CN114433263A - 一种移液、微滴生成及封膜系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种移液、微滴生成及封膜系统，涉及生物检测领域。该移液、微滴生成及封膜系统包括主机壳、移液机构、微滴制备机构和封膜机构，主机壳的内部设有支架结构，移液机构和微滴制备结构位于支架结构的上侧，封膜机构位于支架结构的下侧；支架结构设置有试剂工位、样本工位和微滴制备工位；微滴制备机构包括下压块、气体加压结构，气体加压结构与下压块连通，以使下压块压紧于微滴制备工位上的芯片；封膜机构包括孔板移动座、导膜结构、压膜结构，导膜结构设有供密封膜安装的容置间隙，孔板移动座的运动路径与容置间隙的延伸方向交叉布置，压膜结构位于孔板移动座的上侧，以对孔板的表面覆膜压合密封。

Description

一种移液、微滴生成及封膜系统

技术领域

本发明涉及生物检测技术领域，特别是涉及一种移液、微滴生成及封膜系统。

背景技术

PCR检测技术广泛应用于感染性疾病、肿瘤及遗传病的临床诊断中，其包括人工样本移液、制备微滴、孔板封膜、样本扩增、检测等步骤。不同步骤依赖相应仪器实施，制备微滴需使用微滴生成系统。

如授权公告号为CN207646204U、授权公告日为2018.07.24的中国实用新型专利公开了一种数字PCR微滴生成装置，具体包括气体加压组件，一端连接气体加压组件的管道，设置在管道上的阀门，与管道另一端连接的汇流板和与汇流板连接的芯片，芯片上设有油相池、水相池和微滴收集池，汇流板设有出口分别对应至油相池和水相池，油相池引出第一微通道，水相池引出第二微通道，第一微通道和第二微通道汇合形成第三微通道联通至微滴收集池。

现有技术中的数字PCR微滴生成装置利用气体压力作用于芯片，驱使油相池中的油液沿第一微通道流动，水相池中的样板液沿第二微通道流动，两种液体交汇生成油液包裹样本微滴并沿第三微通道至微滴收集池，实现了微滴生成的目的。

检测前，使用移液臂进行液滴转移、使用微滴生成装置制备微滴，以及将微滴移入孔板中并密封孔板，人工依赖独立的仪器实施，由于人工操作频繁介入，无法保证快速、高效、精确地完成PCR检测前的准确工作。

另外，微滴制备的水相和油相的物理特性会受到温度的影响发生变换，如粘度和表面张力等，传统微滴制备按照固定时间进行微滴制备，容易造成水相或油相没有跑完或提前跑完的情况，影响所制备微滴的数量。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种移液、微滴生成及封膜系统，以解决检测前人工操作频繁介入，无法保证快速、高效、精确地完成PCR检测前的准确工作的问题。

本发明的移液、微滴生成及封膜系统的技术方案为：

移液、微滴生成及封膜系统包括主机壳、安装于所述主机壳中的移液机构、微滴制备机构和封膜机构，所述主机壳的内部设有支架结构，所述移液机构和所述微滴制备结构位于所述支架结构的上侧，所述封膜机构位于所述支架结构的下侧；

所述支架结构设置有试剂工位、样本工位和微滴制备工位，所述移液机构包括移液臂和第一驱动结构，所述第一驱动结构与所述移液臂传动连接，以带动所述移液臂移动至对应工位；

所述微滴制备机构包括下压块、气体加压结构和第二驱动结构，所述气体加压结构与所述下压块连通，所述第二驱动结构与所述下压块传动连接，以使所述下压块压紧于所述微滴制备工位上的芯片；

所述封膜机构包括孔板移动座、导膜结构、压膜结构和第三驱动结构，所述导膜结构设有供密封膜安装的容置间隙，所述第三驱动结构与所述孔板移动座传动连接，所述孔板移动座的运动路径与所述容置间隙的延伸方向交叉布置，所述压膜结构位于所述孔板移动座的上侧，以对孔板的表面覆膜压合密封。

