CN113125693A - 一种小型便携式全自动酶联免疫分析仪及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种小型便携式全自动酶联免疫分析仪及其应用。该小型便携式全自动酶联免疫分析仪包括设有检测室的设备本体，设于检测室中的微流控芯片、液路控制系统、气路控制系统、触控式检测系统、机械传动系统和电子控制系统。本发明提供的小型便携式全自动酶联免疫分析仪利用液体的往复流动来实现酶联免疫检测，可自动化进行，且检测速度快，具有高速检测的优点；且适用于缓冲溶液、血清、全血等多种介质样品的检测，具有良好的样品兼容性；另外，检测样品的数量可通过调节芯片上的样品数量进行调节，进而实现多指标检测。并且还具有便携性，允许任何操作人员、在任何场所满足现场检测需要，多台设备并行形成阵列还可进一步提高检测通量。

Description

一种小型便携式全自动酶联免疫分析仪及其应用
技术领域
本发明属于生物医学分析技术和医学分析设备领域，更具体地，涉及一种小型便携式全自动酶联免疫分析仪及其应用。
背景技术
由于较低的试剂成本、高通量和检测结果的可视化，酶联免疫分析法(ELISA)被公认为大型检测机构(如大型医院)中最可靠的两种大批量免疫检测手段之一。在大型医院中，通常采用基于酶标板的静态ELISA方法。为了实现这种静态ELISA的高通量全自动检测，检测单位通常需要购置一种体积巨大的大型酶联免疫分析仪(酶免仪)，其占地面积约等于1-2张普通实验工作台，高度约为1.5-2米。一般地，性能可靠的大型酶免仪购价通常在120万以上。这种大型酶免仪满足静态ELISA的高通量全自动检测的方式，是叠盒子式地集成大量功能模块，包括恒温孵育塔、洗板机、流水线式传动装置、全自动机械臂等，这些功能模块是大型酶免仪的巨大体积与高昂成本的主要来源。然而，对于日益发展的免疫检测需求，大型酶免仪逐渐展现出以下问题：1)目前全自动ELISA分析仪的检测通量高(上千样本)，但体积巨大，设备成本高，对检测承担单位和地区的经济水平和机构条件提出了较高的使用门槛；2)基层医疗单位可能面临突发性的、随机转移式的检测需求，大型设备难以随时移动；3)基层医疗单位设备承担能力有限，缺乏全自动的检测设备以提高检测效率。
另一方面，便携式ELISA检测设备也在逐渐发展。但是，受限于静态ELISA的传统模式，小型便携式ELISA检测设备只能面向检测信号的信号采集、数据分析提供解决方案，无法全自动、高速、高通量地完成ELISA检测协议。
近日，有最新研究成果提出了往复流动式ELISA方法(RF-ELISA)和配套的RF-ELISA芯片(索引号：10.116/j.bios.220.112920，专利号：221116126.0)。这种全新的ELISA方法和芯片产品为ELISA检测提供了另一种可能，即在全自动检测方面摆脱对大型酶免仪的依赖，从而突破性地开发出一种小型便携的全自动酶联免疫分析设备，补充大型酶免仪在条件欠缺地区和基层单位中无法覆盖的应用空白，为社会医疗提供另一种强有力的标志物检测手段。
因此，开发一种小型便携式全自动酶联免疫分析仪具有重要的研究意义和经济价值。
发明内容
本发明的目的在于克服大型酶免仪价格昂贵，占地面积大，无法移动的缺陷或不足，提供一种小型便携式全自动酶联免疫分析仪。本发明提供的小型便携式全自动酶联免疫分析仪通过液路控制系统、气路控制系统、触控式检测系统、机械传动系统和电子控制系统的配合，通过液体的往复流动来实现酶联免疫检测，可自动化进行，且检测速度快，具有高速检测的优点；且适用于缓冲溶液、血清、全血等多种介质样品的检测，具有良好的样品兼容性；另外，检测样品的数量可通过调节芯片上的样品数量进行调节，进而实现多指标检测。全自动化的基础上还具有便携性，允许任何操作人员、在任何场所满足现场检测需要，多台设备并行形成阵列还可进一步提高检测通量。
本发明的另一目的在于提供上述小型便携式全自动酶联免疫分析仪在提供用于光学检测、电化学检测、免疫检测、核酸检测或小分子检测的解决方案和适配对应检测产品中的应用。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种小型便携式全自动酶联免疫分析仪，包括设有检测室的设备本体，设于检测室中的微流控芯片、用于向微流控芯片的待测通道输送液体的液路控制系统、用于驱使芯片的待测通道中的液体在待测通道中往复运动和排出的气路控制系统、用于微流控芯片中样品检测结果读取、分析的触控式检测系统、用于驱动液路控制系统和气路控制系统竖直运动及驱动芯片旋转的机械传动系统和电子控制系统；所述电子控制系统与液路控制系统、气路控制系统、触控式检测系统和机械传动系统电连接。
