CN114410454A - 基于芯片的自动化高通量pcr便携设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于芯片的自动化高通量PCR便携设备，包含热循环仪，所述热循环仪的前侧固定安装有模板舱，所述模板舱的上端管路连接有多组输送泵，所述热循环仪的上端固定连接有多组进料管，所述热循环仪的内侧设置有多组样品腔室，多组所述进料管与样品腔室一一对应，多组所述进料管的上端均固定安装有添加装置，多组所述添加装置的上端管路连接有试剂舱，所述输送泵与添加装置管路连接，所述热循环仪的内侧设置有控制芯片，所述模板舱的前侧固定安装有触摸屏，所述热循环仪的内侧下部设置有温控装置，所述温控装置和控制芯片电连接，所述模板舱的内侧设置有多组模板槽，本发明，便捷高效地实现了自动化功能。
Description
技术领域
本发明应用于分子生物学技术背景，名称是基于芯片的自动化高通量PCR便携设备。
背景技术
聚合酶链反应(PCR)是一种复制特定DNA序列的技术，该过程中的三个基本步骤：将DNA模板分裂成两条单链(变性)，添加称为引物的互补DNA的短片段，以启动所选DNA序列的复制(退火)，并添加DNA聚合酶以合成互补链(延伸)，一次又一次地重复以扩增序列，这些步骤中的每一个都在不同的温度下以最佳方式进行，因此加热和冷却是使用称为热循环仪的仪器进行的，PCR热循环仪目前已经商业化并且比较成熟，但是仍然存在一些问题，例如：仪器通量较低，不能满足高通量样品的需求，只能通过增加仪器数量满足要求；仪器比较大，难以实现便携和；对于化学/放射性类试剂，容易造成环境污染和样品浪费；依赖人工操作，难以实现自动化；对样品处理人员技术要求较高，需要完成一系列实验操作和温度设置；故，有必要提供基于芯片的自动化高通量PCR便携设备，可以达到自动化的作用。
发明内容
本发明的目的在于提供基于芯片的自动化高通量PCR便携设备，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于芯片的自动化高通量PCR便携设备，包含热循环仪，所述热循环仪的前侧固定安装有模板舱，所述模板舱的上端管路连接有多组输送泵，所述热循环仪的上端固定连接有多组进料管，所述热循环仪的内侧设置有多组样品腔室，多组所述进料管与样品腔室一一对应，多组所述进料管的上端均固定安装有添加装置，多组所述添加装置的上端管路连接有试剂舱，所述输送泵与添加装置管路连接，所述热循环仪的内侧设置有控制芯片，所述模板舱的前侧固定安装有触摸屏，所述热循环仪的内侧下部设置有温控装置，所述温控装置和控制芯片电连接，所述模板舱的内侧设置有多组模板槽，多组所述输送泵与模板槽一一对应，多组所述模板槽的底部均设置有称重传感器，所述试剂舱的内侧上端设置有摄像头。
在一个实施例中，所述添加装置的内部上侧设置有添加泵，所述添加装置的内部下侧轴承连接有叶轮，所述叶轮的内侧设置有离心槽，所述离心槽的内侧固定安装有电阻弹簧块，所述离心槽的外侧设置有接触块，所述接触块与添加泵导线连接，所述电阻弹簧块的一侧导线连接有电源，所述叶轮的内侧设置有暂存槽，所述暂存槽的右端与离心槽的外侧管路连接，所述离心槽的内侧设置有导电液体。
在一个实施例中，所述样品腔室分为十组，十组所述样品腔室分为三层且相互独立。
在一个实施例中，所述PCR自动控制系统包括自动添加模块、试剂监测模块和反应控制模块，所述自动添加模块包括重量检测模块、自动判断模块和自动启动模块，所述试剂监测模块包括液位监测模块、添加计算模块、分析判断模块和显示提醒模块，所述反应控制模块包括温度控制模块、时间控制模块和模板设定模块，所述自动添加模块、试剂监测模块和反应控制模块各自通过无线电连接；
所述重量检测模块与称重传感器信号连接，所述自动判断模块与触摸屏信号连接，所述自动启动模块与控制芯片信号连接，所述液位监测模块与摄像头信号连接，所述显示提醒模块与触摸屏信号连接。
在一个实施例中，所述PCR自动控制系统的运行包含以下步骤：
S1、当确认添加DNA模板完成后，对所有模板槽进行重量检测判断，确认完成后进行自动泵入样品腔室；
S2、对存储的聚合酶的量进行检测；
S3、计算此次所需聚合酶的量，并判断存量是否足够，若缺少进行报警显示；
S4、通过对PCT三个阶段的温度及时间的设定使其进行自动控制，并将设定数据存储成模板进行快速选择；
S5、重复S1-S4，能够实现对PCT的自动控制。
在一个实施例中，所述S1中重量检测模块、自动判断模块和自动启动模块的方式如下：
