CN113583799A - 用于检测芯片的分析装置及其操作方法、分析系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测芯片的分析装置、分析系统以及操作分析装置的方法。该分析装置包括：装载部、控温部和信号检测部。装载部配置为在使用中接收并承载检测芯片，并能够移动检测芯片。控温部包括加热器以及冷却器。加热器配置为加热检测芯片，冷却器配置为对检测芯片降温。信号检测部包括光学传感器。光学传感器配置为接收来自检测芯片的光，并根据所述光进行检测。

Description

用于检测芯片的分析装置及其操作方法、分析系统
技术领域
本公开的实施例涉及用于检测芯片的分析装置及其操作方法、分析系统。
背景技术
数字聚合酶链式反应芯片技术(dPCR)是将核酸样本充分稀释，使每个反应腔的样本模版数少于或者等于1个，从而实现对单分子DNA的绝对定量。由于其灵敏度高、特异性强、检测通量较高、定量准确等优点而被广泛应用于临床诊断、基因不稳定分析、单细胞基因表达、环境微生物检测和产前诊断等方面。
发明内容
本公开至少一个实施例提供了一种用于检测芯片的分析装置，其包括：装载部、控温部和信号检测部，
其中，所述装载部配置为在使用中接收并承载检测芯片，并能够移动所述检测芯片；
所述控温部包括加热器以及冷却器，其中，所述加热器配置为加热所述检测芯片，所述冷却器配置为对所述检测芯片降温；以及
所述信号检测部包括光学传感器，其中，所述光学传感器配置为接收来自所述检测芯片的光，并根据所述光进行检测。
例如，在根据本公开至少一个实施例的分析装置中，所述装载部包括：
输运结构，配置为承载检测芯片且可至少部分被驱动；以及
驱动器，配置为能够驱动所述输运结构，以将所述检测芯片在第一位置、第二位置和第三位置之间往复移动，
其中，所述第一位置允许将所述检测芯片接纳在所述输运结构中；
所述第二位置允许所述控温部调节所述检测芯片的温度；以及
所述第三位置允许所述信号检测部的所述光学传感器接收来自所述检测芯片的所述光。
例如，在根据本公开至少一个实施例的分析装置中，所述输运结构包括：
载物台，配置为在使用中承载所述检测芯片；
可移动平台，配置为与所述驱动器连接，以在所述驱动器的驱动下进行移动；以及
支架，配置为连接所述载物台和所述可移动平台，由此使得当可移动平台被驱动时可以带动载物台。
例如，在根据本公开至少一个实施例的分析装置中，所述支架包括：
第一部分，配置为承载所述载物台；以及
第二部分，配置为在使用中连接至所述可移动平台，
其中，所述第一部分沿第一方向延伸，所述第二部分沿第二方向延伸，并且所述第一方向与所述第二方向垂直。
例如，在根据本公开至少一个实施例的分析装置中，所述载物台具有镂空区，使得在所述检测芯片置于所述载物台上时，将所述检测芯片与所述载物台接触的侧面至少部分地暴露给所述冷却器。
例如，在根据本公开至少一个实施例的分析装置中，所述检测芯片包括加热电极，
所述加热器包括接触电极，所述接触电极配置为在使用中与所述检测芯片的所述加热电极电接触，
所述加热器还配置为通过所述接触电极向所述检测芯片的所述加热电极施加电信号，以使所述加热电极加热所述检测芯片。
例如，在根据本公开至少一个实施例的分析装置中，所述加热器配置为向所述检测芯片提供加热用红外线或气流，以加热所述检测芯片。
例如，在根据本公开至少一个实施例的分析装置中，所述控温部还包括温度传感器，所述温度传感器配置为检测所述检测芯片的温度。
例如，在根据本公开至少一个实施例的分析装置中，所述温度传感器和所述冷却器配置为彼此间隔，以允许将所述检测芯片夹设在所述温度传感器与所述冷却器之间。
例如，在根据本公开至少一个实施例的分析装置中，所述温度传感器包括红外温度传感器或热电偶温度传感器。
例如，在根据本公开至少一个实施例的分析装置中，所述冷却器包括风扇或半导体制冷片。
例如，在根据本公开至少一个实施例的分析装置中，所述信号检测部还包括：
光源，配置为在使用中提供光以照射所述检测芯片；以及
光传输部，配置为在使用中将所述光源提供的所述光传输至所述检测芯片以及将由所述检测芯片反射或透射的光传输至所述光学传感器。
例如，在根据本公开至少一个实施例的分析装置中，所述光源包括荧光光源或激光器。
例如，在根据本公开至少一个实施例的分析装置中，所述光学传感器为图像传感器，以配置为采集所述检测芯片的光学图像以用于分析。
例如，在根据本公开至少一个实施例的分析装置中，所述分析装置还包括控制器，所述控制器配置为执行以下操作中至少之一：
与所述装载部信号连接，以控制所述装载部进行移动；
与所述加热器信号连接，以控制所述加热器加热所述检测芯片；
与所述冷却器信号连接，以控制所述冷却器使所述检测芯片冷却；以及
与所述光学传感器信号连接，以对来自所述检测芯片的所述光进行分析。
例如，根据本公开至少一个实施例的分析装置还包括显示屏、触控传感器、电源接口、数据传输接口所构成的组中至少之一。
本公开至少一个实施例还提供了一种分析系统，其包括：
如本公开任一实施例中描述的分析装置；以及
所述检测芯片。
本公开至少一个实施例还提供了一种操作如本公开任一实施例中描述的分析装置的方法，其包括：
