CN114774264B - 一种空气微生物自动化检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空气微生物自动化检测系统，涉及微生物检测技术领域，包括：采样单元、检测单元和控制单元，控制单元控制采样单元对空气微生物进行自动采样；控制单元控制检测单元对采样单元所采集到的空气微生物的核酸样品进行自动检测；本发明提供的空气微生物自动化检测系统能够实现对空气微生物的自动化采集与检测，节省人力成本与时间成本，方便快捷，最大程度的保证样品处理的一致性，减少人为干扰，降低污染检测反应的风险。

Description

一种空气微生物自动化检测系统

技术领域

本发明涉及微生物检测技术领域，特别是涉及一种空气微生物自动化检测系统。

背景技术

人和动植物体以及土壤中的微生物能通过飞沫或尘埃等散布于空气中，使空气中含有一定种类和数量的微生物。空气中理论上一般没有病原微生物的存在，但在医院、兽医院以及畜禽厩舍附近的空气中，常悬浮有病原微生物的气溶胶，健康人或动物往往因吸入而感染。被病原微生物污染的空气，常可成为污染的来源或媒介，引起传染病流行。因此，进行空气微生物检测对于传染病预防与控制以及环境的卫生学监督与保护具有重要的意义。

空气采样器是进行空气微生物检测过程中的一种重要工具，种类繁多，其中，采样瓶是利用喷射气流的方式将空气中的微生物粒子采集于裂解结合液体中。采样过程中，在采样瓶中加入裂解结合液后，启动抽气动力，空气就从采样器进气口处进入，空气中的微生物粒子冲击到采样瓶的裂解结合液中，由于液体的粘附性，将微生物粒子捕获。

DNA提取技术是分子生物学研究的基础技术，是DNA检验的第一步骤，也是最关键的步骤。其中，磁珠法核酸提取技术采用了纳米级磁珠微珠，这种磁珠微珠的表面标记了一种官能团，能同核酸发生吸附反应。磁珠法提取DNA可广泛应用于基因组研究、HPV检测、亲子鉴定、考古等许多领域。磁珠法提取DNA要比传统的方法，例如：Chelex100法、有机法、二氧化硅法、盐析法等更为简单、方便，磁珠法在DNA纯化、微量检裁及PCR扩增等方面是其它方法不可代替的。

微流控又称为微流控芯片技术，该技术可将生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块几个平分厘米的芯片上，以可控流体贯穿整个系统，用以替代常规化学或生物实验室的各种功能，有着体积轻巧、使用样品及试剂量少、能耗低、反应速度快、可大量平行处理及可即用即弃等优点。目前，微流控芯片在微生物检测领域应用广泛。

然而，现有的空气微生物检测过程主要依赖于人工，空气微生物样品的采集与检测等均需要人工操作不同的仪器设备在实验室完成，操作繁琐，耗时长，技术要求高。

发明内容

本发明的目的是提供一种空气微生物自动化检测系统，以解决上述现有技术存在的问题，实现对空气微生物的自动化采集与检测，节省人力成本与时间成本，方便快捷，最大程度的保证样品处理的一致性，减少人为干扰，降低污染检测反应的风险。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种空气微生物自动化检测系统，包括：采样单元、检测单元和控制单元，所述控制单元控制所述采样单元对空气微生物进行自动采样；所述控制单元控制所述检测单元对所述采样单元所采集到的所述空气微生物的核酸样品进行自动检测；

所述采样单元包括多个采样管、采样头、磁针和驱动装置；多个所述采样管内均预先放置有裂解结合液和核酸吸附磁珠，所述采样头盖设于任意一个所述采样管上后均能够组成一个采样瓶，所述控制单元能够控制所述采样瓶对空气微生物进行采样，所述控制单元能够控制所述驱动装置驱动所述采样头盖设于任意一个所述采样管上，所述磁针上预先套设有磁针套管，所述控制单元能够控制所述驱动装置驱动所述磁针并带动所述磁针套管伸入任意一个所述采样管内并吸附其内的核酸吸附磁珠，所述控制单元能够控制所述驱动装置驱动所述磁针并带动所述磁针套管以及其上的所述核酸吸附磁珠移动至所述检测单元中的芯片的加样口处进行核酸洗脱。

优选的，多个所述采样管沿第一直线均匀排布。

优选的，所述驱动装置包括水平驱动组件、升降驱动组件和旋转驱动组件，所述旋转驱动组件滑动连接于所述升降驱动组件的竖直滑轨上，所述升降驱动组件滑动连接于所述水平驱动组件的水平滑轨上；

还包括旋转支架，所述旋转支架设置于所述旋转驱动组件的自由端，所述旋转驱动组件能够驱动所述旋转支架绕一竖直轴转动，所述磁针和所述采样头均固定设置于所述旋转支架上，且所述磁针和所述采样头的中心线至所述竖直轴的距离是相同的。