本发明提供的小型便携式全自动酶联免疫分析仪通过液路控制系统、气路控制系统、触控式检测系统、机械传动系统和电子控制系统实现酶联免疫检测的全自动化操作，具体实现原理如下：
利用电子控制系统进行控制(例如利用脉冲信号实现控制)实现如下操作：
(1)利用液路控制系统向芯片的待测通道中排放液体；例如排放清洗液、酶联信号催化溶液等。
(2)利用气路控制系统使得待测通道中的液体在待测通道中往复运动和排出；例如，通过驱动清洗液的往复运动和排出实现待测通道的清洗；通过驱动样本溶液往复运动和排出实现芯片的样本免疫捕获、反应混合加速。
(3)利用触控式检测系统自动化分析检测结果。
本发明提供的小型便携式全自动酶联免疫分析仪利用液体的往复流动来实现酶联免疫检测，可自动化进行，且检测速度快，具有高速检测的优点；且适用于缓冲溶液、血清、全血等多种介质样品的检测，具有良好的样品兼容性；另外，检测样品的数量可通过调节芯片上的样品数量进行调节，进而实现多指标检测。
优选地，所述芯片通过芯片固定基座固定设于检测室中，所述机械传动系统驱动所述芯片固定基座旋转。
机械传动系统驱动芯片固定基座旋转，进而带动芯片旋转。芯片的旋转可调整待测通道与液路控制系统、气路控制系统的相对位置关系(水平面上)。
优选地，所述芯片固定基座上设有芯片固定槽，所述芯片嵌设于芯片固定槽中。
优选地，所述微流控芯片包括吸水层；吸水层在芯片表面堆叠覆盖，通过毛细作用储存待测通道出口排出的废液。
具体地，所述微流控芯片可参考专利221116126.0中的记载，芯片中待测通道(微通道)的数量可根据实际需要进行调整。
一条待测通道对应一组工位，更为优选地，所述芯片包括至少五组工位，每组工位处设有与待测通道相连通的孔，其中三组工位与液路控制系统的位置(例如排液针)相对应；一组工位与气路控制系统(例如气体控制针)的位置相对应；一组工位与触控式检测系统的位置相对应。
优选地，所述液路控制系统包括至少3组液路控制组件，可根据检测方案不同灵活变动。
更为优选地，每组液路控制组件包括储液装置、与储液装置相连通的排液针、用于将储液装置内的液体输送至排液针并排出的第一动力装置；所述机械传动系统驱动所述排液针靠近(不接触)或远离所述待测通道的入口。
更为优选地，所述排液针竖直设置，且出口朝下，悬设于待测通道的上方，该设计可实现液体悬空排放至待测通道中。
具体地，所述液路控制组件以液泵及液泵电机(包括微型注射泵、微型柱塞泵、微量定量泵等一种或以上的组合)为核心，根据各路液路的控制方案不同，有不同的液路设计方案。
例如，对于以注射泵为核心的液路设计，所述液路控制组件包括驱动电机、可调夹具和注射泵；具体地，注射泵包括液泵和注射器，注射器中的容腔即储液装置，注射剂的针头即排液针，注射器中的活塞结构与液泵相连，共同构成注射泵；排液针架设于可调夹具上。驱动电机的传动螺杆、组合螺杆、液泵电机的传动螺杆和活塞结构依次传动连接，使得储液装置的容积变化，进而实现储液装置内的液体输送至排液针并排出。
例如，如对于以柱塞泵为核心的液路设计，所述液路控制组件包括储液瓶、排液针和柱塞泵；柱塞泵的两端分别与储液瓶和排液针相连通，排液针固定架设于支撑架上。柱塞泵通过柱塞运动从储液瓶中吸取一定量液体进入柱塞泵工作容腔中，随后通过柱塞运动将工作容腔中的液体按程序设置量向排液针输送，然后液体从排液针中向芯片微通道排放。
优选地，所述气路控制系统包括干燥管、通过管路与干燥管相连通的气体控制针和用于调整管路输出气压的正压与负压的第二动力装置；所述机械传动系统驱动所述气体控制针封闭或远离所述待测通道的入口。干燥管用于避免气压调控过程中微液滴对第二动力装置的污染。
在气体控制针封闭待测通道的入口上方时，通过气体输送至或抽离出待测通道入口，可实现待测通道处于正压或负压状态；通过正压可实现液体从待测通道的入口向待测通道的出口流动及排除；通过负压可实现液体从待测通道的出口向待测通道的入口流动，正负压的交替即可实现液体在待测通道中往复运动。
优选地，所述第二动力装置包括驱动电机、第一气泵(例如隔膜泵、往复泵、旋塞泵等)、第二气泵(对应地为隔膜泵、往复泵、旋塞泵等)、第一节流阀、第二节流阀和电磁转换阀；所述驱动电机分别与第一气泵和第二气泵传动连接，第一气泵、第一气流阀、电磁转换阀和干燥管依次连通；第二气泵、第二气流阀、电磁转换阀和干燥管依次连通。
驱动电机与第一气泵传动，进而实现气体依次经第一气泵、第一气流阀、电磁转换阀输送至干燥管，在气体控制针处产生正压；第三驱动电机与第二气泵传动，进而实现气体依次经第二气泵、第二气流阀、电磁转换阀输送至干燥管，在气体控制针处产生负压。
