CN111575168A - 一种半导体测序装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体测序装置，属于基因测序技术领域。所述半导体测序装置包括：汇流块，其上设置有第一进液口和第一出液口；芯片组件，包括芯片和压设于所述芯片上的压块，所述压块上设置进液通道和出液通道；驱动机构，其输出端连接所述汇流块，所述驱动机构用于驱动所述汇流块靠近所述芯片组件，直至压紧所述压块，以使所述汇流块的所述第一出液口和所述压块的所述进液通道相连通、所述汇流块的所述第一进液口与所述压块的所述出液通道相连通；所述第一进液口与所述出液通道之间、所述第一出液口与所述进液通道之间各设置一个第一密封件。本发明通过设置第一密封件实现汇流块与压块之间的良好的密封。

Description

一种半导体测序装置

技术领域

本发明涉及基因测序技术领域，尤其涉及一种半导体测序装置。

背景技术

随着基因测序技术的发展，采用半导体技术完成测序成为了新的研究方向。区别于传统的采用光学原理进行测序，半导体芯片的微孔中固定有DNA链，随着碱基的掺入，在聚合酶的作用下，测序引物发生延伸，并释放出氢离子，通过对氢离子的检测实现对待测序列上碱基的实时判读，使测序过程更简单、快捷和低成本。

现有的半导体测序过程仍需要在测序平台上人工上样至芯片，不仅测序效率低、上样量精度差，测试时芯片的进液处和出液处的密封性也较差，导致试剂不能有效地流入芯片的微孔内完成测试，清洗液不能对芯片实现充分清洗或废液不能从芯片处及时排出，进而发生液体之间的相互掺杂，影响最终检测结果的准确性。

因此，亟待提供一种半导体测序装置解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体测序装置，能够实现上样的自动化、精准化操作，同时对芯片的进液处和出液处进行充分密封，保证液体能有效进出芯片内，获得准确的检测结果。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

一种半导体测序装置，包括：

汇流块，其上设置有第一进液口和第一出液口；

芯片组件，包括芯片和压设于所述芯片上的压块，所述压块上设置进液通道和出液通道；

驱动机构，其输出端连接所述汇流块，所述驱动机构用于驱动所述汇流块靠近所述芯片组件，直至压紧所述压块，以使所述汇流块的所述第一出液口和所述压块的所述进液通道相连通、所述汇流块的所述第一进液口与所述压块的所述出液通道相连通，进而液体能够在所述芯片与所述汇流块之间流动；

所述第一进液口与所述出液通道之间、所述第一出液口与所述进液通道之间各设置一个第一密封件。

作为优选，所述压块上设置两个第一密封槽，两个所述第一密封件各设于一个所述第一密封槽内；

所述进液通道和所述出液通道均贯穿所述压块以在相应的所述第一密封槽的槽底形成第二进液口和第二出液口。

作为优选，所述驱动机构包括机架、设于所述机架上驱动电机和丝杆螺母副；所述丝杆螺母副的丝杆连接于所述驱动电机的输出端，所述丝杆螺母副的螺母与所述汇流块通过第一连接架连接。

作为优选，所述半导体测序装置还包括位置检测机构，所述位置检测机构包括对射式光电开关和遮光板，所述对射式光电开关和所述遮光板的其中一个设置在所述机架上，另一个设置在所述第一连接架上，所述遮光板相对运动至所述对射式光电开关的发射端和接收端之间时，触发所述对射式光电开关产生信号。

作为优选，所述半导体测序装置还包括导向机构，所述导向机构包括设于所述机架上的导向孔和设于所述汇流块上的导向杆，所述导向杆滑动设于所述导向孔中，所述导向孔和所述导向杆的轴线方向均与所述驱动机构的驱动方向相一致。

