CN116286337A - 一种适于微流控芯片的分子诊断设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种适于微流控芯片的分子诊断设备，包括底板框架，在底板框架上布置固定侧组件、移动侧组件、芯片锁紧机构和荧光检测机构；移动侧组件包括移动侧框架，固定侧组件包括固定侧框架，固定测框架固定在底板框架上，移动侧框架铰接在底板框架上；固定侧框架与移动侧框架之间形成容纳微流控芯片的插槽，芯片锁紧机构，用于驱动移动侧框架往复运动，对插入插槽内的微流控芯片夹紧或放松；移动侧组件还包括微阀驱动模块用于驱动微流控芯片的第一微阀和第二微阀导通或截断；温控模块，用于控制微流控芯片的扩增腔的温度；荧光检测机构，用于对微流控芯片的扩增腔内的扩增产物进行荧光定量检测。本发明可以实现全自动检测。

Description

一种适于微流控芯片的分子诊断设备
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，特别是指一种适于微流控芯片的分子诊断设备。
背景技术
分子诊断是体外诊断的重要分支。PCR(polymerasechainreaction，聚合酶链式反应)技术是分子诊断技术中心应用最为广泛的技术之一。PCR技术包含复杂的处理流程，包括试剂制备、核酸提取、核酸扩增、结果分析等。传统PCR存在如下痛点：(1)实验室场地要求高，为避免样本污染，样本制备、试剂制备、核酸提取、核酸扩增四个环节必须严格分区，四个分区内的气压逐渐降低，实验室内人流和物流路线也需要严格遵守规定；(2)人员操作要求高，分子诊断检测人员需具备一定的专业技能，持证上岗；(3)成本高，分子诊断流程涉及多种专用设备，成本昂贵。
微流控技术指使用微管道处理或操纵微小流体的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。微流控技术可将检测过程集中在厘米至微米级的芯片上，使整个检测实现微型化和自动化，从而大大降低检测过程对场地、人员和设备的要求，实现“样本进、结果出”的一步法检测。微流控装置被称为微流控芯片。
PCR检测对场地、人员、设备有很高的要求，微流控技术可以有效实现检测的集成化和自动化，因此，微流控技术成为分子诊断领域一条很有前景的技术路线。
美国专利US8673238B2公开了Cepheid公司的GeneXpert分子诊断试剂盒和专门对该试剂盒进行全自动分析的测试仪器，是一个典型分子诊断微流控产品，该专利公开了试剂盒内部分为多个腔室，中间的腔室设计一个可以上下移动的活塞。通过试剂盒底部的一个旋转阀，可将中间的活塞腔室分别与四周的试剂腔室连通，从而实现试剂的流动控制。在试剂盒后部设计有一个反应管，提取好的核酸和PCR试剂的混合液打入反应管，实现核酸扩增。但是该试剂盒结构复杂，有多个密封环节，尤其是旋转阀，需要实现运动密封，对生产工艺有很高的要求。
美国专利US8940526B2公开了BioFire公司的FilmArray微流控芯片，该专利对同一个血液样品进行一次测试便可以检测24种病原体，该专利具体公开了芯片分为上面的储液管部分和下面的反应层部分。储液管部分预置冻干试剂，芯片使用时再加入溶解液复融，且样本需要预处理后向微流控芯片加入样本溶液。反应层部分采用柔性袋实现细胞裂解区、核酸纯化区、扩增区的分区设计，液体在不同区之间流动是通过设备内的气囊挤压实现。该微流控芯片材料成本低，但加工难度较大。另外该专利柔性膜难以实现精确定位，且气囊挤压存在死角，因此芯片内部试剂无法精确控制，会存在死角，试剂总用量较大。
发明内容
本发明提供了一种适于微流控芯片的分子诊断设备，以解决现有技术中分子诊断设备对场地、人员、设备要求高、无法真正实现全自动检测的技术问题。
本发明提供的技术方案如下：
本发明的一个目的在于提供一种适于微流控芯片的分子诊断设备，所述分子诊断设备包括底板框架，在所述底板框架上布置固定侧组件、移动侧组件、芯片锁紧机构、活塞驱动机构和荧光检测机构；
所述移动侧组件包括移动侧框架，所述固定侧组件包括固定侧框架，所述固侧框架固定在所述底板框架上，所述移动侧框架铰接在所述底板框架上；
所述固定侧框架与所述移动侧框架之间形成容纳微流控芯片的插槽，所述芯片锁紧机构，用于驱动所述移动侧框架往复运动，对插入所述插槽内的微流控芯片夹紧或放松；
所述移动侧组件还包括，微阀驱动模块和温控模块；所述微阀驱动模块，用于驱动微流控芯片的第一微阀和第二微阀导通或截断；所述温控模块，用于控制微流控芯片的扩增腔的温度；
所述活塞驱动机构布置于所述固定侧组件和所述移动侧组件下方，用于驱动微流控芯片的活塞往复运动；
所述荧光检测机构，用于对微流控芯片的扩增腔内的扩增产物进行荧光定量检测。
在一个较佳的实施例中，在所述固定侧框架上布置微型光谱仪、电磁铁模块和温育模块；
所述微型光谱仪，用于微流控芯片的扩增腔内的扩增产物进行荧光定量检测；
所述电磁铁模块，用于微流控芯片进行核酸提取时，对微流控芯片的纯化腔施加磁场；
所述温育模块，用于微流控芯片进行核酸提取时，对微流控芯片的腔室进行温育。
