CN115074229B - 套式生化反应芯片以及生物检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种套式生化反应芯片以及生物检测装置。包括反应器和按照预设顺序设置于所述反应器上的加样口、一级反应池、稀释缓冲池、二级反应池、混合池、定量池、三级反应池以及气路管道。由于本发明的套式生化反应芯片通过两级扩增反应实现，从而提高了生化反应检测的灵敏度。另外，一级扩增反应产物由原始待测样本进行再次配置后进入三级反应池中，相当于增加了参与二级扩增反应的待测分子数量，有助于进一步提高生化反应检测的灵敏度。

Description

套式生化反应芯片以及生物检测装置

技术领域

本发明涉及微流控芯片技术领域，特别涉及一种套式生化反应芯片以及生物检测装置。

背景技术

生化反应芯片在实际应用中，特别的以核酸为例，扩增反应的灵敏度不理想。

因此，如何提高生化反应检测的灵敏度，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明提出了一种套式生化反应芯片以及生物检测装置，以提高生化反应检测的灵敏度。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种套式生化反应芯片，包括反应器和按照预设顺序设置于反应器上的加样口、一级反应池、稀释缓冲池、二级反应池、混合池、定量池以及三级反应池，其中：

加样口与一级反应池连通，并位于反应器的近心端；

一级反应池中预存有参与裂解反应的裂解试剂，并通过第一流体管道与稀释缓冲池连通；

二级反应池中预存有参与一级扩增反应的一级扩增体系，二级反应池通过一级定量控释阀与稀释缓冲池的第一预设位置连通，以使二级反应池中参与一级扩增反应后的液体按照第一预设量释放至稀释缓冲池中；

混合池通过第一控制阀与稀释缓冲池连通，当反应器达到预设条件时，第一控制阀导通混合池和稀释缓冲池；

定量池通过二级定量控释阀与混合池的第二预设位置连通，以使混合池中液体按照第二预设量释放至定量池中；

三级反应池中至少预存有参与第二扩增反应的二级扩增体系中的引物探针，三级反应池的上游通过第二流体管道与定量池连通；三级反应池位于反应器的远心端。

本发明一些示例中，一级反应池、稀释缓冲池、混合池、定量池和三级反应池按照由近心端至远心端的方向布置于反应器上。

本发明一些示例中，二级反应池的数量为两个。

本发明一些示例中，两个二级反应池布置于稀释缓冲池的两侧。

本发明一些示例中，二级反应池的中部通过一级定量控释阀与稀释缓冲池的中部连通。

本发明一些示例中，三级反应池的数量为多个。

本发明一些示例中，多个三级反应池等间距分布在以反应器的旋转中心为圆心的弧线上。

本发明一些示例中，多个三级反应池分布于所述反应器不同圆周上。

本发明一些示例中，所述定量池、所述第二流体管道以及所述三级反应池分布于反应器上下表面。

本发明一些示例中，裂解试剂、一级扩增体系和二级扩增体系为干燥试剂。

本发明一些示例中，裂解试剂预置在一级反应池中，一级扩增体系预置在二级反应池中，二级扩增体系预置在三级反应池中。

本发明一些示例中，裂解试剂预置在一级反应池中，一级扩增体系预置在二级反应池中，除引物探针外的二级扩增体系预置在混合池中，参与二级扩增反应的引物探针预置在三级反应池中。