优选地，所述触控式检测系统包括用于显示数据的触控控制屏、用于采集和分析芯片检测结果的非接触式信号采集元件和微电脑(例如树莓派、NanoPiM4、Jetson Nano等)；所述触控控制屏、非接触式信号采集元件均与微电脑电连接，所述微电脑与电子控制系统电连接。
根据显色反应检测的手段不同，非接触式信号采集元件和微电脑的功能软件的组成也不同。
例如，如通过图像识别光学检测，非接触式信号采集元件包括摄像头和LED光源；微电脑中集成有图像识别、远程传输和图像获取装置的控制软件，摄像头和微电脑电连接，LED光源与电子控制系统电连接。
例如，通过光敏元件光学检测，非接触式信号采集元件包括光敏探头和LED光源；微电脑中集成有内置标准曲线算法、远程传输和光电信号转换的控制软件，光敏探头和微电脑电连接，LED光源与电子控制系统电连接。
进一步优选地，非接触式信号采集元件还包括柔光装置或滤光装置。
优选地，所述机械传动系统包括支撑架和驱动所述支撑架竖直运动的第三动力装置；所述液路控制系统和气路控制系统悬设于支撑架的下方；所述机械传动系统还包括驱动所述微流控芯片旋转的第四动力装置。
通过第三动力装置驱动支撑架竖直运动，实现液路控制系统和气路控制系统的竖直运动，进而在竖直方向上实现液路控制系统(如排液针)靠近或远离待测通道的入口；气路控制系统(如气体控制针)封闭或远离待测通道的入口。
通过第四动力装置驱动微流控芯片旋转，进而在水平方向上实现液路控制系统(如排液针)靠近或远离待测通道的入口；气路控制系统(如气体控制针)封闭或远离待测通道的入口。
更为优选地，所述机械传动系统还包括用于挡板，所述挡板固设于支撑架的下方，且当挡板竖直运动至最低位置时可，挡板可将检测室遮蔽。
更为优选地，所述第三动力装置包括驱动电机，驱动电机驱动支撑架竖直运动。
更为优选地，所述第四动力装置包括设于芯片固定基座下方的基座控制电机和驱动基座控制电机的基座驱动电机。
优选地，所述电子控制系统包括主控件和至少七组输出组件；其中，第一组输出组件用于控制所述气路控制系统运行；第二组输出组件、第三组输出组件和第四组输出组件用于控制液路控制系统运行，第五组输出组件用于控制触控式检测系统运行；第六组输出组件、第七组输出组件用于控制机械传动系统运行。
上述小型便携式全自动酶联免疫分析仪在制备用于光学检测、电化学检测、免疫检测、核酸检测或小分子检测的产品中的应用也在本发明的保护范围内。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的小型便携式全自动酶联免疫分析仪利用液体的往复流动来实现酶联免疫检测，可自动化进行，且检测速度快，具有高速检测的优点；且适用于缓冲溶液、血清、全血等多种介质样品的检测，具有良好的样品兼容性；另外，检测样品的数量可通过调节芯片上的样品数量进行调节，进而实现多指标检测；并且还具有便携性，允许任何操作人员、在任何场所满足现场检测需要，多台设备并行形成阵列还可进一步提高检测通量。
附图说明
图1为实施例1提供的小型便携式全自动酶联免疫分析仪的结构示意图；
图2为实施例1提供的小型便携式全自动酶联免疫分析仪中检测室内置微流控芯片与组件工位的分布布局示意图(俯视图)；
图3为实施例1提供的小型便携式全自动酶联免疫分析仪中检测室工位切换及工作高度控制过程示意图；
图4为实施例1提供的小型便携式全自动酶联免疫分析仪中液路控制系统路线示意图；
图5为实施例1提供的小型便携式全自动酶联免疫分析仪中气路控制系统路线示意图；
图6为实施例1提供的小型便携式全自动酶联免疫分析仪中触控式检测系统获取图像的路线示意图；
其中，1为设备本体，11为检测室；2为微流控芯片，21为待测通道，22为加样腔，23为缓冲腔；3为液路控制系统，31为排液针，32为驱动电机，33为液泵，34为微型柱塞泵；4为气路控制系统，41为气体控制针，42为驱动电机，43为第一气泵，44为第二气泵，45为第一节流阀，46为第二节流阀，47为电磁转换阀，48为干燥管；5为触控式检测系统，51为触控控制屏，52为非接触式信号采集元件，521为光学信号采集元件，522为LED光源，523为LED驱动，53为微电脑；6为机械传动系统，61为支撑架，62为挡板，63为基座控制驱动，64为基座驱动电机；7为电子控制系统；8为芯片固定基座；9为芯片固定槽；A为信号通道，B为电源通道，C为流体通道。
具体实施方式