进一步的，所述支架结构为支板，所述支板上开设有容纳孔板的容纳孔位，所述容纳孔位与孔板间隙配合；

所述孔板移动座包括移动基座、升降支座和升降结构，所述升降支座设置于所述移动基座的上侧，所述升降结构连接于所述移动基座与所述升降支座之间，以带动孔板在所述容纳孔位与封膜高度之间升降运动。

进一步的，所述封膜机构还包括定位结构，所述定位结构包括定位移动座和定位块，所述定位块设置于所述定位移动座上，所述定位块的一侧边缘设有定位部，所述定位部朝向所述升降支座布置，以在所述升降支座抵接于所述定位部时对密封膜形成压紧作用；

所述定位移动座移动安装于所述支板的下侧，且所述定位移动座的运动路径与所述孔板移动座的运动路径重合，所述定位移动座具有对应所述容置间隙的接膜状态、随所述孔板移动座运动的随动状态。

进一步的，所述定位部设有第一磁性件，所述升降支座的对应侧设有第二磁性件，所述第一磁性件与所述第二磁性件磁吸配合。

进一步的，所述主机壳的下部设有挡止座，所述定位移动座与所述挡止座挡止配合，且所述挡止座与所述孔板移动座的运动路径错开布置。

进一步的，所述定位部设有水平凸出的凸起，所述凸起用于对上方的密封膜形成挡止配合，所述升降支座的对应侧设有凹槽，所述凸起与所述凹槽凹凸配合。

进一步的，所述导膜结构固定安装于所述支板上，且所述容置间隙贯穿于所述支板呈竖向布置；所述定位移动座在接膜状态时，所述容置间隙与所述凸起上下对应布置。

进一步的，所述导膜结构上还设有覆膜压辊，所述覆膜压辊位于背向所述凸起的一侧；

所述升降支座的一侧对应所述凸起设有折膜刀片，所述折膜刀片的上侧设有刃边，所述刃边间隔布置于所述覆膜压辊的下侧。

进一步的，所述微滴制备工位设有六个，六个所述微滴制备工位均设有芯片固定座，每个所述芯片固定座上均安装有两个8孔芯片，所述8孔芯片的表面安装有硅胶垫。

进一步的，所述微滴制备机构还包括温度检测模块，所述温度检测模块用于检测实时温度以修正微滴制备时间。

有益效果：该移液、微滴生成及封膜系统采用了主机壳、移液机构、微滴制备机构和封膜机构的结构设计，移液机构、微滴制备机构位于支架结构的上侧，支架结构设置有试剂工位、样本工位和微滴制备工位，利用移液机构的移液臂在对应工位进行试剂吸取或注入，完成试剂油和生物样本的移液过程，利用微滴制备机构的下压块和气体加压结构可对微滴制备工位上的芯片完成微滴生成过程。

封膜机构位于支架结构的下侧，封膜机构采用孔板移动座、导膜结构、压膜结构和第三驱动结构的设计形式，密封膜安装于导膜结构的容置间隙中，第三驱动结构带动孔板移动座和孔板运动，孔板移动座的运动路径与容置间隙的延伸方向交叉布置，在孔板经过容置间隙时完成了表面覆膜的过程，最后，通过压膜结构使密封膜压合密封于孔板表面。利用压膜结构将孔板的上表面压紧，实现了孔板与密封膜的密封压合，整机集成度高，可完成移液、微滴制备和孔板密封的步骤，中途无需人工介入操作，保证快速、高效、精确地完成PCR检测前的准确工作。