将承载有所述检测芯片的所述装载部移动至所述控温部；
通过所述加热器和所述冷却器调节所述检测芯片的温度；
将承载有所述检测芯片的所述装载部移动至所述信号检测部，并通过所述光学传感器获得来自所述检测芯片的所述光；以及
对来自所述检测芯片的所述光进行分析，以得到分析结果。
例如，在根据本公开至少一个实施例的方法中，所述通过所述加热器和所述冷却器调节所述检测芯片的温度，包括：
通过所述加热器和所述冷却器循环地将所述检测芯片维持至少两个温度。
例如，在根据本公开至少一个实施例的方法中，所述通过所述光学传感器获得来自所述检测芯片的所述光，包括：通过图像传感器获得所述检测芯片的光学图像，以及
所述对所述光学信息进行分析，以得到分析结果，包括：
将所述光学图像转换为灰度图像；
在所述灰度图像中识别出所述检测芯片的反应腔室；
基于识别出的所述反应腔室，确定出所述灰度图像中的间隔线；
根据所述间隔线，对所述灰度图像进行分割，以得到多个腔室图像块；以及
将所述多个腔室图像块中像素均方差大于预设阈值的腔室图像块确定为目标图像块。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1是根据本公开至少一个实施例的用于检测芯片的分析装置的示意性框图。
图2是根据本公开至少一个实施例的装载部的示意性框图。
图3是根据本公开至少一个实施例的输运结构的分解状态的结构示意图。
图4是根据本公开至少一个实施例的输运结构的组装状态的结构示意图。
图5是根据本公开至少一个实施例的检测芯片的示意性框图。
图6是根据本公开至少一个实施例的控温部的分解状态的结构示意图。
图7是根据本公开至少一个实施例的控温部的组装状态的结构示意图。
图8是根据本公开至少一个实施例的信号检测部的结构示意图。
图9是根据本公开至少一个实施例的信号检测部的具体示例的结构示意图。
图10是根据本公开至少一个实施例的处于组装状态的装载部、控温部和信号检测部的结构示意图。
图11是根据本公开至少一个实施例的分析装置的示意性框图。
图12是根据本公开至少一个实施例的分析装置的正视图。
图13是根据本公开至少一个实施例的分析装置的后视图。
图14是根据本公开至少一个实施例的分析装置的立体图。
图15是根据本公开至少一个实施例的分析系统的示意性框图。
图16是根据本公开至少一个实施例的操作分析装置的方法的流程图。
图17A、图17B和图17C示出了根据本公开至少一个实施例的实施步骤S320的过程。
图18是根据本公开至少一个实施例的控温循环的温度变化图。
图19示出了在执行步骤S360时的根据本公开至少一个实施例的分析装置的剖视图。
图20是根据本公开至少一个实施例的步骤S380的流程图。
图21A是根据本公开至少一个实施例的辅助图像的行像素值和分布图。
图21B是根据本公开至少一个实施例的辅助图像的列像素值和分布图。
图22A是根据本公开至少一个实施例的辅助图像的行方向波谷示意图。
图22B是根据本公开至少一个实施例的辅助图像的列方向波谷示意图。
图23是根据本公开至少一个实施例的辅助图像的示例。
具体实施方式
为了使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。
一些dPCR产品通常需要多台配套设备，以得出分析结果，这导致检测时间长、检测成本高、操作步骤多以及存在试剂污染的风险。
本公开的至少一个实施例提供了一种用于检测芯片的分析装置、分析系统和用于操作分析装置的方法，该实施例的分析装置整合、集成了装载部、控温部和信号检测部，以单台设备实现对于检测芯片的检测，减少了所需的配套设备的数量、简化了操作步骤、缩短了检测时间、并且减小了试剂污染的风险。
图1是根据本公开至少一个实施例的用于检测芯片的分析装置的示意性框图。如图1所示，根据本公开至少一个示例的用于检测芯片的分析装置100至少可包括装载部110、控温部120和信号检测部130。
装载部110配置为在使用中接收并承载检测芯片，并允许将检测芯片移动至控温部和信号检测部。
控温部120包括加热器121以及冷却器122。加热器121配置为加热装载到分析装置中的检测芯片，冷却器122配置为对装载到分析装置中的检测芯片降温，由此实现对于检测芯片的温度的控制。
信号检测部130包括光学传感器131。光学传感器131配置为接收来自检测芯片的光，并根据检测芯片的光进行检测。
应理解，本公开的各实施例中描述的检测芯片可以是任何类型的生物检测芯片或化学检测芯片，例如各种微流控芯片，本公开的实施例对此不作限制。
图2是根据本公开至少一个实施例的装载部的示意性框图。装载部110可包括输运结构111和驱动器112。
输运结构111配置为承载检测芯片且可至少部分被驱动。驱动器112配置为能够驱动输运结构111，例如可操作地与输运结构111连接，将检测芯片在第一位置、第二位置和第三位置之间往复移动。在至少一个实施例中，第一位置允许将检测芯片接纳在输运结构111中，即允许用户将加载了检测样本的检测芯片放入至装载部110中。第二位置允许控温部120调节检测芯片的温度。第三位置允许信号检测部130的光学传感器131接收来自检测芯片的光。例如，在下文中将描述的图17B中示出了本公开至少一个实施例中的第一位置P1的示例。例如，在下文中将描述的图17C中示出了本公开至少一个实施例中的第二位置P2的示例。例如，在下文中将描述的图19中示出了本公开至少一个实施例中的第三位置P3的示例。
