收孔28分别位于盒体20的前后两个端部上，固定液孔22、缓冲液孔23及一抗孔依次设置于废液收集孔21和芯片回收孔28之间，二抗孔26和染色液孔27左右并列设置于一抗孔和芯片回收孔28之间。也就是说，废液收集孔21、固定液孔22、缓冲液孔23、一抗孔、二抗孔26或染色液孔27、芯片回收孔28沿盒体20的长度方向(即前后方向)依次间隔排列。本实施例中，废液收集孔21用于存放自微流控芯片中排出的样本(如血液、尿液、组织液、脊髓液等体液)、试剂等；固定液孔22中存放有固定液；缓冲液孔23中存放有PBS缓冲液；第一一抗孔24中存放有一抗A，第二一抗孔25中存放有一抗B；二抗孔26中存放有二抗；染色液孔27中存放有DAPI染色液。

参照图8所示，芯片夹具3包括本体30及具有用于吸液和排液的导流管31，微流控芯片安装在本体30的内腔中，导流管31自本体30向下延伸且和内腔连通。本体30的上部形成有供机械臂5的下端部插入的筒体部32。该筒体部32中空设置，且和本体30的内腔相互连通。该芯片夹具3的本体30能够存放样本，下部的导流管31能够排出废液并吸取试剂，对流过微流控芯片的废液进行导流及吸取试剂使其流过微流控芯片进行孵育或清洗等，能够方便微流控芯片捕获样本中的目标细胞或生物分子并能够方便地吸取或排出试剂。

该自动微流控样品处理设备具有废液收集状态、芯片回收状态及移液状态。当自动微流控样品处理设备在废液收集状态时，芯片夹具3插设于试剂盒2的废液收集孔21中，其本体30位于台阶孔的上部，导流管31则插入台阶孔的下部，如图5至图7中最左侧的芯片夹具3所处的位置。当微流控样品处理设备在芯片回收状态时，芯片夹具3插设于试剂盒2的芯片回收孔28中，其本体30位于台阶孔的上部，导流管31则插入台阶孔的下部，如图5至图7中的中间两个芯片夹具3所处的位置。当微流控样品处理设备在移液状态时，芯片夹具3脱离废液收集孔21，芯片夹具3位于其中一个试剂孔的上方，且导流管31插入试剂孔中。

具体地，结合图5至图7所示，托盘装置4上设有多个沿左右方向并列设置的安装槽40，每个安装槽40中插设有一个试剂盒2。本实施例中，托盘装置4包括固定设置在机架1上的底板41及固定设置于底板41上的上板42，上板42包括左右延伸部421及多个自左右延伸部421向前延伸的前后延伸部422，多个前后延伸部422沿左右方向并列且间隔地设置，任意相邻两个前后延伸部422之间分别形成有前侧及上侧开放的所述安装槽40。各前后延伸部422上分别设置有沿前后方向延伸的插槽423，相邻两个前后延伸部422上的插槽423相对设置，试剂盒2的左右两侧缘插设于相应的两个插槽423中。上板42具体由上下两层板层叠形成，所述的插槽423即形成于上下两层板之间。

上板42上设有用于对试剂盒2进行定位的定位机构。本实施例中，如图7所示，定位机构包括形成于上板42上的向上延伸的定位凸起424，试剂盒上设有面向下方的凹部。当试剂盒安装到位后，定位凸起424插入试剂盒的凹部中，配合两侧的插槽423将试剂盒固定在安装槽40中，阻止试剂盒晃动。在安装时，将试剂盒2的左右两侧缘插入两侧的插槽423中，将其自安装槽40的前侧推入，直至卡到定位凸起424上。

