CN113278509A - 用于核酸检测的芯片装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于核酸检测的芯片装置，设置在最上端的加样层、设置在加样层下侧的垫片和设置在垫片下侧的管路层；其中，所述加样层上侧设置有加样孔，用以向芯片内添加样品，注入芯片内的样品经过核酸提取、纯化、扩增反应；所述加样层与管路层通过卡条与设置在管路层侧部的限位架活动连接，相应的，在限位架的内侧设置有第一卡槽，第一卡槽通过卡条相互配合连接，以实现加样层和管路层的相对位置切换和固定。

Description

用于核酸检测的芯片装置

技术领域

本发明涉及医疗检测技术领域，具体而言，涉及一种用于核酸检测的芯片装置。

背景技术

目前现有技术中，常用的核酸检测方法包括基于扩增的核酸快速检测和基于杂交的基因芯片技术等；其中，基于扩增的核酸快速检测技术，因其灵敏、高效、快速、便捷等优点而广泛应用于病原体检测、基因分型等领域。

现有技术中，常用的核酸检测装置主要包括PCR仪、恒温核酸扩增检测仪、凝胶成像系统、基因芯片检测平台、基因组学测序仪等大型仪器。这些仪器对工作环境和操作人员具有较高的要求，限制了其在野外、基层、事件现场等条件不足的场所的应用；因此，现有常规核酸检测多依赖于大型仪器，在集成性、便携性以及环境适应性等方面亟待改进。

中国专利公开了一种核酸自动检测装置，包括固定座及竖直固定于固定座上的主支撑板、样品反应自动机构及其固定架、核酸检测光路结构及其承载架和控制器；样品反应自动机构固定架固定于主支撑板上，样品反应自动机构的出口向固定架的下方延伸并位于固定架架体之外；核酸检测光路结构承载架位于样品反应自动机构出口的下方并与主支撑板固定连接，核酸检测光路结构的入口与样品反应自动机构的出口连接；控制器设置于固定座上，并分别与样品反应自动机构及核酸检测光路结构电连接。

上述技术方案中，一方面，检测装置对环境要求高，测试精度低，同时，芯片内部管路没有集成化，反应液难以按照预期进行混合及测试。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于核酸检测的芯片装置，以解决检测装置受环境影响较大从而导致测试精度低的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种用于核酸检测的芯片装置，包括：设置在最上端的加样层、设置在加样层下侧的垫片和设置在垫片下侧的管路层；

其中，

所述加样层上侧设置有加样孔，用以向芯片内添加样品，注入芯片内的样品经过核酸提取、纯化、扩增反应；

所述加样层与管路层通过卡条与设置在管路层侧部的限位架活动连接，相应的，在限位架的内侧设置有第一卡槽，第一卡槽通过卡条相互配合连接，以实现加样层和管路层的相对位置切换和固定；

第二卡槽，所述第二卡槽设置在所述限位架的内侧，位于第一卡槽的下方；

在运输或存储时，所述加样层与所述第一卡槽连接；

在使用时，将所述垫片抽出，向下按压所述加样层，使得所述加样层与所述第二卡槽连接，同时，刺针设置在管路层上的立柱上，用以刺破设置在所述加样层内的试剂，以使试剂和样品进行混合反应；

当所述加样层与所述管路层压合后，设置在所述加样层底部的第一应变片检测所述加样层和所述管路层之间的挤压力，用以确定所述加样层和所述管路层在压合过程中受力的均匀性。

进一步地，还包括密封膜和第二应变片，所述密封膜粘贴在管路层的下侧，用以实现密封，所述第二应变片分别设置在所述第一卡槽和所述第二卡槽内；在所述第一卡槽内横向取M个位置，所述第二应变片检测所述M个位置处的应力，记为第一应力函数F(f1，f2……fm),所述第二卡槽内选取的位置和所述第一卡槽内的位置一一对应，所述第二卡槽的第二应力函数为F’(f1’,f2’,……fm’),根据第一应力函数和所述第二应力函数判断所述加样层的位置。

进一步地，在所述加样层与所述第一卡槽连接时，首先比较f1和fm，得到第一正差值，若所述第一正差值高于第一预设差值f0，则重新调整所述加样层；若所述第一正差值低于第一预设差值f0，则进行后续操作；

在所述加样层与所述第二卡槽连接时，比较f1’和fm’，得到第二正差值，若所述第二正差值高于第二预设差值f0’，则重新调整所述加样层；若所述第二正差值低于第二预设差值f0’，则进行后续操作。

