CN111909841A - 一种变温离心装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变温离心装置，包括：电机，经配置以提供动力；托盘，其与所述电机耦接，并配置以容纳芯片；以及温控组件，其设置于所述电机与所述托盘之间，并配置以改变芯片温度；其中，所述温控组件可升降地靠近或远离所述托盘。本申请的变温离心装置，使高速离心与控制温度不能同时进行，并且可以对离心式芯片进行变温扩增，使核酸检测的特异性更好、引物设计更简单、试剂的专利壁垒更少。

Description

一种变温离心装置

技术领域

本发明涉及核酸扩增领域，特别地涉及一种变温离心装置。

背景技术

微流控芯片技术实现从样品处理到检测的微型化、自动化、集成化及便携化，具有强大的发展活力，并在即时检验领域(POCT)有美好的应用前景。分子诊断技术由于具有灵敏度高、特异性强、窗口期短等特点，逐渐成为临床诊断的“金标准”。将分子诊断精准检测的优势和微流控反应集成化的特点相结合，是未来体外诊断发展的主流趋势，目前已展现出强劲的势头和广阔发展前景。

基于核酸扩增技术的分子诊断是通过引物介导特异性扩增目的基因以检测目的基因的存在与否，进而对疾病的诊断和治疗提供信息和依据。其主要的应用场景有疾病的早期诊断、肿瘤的分型、遗传病的诊断、产前筛查等。

核酸扩增技术包括变温扩增技术和恒温扩增技术。相对于恒温扩增，变温扩增的特异性更好、引物设计更简单、试剂的专利壁垒更少。

在变温扩增过程中温控组件必须紧贴固定在芯片表面，升、降温速度才能更快，才能更准确、更快地进行扩增。以往的离心式芯片分析仪的温度控制组件不能进行旋转运动，一方面是由于温度控制组件上面的若干电源线和数据线无法跟随电机轴进行同步转动，另一方面是由于无法实现温度控制组件的加热制冷模块帕尔帖在芯片高速离心时分离、低速检测时贴合的同步运动形式。同时，变温扩增的温控组件比芯片重量大一个数量级甚至更多，以上因素均增加了芯片高速离心驱动流体时的操作不稳定性和危险性。所以由于现有技术条件的限制，目前的市面上离心驱动式芯片的PCR扩增多采用恒温扩增方式，很少有采用变温扩增方式。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种变温离心装置，包括：电机，经配置以提供动力；托盘，其与所述电机耦接，并配置以容纳芯片；以及温控组件，其设置于所述电机与所述托盘之间，并配置以改变芯片温度；其中，所述温控组件可升降地靠近或远离所述托盘。

如上所述的变温离心装置，其中，所述托盘包括侧壁和底托，所述侧壁设置在所述底托上，所述底托进一步包括一个或多个凹槽，其设置于所述底托下表面，并配置以容纳所述温控组件的一个或多个加热面。

如上所述的变温离心装置，其中，所述凹槽贯穿所述底托。

如上所述的变温离心装置，其中所述温控组件为帕尔贴组件、加热膜、电阻丝等中的一种或者多种。

如上所述的变温离心装置，进一步包括：升降结构，其与所述温控组件连接，经配置以控制所述温控组件升降。

如上所述的变温离心装置，其中，所述升降结构包括连接盘和连接件；所述连接杆设置在所述连接盘与所述温控组件之间。

如上所述的变温离心装置，其中，所述连接件为一个或多个第一连接杆；所述一个或多个第一连接杆的第一端与所述连接盘连接，所述一个或多个第一连接杆的第二端与所述温控组件连接。

如上所述的变温离心装置，其中，所述温控组件包括一个多个第二连接杆；所述一个或多个第二连接杆的第一端固定，所述一个或多个第二连接杆的第二端与所述第一连接杆可转动连接；其中，随着所述第二连接杆的向上或向下转动，所述温控组件上升或下降。