优选的，所述检测单元设置于所述采样单元的一侧，所述旋转驱动组件驱动所述旋转支架旋转能够带动所述磁针转至所述芯片加样口的正上方。

优选的，所述检测单元包括芯片转移机构、芯片储存装置、离心加热机构和垃圾桶；所述芯片储存装置、所述离心加热机构和所述垃圾桶依次排布；所述芯片储存装置内储存有多个用于对微生物进行检测的芯片，所述芯片的加样口内能够预先添加反应液，所述控制单元能够控制所述驱动装置驱动所述磁针并带动所述磁针套管以及其上的所述核酸吸附磁珠在添加有反应液的所述芯片的加样口内进行核酸洗脱，所述芯片转移机构能够将含有所述反应液以及所述核酸的所述芯片转移至所述离心加热机构上，所述离心加热机构用于对该所述芯片依次进行离心和加热处理，所述芯片转移机构能够将完成检测反应的所述芯片转移至所述垃圾桶内。

优选的，所述磁针伸进所述磁针套管的一端为底端，另一端为顶端，所述磁针靠近顶端的外壁上设置有沿周向延伸的第一凸起，所述磁针套管靠近顶端的内壁上设置有沿周向延伸的凹槽，所述磁针套管由弹性材料制成，所述磁针插设于所述磁针套管内时，所述第一凸起能够卡接于所述凹槽内。

优选的，所述采样头包括盖体、进气管和出气管，所述进气管和所述出气管均贯穿所述盖体，所述出气管的上端开口与真空泵连通，所述盖体盖设于所述采样管上时，所述进气管的下端开口通向所述采样管内，所述进气管的上端开口通向周围环境，所述出气管的下端开口通向所述采样管内且位于所述进气管的下端开口之上。

优选的，所述芯片储存装置包括储存腔和两块第一限位板，所述储存腔顶部开口，所述储存腔内设置有弹性支撑件，所述储存腔顶部开口的上方固定设置有所述第一限位板，所述第一限位板与所述储存腔顶部开口的距离不小于一个所述芯片的厚度值，所述弹性支撑件与所述第一限位板之间摞置有多个芯片，且所述弹性支撑件处于压缩状态，各所述芯片的加样口均朝上，所述储存腔的内侧壁用于限制所述储存腔内所述芯片的水平活动自由度，两块所述第一限位板分别压紧于所述芯片相对的两侧，且两个所述第一限位板之间有沿第二直线方向延伸的间隔，所述储存腔顶部开口与所述第一限位板之间的区域的一侧为芯片出口，所述芯片的上表面固定设置有垂直于所述第二直线的推条，所述控制单元能够控制所述驱动装置驱动所述磁针并带动所述磁针套管以及其上的所述核酸吸附磁珠在最顶部的所述芯片的加样口内进行核酸洗脱。

优选的，所述离心加热机构上设置有检测工位，所述检测工位位于所述芯片储存装置设有所述芯片出口的一侧，所述芯片转移机构包括推板和推板驱动装置，所述推板驱动装置用于驱动所述推板沿所述第二直线移动，所述推板的默认位置位于所述储存腔远离所述检测工位的一侧，所述推板沿所述第二直线向所述检测工位的方向移动时能够将最顶部的所述芯片推移至所述检测工位上以及将所述芯片从所述检测工位推移至所述垃圾桶中。

优选的，所述芯片转移机构还包括固定板，所述固定板竖直设置且所述固定板与所述推板驱动装置的驱动端固定连接，所述推板的顶端转动连接于所述固定板的底端，所述推板朝向所述检测工位的一面为正面，另一面为背面，所述推板的背面侧设置有防转板，且所述防转板固定连接于所述固定板上，所述防转板用于限制所述推板向背面侧转动，所述推板受到向正面侧的作用力时能够向正面侧转动。

优选的，所述离心加热机构包括离心盘、离心盘驱动装置、加热板、第一导电件、第二导电件、第二导电件驱动装置和离心盘位置调节装置，所述控制单元控制所述离心盘驱动装置、所述第二导电件驱动装置和所述离心盘位置调节装置的工作，所述离心盘上设置有所述检测工位，所述加热板内嵌固定于所述离心盘内，所述第一导电件设置于所述离心盘的侧边且所述第一导电件与所述加热板电连接，所述离心盘驱动装置用于驱动所述离心盘对所述芯片进行离心处理，所述加热板用于对所述检测工位中的所述芯片进行加热；所述第二导电件的默认位置远离所述第一导电件，所述第二导电件驱动装置能够将所述第二导电件驱动至第一工位，所述离心盘位置调节装置能够调节所述离心盘的位置以使得所述第一导电件位于第二工位，位于所述第一工位的所述第二导电件与位于所述第二工位的所述第一导电件相接触，所述第二导电件与电源电连接。

优选的，还包括检测器和检测器驱动装置，所述检测器用于对芯片的反应结果进行检测，并将检测结果传输至人机交互终端，所述检测器驱动装置能够驱动所述检测器转动至检测工位的正上方。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的空气微生物自动化检测系统通过控制单元控制采样单元和检测单元的工作，无需人工进行微生物采集、核酸提取、磁珠转移、洗脱以及核酸检测，节省人力成本与时间成本，方便快捷，最大程度的保证样品处理的一致性，减少人为干扰，降低污染检测反应的风险；另外，采样单元包括多个采样管、采样头、磁针、驱动装置；当需要对空气进行采样时，控制单元控制驱动装置驱动采样头盖设于任意一个采样管上，组成一个采样瓶，控制单元控制采样瓶进行空气微生物采样，采集的微生物样品能够在裂解结合液中裂解并释放核酸，核酸被核酸吸附磁珠所吸附，而后控制单元控制驱动装置驱动磁针并带动磁针套管伸入任意一个采样管内并吸附其内的核酸吸附磁珠，且因设置有多个采样管，可重复进行多次采样以及核酸提取的过程，因此可重复进行多次空气采样并对空气微生物进行快速核酸提取，进而实现快速检测的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的空气微生物自动化检测系统的整体结构示意图；