进一步地，在所述加样层与所述第二卡槽连接时，比较第一应力函数F(f1，f2……fm)与第二应力函数为F’(f1’,f2’,……fm’)中一一对应的位置处的各个应力差值的绝对值，所述第一应力函数F(f1，f2……fm)为所述加样层和所述第一卡槽连接时产生的函数，判定每一个应力差值的绝对值是否小于预设的标准误差F0，若小于，则继续操作，若不小于，则确定对应的某组应力差值的绝对值的对应位置，以确定加样层或管路层的损坏。

具体而言，在实际应用中，还可以根据第二应变片的应力变化调节第一应变片的评估结果，若第二应变片的应力变化范围较大时，对于第一应变片的应力评估结果无需过于严苛，由于在前一过程中在按压过程中的误差变化会在压合之后继续存在，若是在按压过程中出现的应力变化没有达到调整范围，则可能在后续压合之后引起第一应变片的挤压力的变化，因此在实际应用过程中，设置第一应变片的应力标准F10时，可以根据第二应变片的应力检测结果更新预先设置的第一应变片的应力标准，进而使得对于第一应变片的挤压力判定结果也是动态变化的。

进一步地，所述垫片的下侧还设置有滑轨，相应的，在所述管路层的上侧面设置有滑槽，滑轨通过与滑槽配合连接，以实现垫片与管路层的滑动连接；

所述滑槽设置在管路层上的限位架的内侧；

所述垫片的端部设置若干相间排列的凹口与凸起，其中，所述滑轨设置在最外侧凸起的底面上。

进一步地，在所述加样层和管路层还设置卡扣结构，在加样层的一侧设置有第一卡扣，第一卡扣的下侧伸出端伸出所述加样层的底端，在将加样层和管路层配合安装在一起后，通过第一卡扣卡接在管路层的侧面上，以防止加样层和管路层分离。

进一步地，所述管路层上设置有两个第一单阀，用以控制所述管路层上管路内试剂的流动；

在所述管路层上还设置有双阀，用以控制管路的同时连通或同时封闭，双阀通过管路与扩增仓连通。

进一步地，所述加样孔的下方为多个间隔设置的加样仓，在加样仓的端部设置有试剂出口，在试剂出口与加样仓之间设置有密封结构，用以进行密封；

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，活塞向加样仓移动，推动其内的试剂向试剂出口流出；在所述活塞的活塞杆端部设置有密封圈，用以进行密封。

进一步地，所述活塞杆上还设置有螺帽，通过与螺帽螺纹连接，在螺帽的外侧套设有一导向套，管壁内侧设置有相应的轴肩，用以对导向套进行定位及固定，在导向套的两端外侧还设置有卡环，用以卡住相应的导向套；在所述导向套的外侧还设置有护套，用以对活塞杆、螺帽、以及导向套进行保护。

进一步地，所述立柱为椭圆形立柱，所述立柱的端面为倾斜的，所述刺针设置在所述端面的中心处。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明用于核酸检测的芯片装置，通过设置了第一卡槽和第二卡槽，使得加样层和管路层可以在抽取垫片后进行按压产生相对位置的变化，同时刺针刺破加样层内的试剂，实现加样，使得样品和试剂进行一系列反应。本发明的芯片装置结构简单，方便实现混合样品和试剂，提高测试精度。

本发明设置第二应变片在第一卡槽和第二卡槽内，用以检测卡槽内各处应力的变化，根据各处应力变化判断设置在第一卡槽或第二卡槽内的加样层，实现对加样层在运输存储和进行实验时状态的实时监测并保证加样层的平稳及受力均匀，进而保证加样层内的试剂顺利注入管路层，从而得到精度较高的检测结果。

进一步地，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，实现注样；本发明设置若干组活塞结构，同时向管路层施加样品或者试剂，能够大大提高使用效率。

本发明设置垫片，一方面能够使得加样层与管路层之间能够完好的连接，避免产生震动，另一方面能够使得刺针具有较好的放置空间，垫片以及加样层滑动安装，方便拆卸。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例的用于核酸检测的芯片装置的立体结构示意图；

图2为本发明实施例的用于核酸检测的芯片装置的爆炸结构示意图；

图3为本发明实施例的加样层的结构示意图；

图4为本发明实施例管路层的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述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发明的技术原理，并非在限制发明的保护范围。

需要说明的是，在发明的描述中，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，因此不能理解为对发明的限制。

此外，还需要说明的是，在发明的描述中，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发明中的具体含义。

