CN113533738B - 结核检测装置及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种结核检测装置及检测方法，其中检测装置包括：第一微流控芯片层，包括储液模块，其内设有两个独立的容纳腔，分别用于容纳全血和缓冲液；第二微流控芯片层，包括混合反应模块，其上设有两个进样口，混合反应模块内设有混合流道和层析检测试件；混合流道的第一端与两个进样口均连通，第二端与层析检测试件连通，被配置为供血浆和缓冲液混合形成混合试剂，并将混合试剂引导至层析检测试件发生层析反应；至少两个流体驱动部件，被配置为将储液模块中血浆和缓冲液通过两个进样口分别供应至对应的混合反应模块；和荧光检测部件，被配置为检测层析反应后的试剂。

Description

结核检测装置及检测方法
技术领域
本公开涉及结核检测技术领域，尤其涉及一种结核检测装置及检测方法。
背景技术
结核病是由结核分枝杆菌感染引起的传染性疾病,该病曾在一段时期内得到有效控制，但近年来结核病的发病率不断增加，再次成为严重威胁人类生命健康的传染性疾病，受到各国的广泛关注，所以结核检测有非常重要的意义。
γ干扰素释放试验分析技术(简称“IGRA”)是一种用于结核杆菌感染的体外免疫检测的新方法。检查结核感染者体内存在特异的效应T淋巴细胞，效应T淋巴细胞再次受到结核抗原刺激时会分泌细胞因子γ-干扰素(简称：INF-γ)，在检测肺内、肺外结核病时简便、快速、敏感、准确有效。
IGRA技术检测准确有效，但是操作繁琐，步骤复杂，需要用到温箱、离心机和荧光检测仪等较大体积仪器，带来了很多检测中的不便之处。
发明内容
本公开提出了一种结核检测装置及检测方法，能够实现结核检测的自动化程度。
本公开一方面提供了一种结核检测装置，包括：
第一微流控芯片层，包括储液模块，储液模块内设有两个独立的容纳腔，分别用于容纳全血和缓冲液；
第二微流控芯片层，包括混合反应模块，混合反应模块上设有两个进样口，混合反应模块内设有混合流道和层析检测试件；混合流道的第一端与两个进样口均连通，第二端与层析检测试件连通，被配置为供血浆和缓冲液混合形成混合试剂，并将混合试剂引导至层析检测试件发生层析反应；
至少两个流体驱动部件，被配置为将储液模块中血浆和缓冲液通过两个进样口分别供应至对应的混合反应模块；和
荧光检测部件，被配置为检测层析反应后的试剂。
在一些实施例中，在高度方向上，第二微流控芯片层位于第一微流控芯片层上方，流体驱动部件位于第一微流控芯片层和第二微流控芯片层之间，荧光检测部件位于第二微流控芯片层上方。
在一些实施例中，流体驱动部件连接于容纳腔和与容纳腔对应的进样口之间，流体驱动部件包括：
塞体，沿自身长度方向设有第一通孔，塞体的第一端插入容纳腔，且至少部分长度段与容纳腔的侧壁整周接触，塞体相对于容纳腔沿第一通孔的轴向可移动地设置；和
管体，具有第二通孔，管体的第一端从塞体的第二端插入第一通孔，管体的第二端被配置为在液体释放时与进样口连通。
在一些实施例中，结核检测装置还包括：
升降机构，被配置为带动第一微流控芯片层沿着高度方向运动，并在带动第一微流控芯片层上升时使塞体朝向容纳腔的底部运动实现液体释放；和
第一驱动部件，与升降机构驱动连接，被配置为对升降机构的运动提供驱动力。
在一些实施例中，结核检测装置还包括：
支撑件，与升降机构连接；
其中，储液模块设有多个，各储液模块均设在支撑件上且在水平面内沿第一方向间隔设置；混合反应模块设有多个，各混合反应模块沿第一方向间隔设置；且各储液模块与各混合反应模块一一对应设置。
在一些实施例中，结核检测装置还包括：
平移机构，被配置为带动第二微流控芯片层在水平面内沿第二方向运动，以使荧光检测部件对层析检测试件进行扫描以检测层析反应后的试剂；和
第二驱动部件，与平移机构驱动连接，被配置为对平移机构的运动提供驱动力。
在一些实施例中，平移机构被配置为使流体驱动部件的出口可选择地与进样口正对以实现液体释放，或与进样口错开，以通过第二微流控芯片层将流体驱动部件的出口封闭从而实现密封培育全血。
在一些实施例中，结核检测装置还包括：
升降机构，被配置为带动第一微流控芯片层在高度方向上运动，并在培育全血时带动第一微流控芯片层上升，使流体驱动部件的出口抵住第二微流控芯片层的底面；和
第一驱动部件，与升降机构驱动连接，被配置为对升降机构的运动提供驱动力。
在一些实施例中，流体驱动部件包括：
塞体，沿自身长度方向设有第一通孔，塞体的第一端插入容纳腔，且至少部分长度段与容纳腔的侧壁整周接触，塞体相对于容纳腔沿第一通孔的轴向可移动地设置；和
管体，具有第二通孔，管体的第一端从塞体的第二端插入第一通孔，管体的第二端被配置为在液体释放时与进样口连通，管体相对于塞体沿着轴向可移动地设置；
其中，塞体与管体之间的阻力小于塞体与容纳腔之间的阻力；在需要密封培育全血时，管体的出口与第二微流控芯片层底面之间的初始距离不超过塞体与管体之间的最大相对位移。
在一些实施例中，结核检测装置还包括：
支撑件，被配置为承载第一微流控芯片层；和
温控组件，设在支撑件上，被配置为调节第一微流控芯片层培育全血时的温度。
在一些实施例中，温控组件包括：
导热框，具有容纳第一微流控芯片层的空间；
加热件，设在导热框的外底面；和
保温件，覆盖于导热框的外壁。
在一些实施例中，结核检测装置还包括控制部件，温控组件还包括温度传感器，设在导热框上，被配置为进行温度检测；控制部件被配置为根据温度传感器的检测值调节加热件的工作参数，以保持全血培育所需的温度。