然而，应理解，在一些实施例中，装载部110也可不包括驱动器112，从而可手动地移动(例如推动或拉动)输运结构111，本公开的实施例对此不作限制。
图3是根据本公开至少一个实施例的输运结构的分解状态的结构示意图，以及图4是根据本公开至少一个实施例的输运结构的组装状态的结构示意图。如图3和4所示，输运结构111可包括载物台1111、可移动平台1112和支架1113。
载物台1111配置为在使用中承载检测芯片，在图中的示例中，载物台1111为矩形的板状，能够可移动地安装在支架1113上；载物台1111具有第一凹陷区RA1，以用于容纳检测芯片，该第一凹陷区RA1的轮廓通常与检测芯片的外形基本相同，如图所示，均为矩形，并且为了方便用户通过手指放入和取出检测芯片，在该第一凹陷区RA1的一侧边向外突出例如半圆形凹陷部，以容纳捏着检测芯片的手指。
例如，载物台1111可通过耐高温材料形成，该耐高温材料例如可以是金属、塑料、陶瓷、橡胶、树脂等。形成载物台1111的耐高温材料的热变形温度例如可在100℃、200℃、300℃、400℃、500℃以上。载物台1111还可通过耐高温且导热性差的材料形成。例如，在一个具体实施例中，载物台1111可通过陶瓷形成，从而既具有较轻的重量，又能够耐高温。
在一些实施例中，载物台1111还可包括水平仪H，以检测载物台1111是否水平。例如，在载物台1111具有第二凹陷区RA2的情形，可以将水平仪H容纳和固定在第二凹陷区RA2中。然而，应理解，载物台1111也可不具有第二凹陷区RA2，水平仪H通过粘合剂等附接至载物台1111，本公开的实施例对此不作限制。水平仪H例如可以是气泡水平仪、电感式水平仪、电容式水平仪等，本公开的实施例对此不作限制。通过水平仪H，可以使得承载在载物台1111上检测芯片保持水平，从而有助于光学传感器131接收来自检测芯片的光。
如图3和图4所示，载物台1111可具有镂空区HA，使得在检测芯片置于载物台1111上时，将检测芯片与载物台1111接触的侧面至少部分地暴露，例如暴露给控温部120的冷却器122。根据实际要求，镂空区HA可具有任何合适的形状，例如圆形、三角形、矩形、五边形、六边形或其他不规则形状等；又例如，镂空区HA可以具有一个或多个开口，本公开的实施例对此不作限制。检测芯片在镂空区HA所在平面上的投影的大小大于镂空区HA的大小，以使得检测芯片承载在载物台1111上。
可移动平台1112配置为与驱动器112可操作地连接，以在驱动器112的驱动下进行移动。驱动器112例如可以是电机，可移动平台1112例如与电机的驱动端连接。例如，驱动器112可以是旋转电机，该旋转电机的驱动端与丝杠S连接，从而可以转动丝杠S，可移动平台1112通过与丝杠S螺纹啮合的螺母与丝杠S连接，从而可以将丝杠S的转动转化为水平移动，使得可移动平台1112可通过驱动器112的驱动而移动。此外，还可设置有平行于丝杠S的导引杆G。可移动平台1112可移动地连接至导引杆G。导引杆G起到约束可移动平台1112的作用。应理解，图3和图4中示出的导引杆G和丝杠S的数量均是示例性的，本公开的实施例对此不作限制。例如，驱动器112可以是直线电机，该直线电机的动子可与可移动平台1112连接，从而驱动可移动平台1112移动。本公开的实施例对于驱动器112如何驱动可移动平台1112不作限制，例如，还可以通过齿轮齿条组合以将旋转运动转化为水平移动。
可移动平台1112可通过任何刚性材料形成，例如，金属、塑料、陶瓷、橡胶、树脂等，本公开的实施例对此不作限制。此外，应理解，图3和4中示出的可移动平台1112的形状也仅是示例性的，根据实际要求，可移动平台1112可具有任何合适的形状。
支架1113配置为连接载物台1111和可移动平台1112，由此使得当可移动平台1112被驱动时可以带动载物台1111。
如图3中的虚线框所示，支架1113可包括第一部分1113A和第二部分1113B。第一部分1113A配置为在使用中承载载物台1111。第二部分1113B配置为在使用中连接至可移动平台1112。第一部分1113A沿第一方向延伸，第二部分1113B沿第二方向延伸，并且第一方向与第二方向垂直。将支架1113形成为L形或T形，从而减小在单一方向上的尺寸，有助于减小分析装置的整体体积。
支架1113的第一部分1113A例如可通过弹簧等与载物台1111连接，例如通过与载物台1111的四个角落对应的四个弹簧，从而通过调节相应的弹簧可调节载物台1111的水平状态。
支架1113的第二部分1113B例如可通过螺丝等与可移动平台1112可拆卸地连接或固定连接，以允许可移动平台1112带动支架1113一起移动。或者，第二部分1113B可以与可移动平台1112一体形成。