S11、利用称重传感器检测放置到模板槽内的DNA模板的重量；
S12、需要将DNA模板均匀分配到三层样品腔室内，根据其三层所需最低的量与检测出的模板槽内DNA模板的量进行比较，若模板槽内的DNA模板的量大于三层所需最低的量，则通过控制芯片控制输送泵将对应的模板槽内的DNA模板泵入对应的样品腔室内，若模板槽内的DNA模板的量小于三层所需最低的量，则通过触摸屏显示对应槽缺少的DNA模板的量，提示进行添加。
在一个实施例中，所述S2-S3中试剂监测模块的方式如下：
S31、通过摄像头实时检测试剂舱内聚合酶的液面高度，从而换算出其实际的量；
S32、当确认DNA模板添加完成后，根据其检测的重量数据，按1:1比例进行配比计算出聚合酶所需的量；
S33、将检测的试剂舱内聚合酶的量与计算出的所需的量进行对比分析，若存储量大于所需量则继续进行下一步动作，若存储量小于所需量则通过触摸屏进行显示，提醒进行添加。
在一个实施例中，所述S4中反应控制模块的方式如下：
通过控制芯片对反应三个阶段的温度及时间进行设定，按照不同的要求将设定好的参数进行命名并存储在控制芯片当中，以此方便进行快速选择所需的模板进行反应，提高工作效率。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，通过设置有PCT自动控制装置和PCT自动控制系统，能够达到自动检测添加DNA模板并且自动配比聚合酶，通过芯片控制其温度及时间完成DNA的重复复制步骤，提高其自动化能力，避免人工操作产生失误，节省成本。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。
在附图中：
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的添加装置内部剖面示意图；
图3是本发明的系统结构示意图；
图中：1、热循环仪；2、模板舱；3、输送泵；4、进料管；5、添加装置；6、试剂舱；7、添加泵；8、叶轮；9、离心槽；10、电阻弹簧块；11、接触块；12、暂存槽；13、触摸屏。
具体实施方式
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
请参阅图1-3，本发明提供技术方案：基于芯片的自动化高通量PCR便携设备，包含热循环仪1，热循环仪1的前侧固定安装有模板舱2，模板舱2的上端管路连接有多组输送泵3，热循环仪1的上端固定连接有多组进料管4，热循环仪1的内侧设置有多组样品腔室，多组进料管4与样品腔室一一对应，多组进料管4的上端均固定安装有添加装置5，多组添加装置5的上端管路连接有试剂舱6，输送泵3与添加装置5管路连接，热循环仪1的内侧设置有控制芯片，模板舱2的前侧固定安装有触摸屏13，热循环仪1的内侧下部设置有温控装置，温控装置和控制芯片电连接，模板舱2的内侧设置有多组模板槽，多组输送泵3与模板槽一一对应，多组模板槽的底部均设置有称重传感器，试剂舱6的内侧上端设置有摄像头，将需要复制的DNA模板注入到模板舱2内的模板槽内，可注入多组不同的DNA模板，由控制芯片控制输送泵3将DNA模板泵入相应的样品腔室内，通过添加装置5将等量的聚合酶从试剂舱6内输送到相应的样品腔室内，通过控制芯片控制温控装置进行重复三个阶段的反应，以此达到对PCT的自动控制；
添加装置5的内部上侧设置有添加泵7，添加装置5的内部下侧轴承连接有叶轮8，叶轮8的内侧设置有离心槽9，离心槽9的内侧固定安装有电阻弹簧块10，离心槽9的外侧设置有接触块11，接触块11与添加泵7导线连接，电阻弹簧块10的一侧导线连接有电源，叶轮8的内侧设置有暂存槽12，暂存槽12的右端与离心槽9的外侧管路连接，离心槽9的内侧设置有导电液体，当输送泵3将DNA模板向样品腔室内输送时，经过添加装置5时，DNA模板对叶轮8产生重力压力，叶轮8受力逆时针旋转，叶轮8旋转产生离心力使得离心槽9内的电阻弹簧块10受离心力影响向外侧移动，将离心槽9内的导电液体挤压到暂存槽12内，在电阻弹簧块10受弹簧弹力处于离心槽9的内侧时，电阻弹簧块10与接触块11之间的导电液体形成一个电阻，其阻值过大使得添加泵7无法通电，当DNA模板经过使得叶轮8旋转产生离心力使得电阻弹簧块10受力向外侧移动时，电阻弹簧块10与接触块11之间的距离减小，导电液体形成的电阻减小，从而使得添加泵7通电导通，从而自动添加相应的聚合酶进入样品腔室内，使其能够自动进行配比；