在一些实施例中，导热框侧部具有放入第一微流控芯片层的开口，保温件覆盖于导热框上与开口相邻的侧壁以及与开口相对的侧壁，第一微流控芯片层朝向开口的第一侧面的底部具有延伸部，延伸部的上表面设有第一凹槽，第一凹槽的延伸方向与第一侧面平行。
在一些实施例中，第一微流控芯片层包括连接部和多个储液模块，各储液模块在水平面内沿第一方向间隔设置，相邻储液模块之间通过连接部连接，且连接部的顶面低于储液模块的顶面。
在一些实施例中，混合流道的至少部分长度段弯曲延伸。
在一些实施例中，结核检测装置还包括过滤件，设在用于供应全血的进样口处，被配置为滤除全血中的红细胞。
本公开另一方面提供了一种基于上述实施例结核检测装置的检测方法，包括：
通过两个流体驱动部件将储液模块中的全血和缓冲液分别供应至对应混合反应模块的两个进样口；
通过混合流道使血浆和缓冲液混合形成混合试剂，并通过层析检测试件使混合试剂发生层析反应；
通过荧光检测部件检测层析反应后的试剂。
在一些实施例中，在将全血和缓冲液分别供应至两个进样口之前，检测方法还包括全血培育步骤，全血培育步骤包括：
在容纳全血的容纳腔和/或用于供应全血的流体驱动部件中预置反应试剂，以完成γ-干扰素的体外释放；
通过温控组件对第一微流控芯片层进行加热，以使全血的温度在预设温度值维持预设时间。
在一些实施例中，在将全血和缓冲液分别供应至两个进样口之前，检测方法还包括全血培育步骤，在全血培育步骤之前，还包括：
通过平移机构使流体驱动部件的出口与进样口错开；
通过升降机构使第一微流控芯片层上升，直至流体驱动部件的出口与第二微流控芯片层接触，以封闭流体驱动部件的出口从而密封培育全血。
在一些实施例中，在将全血和缓冲液分别供应至两个进样口之前，检测方法还包括：
通过平移机构使第二微流控芯片层在水平面内移动，使流体驱动部件的出口与进样口对准。
本公开实施例的结核检测装置，将血浆及缓冲液的释放、混合、层析反应都集成到微流控芯片中，并通过荧光检测部件进行检测，用于获得反应后的数据，可完成结核检测过程的一体化、自动化和便携化，大大降低了结核检测操作的复杂度和繁琐度，同时装置体积小且操作便捷。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本申请的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
图1为本公开结核检测装置的一个实施例的结构示意图；
图2为第一微流控芯片层和第二微流控芯片层连接的第一视角结构图；
图3为第一微流控芯片层和第二微流控芯片层连接的第二视角结构图；
图4为第一微流控芯片层的结构层透视图；
图5A和图5B分别为第二微流控芯片层的上下表面结构示意图；
图6为温控部件的正面结构示意图；
图7为温控部件的背面结构示意图；
图8为升降机构和平移机构的一些实施例的结构示意图；
图9为荧光检测部件的一些实施例的结构示意图；
图10为连接件的一些实施例的结构示意图；
图11为流体驱动部件的一些实施例的结构示意图；
图12为本公开结核检测方法的一个实施例的流程示意图。
附图标记说明
A、第一微流控芯片层；A’、储液模块；B、第二微流控芯片层；B’、混合反应模块；C、温控组件；Q、容纳腔；
1、支撑件；2、升降机构；3、第一驱动部件；4、第一初始位置检测器；5、第一固定架；6、底板；7、第一结构层；8、导热框；9、第二固定架；91、第二凸耳；10、保温件；11、流体驱动部件；12、第二初始位置检测器；13、第二结构层；14、盖板；15、固定件；16、第二驱动部件；17、连接件；18、荧光检测部件；19、第三固定架；20、安装架；21、导力块；22、加热件；23、平移机构；
71、延伸部；72、第一凹槽；73、连接部；74、第二凹槽；
81、温度传感器；
111、塞体；1111、第一通孔；112、管体；1121、第二通孔；1122、限位结构；
131、混合流道；132、层析检测试件；133、进样口；134、密封片；135、过滤件；
141、出气孔；
171、连接部；172、限位部；173、导向面；174、安装孔；
181、荧光扫描口。
具体实施方式
以下详细说明本公开。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。
本公开中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。
在本公开的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、和等指示的方位或位置关系均是基于图中的方位而言进行描述，仅是为了便于描述本公开，而不是指示或暗示所指的装置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公开保护范围的限制。如图1所示，X向表示水平面内的第一方向，Y向表示水平面内垂直于第一方向的第二方向，Z向表示高度方向。
首先，本公开提供了一种结核检测装置，在一些实施例中，如图1至图9所示，包括：第一微流控芯片层A、第二微流控芯片层B、荧光检测部件18和至少两个流体驱动部件11。
其中，如图2所示，第一微流控芯片层A，包括储液模块A’，如虚线框圈的部分，储液模块A’可设置一个或并排设置多个。如图4所示，储液模块A’内设有两个独立的容纳腔Q，分别用于容纳全血和缓冲液，两个容纳腔Q可并排设置。缓冲液也叫样品稀释液，用于稀释样品，同时增加层析流动性。例如，容纳腔Q可以是截面为圆形或多边形的柱形腔体，以便流体驱动部件11在容纳腔Q内移动挤压释放全血或缓冲液；或者流体驱动部件11为泵，容纳腔Q可采用任意形状。