下面结合实施例和对照例对本发明做进一步的描述。这些实施例仅是对本发明的典型描述，但本发明不限于此。下述实施例和对比例中所用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法，所使用的原料，试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市购等商业途径得到的原料和试剂。
实施例1一种基于注射泵液路控制、隔膜泵气路控制和图像识别光学颜色检测的小型便携式全自动酶联免疫分析仪
本实施例提供一种小型便携式全自动酶联免疫分析仪，如图1，包括设有检测室11的设备本体1，设于检测室11中的微流控芯片2、用于向微流控芯片2的待测通道输送待测液体的液路控制系统3、用于驱动微流控芯片2的待测通道21中的液体在待测通道21中往复运动和排出的气路控制系统4、用于微流控芯片2中样品检测结果读取、分析的触控式检测系统5、用于驱动液路控制系统3和气路控制系统4竖直运动及驱动芯片旋转的机械传动系统6和电子控制系统7；所述电子控制系统7与液路控制系统3、气路控制系统4、触控式检测系统5和机械传动系统6电连接。
具体地，如图2，微流控芯片2为圆柱体状，包括由下至上依次叠设的基底、中间层和吸水层，中间层上设有6条待测通道21(又称微通道)，待测通道21位于微流控芯片2的半径轴上，以微流控芯片2的中心点发散排列，沿基底的中心向外延伸，自芯片中心点向边缘依次排列有加样腔22、待测通道21、缓冲腔23，加样腔22与待测通道21的入口相连通，缓冲腔23与待测通道的出口相连通(如图2)。
液路控制系统3包括3组液路控制组件，每组液路控制组件包括微量注射泵(故液路控制系统实际为注射泵控制)、驱动电机32和可调夹具；具体地，微量注射泵包括注射器和液泵33，注射器包括储液装置、设于储液装置内且使得储液装置密闭形成容腔的活塞结构和排液针31，排液针31与储液装置相连通，且排液针31与活塞结构相连，排液针架设于可调夹具上活塞机构与可调夹具固定连接；步进电机的传动螺杆、液泵电机的传动螺杆和活塞结构依次传动连接。
三组液路控制组件分别记为清洗液液路控制组件、显色底物液路控制组件和显色终止物溶液液路控制组件。
驱动电机驱动组合螺杆运动从而依次带动液泵电机、活塞结构运动(相对于夹具及排液针)，进而实现液体的排放。
气路控制系统4包括干燥管48、通过管路与干燥管48相连通的气体控制针41和用于调整管路输出气压的正压与负压的第二动力装置。
具体地，第二动力装置包括驱动电机42、第一气泵43(具体为隔膜泵)、第二气泵44(具体为隔膜泵)、第一节流阀45、第二节流阀46和电磁转换阀(五通)47；所述驱动电机42分别与第一气泵43和第二气泵44传动连接，第一气泵43、第一气流阀45、电磁转换阀47和干燥管48依次连通；第二气泵44、第二气流阀46、五通电磁转换阀和干燥管48依次连通。
触控式检测系统5包括用于显示数据的触控控制屏51、用于采集芯片的显色反应数据的非接触式信号采集元件52和微电脑53(具体为树莓派)；触控控制屏51和非接触式信号采集元件52均与微电脑53电连接，微电脑53与电子控制系统7电连接。
具体地，非接触式信号采集元件52包括摄像头521、带有LED驱动523的LED光源522和柔光装置；微电脑53中集成有图像识别、远程传输和图像获取装置的控制软件，摄像头521和微电脑53电连接；LED光源522与电子控制系统7电连接。
机械传动系统6包括支撑架61、设于支撑架61下方的挡板62和驱动支撑架61竖直运动的第三动力装置，挡板62的尺寸与检测室11的外沿相匹配；注射泵和气体控制针41悬设于挡板62的下方；第三动力装置包括驱动电机，驱动电机驱动支撑架竖直运动进而带动排液针和气体控制针竖直运动，驱动电机驱动挡板下降为检测室提供环境光屏蔽功能。
机械传动系统6还包括驱动微流控芯片2旋转的第四动力装置，第四动力装置包括设于芯片固定基座8下方且带有基座控制驱动63的基座驱动电机64。
通过微流控芯片2旋转、排液针和气体控制针竖直运动，来调整排液针、气体控制针与待测通道入口的相对位置关系(例如排液针悬设于待测通道入口的正上方、气体控制针封闭待测通道入口的上方等)
电子控制系统7包括主控板和至少七组输出组件，如图3；其中，第一组输出组件用于控制所述气路控制系统4中的第二动力装置运行；第二组输出组件、第三组输出组件和第四组输出组件分别用于3组控制液路控制系统3中第一动力装置运行；第五组输出组件用于控制触控式检测系统5中微电脑53运行；第六组输出组件、第七组输出组件分别用于控制机械传动系统6中第三动力装置和第四动力装置运行；另外，第五组输出组件包括LED驱动71，用于驱动LED光源522运行，第七组输出组件还包括基座控制驱动，用于驱动基座电机62运行。