样品腔室分为十组，十组样品腔室分为三层且相互独立，设置有十组样品腔室使得设备的通量提高，满足高通量样品的需求，无需通过增加仪器数量满足要求，样品反应腔室有三层，管路匹配控制不互相污染，提高了PCT的质量；
PCR自动控制系统包括自动添加模块、试剂监测模块和反应控制模块，自动添加模块包括重量检测模块、自动判断模块和自动启动模块，试剂监测模块包括液位监测模块、添加计算模块、分析判断模块和显示提醒模块，反应控制模块包括温度控制模块、时间控制模块和模板设定模块，自动添加模块、试剂监测模块和反应控制模块各自通过无线电连接；
重量检测模块与称重传感器信号连接，自动判断模块与触摸屏13信号连接，自动启动模块与控制芯片信号连接，液位监测模块与摄像头信号连接，显示提醒模块与触摸屏13信号连接，自动添加模块用于将需要复制的DNA模板自动注射到对应的样品腔室内，避免人工注射造成误差，试剂监测模块用于对聚合酶试剂的量进行实时监测，避免反应时聚合酶试剂缺少，影响反应效果，反应控制模块用于通过控制芯片控制反应的温度及时间，并通过设定成为模板，方便快速进行选择设置，重量检测模块用于实时监测加入到模板槽内的DNA模板的量，自动判断模块用于判断DNA模板的量是否满足三层样品腔室所需要的最低标准，自动启动模块用于检测完成后自动启动相应的泵将模板与试剂添加到样品腔室中，液位检测模块用于对聚合酶试剂量的实时监测，添加计算模块用于计算此次反应所需要的聚合酶的量，分析判断模块用于根据计算及监测结果进行分析判断其是否足够，显示提醒模块用于在聚合酶试剂缺少是在触摸屏13上进行显示提醒，温度控制模块用于调节反应三个阶段的具体温度，时间控制模块用于调节反应三个阶段的具体时间，模板设定模块用于通过设定存储标记，从而可以快速的选择反应方案，节省设定时间；
PCR自动控制系统的运行包含以下步骤：
S1、当确认添加DNA模板完成后，对所有模板槽进行重量检测判断，确认完成后进行自动泵入样品腔室；
S2、对存储的聚合酶的量进行检测；
S3、计算此次所需聚合酶的量，并判断存量是否足够，若缺少进行报警显示；
S4、通过对PCT三个阶段的温度及时间的设定使其进行自动控制，并将设定数据存储成模板进行快速选择；
S5、重复S1-S4，能够实现对PCT的自动控制；
S1中重量检测模块、自动判断模块和自动启动模块的方式如下：
S11、利用称重传感器检测放置到模板槽内的DNA模板的重量；
S12、需要将DNA模板均匀分配到三层样品腔室内，根据其三层所需最低的量与检测出的模板槽内DNA模板的量进行比较，若模板槽内的DNA模板的量大于三层所需最低的量，则通过控制芯片控制输送泵3将对应的模板槽内的DNA模板泵入对应的样品腔室内，若模板槽内的DNA模板的量小于三层所需最低的量，则通过触摸屏13显示对应槽缺少的DNA模板的量，提示进行添加；
S2-S3中试剂监测模块的方式如下：
S31、通过摄像头实时检测试剂舱6内聚合酶的液面高度，从而换算出其实际的量；
S32、当确认DNA模板添加完成后，根据其检测的重量数据，按1:1比例进行配比计算出聚合酶所需的量；
S33、将检测的试剂舱6内聚合酶的量与计算出的所需的量进行对比分析，若存储量大于所需量则继续进行下一步动作，若存储量小于所需量则通过触摸屏13进行显示，提醒进行添加；
S4中反应控制模块的方式如下：
通过控制芯片对反应三个阶段的温度及时间进行设定，按照不同的要求将设定好的参数进行命名并存储在控制芯片当中，以此方便进行快速选择所需的模板进行反应，提高工作效率。
在本申请的描述中，需要说明的是，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，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的。
以上对本申请实施例所提供的一种清洗装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。
Claims (8)
1.基于芯片的自动化高通量PCR便携设备，包含热循环仪(1)，其特征在于：所述热循环仪(1)的前侧固定安装有模板舱(2)，所述模板舱(2)的上端管路连接有多组输送泵(3)，所述热循环仪(1)的上端固定连接有多组进料管(4)，所述热循环仪(1)的内侧设置有多组样品腔室，多组所述进料管(4)与样品腔室一一对应，多组所述进料管(4)的上端均固定安装有添加装置(5)，多组所述添加装置(5)的上端管路连接有试剂舱(6)，所述输送泵(3)与添加装置(5)管路连接，所述热循环仪(1)的内侧设置有控制芯片，所述模板舱(2)的前侧固定安装有触摸屏(13)，所述热循环仪(1)的内侧下部设置有温控装置，所述温控装置和控制芯片电连接，所述模板舱(2)的内侧设置有多组模板槽，多组所述输送泵(3)与模板槽一一对应，多组所述模板槽的底部均设置有称重传感器，所述试剂舱(6)的内侧上端设置有摄像头。
