CN115508414A - 一种超声混匀效果确认方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声混匀效果确认方法与系统，通过采集超声换能器的工作反馈电流来确定超声混匀效果，避免了因超声混匀时无法确定超声混匀效果而导致经过一系列检测流程后病患检测结果不准确的问题，超声混匀效果不符合检测准确度要求时在超声混匀阶段就将试剂报废重新检测，可以实施补救措施，提高了检测效率和检测准确度；该方法与系统是一种实时反馈方式，在超声混匀阶段就能确定超声混匀效果，能够反馈封装在试剂储存腔内部的混匀效果，识别准确性高，易于实现。
Description
技术领域
本发明属于生物芯片测试技术领域，尤其涉及一种超声混匀效果确认方法与系统。
背景技术
分析检测领域的微流控生物芯片作为一种一次性耗材，必须将测试项目所需要的所有试剂预先封存到芯片内部。微流控芯片内设有若干个试剂储存腔，若干个试剂储存腔内分别设有多种不同试剂。一个试剂储存腔可存放一定容量的试剂（例如50微升）。该试剂储存腔为柱状结构，顶部设有柱塞，将试剂储存腔与芯片外部空间隔绝。该试剂储存腔底部设有带微阀的微流管路，通往反应区。测试时，微阀打开，通过机械外力推动柱塞将封存在试剂储存腔里面的试剂沿微流管路定量驱动至反应区参与反应。
某些关键试剂本身是一种悬浊液，微流控生物芯片长期静置后必将发生沉积。如果发生沉积的悬浊液再参与相关反应就会严重影响测试结果的稳定性和可靠性。因此，为保证测试结果准确可靠，使用前必须采用一定的技术手段对悬浊液进行混匀，使之重新分散均匀。另外，对于均相的溶液，即便不会发生分层，微流控芯片在运输过程中，也难免会因受到颠簸、甚至倾翻倒置，使得试剂中产生一些气泡。还可能会出现柱塞上沾连一小段试剂，造成试剂液柱被空气分成几段的现象，因微流控芯片试剂储存腔直径较小，单靠试剂自身重力不能顺利掉落回试剂储存腔的底部。无论是试剂中产生了气泡或是液柱分段，都会对加入到反应区的微量关键试剂的体积造成影响，进而影响到测试结果的准确性和重复性。
因此，在采用微流控芯片试剂对病患进行测试时，需要对微流控芯片试剂进行混匀，并对混匀效果进行评价，避免混匀效果不佳导致病患的测试结果不准确；同时，对混匀效果的评价应该在混匀时进行，如果混匀时混匀效果不佳，则可以重新测试；如果混匀后再进行混匀效果评价，不仅降低测试效率，而且测试准确性低，对病患不负责。
超声混匀方法是常见的混匀方法，例如授权公告号为CN209791584U，名称为一种生物芯片混匀系统的专利文献，其中公开了利用超声混匀装置实现每个试剂储存腔内试剂混匀的目的；又例如授权公告号为CN110586214B，名称为一种微控流芯片试剂超声混匀方法的专利文献，超声探头向微流控芯片内的试剂储存腔发出交替循环的间隙式超声，实现试剂的混匀。
超顺磁性聚合物微球作为一类新型的固相化载体试剂，其表面的特定化学基团可以与特异性生物分子结合，所得的免疫磁珠可以与相应的靶物质特异性结合，形成新的复合物，通过磁场时，这种复合物可被滞留，并与其它组分相分离。
混匀在医学检测仪器上是一种广泛使用的方法。尽管混匀的方法各有不同，但是基本上都是通过试验找到最佳参数（主要是混匀时间、混匀振幅和混匀频率），然后仪器按照找到的参数进行混匀。超声混匀常用于固液物质的混匀，在医疗检测仪器上可用于磁珠的混匀。超声混匀效果会直接影响磁珠混匀效果，从而影响反应结果。在磁珠混匀工况下，超声混匀效果的评价和确认可采用图像识别方法进行，例如授权公告号为CN110006735B，名称为一种混匀状态识别方法及系统的专利文献，其中公开了采用图像识别方法进行混匀状态识别的技术手段。但是图像识别方法进行混匀状态的识别存在以下问题：
（1）磁珠的浓度会影响识别的准确性，尤其是当磁珠浓度不高时，不便于识别；
（2）图像识别是一种滞后的确认识别，识别时磁珠/液体混合物已压出来，只能用于混匀效果评价和确认，不能对混匀效果不好的情况进行混匀补救；
（3）对于封装在试剂储存腔内部的混匀效果，图像识别无法获取图像。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超声混匀效果确认方法与系统，以克服传统图像识别进行超声混匀状态评价或确认时识别准确性低、滞后评价识别无法进行混匀效果不好时的补救、以及对试剂储存腔内混匀效果无法识别的问题；本发明方法与系统是一种实时反馈，对超声混匀效果不佳工况可以实施补救措施，能够反馈封装在试剂储存腔内部的混匀效果，识别准确性高，易于实现。
本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种超声混匀效果确认方法，包括：