电子控制系统7作为主控(STM32)，实现液路控制系统3、气路控制系统4、触控式检测系统5的运作，具体如下：
一、主控-步进电机-微型注射泵-微量注射器协同运作的液路控制系统，如图4：
1)利用组合螺杆和可调夹具组合制作泵体机械传动装置；
2)微量注射器架设固定在可调夹具中；
3)步进电机的传动螺杆与组合螺杆的传动结构衔接；
4)主控系统与步进电机的四线口衔接，主控系统中预先集成数控软件与控制参数；
5)启动主控，主控控制步进电机逐步运作，步进电机的传动螺杆带动组合螺杆的传动结构旋转，进而推动可调夹具的前后运动，从而精准控制注射器活塞的位移，实现液路精准排液。
二、主控-隔膜泵-节流阀-五通电磁换向阀-干燥管协同运作的气路控制系统，如图5：
1)两路隔膜泵-节流阀体系经五通电磁换向阀集成一路输出端；
2)两路隔膜泵电机分别衔接两个独立的主控接口，主控系统中预先集成数控软件与控制参数；
3)五通电磁换向阀与主控衔接，主控系统中预先集成数控软件与控制参数；
4)五通电磁换向阀输出端衔接干燥管，干燥管衔接气路控制针；
5)启动主控，主控按程序启动隔膜泵，通过预先在节流阀中设定的截留长度和截留面积稳定流量，主控同时按程序控制五通电磁阀的通道切换，实现正负压的交替供应。
三、主控-树莓派-触控屏-摄像头-LED光源协同运作的图像识别模块，如图6：
1)树莓派微型电脑中预先集成图像识别、远程传输和摄像头控制软件；
2)摄像头布置并与树莓派衔接，树莓派与主控衔接；
3)主控同时与树莓派及LED光源衔接；
启动主控，主动发出脉冲信号到树莓派，同时启动LED光源，树莓派接收脉冲信号后启动检测程序，开启摄像头获取图像，后台在图像的固定指定像素区域计算灰度数据，与内置标准比色数据或额外标准对照样品数据矫正后，在触控显示屏上实时显示结果。
实施例2基于实施例1的小型便携式全自动酶联免疫分析仪的一种全自动ELISA显色检测协议
本实施例利用实施例1的小型便携式全自动酶联免疫分析仪，提供一种全自动ELISA检测协议，具体过程如下：
S1、芯片样本反应：
S11：将已装载样品混合液的微流控芯片放入检测室的芯片固定基座，用芯片固定基座上的固定槽固定微流控芯片；
S102：在触控屏上点击“开始检测”按钮，设备主控STM32自动控制芯片固定基座下方的步进电机运作，旋转基座、带动微流控芯片进行复位；
S103：设备主控STM32自动控制芯片固定基座下方的步进电机运作，旋转基座、带动微流控芯片上的待测通道的入口转动到工位1下方，待测通道中装载的是阳性质控样本混合液；
S104：设备主控STM32自动控制支撑架下降至工作高度，使气路控制针紧贴待测通道的入口的外沿；
S105：设备主控STM32自动控制气路控制系统中的隔膜泵与五通电磁阀协同运作，交替、匀速地产生正压与负压，控制待测通道的入口的液体通过待测通道流入待测通道的出口，随后通过待测通道回流至待测通道的入口，形成周期性的流体往复运动，每次流动约需5.63秒，一个周期约需12秒，一分钟完成5次往复流，共控制一分钟；
S106：完成流体往复运动后，设备主控STM32自动控制气路控制系统运作，将流体从待测通道的出口排出，排出的液体将被芯片上的吸水层吸收；
S107：设备主控STM32自动控制芯片固定基座下方的步进电机运作，旋转芯片固定基座、带动微流控芯片上的待测通道的入口转动到工位2下方；
S108：设备主控STM32自动控制支撑架下降至工作高度，控制清洗液液路排放系统中的步进电机运作，控制注射泵体经清洗液液路控制组件中的排液针向待测通道的入口中悬空加入清洗液50μL；
S109：设备主控STM32自动控制芯片固定基座下方的步进电机运作，旋转基座、带动芯片上的待测通道的入口转动到工位1下方；
S110：设备主控STM32自动控制组件支架下降至工作高度，使气路控制针紧贴待测通道的入口的外沿，随后将芯片待测通道中的液体从待测通道的出口排出；
S111：重复S107-S110三次，结束S1，此时待测通道的入口的最后停留位置为工位1下方；
S2、芯片显色反应：
S21：设备主控STM32自动控制芯片固定基座下方的步进电机运作，旋转基座、带动芯片上的待测通道的入口转动到工位3下方；
S22：设备主控STM32自动控制控制支撑架下降至工作高度，控制显色底物液路控制组件运作，经排液针向待测通道的入口中悬空加入显色底物TMB-H2O2(即反应液1)；
S23：设备主控STM32自动控制芯片固定基座下方的步进电机运作，旋转基座、带动芯片上的待测通道的入口转动到工位1下方；