在一个较佳的实施例中，所述电磁铁模块包括电磁铁、导磁柱和塑壳；
所述塑壳内安装所述电磁铁和所述导磁柱，当微流控芯片插入插槽内，芯片锁紧机构驱动移动侧框架夹紧微流控芯片时，所述导磁柱与微流控芯片的纯化腔表面贴合；
所述温育模块包括加热块、功率电阻和弹片，所述加热块与所述功率电阻固定，所述弹片固定在所述加热块与所述固定侧框架之间；
当微流控芯片插入插槽内，芯片锁紧机构驱动移动侧框架夹紧微流控芯片时，所述弹片发生微变形，使所述加热块与微流控芯片表面紧密贴合。
在一个较佳的实施例中，所述微阀驱动模块包括，多个大凸轮和一个小凸轮，
多个所述大凸轮和一个所述小凸轮，通过凸轮轴安装，所述凸轮轴安装在所述移动侧框架上；
所述移动侧框架上以伸缩滑动的方式安装多个单头微阀顶杆，多个所述大凸轮的外侧边缘与多个所述单头微阀顶杆一一对应接触；
当所述凸轮轴旋转时，驱动多个所述大凸轮挤压多个所述单头微阀顶杆，使多个单头微阀顶杆伸出或缩回所述移动侧框架，驱动插入所述插槽内的微流控芯片的第一微阀导通或截断；
所述微阀驱动模块还包括摆杆和双头微阀顶杆，所述双头微阀顶杆以伸缩滑动的方式安装在所述移动侧框架，所述摆杆的一端与所述移动侧框架铰接，所述摆杆的另一端与所述双头微阀顶杆接触，并且所述摆杆与所述小凸轮的外侧边缘接触；
当所述凸轮轴旋转时，驱动所述小凸轮挤压所述摆杆，带动所述摆杆挤压所述双头微阀顶杆，使所述双头微阀顶杆伸出或缩回所述移动侧框架，驱动插入所述插槽内的微流控芯片的第二微阀导通或截断。
在一个较佳的实施例中，所述温控模块固定在所述移动侧框架上，所述温控模块包括第一金属板、第二金属板、第一温控器件、第二温控器件、第一测温器件和第二测温器件；
所述第一测温器件安装在所述第一金属板上，所述第二测温器件安装在所述第二金属板上；
所述第一温控器件布置于所述第一金属板一侧，用于对第一金属板进行温度控制，所述第二温控器件布置于所述第二金属板一侧，用于对第二金属板进行温度控制；
当微流控芯片插入所述插槽内，所述芯片锁紧机构驱动移动侧框架夹紧微流控芯片时，所述第一金属板与微流控芯片的扩增腔表面贴合。
在一个较佳的实施例中，所述芯片锁紧机构包括移动侧连杆、固定侧连杆和横连杆；
所述移动侧连杆与移动侧框架铰接，所述固定侧连杆与固定侧框架铰接，所述横连杆与移动侧连杆、固定侧连杆铰接；
当驱动所述横连杆向下运动，所述横连杆带动所述移动侧连杆拉动所述移动侧框架靠近所述固定侧框架，对插入插槽内的微流控芯片夹紧；
当驱动所述横连杆向上运动，所述横连杆带动所述移动侧连杆推动所述移动侧框架远离所述固定侧框架，对插入插槽内的微流控芯片放松。
在一个较佳的实施例中，所述活塞驱动机构包括直线推杆和活塞顶杆，所述活塞顶杆与所述直线推杆连接；
当微流控芯片插入所述插槽内，所述芯片锁紧机构驱动移动侧框架夹紧微流控芯片时，通过所述活塞顶杆插入微流控芯片的活塞内，推动微流控芯片的活塞往复运动。
在一个较佳的实施例中，所述荧光检测机构包括盘状激发滤光片支架和盘状发射滤光片支架；
所述盘状激发滤光片支架的一侧固定LED电路板，所述LED电路板上均匀布置多个LED灯；所述盘状激发滤光片支架上均匀布置多个激发滤光片，其中，一个所述激发滤光片对应一个所述LED灯；
所述盘状激发滤光片支架的另一侧，由上至下依次固定激发透镜组和激发光纤，所述激发透镜组和所述激发光纤的光轴同轴；
所述盘状发射滤光片支架的一侧固定感光元件，所述盘状发射滤光片支架上均匀布置多个发射滤光片；
所述盘状发射滤光片支架的另一侧，由下至上依次固定发射透镜组和发射光纤，所述发射透镜组和所述发射光纤的光轴同轴，并正对所述感光元件；
所述盘状激发滤光片支架和所述盘状发射滤光片支架被配置为同步旋转，使多个所述LED灯和多个所述激发滤光片的光轴，循环对准所述激发透镜组和所述激发光纤的光轴；
并且，使多个所述发射滤光片的光轴，循环对准所述发射透镜组和所述发射光纤的光轴；
并且，当一对所述LED灯和所述激发滤光片的光轴，对准所述激发透镜组和所述激发光纤的光轴时，一个发射滤光片的光轴对准所述发射透镜组和所述发射光纤的光轴；
所述激发光纤和所述发射光纤，连接至所述固定侧框架与所述移动侧框架之间容纳微流控芯片的插槽；
当微流控芯片插入所述插槽内，所述芯片锁紧机构驱动移动侧框架夹紧微流控芯片时，所述激发光纤和所述发射光纤对准微流控芯片的扩增腔。
在一个较佳的实施例中，所述荧光检测机构还包括步进电机，所述步进电机包括第一输出轴和第二输出轴；
所述第一输出轴固定盘状激发滤光片支架，所述第二输出轴固定盘状发射滤光片支架；
当所述步进电机旋转时，带动所述盘状激发滤光片支架和所述盘状发射滤光片支架同步旋转。
在一个较佳的实施例中，所述荧光检测机构还包括电子滑环和激发电路板；
所述激发电路板通过所述电子滑环与LED电路板电气连接。
本发明上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：
本发明提供一种适于微流控芯片的分子诊断设备，实现采样样本到检测结果的全流程自动化检测，微流控芯片插入设备后，设备通过移动侧组件和活塞驱动机构对微阀和活塞的驱动，可以实现全自动检测，解决了传统PCR对场地的需求，降低了对检测人员专业技能的要求。