作为优选，所述导向杆与所述导向孔之间通过轴承结构连接，所述轴承结构包括设于所述导向孔内的轴承座和设于所述轴承座内的轴承，所述导向杆由上至下穿过所述轴承。

作为优选，所述导向杆的顶部设置限位板，所述限位板能够与所述轴承座相抵接，进而限制所述导向杆的位移。

作为优选，所述芯片组件还包括芯片座，所述芯片座上依次连通的第一凹槽和第二凹槽，所述芯片设于所述第二凹槽内；所述芯片与所述压块之间设置第二密封件；

所述压块包括压块主体和凸出所述压块主体设置的延伸体，所述压块主体位于所述第一凹槽内，所述延伸体至伸入至所述第二凹槽内；所述延伸体的底面上设置第二密封槽，所述第二密封件设于所述第二密封槽内。

作为优选，所述第二凹槽的侧壁上设置限位台阶，所述延伸体能够与所述限位台阶相抵接，以限制所述压块的下压距离。

作为优选，所述芯片组件还包括设于所述芯片座底部的电路板，所述芯片设于与所述电路板接触连接，所述电路板与所述芯片座之间设置第三密封件。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

通过驱动机构驱动汇流块向芯片组件靠近，并通过汇流块的第一出液口与压块的进液通道的连通，汇流块的第一进液口与压块的出液通道之间的连通，实现液体在汇流块和芯片之间的流动，有助于实现上样过程的自动化、精准化操作，提高测试效率；同时在第一进液口与出液通道之间、第一出液口与进液通道之间各设置一个第一密封件，使得汇流块在压设压块的时候，能够压紧第一密封件，实现汇流块与压块之间的良好的密封，保证液体能够有效进出芯片，且不会泄露发生液体之间的相互掺杂，保证测试结果的准确性。

附图说明

图1为本发明实施例中一种半导体测序装置的整体示意图；

图2为本发明实施例中一种半导体测序装置的后视图；

图3为本发明实施例中一种半导体测序装置的分解示意图；

图4为本发明实施例中一种汇流块的结构示意图；

图5为本发明实施例中芯片组件的分解示意图；

图6为本发明实施例中芯片组件的第一截面示意图；

图7为本发明实施例中压块在第一视角下的结构示意图；

图8为本发明实施例中压块在第一视角下的结构示意图；

图9为本发明实施例中芯片座的结构示意图；

图10为本发明实施例中芯片组件的第二截面示意图。

附图标记：

100-半导体测序装置；

10-汇流块；20-芯片组件；30-驱动机构；40-第一密封件；

a-进液通道；b-出液通道；

11-第一进液口；12-第一出液口；13-接口；14-管接头；15-导向杆；16-第三连接架；21-芯片；22-压块；23-芯片座；24-电路板；25-第二密封件；26-第三密封件；27-电极；28-探针；31-机架；32-驱动电机；33-丝杆；34-螺母；35-第一连接架；

151-限位板；221-第二进液口；222-第二出液口；223-压块主体；224-延伸体；231-第一凹槽；232-第二凹槽；233-第三密封槽；234-第二通孔；311-导向孔；312-轴承结构；313-对射式光电开关；314-第二连接架；351-遮光板；

2231-第一密封槽；2232-第一通孔；2233-容纳孔；2241-第二密封槽；2321-限位台阶；3121-轴承座；3122-轴承。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参考图1-3，本实施例在于提供一种半导体测序装置，具体包括：

汇流块10，参考图4，其上设置有第一进液口11和第一出液口12；

芯片组件20，参考图5、图6和图8，包括芯片21和压设于芯片21上的压块22，压块22上设置进液通道a和出液通道b；

驱动机构30，参考图1，其输出端连接汇流块10，驱动机构30用于驱动汇流块10靠近芯片组件20，直至压紧压块22，以使汇流块10的第一出液口12和压块22的进液通道a相连通、汇流块10的第一进液口11与压块22的出液通道b相连通，进而液体能够在芯片21与汇流块10之间流动；

第一进液口11与出液通道b之间、第一出液口12与进液通道a之间各设置一个第一密封件40。

本实施例所提供的半导体测序装置100通过驱动汇流块10向芯片组件20靠近，并通过第一出液口12与进液通道a的连通，第一进液口11与出液通道b之间的连通，实现液体在汇流块10和芯片21之间的流动，有助于实现上样过程的自动化、精准化操作，提高测试效率；同时在第一进液口11与出液通道b之间、第一出液口12与进液通道a之间各设置一个第一密封件40，使得汇流块10在压设压块22的时候，能够压紧第一密封件40，实现汇流块10与压块22之间的良好的密封，保证液体能够有效进出芯片21，且不会泄露发生液体之间的相互掺杂，保证测试结果的准确性。