支架1113可通过任何刚性材料形成，例如，金属、塑料、陶瓷、橡胶、树脂等，本公开的实施例对此不作限制。此外，应理解，图3和4中示出的支架1113的形状也仅是示例性的，根据实际要求，支架1113可具有任何合适的形状。
图5是根据本公开至少一个实施例的检测芯片的示意性框图。在一些实施例中，检测芯片C可包括加热电极CE，并且在接收到电信号的情况下，加热电极CE或与其电连接连接的电阻走线等可生成热量，以加热检测芯片C。检测芯片C还可以包括其他用途的电极，例如用于施加电信号以驱动样品在检测芯片C中移动的电极等；如上所述，本公开的实施例对于检测芯片C的类型、结构等不作限制。
如图3和图4所示，在一些实施例中，加热器121可包括接触电极1211。接触电极1211例如可通过耐高温金属材料形成。接触电极1211配置为在使用中与检测芯片C的加热电极CE电接触。加热器121还配置为通过接触电极1211向检测芯片C的加热电极CE施加电信号，以使加热电极CE加热检测芯片C。例如，接触电极1211可设置在载物台1111上并被暴露出来，以允许在使用中与检测芯片C的暴露的加热电极CE接触，从而向检测芯片C的加热电极CE施加电信号(例如直流电压或交流电压)。当检测芯片C放置在载物台1111上后，接触电极1211与检测芯片C的加热电极CE接触，从而可以传输电信号。接触电极1211可通过穿过载物台1111的线路与电源或控制器电连接，以接收控制信号。
此外，接触电极1211还可起到固定检测芯片C的作用。例如，在检测芯片C放置在载物台1111上后，例如可通过弹簧等方式移动接触电极1211，以使得接触电极1211与检测芯片C的加热电极CE接触并对检测芯片C施加有作用力，从而通过接触电极1211与载物台1111固定检测芯片C。
在另一些实施例中，检测芯片可不具有加热电极，并且加热器121可配置为向检测芯片提供加热用红外线或气流，以加热检测芯片。例如加热器121可以是红外线加热器或气体加热器(例如通过电阻加热空气以及通过风扇驱动加热后的空气流动)等，本公开的实施例对此不作限制。
图6是根据本公开至少一个实施例的控温部的分解状态的结构示意图，图7是根据本公开至少一个实施例的控温部的组装状态的结构示意图。如图6和图7所述，控温部120例如可包括温度传感器123。温度传感器123配置为检测检测芯片的温度。温度传感器123可采用常规的温度传感器，本公开的实施例对此将不再赘述。例如，温度传感器123可包括红外温度传感器或热电偶温度传感器。应理解，在本公开的一些实施例中，若检测芯片包括温度传感器，则分析装置中无需再设置温度传感器123。
如图7所示，温度传感器123和冷却器122配置为彼此间隔，以允许将检测芯片夹设在温度传感器123与冷却器122之间。如图6和图7所示，控温部120还可包括控温支架124，温度传感器123和冷却器122与控温支架124连接，以彼此间隔开。应理解，图6和图7中温度传感器123和冷却器122的位置仅是示例性的，本公开的实施例对此不作限制。例如，在另一些实施例中，温度传感器123在使用中可在检测芯片的上方或下方，而冷却器122在使用中可在检测芯片的侧部。
例如，冷却器122可包括但不限于风扇或半导体制冷片，本公开的实施例对冷却器122的具体类型不作限制。如图6和图7所示，冷却器122可示例性地为风扇，该风扇外形大致为圆形并且通过设置在四个角上的四个安装柱固定在控温支架124中。
控温支架124可具有开口以在使用中将温度传感器123和冷却器122暴露给检测芯片，从而允许温度传感器123检测检测芯片的温度以及允许冷却器122对检测芯片降温。
如图6和图7所示，控温支架124的截面可呈“匚”形，冷却器122设置在该“匚”形的开口中，温度传感器123可在控温支架124的顶部背离底部的表面上，冷却器可在控温支架124的底部朝向顶部的表面上，并且控温支架124的顶部上可具有开口，以部分地暴露温度传感器123，从而在检测芯片出于控温支架124的顶部与底部之间时允许温度传感器123检测检测芯片的温度。
控温支架124可通过任何刚性材料形成，例如，金属、塑料、陶瓷、橡胶、树脂等，本公开的实施例对此不作限制。此外，应理解，图6和图7中示出的控温支架124的形状也仅是示例性的，根据实际要求，控温支架124可具有任何合适的形状。
图8是根据本公开至少一个实施例的信号检测部的结构示意图。如图8所示，在本公开的至少一个实施例中，除光学传感器131之外，信号检测部130还可包括光源132和光传输部133。
光学传感器131例如为图像传感器，以配置为采集检测芯片的光学图像以用于分析。例如光学传感器131可以包括电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)。然而，应理解，在其他实施例中，光学传感器131还可以是光电二极管、光敏电阻、红外线传感器、紫外线传感器等，本公开的实施例对此不作限制。
光源132可配置为在使用中提供光以照射检测芯片。光传输部133可配置为在使用中将光源132提供的光传输至检测芯片以及将由检测芯片反射或透射的光传输至光学传感器131。
例如，光源132可为多种类型可以发射可见光、红外线等，例如包括激光器或荧光光源，激光器和荧光光源的波长可根据实际需要进行选择，本公开的实施例对此不作限制。