如图5A和5B所示，第二微流控芯片层B包括混合反应模块B’，混合反应模块B’上设有两个进样口133，例如，进样口133可设在混合反应模块B’的底部。混合反应模块B’内设有混合流道131和层析检测试件132。如图5A所示，混合流道131的第一端与两个进样口133均连通，第二端与层析检测试件132连通，被配置为供血浆和缓冲液混合形成混合试剂，并将混合试剂引导至层析检测试件132发生层析反应。
其中，层析反应是利用各组分物理性质的不同，将多组分混合物进行分离及测定的方法，可分离生物大分子如蛋白质和核酸等有机物。
在实际结构中，如图2所示，第一微流控芯片层A包括底板6和第一结构层7，第一结构层7扣合在底板6上，以形成内部的容纳腔Q。第二微流控芯片层B包括第二结构层13和盖板14，盖板14扣合在第二结构层13上，以形成内部的混合流道131。层析检测试件132可以是层析检测试纸，夹在第二结构层13和盖板14之间。如图5A所示，混合流道131的至少部分长度段弯曲延伸，例如由多个S形流道依次连接，或者为迷宫形等，有利于使全血中去除红细胞的部分与缓冲液充分混合，并进入层析检测试件132进行反应，可提高后续检测的准确性。
流体驱动部件11被配置为将储液模块A’中滤除红细胞以外的部分和缓冲液通过两个进样口133分别供应至对应的混合反应模块B’。
荧光检测部件18被配置为检测层析反应后的试剂，以对血浆中的γ-干扰素进行检测。如图1和图9所示，检测装置还包括第三固定架19，荧光检测部件18通过第三固定架19固定到安装架20上，荧光检测部件18设有多路荧光扫描口181，可同时对多路反应后的试纸进行荧光扫描。
例如荧光扫描口181设置三路，由于结核检测需要三个指标判定，共同决定结核检测结果，所以一次结核试验需要三路同时工作，三路的区别在于全血中加入的培养试剂不同，三路荧光扫描口181是相互独立的，根据荧光检测原理设定，可以相同也可以不同。
在检测过程中，平移机构23带动第二微流控芯片层B沿第二方向Y移动，直到层析检测试件132的荧光条带完全经过荧光检测部件18，得到检测数据，荧光检测部件18中设有荧光采集电路板，用于采集并传输荧光数据，荧光采集电路板将数据传输到控制部件，例如，主控单片机或DSP，控制部件再传到上位机，上位机对荧光数据进行处理后，根据多路检测数据的综合，判断最终的结核检测情况，得到实验结果。
如图5B所示，检测装置还包括过滤件135，设在用于供应全血的进样口133处，被配置为滤除全血中的红细胞。为了实现密封液体释放，在第二微流控芯片层B底部设置密封片134，两个进样口133开设在密封片134上，密封片134可采用橡胶等软质材料，不仅能够使流体驱动部件11的出口与第二微流控芯片层B更好地对接，同时也可保证全血培养时的密封性。如图2所示，盖板14上设有出气孔141，用于平衡试剂进入混合反应模块B’后的气压。
该实施例将血浆及缓冲液的释放、混合、层析反应都集成到微流控芯片中，并通过荧光检测部件18进行检测，用于获得反应后的数据，可完成结核检测过程的一体化、自动化和便携化，大大降低了结核检测操作的复杂度和繁琐度，同时装置体积小且操作便捷。
微流控检测芯片一般具有样品消耗少、检测速度快、操作简便、多功能集成、体积小、便于携带和简化检测流程等优点。
如图1所示，在高度方向Z上，第二微流控芯片层B位于第一微流控芯片层A上方，流体驱动部件11位于第一微流控芯片层A和第二微流控芯片层B之间，荧光检测部件18位于第二微流控芯片层B上方。
此种结构按照从上游至下游的结核检测流程依次布置各部件，可使装置结构紧凑，而且将第一微流控芯片层A、流体驱动部件11、第二微流控芯片层B和荧光检测部件18沿高度方向从下至上依次设置，能够减小装置在水平面内的占用体积。另外，由于容纳腔Q中的全血在培育过程中静置预设时间后，红细胞会沉到容纳腔Q的底部，更有利于将血清或血浆等供应进样口133中与缓冲液在混合流道131中进行混合，可提高结核检测的准确性。
如图1至图3所示，流体驱动部件11连接于容纳腔Q和与容纳腔Q对应的进样口133之间。如图4和11所示，流体驱动部件11包括：沿高度方向Z设置的塞体111和管体112，塞体111沿自身长度方向设有第一通孔1111，塞体111的第一端插入容纳腔Q，且至少部分长度段与所述容纳腔Q的侧壁整周接触，例如，塞体111与容纳腔Q的侧壁密封连接，且相对于容纳腔Q沿第一通孔1111的轴向可移动地设置；管体112沿轴线设有第二通孔1121，管体112从塞体111的第一端插入塞体111，并从塞体111的第二端穿出，管体112的第二端在液体释放时与进样口133连通。
在培育全血或不需要液体释放时，塞体111的第一端与容纳腔Q内的液面具有一定距离，液体不会进入塞体111。在需要液体释放时，塞体111与容纳腔Q的内壁发生相对运动，使塞体111朝向容纳腔Q的底部运动使容纳腔Q的体积减小，从而将全血或缓冲液挤压到塞体111内，再从管体112的第二通孔1121流出。
在一些实施例中，塞体111位于容纳腔Q内的长度段与容纳腔Q的侧壁全部接触，例如，塞体111可设计为套筒结构，塞体111的外壁在整个长度方向上的直径相同。这样在塞体111与容纳腔Q相对移动的整个行程范围内，支撑件1的侧壁在开口处都一直与塞体111的外壁接触，防止外部杂质进入容纳腔Q内，而且通过延长塞体111与容纳腔Q的接触长度，可优化密封效果，满足生物化学检测的特殊要求。另外，此种结构通过增加导向长度，还能提高塞体111与容纳腔Q之间相对运动的稳定性，防止塞体111在运动过程中发生晃动，进一步提高试剂释放量的精确控制。
