CN113176790A - 基于pcr的液路控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于PCR的液路控制装置，该装置包括电机泵和液路阀，电机泵与管路层上的进液口连接，电机泵和液路阀配合实现管路层内液体流向的控制；电机泵包括电机组和连接轴，电机组的输出轴和连接轴固定连接，液路阀包括第一电机和阀头，第一电机转动带动阀头向下对管路层产生压力，从而将管路内的液体截流；在阀头阀头向下或向上时，电机组带动连接轴推入或吸出管路层内的液体。通过电机泵和液路阀的配合，实现试剂的注入，且利用电机泵和液路阀配合实现对核酸物质在管路层内的反应及转移，且在纯化仓或是扩增仓内进行对应的操作，实现实验的连续性，且通过电机泵和液路阀的配合控制了实验的进度和流程，简单方便，易于实现。
Description
技术领域
本发明涉及生物检测领域，尤其涉及一种基于PCR的液路控制装置。
背景技术
在生物、化学、材料等科学实验中，经常需要对流体进行操作，如样品DNA的制备、液相色谱、PCR反应、电泳检测等操作都是在液相环境中进行。如果要将样品制备、生化反应、结果检测等步骤集成到生物芯片上，则实验所用流体的量就从毫升、微升级降至纳升或皮升级，这时功能强大的微流体装置就显得必不可少了。因此随着生物芯片技术的发展，微流体技术作为生物芯片的一项关键支撑技术也得到了人们越来越多的关注。
核酸的纯化回收是核酸检测试验的一项常规操作，也是基因分析过程中十分关键的步骤。基因分析过程中常常需要将特定的核酸片段从混合样品中分离提取出来，用于后续的PCR扩增，因此核酸的纯化回收效果直接影响到整个基因分析过程的进程和结果。
相关技术中，通常设置管路结构通过增加电极的方式，将反应液中的离子在电场的作用下进行分离，进而完成后续实验。采用管路结构和电极共同作用的方式，不但结构复杂给管路层的制作增加了难度，关于电极的设置也比较繁琐，需要考虑因素较多，不易实现。
发明内容
为此，本发明提供一种基于PCR的液路控制装置，可以自动实现管路层内液路的控制。
为实现上述目的，本发明提供一种基于PCR的液路控制装置，包括：包括：电机泵和液路阀，所述电机泵与管路层上的进液口连接，所述液路阀设置在管路层的管路上，所述电机泵和所述液路阀配合实现管路层内液体流向的控制；
在管路层的液路上设置有液量传感器，用以对管路层内管路上的液体含量进行实时监测；
所述电机泵包括电机组和连接轴，所述电机组的输出轴和所述连接轴固定连接，所述连接轴用以通过推吸液装置与进液口连接，所述液路阀包括第一电机、第一丝杆和阀头，所述第一电机的输出轴通过第一丝杆和所述阀头连接，所述第一电机的转动通过第一丝杆传动，以带动所述阀头上下运动；
所述第一电机转动带动阀头向下对所述管路层产生压力，实现管路的断开，从而将管路内的液体截流；
在所述阀头向下或向上时，所述电机组带动所述连接轴推入或吸出所述管路层内的液体；
中控单元分别与液量传感器、所述电机组和所述第一电机连接，用以根据管路内的液体含量调节电机组和第一电机的转速；
中控单元内设置有液量标准液量矩阵W(wli，ti)，其中wli表示第i时刻纯化仓的标准液量，ti表示第i时刻，在实验中的任意时刻，若液量传感器检测到的纯化仓内的液量≤液量标准液量矩阵中的标准液量，则控制第一电机使阀头向上运动，同时控制电机组增加纯化仓的进液量；
若液量传感器检测到的纯化仓内的液量>液量标准液量矩阵中的标准液量，则控制第一电机使阀头向下运动，同时控制电机组增加纯化仓的进液量；
中控单元内还设置有第一电机的第一转速调节系数k1、第二转速调节系数k2和第三转速调节系数k3，根据纯化仓的液量偏离纯化仓的标准液量的大小选择第一电机的调节系数。
进一步地，在利用第一电机对阀头进行向上运动调节时，所述根据纯化仓的实时液量wi偏离纯化仓的标准液量的大小选择第一电机的调节系数包括：
若wli-wi<中控单元内预设的标准差值，则采用第一转速调节系数k1调节第一电机的转速；
若wli-wi＝中控单元内预设的标准差值，则采用第二转速调节系数k2调节第一电机的转速；
若wli-wi>中控单元内预设的标准差值，则采用第三转速调节系数k3调节第一电机的转速。
进一步地，在利用第一电机对阀头进行向下运动调节时，所述根据纯化仓的实时液量wi偏离纯化仓的标准液量的大小选择第一电机的调节系数包括：
若wi-wli<中控单元内预设的标准差值，则采用第三转速调节系数k3调节第一电机的转速；
若wi-wli＝中控单元内预设的标准差值，则采用第二转速调节系数k2调节第一电机的转速；
若>中控单元内预设的标准差值，则采用第一转速调节系数k1调节第一电机的转速。
进一步地，所述第一转速调节系数k1采用的计算方法为：
k1＝(|w1-wl1|/wl1+|w2-wl2|/wl2+|w3-wl3|/wl3)/4；
所述第二转速调节系数k2采用的计算方法为：
k2＝(|w1-wl1|/wl1+|w2-wl2|/wl2+|w3-wl3|/wl3)/3；
所述第三转速调节系数k3采用的计算方法为：
k3＝(|w1-wl1|/wl1+|w2-wl2|/wl2+|w3-wl3|/wl3)/2；
其中w1表示第一时刻纯化仓的实时液量，wl1表示第一时刻纯化仓的标准液量，w2表示第二时刻纯化仓的实时液量，wl2表示第一时刻纯化仓的标准液量，w3表示第三时刻纯化仓的实时液量，wl3表示第三时刻纯化仓的标准液量，第一时刻定义为进行第一次清洗时，第二时刻定义为进行第二次清洗时，第三时刻定义为第三次清洗时。