本发明提供一种适于微流控芯片的分子诊断设备，通过移动侧组件的温控模块与微流控芯片的扩增腔进行热交换，温控速度快，可以实现核酸快检，荧光检测机构通过激发光纤和发射光纤对扩增腔内的反应体系进行实时荧光检测，从而对反应体系内的核酸进行定量。
本发明提供一种适于微流控芯片的分子诊断设备，采用微流控技术，用户只需将被测样本插入微流控芯片的样本腔，微流控芯片插入分子诊断设备即可实现分子诊断的金标准流程检测，包括核酸全流程提取、核酸高低温扩增。
本发明提供一种适于微流控芯片的分子诊断设备，可以实现全自动检测，真正做到样本进、结果出，对检测人员无技能要求，设备结构紧凑，可实现即时分子诊断。
本发明提供一种适于微流控芯片的分子诊断设备，微流控芯片的扩增腔与设备温控模块之间，仅隔一片薄膜，传热效率高，温控速度快。
本发明提供一种适于微流控芯片的分子诊断设备，盘状激发滤光片支架上均匀布置多个激发滤光片，盘状发射滤光片支架上均匀布置多个发射滤光片，可对多种扩增产物进行特异性检测，支持多重荧光检测。
本发明提供一种适于微流控芯片的分子诊断设备，通过荧光检测机构的“透镜组+感光元件”，与光谱仪两种互为冗余的发射荧光检测机制，对检测结果的有效性互相校验。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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是本发明一种适于微流控芯片的分子诊断设备的整体示意图。
图2是本发明一种适于微流控芯片的分子诊断设备配合使用的微流控芯片一侧的示意图。
图3是本发明一种适于微流控芯片的分子诊断设备配合使用的微流控芯片另一侧的示意图。
图4是本发明固定侧组件的示意图。
图5是本发明移动侧组件的示意图。
图6是本发明芯片锁紧机构的示意图。
图7是本发明芯片锁紧机构驱动侧框架靠近固定侧框架的示意图。
图8是本发明芯片锁紧机构驱动侧框架靠近远离侧框架的示意图。
图9是本发明固定侧组件的电磁铁模块的示意图。
图10是本发明固定侧组件的温育模块的示意图。
图11是本发明固定侧组件的温育模块的侧面示意图。
图12是本发明移动侧组件的微阀驱动模块的示意图。
图13是图12的A-A视图。
图14是图12的B-B视图。
图15是本发明移动侧组件的温控模块的示意图。
图16是本发明移动侧组件的温控模块的剖面图。
图17是本发明活塞驱动机构的示意图。
图18是本发明荧光检测机构的示意图。
图19是本发明荧光检测机构的内部示意图。
图20是本发明荧光检测机构的剖面图。
图21是本发明激发光纤和发射光纤连接至固定侧框架与移动侧框架之间形成容纳微流控芯片的插槽的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需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。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的器件或者物件涵盖出现在该词后面列举的器件或者物件及其等同，而不排除其他器件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
需要说明的是，本发明中使用的“上”、“下”、“左”、“右”“前”“后”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
如图1所示，根据本发明的实施例提供一种适于微流控芯片的分子诊断设备，包括底板框架6，在底板框架6上布置固定侧组件2、移动侧组件3、芯片锁紧机构5、活塞驱动机构4和荧光检测机构7。
结合图1至图3，微流控芯片1包括第一微阀101、第二微阀101’、扩增腔102、纯化腔104和以及活塞103。微流控芯片1内部预置核酸提取试剂和PCR扩增试剂，对核酸进行采样后，将样本加入微流控芯片1后旋紧上盖，微流控芯片1通过插入固定侧组件2和移动侧组件3之间进行PCR分子诊断。
本发明配套使用的微流控芯片1为现有的微流控芯片，第一微阀101共5个，第二微阀101’共2个，例如CN202211384292.4公开的一种适于分子诊断的微流控芯片。
如图4所示，根据本发明的实施例，固定侧组件2包括固定侧框架206，在固定侧框架206上布置扫描装置201、微型光谱仪202、电磁铁模块203、温育模块204和第一电路板205。
如图5所示根据本发明的实施例，移动侧组件3包括移动侧框架304、微阀驱动模块301和温控模块302。
如图6所示，固定侧框架206固定在底板框架6上，移动侧框架304铰接在底板框架6上。芯片锁紧机构5包括移动侧连杆501、固定侧连杆502和横连杆503。移动侧连杆501与移动侧框架304铰接，固定侧连杆502与固定侧框架206铰接，横连杆503与移动侧连杆501、固定侧连杆502铰接，移动侧框架304、移动侧连杆501、固定侧连杆502和固定测框架206构成四连杆机构。