步骤1：在超声换能器对微流控芯片试剂进行超声混匀时，获取超声换能器的工作反馈电流；
步骤2：根据所述工作反馈电流确定超声混匀效果。
进一步地，所述步骤2中，根据所述工作反馈电流确定超声混匀效果的具体实现步骤为：
判断所述工作反馈电流是否在设定电流范围内，如果是，则超声混匀效果满足检测准确度要求；否则发出报警，微流控芯片试剂报废，重新检测。
进一步地，所述设定电流范围是针对不同的磁珠试剂类型和不同的磁珠试剂量通过反复调试试验来获取的，具体获取过程为：
步骤2.1将经过超声混匀后的微流控芯片内的磁珠试剂定量加入至反应杯中；
步骤2.2将微控流芯片内的反应底物试剂加入至反应杯，并超声混匀，使磁珠试剂中的ALP与反应底物试剂反应；
步骤2.3对反应后的微控流芯片进行发光读数测量；
步骤2.4多次重复步骤2.1~2.3，计算发光读数均值M及CV；
步骤2.5根据所述步骤2.4的均值M及CV判断超声混匀效果是否满足检测准确度要求，如果满足，则超声混匀时所对应的工作反馈电流为设定电流值，转入步骤2.6；
否则调整超声混匀参数，对微流控芯片试剂进行超声混匀，转入步骤2.1；
步骤2.6重新步骤2.1~2.5，直到确定刚好满足检测准确度要求时所对应的设定电流值，从而确定设定电流范围。
进一步地，所述步骤1中，超声换能器对微流控芯片试剂进行超声混匀的具体实现步骤为：
步骤1.1 将所述超声换能器的工作频率调节至谐振频率范围内，打开所述超声换能器的超声功率输出；
步骤1.2 在所述超声换能器空载时，将所述工作反馈电流调节至初始设定电流；
步骤1.3 在所述超声换能器接触到微流控芯片试剂时，根据所述微流控芯片内试剂类型和试剂量将所述工作反馈电流从初始设定电流调节至对应的设定电流范围内。
进一步地，所述初始设定电流为150mA。
本发明还提供一种超声混匀效果确认系统，包括依次电性连接的控制模块、驱动模块、功率放大模块、高频变压器以及超声换能器；所述高频变压器的抽头与电流传感器电连接，所述电流传感器与所述控制模块电连接；
所述电流传感器，用于在超声换能器对微流控芯片试剂进行超声混匀时，采集超声换能器的工作反馈电流；
所述控制模块，用于根据所述工作反馈电流确定超声混匀效果。
进一步地，所述驱动模块是以型号为IR2104S半桥驱动芯片为核心的驱动电路。
进一步地，所述控制模块，具体用于：
判断所述工作反馈电流是否在设定电流范围内，如果是，则超声混匀效果满足检测准确度要求；否则微流控芯片试剂报废，重新检测。
进一步地，所述控制模块，具体用于：输出可调节的PWM信号控制超声换能器的工作频率，从而控制超声换能器对微流控芯片试剂的超声混匀。
进一步地，所述PWM信号的占空比为反馈参数的20%~80%；所述反馈参数为实际工作频率值、功率放大模块的驱动电压值或实际工作反馈电流。
有益效果
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明所提供的一种超声混匀效果确认方法与系统，通过采集超声换能器的工作反馈电流来确定超声混匀效果，避免了因超声混匀时无法确定超声混匀效果而导致经过一系列检测流程后病患检测结果不准确的问题，超声混匀效果不符合检测准确度要求时在超声混匀阶段就将试剂报废重新检测，可以实施补救措施，提高了检测效率和检测准确度；
本发明方法与系统是一种实时反馈方式，在超声混匀阶段就能确定超声混匀效果，能够反馈封装在试剂储存腔内部的混匀效果，识别准确性高，易于实现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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个实施例，对于本领域普通技术人员来说，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是本发明实施例中一种超声混匀效果确认方法的流程图；
图2是本发明实施例中一种超声混匀效果确认系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明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作出创造性劳动的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。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
如图1所示，本实施例所提供的一种超声混匀效果确认方法，包括：