进一步地，托盘装置4还包括挡板43，芯片回收孔的部分位于挡板43的正下方。挡板43具体固定设置于底板41或机架1上，且挡板43位于上板42的上方并部分遮挡下方试剂盒的芯片回收孔28，用于阻挡芯片夹具3脱离芯片回收孔28。当微流控样品处理设备在废液收集状态时，芯片夹具3可沿前后方向滑动地插设于芯片回收孔28中。在回收微流控芯片时，芯片夹具3自芯片回收孔28前端向下插入芯片回收孔28中(如图5至图7中左侧第二个芯片夹具3所处的位置)，然后沿芯片回收孔28移动至其后端处(如图5至图7中左侧第三个芯片夹具3所处的位置)，被挡板43限制在芯片回收孔28内，从而将芯片夹具3自机械臂5上卸下。

本实施例中，机械臂5的数量为多个，如图8所示的四个。多个机械臂5沿左右方向并列设置，并分别和下方的多个试剂盒2一一对应。结合图8至图11所示，每个机械臂5分别包括壳体50、可沿上下方向移动地穿设于壳体50上的升降杆52、设置于升降杆52下端部上的枪头51及设置于升降杆52上端部的接头53。接头53用于连通负压吸液装置6的接头53，升降杆52中空设置，通过负压吸液装置6为枪头51提供用于吸液或排液的气压。

如图9所示，枪头51包括本体、自本体的下部的外表面向外延伸的第一凸缘511及第二凸缘512，第一凸缘511位于第二凸缘512的上方一段距离处，且第一凸缘511的外径小于第二凸缘512的外径。枪头51的下端部大体呈葫芦状，当其插入芯片夹具3的筒体部32时，连接较为牢固，避免芯片夹具3自枪头51上掉落。

结合图3、图4、图10及图11所示，升降装置7包括由升降动力机构驱动转动的升降转轴组件，升降转轴组件的外圆周面上形成有一或多圈齿，升降杆52具有沿上下方向延伸的齿条部521，齿条部521和升降转轴组件上的齿相互啮合。具体地，上述的升降动力机构具体为升降电机73，升降转轴组件包括由升降电机73驱动转动的升降转轴71及随升降转轴71转动的一或多个齿轮72，齿轮72上开设有多边形孔，升降转轴71插设于多边形孔中并能够允许齿轮72相对升降转轴71水平移动。齿轮72固定设置在壳体50内。上述的齿轮72数量和机械臂5的数量相对应，即每个机械臂5的壳体50中均固定设置有一个齿轮72。如图11所示，上述的多边形孔具体为方形孔721，上述的升降转轴71的截面对应为方形，升降转轴71沿左右方向延伸且依次穿过多个机械臂5内的齿轮72的方形孔721，当升降转轴71转动时，可以带动齿轮72转动，在齿轮齿条的配合下驱动升降杆52上下移动。与此同时，当机械臂5受到平移装置8施加的向左或向右的力时，又能够允许齿轮72在升降转轴71上滑动，从而机械臂5能够在平移装置8的带动下沿左右方向移动。

结合图3、图4及图11所示，平移装置8包括用于驱动机械臂5沿左右方向移动的x向组件及用于驱动机械臂5沿前后方向移动的y向组件，其中，机械臂5设置于x向组件上，x向组件设置于y向组件上，y向组件设置于机架1上。具体地，x向组件包括安装板81及沿左右方向延伸的丝杠83，丝杠83可绕自身轴心线转动地设置于安装板81上，丝杠83穿设于机械臂5中并和机械臂5通过螺纹连接。安装板81上固定设置有沿左右方向延伸的导轨811，各机械臂5可沿左右方向滑动地设置于导轨811上，具体为机械臂5的壳体50和导轨811滑动配合地连接。x向组件还包括用于驱动丝杠83转动的x向电机82。丝杠83和升降转轴71平行设置，且丝杠83位于升降转轴71的上方，丝杠83自机械臂5的上部穿过，升降转轴71自机械臂5的下部穿过。y向组件包括沿前后方向延伸的滑轨86及可滑动地设置于滑轨86上的滑块87，滑轨86固定设置于机架1上，x向组件的安装板81固定设置于滑块87上。y向组件还包括y向电机84及由y向电机84驱动的同步带传动机构85，同步带传动机构85和滑块87连接。