请参阅图1和2所示，其分别为本发明实施例的用于核酸检测的芯片装置的立体结构和爆炸结构示意图，本实施例的用于核酸检测的芯片装置包括设置在最上端的加样层3、设置在加样层3下侧的垫片2、设置在垫片2下侧的管路层101，以及设置在最下侧的密封膜104，其中，所述加样层3上侧设置有加样孔302，用以向芯片内添加样品，注入芯片内的样品经过核酸提取、纯化、扩增发生反应。其中，本实施例的加样层3与管路层101通过卡条304与设置在管路层101侧部的限位架106活动连接，相应的，在限位架106的内侧设置有第一卡槽107，第一卡槽107通过卡条304相互配合连接，以实现加样层3和管路层101的相对位置切换和固定。相对位置的切换就是指加样层3和管路层101的相对距离的改变，加样层3由第一卡槽107切换为第二卡槽的过程，使得加样层3和管路层101之间的距离变近了，抽掉垫片2后，加样层3和管路层101连通，具体而言，垫片2的主要作用是保护加样层3和管路层101不连通，使用时再将垫片抽出，其中，密封膜104粘贴在管路层101的下侧，以实现密封。组装后的加样层3、垫片2、管路层101和密封膜104构成一个完全封闭的整体，样品内的病毒不会泄漏。继续参阅图2所示，本实施例的第一卡槽107的下侧的限位架106侧面上还设置有第二卡槽，第二卡槽位于第一卡槽107的下侧，在运输或存储时，加样层3与第一卡槽107连接，在使用进行试剂反应时，将垫片3抽出，向下按压加样层3，使得加样层3和第二卡槽连接，与此同时，设置在管路层101上的刺针刺破设置在加样层3内的试剂，以使试剂和样品进行混合反应，刺针设置在管路层101上，实际应用过程中，管路层101上设置有立柱，刺针设置在立柱的圆心处，立柱的上端面为椭圆形，且立柱的端面的倾斜的，便于其上的刺针和试剂管的尾端进行配合，顺利刺破试剂管，实现试剂的加注。本发明实施例提供的用于核酸检测的芯片装置，通过设置了第一卡槽107和第二卡槽，使得加样层3和管路层101可以在抽取垫片2后进行按压产生相对位置的变化，同时刺针刺破加样层3内的试剂，实现加样，使得样品和试剂进行一系列反应，本发明的芯片装置结构简单，方便实现混合试剂，提高测试精度。

为了对加样层3的实时状态进行监测，在第一卡槽107和第二卡槽内设置有第二应变片(图中未示出)，该第二应变片用于测试第一卡槽107或第二卡槽和加样层3连接时各处的应力变化。在实际应用过程中，在第一卡槽107内横向取M个点，其中M个点为间隔设置的，通过检测这M个点的应力变化判断加样层3的状态，在存储或是运输时，加样层3和第一卡槽107连接，第一卡槽107内的第一应力函数为F(f1，f2……fm)，其中f1，f2……fm表示各个点的受力情况，由于加样层3受力均匀，则各处的受力情况大致相同；而此时在第二卡槽内的对应位置处也进行应力检测，由于第二卡槽没有和加样层3连接，因此第二卡槽内的第二应力函数为F’(f1’,f2’,……fm’)，其中，f1’,f2’,……fm’均为0；而当加样层3和第二卡槽连接时，第一卡槽内的第一应力函数F(f1，f2……fm)中的f1，f2……fm则均为0，因此可以根据第一应力函数和所述第二应力函数来判断加样层3当前的位置，进而解决了在实验人员中途离开，无法继续完成后续实验，便于其他实验人员根据前一实验人员的实验进度继续完成后续实验。

更进一步地，当第二应力函数中各个位置处的应力值均为0时，即加样层3和第一卡槽107连接时，得到第一应力函数F(f1，f2……fm)，比较第一应力函数中第一位置的应力值f1和第M位置的应力值fm，得到第一正差值，若该第一正差值低于第一预设差值，就表示加样层3在第一卡槽107内受力均匀，则可以进行后续的抽出垫片2进行按压等相关操作；若该第一正差值高于第一预设差值，便是第一位置的应力值和第M位置的应力值相差较大，可能是加样层3的卡条304或是限位架106上的第一卡槽107上有残缺或是存在杂质等，需进行检查调整加样层3，以使第一正差值低于第一预设差值。在第一正差值低于第一预设差值后则进行出后垫片2，按压加样层3，使得加样层3在外力的作用下进入第二卡槽内，在加样层3和第二卡槽连接时，得到第二应力函数F’(f1’,f2’,……fm’)，比较第二卡槽内的第一位置的应力值f1’和第M位置的应力值fm’，得到第二正差值，若该第二正差值低于第二预设差值f0’，则表示加样层3被按压至第二卡槽后，受力均匀，无论是卡条304还是第二卡槽，均无明显异常。若该第二正差值高于第二预设差值f0’，则需要对加样层3进行调整，具体可以参考上述对第一卡槽107内应力值异常时的调整，再此不再赘述。