如上所述的变温离心装置，进一步包括控制组件，配置以控制所述连接盘升降，从而控制所述温控组件的升降。

如上所述的变温离心装置，其中，所述控制组件为一组或多组电磁铁。

如上所述的变温离心装置，其中，所述连接盘包括凹槽，与所述托盘的旋转轴处包括凸起，当所述温控组件上升靠近所述托盘时，所述旋转轴的凸起嵌入所述凹槽中。

如上所述的变温离心装置，其中，所述连接盘包括上层和下层，所述一个或多个第一连接杆与所述连接盘上层连接，所述控制组件连接与所述连接盘下层连接。

如上所述的变温离心装置，其中，所述控制组件为气缸、液压缸、齿轮齿条、蜗轮蜗杆、滚珠丝杠。

如上所述的变温离心装置，进一步包括：电机座，所述旋转轴穿过所述电机座，并与所示电机固定连接，配置与固定所述电机。

如上所述的变温离心装置，进一步包括所述支撑台，所述旋转轴穿过所述电机座，并与所述电机座连接，配置以稳定所述托盘旋转作用力。

本申请的变温离心装置，使高速离心与控制温度不能同时进行，并且可以对离心式芯片进行变温扩增，使核酸检测的特异性更好、引物设计更简单、试剂的专利壁垒更少

附图说明

下面，将结合附图对本发明的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：

图1A-图1C是根据本发明一个实施例的变温离心装置示意图。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在以下的详细描述中，可以参看作为本申请一部分用来说明本申请的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本申请的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本申请的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本申请的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。

图1A-图1C是根据本发明一个实施例的变温离心装置示意图。如图所示，变温离心装置100包括托盘110、一个或多个温控组件120和电机130。托盘110用于容纳并固定离心式芯片140，其与电机130耦接，电机130可控制托盘110的旋转转速，进而控制固定于托盘110上的离心式芯片140的旋转转速。温控组件120设置于托盘110和电机130之间，其可上升靠近或者下降远离托盘110。根据本申请的一个实施例，当温控组件120上升至紧贴托盘110或者芯片140时，可以控制芯片140的温度。

离心式芯片140中包括多个准备室、反应室等腔室。实验开始前，在准备室中可加入实验所需试剂，不同试剂相互分离。在电机130的带动下，离心式芯片140绕其中心高速旋转，使不同准备室中的试剂进入特定反应室。反应室中的混合试剂在温控组件120的温度调控下，发生特定反应。

根据本申请一个实施例，托盘110用于固定芯片140，其可以包括侧壁101和底托102。其中，底托102用于支撑芯片140，侧壁101一方面可起到保温的作用，另一方面可以用于阻挡芯片140，防止托盘高速转动时，芯片脱离托盘。侧壁101安装于底托102上并且垂直于底托102，有利于固定和容纳芯片。如本领域技术人员所理解，为使对托盘110的描述更加清楚，可进一步定义底托102远离温控组件120的一面为上表面，靠近温控组件120的一面为下表面。

根据本申请一个优选的实施例，托盘侧壁101的形状为圆形。如本领域技术人员所理解，托盘侧壁也可以有其他形状，例如：梅花形等，或者其他关于中心对称的形状也可以应用于本申请技术方案。根据本申请一个实施例，底托102的下表面包括一个或多个凹槽103，其形状可以为“扇面”状，用于容纳温控组件120，便于温控组件120改变芯片的温度。如本领域技术人员所理解，凹槽还可以有其他形状。例如：扇形、圆形、矩形等，或者可以根据温控组件形状的改变而改变。根据本申请一个实施例，凹槽103之间关于中心对称，有利于托盘转动过程中的平衡。根据本申请一个实施例，凹槽103还可以贯穿底托102，可以减轻托盘110的重量，还可以使得温控组件120直接与芯片接触，更好的改变芯片的温度。