结合图2b和图12所示，负压吸液装置6包括由负压电机61驱动沿直线往复移动的活塞62及设置有气体腔631的活塞壳63，活塞壳63固定设置在安装板81上，活塞62可移动地插设在活塞壳63的气体腔631内。负压吸液装置6还包括导气管(图中未示出)，导气管的一端部固定连接于活塞壳63并和气体腔631相互连通，导气管的另一端部固定连接于机械臂5。本实施例中，活塞62、气体腔631及导气管的数量为多个，分别和机械臂5的数量相对应。也就是说，活塞壳63中开设有多个相互独立的气体腔631，每个气体腔631中分别可滑动地设置有一个活塞62，当负压电机61带动活塞62往复移动时，气体腔631及通过导气管与气体腔631连通的枪头51内的气压随之变化，从而能够吸取试剂或排出试剂。该负压吸液装置6在密闭状态下利用活塞62原理产生压力控制吸取或排出液体，头在液面下时活塞62向后运动产生负压达到吸取液体的目的，反之当枪头51中存在液体时活塞62向前运动产生正压从而排出液体。活塞62前端部设置有橡胶垫，通过橡胶垫增加密闭性。

参照图2c所示，该自动微流控样品处理设备还包括控制器11及用于为控制器11和上述各电机供电的电源12。控制器11和负压电机61、升降电机73、x向电机82及y向电机84分别通过导线电性连接以分别向电机传输控制信号，电源12和控制器11、负压电机61、升降电机73、x向电机82及y向电机84分别通过导线电性连接以供电。电源12为开关电源，通过滤波器13连接于市电。控制器11选用MCU，具体为STM32。控制器11，用于向x向电机82和/或y向电机84发出运行控制信号，以使向x向电机82和/或y向电机84运行而将枪头51移动至芯片夹具3或试剂上方。控制器11，还用于向升降电机73发出运行控制信号，以使升降电机73运行而将枪头51下移而装载芯片夹具3或插入试剂中，或将枪头51上移而脱离试剂。控制器11，还用于向负压电机61发出运行控制信号，以使负压电机61运行而向枪头51的气流通道提供吸液的负压或排液的正压。

该负压吸液装置6还包括用于监测活塞62位移的活塞检测机构。本实施例中，如图2b所示，活塞检测机构包括固定设置于活塞壳63上的光电检测开关64及随活塞62同步移动的挡片65，当活塞62移动到最大设定位移时，挡片65移动到光电检测开关位置64处，光电检测开关64被触发而发出检测信号。活塞检测机构的光电检测开关64和控制器11通过导线电性连接，负压电机61和所述控制器11通过导线电性连接，当所述光电检测开关64被触发后发出检测信号，控制器11接收到该检测信号而向负压电机61发出停止运行的控制信号，负压电机61响应于该控制信号而停止运行，活塞62停止移动。具体地，负压电机61安装在活塞壳63上，负压电机61的电机轴和一推板611连接并驱动该推板611沿直线往复移动，多个活塞62均固定设置在该推板611上，由该推板611带动同步移动，所述的挡片65固定设置在推板611上。

该自动微流控样品处理设备还包括故障检测装置9。故障检测装置9包括至少一个检测单元，检测单元包括一对间隔设置的光电检测开关及一个随枪头51移动的挡片，挡片设置于一对光电检测开关之间。挡片具体为金属挡片。具体到本实施例中，检测单元的数量为三个，分别为第一检测单元、第二检测单元及第三检测单元。第一检测单元用于检测枪头51沿上下方向的移动距离，第二检测单元用于检测枪头51沿左右方向的移动距离，第三检测单元用于检测枪头51沿前后方向的移动距离。如图8所示，第一检测单元包括一对第一光电检测开关91及一个第一挡片92，一对第一光电检测开关91靠近机械臂5设置，具体固定设置在其中一个机械臂5的壳体50上，二者沿上下方向设置且具有第一间隔，第一间隔大于升降杆52沿上下方向移动的最大设定行程，第一挡片92固定连接于升降杆52并位于一对第一光电检测开关91之间。如图3所示，第二检测单元包括一对第二光电检测开关93及一个第二挡片94，一对第二光电检测开关93靠近机械臂5设置，具体固定设置在安装板81的靠近机械臂5的位置处，二者沿左右方向设置且具有第二间隔，第二间隔大于机械臂5沿左右方向移动的最大设定行程，第二挡片94固定连接于其中一个机械臂5(具体为机械臂5的壳体50)并位于一对第二光电检测开关93之间。结合图2b和图3所示，第三检测单元包括一对第三光电检测开关95及一个第三挡片(图中未示出)，一对第三光电检测开关95固定设置在机架1的靠近滑块87的位置处，具体设置于滑轨86的旁侧，二者沿前后方向设置且具有第三间隔，第三间隔大于机械臂5沿前后方向移动的最大设定行程，第三挡片固定连接于滑块87并位于一对第三光电检测开关95之间。