例如，管体112可采用空心石英管，塞体111可采用PMMA空心圆柱，管体112与塞体111之间紧配合，塞体111的内壁上可镀一层光滑的膜，以增加生物兼容性，并提高密封性。塞体111的内壁上也可预置反应试剂，用来促进γ-干扰素体外释放或进行其他操作。
在另一些实施例中，塞体111包括延长度方向设置的第一部分和第二部分，第一部分作为塞体111的第一端，第一部分的外壁与容纳腔Q的侧壁全部接触；第二部分与第一部分连接，且第二部分的径向尺寸小于第一部分的径向尺寸，第二部分与容纳腔Q的侧壁之间具有空隙。
如图1和图8所示，结核检测装置还包括：升降机构2和第一驱动部件3。其中，升降机构2被配置为带动第一微流控芯片层A沿着高度方向Z运动，并带动第一微流控芯片层A上升使塞体111朝向容纳腔Q的底部运动实现液体释放；第一驱动部件3为升降机构2的运动提供驱动力。例如，第一驱动部件3可采用电机或马达等，升降机构2可采用齿轮齿条结构、丝杠螺母结构或滑轮机构等。如图8所示，第一驱动部件3的输出轴与高度方向一致，且底部抵住安装架20的底板。
此种结构能够通过控制部件自动控制第一微流控芯片层A的移动量，以精确控制液体释放量。
该实施例采用的流体驱动部件11结构至少具备如下优点之一：
1、全血在培育过程中静置预设时间后，红细胞沉到容纳腔Q的底部，塞体111的第一端插入容纳腔Q的上部区域，利于将血浆供应至第二微流控芯片层B中，不会干扰检测结果，提高检测准确性。
2、在第一微流控芯片层A整体向上移动时，会使同一储液模块A’中全血和缓冲液对应两个塞体111同步向上移动，可精确地保证全血和缓冲液的供应比例，并通过第一微流控芯片层A的移动量准确控制液体的供应量，且能同步液体释放使全血去除红细胞的部分与缓冲液混合更均匀，提高检测准确性。其中，供应比例主要取决于两组塞体111和管体112的横截面尺寸比例，例如，一般会使全血和缓冲液的供应比例为1:1。
3、若第一微流控芯片层A中包括多个储液模块A’，则在第一微流控芯片层A向上移动时，各塞体111均会同时开始移动，以使各容纳腔Q同步释放液体；而且，由于各塞体111的移动量都一致，既能保证同一储液模块A’中全血去除红细胞的部分与缓冲液的混合比例，又能使各储液模块A’中的液体释放量一致，提高对各混合反应模块B’的检测一致性。
如图1所示，结核检测装置还包括：支撑件1，与升降机构2连接，支撑件1呈L形，包括横板和竖板，竖板连接在升降机构2上，第一微流控芯片层A设置于横板的上表面。其中，储液模块A’设有多个，各储液模块A’均设在支撑件1上且在水平面内沿第一方向X间隔设置；混合反应模块B’设有多个，各混合反应模块B’沿第一方向X间隔设置；且各储液模块A’与各混合反应模块B’一一对应设置。
该实施例将各储液模块A’设在同一支撑件1上，在第一驱动部件3带动支撑件1向上移动时，各塞体111均会同时开始移动，以使各容纳腔Q同步释放液体；而且，由于各塞体111的移动量都一致，既能保证同一储液模块A’中全血去除红细胞的部分与缓冲液的混合比例，又能使各储液模块A’中的液体释放量一致，提高对各混合反应模块B’的检测一致性。
此种流体驱动部件11至少可采用两种结构形式。
其一，管体112相对于塞体111固定设置，管体112的第一端与容纳腔Q内的液面具有预设距离，以便在培育全血过程中使第一微流控芯片层A向上移动实现密封培育时，防止全血从管体112的第二通孔1121中挤出。该实施例结构简单，在释放液体时第一微流控芯片层A的上移量均为有效位移。
其二，管体112相对于塞体111沿轴向可移动地设置，且塞体111与管体112之间的阻力小于塞体111与容纳腔Q之间的阻力，管体112与塞体111之间设有限位结构。该实施例能够在第一微流控芯片层A上移使管体112的出口与第二微流控芯片层B的底面接触实现密封配需全血时，防止容纳腔Q内的液体被挤出，另一方面还能为后续液体释放时塞体111朝向容纳腔Q底部的移动预留行程。
如图1和图8所示，本公开的结核检测装置还包括：平移机构23和第二驱动部件16，其中，平移机构23被配置为带动第二微流控芯片层B在水平面内沿第二方向Y运动，以使荧光检测部件18对层析检测试件132进行扫描以检测层析反应后的试剂；第二驱动部件16与平移机构23驱动连接，被配置为对平移机构23的运动提供驱动力。例如，第二驱动部件16可采用电机或马达等，平移机构23可采用齿轮齿条结构、丝杠螺母结构或滑轮机构等。此种结构能够通过控制部件控制第二微流控芯片层B的移动量，以自动实现反应后试剂的检测。
如图8所示，结核检测装置还包括安装架20，安装架20包括底板和背板，升降机构2设在背板的中下部区域，第一驱动部件3连接在升降机构2的底部，支撑件1的竖板通过紧固件与升降机构2连接。升降机构2的上方设有两个沿第二方向Y间隔设置的固定件15，且每个固定件15均沿第一方向X延伸，固定件15的一端固定在背板上，两个固定件15相对的侧面上开设沿第一方向X延伸的槽，第二微流控芯片层B插入两个固定件15的槽内，以限制第二微流控芯片层B沿高度方向Z的自由度。平移机构23固定在安装架20的背板上，且设在固定件15上方，以驱动第二微流控芯片层B沿第二方向Y移动。第二驱动部件16设在平移机构23沿第二方向Y的一侧，连接件17可通过紧固件与平移机构23连接，用于将平移机构23的运动传递至第二微流控芯片层B。