本发明一些示例中，一级反应池、二级反应池、混合池和三级反应池内预置有可在内部活动的活动体。

本发明一些示例中，活动体为金属材料、磁性材料和聚合物材料中的一种或多种。

本发明一些示例中，活动体为钢珠、磁珠和磁棒中的至少一种。

本发明一些示例中，加样口包括通孔和沉孔，通孔连通沉孔与一级反应池。

本发明一些示例中，通孔为回转体结构。

本发明一些示例中，还包括用于对所述加样口进行密封的封口膜。

本发明一些示例中，第一流体管道为拦坝结构。

本发明一些示例中，第一流体管道的进口设置于一级反应池的底壁，一级反应池的底壁至第一流体管道的进口逐渐远离反应器的近心端。

本发明一些示例中，第一控制阀的进口设置于稀释缓冲池的底壁，稀释缓冲池的底壁至第一控制阀的进口逐渐远离反应器的近心端。

本发明一些示例中，二级定量控释阀的第一口设置于混合池的底壁，混合池的底壁至二级定量控释阀的第一口逐渐远离反应器的近心端。

本发明一些示例中，一级定量控释阀和二级定量控释阀为毛细阀。

本发明一些示例中，第一控制阀为毛细阀、虹吸阀、相变阀或机械阀。

本发明一些示例中，还包括连通所述一级反应池、混合池和二级反应池以进行气相交换的气路管道。

本发明一些示例中，气路管道包括连通二级反应池与一级反应池的第一气路以及设置于一级反应池上的排气口。

本发明一些示例中，气路管道还包括连通一级反应池与混合池的第二气路。

另一方面，本发明提供了一种生物检测装置，包括检测托盘和如上述任一项的套式生化反应芯片，检测托盘设置有安装套式生化反应芯片的安装槽。

本发明一些示例中，安装槽的数量为一个或者多个，一个或者多个安装槽对称布置于检测托盘。

本发明一些示例中，生物检测装置上设置有用于控制套式生化反应芯片对应部位温度的加热部件和/或制冷部件。

本发明一些示例中，加热部件为加热膜或帕尔贴。

本发明一些示例中，生物检测装置上设置有吸引套式生化反应芯片中预置的活动体的永磁铁或电磁体。

由上述技术方案可以看出，套式生化反应芯片放置于生物检测装置上，待测样本通过加样口进入一级反应池中，待测样本与一级反应池中的裂解试剂充分接触发生裂解反应，裂解反应后的液体通过第一流体管道进入至稀释缓冲池中；当稀释缓冲池中裂解后的液体达到一定量后，通过一级定量控释阀进入至多个二级反应池，并与二级反应池中的一级扩增体系发生一级扩增反应；当达到预设条件时，第一控制阀导通稀释缓冲池和混合池，稀释缓冲池中未参与一级扩增反应的液体最先通过第一控制阀进入至混合池中，当稀释缓冲池中的液体达到一定量后，二级反应池释放第一预设量的参与一级扩增反应的液体至稀释缓冲池中，并继续通过第一控制阀进入至混合池中充分混合；混合池中混合后的液体通过二级定量控释阀释放第二预设量至定量池中；再由定量池通过第二流体管道分配至三级反应池中进行二级扩增反应。由于本发明的套式生化反应芯片通过两级扩增反应实现，从而提高了生化反应检测的灵敏度。另外，一级扩增反应产物由原始待测样本再次配置后进入三级反应池中，相当于增加了参与二级扩增反应的待测分子数量，有助于进一步提高生化反应检测的灵敏度。

此外，三级反应池设置于反应器不同圆周上，或三级反应池、分配池及第二流体管道设置于反应器上下表面，可产生明显有益效果：首先，提高了单位面积上有效反应孔的排布密度，有利于芯片小型化；其次，缩短了定量池圆周方向的距离，更容易实现液体的均匀分配。

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，下面将对实施例或现有技术描述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示例或实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图，而且还可以根据提供的附图将本发明应用于其它类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

图1为本发明实施例所提供的第一种套式生化反应芯片的前视结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的第二种套式生化反应芯片的前视结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的第二种套式生化反应芯片的后视结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的第三种套式生化反应芯片的前视结构示意图；

图5为本发明实施例所提供的第四种套式生化反应芯片的前视结构示意图；

图6至图12为本发明实施例所提供的第四种套式生化反应芯片的生化反应过程示意图；

图13为本发明实施例所提供的一种加样口的剖视结构示意图；

图14为本发明实施例所提供的另一种加样口的剖视结构示意图；

图15为本发明实施例所提供的一种生物检测装置的结构示意图；

图16为本发明实施例所提供的检测托盘的结构示意图；

其中，1为加样口、1a为沉孔、1b为通孔、2为一级反应池、3为第一流体管道、4为稀释缓冲池、5为二级反应池、6为一级定量控释阀、7为第一气路、8为第一控制阀、9为混合池、10为排气口、11为第二气路、12为二级定量控释阀、13为定量池、14为第二流体管道、15为三级反应池、16为反应器、131为第一腔体、132为第二腔体、133为贯穿孔、100为套式生化反应芯片、200为检测托盘。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。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。