进一步地，所述液路阀还包括连接座，所述连接座的一侧设置有凹口，所述阀头置于所述凹口内，所述连接座上设置有导向槽，所述阀头连接的导轨与所述导向槽滑动连接，所述第一电机驱动所述导轨在所述导向槽内滑动，所述阀头包括一个或两个，所述阀头为圆柱体，且所述圆柱体呈阶梯状，所述阀头的第一端面的面积小于第二端面的面积，所述阀头的第一端面与所述管路层内的管路连接。
进一步地，所述电机组还包括有减速装置组，所述减速装置组设置在所述电机组内，用以控制所述电机组的转速；所述第一电机还包括第一减速装置，所述第一减速装置设置在所述第一电机内，用以控制所述第一电机的转速。
进一步地，所述中控单元为电路控制板，所述电路控制板设置在所述电机组的一侧，所述电路控制板与所述电机组电连接，所述电路控制板用以控制所述电机组的工作状态。
进一步地，所述连接轴上端设置有零位片和光电传感器，所述零位片随着所述连接轴转动，在转动过程中，所述零位片遮挡光信号，所述光电传感器接收光信号变化用以判定所述连接轴的转动位置，进而通过所述零位片将所述连接轴的转动位置归零。
进一步地，所述电机组包括第二电机，第三电机、第四电机、第五电机和第六电机，所述第二电机，第三电机、第四电机、第五电机和第六电机并列设置，与所述第二电机，第三电机、第四电机、第五电机和第六电机连接的连接轴的端部设置有凹形槽，所述凹形槽用以连接所述推吸液装置。
进一步地，还包括有限位钉，所述限位钉设置在电机板上，所述第一电机设置在所述电机板上，所述限位钉用以限制所述阀头在所述导轨内的行进距离，所述限位钉包括有两个，设置在所述导向槽与电极板的接触面上，且呈对角线分布。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，通过在管路层的管路内设置有液量传感器，对管路内的液量进行实时监测，在反应过程中，不同时刻管路层中各管路中的液量是实时变化的，本发明实施例通过监测纯化仓内的液量的实时变化确定实验的进度，当样品进入管路层，利用裂解液对样品进行裂解时，纯化仓应该是干燥的，而当对样品进入纯化仓进行清洗时，纯化仓内的液量有所增加，而纯化结束后，根据纯化仓内液体的残留程度不同，相应的液量也不同，本发明实施例根据管路层中液量的变化，对实验过程进行有效控制，实现根据管路内的液体的多少，控制实验进度，大大提高实验效率。
尤其，通过对第一电机的转速调节，实现液量和液量变化率的有效调节，维持管路内液量环境的稳定性，提高实验效率。
尤其，通过电机泵和液路阀的配合，实现试剂的注入，在管路层上进行相关的实验反应，且利用电机泵和液路阀配合实现对核酸物质在管路层内的反应及转移，且在纯化仓或是扩增仓内进行对应的操作，实现实验的连续性，且通过电机泵和液路阀的配合控制了实验的进度和流程，简单方便，易于实现。
进一步地，减速装置的设置使得试剂在试剂管内的注入速度或是在管路层内的流动速度都会有相应的减慢或是降低，通过对试剂注入速度的控制，实现对实验过程的有效控制，便于掌握实验节奏。
进一步地，通过设置面积较小的阀头与管路层的管路进行连接，不但便于控制管路的通断，且其作用面积在管路上正好可以切断流体，面积过大会造成物质结构的浪费，面积过小会导致在压力作用下，无法截断管路层内的流体，影响实验结果。
进一步地，为了进一步保证每个电机的工作状态正常，且其工作的时序在整个实验过程中是正确的，因此需要对其进行整体统筹规划，通过电路控制板的设置，将每个电机的控制变得简单，且控制方便。
进一步地，限位钉设置在电机板上，电机带动阀头运动，限位钉限制了阀头的行进距离，防止其移动距离较大，对管路层的冲击力就越大，对管路层内的单阀或双阀造成损坏，影响管路层内的结构，进而破坏实验进度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于PCR的液路控制装置中电机泵的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的基于PCR的液路控制装置中电机泵的立体结构示意图；
图3为本发明实施例提供的基于PCR的液路控制装置中电机泵的侧面示意图；
图4为本发明实施例提供的基于PCR的液路控制装置中液路阀的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的基于PCR的液路控制装置中另一液路阀的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的基于PCR的液路控制装置中液路阀的仰视图；