在实际应用过程中，可以选择第一位置和第M位置的应力应差值，还可以对其他任意两个点的位置进行正差值的比较，以对第一卡槽101和第二卡槽内的各点位置进行分析和检查，进而保证检测结果的准确性。

通过在加样层3和第一卡槽107连接时，检测第一应力函数中第一位置和第M位置处的应力差值，用以对加样层3在第一卡槽107内状态的检查和判定，以保证其在第一卡槽107内受力均匀，芯片装置的各个部件的状态均处于正常状态；相应的，在加样层3和第二卡槽连接时，检测第二应力函数中的第一位置和第M位置处的应力差值，用以对加样层3在第二卡槽内状态的检查和判定，以保证其在第二卡槽内受力均匀，芯片装置的各个部件的状态均处于正常状态。在实际应用过程中，加样层3由第一卡槽107内按压至第二卡槽内的过程中，经历了物理按压，这个过程中容易出现对芯片装置的各结构部件的磨损，因此需要对第一卡槽107、第二卡槽以及卡条304等相关部件进行检查，以保证样品和试剂混合反应结果的准确性。

进一步地，在所述加样层3与所述第二卡槽连接时，获取第二应力函数F’(f1’,f2’,……fm’)，然后比较第一应力函数F(f1，f2……fm)与第二应力函数F’(f1’,f2’,……fm’)中一一对应的位置处的各个应力差值的绝对值，所述第一应力函数F(f1，f2……fm)为所述加样层3和所述第一卡槽107连接时所产生的第一应力函数，判定每一个应力差值的绝对值是否小于预设的标准误差F0，即分别判断|f1’-f1|、|f2’-f2|、|f3’-f3|、|f4’-f4|、……以及|fm’-fm|和预设的标准误差F0的大小，若|f1’-f1|、|f2’-f2|、|f3’-f3|、|f4’-f4|、……以及|fm’-fm|均小于F0，表示各处的应力差值在误差范围内，表示加样层3由第一卡槽107到达第二卡槽的过程中并没有出现误差或是明显的差异，可以进行后续的加入试剂进行反应的相关操作，但是在实际比较过程中，若|f1’-f1|大于标准误差F0，则需要对第一位置处的加样层3的卡条或是管路层的卡槽进行检测，其他第二位置至第M位置处的比较方法都类似，若发现某一位置处应力差值的绝对值大于标准误差F0，则需查找数据异常的原因，直到排除相关异常，重新进行检测。

在实际应用过程中，为了根据各个位置处应力值判定芯片装置是否存在异常，还可以进行粗略的估计，例如获取M个位置处的应力差值的绝对值，假如在M个位置中有一半以上位置处的应力差值的绝对值小于标准差值F0，即表示在M个位置中，大部分位置处的受力均匀，此时可以进行后续操作；当然用户还可以根据实际需要，将判断标准选择为M/2个位置或4M/5个位置或是其他位置点个数，在此不再一一列举。

在实际应用过程中，可能因为按压力度不均匀，使得加样层3的一部分按到了第二卡槽，还有一部分留在了第一卡槽内或是由于按压导致加样层3倾斜，此时检测第二卡槽内的f1’和fm’，首末两个位置的应力必然相差很大，不在预设差值范围内，此时就需要重新调整加样层3的位置。在实际应用中，可以检测M个点中任意两个点的应力差值，以保证加样层3的位置准确平稳。另外还可以检测在第一卡槽107内的第一位置的应力值和第二卡槽的第一位置的应力值，当加样层3受力不均匀时，f1和f1’也会有轻微的差别，可以理解的是，除了检测第一位置的应力差值，还可以检测其他M-1个位置处的应力差值，在此不再一一说明。本实施例中通过第二应变片提供了多种方式检测加样层3在芯片装置中受力均匀性，进而保证后续核酸检测的精确性。

在实际应用过程中，引起第一卡槽107和第二卡槽内的第二应变片的应力值细微变化的可能因素有加样层3的磨损、倾斜、外界的杂质、第二应变片的磨损等因素，需要根据第一应力函数和第二应力函数的数据进行检查，确保加样层3和管路层101平稳对接，以保证后续的流体进入预定的注液口和预定的管路，在加样层与管路层对接后，通过第一应变片接收到的挤压力，用以确定所述加样层和所述管路层在压合后受力的均匀性，防止由于局部应力过大对加样层或管路层造成应力疲劳，降低加样层或管路层的使用寿命。

具体而言，通过设置第二应变片，使得在压合过程中，可以对压合过程中的平稳进行评定，以便于确定压合过程中的不稳定因素，而在卡合后，通过第一应变片，通过第一应变片的应力变化，使得在实验过程中，加入样品以及进行提取纯化扩增反应过程中，对二者的卡合情况进行实时监测，防止在反应过程中由于应力变化导致密封性的问题，影响实验进度，通过设置第一应变片的应力变化，可以及时发现异常情况，及时调整。而加样层和管路层的密封情况会影响扩增反应的效率，因此设置第一应变片是十分必要的。