参考图3和图4，汇流块10的侧壁上还设置有多个接口13，接口13与第一进液口11及第一出液口12之间通过液路连通，每个接口13均设置有管接头14及相应的阀门，以使试剂或清洗液精准地由相应的接口13流入汇流块10、再通过第一出液口12流至芯片21，或将芯片21上的废液由第一进液口11流入汇流块10、并从相应的接口13流至废液收集容器内。可选地，汇流块10的侧壁上设置有10个接口13。

具体地，驱动机构30用于驱动汇流块10沿第一方向靠近或远离芯片组件20。可选地，第一方向为竖直方向，则第一进液口11和第一出液口12设于汇流块10的底面上；参考图6和图8，进液通道a和出液通道b沿竖直方向贯穿压块22，以使液体能够由汇流块10流入芯片21。进一步地，参考图7，进液通道a在压块22的顶面上形成有第二进液口221，出液通道b在压块22的顶面上形成有第二出液口222。

参考图1-3，驱动机构30包括机架31和设于机架31上驱动电机32，驱动电机32与汇流块10之间通过丝杆螺母副连接，以实现汇流块10沿第一方向的驱动；具体地，丝杆螺母副的丝杆33连接于驱动电机32的输出端，丝杆螺母副的螺母34与汇流块10连接，驱动电机32驱动丝杆33转动，在丝杆33与螺母34的螺纹配合下，驱动电机32的转动力矩转化为汇流块10的直线运动。可选地，汇流块10与螺母34之间通过第一连接架35连接，螺母34设于第一连接架35的顶部，汇流块10设于第一连接架35的底部，汇流块10跟随第一连接架35一同完成线性移动。当然在一些其他的实施例中，驱动机构30可选择直线气缸、直线电机等其他线性驱动件，只要能够实现汇流块10的线性移动即可；丝杆螺母副的传递效率高、定位精度和重复定位精度高，使用寿命还长，因此本实施例中采用丝杆螺母副则能够实现汇流块10线性移动的精确控制，且还能保证汇流块10运动的重复性好，进而每次压设时的压力一致。可选地，机架31呈倒U型结构，包括顶板和设于顶板沿第二方向两端的侧板，驱动电机32设于机架31的顶板上。第一方向与第二方向相互垂直，第二方向为水平方向。

进一步地，半导体测序装置100还包括位置检测机构，用于检测汇流块10的运动位置。可选地，参考图2和图3，位置检测机构包括对射式光电开关313和遮光板351，二者的其中一个设置在机架31上，另一个设置在第一连接架35上，当遮光板351能够相对运动至对射式光电开关313的发射端和接收端之间时，能够触发对射式光电开关313产生信号，进而方便系统获知汇流块10的运动位置。本实施例中，对射式光电开关313通过第二连接架314设于机架31的顶板上，遮光板351设于第一连接架35上。具体实施时，位置检测机构可设置有两个，分别用于检测汇流块10的上行方向和下行方向上的极限位置，避免发生过度偏移。

半导体测序装置100还包括导向机构，用于实现汇流块10沿第一方向移动的精准性。可选地，仍然参考图2和图3，导向机构包括设于机架31上的导向孔311和设于汇流块10上的导向杆15，导向杆15滑动设于导向孔311中，导向孔311和导向杆15的轴线方向均与第一方向相一致，使得汇流块10在移动过程中能够保证沿第一方向移动。进一步地，导向机构沿第二方向设置两个，且相对于驱动电机32对称分布，以实现汇流块10的均匀导向。进一步地，汇流块10上设置第三连接架16，两个导向机构的导向杆15同时连接于第三连接架16上，保证了汇流块10移动的一致性。可选地，导向杆15与导向孔311之间通过轴承结构312连接，以减小导向杆15沿竖直方向移动的阻力，保证汇流块10顺利地滑动；可选地，轴承结构312包括设于导向孔311内的轴承座3121和设于轴承座3121内的轴承3122，导向杆15由上至下穿过轴承3122。参考图2，为了避免导向杆15脱离导向孔311，在导向杆15的顶部设置限位板151，限位板151能够与轴承座3121相抵接，以限制导向杆15的下行位移。