微流控芯片是将各种化学、生物和医学分析等领域所涉及的样品制备、反应、分离和检测等基本操作单元集成到几个平方厘米大小的具有微米级通道结构的芯片上，采用可控流体，完成常规化学和生物医学实验室的各种功能的一种微技术平台技术，由于其具有小型化、集成化、高通量、低能耗、分析快速等特性，目前已广泛应用于生物、医学、环保、食品安全和新药研究等领域。

生化反应芯片是微流控芯片中的一种芯片，目前，生化反应芯片为了实现多靶标检测，需要将同一份待测样本分配到检测不同靶标的反应腔中，这就会导致单个反应腔中待测分子数减少，从而影响了核酸检测的灵敏度。

基于以上原因，本发明提供了一种套式生化反应芯片以及生物检测装置，以提高生化反应检测的灵敏度。以下结合几个实施例具体介绍。

实施例一

参阅图1、图2、图4至图5，本发明实施例所提供的套式生化反应芯片100包括反应器16和按照预设顺序设置于反应器16上的加样口1、一级反应池2、稀释缓冲池4、二级反应池5、混合池9、定量池13以及三级反应池15。其中：加样口1与一级反应池2连通，并位于反应器16的近心端；一级反应池2中预存有参与裂解反应的裂解试剂，并通过第一流体管道3与稀释缓冲池4的连通；二级反应池5中预存有参与一级扩增反应的一级扩增体系，二级反应池5通过一级定量控释阀6与稀释缓冲池4的第一预设位置连通，以使二级反应池5中参与一级扩增反应后的液体按照第一预设量释放至稀释缓冲池4中；混合池9通过第一控制阀8与稀释缓冲池4连通，当反应器16达到预设条件时，第一控制阀8导通混合池9和稀释缓冲池4；定量池13通过二级定量控释阀12与混合池9的第二预设位置连通，以使混合池9中液体按照第二预设量释放至定量池13中；三级反应池15中至少预存有参与第二扩增反应的二级扩增体系中的引物探针，三级反应池15的上游通过第二流体管道14与定量池13连通；三级反应池15位于反应器16的远心端。

需要说明的是，参与裂解反应的裂解试剂预置在一级反应池2中，参与一级扩增反应的一级扩增体系预置在二级反应池5中，参与二级扩增反应的二级扩增体系中的引物探针预存在三级反应池15中，除引物探针外的二级扩增体系预置在混合池9中。或者，裂解试剂预置在一级反应池2中，一级扩增体系预置在二级反应池5中，二级扩增体系全部预置在三级反应池15中。

由上述技术方案可以看出，套式生化反应芯片100放置于生物检测装置上，待测样本通过加样口1进入一级反应池2中，待测样本与一级反应池2中的裂解剂充分接触发生裂解反应，如图6所示，裂解反应后的液体通过第一流体管道3进入至稀释缓冲池4中，如图7所示；当稀释缓冲池4中裂解后的液体达到一定量后，通过一级定量控释阀6进入至二级反应池5中，如图8所示，并与二级反应池5中的一级扩增体系发生一级扩增反应；当达到预设条件时，第一控制阀8导通稀释缓冲池4和混合池9，稀释缓冲池4中未参与一级扩增反应的液体最先通过第一控制阀8进入至混合池9中，当稀释缓冲池4中的液体达到一定量后，二级反应池5释放第一预设量的参与一级扩增反应的液体至稀释缓冲池4中，并继续通过第一控制阀8进入至混合池9中充分混合，如图9所示；混合池9中混合后的液体通过二级定量控释阀12释放第二预设量至定量池13中，如图10和图11所示；再由定量池13通过第二流体管道14分配至三级反应池15中进行二级扩增反应，如图12所示。

由于本发明的套式生化反应芯片100通过两级扩增反应实现，从而提高了生化反应检测的灵敏度。

另外，一级扩增反应产物由原始待测样本进行再次配置后进入三级反应池15中，相当于增加了参与二级扩增反应的待测分子数量，有助于进一步提高生化反应检测的灵敏度。

此外，由于裂解反应后的液体先进入稀释缓冲池4中，一部分裂解后的液体进入二级反应池5中以进行一级扩增反应，另一部分裂解后的液体释放至混合池9中以作为配置液，一级扩增反应后的产物通过稀释缓冲池4释放至混合池9中，并与混合池9中的稀释液进行混合。由于裂解反应后的液体先进入稀释缓冲池4中，可有效的避免裂解反应后的液体将二级反应池5中试剂冲刷至稀释缓冲池4中，保证了一级扩增体系的浓度，从而提高了一级扩增反应效率。二级反应池5的数量当为多个时，可增加检测靶标的数量。