上述的控制器11和各光电检测开关电性连接，控制器11用于在任意一个光电检测开关被触发后控制机械臂5停止移动。故障检测装置9还包括故障指示灯96，控制器11和故障指示灯96电性连接，控制器11还用于在任意一个光电检测开关被触发后控制故障指示灯96切换灯光颜色。具体地，控制器11和一对第一光电检测开关91、一对第二光电检测开关93及一对第三光电检测开关95分别通过导线电性连接，控制器11还和升降电机73、x向电机82及y向电机84分别通过导线电性连接。当机械臂5沿上下方向移动超出最大设定位移，第一挡片92移动至某一第一光电检测开关91处，将第一光电检测开关91触发而发出故障信号，控制器11接收到故障信号后向升降电机73、x向电机82及y向电机84发出停止运行的第一控制信号，同时控制器11还向故障指示灯96发出切换指示颜色的第二控制信号，响应于第一控制信号升降电机73、x向电机82及y向电机84停止运行，响应于第二控制信号，故障指示灯96的颜色由绿色变为红色。如图1所示，故障指示灯96具体设置在外壳10上，包括长条状的LED灯；当微流控样品处理设备正常运行时，故障指示灯96的颜色显示为绿色；当机械臂5沿任一方向的移动超出最大设定行程时，则判断微流控样品处理设备故障，各个电机停止运行，机械臂5停止移动，同时故障指示灯96显示为红色。避免机械臂5的错误运行损坏样品和机器本身。

本实施例中采用的光电检测开关的检测原理为：当挡片移动到光电检测位置处后，将光电检测开关的检测光线遮挡，从而使光电检测开关被触发。光电检测开关典型地为红外检测开关，当挡片将红外检测开关发出的红外线遮挡后即将红外检测开关触发。

在另外一些实施例中，故障检测装置9还包括声音报警装置，控制器11和声音报警装置电性连接，控制器11还用于在任意一个光电检测开关被触发后控制声音报警装置发出警示音。

该故障检测装置9中，机械臂5正常运行范围和光电检测开关之间还有一小段距离，极大地降低了光电检测开关被错误触发的几率。一旦机械臂5发生故障，挡片到达光电检测开关位置，机械臂5就会立即停止运动，有效提高了机器的安全性。操作简单，故障反应直观。