图9是根据本公开至少一个实施例的信号检测部的具体示例的结构示意图。如图9所示，在一些实施例中，光传输部133可包括90°转向棱镜系统1331和反射光路系统1332。90°转向棱镜系统1331可配置为将来自检测芯片的光传输至光学传感器131。反射光路系统1332可配置为传输来自光源132的光，以照射检测芯片，并且反射光路系统1332还可包括滤光片，该滤光片在从检测芯片到光学传感器131的光路上，以对该光路上传输的光进行过滤，仅允许设定波长的光透过。90°转向棱镜系统1331和反射光路系统1332均可采用本领域中的常规设计，本公开对此将不再赘述。
如图9所示，在一些实施例中，信号检测部130还可包括物镜134。物镜134配置为采集来自检测芯片的光。例如，物镜134可包括透镜。
如图9所示，在一些实施例中，信号检测部130还可包括托架135。托架135用于固定和承载信息检测部130中的至少部分部件，如光源132、光传输部133等。在一些实施例中，托架135还可配置为调节光传输部133与检测芯片之间的距离，以使得检测芯片处于光传输部133的焦点处。托架135可采用本领域中的常规设计，本公开对此将不再赘述。
在一些实施例中，信号检测部130还可包括水平仪H’，以检测信号检测部130是否水平。例如，水平仪H’可连接至光传输部133、光学传感器131、光源132等。在图9中，作为示例，水平仪H’连接至90°转向棱镜系统1331。然而，应理解，本公开的实施例并不限于此。水平仪H通过任何适合方式连接至信号检测部30的其他部件，例如粘接、磁性吸附、螺纹连接等，本公开的实施例对此不作限制。水平仪H’例如可以是气泡水平仪、电感式水平仪、电容式水平仪等，本公开的实施例对此不作限制。通过水平仪H’例如可使得从光传输部133传输至检测芯片的光垂直于检测芯片或者来自检测芯片的光垂直地进入光传输系统133，从而便于后续的信号处理，例如可省略对检测芯片的图像进行角度校正的步骤。
图10是根据本公开至少一个实施例的处于组装状态的装载部、控温部和信号检测部的结构示意图。如图10所示，分析装置可包括底座101，并且装载部110、控温部120和信号检测部130均设置在底座101上，例如通过螺钉、夹具、粘合剂等固定在底座101上。控温部120和信号检测部130可沿装载部110中的可移动平台1112的移动路径设置，以使得通过可移动平台1112的移动可带动承载在载物台1111上的检测芯片移动至控温部120处进行温度控制和移动至信号检测部130处以采集来自检测芯片的光。
然而，应理解，图10所示的布置方式进行示例性的，根据装载部110、控温部120和信号检测部130的结构和形状的不同，可采用不同的布置方式，本公开的实施例对此不作限制。
图11是根据本公开至少一个实施例的分析装置的示意性框图。如图11所示，分析装置100还包括一个或多个控制器140。该一个或多个控制器140可配置为执行以下操作中至少之一：
与装载部110信号连接，以控制装载部110进行移动；
与加热器121信号连接，以控制加热器121加热检测芯片；
与冷却器122信号连接，以控制冷却器122使检测芯片冷却；以及
与光学传感器131信号连接，以对来自检测芯片的光进行分析。
控制器140例如可通过中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)、单片机、现场可编程门阵列(FPGA)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)、专用集成电路(ASIC)等实施，本公开的实施例对此不作限制。
应理解，在一些实施例中，控制器140可实现为多个子控制器，该多个子控制器可分别执行上述操作中至少之一。该多个子控制器可分离地设置或集成在一个控制器中，本公开的实施例对此不作限制。
如图11所述，在一些实施例中，分析装置100还可包括通信部CP。通信部CP配置为与移动终端、服务器等形成信号连接。该信号连接可以是有线连接，也可以是无线连接，本公开的实施例对此不作限制。示例性无线连接包括无线保真(Wi-Fi)、蓝牙、无线直接(Wireless Direct)和红外线。示例性有线连接包括通用串行总线(USB)、火线(FireWire)、雷雳(Thunderbolt)或需要物理电缆的任何连接。
图12、图13和图14分别是根据本公开至少一个实施例的分析装置的正视图、后视图和立体图。如图12所示，根据本公开至少一个实施例的分析装置还可包括显示屏150。显示屏150配置为进行显示，例如可以为液晶显示屏、有机发光二极管(OLED)显示屏、量子点发光二极管(QLED)显示屏、微发光二极管显示屏、电子墨水屏、电子纸显示屏等，本公开的实施例对此不作限制。例如，显示屏150可以是触控显示屏，以接收用户的输入。然而，应理解，在一些实施例中，分析装置也可不包括显示屏150，而与单独设置的显示屏连接或将数据例如分析结果以数字文件或物理文件的形式输出，本公开的实施例对此不作限制。