需要说明的是，上述一级反应池2、二级反应池5、稀释缓冲池4、混合池9、定量池13和三级反应池15按照预设顺序布置于反应器16上。为了减小相邻的腔体之间的流体管道以及控制阀的长度，提高套式生化反应芯片100的集成度，本发明一些示例中，一级反应池2、稀释缓冲池4、混合池9、定量池13和三级反应池15按照由近心端至远心端的方向布置于反应器16上，并依次连通。

预设条件根据第一控制阀8结构以及反应器16的材质进行调控，只要能够实现第一控制阀8导通稀释缓冲池4和混合池9的情况均可以理解为预设条件。

结合图1，参阅图13和图14，加样口1的作用是将待测样本导入至一级反应池2中，加样口1包括通孔1b和沉孔1a，通孔1b连通沉孔1a与一级反应池2。将待测样本通过通孔1b导入至一级反应池2中，从而完成了待测样本的注入。

进一步的，为了方便加样操作，该通孔1b设计为与移液器吸头匹配的回转体结构。

进一步的，该沉孔1a设计能避免加样时移液器枪头外侧挂壁液体暴露在套式生化反应芯片100上表面，从而影响加样口1的密封。

为了避免扩增反应造成的气溶胶污染，上述加样口1和后续的排气口在完成加样后需要进行封闭处理，封闭处理可以为石蜡、紫外胶等液体固化后实现密封，或者封口膜进行密封。

进一步的，该套式生化反应芯片100还包括用于密封加样口1和排气口的密封塞。该密封塞与反应器16为一体式结构或者分体式结构，当为一体式结构时，套式生化反应芯片100可方便携带，随采随封。

参阅图1、图2、图4至图5，第一流体管道3连通一级反应池2和稀释缓冲池4，该第一流体管道3可为任意结构，只要能够顺利将一级反应池2中的液体借助毛细力、离心力导入至稀释缓冲池4中均可。本发明一个示例中，该第一流体管道3为但不限于拦坝结构。

该第一流体管道3的进口可设置于一级反应池2中的任意位置，只要能够将待测样本顺利导入至稀释缓冲池4中均在本发明的保护范围内。本发明一个示例中，第一流体管道3的进口设置于一级反应池2的底壁。进一步的，为了排净一级反应池2中的待测样本，该一级反应池2的底壁至第一流体管道3的进口逐渐远离反应器16的近心端。

稀释缓冲池4的作用有二，第一暂存待测样本；第二存储用于配置一级扩增反应产物的稀释液。本发明示例中稀释缓冲池4通过第一流体管道3接收待测样本，通过第一控制阀8释放液体，通过一级定量控释阀6实现与二级反应池5的液体交换。

第一控制阀8的进口可设置于稀释缓冲池4的侧壁或者底壁，本发明一个示例中，第一控制阀8的进口设置于稀释缓冲池4的底壁，稀释缓冲池4的底壁至第一控制阀8的进口逐渐远离反应器16的近心端。如此设置能够将稀释缓冲池4中的液体全部排放。

二级反应池5通过一级定量控释阀6与稀释缓冲池4的第一预设位置连通，以使二级反应池5中参与一级扩增反应后的液体按照第一预设量释放至稀释缓冲池4中。一级定量控释阀6的第一口a设置在稀释缓冲池4上，一级定量控释阀6的第二口b设置在二级反应池5上，通过调节一级定量控释阀6的第一口a在稀释缓冲池4上的位置，以及一级定量控释阀6的第二口b在二级反应池5上的位置，以调节二级反应池5释放至稀释缓冲池4中液体的量。

当进入稀释缓冲池4中的液体超过一级定量控释阀6的第一口a的位置时，稀释缓冲池4中的液体可通过毛细力或者离心力通过一级定量控释阀6进入至二级反应池5中，为此，一级定量控释阀6的第一口a可设置在稀释缓冲池4的中部。另外，当一级扩增反应完成后，二级反应池5中的液体只有达到一级定量控释阀6的第二口b的位置才能进行释放，因此，通过调节一级定量控释阀6的第二口b的位置，就可以达到调节二级反应池5释放一级扩增反应后溶液的第一预设量目的。需要说明的是，第一预设量可根据不同的生化反应进行选取。本发明一些示例中，一级定量控释阀6的第二口b设置于二级反应池5的中部。