附图说明

图1为本发明的移液、微滴生成及封膜系统的具体实施例中移液、微滴生成及封膜系统的立体示意图；

图2为本发明的移液、微滴生成及封膜系统的具体实施例中两个3＊8孔芯片并列置入芯片固定座时的立体示意图；

图3为本发明的移液、微滴生成及封膜系统的具体实施例中微滴制备机构(压紧芯片时)的立体示意图；

图4为本发明的移液、微滴生成及封膜系统的具体实施例中微滴制备机构(压紧芯片前)的截面示意图；

图5为本发明的移液、微滴生成及封膜系统的具体实施例中微滴制备机构(压紧芯片时)的截面示意图；

图6为本发明的移液、微滴生成及封膜系统的具体实施例中封膜机构的局部立体示意图；

图7为本发明的移液、微滴生成及封膜系统的具体实施例中封膜机构(另一视角)的立体示意图；

图8为本发明的移液、微滴生成及封膜系统的具体实施例中封膜机构(孔板处于容纳孔位时)的主视示意图；

图9为本发明的移液、微滴生成及封膜系统的具体实施例中封膜机构(孔板处于封膜高度时)的主视示意图；

图10为本发明的移液、微滴生成及封膜系统的具体实施例中封膜机构(孔板开始接触密封膜时)的主视示意图；

图11为本发明的移液、微滴生成及封膜系统的具体实施例中封膜机构(孔板表面覆膜压封前)的主视示意图。

图中：1－主机壳、10－显示屏、11－移液臂、12－微滴制备机构、120－下压块、121－第一气压接头、122－第二气压接头、123－温度检测模块；

2－支板、20－容纳孔位、21－试剂工位、22－样本工位、23－微滴制备工位、24－密封剂工位、25－芯片固定座、26－硅胶垫；

3－封膜机构、30－孔板移动座、300－移动基座、301－升降支座、302－升降结构、303－折膜刀片、304－凹槽、31－导膜结构、310－覆膜压辊；

32－压膜结构、33－定位结构、330－定位移动座、331－定位块、332－凸起、333－第一磁性件、34－挡止座；

4－芯片、41－试剂油孔、42－生物样本孔、43－微滴成品孔、5－孔板、6－密封膜。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的移液、微滴生成及封膜系统的具体实施例1，如图1至图11所示，移液、微滴生成及封膜系统包括主机壳1、安装于主机壳1中的移液机构、微滴制备机构12和封膜机构3，主机壳1的内部设有支架结构，移液机构和微滴制备结构12位于支架结构的上侧，封膜机构3位于支架结构的下侧；支架结构设置有试剂工位21、样本工位22和微滴制备工位23，移液机构包括移液臂11和第一驱动结构，第一驱动结构与移液臂11传动连接，以带动移液臂11移动至对应工位。

微滴制备机构12包括下压块120、气体加压结构和第二驱动结构，气体加压结构与下压块120连通，第二驱动结构与下压块120传动连接，以使下压块120压紧于微滴制备工位23上的芯片4；封膜机构3包括孔板移动座30、导膜结构31、压膜结构32和第三驱动结构，导膜结构31设有供密封膜6安装的容置间隙，第三驱动结构与孔板移动座30传动连接，孔板移动座30的运动路径与容置间隙的延伸方向交叉布置，压膜结构32位于孔板移动座30的上侧，以对孔板5的表面覆膜压合密封。

该移液、微滴生成及封膜系统采用了主机壳1、移液机构、微滴制备机构12和封膜机构3的结构设计，移液机构、微滴制备机构12位于支架结构的上侧，支架结构设置有试剂工位21、样本工位22和微滴制备工位23，利用移液机构的移液臂11在对应工位进行试剂吸取或注入，完成试剂油和生物样本的移液过程，利用微滴制备机构12的下压块120和气体加压结构可对微滴制备工位23上的芯片4完成微滴生成过程。

封膜机构3位于支架结构的下侧，封膜机构3采用孔板移动座30、导膜结构31、压膜结构32和第三驱动结构的设计形式，密封膜6安装于导膜结构31的容置间隙中，第三驱动结构带动孔板移动座30和孔板5运动，孔板移动座30的运动路径与容置间隙的延伸方向交叉布置，在孔板5经过容置间隙时完成了表面覆膜的过程，最后，通过压膜结构32使密封膜6压合密封于孔板5表面。