S24：设备主控STM32自动控制支撑架下降至工作高度，使气路控制针紧贴待测通道的入口的外沿，控制气路控制系统在芯片中形成流体的往复运动，每次流动约需5.63秒，一个周期约需12秒，一分钟完成5次往复流，共控制一分钟；
S205：设备主控STM32自动控制芯片固定基座下方的步进电机运作，旋转基座、带动芯片上的待测通道的入口转动到工位4下方；
S206：设备主控STM32自动控制支撑架下降至工作高度，控制显色终止液液路控制组件运作，经排液针向待测通道的入口中悬空加入稀硫酸(2.0M，即反应液2)；
S207：设备主控STM32自动控制芯片固定基座下方的步进电机运作，旋转基座、带动芯片上的待测通道的入口转动到工位1下方；
S208：设备主控STM32自动控制支撑架下降至工作高度，使气路控制针紧贴待测通道的入口的外沿，控制气路控制系统在芯片中形成流体的往复运动，往复运动参数与S24等步骤一致，随后结束S2，此时待测通道的入口的最后停留位置为工位1下方；
S3、芯片检测结果的检测：
S31、设备主控STM32自动控制芯片固定基座下方的步进电机运作，旋转基座、带动芯片上的待测通道的入口转动到工位5下方；
S32、设备主控STM32自动组件支架下降至工作高度，控制可升降式挡板下降至工作高度，为检测室屏蔽环境光干扰，控制检测系统的摄像头拍摄图像，采集待测通道的入口中的检测结果信号；
S33、设备主控STM32控制树莓派后台自动完成结果信号的处理，记录并实时在触控显示屏实时显示结果，待测通道的检测结束；
S4、下一个待测通道的全自动检测：
S41、设备主控自动控制芯片固定基座下方的驱动电机运作，旋转基座、带动芯片上的另一待测通道的入口转动到工位1下方，重复S11-S33。首先完成阳性质控样本和阴性质控样本的测试，随后进行实际样本测试。
实施例3一种基于柱塞泵液路控制、隔膜泵气路控制和酪酰胺信号放大荧光检测的小型便携式全自动酶联免疫分析仪
本实施例提供一种小型便携式全自动酶联免疫分析仪，其除液路控制系统3和触控式检测系统5的设计、检测方案与实施例1不同以外，其余均与实施例1一致。
具体地，液路控制系统3包括3组液路控制组件，每组液路控制组件包括微型柱塞泵、储液瓶、排液针，微型柱塞泵的两端分别与储液瓶和排液针相连通，排液针固定架设于支撑架上。微型柱塞泵通过柱塞运动从储液瓶中吸取一定量液体进入柱塞泵工作容腔中，随后通过柱塞运动将工作容腔中的液体按程序设置量向排液针输送，然后液体从排液针中排出。
三组液路控制组件分别记为清洗液液路控制组件、催化底物液路液路控制组件和荧光素溶液液路控制组件。
触控式检测系统5包括用于显示数据的触控控制屏51、用于采集芯片的显色反应数据的非接触式信号采集元件52和微电脑53(具体为树莓派)；所述触控控制屏51和非接触式信号采集元件52均与微电脑53电连接，所述微电脑53与电子控制系统7电连接。
具体地，非接触式信号采集元件52包括光敏探头和设于光敏探头前端的滤光片；微电脑53中集成有内置标准曲线算法、远程传输和光电信号转换电路软件，光敏探头和微电脑53电连接；微电脑53与电子控制系统7电连接。
电子控制系统7作为主控(STM32)，实现液路控制系统3、气路控制系统4、触控式检测系统5的运作，具体如下：
一、主控-微型柱塞泵协同运作的液路控制系统：
1)主控向柱塞泵电机发送脉冲信号，控制柱塞泵运作；
2)通过液路管道，柱塞泵一端与储液瓶相连，另一端与排液针相连；
3)排液针架设固定在支撑架上；
4)主控系统与柱塞泵电机的四线口衔接，主控系统中预先集成数控软件与控制参数；
5)启动主控，主控柱塞泵电机逐步运作，柱塞泵通过柱塞运动从储液瓶中吸取一定量工作液体进入柱塞泵工作容腔中，随后通过柱塞运动将工作容腔中的液体按程序设置量向排液针，工作液体从排液针中排出。柱塞泵电机的精准控制和工作容腔的固定排量为实现液路精准排液提供基础。
二、主控-隔膜泵-节流阀-五通电磁换向阀-干燥管协同运作的气路控制系统：
1)两路隔膜泵-节流阀体系经五通电磁换向阀集成一路输出端；
2)两路隔膜泵电机分别衔接两个独立的主控接口，主控系统中预先集成数控软件与控制参数；
3)五通电磁换向阀与主控衔接，主控系统中预先集成数控软件与控制参数；
4)五通电磁换向阀输出端衔接干燥管，干燥管衔接气路控制针；
5)启动主控，主控按程序启动隔膜泵，通过预先在节流阀中设定的截留长度和截留面积稳定流量，主控同时按程序控制五通电磁阀的通道切换，实现正负压的交替供应。
三、主控-树莓派-触控屏-光敏探头-LED光源协同运作的图像识别模块：
1)树莓派微型电脑中预内置标准曲线计算、远程传输和光电信号转换电路；
2)光敏探头布置并与树莓派衔接，树莓派与主控衔接；
3)光敏探头前端布置并固定了指定滤光片；