1、在超声换能器对微流控芯片试剂进行超声混匀时，获取超声换能器的工作反馈电流。
微流控芯片的常用混匀方法即为超声混匀，具体操作时将超声换能器逐个与每一试剂储存腔的侧壁接触，借助于超声柔和特点，实现对微控流芯片内试剂储存腔的试剂充分混匀的目的。本实施例中，采用超声换能器对微流控芯片试剂进行超声混匀的具体实现步骤为：
步骤1.1 将超声换能器的工作频率调节至谐振频率范围内，打开超声换能器的超声功率输出。
控制模块输出可调节的PWM信号，该PWM信号经驱动模块后输出一交替输出信号，该交替输出信号经过放大后输出给高频变压器，高频变压器直接驱动超声换能器在谐振频率范围内工作，从而将超声换能器的工作频率调节至谐振频率范围内。本实施例中，谐振频率范围为38kHz-42kHz，具体根据超声换能器来匹配。
步骤1.2 在超声换能器空载（即不接触微流控芯片试剂储存腔侧壁）时，通过调节PWM信号将超声换能器的工作反馈电流调节至初始设定电流。
电流传感器采集高频变压器抽头的电流，即采集超声换能器的工作反馈电流。本实施例中，电流传感器采用霍尔电流传感器。
初始设定电流是通过试验来获取的，当超声换能器接触到微流控芯片时，超声换能器不发烫且不使微流控芯片试剂盒熔化的最大工作反馈电流。本实施例中，初始设定电流为150mA。
步骤1.3 在超声换能器接触到微流控芯片试剂时，根据微流控芯片内试剂类型和试剂量将工作反馈电流从初始设定电流调节至对应的设定电流范围内。
微流控芯片内磁珠试剂类型不同、磁珠试剂量不同，对应的设定电流范围不同。在采用一定量的某磁珠试剂进行检测时，采用本实施例的方案进行超声混匀效果确认，事先需要通过反复试验来获取一定量的该磁珠试剂所对应的设定电流范围，具体获取步骤为：
步骤1.31将经过超声混匀后的微流控芯片内的磁珠试剂定量加入至反应杯中，该磁珠试剂偶联了ALP（即碱性磷酸酶）；
步骤1.32 将微控流芯片内的反应底物试剂（APS-5）加入至反应杯，并超声混匀，使磁珠试剂中的ALP与反应底物试剂反应30S；
步骤1.33 对反应后的微控流芯片进行发光读数测量，即将反应后的微控流芯片推入发光读数模块（例如：经过校准的PMT光学检测模块）进行发光读数测量；
步骤1.34重复步骤1.31~1.33 10次，计算发光读数均值M及CV（即变异系数）；
步骤1.35 根据步骤1.34的均值M及CV判断超声混匀效果是否满足检测准确度要求，如果满足，则超声混匀时所对应的工作反馈电流为设定电流值，转入步骤1.36；
否则调整超声混匀参数，对微流控芯片试剂进行超声混匀，转入步骤1.31；本实施例中，超声混匀参数包括超声位置、超声时间和超声频率；
步骤1.36重新步骤1.31~1.35，直到确定刚好满足检测准确度要求时所对应的设定电流值，从而确定设定电流范围。
发光读数测量是现有技术，发光读数测量仪器为化学发光免疫分析仪。不同磁珠试剂量、不同磁珠试剂类型在进行设定电流范围确定时所对应的发光读数不同。例如，30ul的磁珠试剂1（其型号为CCS-M）与其反应底物试剂反应后对应的发光读数为1678951（±CV以内），按照步骤1.36，当测定的发光读数为1678951时，则超声混匀效果满足检测准确度要求。
根据步骤1.31~1.33可以确定任意量任意类型试剂所对应的设定电流范围，例如30ul的磁珠试剂1所对应的设定电流范围为300~350mA。
2、根据工作反馈电流确定超声混匀效果。
当设定电流范围确定后，当实时采集的工作反馈电流在设定电流范围内时，则超声混匀效果满足检测准确度要求，可以进入到检测的下一步流程；否则发出报警，微流控芯片试剂报废，重新检测，无需将所有检测流程完成后才进行超声混匀效果的确认，能够在超声混匀阶段针对超声混匀效果不佳情况进行补救措施。
如图2所示，本实施例还提供一种超声混匀效果确认系统，包括依次电性连接的控制模块、驱动模块、功率放大模块、高频变压器以及超声换能器；高频变压器的抽头与电流传感器电连接，电流传感器与控制模块电连接。
电流传感器，用于在超声换能器对微流控芯片试剂进行超声混匀时，采集超声换能器的工作反馈电流；控制模块，用于在超声混匀时对超声换能器进行控制，以及根据工作反馈电流确定超声混匀效果。
控制模块在超声混匀时对超声换能器进行控制的具体过程为：控制模块输出可调节的PWM信号，该PWM信号经IR2104S半桥驱动模块后输出一交变信号给MOS管，该交变输出信号经过MOS管放大后输出给高频变压器，高频变压器直接驱动超声换能器在谐振频率范围内工作；在超声换能器空载时，控制模块通过调节PWM信号将超声换能器的工作反馈电流调节至初始设定电流；在超声换能器接触到微流控芯片试剂时，控制模块通过调节PWM信号将超声换能器的工作反馈电流从初始设定电流调节至对应的设定电流范围内。