图7为本发明实施例提供的基于PCR的液路控制装置的应用装置结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1-图6所示，本发明实施例提供的基于PCR的液路控制装置，应用于核酸检测过程中，在进行核酸检测时，通过在管路层内设置对应的反应管路，然后通过加样层进行加样加试剂等，在管路层内完成核酸的提取、纯化以及扩增反应，使得反应集成化，不但节约设备，而且整体实验具有紧凑性及连续性。具体而言，本发明实施例提供的基于PCR的液路控制装置包括电机泵1和液路阀2，所述电机泵1与所述管路层上的进液口连接，所述液路阀2设置在管路层的管路上，所述电机泵1和所述液路阀2配合实现管路层内液体流向的控制；在管路层的液路上设置有液量传感器，用以对管路层内管路上的液体含量进行实时监测；所述电机泵1包括电机组10和连接轴11，所述电机组10的输出轴和所述连接轴11固定连接，所述连接轴11用以通过推吸液装置与进液口连接，所述液路阀2包括第一电机20和阀头21，所述第一电机20的输出轴和所述阀头连接，所述第一电机20的转动带动所述阀头上下运动；所述第一电机20转动带动阀头21向下对所述管路层产生压力，实现管路的断开，从而将管路内的液体截流；在所述阀头21向下或向上时，所述电机组10带动所述连接轴11推入或吸出所述管路层内的液体；
中控单元分别与液量传感器、所述电机组和所述第一电机连接，用以根据管路内的液体含量调节电机组和第一电机的转速，液体传感器的工作原理是根据液体通过芯片内管道上的电极对，然后将电极联通进而改变与电极连接的显示装置的示数，显示装置可以与中控单元连接，当没有液体通过时，则电路不通，无示数，当有液体通过时，在管路层管道内的液体并不是纯净的液体，因此具有导电的功能，而根据液体的导电性，确定液体的流动位置以及管路上的液体的含量。
中控单元内设置有液量标准液量矩阵W(wli，ti)，其中wli表示第i时刻纯化仓的标准液量，ti表示第i时刻，在实验中的任意时刻，若液量传感器检测到的纯化仓内的液量≤液量标准液量矩阵中的标准液量，则控制第一电机使阀头向上运动，同时控制电机组增加纯化仓的进液量；
若液量传感器检测到的纯化仓内的液量>液量标准液量矩阵中的标准液量，则控制第一电机使阀头向下运动，同时控制电机组增加纯化仓的进液量；
中控单元内还设置有第一电机的第一转速调节系数k1、第二转速调节系数k2和第三转速调节系数k3，根据纯化仓的液量偏离纯化仓的标准液量的大小选择第一电机的调节系数。
具体而言，本发明实施例提供的基于PCR的液路控制装置，通过在管路层的管路内设置有液量传感器，对管路内的液量进行实时监测，在反应过程中，不同时刻管路层中各管路中的液量是实时变化的，本发明实施例通过监测纯化仓内的液量的实时变化确定实验的进度，当样品进入管路层，利用裂解液对样品进行裂解时，纯化仓应该是干燥的，而当对样品进入纯化仓进行清洗时，纯化仓内的液量有所增加，而纯化结束后，根据纯化仓内液体的残留程度不同，相应的液量也不同，本发明实施例根据管路层中液量的变化，对实验过程进行有效控制，实现根据管路内的液体的多少，控制实验进度，大大提高实验效率。
具体而言，在利用第一电机对阀头进行向上运动调节时，所述根据纯化仓的实时液量wi偏离纯化仓的标准液量的大小选择第一电机的调节系数包括：
若wli-wi<中控单元内预设的标准差值，则采用第一转速调节系数k1调节第一电机的转速；
若wli-wi＝中控单元内预设的标准差值，则采用第二转速调节系数k2调节第一电机的转速；
若wli-wi>中控单元内预设的标准差值，则采用第三转速调节系数k3调节第一电机的转速。
具体而言，当阀头向上运动时，表示该管路单位时间内的进液增多，进而管路中的液量变大，为了维持管路内环境的稳定，防止液量的巨变，实现管路内液量的缓慢变化，减少液量变化对样品反应速率的影响，当液量变化差值较小时，小于预设的标准差值时，采用第一转速调节系数对第一电机的转速进行调整，进而将阀头向上的速度降低，防止液量突增，影响实验效果；当液量变化差值较大时，大于预设的标准差值时，此时为了快速维持液量的稳定性，则需要采用第三转速调节系数k3对第一电机的转速进行调整，增加液体进入管路的速度，以降液量快速进行提升，本发明实施例中的第一转速调节系数k1<第二转速调节系数k2<第三转速调节系数k3，通过对第一电机的转速调节，实现液量和液量变化率的有效调节，维持管路内液量环境的稳定性，提高实验效率。
具体而言，在利用第一电机对阀头进行向下运动调节时，所述根据纯化仓的实时液量wi偏离纯化仓的标准液量的大小选择第一电机的调节系数包括：
若wi-wli<中控单元内预设的标准差值，则采用第三转速调节系数k3调节第一电机的转速；
若wi-wli＝中控单元内预设的标准差值，则采用第二转速调节系数k2调节第一电机的转速；
若wi-wli>中控单元内预设的标准差值，则采用第一转速调节系数k1调节第一电机的转速。
具体而言，本发明实施例中，当阀头向下运动时，目的是减少进液量，降低管路内的液量，若实时液量wi偏离纯化仓的标准液量较小时，则采用第一转速调节系数，使得管路内的液量和液量变化采用小幅提升，进而实现对管路内液量的均匀降低，降低液量变化对管路内物质反应的影响，当实时液量wi偏离纯化仓的标准液量较大时，则采用第三转速调节系数，使得管路内的液量进行快速降低，防止管路内的液体过多，影响反应进度，实现对反应效率的提升。
具体而言，所述第一转速调节系数k1采用的计算方法为：
k1＝(|w1-wl1|/wl1+|w2-wl2|/wl2+|w3-wl3|/wl3)/4；
所述第二转速调节系数k2采用的计算方法为：
k2＝(|w1-wl1|/wl1+|w2-wl2|/wl2+|w3-wl3|/wl3)/3；
所述第三转速调节系数k3采用的计算方法为：
k3＝(|w1-wl1|/wl1+|w2-wl2|/wl2+|w3-wl3|/wl3)/2；