本发明中二级反应池5的数量为一个或多个，图1所示中二级反应池5的数量为一个；当为多个时，例如可以为两个、三个、四个等等，图2至图5中，二级反应池5的数量为两个。本发明一些示例中，仅以二级反应池5数量为两个为例进行介绍，其他数量的二级反应池5的结构可相互参考。两个二级反应池5可布置于稀释缓冲池4的两侧，两个二级反应池5还可均布置于稀释缓冲池4的同一侧；图2至图5所示的套式生化反应芯片100中，两个二级反应池5布置于稀释缓冲池4的两侧。

定量池13通过二级定量控释阀12与混合池9的第二预设位置连通，以使混合池9中液体按照第二预设量释放至定量池13中。其中，二级定量控释阀12的第一口c设置于混合池9上，二级定量控释阀12的第二口d设置于定量池13上。通过调节二级定量控释阀12的第一口c在混合池9上的位置以调节混合池9释放至定量池13中液体的量。

当混合池9中的液体超过或达到二级定量控释阀12的第一口c的位置时，混合池9中的液体才能通过二级定量控释阀12进入至定量池13中。因此，通过调节二级定量控释阀12的第一口c在混合池9上的位置就能够达到调节第二预设量的目的。需要说明的是，第二预设量可根据不同的生化反应进行选取。

本发明一些示例中，二级定量控释阀12的第一口c设置于混合池9的底壁，混合池9的底壁至二级定量控释阀12的第一口c逐渐远离反应器16的近心端。由此，可使得混合池9中的液体全部排放至定量池13中。

定量池13实现将混合池9中的液体定量分配给后续的三级反应池15中。本发明一些示例中，定量池13包括第一腔体131，第一腔体131与二级定量控释阀12的第一口c以及第二流体管道14的进口连通，该第一腔体131的底壁至第二流体管道14的进口逐渐远离近心端，以使得定量池13中的液体分配均匀。

本发明一些示例中，定量池13包括第一腔体131和第二腔体132，第一腔体131与二级定量控释阀12的第一口c连通，第二腔体132与第二流体管道14的进口连通，第二腔体132设置于第一腔体131的底壁，第一腔体131的底壁至第二腔体132的连接部位逐渐远离近心端，以使得定量池13中的液体分配均匀。当三级反应池15的数量为多个时，第二腔体132的数量为多个，每个第二腔体132通过一个第二流体管道14与一个三级反应池15连通。

根据不同的检测需求，多个第二腔体132的容积可相同，也可相异。本发明较优的多个第二腔体132的容积相同。当第二腔体132的数量为多个时，多个第二腔体132等间距分布在以反应器16的旋转中心为圆心的弧线上。本发明又一些示例中，多个第二腔体132等间距分布在反应器16的旋转中心为圆心的渐开线上。

三级反应池15的数量可为一个，三级反应池15的数量还可为多个。为了增加检测靶标的数量，本发明一些示例中，三级反应池15的数量为多个。多个三级反应池15可任意排布，只要能够实现定量池13中的液体顺利排放至三级反应池15中均在本发明的保护范围内。本发明一些示例中，多个三级反应池15等间距分布在以反应器16的旋转中心为圆心的弧线上。本发明又一些示例中，多个三级反应池15等间距分布在反应器16的旋转中心为圆心的渐开线上。

在一些示例中，为增加单位面积上三级反应池15的排布数量，可将三级反应池15设置于反应器不同圆周上，如图1、图4和图5所示。在另外一些示例中，可将三级反应池15、定量池13以及第二流体管道14设置于反应器16上下表面，上下表面的定量池13通过贯穿孔133连通，如图2和图3所示，其中，图2中一部分三级反应池15、定量池13以及第二流体管道14设置于反应器16的上表面，图3中一部分三级反应池15、定量池13以及第二流体管道14设置于反应器16的下表面。首先，提高了单位面积上有效反应孔的排布密度，有利于芯片小型化；其次，缩短了定量池13圆周方向的距离，更容易实现液体的均匀分配。