在本实施例中，支架结构为支板2，支板2上开设有容纳孔板5的容纳孔位20，容纳孔位20与孔板5间隙配合；孔板移动座30包括移动基座300、升降支座301和升降结构302，升降支座301设置于移动基座300的上侧，升降结构302连接于移动基座300与升降支座301之间，以带动孔板5在容纳孔位20与封膜高度之间升降运动。孔板5采用12＊8孔的结构设计，孔板移动座30的升降结构302可向上顶升孔板5，如图8所示，使孔板5处于支板2的容纳孔位20中，以便将微滴成品从微滴制备工位23转移至孔板5上；然后，孔板移动座30的升降结构302降下孔板5至封膜高度，如图9所示，使孔板5位于导膜结构31的下侧位置，孔板5平移经过容置间隙的下侧从而实现覆膜目的。

具体的，封膜机构3还包括定位结构33，定位结构33包括定位移动座330和定位块331，定位块33设置于定位移动座330上，定位块331的一侧边缘设有定位部，定位部朝向升降支座301布置，以在升降支座301抵接于定位部时对密封膜6形成压紧作用；定位移动座330移动安装于支板2的下侧，且定位移动座330的运动路径与孔板移动座30的运动路径重合，定位移动座330具有对应容置间隙的接膜状态、随孔板移动座30运动的随动状态。也就是说，定位移动座330处于接膜状态保证静止，当孔板移动座30平移至容置间隙的下侧时，板移动座30与定位移动座330抵接压紧密封膜6；然后，在孔板移动座30的推动作用下共同运动，二者共同平移即为随动状态，在随动过程中拉紧密封膜6的边缘，确保密封膜6能够完整地覆盖于孔板5的上表面，直至孔板移动座30抵达压膜结构32的下侧。

并且，定位块331的定位部设有第一磁性件333，升降支座301的对应侧设有第二磁性件(图中未示出)，第一磁性件与第二磁性件磁吸配合。定位块331设计有第一磁性件333，升降支座301的对应侧设计有第二磁性件，通过两个磁性件的磁吸配合，提高了抵接后对密封膜6产生的压紧作用力，防止拉敷密封膜6的过程中出现脱出情况。

在本实施例中，主机壳1的下部设有挡止座34，定位移动座330与挡止座34挡止配合，且挡止座34与孔板移动座30的运动路径错开布置。具体的，挡止座34设置在容置间隙的下侧位置，且挡止座34位于孔板移动座30的运动路径的中间外侧，既不干涉孔板移动座30的来回运动，又可使定位移动座330随孔板移动座30返回的过程中受到挡止，而对定位移动座330起到止退挡止作用，以便于下次配合孔板移动座30实现抵接压紧密封膜6的目的。

其中，定位部设有凸起332，凸起332为水平弹簧凸起，用于对上方的密封膜6形成挡止配合，之所以采用弹簧，目的是让凸起332尽量伸出，提高与密封膜6的挡止成功率；升降支座301的对应侧设有凹槽304，定位块331的凸起332与升降支座301的凹槽304凹凸配合。具体的，凹槽304设置于升降支座301的侧面，定位块331在与升降支座301抵接时，弹簧凸起会被压缩，但由于设计的压缩量限制，无法被完全压平，影响抵接；而凹槽304就起到减少凸起332压缩量同时保证抵接良好的作用。

导膜结构31固定安装于支板2上，且导膜结构31的容置间隙贯穿于支板3呈竖向布置；定位移动座33在接膜状态时，导膜结构31的容置间隙与定位块331的凸起332上下对应布置，以确保密封膜6下落至设定高度，便于后续准确地压紧密封膜6的边缘。并且，导膜结构31上还设有覆膜压辊310，覆膜压辊310位于背向凸起332的一侧；升降支座301的一侧对应凸起332设有折膜刀片303，折膜刀片303的上侧设有刃边，折膜刀片303的刃边间隔布置于覆膜压辊310的下侧。折膜刀片303的刃边可准确地折弯密封膜6，覆膜压辊310位于孔板5的上侧，对孔板5上表面的密封膜6起到滚压贴合作用。