如图10所示，连接件17包括连接部171和两个限位部172。其中，连接部171可呈板状结构且竖直设置，连接部171上设置安装孔174，以通过紧固件将连接件17与平移机构23连接。两个限位部172分别设在连接部171沿第二方向Y的两端，且沿第一方向X延伸，两个限位部172分别插入两个固定件15的槽内，两个限位部172的横截面均呈L形且开口相对，第二微流控芯片层B从固定件15的外端插入两个限位部172之间，以限制第二微流控芯片层B沿第二方向Y运动的自由度。限位部172的外端可设置导向面173，两侧的导向面173之间沿第一方向X形成从内至外渐扩的入口，以便将第二微流控芯片层B插入。
两个固定件15的槽的侧壁之间的距离大于两个限位部172沿第二方向Y的外侧面之间的距离，由此，第二驱动部件16可通过平移机构23带动连接件17及第二微流控芯片层B沿第二方向Y移动。
在检测过程中，荧光检测部件18的多个荧光扫描口181分别与多个层析检测试件132正对且一一对应，多个层析检测试件132同时检测并得到检测结果，在检测过程中使第二微流控芯片在第二方向Y上移动即可完成扫描，扫描区域为层析检测试件132沿第二方向Y的中间小部分区域。
进一步地，平移机构23被配置为使流体驱动部件11的出口可选择地与进样口133正对以实现液体释放，或与进样口133错开，以通过第二微流控芯片层B的底面将流体驱动部件11的出口封闭从而密封培育全血。例如，第二微流控芯片层B可移动至流体驱动部件11的出口正对设置密封片134的位置，以保证全血培养时的密封性。
通过设置平移机构23，既能够实现液体释放，又能在培育全血时实现封闭环境，防止外部空气或杂质进入容纳腔Q而发生反应或干扰，提高样本供应的准确性，并在恒温培育过程中减少热量散失。
在需要培育全血时，通过平移机构23使流体驱动部件11的出口与进样口133错开，流体驱动部件11的出口为管体112的第二通孔1121的出口。接着，升降机构2被配置为带动第一微流控芯片层A在高度方向Z上运动，并在需要培育全血时带动第一微流控芯片层A上升，使流体驱动部件11的出口抵住第二微流控芯片层B的底面，以实现出口封闭。第一驱动部件3与升降机构2驱动连接，被配置为对升降机构2的运动提供驱动力。
该实施例能够通过升降机构2和平移机构23的配合自动实现液体释放和培育环节的切换，通过控制第一微流控芯片层A的移动量，能够在需要培育时可靠地将流体驱动部件11的出口密封，充分利用第一微流控芯片层A自身的结构，无需额外设置密封部件；并在需要液体释放时实现流体驱动部件11出口与进样口133的密封连接，以免在液体释放时发生泄漏。
在一些实施例中，如图4所示，流体驱动部件11包括：塞体111，沿自身长度方向设有第一通孔1111，塞体111的第一端插入容纳腔Q，与容纳腔Q的侧壁密封连接，且相对于容纳腔Q沿第一通孔1111的轴线可移动地设置；和管体112，具有第二通孔1121，管体112的第一端从塞体111的第二端插入并从塞体111的第一端穿出，管体112的第二端在液体释放时与进样口133连通，管体112相对于塞体111沿着轴向可移动地设置。第二通孔1121与第一通孔1111可同轴设置。其中，塞体111与管体112之间的阻力小于塞体111与容纳腔Q之间的阻力，在需要密封培育全血时，管体112的出口与第二微流控芯片层B底面之间的初始距离不超过塞体111与管体112之间的最大相对位移。
在需要培育全血时，在通过第一驱动部件3带动第一微流控芯片层A上升的过程中，管体112的第二端在接触到第二微流控芯片层B的底面后，相对于塞体111向内缩回，以使管体112的出口被可靠地封闭。在此过程中，塞体111与容纳腔Q的侧壁不发生相对移动，这样一方面能够防止容纳腔Q内的液体被挤出，另一方面还能为后续液体释放时塞体111朝向容纳腔Q底部的移动预留行程。
管体112与塞体111之间设有限位结构，在需要液体释放时，在通过第一驱动部件3带动第一微流控芯片层A继续上升的过程中，待管体112与塞体111的限位结构相互配合，两者的相对位置不变，管体112的出口抵住第一微流控芯片A的底部，第一微流控芯片层A继续上升则会使塞体111朝向容纳腔Q底部的下移。
在上述实施例中，整套检测装置基本都悬挂安装在安装架20的背板上，特别是升降机构2和平移机构23重量较大，会对背板施加较大的作用力，容易产生变形。为解决这一问题，如图8所示，结核检测装置还包括导力块21，导力块21固定在背板上，并将升降机构2和平移机构23连接，第一驱动部件3沿高度方向Z设置且抵住安装架20的底板，这样平移机构23的重量会通过导力块21传递到升降机构2，并通过第一驱动部件3传递到底板，降低了背板的受力，可保证背板与底板的垂直度，提高升降机构2和平移机构23位移量控制的准确度，从而精确控制液体释放量，进而提高结核检测精度。
在上述实施例的基础上，如图6所示，结核检测装置还包括：支撑件1，被配置为承载第一微流控芯片层A；和温控组件C，设在支撑件1上，被配置为调节第一微流控芯片层A培育全血时的温度。例如，通过控制部件对温控组件C进行控制，通过PID控制算法对温度进行实时控制，将第一微流控芯片层A中的温度控制在37摄氏度，持续24小时温育。
在对全血培育的过程中，可从增加反应试剂和环境温度两方面进行，以实现全血中γ-干扰素的体外释放。例如，可在塞体111的内壁上涂覆反应试剂，或者在容纳腔Q中预置反应试剂，或者在加入全血时一起加入反应试剂；另外，还可通过预先加热和实时温度调节的方式使全血保持在恒定的温度。
具体地，如图6和图7所示，其中温控组件C包括：导热框8、加热件22和保温件10。