其中w1表示第一时刻纯化仓的实时液量，wl1表示第一时刻纯化仓的标准液量，w2表示第二时刻纯化仓的实时液量，wl2表示第一时刻纯化仓的标准液量，w3表示第三时刻纯化仓的实时液量，wl3表示第三时刻纯化仓的标准液量，第一时刻定义为进行第一次清洗时，第二时刻定义为进行第二次清洗时，第三时刻定义为第三次清洗时。
具体而言，本发明实施例通过选择在反应过程中的三个时刻纯化仓的实时液量和标准液量，进而确定相应的调节转速系数，使得各电机可以根据反应过程中的液量进行实时调整，使得在样品的裂解、清洗和洗脱过程中的液量稳定，提高反应环境的稳定性，提高反应效率。
具体而言，电机泵1与管路层上的进液口连接，用以向管路层内加入试剂，在不同的反应阶段，所加入的试剂是不同的，试剂注入的进液口也是不同的，在电机泵1连接的试剂管内可以是裂解液、可以是清洗液，还可以是洗脱液，是根据实验目的不同进行选择的。在实际应用中，电机泵1和液路阀2进行配合实现管路层内液体流向的控制，以注入裂解液的过程为例进行说明，在向管路层内注入裂解液时，本领域技术人员可以理解的是，注入裂解液的目的是将样品进行裂解，实现样品中核酸物质及蛋白质的分裂，在进行裂解液注入之前，样品已经从注样口加入到了样品进液口内，此时关闭双阀，关闭第二单阀，打开第一单阀，样品进液口和裂解液进液口之间设置有第一单阀，第一单阀连接的阀头21无需下压，实现第一单阀的打开，而此时第二单阀和双阀的阀头21是需要在第一电机20的作用下向下运动对管路层施加压力，进而实现截流的，裂解液和样品注入后在管路层内的管道进行混合。
为了促使混合充分均匀，此时第二电机102和第三电机103可以配合进行工作，如第三电机103推入时，第二电机102向外吸液，或是第二电机102推液，第三电机103吸液，进而实现了样品和裂解液在样品进液口和裂解液注入口之间充分混合反应，当二者混合均匀充分后，就需要将其推入纯化仓内，进行后续的纯化反应。
具体而言，下面就裂解液是如何推入管道内进行进一步说明，第三电机103的输出轴连接所述连接轴11，连接轴11通过注液装置连接注液口，注液装置包括试剂管和活塞，活塞可以在试剂管内前后移动，电机的转数转化为活塞在试剂管内的横向移动距离，实现将试剂管内裂解液注入管路层内。在实际应用中，若需要推入裂解液，则第三电机103正转，实现活塞在试剂管内先前移动，将裂解液注入，若需要抽出液体，则控制点第三电机103反转，此时为了配合抽液动作，第二电机102需要正转进行推入动作，通过第二电机102和第三电机103的正转或反转实现裂解液和样品的充分混合。
本发明实施例提供的基于PCR的液路控制系统，通过电机泵1和液路阀2的配合，实现试剂的注入，在管路层上进行相关的实验反应，且利用电机泵1和液路阀2配合实现对核酸物质在管路层内的反应及转移，且在纯化仓或是扩增仓内进行对应的操作，实现实验的连续性，且通过电机泵1和液路阀2的配合控制了实验的进度和流程，简单方便，易于实现。
在实际应用中还可以通过减速装置组13对电机组10内的电机转动速度进行调节，减速装置组13的设置使得试剂在试剂管内的注入速度或是在管路层内的流动速度都会有相应的减慢或是降低，通过对试剂注入速度的控制，实现对实验过程的有效控制，便于掌握实验节奏。所述第一电机20还包括第一减速装置25，所述第一减速装置25设置在所述第一电机20内，用以控制所述第一电机20的转速。第一减速装置25与减速装置组的作用类似，其工作过程及原理类似，不再赘述。
在实验结束之后，所述连接轴上端设置有零位片15和光电传感器16，所述光电传感器16固定在所述连接轴11的上方，所述零位片15随所述连接轴11转动，所述光电传感器16用以接收反应结束的信号，进而通过所述零位片15将所述连接轴11的转动位置归零。在使用时，光电传感器16单独固定在连接轴11的上方，零位片15随连接轴11转动，周期性或有规律的通过并遮挡光电传感器16，光电信号发生变化，光电传感器16和零位片15是配套使用的，反应结束后，芯片上螺杆要归零位，这样才能取出芯片，这是放置芯片的结构限制了，另外一个作用，可以作为计数功能，可以记录每个电机连接的电机泵1运动了多少周，转了多少圈，这样可以简单矫正一下加液量的准确性。通过将连接轴11转动位置归0，便于芯片的取出，进行下一待检测样品的实验过程。
具体而言，本发明实施例提供的基于PCR的液路控制装置中，所述液路阀2还包括连接座22，所述连接座22的一侧设置有凹口，所述阀头21置于所述凹口内，所述连接座22上设置有导向槽23，所述阀头21连接的导轨24与所述导向槽23滑动连接，所述第一电机20驱动所述导轨24在所述导向槽23内滑动。通过设置凹口，使得阀头21和连接座22的嵌入式连接更为牢固，防止在使用过中松脱对结构造成破坏。
具体而言，在实际应用的管路层内可以包括有单阀和双阀，那么对应进行控制的阀头21就分为一个或是两个，单阀需要一个阀头21进行通断的控制，双阀需要两个阀头21进行通断的控制，因此阀头21包括一个或两个。本领域技术人员可以理解的是所述阀头21为圆柱体，且所述圆柱体呈阶梯状，所述阀头21的第一端面的面积小于第二端面的面积，所述阀头21的第一端面与所述管路层内的管路连接。通过设置面积较小的阀头21与管路层的管路进行连接，不但便于控制管路的通断，且其作用面积在管路上正好可以切断流体，面积过大会造成物质结构的浪费，面积过小会导致在压力作用下，无法截断管路层内的流体，影响实验结果。