其中，压膜结构32为热压板结构，密封膜6为铝箔膜，利用热压板将孔板5的上表面热熔，实现了孔板5与铝箔膜的密封压合，整机集成度高，可完成移液、微滴制备和孔板密封的步骤，中途无需人工介入操作，保证快速、高效、精确地完成PCR检测前的准确工作。

具体的，微滴制备工位23设有六个，六个微滴制备工位23均设有芯片固定座25，每个芯片固定座25上均安装有两个8孔芯片，8孔芯片的表面安装有硅胶垫26，实现了单次制备完成两个芯片，微滴生成的效率更高。需要说明的是，该芯片4采用三排孔(每排八孔)的设计，第一排的八个孔分别为试剂油孔41、第二排的八个孔为生物样本孔42、第三排的八个孔为微滴成品孔43；并且，试剂油孔41、生物样本孔42分别与微滴成品孔43之间设有微通道，在气压作用下试剂油和生物样本剂经过微通道混合，混合成油包水形态的微滴进入微滴成品孔43中。

并且，下压块120的下侧设有6＊8气孔，下压块120的气孔与两个6＊8孔芯片的液剂孔位置正对，下压块120上密封连接有第一气压接头121和第二气压接头122；并且，下压块120内部设有连接压接头和气孔的气体通道，第一气压接头121与第一排的试剂油孔41相通，第二气压接头122与第二排的生物样本孔42相通。

在支板2上设有密封剂工位24，样本工位22、试剂工位21和密封剂工位24间隔设置成一列，相应的，微滴制备工位23设有多个，多个微滴制备工位23间隔设置成另一列，移液前将芯片4对应置于微滴制备工位23的芯片固定座25上。移液工序包括，第一步：移液臂11拾取8个TIP头，在试剂工位21吸取试剂油50μl，注入芯片4的试剂油孔41中，之后移动至废料口退出TIP头；第二步：移液臂11再拾取8个TIP头，在样本工位22吸取生物样本20μl，注入芯片4的生物样本孔42中，之后移动至废料口退出TIP头；第三步：移液臂11再拾取8个TIP头，在密封剂工位24吸取密封剂5μl，注入芯片4的生物样本孔42中，之后移动至废料口退出TIP头。以上步骤为对第一个芯片的移液过程，重复以上步骤即可对第二个芯片完成移液过程。

作为优选的，第二驱动结构包括步进电机和气缸，微滴制备工序包括，第一步：步进电机驱动下压块120移动至微滴制备工位23，气缸带动下压块120下降并同时压紧两个芯片4，使下压块120的气孔与芯片4的液剂孔位置正对；第二步：对下压块120的两个第一气压接头121通入气压，对下压块120的两个第二气压接头122通入气压，从而同时完成两个芯片4的微滴生成。微滴制备机构12还包括温度检测模块123，如图5所示，通过微滴制备机构12的温度检测模块123来测量实时温度，根据温度计算出所需的微滴制备时间，微滴制备时间即为气压保持时间，避免了水相或油相没有跑完或提前跑完的情况，确保制备微滴数量的准确性。

另外，主机壳1上安装有显示屏10，以实时显示工作状态和各项参数；各个工位分别设有传感器元件，可感应工位上是否放置有物料，当没有物料时，显示屏10对应状态栏呈红色，当放置有物料时，显示屏10对应状态栏呈绿色，显示屏10的所有状态栏均呈绿色，则表示所需的物料均放置到位。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种移液、微滴生成及封膜系统，其特征是，包括主机壳、安装于所述主机壳中的移液机构、微滴制备机构和封膜机构，所述主机壳的内部设有支架结构，所述移液机构和所述微滴制备结构位于所述支架结构的上侧，所述封膜机构位于所述支架结构的下侧；

