CN112391275A - 微液滴芯片压接装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微液滴芯片压接装置，包括底座板，所述底座板上设有相对间隔设置的第一支撑板及第二支撑板，还包括滑动施力板、直线位移驱动装置，所述滑动施力板的两端分别一一对应地与所述第一支撑板以及所述第二支撑板滑动连接，所述滑动施力板与所述底座板之间形成芯片及反应管装配组件的放置空间，所述直线位移驱动装置用于驱动所述滑动施力板朝向或者远离所述底座板直线运动。本发明能够自动化的将芯片与反应管管盖刺破并压接，提高了检测工作效率。
Description
技术领域
本发明属于数字PCR分析仪技术领域，具体涉及一种微液滴芯片压接装置。
背景技术
数字PCR是最新的定量技术，基于单分子PCR方法来进行计数的核酸定量，是一种绝对定量的方法。其主要采用当前分析化学热门研究领域的微流控或微滴化方法，将大量稀释后的核酸溶液分散至芯片的微反应器或微滴中，每个反应器的核酸模板数少于或者等于1个。这样经过PCR循环之后，有一个核酸分子模板的反应器就会给出荧光信号，没有模板的反应器就没有荧光信号。根据相对比例和反应器的体积，就可以推算出原始溶液的核酸浓度。盛放经过PCR扩增的微液滴体系的八连排管及微流控芯片是一次性用品，为了防止扩增的DNA溶液污染操作室，需要将芯片完成对八连排管管盖的刺穿，以使其中的微液滴进入芯片中的沟道内，进行进一步的分析。刺穿后需要有足够的压力保证芯片上沟道孔的密封型，在对芯片中的微液滴进行分析时还需将物镜与芯片的距离调整到最佳数值，便于物镜的对焦，以得到最佳图像，以完成分析。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种微液滴芯片压接装置，能够自动化的将芯片与反应管管盖刺破并压接，提高了检测工作效率。
为了解决上述问题，本发明提供一种微液滴芯片压接装置，包括底座板，所述底座板上设有相对间隔设置的第一支撑板及第二支撑板，还包括滑动施力板、直线位移驱动装置，所述滑动施力板的两端分别一一对应地与所述第一支撑板以及所述第二支撑板滑动连接，所述滑动施力板与所述底座板之间形成芯片及反应管装配组件的放置空间，所述直线位移驱动装置用于驱动所述滑动施力板朝向或者远离所述底座板直线运动。
优选地，所述直线位移驱动装置包括贯穿轴式丝杆电机，所述贯穿轴式丝杆电机的外壳固定连接于安装板上，所述贯穿轴式丝杆电机的丝杆连接件固定连接于所述滑动施力板背离所述底座板的一侧，所述安装板架设于所述第一支撑板与所述第二支撑板之间。
优选地，所述滑动施力板上设有光电触发件，所述第二支撑板上沿所述滑动施力板的直线运动路径上设有高位光电感应组件及低位光电感应组件，所述高位光电感应组件与所述低位光电感应组件与所述光电触发件配合形成所述滑动施力板的位置确定。
优选地，所述底座板上设置有限位组件，所述限位组件具有两个，两个所述限位组件间隔设置于所述底座板朝向所述滑动施力板的一侧，用于对所述芯片及反应管装配组件形成水平方向及竖直方向上的限位。
优选地，所述限位组件包括固定座、导向块，所述固定座上构造有安装槽，所述导向块插装于所述安装槽中，并部分地凸出于所述固定座靠近所述芯片及反应管装配组件的一侧，所述芯片及反应管装配组件中的芯片座上具有与所述导向块相连接的螺纹孔。
优选地，所述底座板上还构造定位槽，所述导向块的底端处于所述定位槽内。
优选地，所述底座板还设置有弹性组件，所述弹性组件具有四组，四组所述弹性组件中的两个设置于所述芯片座的第一侧的底部，另两个设置于所述芯片座的第二侧的底部，所述第一侧与所述第二侧相对设置。
优选地，所述弹性组件包括用于所述底座板连接的导向杆以及套装于所述导向杆上的螺旋弹簧，所述芯片座的底壁有与所述螺旋弹簧相匹配的圆形槽，对所述螺旋弹簧在水平及竖直方向起限位作用，当所述芯片及反应管装配组件被放置于所述放置空间内时，所述螺旋弹簧支撑于所述芯片座的底壁。
优选地，所述底座板上构造有物镜通孔，用于放置物镜，所述物镜通孔的位置与所述芯片及反应管装配组件中的芯片具有的观察窗相适应。