根据本发明的一个实施例，底托102中心处有安装孔104，安装孔104可以贯穿底托102，用以容纳旋转轴，以使的得旋转轴旋转时可带动托盘110旋转。根据本申请一个实施例，托盘使用密度均匀的材料制成。根据本申请的一个优选实施例，托盘使用保温材料制成。

根据本发明的一个实施例，安装孔104的形状可以为三角形、四边形等多边形，或者具有梅花形、星星形等不规则的形状，旋转轴的端点通过安装孔104与托盘110的底托连接。根据本发明的一个实施例，旋转轴端点连接托盘110处具有与安装孔104相同的形状及大小，使旋转轴正好可以从安装孔104中穿过，并与托盘110固定。根据本发明的一个实施例，安装孔104外侧沿旋转轴向上具有突起，突起围成的安装突起与安装孔104相同。当然，安装突起并不是必须的。根据本发明的一个实施例，离心式芯片140中心包括一个形状、大小与安装孔相同的孔141，使离心式芯片140可以安装在托盘110上并固定。根据本发明的另一个实施例，不包括安装突起，旋转轴从离心式芯片140的孔141中穿过，或者穿入孔141中。上述形状的安装孔104及与其形状相应的孔141、安装突起及旋转轴端点的设计使得实验过程中托盘110及离心式芯片140与旋转轴同步旋转。

根据本申请一个实施例，温控组件120的形状为扇形，其上升至托盘的凹槽中，用于对芯片进行加热或者冷却。如本领域技术人员所理解，温控组件120还可以有其他形状。例如：“扇面”状、圆形、矩形等。根据本申请一个实施例，当温控组件上升至凹槽后，可以跟随托盘一起转动。根据本申请一个实施例，温控组件可以是帕尔帖、加热膜、电阻丝，红外线等。

根据本申请一个实施例，电机130其与旋转轴连接，用于提供动力，输出扭矩，驱动托盘转动，进而可以控制芯片转动。根据本申请一个实施例，电机130的输出转速可以调节，可以根据芯片不同的状态调节不同的转速。例如：当温控组件上升至托盘凹槽中时，电机控制降低转速，使得托盘低速转动，或者当温控组件离开托盘凹槽时，电机控制提高转速，使得托盘高速转动。根据本申请一个实施例，可升降的变温离心装置100还可以包括电机座131，其设置于电机上，用于容纳固定电机130，便于电机固定、不松动，同时保证电机旋转轴旋转的稳定。其中，电机座131可以将电机固定于其他装置上，或者固定于地面上等，还可以为离心装置其他部件提供基座。例如：旋转轴可以穿过电机座与电机连接。

根据本申请一个实施例，可升降的变温离心装置100还可以包括支撑台150，设置于电机座上，并穿过旋转轴，可以控制升降机构的上升或者下降，也可以用于增加离心装置的配重，以稳定或者缓冲托盘转动过程中的旋转力，还可以为离心装置的其他部件提供支撑位置。根据本申请一个实施例，支撑台150形状为一个圆柱体，旋转轴穿过其中心。根据本发明的另一个实施例，支撑台150为多个半径不同的圆柱体叠加形成，并且多个圆柱体按半径大小排列，沿轴向上呈台阶状，旋转轴穿过其中心。根据本申请一个实施例，支撑台150上表面(即靠近托盘一侧)还可以包括凹槽151，其可以用于容纳离心装置的其他结构，并对其进行保护。根据本申请的一个实施例，凹槽151内设置多个电磁铁。根据本申请一个实施例，支撑台也可以不包括凹槽。根据本申请的一个实施例，支撑台150不随旋转轴旋转，而是固定于电机座131上。