本实施例还提供一种自动微流控样品处理设备的控制方法，其包括如下步骤：

使位于芯片夹具上方的枪头下移而使芯片夹具装载在枪头上；

使装载有芯片夹具的枪头上移并平移至试剂的上方；

使枪头下移而使芯片夹具插入试剂中；

向枪头提供负压，将试剂吸入芯片夹具中流经微流控芯片；

使枪头上移脱离试剂，并将枪头平移至废液收集孔的上方；

使枪头下移插入废液收集孔中；

向枪头提供正压，将吸入的试剂排出至废液收集孔中；以及

使装载有芯片夹具的枪头平移至芯片回收孔的未被遮挡的部分(即前端部)的上方；

使枪头下移而使芯片夹具插入芯片回收孔中；

使枪头平移而使芯片夹具移动至芯片回收孔的被挡板遮挡的部位(即后端部)中；

使枪头上移而使枪头移出芯片回收孔，此时芯片夹具被挡板阻挡而留在芯片回收孔中。

其中，使枪头平移的步骤包括使枪头沿左右方向移动和/或使枪头沿前后方向移动。

具体地，该微流控样品处理设备的工作过程为：

1、将试剂盒2装入托盘装置4的安装槽40中，平移装置8带动机械臂5水平移动使各枪头51处于对应的芯片夹具3的正上方，升降装置7带动机械臂5升降使枪头51的下端部插入芯片夹具3的筒体部32中，将芯片夹具3装载在枪头51上；此时，芯片夹具3初始位于废液收集孔21中，样本(体液，如血液，尿液，组织液，脊髓液等)存储在芯片夹具3的上段，机械手臂插入筒体部32后可携带整个芯片夹具3移动，且在插入时，负压吸液装置6提供正压，将样本推入芯片夹具3中的内腔中流经微流控芯片，进行细胞捕获，废液通过微流控芯片后从芯片夹具3的下端导流管31流出，留在废液收集孔21中，后面的操作中涉及的废液都回收到废液收集孔21中。

2、升降装置7带动机械手臂上移，将芯片夹具3整体移出废液收集孔21；平移装置8的y向电机84动作，使机械臂5带动芯片夹具3移动到固定液孔22的上方；升降装置7运行，使机械臂5带动芯片夹具3下移，将导流管31插入固定液孔22内，负压吸液装置6提供负压使导流管31吸取固定液孔22内的固定液，固定液从下至上通过芯片，固定芯片上捕获的细胞；平移机构的y向电机84动作，机械臂5移回废液收集孔21上方，负压吸液装置6提供正压将固定液排至废液收集孔21，以后步骤中废液处理同此处。

3、机械臂5控制芯片夹具3移动至缓冲液孔23的上方，且将导流管31插入缓冲液孔23中，吸取PBS缓冲液，清洗芯片，机械臂5移回废液收集孔21上方，废液处理到废液收集孔21，重复2次。

4、机械臂5控制芯片夹具3依次移到第一一抗孔24的上方，导流管31插入第一一抗孔24中吸入一抗A，将芯片孵育一抗A60分钟，在废液收集孔21排出废液后，回到缓冲液孔23处，清洗2次，移到第二一抗孔25处，孵育一抗B 60分钟，在废液收集孔21排出废液后，回到缓冲液孔23处，清洗2次，移到二抗孔26，孵育二抗60分钟，在废液收集孔21排出废液后，回到缓冲液孔23处，清洗2次，移到染色液孔27，DAPI染色5分钟，在废液收集孔21排出废液后，回到缓冲液孔23处，清洗2次。

5、平移装置8动作，使机械手臂带动芯片夹具3移到芯片回收孔28的前端处；升降装置7动作，机械臂5带动芯片夹具3下移插入芯片回收孔的前端内；平移装置8的y向电机84运行，使机械臂5带动芯片夹具3在芯片回收孔内移动至芯片回收孔的后端，此时芯片夹具3的部分位于挡板43的正下方；升降装置7动作，机械臂5上移，而芯片夹具3则受到挡板43的阻挡留在芯片回收孔内，实现芯片夹具3和枪头51的脱离。

本实施例的微流控样品处理设备，集成了细胞或生物分子捕获、固定、清洗、抗体孵育、染色等功能，自动实现对微流控样品的上述一系列处理，减少了人工介入，自动化程度较高，提高了处理效率；还能够同时对多个芯片夹具3进行同步操作，便于进行平行试验，且进一步提高了处理效率；此外，结构设置紧凑，布局合理，减小了设备所占用的空间。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限定本发明的保护范围。凡根据本发明的原理所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动微流控样品处理设备，其特征在于，包括：