继续参阅图2所示，本发明实施例的垫片2的下侧还设置有滑轨202，相应的，在管路层101的上侧面设置有滑槽108，滑轨202通过与滑槽108配合连接，以实现垫片2与管路层101的滑动连接。本实施例的滑槽108设置在管路层101上的限位架106的内侧。所述垫片2的端部设置若干相间排列的凹口与凸起，其中，所述滑轨202设置在最外侧凸起的底面上。

继续参阅图2所示，本实施例的加样孔302上设置有加样孔盖303，用以进行密封。在加样层3和管路层101还设置卡扣结构，在加样层3的一侧设置有第一卡扣301，第一卡扣301的下侧伸出端伸出所述加样层3的底端，在将加样层3和管路层101配合安装在一起后，通过第一卡扣301卡接在管路层101的侧面上，以防止加样层3和管路层101分离。

继续参阅图2所示，本实施例的管路层101上设置有两个第一单阀102，用以在反应过程中对管路层101内的液体进行截至或流动的控制；在管路层101上还设置有双阀103，用以截断管路内流体的道路或是允许流体通过，双阀103通过管路与扩增仓连通，双阀103用于控制扩增仓的两端同时关闭或者同时开启，以使得其内部形成一密闭的空腔。在图2中，所述垫片2的两侧还设置有把手201，方便对用于核酸检测的芯片装置进行提取。在本发明实施例中，所述扩增仓设置在管路层101的边缘，并且，扩增仓为半椭圆形结构，既能够使反应试剂反应，又能够在使用时，能够通过凸出的半椭圆形结构实现方便定位及安装。

继续参阅图2所示，本实施例的管路层101上设置有一排刺针105，加样层3和垫片2卡合在一起后，作用把手201使垫片2沿着滑槽108滑动，当滑动到无法前进时，抽出垫片2，此时加样层3由第一卡槽107内被按压至第二卡槽内，如此刺针105可以刺破加样层3内的试剂管，进而将刺针105与加样层3内的试剂连通，试剂中标记的荧光序列与对应位置的核酸刺针产生互补匹配时，通过确定荧光强度最强的探针位置，获得一组序列完全互补的探针序列。在所述刺针105的外侧还设置有一挡板，其在加样层3与管路层101配合时，起到阻挡及定位作用。

具体而言，在本发明实施例中，在加样状态时，所述加样层3内设置有若干组试剂管，所述加样层3通过其上的卡条304与第一卡槽107卡接，在初始安装状态时，加样层3自上而下与管路层101配合，通过垫片2将刺针与试剂管内的试剂隔离，防止在运输过程中的振动造成刺针与试剂混合，保护加样层和管路层不连通，避免刺破。在需要进行试验时，将垫片2沿滑槽108向外抽出，垫片2沿滑槽108向外抽出后，向下按压加样层3，使得加样层3上的卡条304与第二卡槽卡接，此时，设置在管路层101上的刺针105与加样层3的试剂混合，将试剂引入管路层101内进行试验。

具体而言，本发明通过设置垫片结构，使得用于核酸检测的芯片装置能够在储存试剂，运输过程中，完好保存，在使用时，只需将垫片抽出并向下按压加样层，即能够将试剂引入管路层中。

参阅图3所示，其为本发明实施例的加样层的结构示意图；在本实施例的加样孔302的下方为加样仓，加样仓能够连接一装载试剂或样品的试剂管，在加样仓的下部设置有试剂出口312，在试剂出口312与加样仓之间设置有密封结构313，用以进行密封，在需要进行试剂加入的时候，刺针105会刺破313，以使试剂沿着试剂口312进入流体管路内。在所述加样仓的一侧还设置有加压结构，其包括管壁305，在管壁305内部设置有活塞308，活塞308向加样仓移动，推动其内的试剂向试剂出口312流出；当然在需要进行抽回试剂的时候，活塞308也可以向外抽出试剂或是其他废液，在所述活塞308的活塞杆端部设置有密封圈311，用以进行密封。

继续参阅图3所示，本实施例的活塞杆上还设置有螺帽307，通过与螺帽307螺纹连接，实现相对旋转运动，相应的，在活塞杆的一端设置有输出结构，如气缸，油缸，也可通过转动输出结构连接活塞杆，如电机、丝杠，此时，活塞杆做旋转运动，只需能够推动试剂向试剂出口流出即可。相应的，在螺帽307的外侧套设有一导向套306，管壁305内侧设置有相应的轴肩，用以对导向套306进行定位及固定；在导向套306的两端外侧还设置有卡环314，用以卡住相应的导向套306。在导向套306的外侧还设置有护套309，用以对活塞杆、螺帽307、以及导向套306进行保护。在对管路层101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312流动，实现注入试剂。结合图1所示，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。