裂解试剂、一级扩增体系和二级扩增体系为液体试剂还可为干燥试剂。本发明一些示例中，裂解试剂、一级扩增体系和二级扩增体系为干燥试剂，采用干燥试剂可方便存储和运输。

当裂解试剂、一级扩增体系和二级扩增体系为干燥试剂时，一级反应池2、二级反应池5、混合池9和三级反应池15内预置有可在内部活动的活动体。通过设置活动体可以使得裂解试剂、一级扩增体系和二级扩增体系与对应的液体混合均匀。本发明一些示例中，活动体为金属材料、磁性材料和聚合物材料中的一种或多种。进一步的，活动体为钢珠、磁珠和磁棒中的至少一种。

一级定量控释阀6和二级定量控释阀12为毛细阀。第一控制阀8为但不限于毛细阀、虹吸阀、相变阀或机械阀。本发明一些示例中，该套式生化反应芯片100还包括连通一级反应池2、二级反应池5和混合池9，以进行气相交换的气路管道。其中，在一些具体示例中，该气路管道包括连通所述二级反应池5与所述一级反应池2的第一气路7以及设置于所述一级反应池2上的排气口10。

当待测样本进入至一级反应池2中，封闭加样口1和排气口10。反应器16在离心力的驱动下，迫使待测样本由第一流体管道3进入至稀释缓冲池4中，继续加大离心速度，待测样本通过一级定量控释阀6进入二级反应池5中，上述过程中，由于稀释缓冲池4、一级定量控释阀6、二级反应池5和一级反应池2通过第一气路7导通，从而实现了稀释缓冲池4与一级反应池2之间的气相交换。

进一步的，气路管道包括连通一级反应池2与混合池9的第二气路11。

当稀释缓冲池4中的液体通过第一控制阀8进入至混合池9中时，由于混合池9通过第二气路11与一级反应池2连通，从而实现了混合池9与一级反应池2和稀释缓冲池4之间的气相交换。

本发明的套式生化反应芯片100通过两级扩增反应实现，二级反应池5中预装有参与一级扩增反应的一级扩增体系，可进行PCR（Polymerase chain reaction，聚合酶链式反应）、RPA（Recombinase polymerase amplification，重组酶聚合扩增）、LAMP（Loopmediated isothermal amplification，环介导等温扩增反应）等反应中的一种，在三级反应池15中至少预装有参与二级扩增反应的二级扩增体系中的引物探针，可进行PCR、RPA、LAMP等反应中的一种。

实施例二

结合图1至图5，参见图15至图16所示，本发明公开了一种生物检测装置，包括检测托盘200和如实施例一所述的套式生化反应芯片100，检测托盘200设置有安装套式生化反应芯片100的安装槽201。由于上述套式生化反应芯片100具有以上效果，包括该套式生化反应芯片100的生物检测装置具有相应效果，此处不再赘述。

上述用于安装套式生化反应芯片100的安装槽201的数量为一个或者多个，一个或者多个安装槽201对称布置于检测托盘200。

为了适应套式生化反应芯片100的温度需求，生物检测装置还包括控制套式生化反应芯片100对应部位温度的加热部件和/或制冷部件。当套式生化反应芯片100对应部位需要加热时，加热部件启动，当套式生化反应芯片100达到设定温度时，加热部件停止加热。加热部件为但不限于加热膜或帕尔贴；当套式生化反应芯片100对应部位需要降温时，制冷部件启动，当套式生化反应芯片100达到设定温度时，制冷部件停止制冷。

由于套式生化反应芯片100内部存储有钢珠、磁珠或磁棒以混匀试剂和溶液，安装槽上设置有吸引套式生化反应芯片100中预置的钢珠、磁珠或磁棒的永磁铁或电磁体。当生物检测装置运行到相应步骤时，钢珠、磁珠或磁棒在永磁铁的吸引下往复移动，从而达到混匀试剂和溶液的目的。