优选地，所述第一支撑板与所述第二支撑板相对的侧面上分别连接有导轨，所述滑动施力板对应于所述第一支撑板、第二支撑板的两端设有滑块，所述滑块与所述导轨之间具有凹凸结构实现所述滑动连接。
本发明提供的一种微液滴芯片压接装置，所述直线位移驱动装置能够驱动所述滑动施力板上下直线运动，当所述芯片及反应管装配组件被放置于所述放置空间中时，下行的滑动施力板将接触所述芯片及反应管装配组件中的芯片的上表面(也即远离芯片座的一侧)并逐步下压所述芯片，进而使所述芯片下表面(也即靠近所述芯片座的一侧)的尖端与所述芯片及反应管装配组件中具有的排管组件中的管盖接触，进而刺穿所述管盖，从而使所述反应管内的反应液与所述芯片的相应管道可选择的贯通，由此可见本发明的微液滴芯片压接装置能够自动化的将芯片与反应管管盖刺破并压接，提高了检测工作效率。
附图说明
图1为本发明实施例的微液滴芯片压接装置的结构示意图；
图2为图1中底座板与芯片及反应管装配组件的相对关系拆解结构示意图；
图3为本发明实施例中的芯片及反应管装配组件的拆解结构示意图；
图4为本发明实施例中的微液滴芯片压接装置未对芯片施加压接力的状态示意图；
图5为本发明实施例中的微液滴芯片压接装置对芯片施加压接力的状态示意图，图中用F指代压接力。
附图标记表示为：
1、底座板；11、第一支撑板；12、第二支撑板；121、高位光电感应组件；122、低位光电感应组件；13、滑动施力板；131、光电触发件；14、贯穿轴式丝杆电机；141、外壳；142、丝杆连接件；15、安装板；16、定位槽；17、物镜通孔；2、芯片及反应管装配组件；21、芯片座；22、芯片；23、排管底托；24、注油针；25、排管座；26、管盖；27、反应管；28、芯片导向轴；31、固定座；311、安装槽；32、导向块；41、导向杆；42、螺旋弹簧；51、导轨；52、滑块；6、物镜。
具体实施方式
结合参见图1至图5所示，根据本发明的实施例，提供一种微液滴芯片压接装置，包括底座板1，所述底座板1上设有相对间隔设置的第一支撑板11及第二支撑板12，还包括滑动施力板13、直线位移驱动装置，所述滑动施力板13的两端分别一一对应地与所述第一支撑板11以及所述第二支撑板12滑动连接，所述滑动施力板13与所述底座板1之间形成芯片及反应管装配组件2的放置空间，所述直线位移驱动装置用于驱动所述滑动施力板13朝向或者远离所述底座板1直线运动。该技术方案中，所述直线位移驱动装置能够驱动所述滑动施力板13上下直线运动，当所述芯片及反应管装配组件2被放置于所述放置空间中时，下行的滑动施力板13将接触所述芯片及反应管装配组件2中的芯片22的上表面(也即远离芯片座21的一侧)并逐步下压所述芯片22，进而使所述芯片22下表面(也即靠近所述芯片座21的一侧)的尖端与所述芯片及反应管装配组件2中具有的排管组件中的管盖26接触，进而刺穿所述管盖26，从而使所述反应管27内的反应液与所述芯片22的相应管道可选择的贯通，由此可见本发明的微液滴芯片压接装置能够自动化的将芯片与反应管管盖刺破并压接，提高了检测工作效率。
具体的，所述第一支撑板11与所述第二支撑板12相对的侧面上分别连接有导轨51，所述滑动施力板13对应于所述第一支撑板11、第二支撑板12的两端设有滑块52，所述滑块52与所述导轨51之间具有凹凸结构实现所述滑动连接。
作为与本发明的微液滴芯片压接装置相匹配的芯片及反应管装配组件2的一种具体事实方式，所述芯片及反应管装配组件2除了包括前述的芯片座21、芯片22、排管组件外，还包括排管底托23、芯片导向轴28以及注油针24，所述排管组件包括反应管27以及封堵遮盖于所述反应管27的管口的所述管盖26，所述反应管27坐落于排管座25上，以便于通过对所述排管座25的夹持实现对反应管27(本发明中作为一种具体示例采用了八排管)的机械化夹持转移，参见图3所示，所述芯片座21作为芯片22与所述排管组件的共同底座，排管底托23固定连接于所述芯片座21的下方，注油针24固定连接于芯片座21的上方，芯片导向轴28固定连接在注油针24两端上方的孔内，反应管27坐落于排管座25具有的孔内，管盖26位于连接于反应管27的管口上，排管座25、反应管27与管盖26作为一个整体也即形成排管组件整体位于芯片座21上，芯片22位于芯片座21上方，其下方与管盖26相接触，而所述芯片22具有的尖端位置与所述管盖26相互对应，可以理解的，虽然两者相接触，但在未施加对应的下压力(压接力)的时候，尖端并不会刺破与其对应的管盖26，而进一步的，所述芯片22与所述排管座25之间还具有卡扣结构，同样道理的，在未施加对应的下压力的时候，所述芯片22仅依靠自身的重量接触放置于所述排管座25的上方而当施加对应的下压力时，所述卡扣结构将被压迫进而将所述芯片22与所述排管座25的卡扣连接为一个整体。