其中，导热框8可采用导热性能好的金属材料制成，导热框8具有容纳第一微流控芯片层A的空间，顶部敞开且侧部具有放入第一微流控芯片层A的开口，开口可设在导热框8沿第一方向X远离背板的一侧。
加热件22设在导热框8的外底面，例如可采用加热电阻膜或红外加热器件等。如图7所示，加热电阻膜贴设在导热框8的底部，导热框8的底部设有第一固定架5，用于压住加热电阻膜，导热框8和第一固定架5的侧壁底部可间隔设置多个第一凸耳，以通过紧固件将导热框8和第一固定架5安装在支撑件1的横板上。
此种结构通过第一固定架5将加热电阻膜压住，在长期使用后，即使加热电阻膜与导热框8之间的胶脱落或失效，也能使加热电阻膜与导热框8底部可靠接触，从而保证加热的均匀性，进而提高对全血进行温育的效果，提高结核检测可靠性。
为了减少加热件22产生的热量通过第一固定架5散失，第一固定架5可采用塑料等热传导效率低的材质制成。进一步地，第一固定架5呈板状结构且沿厚度方向设有多个通孔，以减少加热件22传递至第一固定架5的热量。
保温件10覆盖于导热框8的外壁，例如外侧壁，以防止热量散失，有利于使导热框8内保持恒定温度。导热框8的外侧可设置第二固定架9，第二固定架9的底部可设置朝外伸出的第二凸耳91，以通过紧固件将第二固定架9安装在支撑件1的横板上。保温件10可采用板状结构，贴设在导热框8的外侧壁上。可选地，保温件10也可覆盖与导热框8的内侧壁。
该实施例能够控制加热件22的加热温度，热量通过导热框8底板将热量依次传递到后板和两个侧板，从而将热量均匀地传地到第一微流控芯片层A的各个位置，以使内部液体受热均匀，保温件10还能防止热量散失，利于在恒温下培育，还可降低加热件22的功率，保证加热件22有足够的功率将第一微流控芯片层A恒温24小时，减小装置的整体功耗。
如图7所示，温控组件C还包括温度传感器81，设在导热框8上，例如可设在导热框8侧壁或后壁的底部，被配置为进行温度检测；控制部件被配置为根据温度传感器81的检测值调节加热件22的工作参数，以保持全血培育所需的温度。
该实施例能够通过控制部件对加热件22的工作电流进行实时控制，以对温度实时调节，从而完成整体的温度控制，将第一微流控芯片层A中的全血培养时的温度控制在37摄氏度，持续24小时，完成全血培养。
为了进一步减小温育过程中的热量散失，如图2所示，导热框8侧部具有放入第一微流控芯片层A的开口，保温件10覆盖于导热框8上与开口相邻的侧壁以及与开口相对的侧壁，第一微流控芯片层A朝向开口的第一侧面的底部具有延伸部71，延伸部71的上表面设有第一凹槽72，第一凹槽72的延伸方向与第一侧面平行。
通过设置第一凹槽72，起到通过空气进行阻隔热量传递的作用，第一微流控芯片层A中的热量易于集中在各容纳腔Q所在区域，减少向外传递。
仍参考图2，第一微流控芯片层A包括连接部73和多个储液模块A’，各储液模块A’在水平面内沿第一方向X间隔设置，相邻储液模块A’之间通过连接部73连接，且连接部73的顶面低于储液模块A’的顶面，使相邻储液模块A’之间连接位置的顶部形成第二凹槽74。
通过设置第二凹槽74，通过减小加热体积和重量的方式减小了第一微流控芯片层A的热容，从而减小加热至预设温度所需的热量，可降低整体功耗。
图2的实施例通过设置第一凹槽72和第二凹槽74，能够减小热量散失，并减少加热所需热量，利于满足预设时间段内保持恒温所需要的热量，例如，使加热件22的功率足有使第一微流控芯片层A恒温24小时，从而减小对全血温育过程中需要的热量。
在实际结构中，如图2所示，第一微流控芯片层A包括底板6和第一结构层7，第一结构层7扣合在底板6上，以形成内部的容纳腔Q。第一凹槽72和第二凹槽74均设在第一结构层7上。
下面结合图1至图9所示的实施例，说明采用本公开的结核检测装置进行检测的方法，如图12所示。
1、机器复位：
检测装置还包括：设在安装架20的背板上的第一初始位置检测器4和第二初始位置检测器12，复位后使升降机构2运动至碰到第一初始位置检测器4，使平移机构23运动至碰到第二初始位置检测器12，例如触控开关、行程开关等。通过设置升降机构2和平移机构23的初始位置，能够准确地确定第一微流控芯片A在执行不同动作时需要升降的位移，以及第二微流控芯片B在执行不同动作时需要移动的位移。
2、芯片的组装与加样：
准备将微流控芯片放入，然后将IGRA结核检测中的N、T、P三种全血培养液混合液与缓冲液分别等量加入第一微流控芯片层A的容纳腔Q中，并在每个容纳腔Q内装入塞体111，并在塞体111内插入管体112。接着将第一微流控芯片层A插入导热框8，并将第二微流控芯片层B插入到固定件15的槽中，完成芯片的组装与加样。
3、全血培育：
通过第二驱动部件16使第二微流控芯片层B沿第二方向Y移动，直到管体112的出口对准密封片134上与进样口133错开的区域，此时第一驱动部件3使第一微流控芯片层A上升，直到密封片134与管体112的出口接触将管体112的出口密封，此时开始加热控温，加热件22开始工作，对导热框8进行加热，通过导热框8的均热作用对第一微流控芯片层A加热，同时通过温度传感器81实时采集温度数据，经过温度校准之后，控制部件对加热件22的驱动电流进行控制，通过PID控制算法对温度进行实时控制，将第一微流控芯片层A的温度控制在37摄氏度，持续24小时温育。
4、流体释放、红细胞滤除、混合及反应：