本发明实施例的生物检测装置以进行核酸检测为例进行具体介绍：

第一步：通过加样口1向一级反应池2中加入混有假病毒的咽拭子样本，然后将加样口1与排气口10进行密封。

第二步：将芯片固定在检测托盘200上，利用旋转电机提供离心力作为驱动力，检测托盘200在相应位置布置有加热膜和永磁铁。当旋转电机低速转动第一转速，一级反应池2中的钢珠被检测托盘200上的永磁铁来回吸引，实现一级反应池2内样本与预存裂解试剂的搅拌混匀，同时，检测托盘200上下的加热膜对一级反应池2进行第一温度加热，样本在一级反应池2中实现裂解，释放出病毒核酸。

第三步：提高旋转电机离心速度至第二转速，完成裂解后的样本在离心力作用下进入稀释缓冲池4，进一步提高离心速度至第三转速，液体通过一级定量控释阀6分别进入两侧二级反应池5，将提前预存在二级反应池5中的RAA试剂进行溶解；开启检测托盘200上下的加热膜对二级反应池5进行第二温度加热进行RAA反应，同时降低离心速度至第四转速，二级反应池5中的钢珠被检测托盘200上的永磁铁来回吸引实现边扩增边混匀。

第四步：再次提高离心转速至第五转速，二级反应池5上端定量后的液体进入稀释缓冲池4，与预存在此的稀释缓冲液通过第一控制阀8进入混合池9。

第五步：降低离心转速至第六转速，定量后的RAA反应产物和稀释缓冲液对预存在混合池9中的无引物探针LAMP体系进行溶解，同时混合池9中的钢珠被检测托盘200上的永磁铁来回吸引实现充分混匀。

第六步：再次提高离心机转速至第七转速，通过二级定量控释阀12将定量后固定体积的反应液离心进入液体定量池13，实现液体的称量分配，当再次提高离心机转速至第八转速，完成称量后的液体进入三级反应池15，将反应池中的引物探针完全溶解；

第七步：降低离心机转速至第九转速，同时加热膜对三级反应池15进行第三温度加热，进行LAMP反应。

需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应当理解，本发明中使用的“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”是用于区分不同级别的不同组件、元件、部件、部分或装配的一种方法。然而，如果其他词语可实现相同的目的，则可通过其他表达来替换该词语。

如本发明和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

其中，在本发明实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，在本发明实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个。

以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

本发明中使用了流程图用来说明根据本发明的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或后面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各个步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。本发明中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中公开的（但不限于）具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (15)

1.一种套式生化反应芯片，其特征在于，包括反应器和按照预设顺序设置于所述反应器上的加样口、一级反应池、稀释缓冲池、二级反应池、混合池、定量池以及三级反应池，所述一级反应池、所述稀释缓冲池、所述混合池、所述定量池和所述三级反应池按照由近心端至远心端的方向布置于所述反应器上，所述二级反应池的数量为两个，两个所述二级反应池布置于所述稀释缓冲池的两侧；其中：

所述加样口与所述一级反应池连通，并位于所述反应器的近心端；

所述一级反应池中预存有参与裂解反应的裂解试剂，并通过第一流体管道与所述稀释缓冲池连通；

所述混合池通过第一控制阀与所述稀释缓冲池连通，当所述反应器达到预设条件时，所述第一控制阀导通所述混合池和所述稀释缓冲池；

所述二级反应池中预存有参与一级扩增反应的一级扩增体系，所述二级反应池通过一级定量控释阀与所述稀释缓冲池的第一预设位置连通，当所述稀释缓冲池中裂解后的液体达到一定量后，通过所述一级定量控释阀进入至多个所述二级反应池，并与所述二级反应池中的一级扩增体系发生一级扩增反应；当达到预设条件时，所述第一控制阀导通所述稀释缓冲池和所述混合池，所述稀释缓冲池中未参与一级扩增反应的液体最先通过所述第一控制阀进入至所述混合池中，当所述稀释缓冲池中的液体达到一定量后，所述二级反应池中参与一级扩增反应后的液体按照第一预设量释放至所述稀释缓冲池中，并继续通过第一控制阀进入至混合池中充分混合；混合池中混合后的液体通过二级定量控释阀释放第二预设量至定量池中；再由定量池通过第二流体管道分配至三级反应池中进行二级扩增反应；

所述一级定量控释阀的第一口设置在所述稀释缓冲池上，所述一级定量控释阀的第二口设置在所述二级反应池上；通过调节所述一级定量控释阀的第一口在所述稀释缓冲池上的位置，和所述一级定量控释阀的第二口在所述二级反应池上的位置，以调节所述二级反应池释放至所述稀释缓冲池中液体的量；