所述直线位移驱动装置包括贯穿轴式丝杆电机14，所述贯穿轴式丝杆电机14的外壳141固定连接于安装板15上，所述贯穿轴式丝杆电机14的丝杆连接件142固定连接于所述滑动施力板13背离所述底座板1的一侧，所述安装板15架设于所述第一支撑板11与所述第二支撑板12之间，通过所述贯穿轴式丝杆电机14的采用使所述滑动施力板13能够在高度方向上实现直线往复运动，结构紧凑。
进一步的，为了能够对所述滑动施力板13的上下直线运动的极限位置进行限制，所述滑动施力板13上设有光电触发件131，所述第二支撑板12上沿所述滑动施力板13的直线运动路径上设有高位光电感应组件121及低位光电感应组件122，所述高位光电感应组件121与所述低位光电感应组件122与所述光电触发件131配合形成所述滑动施力板13的位置确定。
优选地，所述底座板1上设置有限位组件，所述限位组件具有两个，两个所述限位组件间隔设置于所述底座板1朝向所述滑动施力板13的一侧，用于对所述芯片及反应管装配组件2形成水平方向及竖直方向(一段距离)上的限位。具体的，所述限位组件包括固定座31、导向块32，所述固定座31上构造有安装槽311，所述导向块32插装于所述安装槽311中，并部分地凸出于所述固定座31靠近所述芯片及反应管装配组件2的一侧，所述芯片及反应管装配组件2中的芯片座21上具有与所述导向块32相连接的螺纹孔。所述导向块32一方面能够对所述芯片及反应管装配组件2水平方向的X-Y轴自由度(与所述底座板1的上表面平行)受到约束，另一方面则能够使所述芯片及反应管装配组件2的具有高度方向的Z轴自由度(与所述底座板1的上表面垂直)，也即能够在Z轴方向上使高度可以被调整，这样能够利于对所述芯片22与处于所述芯片22下方且与所述芯片22上具有的观察窗位置相适应的物镜6之间的距离的调整，进而使视野更加清晰。
进一步的，所述底座板1上还构造定位槽16，所述导向块32的底端处于所述定位槽16内，此时，所述定位槽16能够防止所述导向块32从所述固定座31中脱出，保证了所述导向块32对所述芯片及反应管装配组件2的导向可靠性。
所述底座板1还设置有弹性组件，所述弹性组件具有四组，四组所述弹性组件中的两个设置于所述芯片座21的第一侧的底部，另两个设置于所述芯片座21的第二侧的底部，所述第一侧与所述第二侧相对设置，所述弹性组件在所述芯片及反应管装配组件2放置于所述放置空间后能够被压缩，进而实现对所述芯片及反应管装配组件2的整体位置的悬浮平衡状态，此时，所述芯片座21的底面与所述底座板1的上平面并不接触，也即两者之间存在一个间隙，此间隙在一个具体实施例中为3mm，而当上方的所述滑动施力板13向下施力于所述芯片及反应管装配组件2时，所述弹性组件将被进一步压缩，此时所述芯片座21的底面与所述底座板1的上平面接触，前述的间隙消除，此时对应的，所述芯片22底部的尖端将刺破所述管盖26从而使所述芯片22上的微液滴沟道与所述反应管27内的微液滴之间形成可控的贯通，同时所述芯片22与所述芯片座21两者之间形成卡扣连接从而使所述芯片及反应管装配组件2形成一个结构可靠的整体。具体的，所述弹性组件包括用于所述底座板1连接的导向杆41以及套装于所述导向杆41上的螺旋弹簧42，所述芯片座21的底壁有与所述螺旋弹簧42相匹配的圆形槽，对所述螺旋弹簧42在水平及竖直方向起限位作用，当所述芯片及反应管装配组件2被放置于所述放置空间内时，所述螺旋弹簧42支撑于所述芯片座21的底壁。进一步的，所述底座板1上构造有物镜通孔17，用于放置物镜6，所述物镜通孔17的位置与所述芯片及反应管装配组件2中的芯片22具有的观察窗相适应，而可以理解的而，所述物镜6可以与所述底座板1之间形成结构上的固定连接，当然也可以独立于所述底座板1而单独设置。采用该技术方案，在芯片22与管盖26压接完成后，贯穿轴式丝杆电机14向上微动，螺旋弹簧42弹力促使芯片及反应管装配组件2向上运动，螺旋弹簧42弹力会保证芯片及反应管的密封性，不会发生泄露，而此过程中物镜6保持位置的不变，在贯穿轴式丝杆电机14向上运动过程中，通过相关算法判断物镜6是否对芯片22中的微液滴实现对焦，在判断对焦后对微液滴进行光学检测与分析。