具体而言，本发明实施例提供的基于PCR的液路控制装置还包括电路控制板14，所述电路控制板14设置在所述电机组10的一侧，所述电路控制板14与所述电机组10电连接，所述电路控制板14用以控制所述电机组10的工作状态。通过电路控制板14，实现对电机组10的工作状态进行整体控制，由于在实验过程中，每个电机的工作时间，且其是正转还是反转都要依赖于其他电机，也就是说每个电机的工作状态都是与其他电机的工作状态或是当前的实验进度息息相关的，为了进一步保证每个电机的工作状态正常，且其工作的时序在整个实验过程中是正确的，因此需要对其进行整体统筹规划，通过电路控制板14的设置，将每个电机的控制变得简单，且控制方便。
具体而言，所述电机组10包括第二电机102，第三电机103、第四电机104、第五电机105和第六电机106，所述第二电机102，第三电机103、第四电机104、第五电机105和第六电机106并列设置，与所述第二电机102，第三电机103、第四电机104、第五电机105和第六电机106连接的连接轴11的端部设置有凹形槽，所述凹形槽用以连接所述推吸液装置。连接轴11的端部设置有凹形槽，对应的与连接轴11连接的活塞管为扁平的，其恰好嵌入在凹形槽内，在各个电机的作用下驱动对应的活塞在试剂管内往复移动，实现注液或吸液，且各个电机并列设置，可以保证电机组10在整体结构中的体积较小，易于实现。
具体而言，本发明实施例提供的基于PCR的液路控制装置还包括有限位钉26，所述限位钉26设置在电机板上，所述第一电机20设置在所述电机板上，所述限位钉26用以限制所述阀头21在所述导轨24内的行进距离。限位钉26设置在电机板上，电机带动阀头运动，限位钉26限制了阀头21的行进距离，防止其移动距离较大，对管路层的冲击力就越大，对管路层内的单阀或双阀造成损坏，影响管路层内的结构，进而破坏实验进度。
具体而言，通过设置限位钉26，来保证阀头21的行进距离过大，所述限位钉26包括有两个，设置在所述导向槽23与电极板的接触面上，且呈对角线分布。且设置多个限位钉26，可以保证限位的牢固性，若是其中的一个发生故障，还有其他限位钉26可以限制阀头21的行进距离，保证液路阀2的正常工作，且限位钉26设置在对角位置，不会影响其他结果，且便于拆卸。
结合具体应用实例进行说明，如图7所示，本发明实施例提供的基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置包括核酸提取装置10、核酸纯化装置和核酸扩增反应装置，所述体酸提取机构10、所述核酸纯化装置和所述核酸扩增反应装置均设置在壳体内，用以对体酸提取机构10、核酸纯化装置和核酸扩增反应装置进行保护，防止损伤。其中所述核酸提取机构10包括加样装置和管路层，加样装置包括加样层、连接件和电机，所述加样层内设置有若干组试剂管，所述试剂管的一端置于所述连接件的凹槽内，所述电机控制所述连接件转动，进而带动所述试剂管实现推液抽液。加样层上侧设置有加样孔，用以向芯片内添加样品，加样孔连接有第一试剂管，第二电机带动第二连接件将第二试剂管内的裂解液推入管路层，样品和裂解液在管路层混合，完成样品的裂解，使得样品中的核酸和蛋白质进行分离，得到核酸和蛋白质的混合物，进一步地，为了得到纯度较高的核酸，需要对混合物中的蛋白质进行清除，在本发明实施例中，将混合物引流至纯化仓，所述核酸纯化装置包括超声单元90和磁吸单元80，所述超声单元90的振动用以将所述纯化仓内的磁珠打散，使得混合物中的核酸与磁珠接触的更为充分，所述磁吸单元80用以将所述核酸和磁珠固定在纯化仓处，此时需要第一试剂管连接的电机向外抽，第二试剂管连接的电机向内推，进而将混合物推至纯化仓内，此时混合物与纯化仓内的磁珠接触，在所述管路层的下方设置有超声单元90和磁吸单元80，所述超声单元90和所述磁吸单元80，并排设置。
在实际应用中，为了预防超声单元90和磁吸单元80的自重作用，在本发明实施例中还设置了保护架91，保护架91用以在使用过程中对超声单元90和磁吸单元80进行保护，同时也可以对超声单元和磁吸单元进行固定，防止其在使用过程中出现位置偏移。所述超声单元90的振动用以将所述纯化仓内的磁珠打散，使得混合物中的核酸与磁珠接触的更为充分，进一步地，置于纯化仓内的混合物需要做进一步处理，将混合物中的蛋白质等洗掉，保留核酸。在清洗前，磁吸单元80包括支架、磁铁和磁铁驱动装置，所述磁铁驱动装置驱动所述磁铁在所述支架上的导轨上运动至纯化仓的下方，利用磁珠和磁铁的吸引关系，将磁珠和核酸仅仅固定在纯化仓处，此时利用第三试剂管连接的第三电机向内注入清洗液至纯化仓内，需要和第三试剂管配合作用的是第一试剂管和第二试剂管，对应的电机可以向外抽，使得蛋白质等杂质等被抽离纯化仓，将废液存储至加样孔或是第二试剂口，在实际应用中，为了将核酸清洗干净，可多次进行清洗，具体过程可重复上述清洗过程，在此不再赘述。