2.根据权利要求1所述的基于芯片的自动化高通量PCR便携设备，其特征在于：所述添加装置(5)的内部上侧设置有添加泵(7)，所述添加装置(5)的内部下侧轴承连接有叶轮(8)，所述叶轮(8)的内侧设置有离心槽(9)，所述离心槽(9)的内侧固定安装有电阻弹簧块(10)，所述离心槽(9)的外侧设置有接触块(11)，所述接触块(11)与添加泵(7)导线连接，所述电阻弹簧块(10)的一侧导线连接有电源，所述叶轮(8)的内侧设置有暂存槽(12)，所述暂存槽(12)的右端与离心槽(9)的外侧管路连接，所述离心槽(9)的内侧设置有导电液体。
3.根据权利要求2所述的基于芯片的自动化高通量PCR便携设备，其特征在于：所述样品腔室分为十组，十组所述样品腔室分为三层且相互独立。
4.一种基于芯片的自动化高通量PCR自动控制系统，其特征在于：所述PCR自动控制系统包括自动添加模块、试剂监测模块和反应控制模块，所述自动添加模块包括重量检测模块、自动判断模块和自动启动模块，所述试剂监测模块包括液位监测模块、添加计算模块、分析判断模块和显示提醒模块，所述反应控制模块包括温度控制模块、时间控制模块和模板设定模块，所述自动添加模块、试剂监测模块和反应控制模块各自通过无线电连接；
所述重量检测模块与称重传感器信号连接，所述自动判断模块与触摸屏(13)信号连接，所述自动启动模块与控制芯片信号连接，所述液位监测模块与摄像头信号连接，所述显示提醒模块与触摸屏(13)信号连接。
5.根据权利要求4所述的基于芯片的自动化高通量PCR自动控制系统，其特征在于：所述PCR自动控制系统的运行包含以下步骤：
S1、当确认添加DNA模板完成后，对所有模板槽进行重量检测判断，确认完成后进行自动泵入样品腔室；
S2、对存储的聚合酶的量进行检测；
S3、计算此次所需聚合酶的量，并判断存量是否足够，若缺少进行报警显示；
S4、通过对PCT三个阶段的温度及时间的设定使其进行自动控制，并将设定数据存储成模板进行快速选择；
S5、重复S1-S4，能够实现对PCT的自动控制。
6.根据权利要求5所述的基于芯片的自动化高通量PCR自动控制系统，其特征在于：所述S1中重量检测模块、自动判断模块和自动启动模块的方式如下：
S11、利用称重传感器检测放置到模板槽内的DNA模板的重量；
S12、需要将DNA模板均匀分配到三层样品腔室内，根据其三层所需最低的量与检测出的模板槽内DNA模板的量进行比较，若模板槽内的DNA模板的量大于三层所需最低的量，则通过控制芯片控制输送泵(3)将对应的模板槽内的DNA模板泵入对应的样品腔室内，若模板槽内的DNA模板的量小于三层所需最低的量，则通过触摸屏(13)显示对应槽缺少的DNA模板的量，提示进行添加。
7.根据权利要求6所述的基于芯片的自动化高通量PCR自动控制系统，其特征在于：所述S2-S3中试剂监测模块的方式如下：
S31、通过摄像头实时检测试剂舱(6)内聚合酶的液面高度，从而换算出其实际的量；
S32、当确认DNA模板添加完成后，根据其检测的重量数据，按1:1比例进行配比计算出聚合酶所需的量；
S33、将检测的试剂舱(6)内聚合酶的量与计算出的所需的量进行对比分析，若存储量大于所需量则继续进行下一步动作，若存储量小于所需量则通过触摸屏(13)进行显示，提醒进行添加。
8.根据权利要求7所述的基于芯片的自动化高通量PCR自动控制系统，其特征在于：所述S4中反应控制模块的方式如下：
通过控制芯片对反应三个阶段的温度及时间进行设定，按照不同的要求将设定好的参数进行命名并存储在控制芯片当中，以此方便进行快速选择所需的模板进行反应，提高工作效率。
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2022
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| PB01 | Publication | ||
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