图2为图1内部结构的俯视图；

图3为采样单元的结构示意图；

图4为磁针的结构示意图；

图5为磁针套管的结构示意图；

图6为图5的剖视图；

图7为采样头和采样管组合后的结构示意图；

图8为采样头结构示意图；

图9为离心加热机构的结构示意图；

图10为图9的俯视图；

图11为芯片的结构示意图；

图12为除加液结构外的芯片储存装置的结构示意图；

图13为芯片储存装置的结构示意图；

图14为弹性支撑件的结构示意图；

图15为推板、固定板和防转板的组合结构示意图；

图中：1、采样单元；11、采样管；12、磁针；121-第一凸起；13、磁针套管；131、凹槽；14、旋转支架；15、旋转驱动组件；16、水平滑轨；17、竖直滑轨；18、采样头；181、盖体；182、进气管；183、出气管；19、放置台；10、操作台；101、水平驱动组件；2、离心加热机构；21、检测工位；211、顶板；212、挡板；213、围边；22、离心盘；221、弧形凸起；23、调节齿轮；24、第二导电件；25、直线滑轨；26、第一导电件；27、第一光电传感器；28、离心盘驱动装置；29、第二光电传感器；201、驱动装置本体；202、滑块；203、机架；204、遮光片；3、芯片转移机构；31、推板；32、固定板；33、防转板；4、芯片储存装置；41、储存腔；42、第一限位板；43、舵机板；44、加液管；45、反应液储存瓶；46、蠕动泵；47、弹性支撑件；471、支撑板；472、弹簧；5、垃圾桶；6、芯片；61、反应室；62、加样口；63、推条；64、限位条。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种空气微生物自动化检测系统，以解决上述现有技术存在的问题，实现对空气微生物的自动化采集与检测，节省人力成本与时间成本，方便快捷，最大程度的保证样品处理的一致性，减少人为干扰，降低污染检测反应的风险。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种空气微生物自动化检测系统，如图1~图2所示，包括：采样单元1、检测单元和控制单元，控制单元控制采样单元1对空气微生物进行自动采样；控制单元控制检测单元对采样单元1所采集到的空气微生物的核酸样品进行自动检测；

如图3~图8所示，采样单元1包括多个采样管11、采样头18、磁针12和驱动装置；多个采样管11内均预先放置有裂解结合液和核酸吸附磁珠（也可简称为磁珠），采样头18盖设于任意一个采样管11上后均能够组成一个采样瓶，控制单元能够控制采样瓶对空气微生物进行采样，控制单元能够控制驱动装置驱动采样头18盖设于任意一个采样管11上，磁针12上预先套设有磁针套管13，控制单元能够控制驱动装置驱动磁针12并带动磁针套管13伸入任意一个采样管11内并吸附其内的核酸吸附磁珠，控制单元能够控制驱动装置驱动磁针12并带动磁针套管13以及其上的核酸吸附磁珠移动至检测单元中的芯片6的加样口62处进行核酸洗脱；

本发明提供的空气微生物自动化检测系统通过控制单元控制采样单元1和检测单元的工作，无需人工进行微生物采集、核酸提取、磁珠转移、洗脱以及核酸检测，节省人力成本与时间成本，方便快捷，最大程度的保证样品处理的一致性，减少人为干扰，降低污染检测反应的风险；另外，采样单元1包括多个采样管11、采样头18、磁针12、驱动装置；当需要对空气进行采样时，控制单元控制驱动装置驱动采样头18盖设于任意一个采样管11上，组成一个采样瓶，控制单元控制采样瓶进行空气微生物采样，采集的微生物样品能够在裂解结合液中裂解并释放核酸，核酸被核酸吸附磁珠所吸附，而后控制单元控制驱动装置驱动磁针12并带动磁针套管13伸入任意一个采样管11内并吸附其内的核酸吸附磁珠，且因设置有多个采样管11，可重复进行多次采样以及核酸提取的过程，因此可重复进行多次空气采样并对空气微生物进行快速核酸提取，进而实现快速检测的目的。

进一步的，采样时，为了避免引起各次采样间的交叉污染，每次采样前均需手动更换磁针套管13。

进一步的，为了避免引起各次采样间的交叉污染，采样头18设计为一次性用品且可拆卸的固定于旋转支架14上，每次采样前均需手动更换采样头18。

进一步的，多个采样管11沿第一直线均匀排布，控制单元能够控制驱动装置驱动采样头18沿着第一直线依次盖设于采样管11上，且能够控制临时组成的采样瓶进行空气采样，在采样完毕后，驱动装置驱动采样头18远离装载有核酸的采样管11，此时该采样管11的上开口敞口，进而实现磁针12以及磁针套管13伸进采样管11中吸附其内的核酸吸附磁珠的目的。