如图13所示，根据本公开至少一个实施例的分析装置还可包括电源接口160。分析装置通过电源接口160连接至电源以获得电能。然而，应理解，在一些实施例中，分析装置也可不具有电源接口160，而内置有一次电池或二次电池，或内置太阳能电池，本公开的实施例对此不作限制。
如图13所示，根据本公开至少一个实施例的分析装置还可包括数据传输接口170。数据传输接口170配置为将分析装置的数据例如分析结果输出给外部设备，或将来自外部设备的数据传输至分析装置中。数据传输接口170例如可以是通用串行总线(USB)接口、串行高级技术附件(SATA)接口等。在至少一个实施例中，数据传输接口和电源接口可以合并为一个接口，例如为USB接口，既可以用于传输数据也可以用于传输电能。
如图12所示，根据本公开至少一个实施例的分析装置还可包括按键180。按键180配置为获取用户的输入指令，例如可以为机械式按键、光学式按键等，本公开的实施例对此不作限制。应理解，图12中按键180的形状和数量仅是示例性的，本公开的实施例对此不作限制。
如图12所示，根据本公开至少一个实施例的分析装置还可包括芯片装载口190。芯片装载口190允许载物台1111从其中伸出，以接纳检测芯片。
如图12所示，根据本公开至少一个实施例的分析装置还可包括触控传感器192。触控传感器192配置为接收和检测用户的触摸操作，并将用户的触摸操作转换为电信号，以传输至控制器或其他控制设备，例如控制器140或外部的服务器等。触控传感器192例如可以是电容式触控传感器、电阻式触控传感器等，本公开的实施例对此不作限制。应理解，在显示屏150为触控显示屏或分析装置包括其他形式的输入设备(例如按键180、麦克风等)时的情况下，分析装置也可不包括触控传感器192。
如图14所示，根据本公开至少一个实施例的分析装置还可包括散热口191。散热口191例如可用于释放控制器140或控温部120的热量。散热口191可采用无尘封装，以避免尘土进入分析装置内部。
本公开至少一个实施例还提供了一种分析系统。图15是根据本公开至少一个实施例的分析系统的示意性框图。如图15所示，分析系统200包括分析装置210和检测芯片220，例如，可以将分析装置210以及尚未使用的检测芯片220组合提供给用户，以供用户使用。分析装置210可以是上述的任一分析装置。检测芯片220可以是上述的任一检测芯片。
应理解，本公开的一些实施例中，分析系统200还可以包括更多的组件或部件，本公开的实施例对此不作限制。关于该分析装置210和检测芯片220的详细说明和技术效果可参见上文中关于反应装置的描述，此处不再赘述。
本公开至少一个实施例还提供了一种操作分析装置的方法。该方法适用于根据本公开任一实施例的分析装置。图16是根据本公开至少一个实施例的操作分析装置的方法的流程图。如图16所示，根据本公开至少一个实施例的操作分析装置的方法300可包括如下步骤：
步骤S320，将承载有检测芯片的装载部移动至控温部。
在步骤S320中，可手动地将承载有检测芯片的装载部移动至控温部。在装载部包括配置为承载检测芯片且可至少部分地被驱动的输运结构和配置为能够驱动输运结构的驱动器的情况下，步骤S320可包括通过驱动器驱动承载有检测芯片的输运结构，以将检测芯片移动至控温部。
图17A、图17B和图17C示出了根据本公开至少一个实施例的实施步骤S320的过程。在图17B和图17C，为了便于描述起见示出了检测芯片C。如图17A所示，根据本公开至少一个实施例分析装置的载物台1111从分析装置的芯片装载口190伸出，以接纳检测芯片。如图17B所示，检测芯片C处于第一位置P1处，在该第一位置P1处检测芯片C被接纳并承载在载物台1111上。如图17C所示，检测芯片C处于第二位置P2处，该第二位置P2允许控温部调节检测芯片C的温度。
如图16所示，根据本公开至少一个实施例的操作分析装置的方法300还可包括：
步骤S340，通过加热器和冷却器调节检测芯片的温度。
在检测芯片包括加热电极并且加热器包括接触电极的情况下，步骤S340可包括通过接触电极向检测芯片的加热电极施加电信号，以使加热电极加热检测芯片。
在一些实施例中，步骤S340还包括：通过加热器和冷却器循环地将检测芯片维持在至少两个温度。例如，通过加热器加热检测芯片和通过冷却器给检测芯片降温，对检测芯片实施多个控温循环，例如30个控温循环，以使得检测芯片执行PCR热循环扩增。每个控温循环包括：将检测芯片维持在95℃，10秒；将检测芯片维持在50℃，10秒；将检测芯片维持在72℃，10秒。应理解，上述的控温循环仅是示例性的，本公开的实施例对此不作限制。图18是根据本公开至少一个实施例的控温循环的温度变化图。在图18中，横轴表示时间，单位为分钟，纵轴表示温度，单位为摄氏度。
如图18所示，根据本公开至少一个实施例的操作分析装置的方法300还可包括：
步骤360，将承载有检测芯片的装载部移动至信号检测部，并通过光学传感器获得来自检测芯片的光。
在步骤S360中，可手动地将承载有检测芯片的装载部移动至信号检测部。在装载部包括配置为承载检测芯片且可至少部分地被驱动的输运结构和配置为能够驱动输运结构的驱动器的情况下，步骤S360可包括通过驱动器驱动承载有检测芯片的输运结构，以将检测芯片移动至信号检测部。