温育培养完成后，升降机构2稍向下运动预设距离，平移机构23继续运动直到管体112的出口对准进样口133，此时升降机构2向上运动，使管体112的出口与进样口133连通，升降机构2继续向上运动，将第一微流控芯片层A中的试剂释放到第二微流控芯片层B中，通过过滤件135进一步滤除红细胞，第一微流控芯片层A中培养后的全血滤除红细胞的部分与缓冲液1:1混合，通过升降机构2的垂直位移来控制试剂的释放量，全血滤除红细胞的部分与缓冲液经过混合流道131充分混合，最终进入到层析检测试件132中，完成层析反应，反应时间为15分钟。升降机构2、平移机构23和温度的采集与控制由控制部件完成，控制部件与上位机采用串口通信，可在上位机界面控制整个装置。
反应完成后升降机构2向下运动，管体112的出口离开进样口133，升降机构2回到初始位置，此时平移机构23继续沿第二方向Y运动，直到层析检测试件132的荧光条带完全经过荧光检测部件18，得到检测数据，荧光检测部件18中有荧光采集电路板，用于采集并传输荧光数据，荧光采集电路板将数据传输到控制部件，控制部件再传到上位机，上位机对荧光数据进行处理后，根据3路检测数据的综合，判断最终的结核检测情况，得到实验结果。
本公开的结核检测装置将全血温育培养集成到微流控芯片中，配合温控部件C，在微流控芯片中完成全血的培养，并将红细胞滤除集成到了微流控芯片中，通过第一微流控芯片A中的红细胞沉降以及第二微流控芯片B中的过滤件135完成红细胞的滤除，得到去除红细胞的血浆，并与缓冲液混合，取代了离心机设备，可简化设备结构。
而且，本公开采用管体式微流控流体驱动方式定量释放试剂，利用注射泵的原理，在第二微流控芯片B的位置使流体驱动部件11的出口与进样口133对准，升降机构2向上运动即可让第一微流控芯片A中血浆与缓冲液1:1进入第二微流控芯片B，完成定量1:1的释放与混合。
此种检测装置不仅集成了全血中γ-干扰素的体外释放、红细胞滤除、血清和缓冲液的释放、混合以及层析反应的整个操作过程，同时还配套设置荧光检测部件18，同时进行多路荧光扫描，荧光扫描的路数与混合反应模块B’的数量一致，用于获得反应后的数据，完成结核检测过程的一体化、自动化以及便携化，大大降低了结核检测操作的复杂度和繁琐度，同时装置的体积小、操作便捷、集成度以及全自动程度高，降低了人为操作负担以及检测出错概率。
其次，本公开还提供了一种基于上述实施例结核检测装置的检测方法，在一些实施例中，包括：
通过两个流体驱动部件11将储液模块A’中的全血和缓冲液分别供应至对应混合反应模块B’的两个进样口133；
通过混合流道131使血浆和缓冲液混合形成混合试剂，并通过层析检测试件132使混合试剂发生层析反应；
通过荧光检测部件18检测层析反应后的试剂。
在一些实施例中，在将全血和缓冲液分别供应至两个进样口133之前，检测方法还包括全血培育步骤，全血培育步骤包括：
在容纳全血的容纳腔Q和/或用于供应全血的流体驱动部件11中预置反应试剂，以完成全血中γ-干扰素的体外释放；
通过温控组件C对第一微流控芯片层A进行加热，以使全血的温度在预设温度值维持预设时间。
在一些实施例中，在将全血和缓冲液分别供应至两个进样口133之前，检测方法还包括全血培育步骤，在全血培育步骤之前，本公开的检测方法还包括：
通过平移机构23使流体驱动部件11的出口与进样口133错开；
通过升降机构2使第一微流控芯片层A上升，直至流体驱动部件11的出口与第二微流控芯片层B接触，以流体驱动部件11的出口培育全血。
在一些实施例中，在将全血和缓冲液分别供应至两个进样口133之前，检测方法还包括：
通过平移机构23使第二微流控芯片层B在水平面内移动，使流体驱动部件11的出口与进样口133对准。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
上述附图及具体实施例仅用于说明本公开，本公开并不局限于此。在由本公开权利要求所限定的发明实质和范围内对本公开进行细微的改变均落在本公开的保护范围内。如微流控芯片的材质、储液腔的形状、尺寸，各类功能性及进样孔的形状、尺寸等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
本公开的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本公开限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本公开的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本公开从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (16)

1.一种结核检测装置，包括：
第一微流控芯片层(A)，包括储液模块(A’)，所述储液模块(A’)内设有两个独立的容纳腔(Q)，分别用于容纳全血和缓冲液；
第二微流控芯片层(B)，包括混合反应模块(B’)，所述混合反应模块(B’)上设有两个进样口(133)，所述混合反应模块(B’)内设有混合流道(131)和层析检测试件(132)；所述混合流道(131)的第一端与所述两个进样口(133)均连通，第二端与所述层析检测试件(132)连通，被配置为供血浆和缓冲液混合形成混合试剂，并将所述混合试剂引导至所述层析检测试件(132)发生层析反应；
至少两个流体驱动部件(11)，被配置为将所述储液模块(A’)中血浆和缓冲液通过所述两个进样口(133)分别供应至对应的所述混合反应模块(B’)；和
荧光检测部件(18)，被配置为检测层析反应后的试剂；
所述流体驱动部件(11)连接于所述容纳腔(Q)和与所述容纳腔(Q)对应的所述进样口(133)之间，所述流体驱动部件(11)包括：