控制模块根据工作反馈电流确定超声混匀效果的具体实现过程为：电流传感器将采集的工作反馈电流发送给控制模块，控制模块判断工作反馈电流是否在设定电流范围内，如果是，则超声混匀效果满足检测准确度要求；否则微流控芯片试剂报废，重新检测。
本实施例中，PWM信号的占空比调节范围为反馈参数的20%~80%，反馈参数为超声换能器的实际工作频率值、功率放大模块的驱动电压值或超声换能器的实际工作反馈电流。
本实施例中，驱动模块是以型号为IR2104S半桥驱动芯片为核心的驱动电路。功率放大模块是以大功率MOS管IRFP260M为核心的功率放大电路。
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种超声混匀效果确认方法，其特征在于，包括：
步骤1：在超声换能器对微流控芯片试剂进行超声混匀时，获取超声换能器的工作反馈电流；
步骤2：根据所述工作反馈电流确定超声混匀效果。
2.如权利要求1所述的一种超声混匀效果确认方法，其特征在于，所述步骤2中，根据所述工作反馈电流确定超声混匀效果的具体实现步骤为：
判断所述工作反馈电流是否在设定电流范围内，如果是，则超声混匀效果满足检测准确度要求；否则发出报警，微流控芯片试剂报废，重新检测。
3.如权利要求2所述的一种超声混匀效果确认方法，其特征在于，所述设定电流范围是针对不同的磁珠试剂类型和不同的磁珠试剂量通过反复调试试验来获取的，具体获取过程为：
步骤2.1将经过超声混匀后的微流控芯片内的磁珠试剂定量加入至反应杯中；
步骤2.2 将微控流芯片内的反应底物试剂加入至反应杯，并超声混匀，使磁珠试剂中的ALP与反应底物试剂反应；
步骤2.3对反应后的微控流芯片进行发光读数测量；
步骤2.4多次重复步骤2.1~2.3，计算发光读数均值M及CV；
步骤2.5根据所述步骤2.4的均值M及CV判断超声混匀效果是否满足检测准确度要求，如果满足，则超声混匀时所对应的工作反馈电流为设定电流值，转入步骤2.6；
否则调整超声混匀参数，对微流控芯片试剂进行超声混匀，转入步骤2.1；
步骤2.6重新步骤2.1~2.5，直到确定刚好满足检测准确度要求时所对应的设定电流值，从而确定设定电流范围。
4.如权利要求1~3中任一项所述的一种超声混匀效果确认方法，其特征在于，所述步骤1中，超声换能器对微流控芯片试剂进行超声混匀的具体实现步骤为：
步骤1.1 将所述超声换能器的工作频率调节至谐振频率范围内，打开所述超声换能器的超声功率输出；
步骤1.2 在所述超声换能器空载时，将所述工作反馈电流调节至初始设定电流；
步骤1.3 在所述超声换能器接触到微流控芯片试剂时，根据所述微流控芯片内试剂类型和试剂量将所述工作反馈电流从初始设定电流调节至对应的设定电流范围内。
5.如权利要求4所述的一种超声混匀效果确认方法，其特征在于，所述初始设定电流为150mA。
6.一种超声混匀效果确认系统，包括依次电性连接的控制模块、驱动模块、功率放大模块、高频变压器以及超声换能器；其特征在于，所述高频变压器的抽头与电流传感器电连接，所述电流传感器与所述控制模块电连接；
所述电流传感器，用于在超声换能器对微流控芯片试剂进行超声混匀时，采集超声换能器的工作反馈电流；
所述控制模块，用于根据所述工作反馈电流确定超声混匀效果。
7.如权利要求6所述的一种超声混匀效果确认系统，其特征在于，所述驱动模块是以型号为IR2104S半桥驱动芯片为核心的驱动电路。
8.如权利要求6所述的一种超声混匀效果确认系统，其特征在于，所述控制模块，具体用于：
判断所述工作反馈电流是否在设定电流范围内，如果是，则超声混匀效果满足检测准确度要求；否则微流控芯片试剂报废，重新检测。
9.如权利要求6~8中任一项所述的一种超声混匀效果确认系统，其特征在于，所述控制模块，具体用于：输出可调节的PWM信号控制超声换能器的工作频率，从而控制超声换能器对微流控芯片试剂的超声混匀。
10.如权利要求9所述的一种超声混匀效果确认系统，其特征在于，所述PWM信号的占空比为反馈参数的20%~80%；所述反馈参数为实际工作频率值、功率放大模块的驱动电压值或实际工作反馈电流。
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- 2021-06-22 CN CN202110692006.XA patent/CN115508414A/zh active Pending
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