进一步地，移动侧框架304设置铰接块303，通过铰接轴505将移动侧框架304铰接在底板框架6，使移动侧框架304实现绕铰接轴505旋转摆动。
更进一步地，在横连杆503上设置驱动连接块504，通过驱动连接块504连接驱动机构(驱动机构图中未示出)驱动横连杆503上下运动。
结合图6至图8，根据本发明的实施例，固定侧框架206与移动侧框架304之间形成容纳微流控芯片的插槽C。芯片锁紧机构5，用于驱动移动侧框架304往复运动，对插入插槽C内的微流控芯片1夹紧或放松。
当微流控芯片1插入插槽C，驱动连接块504驱动横连杆503向下运动，横连杆503带动移动侧连杆501拉动移动侧框架304靠近固定侧框架206，对插入插槽C内的微流控芯片1夹紧，如图7所示。
当PCR诊断结束后，驱动连接块504驱动横连杆503向上运动，横连杆503带动移动侧连杆501推动移动侧框架304远离固定侧框架206，对插入插槽C内的微流控芯片1放松，将PCR诊断结束的微流控芯片1取走，如图8所示。
当微流控芯片1插入插槽C，芯片锁紧机构5驱动移动侧框架304夹紧微流控芯片1时，固定侧组件2的电磁铁模块203和温育模块204与微流控芯片1的一侧表面贴合，移动侧组件3的微阀驱动模块301和温控模块302与微流控芯片1的另一侧表面贴合。
回到图4，根据本发明的实施例固定侧组件2的扫描装置201布置在固定侧框架206上。当微流控芯片1插入插槽C内，芯片锁紧机构5驱动移动侧框架304夹紧微流控芯片1时，扫描装置201对微流控芯片1上的二维码进行扫描可识别微流控芯片1的类型，例如微流控芯片1的类型为PCR诊断。
根据本发明的实施例固定侧组件2的微型光谱仪202布置在固定侧框架206上。微型光谱仪202，用于微流控芯片1的扩增腔102内的扩增产物进行荧光定量检测。
当微流控芯片1插入插槽C内，芯片锁紧机构5驱动移动侧框架304夹紧微流控芯片1时，微型光谱仪202对准微流控芯片1的扩增腔102的一侧表面，微型光谱仪202检测微流控芯片1的扩增腔102中的反应体系被激发光照射后射出的发射光线，从而进行发射光中特定光谱光强的识别。
本发明微型光谱仪202对荧光检测机构7进行有效补充，通过微型光谱仪202和荧光检测机构7两种发射光光强的测定，对检测结果的有效性互相校验。荧光检测机构7对微流控芯片1的扩增腔102内的扩增产物进行荧光定量检测的过程在下文中详细阐述。
结合图4和图9，根据本发明的实施例固定侧组件2的电磁铁模块203布置在固定侧框架206上。电磁铁模块203，用于微流控芯片1进行核酸提取时，对微流控芯片1的纯化腔104施加磁场。
具体地，电磁铁模块203包括电磁铁2031、导磁柱2032和塑壳2033。电磁铁模块203通过塑壳2033固定在固定侧框架206上。塑壳2033内安装电磁铁2031和导磁柱2032。
当微流控芯片1插入插槽C内，芯片锁紧机构5驱动移动侧框架304夹紧微流控芯片1时，导磁柱2032与微流控芯片1的纯化腔104表面贴合。微流控芯片1的纯化腔104内含有磁珠，电磁铁模块203通过控制产生或不产生电磁场，对微流控芯片1的纯化腔104内的磁珠进行吸附，提取磁珠表面的核酸。
本发明导磁柱2032采用软磁性材料制备，通过软磁性导磁柱2032实现磁场的传递。
结合图4、图10和图11，根据本发明的实施例固定侧组件2的温育模块204布置在固定侧框架206上。温育模块204，用于微流控芯片1进行核酸提取时，对微流控芯片1的腔室进行温育。
具体地，温育模块204包括加热块2041、功率电阻2042、弹片2043、热敏电阻2044和第二电路板2045。加热块2041与功率电阻2042固定。弹片2043固定在加热块2041与固定侧框架206之间，即弹片2043的一端与加热块2041固定，弹片2043的另一端与固定侧框架206固定。第二电路板2045与功率电阻2042固定，热敏电阻2044与加热块2041连接。
当微流控芯片1插入插槽C内，芯片锁紧机构5驱动移动侧框架304夹紧微流控芯片1时，弹片2043发生微变形，使加热块2041与微流控芯片1表面紧密贴合。
本发明PCR诊断时，核酸提取过程中通过温育模块204对微流控芯片1内的腔室进行温育，以使样本能充分裂解和充分提取磁珠上的核酸。温育模块通过功率电阻2042发热对加热块2041进行加热，通过热敏电阻2044对加热块2041进行温度采样，从而实现加热块2041的温度闭环控制。
结合图5、图12至图14，根据本发明的实施例，移动侧组件3的微阀驱动模块301，用于驱动微流控芯片1的第一微阀101和第二微阀101’导通或截断。
微阀驱动模块301包括多个大凸轮3011、一个小凸轮3011’、凸轮轴3012、蜗轮3013、蜗杆3014、电机3015、摆杆3016、双头微阀顶杆3017、单头微阀顶杆3018和编码电路板3019。
多个大凸轮3011和一个小凸轮3011’，通过凸轮轴3012安装，凸轮轴3012通过轴承安装在移动侧框架304上。凸轮轴3012通过蜗轮3013、蜗杆3014与电机3015的输出轴连接，通过电机3015驱动凸轮轴3012旋转，带动多个大凸轮3011和小凸轮3011’旋转。