托盘装置，其用于容置试剂及安装有微流控芯片的芯片夹具，所述微流控芯片能够捕获细胞或生物分子并允许样本或试剂通过；

机械臂，其具有用于装载所述芯片夹具的枪头，所述枪头中开设有用于连通所述芯片夹具内腔的气流通道；

负压吸液装置，其用于为所述枪头的所述气流通道提供气压，所述负压吸液装置包括负压电机；

升降装置，其用于驱动所述枪头升降以装载所述芯片夹具或使所述芯片夹具插入或脱离所述试剂，所述升降装置包括升降电机；

平移装置，其用于驱动所述枪头移动至所述芯片夹具上方或移动至所述试剂上方，所述平移装置包括平移电机；及

控制器；

其中，所述托盘装置位于所述机械臂的下方，所述机械臂设置于所述平移装置上并和所述升降装置连接；所述控制器，用于向所述平移电机发出运行控制信号，以使所述平移电机运行而将所述枪头移动至芯片夹具或试剂上方；所述控制器，还用于向所述升降电机发出运行控制信号，以使所述升降电机运行而将所述枪头下移而装载所述芯片夹具或插入试剂中，或将所述枪头上移而脱离试剂；所述控制器，还用于向所述负压电机发出运行控制信号，以使所述负压电机运行而向所述枪头的气流通道提供吸液的负压或排液的正压。

2.根据权利要求1所述的自动微流控样品处理设备，其特征在于：所述平移电机包括用于驱动所述枪头沿左右方向移动的x向电机及用于驱动所述枪头沿前后方向移动的y向电机。

3.根据权利要求2所述的自动微流控样品处理设备，其特征在于：所述控制器和所述负压电机、所述升降电机、所述x向电机及所述y向电机分别电性连接。

4.根据权利要求3所述的自动微流控样品处理设备，其特征在于：所述自动微流控样品处理设备还包括用于为所述控制器、所述负压电机、所述升降电机、所述x向电机及所述y向电机供电的电源。

5.根据权利要求1所述的自动微流控样品处理设备，其特征在于：所述自动微流控样品处理设备还包括故障检测装置，所述故障检测装置包括至少一个检测单元，所述检测单元包括一对间隔设置的光电检测开关及一个随所述枪头移动的挡片，所述挡片设置于一对所述光电检测开关之间；所述控制器和各所述光电检测开关电性连接，所述控制器用于在任意一个所述光电检测开关被触发后向相应的电机发出停机控制信号以使所述枪头停止移动。

6.根据权利要求5所述的自动微流控样品处理设备，其特征在于：所述故障检测装置还包括故障指示灯，所述控制器和所述故障指示灯电性连接，所述控制器还用于在任意一个所述光电检测开关被触发后控制所述故障指示灯切换灯光颜色；

和/或，所述故障检测装置还包括声音报警装置，所述控制器和所述声音报警装置电性连接，所述控制器还用于在任意一个所述光电检测开关被触发后控制所述声音报警装置发出警示音。

7.一种如权利要求1所述的自动微流控样品处理设备的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

使位于芯片夹具上方的枪头下移而使芯片夹具装载在枪头上；

使装载有芯片夹具的枪头上移并平移至试剂的上方；

使枪头下移而使芯片夹具插入试剂中；

向枪头提供负压，将试剂吸入芯片夹具中流经微流控芯片；

使枪头上移脱离试剂，并将枪头平移至废液收集孔的上方；

使枪头下移插入废液收集孔中；

向枪头提供正压，将吸入的试剂排出至废液收集孔中。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括如下步骤：

使装载有芯片夹具的枪头平移至芯片回收孔的上方；所述芯片回收孔的上方设置有挡板，且挡板遮挡芯片回收孔的部分，该步骤中枪头具体平移至芯片回收孔的未被挡板遮挡的部分；

使枪头下移而使芯片夹具插入芯片回收孔中；

使枪头平移而使芯片夹具移动至芯片回收孔的被挡板遮挡的部位中；

使枪头上移而使枪头移出芯片回收孔，此时芯片夹具被挡板阻挡而留在芯片回收孔中。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述芯片回收孔为长孔或腰形孔。

10.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，使枪头平移的步骤包括使枪头沿左右方向移动和/或使枪头沿前后方向移动。

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