以下结合具体的操作步骤对本发明的微液滴芯片压接装置做出进一步的说明：
该微液滴芯片自动压接装置的初始动作是：贯穿轴式丝杆电机14转动，带动滑块52、滑动施力板13、丝杆连接件142、光电触发件131沿导轨51向上运动，直到光电触发件131触发上方的槽型光耦(前述高位光电感应组件121或者低位光电感应组件122的一种具体实现形式示例，下同)，贯穿轴式丝杆电机14上的丝杆上升到最高处停住。
八连排管(前述反应管27的一种具体实现方式示例，下同)内盛放有经过PCR扩增后的微液滴，其上方紧密扣合有管盖26，八连排管紧密贴合在排管座25的孔中，排管座25、八连排管与管盖26作为一个整体由机械手或者人手放置于芯片座21的上方，八连排管下方位于芯片座21的孔中，靠结构及重力得到约束，当位置检测机构检测到排管座25已到位，由机械手或者人手将芯片22放置在芯片座21的上方，芯片22两侧的圆孔与芯片导向轴28相配合，靠结构及重力完成芯片22的精确放置，芯片22下方用于刺穿管盖26的尖端与管盖26相接触，而芯片22下表面与芯片座21上表面未接触。芯片与排管组件在螺旋弹簧42的弹力与固定座31结构限位的联合作用下，芯片座21底面与底座板1上面有3mm的间隙。
当位置检测机构检测到芯片22已到位，贯穿轴式丝杆电机14重新动作。贯穿轴式丝杆电机14上的丝杆带动滑块52、滑动施力板13、丝杆连接件142、光电触发件131由最高点沿导轨51向下运动，滑动施力板13下表面开始与芯片22上表面相接触，此时芯片22受到来自滑动施力板13的压力，使得芯片22与排管组件压缩螺旋弹簧42，并以固定座31的槽为导向整体向下运动，丝杆继续向下运动，直到光电触发件131触发下方的槽型光耦，此时芯片座21下表面与底座板1上表面相接触，并且两个面之间有贯穿轴式丝杆电机14传递的较大压力。在此过程中芯片22与排管组件受到滑动施力板13的压力向下运动，芯片22下方用于刺穿管盖26的尖端最终刺穿管盖26，并紧密贴合，芯片下方的卡扣与排管座25相扣合，使芯片22、排管座25、八连排管、管盖26成为一个整体。此时，芯片22下表面与芯片座21上表面相接触，并且两个面之间有贯穿轴式丝杆电机14传递的较大压力。
芯片22下方刺穿管盖26后，使得八连排管内盛放的扩增后的微液滴在控制系统及辅助油液的引导下进入芯片22中的沟道内，光路通过物镜6向芯片22沟道内的液滴发射激发光，然后通过物镜6收集液滴中特定波长的发射光，然后通过算法完成分析。其中物镜6与芯片22的距离需要保持在特定的精度范围内，以保证物镜对焦，使拍得的芯片22的沟道的图像更清晰，来完成算法分析。因此，在完成芯片22对管盖26的刺穿，光电触发件131触发槽型光耦以后，贯穿轴式丝杆电机14反向动作，使得其上的丝杆缓慢向上运动，芯片22跟随芯片及反应管装配组件2在螺旋弹簧42的弹力作用下向上运动。在这个过程中通过算法找到芯片在高度方向上的最佳位置，芯片22上的沟道成像最清晰，最有助于完成对DNA溶液的分析，在此过程中螺旋弹簧42需提供足够的弹力，保证芯片22与注油针24的密封性，不能漏液。