根据本发明的实施例，移动侧框架304上以伸缩滑动的方式安装多个单头微阀顶杆3018，多个大凸轮3011的外侧边缘与多个单头微阀顶杆3018一一对应接触。本发明大凸轮3011、单头微阀顶杆3018与微流控芯片1的第一微阀101的数量相同，为5个。
当微流控芯片1插入插槽C内，芯片锁紧机构5驱动移动侧框架304夹紧微流控芯片1时，5个大凸轮3011、5个单头微阀顶杆3018分别与微流控芯片1的5个第一微阀101对应。
当电机3015带动蜗杆3014旋转，蜗杆3014带动蜗轮3013旋转，蜗轮3013带动凸轮轴3012旋转时，驱动多个大凸轮3011挤压多个单头微阀顶杆3018，使多个单头微阀顶杆3018伸出或缩回移动侧框架304，驱动插入插槽C内的微流控芯片1的第一微阀101导通或截断。
本发明通过对多个大凸轮3011的外侧边缘进行型线设计，实现对多个单头微阀顶杆3018按照预设方式伸出或缩回移动侧框架304，从而驱动插入插槽C内的微流控芯片1的第一微阀101按照预设的方式导通或截断。
举例来说，微流控芯片1的5个第一微阀101中，某一个第一微阀101需要截断，其他4个第一微阀101微阀需要导通。通过多个大凸轮3011中的某一个大凸轮3011的外侧边缘旋转至挤压一个单头微阀顶杆3018伸出移动侧框架304，并挤压需要截断的第一微阀101将其截断，其他四个大凸轮3011的外侧边缘旋转至不挤压单头微阀顶杆3018，使对应的单头微阀顶杆3018缩回移动侧框架304，从而使需要导通的4个第一微阀101导通。
对于多个大凸轮3011的外侧边缘进行型线设计本领域技术人员根据微流控芯片1的第一微阀101导通或截断的规律进行设计，只要能够实现按照微流控芯片1的第一微阀101导通或截断的规律，使多个单头微阀顶杆3018伸出或缩回移动侧框架304，驱动插入插槽C内的微流控芯片1的第一微阀101导通或截断即可。
进一步地，本发明移动侧框架304与多个单头微阀顶杆3018之间设置复位弹簧，当大凸轮3011不挤压单头微阀顶杆3018时，单头微阀顶杆3018在复位弹簧的作用下缩回移动侧框架304。
根据本发明的实施例，微阀驱动模块301还包括摆杆3016和双头微阀顶杆3017。双头微阀顶杆3017以伸缩滑动的方式安装在移动侧框架304，摆杆3016的一端与移动侧框架304铰接，摆杆3016的另一端与双头微阀顶杆3017接触，并且摆杆3016与小凸轮3011’的外侧边缘接触。
当微流控芯片1插入插槽C内，芯片锁紧机构5驱动移动侧框架304夹紧微流控芯片1时，双头微阀顶杆3017与微流控芯片1的2个第二微阀101’对应。
当电机3015带动蜗杆3014旋转，蜗杆3014带动蜗轮3013旋转，蜗轮3013带动凸轮轴3012旋转时，驱动小凸轮3011’挤压摆杆3016，带动摆杆3016挤压双头微阀顶杆3017，使双头微阀顶杆3017伸出或缩回移动侧框架304，驱动插入插槽C内的微流控芯片1的2个第二微阀101’同时导通或截断(同开同闭)。
进一步地，本发明移动侧框架304与双头微阀顶杆3017之间设置复位弹簧，当小凸轮3011’不挤压摆杆3016，摆杆3016不挤压双头微阀顶杆3017，时，双头微阀顶杆3017在复位弹簧的作用下缩回移动侧框架304。
根据本发明的实施例，编码器电路板3019布置于凸轮轴3012的一侧，与移动侧框架304固定。编码器电路板3019实时监测凸轮轴3012的转角，作为电机3015控制的反馈量，控制凸轮轴3012转至目标角度。通过编码器电路板3019实现凸轮轴3012角度的精确反馈控制。
PCR诊断过程中，根据微流控芯片1的5个第一微阀101和2个第二微阀101’导通或截断预先设定的规律，通过合理设计5个大小凸轮3011和1个小凸轮311’的外缘型线，以实现微流控芯片1的5个第一微阀101和2个第二微阀101’按照预先设定的规律导通或截断。
对于多个大凸轮3011和小凸轮311’的外侧边缘型线，本领域技术人员根据微流控芯片1的第一微阀101和第二微阀101’导通或截断的规律进行设计，只要能够实现按照微流控芯片1的第一微阀101和第二微阀101’导通或截断的规律，使多个单头微阀顶杆3018和双头微阀顶杆3017伸出或缩回移动侧框架304，驱动插入插槽C内的微流控芯片1的第一微阀101和第二微阀101’导通或截断即可。
结合图5、图15至图16，根据本发明的实施例，移动侧组件3的温控模块302布置于移动侧框架304上。温控模块302，用于控制微流控芯片1的扩增腔102的温度。
具体地，温控模块302固定在移动侧框架304上，温控模块302包括第一金属板3021、第二金属板3022、第一温控器件3023、第二温控器件3024、第一测温器件3025、第二测温器件3026、散热片3027、散热风扇3028和第三电路板3029。
第一测温器件3025安装在第一金属板3021上，第二测温器件3026安装在第二金属板3022上。第一温控器件3023布置于第一金属板3021一侧，用于对第一金属板3021进行温度控制，第二温控器件3024布置于第二金属板3022一侧，用于对第二金属板3022进行温度控制。
