CN111321058B - 一种微流体芯片光学定位码盘、装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微流体芯片光学定位码盘、装置及方法，所述码盘的外轮廓横截面为圆形，其周围具有N个均匀布置的透光口，其中，1号透光口的长度相较于2号～N号透光口的长度更长。所述装置包括码盘，以及定位销、转轴、电机、内部光电开关和外部光电开关；所述转轴上设置有定位面；所述电机与转轴的一端固定连接；所述转轴的另一端穿过码盘的横截面中心，在使用时通过在微流体芯片的定位缺口处设置定位销与定位面配合进行定位；所述内部光电开关和外部光电开关用于识别码盘上的透光口。本发明采用光学识别进行微流体芯片定位，降低了对电机运行转速平稳性要求，使得测量数据更加准确可靠。

Description

一种微流体芯片光学定位码盘、装置及方法
技术领域
本发明涉及微流体芯片定位技术领域，尤其是一种微流体芯片光学定位码盘、装置及方法。
背景技术
核酸分析在生命科学、医学、食品安全、环境监测等领域广泛使用。本方法使用的是一种微流体芯片检测技术，将样品制备、生化反应和分析检测等不连续过程集成在一张微流体芯片中，实现从样品反应到结果检测的整体微型化、自动化、集成化与便携化。如何正确、有效的采集到核酸扩增过程中荧光信号数据，成为核酸分析的关键因素。
如图1所示，微流体芯片由N个(常见的微流体芯片中N＝24)反应池组成，每个反应池有对应的序号，微流体芯片内圈的定位缺口对应的是1号反应池；采集到的荧光数据需与其对应；如图2所示，现有的对应方法是使用一个矩形透光口的遮光片，通过这个透光口定位，在旋转起始位置时光斑位于1号反应池和24号反应池之间；即检测从1号～24号反应池依次进行。
此方法对步进电机转速稳定性要求较高，因为电机转速变化会影响数据分布，和所需测量点位偏移，影响荧光数据的准确性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种微流体芯片光学定位码盘、装置及方法。
本发明提供的一种微流体芯片光学定位码盘，所述码盘的外轮廓横截面为圆形，其周围具有N个均匀布置的透光口，其中，1号透光口的长度相较于2号～N号透光口的长度更长，用于对应微流体芯片的1号反应池，其余2号～N号透光口的位置依次对应微流体芯片的2号～N号反应池。
在一个实施例中，所述透光口的宽度采用如下计算公式：
L≤d1*d2/d3
其中，d1为微流体芯片的反应池的直径；d2为码盘直径；d3表示各反应池在微流体芯片上且与微流体芯片同圆心的圆弧的直径。
本发明还提供一种微流体芯片光学定位装置，包括所述码盘，以及定位销、转轴、电机、内部光电开关和外部光电开关；所述转轴上设置有定位面；
所述电机与转轴的一端固定连接；所述转轴的另一端穿过码盘的横截面中心，在使用时通过在微流体芯片的定位缺口处设置定位销与所述定位面配合进行定位；所述内部光电开关和外部光电开关用于识别码盘上的透光口。
在一个实施例中，所述码盘与转轴一体成型。
本发明还提供一种微流体芯片光学定位方法，采用所述微流体芯片光学定位装置对微流体芯片进行光学定位，包括：
步骤1，通过转轴上的定位面和定位销的角度关系使码盘的透光口与微流体芯片的反应池一一对应；
步骤2，安装内部光电开关和外部光电开关，使内部光电开关能识别出1号反应池对应的1号透光口，外部光电开关能识别出2号～N号反应池对应的2号～N号透光口；
步骤3，启动电机，使码盘和微流体芯片同步旋转，进行数据采集。
在一个实施例中，步骤3中进行数据采集的过程为：所述内部光电开关和外部光电开关检测到码盘的透光口时产生一个上升沿和一个下降沿；从1号反应池开始，遇到反应池对应的透光口的上升沿时开始采样数据，遇到反应池对应的透光口的下降沿时停止采样数据。
在一个实施例中，对采集的数据进行处理的方法为：将每个采样的前端和后端，各去掉占总采样个数的一个阈值，从剩余的数据中取中位值，以此类推，可以得到每个反应池的中位值A1、A2、……、A24，将这24个数据作为24个反应池此刻的有效数据。
在一个实施例中，将同一个反应池不同时刻的数据按时间顺序排序，以此形成扩增曲线。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明采用光学识别进行微流体芯片定位，降低了对电机运行转速平稳性要求，使得测量数据更加准确可靠。
2、电机安装调试方便简单，可以缩短组装调试时间，节约人工成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为微流体芯片的结构示意图。
图2传统的微流体芯片连续采集定位示意图。
图3为本发明的微流体芯片光学定位码盘的结构示意图。
图4为本发明的码盘上透光口与微流体芯片的反应池对应关系图。
图5为本发明的微流体芯片光学定位装置结构示意图。
图6为本发明采用码盘的微流体芯片连续采集定位示意图。
图7为采用本发明的微流体芯片光学定位方法进行数据采集的示意图。
附图标记：100-微流体芯片、101-反应池、102-定位缺口、200-码盘、201-透光口、301-激发光路、302-接收光路系统物镜、303-遮光片、304-光斑、400-转轴、401-定位面、500-定位销。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例以N＝24，即具有24个反应池的微流体芯片为例进行说明，如图3-4所示，一种微流体芯片光学定位码盘200，所述码盘200的外轮廓横截面为圆形，其周围具有24个均匀布置的透光口201，其中，1号透光口的长度相较于2号～24号透光口的长度更长，用于对应微流体芯片100的1号反应池，其余2号～24号透光口的位置依次对应微流体芯片100的2号～24号反应池。