进一步地，参考图7，压块22的顶部设置第一密封槽2231，第一密封件40设于第一密封槽2231内，以保证第一密封件40的稳固放置不偏移，进而保证相应的密封效果。本实施例中，第一密封槽2231设置有两个，两个密封件各设于一个第一密封槽2231内；上述第二进液口221和第二出液口222形成于相应的第一密封槽2231的槽底。

参考图5、图6和图9，芯片组件20还包括芯片座23，芯片座23上设置由上至下依次连通的第一凹槽231和第二凹槽232，芯片21设于第二凹槽232内，压块22设于第一凹槽231内；进一步地，芯片21与压块22之间设置第二密封件25，压块22压设时能够进一步压紧第二密封件25，保证了流至芯片21上的液体不会由芯片21与压块22之间的间隙漏出，能够有效到达芯片21的检测区域。可选地，参考图6和图8，压块22的底面设置第二密封槽2241，第二密封件25设于第二密封槽2241内，有利于第二密封件25的稳定放置。进一步地，压块22包括压块主体223和凸出压块主体223设置的延伸体224，压块主体223位于第一凹槽231内，延伸体224至伸入至第二凹槽232内，以使压块22尽可能地接近芯片21，减小芯片21与压块22之间的间隙，避免液体的泄漏。具体地，参考图7，第一密封槽2231设于压块主体223的顶部。第二密封槽2241设于延伸体224的底面上。进一步地，参考图6和图9，第二凹槽232的侧壁上设置限位台阶2321，压块22的延伸体224能够与限位台阶2321抵接，进而限制压块22的下压距离，避免压块22下压力过大，对芯片21造成压损；当压块22与限位台阶2321抵接时，就说明压块22运行到位，密封件能够充分挤压，满足密封要求。

继续参考图5、图6，芯片组件20还包括设于芯片座23底部的电路板24，芯片21设于第二凹槽232内，并与电路板24接触连接。芯片组件20还包括电极27和探针28，电极27设于芯片21上，用于向芯片21的微孔中溶液提供电压，探针28连接电路板24和外部电气元件，为芯片21供电，并传递电信号。进一步地，参考图10，压块22上设置第一通孔2232，电极27由第一通孔2232伸出至外界；参考图5、图8,和图10，芯片座23上设置第二通孔234，压块22上设置容纳孔2233，容纳孔2233与第一通孔2232相连通，探针28由第二通孔234伸入容纳孔2233内，进而也由第一通孔2232伸出至外界；可选地，电极27为L型结构，则第一通孔2232为L型结构，以使第一通孔2232不与压块22的进液通道a和出液通道b相干涉。

进一步地，参考图5和图6，电路板24与芯片座23之间设置第三密封件26，进一步提高对芯片21的密封，避免液体由芯片21底部泄漏或其他地方的液体由芯片座23底部进入芯片21。可选地，芯片座23的底部设置第三密封槽233，第三密封件26设于第三密封槽233内。

本实施例中，第一密封件40、第二密封件25及第三密封件26均可选为密封圈，且采用具有弹性的材料制造，以更好的实现密封作用。进一步地，本实施例中的半导体测序装置100还包括仪器主体，驱动机构30的机架31、芯片组件20的芯片座23均固定于仪器主体上，有助于实现半导体测序装置100的集成化、自动化操作。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种半导体测序装置，其特征在于，包括：