根据本申请一个实施例，可升降的变温离心装置100还可以包括可升降结构160，其与温控组件120连接，用于控制温控组件的升降。根据本申请一个实施例，可升降结构160包括连接盘161、连接件162和多组电磁铁163。其中，连接盘161设置于旋转轴上，可以沿旋转轴轴向移动。根据本发明的一个实施例，连接件162为连接杆。根据本发明的一个实施例,连接件162可以进一步包括第一连接杆和第二连接杆，第一连接杆和第二连接杆可活动连接。第一连接杆与温控组件连接，第二连接杆一端与第一连接杆连接，另一端与旋转轴连接。随着第二连接杆的向上或向下转动，温控组件上升或下降。根据本发明的一个实施例，通过连接盘沿旋转轴的轴向移动，第二连接杆呈聚拢或散开状态，进而控制温控组件的升降；即第二连接杆呈聚拢状态时，温控组件上升，第二连接杆呈散开状态时，温控组件下降。

多组电磁铁163设置于连接盘161的两侧。如图所示，连接盘161的两侧各设置有4组电磁铁，每组电磁铁分别设置于连接盘161和底托下表面上或者连接盘161和支撑台的上表面上，并且每组的电磁铁相对设置。其中，连接盘与底托下表面的电磁铁可以控制温控组件上升，连接盘与支撑台上表面的电磁铁可以控制温控组件下降。

根据本申请一个实施例，底托的下表面和/或支撑台的上表面还可以不包括电磁铁，可以包括与电磁铁相互吸引金属。例如：铁、镍、钴，以及他们的合金等。根据本发明的一个实施例，金属可以为片状。片状金属可以覆盖式安装于底托的下表面和/或支撑台的上表面，可以使得托盘110无论旋转至什么方向或位置均可以准确与连接盘电磁铁相吸，又具有良好的传热/传冷功能，不会影响温控组件120对离心式芯片140的加热或者制冷。同时，由于实验过程中托盘110需高速旋转，片状金属可以减小旋转过程中的阻力。当然，并不是限定底托下表面可以与电磁铁相互吸引金属的形状，也可以为块状等其他适于安装的形状。根据本申请一个实施例，电磁铁或金属还可以安装在电机座上，与连接盘的电磁铁相对应。

根据本申请的一个实施例，旋转轴与连接盘161的连接处可以包括卡接结构。根据本申请的一个实施例，卡接接口可以进一步包括上卡接结构(图中未示出)和下卡接结构171。

根据本申请的一个实施例，上卡接结构可以使得温控组件上升时，可准确进入托盘凹槽中。例如：连接盘的内圆周上包括一个或多个轴向的凹槽，旋转轴上包括一个或多个轴向的凸条，通过凸条与凹槽的配合实现卡接，有利于温控组件跟随托盘进行转动，进而限定温控组件与托盘凹槽的相对位置。同时，通过凹槽带动温控组件运动，以及连接盘辅助温控组件转动，有利于保护升降结构。当然，此处凹槽与凸条只是上卡接结构的一种，并不能限定上卡接结构为凹槽和凸条。

根据本申请的另一个实施例，下卡接结构171可以使得连接盘161下降时，连接盘161与支撑台150紧密贴合。例如，下卡接结构171可以为如图中所示的突起，当连接盘161下降时，突起进入连接盘161的孔中，通过将连接盘161卡在突起上而固定连接盘。根据本申请的一个实施例，连接盘卡在突起上的力度可通过调节电磁铁的电流改变。

根据本发明的一个实施例，托盘底托下表面可以具有以安装孔为圆心的环状凹槽，其大小足以容纳温控组件，使温控组件无论旋转至任何方向，均可准确进入托盘凹槽中。

根据本申请另一个实施例，升降结构还可以是一个或多个液压缸。其中连接盘分为上下两层。其中，上下两层可转动连接，连接杆与连接盘的上层连接，液压缸的一端可以设置在支撑台或者电机座上，另一端与连接盘的下层连接。液压缸可以控制连接盘的升降，进而可以控制温控组件的升降。同时托盘带动温控组件转动时，连接盘的两层结构相互之间可以转动。并不影响托盘的转动。根据本申请其他实施例，可升降结构还可以是气缸、齿轮齿条、滚珠丝杠或者蜗轮蜗杆等。