继续参阅图3所示，在加样层3下方设置第二卡扣310，第二卡扣310设置在与第一卡扣301相对的一侧面上，来防止加样层3滑动。

可以看出，本实施例把复杂的实验过程，集成在芯片管路层，能够控制液体走向，从而能够有效地提高工作效率。

结合本发明实施例中提供的用于核酸检测的芯片装置中的管路层101以及加样层3的具体结构及管路设置做进一步详细说明，请参照图4，如图4所示，需要提前说明的是，图2中的第一单阀102和双阀103均设置在管路层101上，而在图4中也包含第一单阀和双阀，所采用的是不同的附图标记，第一单阀210和211，而双阀中的第一部271和第二部281构成了双阀103。

本领域技术人员可以理解的是，在管路层上设置的管路结构在加样层没有和管路层连接时，上述管路结构是无法进行相关核酸检测试验的，因此需要在管路层和加样层接触时，方可进行核酸的提取纯化和扩增反应。

具体而言，如图4所示，管路层包括第一进样口21、第一试剂口22、第二试剂口23、第三试剂口24、第四试剂口25、纯化仓26和扩增仓27，第一进样口21和第一试剂口22通过第一管路连接，第一管路上设置有第一单阀211，纯化仓26包括入口261和出口262，所述第一进样口21和所述入口261通过第二管路16连接，所述第一试剂口22和所述出口262通过第三管路126连接，所述第二试剂口23、所述第三试剂口24和所述第四试剂口25均与所述入口262通过第四管路610连接；所述扩增仓27的第一端设置有双阀的第一部271，所述扩增仓的第二端设置有双阀的第二部281，所述双阀的第一部271通过第五管路和另一单阀212连接，所述另一单阀212通过第六管路126和所述出口262连接，第一双阀271和第二双阀281的作用方式为同时开启同时关闭。

下面对其具体的工作过程做进一步介绍，请参见图4，第一进样口21、第一试剂口22、第二试剂口23、第三试剂口24、第四试剂口25、纯化仓26和PCR扩增仓27，第一进样口21和第一试剂口22通过第一管路连接，第一管路上设置有第二单阀211，纯化仓26包括入口261和出口262，所述第一进样口21和所述入口261通过第二管路16连接，所述第一试剂口22和所述出口262依次通过第七管路92、第一缓冲仓29、第一单阀212和第三管路126连接，所述第二试剂口23、所述第三试剂口24和所述第四试剂口25均与所述入口261通过第四管路610连接；所述PCR扩增仓27的第一端连接双阀的第一部271，所述PCR扩增仓的第二端连接双阀的第二部281，双阀的第二部281通过第八管路86和纯化仓26的出口262连接，所述双阀的第一部271经过第二缓冲仓210、缓冲仓管路97、第一缓冲仓29连接至第一试剂口22，双阀的第一部271和双阀的第二部281的作用方式为同时关闭或同时开启。

具体地，本发明实施例提供的纯化扩增装置还包括第一缓冲仓29，该第一缓冲仓29也可称作废液仓，仓内有高吸水性海绵，主要作用是，第一试剂口22内的裂解液注入后，在裂解液仓内，会有少量液体残留在仓内，第一试剂口22作为一个配合的从动仓，要配合其他试剂进入纯化仓，这过程中第一试剂口22连接的活塞结构会有抽吸运动，为避免少量溢出的废液混进整个液路系统，所以设置了第一缓冲仓，用以吸收少量废液，所述第一缓冲仓29的一端通过第七管路92和所述第一试剂口22连接，所述第一缓冲仓29的另一端连接到第五管路上，形成三通管路，所述三通管路和所述PCR扩增仓27之间还设置有第二缓冲仓210，第二缓冲仓210内设置有海绵，用以加强保护PCR扩增仓27，所述双阀的第二部281通过第八管路86和所述出口262连接，所述第一管路上设置有第二单阀211，所述第二单阀211的一端通过第九管路111和所述第一进样口21连接，所述第二单阀211的另一端通过第十管路112和所述第一试剂口22连接。