进一步的，驱动装置包括水平驱动组件101、升降驱动组件和旋转驱动组件15，旋转驱动组件15滑动连接于升降驱动组件的竖直滑轨17上，升降驱动组件滑动连接于水平驱动组件101的水平滑轨16上；

还包括旋转支架14，旋转支架14设置于旋转驱动组件15的自由端，旋转驱动组件15能够驱动旋转支架14绕一竖直轴转动，磁针12和采样头18均固定设置于旋转支架14上，且磁针12和采样头18的中心线至竖直轴的距离是相同的，进而能够通过简单的圆周运动以及直线运动来实现空气微生物采样以及核酸提取的过程，降低了制作成本。

进一步的，如图1所示，检测单元设置于采样单元1的一侧，旋转驱动组件15驱动旋转支架14旋转能够带动磁针12转至芯片加样口62的正上方，进而能够通过简单的圆周运动以及直线运动来实现核酸洗脱的过程，降低了试验成本。

进一步的，如图9~图15所示。检测单元包括芯片转移机构3、芯片储存装置4、离心加热机构2和垃圾桶5；芯片储存装置4、离心加热机构2和垃圾桶5依次排布；芯片储存装置4内储存有多个用于对微生物进行检测的芯片6，芯片6的加样口62内能够预先添加反应液，控制单元能够控制驱动装置驱动磁针12并带动磁针套管13以及其上的核酸吸附磁珠在添加有反应液的芯片6的加样口62内进行核酸洗脱，芯片转移机构3能够将含有反应液以及核酸的芯片6转移至离心加热机构2上，离心加热机构2用于对该芯片6依次进行离心和加热处理，芯片转移机构3能够将完成检测反应的芯片转移至垃圾桶5内；芯片转移机构3转移芯片6的过程无需人工干预，因此，本发明提供的方案中的芯片转移机构3实现了自动化转移芯片的目的，以便于实现对微生物样品进行自动化检测，降低了污染检测反应的风险。

进一步的，磁针12伸进磁针套管13的一端为底端，另一端为顶端，磁针12靠近顶端的外壁上设置有沿周向延伸的第一凸起121，优选为设置两条，磁针套管13靠近顶端的内壁上设置有沿周向延伸的凹槽131，也设置两条，磁针套管13由弹性材料制成，磁针12插设于磁针套管13内时，第一凸起121能够卡接于凹槽131内，磁针套管13在受力时能够发生轻微弹性变形，磁针12插设于磁针套管13内时，第一凸起121能够卡接于凹槽131内，磁针套管13套设于磁针12上后即可进行磁珠的吸附，在无外力情况下磁针套管13固定在磁针12上不掉落，同时人工可将磁针套管13从磁针12上较轻易地取下，此外。

进一步的，仅磁针12的底端具备磁性，使得所吸附的磁珠均聚集于磁针套管13的底部，进而便于后续在芯片6的加样口62内对磁珠上的核酸进行洗脱。

进一步的，采样头18包括盖体181、进气管182和出气管183，进气管182和出气管183均贯穿盖体181，出气管183的上端开口与真空泵连通，盖体181盖设于采样管11上时，进气管182的下端开口通向采样管11内，进气管182的上端开口通向周围环境，出气管183的下端开口通向采样管11内且位于进气管182的下端开口之上，控制单元控制真空泵的启闭。

进一步的，为使采样头18与采样管11组合后密闭性更加良好，可在采样管11顶端和/或盖体181的底端设置有橡胶垫，具体为套环状，在组合后，橡胶垫处于被压缩状态，进而实现密封的效果。