最后，为了将吸附在磁珠上的核酸脱离磁珠，此时利用第五试剂管连接的第五电机向内注入洗脱液至纯化仓，在清洗和洗脱的过程中，磁铁均置于支架的最上端，和纯化仓紧密接触。洗脱之后的核酸在泵阀的作用下，将纯化仓内的核酸引至扩增仓内，最后关闭扩增仓连接的双阀，以待扩增反应。然后，打开设置在上壳40的激发光源机构仓内的激发光源20，利用激发光源20产生的固定波段的激发光照射在扩增仓上，以进行扩增反应，核酸扩增反应装置包括激发光源20和温控单元，所述温控单元设置在管路层扩增仓的下方，以对扩增反应过程中的温度进行控制。电机组包括第二电机、第三电机、第四电机、第五电机和第六电机，所述电机组和所述磁铁驱动装置均与电机控制板卡电连接，超声单元90和磁吸单元80的控制信号来自于第一控制板卡81，而所有控制信号的发出均来自于工控板100，所述工控板100设置在显示模组110内，显示模组110设置在所述上壳40的端部倾斜面上，用于显示实验的进度以及对应的实验操作步骤。电源装置20用于对所述PCR反应主体和显示模组110进行供电，所述电源装置20设置在所述PCR反应主体的一侧。本发明实施例提供的基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置自带电源装置，实现超长待机，且便于移动，不受地域限制，将PCR反应可以在任何环境下进行。
本发明实施例提供的基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置，将核酸的提取、纯化、扩增反应的过程进行了集成，且利用电机进行逻辑控制，使得核酸的提取过程无需人工干预，核酸纯化的过程只需控制超声单元和磁吸单元就可以进行对应的纯化反应，而扩增反应也是控制电机及激发光工作即可完成上述过程，本发明实施例将在一个装置内完成所有的提取、纯化、扩增反应，实现反应的连续性，使得实验设备的集成度较高，实验的连续性较高，提取、纯化、扩增均在一个管路层上就可以实现。
具体而言，本发明实施例还包括壳体，所述核酸提取装置、所述核酸纯化装置和所述核酸扩增反应装置均设置在所述壳体内，所述壳体包括上壳40、下壳30，上盖50和光源盖板60，所述上壳40设置有激发光源仓42和芯片安装仓41，所述激发光源仓42内用以放置所述激发光源，所述芯片安装仓41内用以放置所述管路层和加样层，所述超声单元90、所述磁吸单元80均设置在所述上盖50和所述下壳30之间，所述温控装置设置在所述上盖50和所述下盖之间；所述光源盖板60用以盖住所述激发光源仓42，所述上盖50用以盖住所述芯片安装仓41。将核酸提取装置10、核酸纯化装置和所述核酸扩增反应装置均设置在所述壳体内，实现对壳体内部结构的有效保护，另外在实验过程中，上壳40内的激发光源在工作过程中会产生一定的热量，影响激发光源仓42的温度，可选的，在激发光源仓42的下方设置进风风扇31，实现对激发光源仓42内热量的释放。
具体而言，核酸提取装置10包括加样层和管路层，其置于芯片安装仓41内，在核酸提取装置10上还设置有采光模块控制板11和阀头控制板2，采光模块控制板11设置在上盖50的下方，采光控制板用以将激发光射至扩增仓内的核酸物质，并将扩增仓内产生的荧光经过上盖50上的玻璃口传至图像采集装置，阀头控制板2用以控制管路层上的阀头的通断，图7中的阀头控制板就是液路阀2进而控制管路层上液路内液体的流向。上盖50的一端设置有连接耳，连接耳和上壳40上的连接孔配合，实现上盖50和上壳40的可活动连接。而上盖50和上壳40卡接实现将核酸提取装置10固定在芯片安装仓41内。
具体而言，超声单元90包括下板、上板，在所述上板和下板之间设置有若干导轨，在每个所述导轨上套设有一弹簧，以对上板提供反作用力，还包括一超声变幅杆，所述超声变幅杆穿过所述上板，并且，超声变幅杆的下部通过连接法兰与一超声换能器连接，超声换能器设置在上板与下板之间，以与超声换能器连接，改变换能器的振幅。所述超声变幅杆在传递及改变振幅过程中，超声变幅杆上下振动；所述导轨，用以限制弹簧被压缩时运动方向，保证超声换能器与被超声芯片之间接触良好，超声能量传递的有效性。在本发明实施例中，被超声芯片具体就是指管路层的纯化仓。本发明实施例的超声换能器与超声振幅杆在工作过程中，产生纵向及横向的振幅，随着振幅的不断变化，带动上板产生移动一定的振幅，在振幅足够大的时候，若限位杆仍在预设的位置，则会停止上板及法兰的上下移动，造成振幅输出动作停止。为此，本发明实施例还能够对限位杆的限位位置进行调整。本实施例的下侧板设置有若干限位杆，在上板上设置有若干与限位杆配合，用以使限位杆通过的限位孔，在超声换能器与超声变幅杆工作时，产生上下的振幅，通过限位杆使得两者能够在预设的竖向方向上移动，避免产生偏差；同时，本实施例采用限位杆与通孔结合方式，还能够避免超声变幅杆在径向方向也即横向方向的偏差，在产生横向方向的偏差时，限位杆不能够穿过限位孔。超声波的能量传递至纯化仓内，作用于纯化仓内的磁珠，将纯化仓内的磁珠在超声波谐振的作用下，磁珠和磁珠之间产生微小的间隙，，在振动作用下，纯化仓内的磁珠不接触，此时核酸与磁珠之间利用化学键的作用，使得核酸吸附在磁珠的表面，使得吸附的更加均匀。
具体而言，所述加样层上侧设置有加样孔，用以向管路层内添加样品，所述加样孔的下方为多个间隔设置的加样仓，在所述加样仓的一侧还设置有加压结构，其包括管壁，在管壁内部设置有活塞，所述活塞沿着所述管壁往复移动，推动其内的试剂向试剂出口流出或抽回。所述加压结构的一端还连接有电机组，所述电机组包括连接件和电机，所述活塞设置在所述连接件的凹槽处，所述电机带动所述连接件转动，进而带动所述活塞沿着所述管壁往复移动。电机组内的电机在正转或是反转的过程中，会产生一定量的角度位移的偏转，本发明实施例中还提供了零点复位板13，用以控制电机组内电机进行零点复位，进而更为精准的控制电机转动，实现对活塞的精准控制，对试剂的用量进行把控。