在进行扩增反应时，首先通过向所述第一进样口21注入样品，样品可以是血液或是拭子等，以及向所述第一试剂口22注入第一试剂，第一试剂为裂解液，打开第二单阀211将样品与第一试剂经过所述第一管路混合后，得到第一生成物，所述第一生成物包括液体，所述液体通过第二管路16进入所述纯化仓内，纯化仓26内置磁珠，样品经过裂解液分解之后，核酸物质和蛋白质分离，纯化仓是进行核酸提取和纯化的反应仓，提取就是从核酸物质和蛋白质的混合物提取核酸物质，纯化就是将提取出来的核酸物质进行清洗，然后关闭第二单阀，打开第一单阀212，向所述第二试剂口23注入第二试剂，第二试剂为清洗液，所述第二试剂经过所述第四管路610进入所述纯化仓内，并与所述液体反应，得到第二生成物，向第三试剂口24注入第三试剂，第三试剂为清洗液，所述第三试剂经过所述第四管路610进入所述纯化仓内，并与第二生成物反应，得到第三生成物，向第四试剂口25注入第四试剂，第四试剂为洗脱液，就是使核酸物质从磁珠上脱离，所述第四试剂经过所述第四管路610进入所述纯化仓内，并与第三生成物反应，得到第四生成物，将所述第四生成物经过所述第六管路126、所述第一单阀212和所述第五管路引入所述PCR扩增仓27内，以进行扩增反应。

向第一样品口21加入样品，关闭第一单阀212、双阀的第一部271和双阀的第二部281，打开第二单阀211，然后向第一试剂口22推入第一试剂，样品可以是血液，鼻咽拭子，样品沿着第九管路111，第一试剂沿着第十管路112，在第一管路内混合，为了使得样品和第一试剂混合的更为充分，在实际应用过程中，可以在第一试剂口及第一样品口处增加推吸装置，具体可以是活塞结构，加快在第九管路111和第十管路112内的样品或试剂的微流，充分混合反应，在第一管路内得到第一生成物，第一生成物充满第一管路。

关闭第二单阀211，双阀的第一部271和双阀的第二部281，打开第一单阀。此时第一生成物被分别留在第九管路111和第十管路112内，第一生成物中包括液体和气体，液体由第一进样口21通过第二管路16进入纯化仓26，液体充满纯化仓26并溢出在第六管路126内，同时在第二缓冲仓29的缓冲作用下，第一生成物的气体通过第七管路92、第一单阀212进入第六管路126，液体和气体在第六管路126内汇合。然后加入第二试剂时，在第二试剂口23推入第二试剂，第二实际沿着第四管路610从入口261进入纯化仓26，为了使第二试剂进入已被液体充满的纯化仓26，纯化仓26内设置有磁珠，在超声波的作用下将纯化仓26内的磁珠打散，使得纯化仓内的液体中的核酸和磁珠充分接触吸附，在第二试剂推入的同时，第一试剂口22处应进行吸入操作，将第一生成物吸入第一试剂口，以使第二试剂顺利进入纯化仓26，第二试剂和第一生成物反应后得到第二生成物，第二生成物充满纯化仓26。在生成第二生成物的同时还会产生一些废液，可以将废液排出至第一试剂口22和/或第一加样口21，可选的，将废液通过126排出至第一试剂口22，或是将废液由16排出至第一进样口21。

在所述第三试剂和所述第二生成物混合时，第二试剂和第三试剂对纯化仓26内的液体进行清洗，实现对核酸的提取纯化，所述第三试剂口24经过第四管路610推入所述第三试剂时，所述第二试剂口23吸入部分所述第二生成物，然后所述第二试剂口23推入第二生成物时，所述第三试剂口24吸入所述第三试剂，最后将反应的废液吸入所述第二试剂口23和/或第一试剂口22和/或第一样品口21；在所述第四试剂和所述第三生成物混合时，所述第四试剂口25推入所述第四试剂时，所述第三试剂口吸入部分所述第三生成物，然后所述第三试剂口24推入第三生成物时，所述第四试剂口25吸入所述第四试剂，第四试剂为洗脱液，此时所述纯化仓被第三试剂和第三反应物反应后的第四生成物填满，关闭第一单阀212和第二单阀211，打开双阀的第一部271和双阀的第二部281，所述第四生成物沿着所述第八管路86由所述出口262填满所述PCR扩增仓26，进而关闭所述双阀的第一部271和双阀的第二部281。与本发明上一实施例相比，第四生成物是由第八管路86引入PCR扩增仓27内，相比由第六管路126和第五管路引入PCR扩增仓27相比，第八管路86在反应过程中没有被其他液体或气体污染，是干净的，可以保证进入PCR扩增仓27内物质的纯净度。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于核酸检测的芯片装置，其特征在于，包括：

设置在最上端的加样层、设置在加样层下侧的垫片和设置在垫片下侧的管路层；

其中，

所述加样层上侧设置有加样孔，用以向芯片内添加样品，注入芯片内的样品依次经过核酸提取、纯化、扩增反应；

所述加样层与管路层通过卡条与设置在管路层侧部的限位架活动连接，相应的，在限位架的内侧设置有第一卡槽，第一卡槽通过卡条相互配合连接，以实现加样层和管路层的相对位置切换和固定；