4)主控同时与树莓派及LED光源衔接；
5)启动主控，主控发出第一组脉冲信号到树莓派，启动检测程序；同时发出第二组脉冲信号启动LED光源；同时发出第三组脉冲信号到机械传动系统，将光敏探头下降至工作高度。LED光源激发检测区域的液体荧光，滤光片过滤杂光后，荧光信号被光敏元件识别，经由光电信号转换电路转换成电信号，与内置标准荧光数据或额外标准对照样品数据矫正后，在触控显示屏上实时显示结果。
实施例4基于实施例1的小型便携式全自动酶联免疫分析仪的一种全自动ELISA荧光检测协议
本实施例利用实施例1的小型便携式全自动酶联免疫分析仪，提供一种全自动ELISA检测协议，具体过程如下：
S1、芯片样本反应：
S11：将已装载样品混合液的微流控芯片放入检测室的芯片固定基座，用芯片固定基座上的固定槽固定微流控芯片；
S102：在触控屏上点击“开始检测”按钮，设备主控STM32自动控制芯片固定基座下方的步进电机运作，旋转基座、带动微流控芯片进行复位；
S103：设备主控STM32自动控制芯片固定基座下方的步进电机运作，旋转基座、带动微流控芯片上的待测通道的入口转动到工位1下方，待测通道中装载的是阳性质控样本混合液；
S104：设备主控STM32自动控制支撑架下降至工作高度，使气路控制针紧贴待测通道的入口的外沿；
S105：设备主控STM32自动控制气路控制系统中的隔膜泵与五通电磁阀协同运作，交替、匀速地产生正压与负压，控制待测通道的入口的液体通过待测通道流入待测通道的出口，随后通过待测通道回流至待测通道的入口，形成周期性的流体往复运动，每次流动约需5.63秒，一个周期约需12秒，一分钟完成5次往复流，共控制一分钟；
S106：完成流体往复运动后，设备主控STM32自动控制气路控制系统运作，将流体从待测通道的出口排出，排出的液体将被芯片上的吸水层吸收；
S107：设备主控STM32自动控制芯片固定基座下方的步进电机运作，旋转芯片固定基座、带动微流控芯片上的待测通道的入口转动到工位2下方；
S108：设备主控STM32自动控制支撑架下降至工作高度，控制清洗液液路排放系统中柱塞泵运作，控制储液瓶中的清洗液经清洗液液路控制组件中的排液针向待测通道的入口中悬空加入，具体量为50μL；
S109：设备主控STM32自动控制芯片固定基座下方的步进电机运作，旋转基座、带动芯片上的待测通道的入口转动到工位1下方；
S110：设备主控STM32自动控制组件支架下降至工作高度，使气路控制针紧贴待测通道的入口的外沿，随后将芯片待测通道中的液体从待测通道的出口排出；
S111：重复S107-S110三次，结束S1，此时待测通道的入口的最后停留位置为工位1下方；
S2、芯片荧光催化反应：
S21：设备主控STM32自动控制芯片固定基座下方的步进电机运作，旋转基座、带动芯片上的待测通道的入口转动到工位3下方；
S22：设备主控STM32自动控制支撑架下降至工作高度，控制催化底物液路控制组件运作，经排液针向待测通道的入口中悬空加入催化底物酪酰胺盐(即反应液1)；
S23：设备主控STM32自动控制芯片固定基座下方的步进电机运作，旋转基座、带动芯片上的待测通道的入口转动到工位1下方；
S24：设备主控STM32自动控制支撑架下降至工作高度，使气路控制针紧贴待测通道的入口的外沿，控制气路控制系统在芯片中形成流体的往复运动，每次流动约需5.63秒，一个周期约需12秒，一分钟完成5次往复流，共控制一分钟；
S205：设备主控STM32自动控制芯片固定基座下方的步进电机运作，旋转基座、带动芯片上的待测通道的入口转动到工位4下方；
S206：设备主控STM32自动控制支撑架下降至工作高度，控制荧光素溶液液路控制组件运作，经排液针向待测通道的入口中悬空加入酪酰胺荧光素与H2O2的混合溶液(即反应液2)；
S207：设备主控STM32自动控制芯片固定基座下方的步进电机运作，旋转基座、带动芯片上的待测通道的入口转动到工位1下方；
S208：设备主控STM32自动控制支撑架下降至工作高度，使气路控制针紧贴待测通道的入口的外沿，控制气路控制系统在芯片中形成流体的往复运动，往复运动参数与S24等步骤一致，随后结束S2，此时待测通道的入口的最后停留位置为工位1下方；
S3、芯片检测结果的检测：
S31、设备主控STM32自动控制芯片固定基座下方的步进电机运作，旋转基座、带动芯片上的待测通道的入口转动到工位5下方；
S32、设备主控STM32自动组件支架下降至工作高度，控制可升降式挡板下降至工作高度，为检测室屏蔽环境光干扰，控制触控式检测系统的光敏探头下降至工作高度，采集待测通道的入口中的检测结果信号；