在一个实施例中，所述透光口201的宽度采用如下计算公式：
L≤d1*d2/d3
其中，d1为微流体芯片100的反应池101的直径；d2为码盘直径；d3表示各反应池101在微流体芯片100上且与微流体芯片100同圆心的圆弧的直径。常见的微流体芯片100中，反应池101的直径d1＝3mm，各反应池101在微流体芯片100上且与微流体芯片100同圆心的圆弧的直径d3＝50mm；假设码盘的直径d2＝30mm，则所述透光口201的宽度为
Figure BDA0002402270800000051
由此，L＝1.8mm可使得检测数据覆盖整个反应池101。
如图5-6所示，一种微流体芯片光学定位装置，包括所述码盘200，以及定位销500、转轴400、电机、内部光电开关和外部光电开关；所述转轴400上设置有定位面401；
所述电机与转轴400的一端固定连接；所述转轴400的另一端穿过码盘200的横截面中心，在使用时通过在微流体芯片100的定位缺口102处设置定位销500与所述定位面401配合进行定位；所述内部光电开关和外部光电开关用于识别码盘200上的透光口201。
在一个实施例中，所述码盘200与转轴400一体成型。
在一个实施例中，一种微流体芯片光学定位方法，采用所述微流体芯片光学定位装置对微流体芯片100进行光学定位，包括：
步骤1，通过转轴400上的定位面401和定位销500的角度关系使码盘200的透光口201与微流体芯片100的反应池101一一对应；需要注意的是，码盘200与微流体芯片100的横截面平行。
步骤2，安装内部光电开关和外部光电开关，使内部光电开关能识别出1号反应池对应的1号透光口，外部光电开关能识别出2号～24号反应池对应的2号～24号透光口；
步骤3，启动电机，使码盘200和微流体芯片100同步旋转，进行数据采集。
在一个实施例中，如图7所示，步骤3中进行数据采集的过程为：所述内部光电开关和外部光电开关检测到码盘200的透光口201时产生一个上升沿和一个下降沿(即，当码盘由非透光口进入透光口位置时产生一个上升沿，由透光口进入非透光口位置时产生一个下降沿)；从1号反应池开始，遇到反应池101对应的透光口201的上升沿时开始采样数据，遇到反应池101对应的透光口201的下降沿时停止采样数据。
在一个实施例中，对采集的数据进行处理的方法为：将每个采样的前端和后端，各去掉占总采样个数的一个阈值(该阈值可以为5％、10％，或者根据实际需求设置为其他值)，从剩余的数据中取中位值，以此类推，可以得到每个反应池101的中位值A1、A2、……、A24，将这24个数据作为24个反应池101此刻的有效数据。
在一个实施例中，将同一个反应池101不同时刻的数据按时间顺序排序，以此形成扩增曲线。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种微流体芯片光学定位码盘，其特征在于，所述码盘(200)的外轮廓横截面为圆形，其周围具有N个均匀布置的透光口(201)，其中，1号透光口的长度相较于2号～N号透光口的长度更长，用于对应微流体芯片(100)的1号反应池，其余2号～N号透光口的位置依次对应微流体芯片(100)的2号～N号反应池；
所述透光口(201)的宽度采用如下计算公式：
L≤d1*d2/d3
其中，d1为微流体芯片(100)的反应池(101)的直径；d2为码盘直径；d3表示各反应池(101)在微流体芯片(100)上且与微流体芯片(100)同圆心的圆弧的直径。
2.一种微流体芯片光学定位装置，其特征在于，包括如权利要求1所述的码盘(200)，以及定位销(500)、转轴(400)、电机、内部光电开关和外部光电开关；所述转轴(400)上设置有定位面(401)；
所述电机与转轴(400)的一端固定连接；所述转轴(400)的另一端穿过码盘(200)的横截面中心，在使用时通过在微流体芯片(100)的定位缺口(102)处设置定位销(500)与所述定位面(401)配合进行定位；所述内部光电开关和外部光电开关用于识别码盘(200)上的透光口(201)。
3.根据权利要求2所述的微流体芯片光学定位装置，其特征在于，所述码盘(200)与转轴(400)一体成型。
4.一种微流体芯片光学定位方法，其特征在于，采用如权利要求2-3任一项所述的微流体芯片光学定位装置对微流体芯片(100)进行光学定位，包括：
步骤1，通过转轴(400)上的定位面(401)和定位销(500)的角度关系使码盘(200)的透光口(201)与微流体芯片(100)的反应池(101)一一对应；
步骤2，安装内部光电开关和外部光电开关，使内部光电开关能识别出1号反应池对应的1号透光口，外部光电开关能识别出2号～N号反应池对应的2号～N号透光口；
步骤3，启动电机，使码盘(200)和微流体芯片(100)同步旋转，进行数据采集。
5.根据权利要求4所述的微流体芯片光学定位方法，其特征在于，步骤3中进行数据采集的过程为：所述内部光电开关和外部光电开关检测到码盘(200)的透光口(201)时产生一个上升沿和一个下降沿；从1号反应池(101)开始，遇到反应池(101)对应的透光口(201)的上升沿时开始采样数据，遇到反应池(101)对应的透光口(201)的下降沿时停止采样数据。
6.根据权利要求5所述的微流体芯片光学定位方法，其特征在于，对采集的数据进行处理的方法为：将每个采样的前端和后端，各去掉占总采样个数的一个阈值，从剩余的数据中取中位值，以此类推，可以得到每个反应池(101)的中位值A1、A2、……、AN，将这N个数据作为N个反应池(101)此刻的有效数据。
7.根据权利要求6所述的微流体芯片光学定位方法，其特征在于，将同一个反应池(101)不同时刻的数据按时间顺序排序，以此形成扩增曲线。
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