具体而言，在对管路层进行试剂注射时，通过活塞向加样仓移动，增加其内的压力，以推动试剂向试剂出口流动，实现注入试剂。本发明实施例设置若干组试剂管，在本实施例中，设置五组试剂管，根据实验需要依次向管路层施加不同或相同的试剂，能够大大提高使用效率。且利用电机组带动连接件实现对活塞的控制，便捷高效。
可以看出，本实施例把复杂的实验过程，集成在芯片的管路层，能够控制液体走向，从而能够有效地提高工作效率。
具体而言，所述磁吸单元80包括支架、磁铁和磁铁驱动装置，所述磁铁驱动装置驱动所述磁铁在所述支架上的导轨上运动至纯化仓的下方。在进行纯化反应过程中，为了防止利用清洗液清洗核酸时，在超声单元将核酸吸附后，就要进行清洗，此时将磁铁驱动装置驱动磁铁沿着导轨运动至纯化仓的下方，当清洗结束后，需要将核酸转移至扩增仓时，要将所述磁铁远离纯化仓，以便于进行后续核酸由纯化仓到扩增仓的转移，保证实验的连续性。
具体而言，所述温控装置70包括制热单元和散热单元，所述制热单元为电阻丝，所述制热单元和所述散热单元均设置在所述芯片安装仓41的正下方，并与待安装的芯片接触，散热单元用于对芯片内的扩增仓进行散热，制热单元用于对芯片内的扩增仓加热，以使得扩增仓内的温度处于预设温度范围内；散热单元与控制模块电连接，控制模块用于控制散热单元和制热单元的工作状态。
在实验过程中，当进行扩增反应时，温控装置70的制热单元开始执行第一预加热操作；再检测到待检测芯片后，对待检测芯片进行第二预加热操作；对待检测芯片进行加热；在检测到待检测芯片到达预设检测位置后，对待检测芯片持续加热，以将其加热至预设反应温度；在加热过程中，若待检测芯片的温度超过预设检测温度时，启动散热单元进行第一散热操作；当待检测芯片到达预设检测位置且处于预设检测温度范围内时，芯片检测装置对待检测芯片进行图像采集，以进行芯片检测。当反应结束后，散热单元对芯片进行完全散热，以便于快速更换芯片。通过制热单元和散热单元，保证待检测芯片在扩增反应过程中处于合适的温度范围内，防止温度过低或过高影响扩增反应的进度，提高实验效率，保证实验的连续性。而下壳30上还设置有散热孔32和散热风扇，在基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置进行工作过程中，激发光源仓42的下方设置进风风扇31和散热风扇以及散热孔32构成了本发明实施例提供的基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置中的单向散热通道，实现对产生热量的激发光源以及扩增仓进行及时散热。
具体而言，本发明实施例提供的基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置包括第一主板130，第二主板140和按键板150，第一主板130设置在下壳30内，其上设置有对进风风扇31以及散热风扇的控制电路，其中散热风扇是设置在下壳30的两侧壁上的，散热孔30设置在散热风扇的下方。第一主板130和第二主板140上均设置有通孔，温控装置70依次穿过所述第二板卡140和第一板卡130上的通孔，使得温控装置70和散热风扇及散热孔的位置靠近，便于散热。按键板150上设置有一按键，用以对与该按键对应的装置进行控制。具体而言，该按键可以用于控制电源装置150。
可以看出，上述实施方式，能够快速便捷的进行芯片检测操作。并且，通过设置温控单元以对芯片进行加热，通过模拟芯片的工作温度，以进行芯片的检测，不仅能够提高芯片的检测效率，还极大地提高了芯片检测时的准确性。
具体而言，在实验过程中，为了清晰了解当前的实验阶段，还包括显示模组110和工控板100，所述工控板100设置在所述显示模组110内，所述显示模组110用以显示工作状态，所述工控板100用以控制所述温控装置70、所述电机组、所述超声单元90以及所述磁吸单元80，所述显示模块设置在所述上壳的倾斜面上。显示模组显示实验阶段和实验过程中的参数，使得实验人员清楚了解实验过程中的进度，并根据实验参数及实验结果修正之后的实验过程，工控板100连接温控装置70、所述电机组、所述超声单元90以及所述磁吸单元80，整体把握实验过程中各种设备的工作运行情况，使得实验过程有序进行，实验过程连续且可视化。
所述管路层内还设置有泵阀，用以对管路层内的对应管路的通断进行控制，所述泵阀和所述电机组配合实现对裂解液、清洗液以及洗脱液在管路层内的控制，完成相应的混合、清洗和洗脱。通过泵阀控制板来控制泵阀的打开或是关闭，进而控制管路层液路的通断，保证在管路层实现提取、纯化和扩增，保证整个实验过程的连续性，高效快捷。
所述激发光源为LED灯或LD灯。LED灯或LD灯具有启动时间短、亮度高、能耗低、体积小、寿命长、安全性高、成本低等优点，在照明领域获得了广泛的应用。且目前多种颜色的单色高效能LED灯的制造技术已经成熟并广泛应用。LED光源驱动电压低(2～5V)、体积小、输出光强稳定，便于激发光源装置的小型化。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于PCR的液路控制装置，其特征在于，包括：电机泵和液路阀，所述电机泵与管路层上的进液口连接，所述液路阀设置在管路层的管路上，所述电机泵和所述液路阀配合实现管路层内液体流向的控制；
在管路层的液路上设置有液量传感器，用以对管路层内管路上的液体含量进行实时监测；