进一步地，第一金属板3021上开槽，第一测温器件3025插入第一金属板3021的槽中，第二金属板3022上开槽，第二测温器件3026插入第二金属板3022的槽中。
第一温控器件3023与第一金属板3021之间紧密贴合并涂覆导热材料。第二温控器件3024与第二金属板3022之间紧密贴合并涂覆导热材料。第一温控器件3023与第二金属板3022之间紧密贴合并涂覆导热材料。散热片3027布置于第二温控器件3024一侧，二者紧密贴合并涂覆导热材料。散热风扇3028布置于散热片3027的一侧，对散热片3027进行散热。
第一温控器件3023、第二温控器件3024、第一测温器件3025和第二测温器件3026焊接在第三电路板3029上。
第一测温器件3025、第二测温器件3026分别测量第一金属板3021、第二金属板3022的温度。第一温控器件3023和第二温控器件3024通电后在其两侧产生温度差，即一面制冷，另一面制热。温度差与施加在第一温控器件3023和第二温控器件3024的电压正相关。
通过控制第一温控器件3023和第二温控器件3024的加热/制冷量，对第一金属板3021和第二金属板3022进行温度控制，第一测温器件3025和第二测温器件3026对第一金属板3021和第二金属板3022进行温度采样，可以实现对第一金属板3021和第二金属板3022温度的反馈控制，从而在第一金属板3021的表面实现预设的温度曲线。
当微流控芯片1插入插槽C内，芯片锁紧机构5驱动移动侧框架304夹紧微流控芯片1时，第一金属板3021与微流控芯片1的扩增腔102的另一侧表面贴合。过控制第一金属板3021表面的温度，控制微流控芯片1的扩增腔102内的反应体系的温度，实现核酸扩增。
进一步地，本发明第一温控器件3023和第二温控器件3024串级连接，以增强散热器3027与第一金属板3021表面之间的温差，即增强温控模块302的加热/制冷能力。
如图17所示，根据本发明的实施例，活塞驱动机构4布置于固定侧组件2和移动侧组件3下方，用于驱动微流控芯片1的活塞103往复运动。
活塞驱动机构4包括直线电机401、直线推杆402和活塞顶杆403，活塞顶杆403与直线推杆402连接，直线推杆402连接直线电机401的输出轴，直线电机401固定在底板框架6上。
当微流控芯片1插入插槽C内，芯片锁紧机构5驱动移动侧框架403夹紧微流控芯片1时，通过活塞顶杆403插入微流控芯片1的活塞103内，推动微流控芯片1的活塞103往复运动，从而驱动微流控芯片1内的液体流动。
结合图18至图20，根据本发明的实施例，荧光检测机构7固定在底板框架6上。荧光检测机构7，用于对微流控芯片1的扩增腔102内的扩增产物进行荧光定量检测。
荧光检测机构7包括步进电机709、盘状激发滤光片支架703和盘状发射滤光片支架712。步进电机709包括第一输出轴716和第二输出轴717，第一输出轴716固定盘状激发滤光片支架703，第二输出轴717固定盘状发射滤光片支架712。
当步进电机709旋转时，带动盘状激发滤光片支架703和盘状发射滤光片支架712同步旋转，如图19所示。
盘状激发滤光片支架703的一侧固定LED电路板704，LED电路板704上均匀布置多个LED灯705。盘状激发滤光片支架703上均匀布置多个激发滤光片706，其中，一个激发滤光片706对应一个LED灯705。
盘状激发滤光片支架703的另一侧，由上至下依次固定激发透镜组707和激发光纤708，激发透镜组707和激发光纤708的光轴同轴。激发透镜组707和激发光纤708与荧光检测机构7的壳体K固定。
盘状发射滤光片支架712的一侧固定感光元件714，盘状发射滤光片支架712上均匀布置多个发射滤光片713。
盘状发射滤光片支架712的另一侧，由下至上依次固定发射透镜组711和发射光纤710，发射透镜组711和发射光纤710的光轴同轴，并正对感光元件714。发射透镜组711和发射光纤710与荧光检测机构7的壳体K固定。
盘状激发滤光片支架703和盘状发射滤光片支架712被配置为同步旋转，使多个LED灯705和多个激发滤光片706的光轴，循环对准激发透镜组707和激发光纤708的光轴，并且使多个发射滤光片713的光轴，循环对准发射透镜组711和发射光纤710的光轴。
当一对LED灯705和激发滤光片706的光轴，对准激发透镜组707和激发光纤708的光轴时，一个发射滤光片713的光轴对准发射透镜组711和发射光纤710的光轴。
根据本发明的实施例，荧光检测机构7还包括激发电路板701、电子滑环702和感光电路板715。激发电路板701与荧光检测机构7的壳体K固定，在LED电路板704一侧安装电子滑环702，当步进电机709旋转时，LED电路板704和电子滑环702随盘状激发滤光片支架703一同旋转。具体地，电子滑环702的转子与盘状激发滤光片支架703固定，电子滑环702的转子随盘状激发滤光片支架703一同旋转。