塞体(111)，沿自身长度方向设有第一通孔(1111)，所述塞体(111)的第一端插入所述容纳腔(Q)，且至少部分长度段与所述容纳腔(Q)的侧壁整周接触，所述塞体(111)相对于所述容纳腔(Q)沿所述第一通孔(1111)的轴向可移动地设置；和
管体(112)，具有第二通孔(1121)，所述管体(112)的第一端从所述塞体(111)的第二端插入所述第一通孔(1111)，所述管体(112)的第二端被配置为在液体释放时与所述进样口(133)连通。
2.根据权利要求1所述的结核检测装置，其中在高度方向(Z)上，所述第二微流控芯片层(B)位于所述第一微流控芯片层(A)上方，所述流体驱动部件(11)位于所述第一微流控芯片层(A)和所述第二微流控芯片层(B)之间，所述荧光检测部件(18)位于所述第二微流控芯片层(B)上方。
3.根据权利要求1所述的结核检测装置，其中，
所述管体(112)相对于所述塞体(111)固定设置；或者
所述管体(112)相对于所述塞体(111)沿轴向可移动地设置，且所述塞体(111)与所述管体(112)之间的阻力小于所述塞体(111)与所述容纳腔(Q)之间的阻力，所述管体(112)与所述塞体(111)之间设有限位结构。
4.根据权利要求1所述的结核检测装置，还包括：
升降机构(2)，被配置为带动所述第一微流控芯片层(A)沿着高度方向(Z)运动，并在带动所述第一微流控芯片层(A)上升时使所述塞体(111)朝向所述容纳腔(Q)的底部运动实现液体释放；和
第一驱动部件(3)，与所述升降机构(2)驱动连接，被配置为对所述升降机构(2)的运动提供驱动力。
5.根据权利要求4所述的结核检测装置，还包括：
支撑件(1)，与所述升降机构(2)连接；
其中，所述储液模块(A’)设有多个，各所述储液模块(A’)均设在所述支撑件(1)上且在水平面内沿第一方向(X)间隔设置；所述混合反应模块(B’)设有多个，各所述混合反应模块(B’)沿所述第一方向(X)间隔设置；且各所述储液模块(A’)与各所述混合反应模块(B’)一一对应设置。
6.根据权利要求1～5任一所述的结核检测装置，还包括：
平移机构(23)，被配置为带动所述第二微流控芯片层(B)在水平面内沿第二方向(Y)运动，以使所述荧光检测部件(18)对所述层析检测试件(132)进行扫描以检测层析反应后的试剂；和
第二驱动部件(16)，与所述平移机构(23)驱动连接，被配置为对所述平移机构(23)的运动提供驱动力。
7.根据权利要求6所述的结核检测装置，其中所述平移机构(23)被配置为使所述流体驱动部件(11)的出口可选择地与所述进样口(133)正对以实现液体释放，或与所述进样口(133)错开，以通过所述第二微流控芯片层(B)将所述流体驱动部件(11)的出口封闭从而实现密封培育全血。
8.根据权利要求7所述的结核检测装置，还包括：
升降机构(2)，被配置为带动所述第一微流控芯片层(A)在高度方向(Z)上运动，并在培育全血时带动所述第一微流控芯片层(A)上升，使所述流体驱动部件(11)的出口抵住所述所述第二微流控芯片层(B)的底面；和
第一驱动部件(3)，与所述升降机构(2)驱动连接，被配置为对所述升降机构(2)的运动提供驱动力。
9.根据权利要求8所述的结核检测装置，其中，所述管体(112)相对于所述塞体(111)沿轴向可移动地设置，所述塞体(111)与所述管体(112)之间的阻力小于所述塞体(111)与所述容纳腔(Q)之间的阻力；在需要密封培育全血时，所述管体(112)的出口与所述第二微流控芯片层(B)底面之间的初始距离不超过所述塞体(111)与所述管体(112)之间的最大相对位移。
10.根据权利要求1所述的结核检测装置，还包括：
支撑件(1)，被配置为承载所述第一微流控芯片层(A)；和
温控组件(C)，设在所述支撑件(1)上，被配置为调节所述第一微流控芯片层(A)培育全血时的温度。
11.根据权利要求10所述的结核检测装置，其中所述温控组件(C)包括：
导热框(8)，具有容纳所述第一微流控芯片层(A)的空间；
加热件(5)，设在所述导热框(8)的外底面；和
保温件(10)，覆盖于所述导热框(8)的外壁。
12.根据权利要求11所述的结核检测装置，还包括控制部件，所述温控组件(C)还包括温度传感器(81)，设在所述导热框(8)上，被配置为进行温度检测；所述控制部件被配置为根据所述温度传感器(81)的检测值调节所述加热件(5)的工作参数，以保持全血培育所需的温度。
13.根据权利要求11所述的结核检测装置，其中导热框(8)侧部具有放入所述第一微流控芯片层(A)的开口，所述保温件(10)覆盖于所述导热框(8)上与所述开口相邻的侧壁以及与所述开口相对的侧壁，所述第一微流控芯片层(A)朝向所述开口的第一侧面的底部具有延伸部(71)，所述延伸部(71)的上表面设有第一凹槽(72)，所述第一凹槽(72)的延伸方向与所述第一侧面平行。
14.根据权利要求10所述的结核检测装置，其中所述第一微流控芯片层(A)包括连接部(73)和多个所述储液模块(A’)，各所述储液模块(A’)在水平面内沿第一方向(X)间隔设置，相邻所述储液模块(A’)之间通过所述连接部(73)连接，且所述连接部(73)的顶面低于所述储液模块(A’)的顶面。
15.根据权利要求1所述的结核检测装置，其中所述混合流道(131)的至少部分长度段弯曲延伸。
16.根据权利要求1所述的结核检测装置，还包括过滤件(135)，设在用于供应全血的进样口(133)处，被配置为滤除全血中的红细胞。
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