所述电机泵包括电机组和连接轴，所述电机组的输出轴和所述连接轴固定连接，所述连接轴用以通过推吸液装置与进液口连接，所述液路阀包括第一电机、第一丝杆和阀头，所述第一电机的输出轴通过第一丝杆和所述阀头连接，所述第一电机的转动通过第一丝杆传动，以带动所述阀头上下运动；
所述第一电机转动带动阀头向下对所述管路层产生压力，实现管路的断开，从而将管路内的液体截流；
在所述阀头向下或向上时，所述电机组带动所述连接轴推入或吸出所述管路层内的液体；
中控单元分别与液量传感器、所述电机组和所述第一电机连接，用以根据管路内的液体含量调节电机组和第一电机的转速；
中控单元内设置有液量标准液量矩阵W(wli，ti)，其中wli表示第i时刻纯化仓的标准液量，ti表示第i时刻，在实验中的任意时刻，若液量传感器检测到的纯化仓内的液量≤液量标准液量矩阵中的标准液量，则控制第一电机使阀头向上运动，同时控制电机组增加纯化仓的进液量；
若液量传感器检测到的纯化仓内的液量>液量标准液量矩阵中的标准液量，则控制第一电机使阀头向下运动，同时控制电机组增加纯化仓的进液量；
中控单元内还设置有第一电机的第一转速调节系数k1、第二转速调节系数k2和第三转速调节系数k3，根据纯化仓的液量偏离纯化仓的标准液量的大小选择第一电机的调节系数。
2.根据权利要求1所述的基于PCR的液路控制装置，其特征在于，在利用第一电机对阀头进行向上运动调节时，所述根据纯化仓的实时液量wi偏离纯化仓的标准液量的大小选择第一电机的调节系数包括：
若wli-wi<中控单元内预设的标准差值，则采用第一转速调节系数k1调节第一电机的转速；
若wli-wi＝中控单元内预设的标准差值，则采用第二转速调节系数k2调节第一电机的转速；
若wli-wi>中控单元内预设的标准差值，则采用第三转速调节系数k3调节第一电机的转速。
3.根据权利要求1所述的基于PCR的液路控制装置，其特征在于，在利用第一电机对阀头进行向下运动调节时，所述根据纯化仓的实时液量wi偏离纯化仓的标准液量的大小选择第一电机的调节系数包括：
若wi-wli<中控单元内预设的标准差值，则采用第三转速调节系数k3调节第一电机的转速；
若wi-wli＝中控单元内预设的标准差值，则采用第二转速调节系数k2调节第一电机的转速；
若>中控单元内预设的标准差值，则采用第一转速调节系数k1调节第一电机的转速。
4.根据权利要求2或3所述的基于PCR的液路控制装置，其特征在于，所述第一转速调节系数k1采用的计算方法为：
k1＝(|w1-wl1|/wl1+|w2-wl2|/wl2+|w3-wl3|/wl3)/4；
所述第二转速调节系数k2采用的计算方法为：
k2＝(|w1-wl1|/wl1+|w2-wl2|/wl2+|w3-wl3|/wl3)/3；
所述第三转速调节系数k3采用的计算方法为：
k3＝(|w1-wl1|/wl1+|w2-wl2|/wl2+|w3-wl3|/wl3)/2；
其中w1表示第一时刻纯化仓的实时液量，wl1表示第一时刻纯化仓的标准液量，w2表示第二时刻纯化仓的实时液量，wl2表示第一时刻纯化仓的标准液量，w3表示第三时刻纯化仓的实时液量，wl3表示第三时刻纯化仓的标准液量，第一时刻定义为进行第一次清洗时，第二时刻定义为进行第二次清洗时，第三时刻定义为第三次清洗时。
5.根据权利要求1所述的基于PCR的液路控制装置，其特征在于，所述液路阀还包括连接座，所述连接座的一侧设置有凹口，所述阀头置于所述凹口内，所述连接座上设置有导向槽，所述阀头连接的导轨与所述导向槽滑动连接，所述第一电机驱动所述导轨在所述导向槽内滑动，所述阀头包括一个或两个，所述阀头为圆柱体，且所述圆柱体呈阶梯状，所述阀头的第一端面的面积小于第二端面的面积，所述阀头的第一端面与所述管路层内的管路连接。
6.根据权利要求1所述的基于PCR的液路控制装置，其特征在于，所述电机组还包括有减速装置组，所述减速装置组设置在所述电机组内，用以控制所述电机组的转速；所述第一电机还包括第一减速装置，所述第一减速装置设置在所述第一电机内，用以控制所述第一电机的转速。
7.根据权利要求2所述的基于PCR的液路控制装置，其特征在于，所述中控单元为电路控制板，所述电路控制板设置在所述电机组的一侧，所述电路控制板与所述电机组电连接，所述电路控制板用以控制所述电机组的工作状态。
8.根据权利要求3所述的基于PCR的液路控制装置，其特征在于，所述连接轴上端设置有零位片和光电传感器，所述零位片随着所述连接轴转动，在转动过程中，所述零位片遮挡光信号，所述光电传感器接收光信号变化用以判定所述连接轴的转动位置，进而通过所述零位片将所述连接轴的转动位置归零。
9.根据权利要求7所述的基于PCR的液路控制装置，其特征在于，所述电机组包括第二电机，第三电机、第四电机、第五电机和第六电机，所述第二电机，第三电机、第四电机、第五电机和第六电机并列设置，与所述第二电机，第三电机、第四电机、第五电机和第六电机连接的连接轴的端部设置有凹形槽，所述凹形槽用以连接所述推吸液装置。
10.根据权利要求5所述的基于PCR的液路控制装置，其特征在于，还包括有限位钉，所述限位钉设置在电机板上，所述第一电机设置在所述电机板上，所述限位钉用以限制所述阀头在所述导轨内的行进距离，所述限位钉包括有两个，设置在所述导向槽与电极板的接触面上，且呈对角线分布。
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