图19示出了在执行步骤S360时的根据本公开至少一个实施例的分析装置的剖视图。在图19中，为了便于描述起见示出了检测芯片C。如图19所示，检测芯片处于第三位置P3处，该第三位置P3允许信号检测部130的光学传感器131获得来自检测芯片的光。
步骤S360还可包括：使用光照射检测芯片，并通过光学传感器接收检测芯片反射或透射的光作为来自检测芯片的光。
在光学传感器包括图像传感器的情况下，步骤S360可包括通过图像传感器获得检测芯片的光学图像。此外，在信号检测部还包括光源和光传输部的情况下，步骤S360可包括：通过光源提供光；通过光传输部传输光源提供的光，以照射检测芯片；以及通过光传输部将检测芯片反射或透射的光作为来自检测芯片的光传输至光学传感器(或光学传感器所包括的图像传感器)。
如图16所示，根据本公开至少一个实施例的操作分析装置的方法300还可包括：
步骤S380，对来自检测芯片的光进行分析，以得到分析结果。
应理解，上述的方法300中的一个或多个步骤及至少部分子步骤例如可通过软件或固件执行，例如通过与分析装置信号连接的移动终端、服务器等执行，本公开的实施例对此不作限制。
在一些实施例中，在通过光学传感器获得来自检测芯片的光包括通过图像传感器获得检测芯片的光学图像的情况下，步骤S380可包括：
步骤S3802，将光学图像转换为灰度图像。
例如，在步骤S3802中，还可包括对灰度图像进行高斯平滑处理，以减弱噪音影响。
例如，方法300还可包括：
步骤S3804，在灰度图像中识别出检测芯片的反应腔室。
在检测芯片包括圆形反应腔室的情况下，在步骤S3804中，可通过霍夫圆变换算法在灰度图像中检测出反应腔室，然而应理解本公开的实施例并不限于此。
例如，方法300还可包括：
步骤S3806，基于识别出的反应腔室，确定出灰度图像中的间隔线。
图20是根据本公开至少一个实施例的步骤S380的流程图。
在一些实施例中，步骤S3806可包括：在与灰度图像等大的辅助图像上，根据识别出的反应腔室的图像域中心坐标和半径，绘制出反应腔室。应理解，该辅助图像与灰度图像具有相同的尺寸和像素数，并且在该辅助图像中，反应腔室所对应的圆及其圆心的像素值可设置为非零的任意值，反应腔室之外的区域的像素值可设置为零。
在一些实施例中，步骤S3806还可包括：计算该辅助图像每行像素的像素值和以及每列像素的像素值和。
图21A是根据本公开至少一个实施例的辅助图像的行像素值和分布图，图21B是根据本公开至少一个实施例的辅助图像的列像素值和分布图。
在一些实施例中，在计算辅助图像每行像素的像素值和以及每列像素的像素值和之前，步骤S3806还可包括对辅助图像执行角度校正和去噪等处理。
在一些实施例中，步骤S3806还可包括：确定出辅助图像中行方向的像素值和中的极小值以及列方向的所述像素值和中的极小值；以及将行方向的极小值对应的行坐标作为灰度图像中沿列方向延伸的间隔线的行坐标，以及将列方向的极小值对应的列坐标作为灰度图像中沿行方向延伸的间隔线的列坐标。例如，在一些实施例中，对辅助图像的各行的像素值和求导以及对辅助图像的各列的列像素值和求导，对求导结果进行sign函数量化，对量化结果求导，并进行去噪滤除波峰得到波谷。行方向的波谷(即极小值)对应沿列方向延伸的间隔线，列方向的波谷(即极小值)对应沿行方向延伸的间隔线。
图22A是根据本公开至少一个实施例的辅助图像的行方向波谷示意图，图22B是根据本公开至少一个实施例的辅助图像的列方向波谷示意图。
例如，方法300还可包括：
步骤S3808，根据间隔线，对灰度图像进行分割，以得到多个腔室图像块。
在一些实施例中，步骤S3808可包括：将辅助图像中行方向的像素值和的极小值的行坐标作为灰度图像中沿列方向延伸的间隔线的行坐标，以及将辅助图像中列方向的像素值和的极小值的列坐标作为灰度图像中沿行方向延伸的间隔线的列坐标，从而得到灰度图像中的间隔线。图23是根据本公开至少一个实施例的辅助图像的示例。在该辅助图像中还示意性地示出了行方向和列方向的像素值和的波谷(即极小值)位置，该位置对应于灰度图像中的间隔线。
例如，方法300还可包括：
步骤S3810，将多个腔室图像块中像素均方差大于预设阈值的腔室图像块确定为目标图像块。
在一些实施例中，步骤S3810还可包括：
如果步骤3804中识别出的反应腔室与间隔线重叠，则确定该反应腔室为无效反应腔室，反之则为有效反应腔室；计算有效反应腔室所在的腔室图像块的像素均方差；将像素均方差大于预设阈值的腔室图像块确定为目标图像块。
在一些实施例中，步骤S380还可包括：根据目标图像块的数量、检测芯片的反应腔室的总数量和样品稀释倍数，通过下式确定出初始拷贝数：
c＝[ln(1-f/n)]/m
其中，c表示初始拷贝数，f表示目标图像块的数量，m表示样品稀释倍数，n表示检测芯片的反应腔室的总数量。
有以下几点需要说明：
(1)本公开实施例附图只涉及到本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (20)

1.一种用于检测芯片的分析装置，包括：装载部、控温部和信号检测部，
其中，所述装载部配置为在使用中接收并承载检测芯片，并能够移动所述检测芯片；