所述支架结构设置有试剂工位、样本工位和微滴制备工位，所述移液机构包括移液臂和第一驱动结构，所述第一驱动结构与所述移液臂传动连接，以带动所述移液臂移动至对应工位；

所述微滴制备机构包括下压块、气体加压结构和第二驱动结构，所述气体加压结构与所述下压块连通，所述第二驱动结构与所述下压块传动连接，以使所述下压块压紧于所述微滴制备工位上的芯片；

所述封膜机构包括孔板移动座、导膜结构、压膜结构和第三驱动结构，所述导膜结构设有供密封膜安装的容置间隙，所述第三驱动结构与所述孔板移动座传动连接，所述孔板移动座的运动路径与所述容置间隙的延伸方向交叉布置，所述压膜结构位于所述孔板移动座的上侧，以对孔板的表面覆膜压合密封。

2.根据权利要求1所述的移液、微滴生成及封膜系统，其特征是，所述支架结构为支板，所述支板上开设有容纳孔板的容纳孔位，所述容纳孔位与孔板间隙配合；

所述孔板移动座包括移动基座、升降支座和升降结构，所述升降支座设置于所述移动基座的上侧，所述升降结构连接于所述移动基座与所述升降支座之间，以带动孔板在所述容纳孔位与封膜高度之间升降运动。

3.根据权利要求2所述的移液、微滴生成及封膜系统，其特征是，所述封膜机构还包括定位结构，所述定位结构包括定位移动座和定位块，所述定位块设置于所述定位移动座上，所述定位块的一侧边缘设有定位部，所述定位部朝向所述升降支座布置，以在所述升降支座抵接于所述定位部时对密封膜形成压紧作用；

所述定位移动座移动安装于所述支板的下侧，且所述定位移动座的运动路径与所述孔板移动座的运动路径重合，所述定位移动座具有对应所述容置间隙的接膜状态、随所述孔板移动座运动的随动状态。

4.根据权利要求3所述的移液、微滴生成及封膜系统，其特征是，所述定位部设有第一磁性件，所述升降支座的对应侧设有第二磁性件，所述第一磁性件与所述第二磁性件磁吸配合。

5.根据权利要求3所述的移液、微滴生成及封膜系统，其特征是，所述主机壳的下部设有挡止座，所述定位移动座与所述挡止座挡止配合，且所述挡止座与所述孔板移动座的运动路径错开布置。

6.根据权利要求3所述的移液、微滴生成及封膜系统，其特征是，所述定位部设有水平凸出的凸起，所述凸起用于对上方的密封膜形成挡止配合，所述升降支座的对应侧设有凹槽，所述凸起与所述凹槽凹凸配合。

7.根据权利要求6所述的移液、微滴生成及封膜系统，其特征是，所述导膜结构固定安装于所述支板上，且所述容置间隙贯穿于所述支板呈竖向布置；所述定位移动座在接膜状态时，所述容置间隙与所述凸起上下对应布置。

8.根据权利要求6所述的移液、微滴生成及封膜系统，其特征是，所述导膜结构上还设有覆膜压辊，所述覆膜压辊位于背向所述凸起的一侧；

所述升降支座的一侧对应所述凸起设有折膜刀片，所述折膜刀片的上侧设有刃边，所述刃边间隔布置于所述覆膜压辊的下侧。

9.根据权利要求1所述的移液、微滴生成及封膜系统，其特征是，所述微滴制备工位设有六个，六个所述微滴制备工位均设有芯片固定座，每个所述芯片固定座上均安装有两个8孔芯片，所述8孔芯片的表面安装有硅胶垫。

10.根据权利要求1所述的移液、微滴生成及封膜系统，其特征是，所述微滴制备机构还包括温度检测模块，所述温度检测模块用于检测实时温度以修正微滴制备时间。

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