激发电路板701通过电子滑环702与LED电路板704电气连接。具体地，激发电路板701电气连接电子滑环702的入线端(电子滑环702的入线端连接电子滑环702的定子)，LED电路板704电气连接电子滑环702的出线端(电子滑环702的出线端连接电子滑环702的转子)。激发电路板701产生恒定电流输入电子滑环702的入线端，通过电子滑环702的出线端给LED电路板704供电，使LED灯705点亮。
本发明采用电子滑环702，使LED电路板704和LED灯705任意角度旋转的同时保持与激发电路板701电气连接。
根据本发明的实施例，感光元件714与感光电路板715固定，感光元件714和感光电路板715与荧光检测机构7的壳体K固定。
如图21所示，激发光纤708和发射光纤710，连接至固定侧框架206与移动侧框架304之间容纳微流控芯片1的插槽C。当微流控芯片1插入插槽C内，芯片锁紧机构5驱动移动侧框架304夹紧微流控芯片1时，激发光纤708和发射光纤710对准微流控芯片1的扩增腔102。进一步地，激发光纤708和发射光纤710通过固定块固定在固定侧框架206上。
在一些实施例中，激发光纤708和发射光纤710可以是多根，图21所示本实施例中示例性的给出激发光纤708为两根，发射光纤710为两根。
荧光检测机构7通过激发光纤708和发射光纤710连接至微流控芯片1的扩增腔102。特定波长的激发光通过激发光纤708射入扩增腔102内，扩增产物被激发荧光激发，继而发射出另一特定波长的发射荧光，发射荧光经发射光纤710进入荧光检测机构7，被感光元件714测定发射荧光的光强。在激发荧光光强一定的前提下，发射荧光的光强与扩增腔102内的反应体系内的扩增产物浓度正相关，从而对反应体系内的核酸进行定量。
本发明一对LED灯705和激发滤光片706可产生某一特定波长的激发荧光。当步进电机709旋转，带动盘状激发滤光片支架703旋转，盘状激发滤光片支架703带动LED电路板704旋转至某一对LED灯705和激发滤光片706的光轴线，同激发透镜组707和激发光纤708的光轴线重合时，激发荧光经激发透镜组707聚焦于激发光纤708的端面。激发荧光经激发光纤708传输至微流控芯片1的扩增腔102，对反应体系内的扩增产物进行荧光激发。
盘状激发滤光片支架703随步进电机709旋转的同时，盘状发射滤光片支架712和发射滤光片713同步旋转。当某一对LED灯705和激发滤光片706与激发透镜组707和激发光纤708的光轴同轴时，存在一个发射滤光片713与发射透镜组711和发射光纤710的光轴同轴，并正对感光元件714。微流控芯片1的扩增腔102内的发射荧光经发射光纤710传输至荧光检测机构7，经发射透镜组711扩束后，摄入感光元件714进行光强测定。
步进电机709旋转一个角度，使得一对LED灯705和激发滤光片706与激发透镜组707和激发光纤708的光轴同轴，且一个发射滤光片713与发射透镜组711和发射光纤710的光轴同轴。激发滤光片706和发射滤光片713的通带波长与反应体系内扩增产物的荧光光谱相对应，从而对微流控芯片1的扩增腔102内的扩增产物进行特异性检测。本发明盘状激发滤光片支架703上均匀布置多个激发滤光片706，盘状发射滤光片支架712上均匀布置多个发射滤光片713，可对多种扩增产物进行特异性检测。
有以下几点需要说明：
(1)本发明实施例附图只涉及到与本发明实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)为了清晰起见，在用于描述本发明的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的器件被称作位于另一器件“上”或“下”时，该器件可以“直接”位于另一器件“上”或“下”或者可以存在中间器件。
(3)在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上，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，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种适于微流控芯片的分子诊断设备，其特征在于，所述分子诊断设备包括底板框架，在所述底板框架上布置固定侧组件、移动侧组件、芯片锁紧机构、活塞驱动机构和荧光检测机构；
所述移动侧组件包括移动侧框架，所述固定侧组件包括固定侧框架，所述固定侧框架固定在所述底板框架上，所述移动侧框架铰接在所述底板框架上；
所述固定侧框架与所述移动侧框架之间形成容纳微流控芯片的插槽，所述芯片锁紧机构用于驱动所述移动侧框架往复运动，对插入所述插槽内的微流控芯片夹紧或放松；
所述移动侧组件还包括，微阀驱动模块和温控模块；所述微阀驱动模块，用于驱动微流控芯片的第一微阀和第二微阀导通或截断；所述温控模块，用于控制微流控芯片的扩增腔的温度；
所述活塞驱动机构布置于所述固定侧组件和所述移动侧组件下方，所述活塞驱动机构用于驱动微流控芯片的活塞往复运动；
所述荧光检测机构，用于对微流控芯片的扩增腔内的扩增产物进行荧光定量检测。
2.根据权利要求1所述的适于微流控芯片的分子诊断设备，其特征在于，在所述固定侧框架上布置微型光谱仪、电磁铁模块和温育模块；