分析完成后电机动作，带动滑块52、滑动施力板13、丝杆连接件142、光电触发件131沿导轨51向上运动，直到光电触发件131触发上方的槽型光耦，贯穿轴式丝杆电机14上的丝杆上升到最高处停住。由机械手或者人手将紧密扣合的芯片22、排管座25、八连排管、管盖26取出，丢弃在废料箱中。重新放置排管座25、八连排管、管盖26、芯片22等，开始一轮新的刺穿及检测分析。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上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。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种微液滴芯片压接装置，其特征在于，包括底座板(1)，所述底座板(1)上设有相对间隔设置的第一支撑板(11)及第二支撑板(12)，还包括滑动施力板(13)、直线位移驱动装置，所述滑动施力板(13)的两端分别一一对应地与所述第一支撑板(11)以及所述第二支撑板(12)滑动连接，所述滑动施力板(13)与所述底座板(1)之间形成芯片及反应管装配组件(2)的放置空间，所述直线位移驱动装置用于驱动所述滑动施力板(13)朝向或者远离所述底座板(1)直线运动。
2.根据权利要求1所述的微液滴芯片压接装置，其特征在于，所述直线位移驱动装置包括贯穿轴式丝杆电机(14)，所述贯穿轴式丝杆电机(14)的外壳(141)固定连接于安装板(15)上，所述贯穿轴式丝杆电机(14)的丝杆连接件(142)固定连接于所述滑动施力板(13)背离所述底座板(1)的一侧，所述安装板(15)架设于所述第一支撑板(11)与所述第二支撑板(12)之间。
3.根据权利要求1所述的微液滴芯片压接装置，其特征在于，所述滑动施力板(13)上设有光电触发件(131)，所述第二支撑板(12)上沿所述滑动施力板(13)的直线运动路径上设有高位光电感应组件(121)及低位光电感应组件(122)，所述高位光电感应组件(121)与所述低位光电感应组件(122)与所述光电触发件(131)配合形成所述滑动施力板(13)的位置确定。
4.根据权利要求1所述的微液滴芯片压接装置，其特征在于，所述底座板(1)上设置有限位组件，所述限位组件具有两个，两个所述限位组件间隔设置于所述底座板(1)朝向所述滑动施力板(13)的一侧，用于对所述芯片及反应管装配组件(2)形成水平方向及竖直方向上的限位。
5.根据权利要求4所述的微液滴芯片压接装置，其特征在于，所述限位组件包括固定座(31)、导向块(32)，所述固定座(31)上构造有安装槽(311)，所述导向块(32)插装于所述安装槽(311)中，并部分地凸出于所述固定座(31)靠近所述芯片及反应管装配组件(2)的一侧，所述芯片及反应管装配组件(2)中的芯片座(21)上具有与所述导向块(32)相连接的螺纹孔。
6.根据权利要求5所述的微液滴芯片压接装置，其特征在于，所述底座板(1)上还构造定位槽(16)，所述导向块(32)的底端处于所述定位槽(16)内。
7.根据权利要求5所述的微液滴芯片压接装置，其特征在于，所述底座板(1)还设置有弹性组件，所述弹性组件具有四组，四组所述弹性组件中的两个设置于所述芯片座(21)的第一侧的底部，另两个设置于所述芯片座(21)的第二侧的底部，所述第一侧与所述第二侧相对设置。
8.根据权利要求7所述的微液滴芯片压接装置，其特征在于，所述弹性组件包括用于所述底座板(1)连接的导向杆(41)以及套装于所述导向杆(41)上的螺旋弹簧(42)，所述芯片座(21)的底壁有与所述螺旋弹簧(42)相匹配的圆形槽，对所述螺旋弹簧(42)在水平及竖直方向起限位作用，当所述芯片及反应管装配组件(2)被放置于所述放置空间内时，所述螺旋弹簧(42)支撑于所述芯片座(21)的底壁。
9.根据权利要求1所述的微液滴芯片压接装置，其特征在于，所述底座板(1)上构造有物镜通孔(17)，用于放置物镜(6)，所述物镜通孔(17)的位置与所述芯片及反应管装配组件(2)中的芯片(22)具有的观察窗相适应。
10.根据权利要求1所述的微液滴芯片压接装置，其特征在于，所述第一支撑板(11)与所述第二支撑板(12)相对的侧面上分别连接有导轨(51)，所述滑动施力板(13)对应于所述第一支撑板(11)、第二支撑板(12)的两端设有滑块(52)，所述滑块(52)与所述导轨(51)之间具有凹凸结构实现所述滑动连接。
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