汇流块(10)，其上设置有第一进液口(11)和第一出液口(12)；

芯片组件(20)，包括芯片(21)和压设于所述芯片(21)上的压块(22)，所述压块(22)上设置进液通道(a)和出液通道(b)；

驱动机构(30)，其输出端连接所述汇流块(10)，所述驱动机构(30)用于驱动所述汇流块(10)靠近所述芯片组件(20)，直至压紧所述压块(22)，以使所述汇流块(10)的所述第一出液口(12)和所述压块(22)的所述进液通道(a)相连通、所述汇流块(10)的所述第一进液口(11)与所述压块(22)的所述出液通道(b)相连通，进而液体能够在所述芯片(21)与所述汇流块(10)之间流动；

所述第一进液口(11)与所述出液通道(b)之间、所述第一出液口(12)与所述进液通道(a)之间各设置一个第一密封件(40)。

2.根据权利要求1所述的半导体测序装置，其特征在于，所述压块(22)上设置两个第一密封槽(2231)，两个所述第一密封件(40)各设于一个所述第一密封槽(2231)内；

所述进液通道(a)和所述出液通道(b)均贯穿所述压块(22)以在相应的所述第一密封槽(2231)的槽底形成第二进液口(221)和第二出液口(222)。

3.根据权利要求1所述的半导体测序装置，其特征在于，所述驱动机构(30)包括机架(31)、设于所述机架(31)上驱动电机(32)和丝杆螺母副；所述丝杆螺母副的丝杆(33)连接于所述驱动电机(32)的输出端，所述丝杆螺母副的螺母(34)与所述汇流块(10)通过第一连接架(35)连接。

4.根据权利要求3所述的半导体测序装置，其特征在于，所述半导体测序装置还包括位置检测机构，所述位置检测机构包括对射式光电开关(314)和遮光板(351)，所述对射式光电开关(314)和所述遮光板(351)的其中一个设置在所述机架(31)上，另一个设置在所述第一连接架(35)上，所述遮光板(351)相对运动至所述对射式光电开关(314)的发射端和接收端之间时，触发所述对射式光电开关(314)产生信号。

5.根据权利要求3所述的半导体测序装置，其特征在于，所述半导体测序装置还包括导向机构，所述导向机构包括设于所述机架(31)上的导向孔(311)和设于所述汇流块(10)上的导向杆(15)，所述导向杆(15)滑动设于所述导向孔(311)中，所述导向孔(311)和所述导向杆(15)的轴线方向均与所述驱动机构(30)的驱动方向一致。

6.根据权利要求5所述的半导体测序装置，其特征在于，所述导向杆(15)与所述导向孔(311)之间通过轴承结构(312)连接，所述轴承结构(312)包括设于所述导向孔(311)内的轴承座(3121)和设于所述轴承座(3121)内的轴承(3122)，所述导向杆(15)由上至下穿过所述轴承(3122)。

7.根据权利要求6所述的半导体测序装置，其特征在于，所述导向杆(15)的顶部设置限位板(151)，所述限位板(151)能够与所述轴承座(3121)相抵接，进而限制所述导向杆(15)的位移。

8.根据权利要求1所述的半导体测序装置，其特征在于，所述芯片组件(20)还包括芯片座(23)，所述芯片座(23)上依次连通的第一凹槽(231)和第二凹槽(232)，所述芯片(21)设于所述第二凹槽(232)内；所述芯片(21)与所述压块(22)之间设置第二密封件(25)；

所述压块(22)包括压块主体(223)和凸出所述压块主体(223)设置的延伸体(224)，所述压块主体(223)位于所述第一凹槽(231)内，所述延伸体(224)至伸入至所述第二凹槽(232)内；所述延伸体(224)的底面上设置第二密封槽(2241)，所述第二密封件(25)设于所述第二密封槽(2241)内。

9.根据权利要求8所述的半导体测序装置，其特征在于，所述第二凹槽(232)的侧壁上设置限位台阶(2321)，所述延伸体(224)能够与所述限位台阶(2321)相抵接，以限制所述压块(22)的下压距离。

10.根据权利要求8所述的半导体测序装置，其特征在于，所述芯片组件(20)还包括设于所述芯片座(23)底部的电路板(24)，所述芯片(21)与所述电路板(24)接触连接，所述电路板(24)与所述芯片座(23)之间设置第三密封件(26)。

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