采用采样单元1进行空气微生物采样的工作流程如下：

1、预先向采样管11中加入裂解结合液与核酸吸附磁珠，将磁针套管13套到磁针12上；

本装置以裂解结合液为采样液，使空气采样过程中采集的微生物样品裂解并使微生物裂解释放的核酸吸附到核酸吸附磁珠上，提高工作效率。

2、控制采样头18移动到采样管11上方并下降与采样管11组合为采样瓶，真空泵启动，进行空气采样（此过程中，空气微生物裂解释放的核酸吸附到核酸吸附磁珠上）；

3、采样完成后，控制采样头18上升，控制磁针12(套有磁针套管13)移动至采样管11中，将磁珠吸附到磁针套管13表面；

磁针12能够上升并将磁珠转移至后续的检测装置进行后续检测操作，检测装置设置于采样单元1的一侧。

进一步的，芯片储存装置4包括储存腔41和两块第一限位板42，储存腔41顶部开口，储存腔41内设置有弹性支撑件47，储存腔41顶部开口的上方固定设置有第一限位板42，第一限位板42与储存腔41顶部开口的距离不小于一个芯片6的厚度值，弹性支撑件47与第一限位板42之间摞置有多个芯片6，且弹性支撑件47处于压缩状态，各芯片6的加样口62均朝上，储存腔41的内侧壁用于限制储存腔41内芯片6的水平活动自由度，两块第一限位板42分别压紧于芯片6相对的两侧，且两个第一限位板42之间有沿第二直线方向延伸的间隔，储存腔41顶部开口与第一限位板42之间的区域的一侧为芯片出口，芯片6的上表面固定设置有垂直于第二直线的推条63，控制单元能够控制驱动装置驱动磁针12并带动磁针套管13在最顶部的芯片6的加样口62内进行核酸洗脱；离心加热机构2上设置有检测工位21，检测工位21位于芯片储存装置4设有芯片出口的一侧，芯片转移机构3包括推板31和推板驱动装置，推板驱动装置用于驱动推板31沿第二直线移动，推板31的默认位置位于储存腔41远离检测工位21的一侧，推板31沿第二直线向检测工位21的方向移动时能够推动最顶部的芯片6并将芯片6推移至检测工位21上以及将芯片6从检测工位21推移至垃圾桶5中，在核酸洗脱完毕后，芯片储存装置4中最顶部的芯片6能够被推板31沿着第二直线推动至检测工位21上，当最顶部的芯片6移出后，在弹性支撑件47的弹力作用下，储存的多个芯片6被整体抬升，补充至第一限位板42下方，以便于进行下一次动作。

进一步的，弹性支撑件47包括弹簧472和支撑板471，支撑板471与储存腔41的底面均水平设置，弹簧472设置于支撑板471与储存腔41的底面之间，多个芯片6摞置于支撑板471与第一限位板42之间。

进一步的，为了方便向芯片6内添加反应液，芯片储存装置4还包括加液结构，加液结构用于向最顶部的芯片6的加样口62中添加反应液。

进一步的，加液结构包括反应液储存瓶45、蠕动泵46、底座、加液管44、舵机和舵机板43，底座固定设置于储存腔41的一侧，舵机固定于底座上，舵机板43固定于舵机上，舵机能够驱动舵机板43沿一水平轴旋转；加液管44一端与反应液储存瓶45连接，另一端延伸至舵机板43，且末端穿插固定于舵机板43上，蠕动泵46用于将反应液储存瓶45内的反应液泵至加样口62，舵机板43默认状态为竖直状态，当舵机板43旋转90度至芯片6上方时，加液管44的出口位于最顶部的芯片6的加样口62的正上方，需要加液时，舵机控制舵机板43旋转90度至芯片6上方，此时，加液管44的出口位于最顶部的芯片6的加样口62的正上方，开启蠕动泵46，蠕动泵46将反应液储存瓶45内的液体泵至芯片6内，在加液过程完成后，蠕动泵46停止工作，舵机控制舵机板43恢复到默认位置（即竖直状态），以防止舵机板43阻碍推板31推动芯片6。

进一步的，芯片转移机构3还包括固定板32，固定板32竖直设置且固定板32与推板驱动装置的驱动端固定连接，推板31的顶端转动连接于固定板32的底端，且通过一连接轴实现将推板31转动连接于固定板32上的目的，推板31朝向检测工位21的一面为正面，另一面为背面，推板31的背面侧设置有防转板33，且防转板33固定连接于固定板32上，防转板33用于限制推板31向背面侧转动，推板31受到向正面侧的作用力时能够向正面侧转动，使推板31沿正面一侧的方向推动芯片6向前移动时，推板31在防转板33的限制下不会向相反的方向旋转；当推板31完成推移芯片6的操作，沿原路线返回到默认位置的过程中，当推板31遇到障碍物（如芯片储存装置4中的芯片6），其可被障碍物推动并沿正面一侧的方向以连接轴为轴线旋转，顺利通过障碍物并回复到默认位置；其中，推板31的背面侧的底边沿做倒斜面处理，从而使推板31更容易通过障碍物。

进一步的，离心加热机构2包括离心盘22、离心盘驱动装置28、加热板、第一导电件26、第二导电件24、第二导电件驱动装置和离心盘位置调节装置，控制单元控制离心盘驱动装置28、第二导电件驱动装置和离心盘位置调节装置的工作，离心盘22上设置有检测工位21，加热板内嵌固定于离心盘22内，第一导电件26设置于离心盘22的侧边且第一导电件26与加热板电连接，离心盘驱动装置28用于驱动离心盘22对芯片6进行离心处理，加热板用于对检测工位21中的芯片6进行加热；第二导电件24的默认位置远离第一导电件26，第二导电件驱动装置能够将第二导电件24驱动至第一工位，离心盘位置调节装置能够调节离心盘22的位置以使得第一导电件26位于第二工位，位于第一工位的第二导电件24与位于第二工位的第一导电件26相接触，第二导电件24与电源电连接。

离心加热机构2能够对芯片6依次进行离心处理和加热处理，省去了中间转移环节，且上述过程均在控制单元的控制下自动进行，因此，降低了污染检测反应的风险，降低了人工成本。

进一步的，离心盘位置调节装置包括调节齿轮23和调节齿轮驱动电机，离心盘22呈圆形，离心盘22下方固定设置有固定齿轮，固定齿轮与离心盘22同轴设置，固定齿轮与调节齿轮23能够相互啮合，调节齿轮驱动电机固定设置于第二导电件驱动装置上，调节齿轮23固定设置于调节齿轮驱动电机的驱动轴上，第二导电件驱动装置在将第二导电件24驱动至第一工位时，调节齿轮23正好能够与固定齿轮啮合；调节齿轮驱动电机能够驱动调节齿轮23转动并带动离心盘22转动直至第一导电件26转动至第二工位并与第一工位处的第二导电件24接触。第一导电件26和第二导电件24接触后即可实现互联导电的效果，且采用齿轮传动原理来驱动离心盘22转动的可靠性较好。