所述控温部包括加热器以及冷却器，其中，所述加热器配置为加热所述检测芯片，所述冷却器配置为对所述检测芯片降温；以及
所述信号检测部包括光学传感器，其中，所述光学传感器配置为接收来自所述检测芯片的光并根据所述光进行检测。
2.根据权利要求1所述的分析装置，其中，所述装载部包括：
输运结构，配置为承载检测芯片且可至少部分被驱动；以及
驱动器，配置为能够驱动所述输运结构，以将所述检测芯片在第一位置、第二位置和第三位置之间往复移动，
其中，所述第一位置允许将所述检测芯片接纳在所述输运结构中；
所述第二位置允许所述控温部调节所述检测芯片的温度；以及
所述第三位置允许所述信号检测部的所述光学传感器接收来自所述检测芯片的所述光。
3.根据权利要求2所述的分析装置，其中，所述输运结构包括：
载物台，配置为在使用中承载所述检测芯片；
可移动平台，配置为与所述驱动器连接，以在所述驱动器的驱动下进行移动；以及
支架，配置为连接所述载物台和所述可移动平台，由此使得当可移动平台被驱动时可以带动载物台。
4.根据权利要求3所述的分析装置，其中，所述支架包括：
第一部分，配置为承载所述载物台；以及
第二部分，配置为在使用中连接至所述可移动平台，
其中，所述第一部分沿第一方向延伸，所述第二部分沿第二方向延伸，并且所述第一方向与所述第二方向垂直。
5.根据权利要求3所述的分析装置，其中，所述载物台具有镂空区，使得在所述检测芯片置于所述载物台上时，将所述检测芯片与所述载物台接触的侧面至少部分地暴露给所述冷却器。
6.根据权利要求1所述的分析装置，其中，所述检测芯片包括加热电极，
所述加热器包括接触电极，所述接触电极配置为在使用中与所述检测芯片的所述加热电极电接触，
所述加热器还配置为通过所述接触电极向所述检测芯片的所述加热电极施加电信号，以使所述加热电极加热所述检测芯片。
7.根据权利要求1所述的分析装置，其中，所述加热器配置为向所述检测芯片提供加热用红外线或气流，以加热所述检测芯片。
8.根据权利要求1所述的分析装置，其中，所述控温部还包括温度传感器，所述温度传感器配置为检测所述检测芯片的温度。
9.根据权利要求8所述的分析装置，其中，所述温度传感器和所述冷却器配置为彼此间隔，以允许将所述检测芯片夹设在所述温度传感器与所述冷却器之间。
10.根据权利要求8所述的分析装置，其中，所述温度传感器包括红外温度传感器或热电偶温度传感器。
11.根据权利要求1所述的分析装置，其中，所述冷却器包括风扇或半导体制冷片。
12.根据权利要求1所述的分析装置，其中，所述信号检测部还包括：
光源，配置为在使用中提供光以照射所述检测芯片；以及
光传输部，配置为在使用中将所述光源提供的所述光传输至所述检测芯片以及将由所述检测芯片反射或透射的光传输至所述光学传感器。
13.根据权利要求13所述的分析装置，其中，所述光源包括激光器或荧光光源。
14.根据权利要求1所述的分析装置，其中，所述光学传感器为图像传感器，以配置为采集所述检测芯片的光学图像以用于分析。
15.根据权利要求1所述的分析装置，其中，所述分析装置还包括控制器，所述控制器配置为执行以下操作中至少之一：
与所述装载部信号连接，以控制所述装载部进行移动；
与所述加热器信号连接，以控制所述加热器加热所述检测芯片；
与所述冷却器信号连接，以控制所述冷却器使所述检测芯片冷却；以及
与所述光学传感器信号连接，以对来自所述检测芯片的所述光进行分析。
16.根据权利要求1所述的分析装置，其中，所述分析装置还包括显示屏、触控传感器、电源接口、数据传输接口所构成的组中至少之一。
17.一种分析系统，包括：
如权利要求1至16中任一项所述的分析装置；以及
所述检测芯片。
18.一种操作如权利要求1至16中任一项所述的分析装置的方法，包括：
将承载有所述检测芯片的所述装载部移动至所述控温部；
通过所述加热器和所述冷却器调节所述检测芯片的温度；
将承载有所述检测芯片的所述装载部移动至所述信号检测部，并通过所述光学传感器获得来自所述检测芯片的所述光；以及
对来自所述检测芯片的所述光进行分析，以得到分析结果。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述通过所述加热器和所述冷却器调节所述检测芯片的温度，包括：
通过所述加热器和所述冷却器循环地将所述检测芯片维持至少两个温度。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其中，
所述通过所述光学传感器获得来自所述检测芯片的所述光，包括：
通过图像传感器获得所述检测芯片的光学图像；以及
所述对来自所述检测芯片的所述光进行分析，以得到分析结果，包括：
将所述光学图像转换为灰度图像；
在所述灰度图像中识别出所述检测芯片的反应腔室；
基于识别出的所述反应腔室，确定出所述灰度图像中的间隔线；
根据所述间隔线，对所述灰度图像进行分割，以得到多个腔室图像块；以及
将所述多个腔室图像块中像素均方差大于预设阈值的腔室图像块确定为目标图像块。
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