第二卡槽，所述第二卡槽设置在所述限位架的内侧，位于所述第一卡槽的下方；

在运输或存储时，所述加样层与所述第一卡槽连接；

在使用时，将所述垫片抽出，向下按压所述加样层，使得所述加样层与所述第二卡槽连接，同时，刺针设置在管路层上的立柱上，用以刺破设置在所述加样层内的试剂，以使试剂和样品进行混合反应；

当所述加样层与所述管路层压合后，设置在所述加样层底部的第一应变片检测所述加样层和所述管路层之间的挤压力，用以确定所述加样层和所述管路层在压合过程中受力的均匀性。

2.根据权利要求1所述的用于核酸检测的芯片装置，其特征在于，还包括密封膜和第二应变片，所述密封膜设置在所述管路层的下侧，用以，实现密封，所述第二应变片分别设置在所述第一卡槽和所述第二卡槽内；在所述第一卡槽内横向取M个位置，所述第二应变片检测所述M个位置处的应力，记为第一应力函数F(f1，f2……fm),所述第二卡槽内选取的位置和所述第一卡槽内的位置一一对应，所述第二卡槽的第二应力函数为F’(f1’,f2’,……fm’),根据所述第一应力函数和所述第二应力函数判断所述加样层的位置。

3.根据权利要求2所述的用于核酸检测的芯片装置，其特征在于，在所述加样层与所述第一卡槽连接时，首先比较f1和fm，得到第一正差值，若所述第一正差值高于第一预设差值f0，则重新调整所述加样层；若所述第一正差值低于第一预设差值f0，则进行后续操作；

在所述加样层与所述第二卡槽连接时，比较f1’和fm’，得到第二正差值，若所述第二正差值高于第二预设差值f0’，则重新调整所述加样层；若所述第二正差值低于第二预设差值f0’，则进行后续操作。

4.根据权利要求3所述的用于核酸检测的芯片装置，其特征在于，在所述加样层与所述第二卡槽连接时，比较第一应力函数F(f1，f2……fm)与第二应力函数为F’(f1’,f2’,……fm’)中一一对应的位置处的各个应力差值的绝对值，所述第一应力函数F(f1，f2……fm)为所述加样层和所述第一卡槽连接时产生的函数，判定每一个应力差值的绝对值是否小于预设的标准误差F0，若小于，则继续操作，若不小于，则确定对应的某组应力差值的绝对值的对应位置，以确定加样层或管路层的损坏。

5.根据权利要求1所述的用于核酸检测的芯片装置，其特征在于，所述垫片的下侧还设置有滑轨，相应的，在所述管路层的上侧面设置有滑槽，滑轨通过与滑槽配合连接，以实现垫片与管路层的滑动连接；

所述滑槽设置在管路层上的限位架的内侧；

所述垫片的端部设置若干相间排列的凹口与凸起，其中，所述滑轨设置在最外侧凸起的底面上。

6.根据权利要求1所述的用于核酸检测的芯片装置，其特征在于，在所述加样层和所述管路层还设置卡扣结构，在加样层的一侧设置有第一卡扣，第一卡扣的下侧伸出端伸出所述加样层的底端，在将加样层和管路层配合安装在一起后，通过第一卡扣卡接在管路层的侧面上，以防止加样层和管路层分离。

7.根据权利要求1所述的用于核酸检测的芯片装置，其特征在于，所述管路层上设置有两个第一单阀，用以控制所述管路层上管路内试剂的流动；

在所述管路层上还设置有一个双阀，用以控制管路的同时连通或同时封闭，所述双阀通过管路与扩增仓连通。

8.根据权利要求1所述的用于核酸检测的芯片装置，其特征在于，所述加样孔的下方为多个间隔设置的加样仓，在加样仓的端部设置有试剂出口，在试剂出口与加样仓之间设置有密封结构，用以进行密封；

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；在所述活塞的活塞杆端部设置有密封圈，用以进行密封。

9.根据权利要求8所述的用于核酸检测的芯片装置，其特征在于，所述活塞杆上还设置有螺帽，通过与螺帽螺纹连接，在螺帽的外侧套设有一导向套，管壁内侧设置有相应的轴肩，用以对导向套进行定位及固定，在导向套的两端外侧还设置有卡环，用以卡住相应的导向套；在所述导向套的外侧还设置有护套，用以对活塞杆、螺帽、以及导向套进行保护。

10.根据权利要求1-9任一项所述的用于核酸检测的芯片装置，其特征在于，所述立柱为椭圆形立柱，所述立柱的端面为倾斜的，所述刺针设置在所述端面的中心处。

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