进一步的，离心盘22的外缘固定设置有遮光片204，离心盘22的外侧固定设置有第一光电传感器27，第一光电传感器27的感应端设置有朝向离心盘22的槽体，遮光片204能够移动至槽体内并在槽体内被感应到，遮光片204移动至第一光电传感器27处并被第一光电传感器27感应到时，第一导电件26正好位于第二工位，第一光电传感器27和控制单元通信连接，当第一光电传感器27感应到遮光片204时，控制单元即控制调节齿轮驱动电机停止工作，上述设计实现了自动控制调节齿轮驱动电机启停的效果。

通过第一光电传感器27的定位，还可使芯片出入口正对芯片储存装置4，便于将芯片6从芯片储存装置4推入检测工位21；第二导电件24与电源电连接，但是电源默认状态下为关闭状态；当将芯片6从芯片储存装置4推到检测工位21时，虽然第一导电件26位于第二工位，第二导电件24位于第一工位，第一导电件26与第二导电件24相接触，但此时电源处于关闭状态，加热板不会启动加热；当芯片6在检测工位21上离心完成，再次驱动第一导电件26与第二导电件24相接触后，控制单元会控制与第二导电件24相连的电源打开，使加热板加热。

进一步的，第二导电件驱动装置包括滑块202和驱动装置本体201，滑块202沿远离和靠近离心盘22的方向滑动连接于机架203上，且与滑块202配合的滑轨为直线滑轨25，第二导电件24和调节齿轮驱动电机均固定设置于滑块202上。

进一步的，垃圾桶5设置于检测工位21的一侧，检测工位21为矩形结构，检测工位21相对的两侧分别固定设置有两个围边213，检测工位21未设围边213的一侧为芯片出入口，另一侧的两端分别固定设置有两个挡板212，两个挡板212分别与两个围边213的一端衔接并固定连接；两个围边213的顶部还设置有顶板211，顶板211用于限制芯片6向上移动的自由度，上述设置能够提高离心过程中芯片6的转动稳定性，防止芯片6甩出。

离心加热机构2还包括固定于离心盘22周侧的第二光电传感器29，第二光电传感器29感应到遮光片204时，芯片出口正对于垃圾桶5；推板驱动装置可驱动推板31将芯片6从芯片出入口推移出来并掉落至垃圾桶5内，第二光电传感器29与控制单元通信连接，在试验完毕后，调节齿轮驱动电机驱动调节齿轮23带动离心盘22转动，在第二光电传感器29感应到遮光片204时，控制单元即控制调节齿轮驱动电机停止驱动；此时，芯片出口正对于垃圾桶5，控制单元即控制推板驱动装置驱动推板31将芯片6从芯片出入口推移出来并掉落至垃圾桶5内，进一步的提高了自动化。其中，第一光电传感器27与第二光电传感器29距离离心盘22中心的距离，大于第一导电件26距离离心盘22中心的距离，从而防止离心盘22转动过程中第一导电件26移动至第一光电传感器27或第二光电传感器29的槽体内并被感应到。

芯片6的结构如图11所示，各反应室61位于加样口62的周侧且与加样口62通过流道连通，在离心力的作用下，加样口62处的反应液会流至周侧的各反应室61内，且芯片6的上表面设置有一个推条63和两个限位条64，且限位条64的上端面高度不低于推条63上端面的高度，两个限位条64分别对应于检测工位21周侧的两个围边213，当芯片6位于检测工位21时，推条63用于和两个挡板212接触，两个限位条64分别和两个顶板211接触，且两个限位条64外侧的芯片边沿分别位于两个顶板211的下方，上述设置使得芯片6的重心偏离芯片6中心位置，偏向设置有推条63的一侧，同时保证了芯片6可以在芯片储存装置4内保持水平堆叠，通过芯片6重心的偏心设置以及围边213、挡板212和顶板211的设置，可防止芯片6在离心过程中被甩出，提高了检测过程的稳定性；

关于推板31，推板31最下端的高度低于检测工位21上的芯片6的推条63顶部的高度，高于检测工位21台面的高度，从而不影响推板31将检测工位21上的芯片6推入垃圾桶5中。

进一步的，第一导电件26为导电片，导电片的外沿呈现弧形，第二导电件24为导电棒。

进一步的，离心盘22的侧边固定设置有一弧形凸起221，导电片设置于弧形凸起221的最外缘，且导电片可在水平方向上以及沿远离和靠近弧形凸起221的方向上进行弹性伸缩，增强第一导电件26与第二导电件24接触与分离的灵活性。

离心加热机构2的离心加热方法，包括：

步骤一：控制单元控制离心盘驱动装置28驱动离心盘22对芯片6进行离心处理，使得加样口62处的反应液和核酸流入到反应室61内，而后停止离心；

步骤二：控制单元控制第二导电件驱动装置驱动第二导电件24移动至第一工位；

步骤三：离心盘位置调节装置调节离心盘22的位置以使得第一导电件26位于第二工位；

步骤四：电源通过第二导电件24和第一导电件26对加热板通电，加热板对芯片6进行加热。

进一步的，还包括检测器和检测器驱动装置，检测器用于对芯片6的反应结果进行检测，并将检测结果传输至人机交互终端，检测器驱动装置能够驱动检测器转动至检测工位21的正上方。