根据本申请的一个实施例，高速离心时，对支撑台150内电磁铁以及升降结构160下部的电磁铁通电，而对升降结构160上部的电磁铁以及托盘110下部的电磁铁断电，使升降结构160因电磁铁吸引而下降。进而，温控组件120远离托盘110。高速离心时温控组件120、升降结构160以及支撑台150均不旋转，而只有电机130带冻离心式芯片140旋转。

当需要对芯片进行变温控制，或者需要低速检测的时候，首先降低电机转速。对支撑台152内电磁铁以及升降结构160下部的电磁铁断电，而对升降结构160上部的电磁铁以及托盘110下部的电磁铁通电，从而连接盘161脱离突起，升降结构160吸合上行，使温控组件120上升，紧贴芯片140，使温控组件120、升降结构160与托盘110和芯片140一起旋转。

上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本发明公开的范畴。

Claims (15)

1.一种变温离心装置，包括：电机，经配置以提供动力；

托盘，其与所述电机耦接，并配置以容纳芯片；以及

温控组件，其设置于所述电机与所述托盘之间，并配置以改变芯片温度；其中，所述温控组件可升降地靠近或远离所述托盘。

2.根据权利要求1所述的变温离心装置，其中，所述托盘包括侧壁和底托，所述侧壁设置在所述底托上，所述底托进一步包括一个或多个凹槽，其设置于所述底托下表面，并配置以容纳所述温控组件的一个或多个加热面。

3.根据权利要求2所述的变温离心装置，其中，所述凹槽贯穿所述底托。

4.根据权利要求2所述的变温离心装置，其中所述温控组件为帕尔贴组件、加热膜、电阻丝等中的一种或者多种。

5.根据权利要求1所述的变温离心装置，进一步包括：升降结构，其与所述温控组件连接，经配置以控制所述温控组件升降。

6.根据权利要求5所述的变温离心装置，其中，所述升降结构包括连接盘和连接件；所述连接杆设置在所述连接盘与所述温控组件之间。

7.根据权利要求6所述的变温离心装置，其中，所述连接件为一个或多个第一连接杆；所述一个或多个第一连接杆的第一端与所述连接盘连接，所述一个或多个第一连接杆的第二端与所述温控组件连接。

8.根据权利要求6所述的变温离心装置，其中，所述温控组件包括一个或多个第二连接杆；所述一个或多个第二连接杆的第一端固定，所述一个或多个第二连接杆的第二端与所述第一连接杆可转动连接；其中，随着所述第二连接杆的向上或向下转动，所述温控组件上升或下降。

9.根据权利要求6所述的变温离心装置，进一步包括控制组件，配置以控制所述连接盘升降，从而控制所述温控组件的升降。

10.根据权利要求9所述的变温离心装置，其中，所述控制组件为一组或多组电磁铁。

11.根据权利要求9所述的变温离心装置，其中，所述连接盘包括凹槽，与所述托盘的旋转轴处包括凸起，当所述温控组件上升靠近所述托盘时，所述旋转轴的凸起嵌入所述凹槽中。

12.根据权利要求10所述的变温离心装置，其中，所述连接盘包括上层和下层，所述一个或多个第一连接杆与所述连接盘上层连接，所述控制组件连接与所述连接盘下层连接。

13.根据权利要求12所述的变温离心装置，其中，所述控制组件为气缸、液压缸、齿轮齿条、蜗轮蜗杆、滚珠丝杠。

14.根据权利要求2所述的变温离心装置，进一步包括：电机座，所述旋转轴穿过所述电机座，并与所示电机固定连接，配置与固定所述电机。

15.根据权利要求3所述的变温离心装置，进一步包括所述支撑台，所述旋转轴穿过所述电机座，并与所述电机座连接，配置以稳定所述托盘旋转作用力。

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