S33、设备主控STM32控制树莓派后台自动完成结果信号的处理，记录并实时在触控显示屏实时显示结果，待测通道的检测结束；
S4、下一个待测通道的全自动检测：
S41、设备主控自动控制芯片固定基座下方的驱动电机运作，旋转基座、带动芯片上的另一待测通道的入口转动到工位1下方，重复S11-S33。首先完成阳性质控样本和阴性质控样本的测试，随后进行实际样本测试。
最后应当指出的是，以上实施例仅是本发明的具有代表性的例子。显然，本发明的技术方案并不限于上述实施例，还可有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明内容直接导出或联想到所有变形，均应认为是本发明的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种小型便携式全自动酶联免疫分析仪，其特征在于，包括设有检测室(11)的设备本体(1)，设于检测室(11)中的微流控芯片(2)、用于向微流控芯片(2)的待测通道(21)输送液体的液路控制系统(3)、用于驱动微流控芯片(2)的待测通道中的液体在待测通道中往复运动和排出的气路控制系统(4)、用于微流控芯片(2)中样品检测结果读取、分析的触控式检测系统(5)、用于驱动液路控制系统(3)和气路控制系统(4)竖直运动及驱动微流控芯片(2)旋转的机械传动系统(6)和电子控制系统(7)；所述电子控制系统(7)与液路控制系统(3)、气路控制系统(4)、触控式检测系统(5)和机械传动系统(6)电连接。
2.根据权利要求1所述小型便携式全自动酶联免疫分析仪，其特征在于，所述微流控芯片(2)通过芯片固定基座(8)固定设于检测室(11)中；所述机械传动系统(6)驱动所述芯片固定基座(8)旋转。
3.根据权利要求2所述小型便携式全自动酶联免疫分析仪，其特征在于，所述芯片固定基座(8)上设有芯片固定槽(9)，所述微流控芯片(2)嵌设于芯片固定槽(9)中。
4.根据权利要求1所述小型便携式全自动酶联免疫分析仪，其特征在于，所述液路控制系统(3)包括至少三组液路控制组件；每组液路控制组件包括储液装置、与储液装置相连通的排液针(31)、用于将储液装置内的液体输送至排液针(31)并排出的第一动力装置；所述机械传动系统(6)驱动所述储液装置(31)靠近或远离所述待测通道的入口。
5.根据权利要求1所述小型便携式全自动酶联免疫分析仪，其特征在于，所述气路控制系统(4)包括干燥管(48)、通过管路与干燥管(48)相连通的气体控制针(41)和用于调整管路气压的正压与负压的第二动力装置；所述机械传动系统(6)驱动所述气体控制针(41)封闭或远离所述待测通道的入口。
6.根据权利要求5所述小型便携式全自动酶联免疫分析仪，其特征在于，所述第二动力装置包括驱动电机(42)、第一气泵(43)、第二气泵(44)、第一节流阀(45)、第二节流阀(46)和电磁转换阀(47)；所述驱动电机(42)分别与第一气泵(43)和第二气泵(44)传动连接，第一气泵(43)、第一气流阀(45)、电磁转换阀(47)和干燥管(48)依次连通；第二气泵(44)、第二气流阀(46)、电磁转换阀(47)和干燥管(48)依次连通。
7.根据权利要求1所述小型便携式全自动酶联免疫分析仪，其特征在于，所述触控式检测系统(5)包括用于显示数据的触控控制屏(51)、用于采集和分析芯片检测结果的非接触式信号采集元件(52)和微电脑(53)；所述触控控制屏(51)和非接触式信号采集元件(52)均与微电脑(53)电连接，所述微电脑(53)与电子控制系统(7)电连接。
8.根据权利要求1所述小型便携式全自动酶联免疫分析仪，其特征在于，所述机械传动系统(6)包括支撑架(61)和驱动所述支撑架(61)竖直运动的第三动力装置；所述液路控制系统(3)和气路控制系统(4)悬设于支撑架(61)上；所述机械传动系统(6)还包括驱动所述微流控芯片旋转的第四动力装置。
9.根据权利要求1所述小型便携式全自动酶联免疫分析仪，其特征在于，所述电子控制系统(7)包括主控板和至少七组输出组件；其中，第一组输出组件用于控制所述气路控制系统(4)运行；第二组输出组件、第三组输出组件和第四组输出组件用于控制液路控制系统(3)运行；第五组输出组件用于控制触控式检测系统(5)运行；第六组输出组件、第七组输出组件用于控制机械传动系统(6)运行。
10.权利要求1～9任一所述小型便携式全自动酶联免疫分析仪在制备用于光学检测、电化学检测、免疫检测、核酸检测或小分子检测的产品中的应用。
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