整个装置的具体工作流程如下：

1、向采样单元1的采样管11中加入裂解结合液与核酸吸附磁珠，将磁针套管13套到磁针12上；

2、采样头18移动到采样管11上方并下降与采样管11组合为采样瓶，真空泵启动，进行空气采样；

3、采样完成后，采样头18上升，磁针12(套有磁针套管13)移动至采样瓶中，将磁珠吸附到磁针套管13表面；

4、舵机启动，将舵机板43旋转至芯片储存装置4上方，舵机关闭；

5、蠕动泵46启动，将反应液定量泵入芯片加样口62；

6、蠕动泵46关闭，舵机启动，将舵机板43旋转至默认位置，舵机关闭，加液完成；

7、磁针12伸出采样瓶中，移动至芯片加样口62上方；

8、磁针12向下移动至芯片加样口62中，使加样口62中的反应液对吸附于磁针套管13外侧的磁珠上的核酸进行洗脱；本步中，磁针12还可通过上下移动，反复进出反应液，使洗脱更加充分。

9、洗脱完成后，磁针12移动至默认位置；

10、推板31移动，将芯片6从芯片储存装置4推至离心加热盘上；

11、离心加热盘带动芯片6一起离心，将芯片加样口62的溶液离心至芯片反应室61中；

12、控制单元控制第二导电件驱动装置移动并带动调节齿轮23至调节齿轮23与固定齿轮匹配组合，调节齿轮23与固定齿轮匹配组合时，第二导电件24刚好位于第一工位；

13、控制单元控制调节齿轮驱动电机启动，使离心盘22进行旋转，直至遮光片204旋转至第一光电传感器27所处位置，调节齿轮驱动电机关闭，离心盘22停止旋转，第一导电件26和第二导电件24接触；

14、控制单元控制电源对导电棒通电，使加热板开始对芯片6进行加热，然后进行反应；

15、反应结束后，导电棒断电，调节齿轮驱动电机再次启动，直至遮光片204旋转至第二光电传感器29所处位置，阻断该传感器光路，传感器感知信号，调节齿轮驱动电机关闭，离心盘22停止旋转，此时芯片出入口正对垃圾桶5；

16、控制单元控制检测器旋转至芯片6正上方，对反应结果进行检测，并将检测结果传输至人机交互终端；

17、控制单元控制检测器回复至默认位置，推板31向前移动，将芯片6推入垃圾桶5中。

18、当需要进行下一次的检测时，重复上述步骤1~17。

进一步的，还包括检测器和检测器驱动装置，检测器用于对芯片6的反应结果进行检测，并将检测结果传输至人机交互终端，检测器驱动装置能够驱动检测器转动至检测工位21的正上方。

本发明中应用了具体个例对本发明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发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种空气微生物自动化检测系统，其特征在于：包括：采样单元、检测单元和控制单元，所述控制单元控制所述采样单元对空气微生物进行自动采样；所述控制单元控制所述检测单元对所述采样单元所采集到的所述空气微生物的核酸样品进行自动检测；

所述采样单元包括多个采样管、采样头、磁针和驱动装置；多个所述采样管内均预先放置有裂解结合液和核酸吸附磁珠，所述采样头盖设于任意一个所述采样管上后均组成一个采样瓶，所述控制单元控制所述采样瓶对空气微生物进行采样，所述控制单元控制所述驱动装置驱动所述采样头盖设于任意一个所述采样管上，所述磁针上预先套设有磁针套管，所述控制单元控制所述驱动装置驱动所述磁针并带动所述磁针套管伸入任意一个所述采样管内并吸附其内的核酸吸附磁珠，所述控制单元控制所述驱动装置驱动所述磁针并带动所述磁针套管以及其上的所述核酸吸附磁珠移动至所述检测单元中的芯片的加样口处进行核酸洗脱；

所述检测单元包括离心加热机构，所述离心加热机构用于对所述芯片依次进行离心和加热处理，所述离心加热机构包括离心盘、离心盘驱动装置、加热板、第一导电件、第二导电件、第二导电件驱动装置和离心盘位置调节装置，所述控制单元控制所述离心盘驱动装置、所述第二导电件驱动装置和所述离心盘位置调节装置的工作，所述离心盘上设置有检测工位，所述加热板内嵌固定于所述离心盘内，所述第一导电件设置于所述离心盘的侧边且所述第一导电件与所述加热板电连接，所述离心盘驱动装置用于驱动所述离心盘对所述芯片进行离心处理，所述加热板用于对所述检测工位中的所述芯片进行加热；所述第二导电件的默认位置远离所述第一导电件，所述第二导电件驱动装置将所述第二导电件驱动至第一工位，所述离心盘位置调节装置调节所述离心盘的位置以使得所述第一导电件位于第二工位，位于所述第一工位的所述第二导电件与位于所述第二工位的所述第一导电件相接触，所述第二导电件与电源电连接。