还包括连通所述一级反应池、混合池和二级反应池以进行气相交换的气路管道；所述气路管道包括连通所述二级反应池与所述一级反应池的第一气路以及设置于所述一级反应池上的排气口，所述第一气路的两端分别连接所述一级反应池的底壁以及二级反应池的近心端；

所述定量池通过二级定量控释阀与所述混合池的第二预设位置连通，以使所述混合池中液体按照第二预设量释放至所述定量池中；所述二级定量控释阀的第一口设置于所述混合池上，所述二级定量控释阀的第二口设置于所述定量池上；通过调节所述二级定量控释阀的第一口在所述混合池上的位置以调节所述混合池释放至所述定量池中液体的量；

所述三级反应池中至少预存有参与第二扩增反应的二级扩增体系中的引物探针，所述三级反应池的上游通过第二流体管道与所述定量池连通；所述三级反应池位于所述反应器的远心端；所述三级反应池的数量为多个，多个所述三级反应池设置于所述反应器不同圆周上，以增加检测靶标的数量；所述定量池、所述第二流体管道以及所述三级反应池分布于反应器上下表面，位于上表面和下表面的定量池以反应器的旋转中心为圆心具有不同的圆周半径，且圆周半径较小的定量池通过二级定量控释阀与混合池连通；

上下表面的定量池通过贯穿孔连通；

所述第一流体管道的进口设置于所述一级反应池的底壁，所述一级反应池的底壁至所述第一流体管道的进口逐渐远离所述反应器的近心端，所述第一流体管道为拦坝结构；所述第一控制阀的进口设置于所述稀释缓冲池的底壁，所述稀释缓冲池的底壁至所述第一控制阀的进口逐渐远离所述反应器的近心端；所述二级定量控释阀的第一口设置于所述混合池的底壁，所述混合池的底壁至所述二级定量控释阀的第一口逐渐远离所述反应器的近心端；

所述裂解试剂、所述一级扩增体系和所述二级扩增体系为干燥试剂。

2.如权利要求1所述的套式生化反应芯片，其特征在于，所述二级反应池的中部通过所述一级定量控释阀与所述稀释缓冲池的中部连通。

3.如权利要求1所述的套式生化反应芯片，其特征在于，多个所述三级反应池等间距分布在以反应器的旋转中心为圆心的弧线上。

4.如权利要求3所述的套式生化反应芯片，其特征在于，所述一级反应池、所述二级反应池、所述混合池和所述三级反应池内预置有可在内部活动的活动体。

5.如权利要求4所述的套式生化反应芯片，其特征在于，所述活动体为金属材料、磁性材料和聚合物材料中的一种或多种。

6.如权利要求1至5中任一项所述的套式生化反应芯片，其特征在于，所述加样口包括通孔和沉孔，所述通孔连通所述沉孔与所述一级反应池。

7.如权利要求5所述的套式生化反应芯片，其特征在于，还包括用于对所述加样口进行密封的封口膜。

8.如权利要求1至5中任一项所述的套式生化反应芯片，其特征在于，所述一级定量控释阀和所述二级定量控释阀为毛细阀。

9.如权利要求1至5中任一项所述的套式生化反应芯片，其特征在于，所述第一控制阀为毛细阀、虹吸阀、相变阀或机械阀。

10.如权利要求1至5中任一项所述的套式生化反应芯片，其特征在于，所述气路管道包括连通所述一级反应池与所述混合池的第二气路。

11.一种生物检测装置，其特征在于，包括检测托盘和如权利要求1至10任一项所述的套式生化反应芯片，所述检测托盘设置有安装所述套式生化反应芯片的安装槽。

12.如权利要求11所述的生物检测装置，其特征在于，所述安装槽的数量为一个或者多个，一个或者多个所述安装槽对称布置于所述检测托盘。

13.如权利要求11所述的生物检测装置，其特征在于，所述生物检测装置上设置有用于控制所述套式生化反应芯片对应部位温度的加热部件和/或制冷部件。

14.如权利要求13所述的生物检测装置，其特征在于，所述加热部件为加热膜或帕尔贴。

15.如权利要求11所述的生物检测装置，其特征在于，所述生物检测装置上设置有吸引所述套式生化反应芯片中预置的活动体的永磁铁或电磁体。