2.根据权利要求1所述的空气微生物自动化检测系统，其特征在于：多个所述采样管沿第一直线均匀排布。

3.根据权利要求1所述的空气微生物自动化检测系统，其特征在于：所述驱动装置包括水平驱动组件、升降驱动组件和旋转驱动组件，所述旋转驱动组件滑动连接于所述升降驱动组件的竖直滑轨上，所述升降驱动组件滑动连接于所述水平驱动组件的水平滑轨上；

还包括旋转支架，所述旋转支架设置于所述旋转驱动组件的自由端，所述旋转驱动组件驱动所述旋转支架绕一竖直轴转动，所述磁针和所述采样头均固定设置于所述旋转支架上，且所述磁针和所述采样头的中心线至所述竖直轴的距离是相同的。

4.根据权利要求3所述的空气微生物自动化检测系统，其特征在于：所述检测单元设置于所述采样单元的一侧，所述旋转驱动组件驱动所述旋转支架旋转带动所述磁针转至所述芯片的加样口的正上方。

5.根据权利要求1所述的空气微生物自动化检测系统，其特征在于：所述检测单元还包括芯片转移机构、芯片储存装置和垃圾桶；所述芯片储存装置、所述离心加热机构和所述垃圾桶依次排布；所述芯片储存装置内储存有多个用于对微生物进行检测的芯片，所述芯片的加样口内预先添加反应液，所述控制单元控制所述驱动装置驱动所述磁针并带动所述磁针套管以及其上的所述核酸吸附磁珠在添加有反应液的所述芯片的加样口内进行核酸洗脱，所述芯片转移机构将含有所述反应液以及所述核酸的所述芯片转移至所述离心加热机构上，所述离心加热机构用于对该所述芯片依次进行离心和加热处理，所述芯片转移机构将完成检测反应的所述芯片转移至所述垃圾桶内。

6.根据权利要求1所述的空气微生物自动化检测系统，其特征在于：所述磁针伸进所述磁针套管的一端为底端，另一端为顶端，所述磁针靠近顶端的外壁上设置有沿周向延伸的第一凸起，所述磁针套管靠近顶端的内壁上设置有沿周向延伸的凹槽，所述磁针套管由弹性材料制成，所述磁针插设于所述磁针套管内时，所述第一凸起卡接于所述凹槽内。

7.根据权利要求1所述的空气微生物自动化检测系统，其特征在于：所述采样头包括盖体、进气管和出气管，所述进气管和所述出气管均贯穿所述盖体，所述出气管的上端开口与真空泵连通，所述盖体盖设于所述采样管上时，所述进气管的下端开口通向所述采样管内，所述进气管的上端开口通向周围环境，所述出气管的下端开口通向所述采样管内且位于所述进气管的下端开口之上。

8.根据权利要求5所述的空气微生物自动化检测系统，其特征在于：所述芯片储存装置包括储存腔和两块第一限位板，所述储存腔顶部开口，所述储存腔内设置有弹性支撑件，所述储存腔顶部开口的上方固定设置有所述第一限位板，所述第一限位板与所述储存腔顶部开口的距离不小于一个所述芯片的厚度值，所述弹性支撑件与所述第一限位板之间摞置有多个芯片，且所述弹性支撑件处于压缩状态，各所述芯片的加样口均朝上，所述储存腔的内侧壁用于限制所述储存腔内所述芯片的水平活动自由度，两块所述第一限位板分别压紧于所述芯片相对的两侧，且两个所述第一限位板之间有沿第二直线方向延伸的间隔，所述储存腔顶部开口与所述第一限位板之间的区域的一侧为芯片出口，所述芯片的上表面固定设置有垂直于所述第二直线的推条，所述控制单元控制所述驱动装置驱动所述磁针并带动所述磁针套管以及其上的所述核酸吸附磁珠在最顶部的所述芯片的加样口内进行核酸洗脱。

9.根据权利要求8所述的空气微生物自动化检测系统，其特征在于：所述离心加热机构上设置有检测工位，所述检测工位位于所述芯片储存装置设有所述芯片出口的一侧，所述芯片转移机构包括推板和推板驱动装置，所述推板驱动装置用于驱动所述推板沿所述第二直线移动，所述推板的默认位置位于所述储存腔远离所述检测工位的一侧，所述推板沿所述第二直线向所述检测工位的方向移动时将最顶部的所述芯片推移至所述检测工位上以及将所述芯片从所述检测工位推移至所述垃圾桶中。

10.根据权利要求9所述的空气微生物自动化检测系统，其特征在于：所述芯片转移机构还包括固定板，所述固定板竖直设置且所述固定板与所述推板驱动装置的驱动端固定连接，所述推板的顶端转动连接于所述固定板的底端，所述推板朝向所述检测工位的一面为正面，另一面为背面，所述推板的背面侧设置有防转板，且所述防转板固定连接于所述固定板上，所述防转板用于限制所述推板向背面侧转动，所述推板受到向正面侧的作用力时向正面侧转动。

11.根据权利要求5所述的空气微生物自动化检测系统，其特征在于：还包括检测器和检测器驱动装置，所述检测器用于对芯片的反应结果进行检测，并将检测结果传输至人机交互终端，所述检测器驱动装置驱动所述检测器转动至检测工位的正上方。

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