所述微型光谱仪，用于微流控芯片的扩增腔内的扩增产物进行荧光定量检测；
所述电磁铁模块，用于微流控芯片进行核酸提取时，对微流控芯片的纯化腔施加磁场；
所述温育模块，用于微流控芯片进行核酸提取时，对微流控芯片的腔室进行温育。
3.根据权利要求2所述的适于微流控芯片的分子诊断设备，其特征在于，所述电磁铁模块包括电磁铁、导磁柱和塑壳；
所述塑壳内安装所述电磁铁和所述导磁柱，当微流控芯片插入插槽内，芯片锁紧机构驱动移动侧框架夹紧微流控芯片时，所述导磁柱与微流控芯片的纯化腔表面贴合；
所述温育模块包括加热块、功率电阻和弹片，所述加热块与所述功率电阻固定，所述弹片固定在所述加热块与所述固定侧框架之间；
当微流控芯片插入插槽内，芯片锁紧机构驱动移动侧框架夹紧微流控芯片时，所述弹片发生变形，使所述加热块与微流控芯片表面紧密贴合。
4.根据权利要求1所述的适于微流控芯片的分子诊断设备，其特征在于，所述微阀驱动模块包括，多个大凸轮和一个小凸轮，
多个所述大凸轮和一个所述小凸轮，通过凸轮轴安装，所述凸轮轴安装在所述移动侧框架上；
所述移动侧框架上以伸缩滑动的方式安装多个单头微阀顶杆，多个所述大凸轮的外侧边缘与多个所述单头微阀顶杆一一对应接触；
当所述凸轮轴旋转时，驱动多个所述大凸轮挤压多个所述单头微阀顶杆，使多个单头微阀顶杆伸出或缩回所述移动侧框架，驱动插入所述插槽内的微流控芯片的第一微阀导通或截断；
所述微阀驱动模块还包括摆杆和双头微阀顶杆，所述双头微阀顶杆以伸缩滑动的方式安装在所述移动侧框架，所述摆杆的一端与所述移动侧框架铰接，所述摆杆的另一端与所述双头微阀顶杆接触，并且所述摆杆与所述小凸轮的外侧边缘接触；
当所述凸轮轴旋转时，驱动所述小凸轮挤压所述摆杆，所述凸轮轴带动所述摆杆挤压所述双头微阀顶杆，使所述双头微阀顶杆伸出或缩回所述移动侧框架，驱动插入所述插槽内的微流控芯片的第二微阀导通或截断。
5.根据权利要求1所述的适于微流控芯片的分子诊断设备，其特征在于，所述温控模块固定在所述移动侧框架上，所述温控模块包括第一金属板、第二金属板、第一温控器件、第二温控器件、第一测温器件和第二测温器件；
所述第一测温器件安装在所述第一金属板上，所述第二测温器件安装在所述第二金属板上；
所述第一温控器件布置于所述第一金属板一侧，所述第一温控器件用于对所述第一金属板进行温度控制，所述第二温控器件布置于所述第二金属板一侧，所述第二温控器件用于对所述第二金属板进行温度控制；
当微流控芯片插入所述插槽内，所述芯片锁紧机构驱动移动侧框架夹紧微流控芯片时，所述第一金属板与微流控芯片的扩增腔表面贴合。
6.根据权利要求5所述的适于微流控芯片的分子诊断设备，其特征在于，所述芯片锁紧机构包括移动侧连杆、固定侧连杆和横连杆；
所述移动侧连杆与移动侧框架铰接，所述固定侧连杆与固定侧框架铰接，所述横连杆与移动侧连杆、固定侧连杆铰接；
当驱动所述横连杆向下运动，所述横连杆带动所述移动侧连杆拉动所述移动侧框架靠近所述固定侧框架，对插入插槽内的微流控芯片夹紧；
当驱动所述横连杆向上运动，所述横连杆带动所述移动侧连杆推动所述移动侧框架远离所述固定侧框架，对插入插槽内的微流控芯片放松。
7.根据权利要求1所述的适于微流控芯片的分子诊断设备，其特征在于，所述活塞驱动机构包括直线推杆和活塞顶杆，所述活塞顶杆与所述直线推杆连接；
当微流控芯片插入所述插槽内，所述芯片锁紧机构驱动移动侧框架夹紧微流控芯片时，所述活塞顶杆插入微流控芯片的活塞内，推动微流控芯片的活塞往复运动。
8.根据权利要求1所述的适于微流控芯片的分子诊断设备，其特征在于，所述荧光检测机构包括盘状激发滤光片支架和盘状发射滤光片支架；
所述盘状激发滤光片支架的一侧固定LED电路板，所述LED电路板上均匀布置多个LED灯；所述盘状激发滤光片支架上均匀布置多个激发滤光片，其中，一个所述激发滤光片对应一个所述LED灯；
所述盘状激发滤光片支架的另一侧，由上至下依次固定激发透镜组和激发光纤，所述激发透镜组的光轴和所述激发光纤的光轴同轴；
所述盘状发射滤光片支架的一侧固定感光元件，所述盘状发射滤光片支架上均匀布置多个发射滤光片；
所述盘状发射滤光片支架的另一侧，由下至上依次固定发射透镜组和发射光纤，所述发射透镜组的光轴和所述发射光纤的光轴同轴，所述发射透镜组的光轴正对所述感光元件；
所述盘状激发滤光片支架和所述盘状发射滤光片支架被配置为同步旋转，使多个所述LED灯的光轴和多个所述激发滤光片的光轴，循环对准所述激发透镜组的光轴和所述激发光纤的光轴；
并且，使多个所述发射滤光片的光轴，循环对准所述发射透镜组和所述发射光纤的光轴；
并且，当一对所述LED灯和所述激发滤光片的光轴，对准所述激发透镜组和所述激发光纤的光轴时，一个发射滤光片的光轴对准所述发射透镜组和所述发射光纤的光轴；
所述激发光纤和所述发射光纤，连接至所述固定侧框架与所述移动侧框架之间容纳微流控芯片的插槽；
当微流控芯片插入所述插槽内，所述芯片锁紧机构驱动移动侧框架夹紧微流控芯片时，所述激发光纤和所述发射光纤对准微流控芯片的扩增腔。
9.根据权利要求8所述的适于微流控芯片的分子诊断设备，其特征在于，所述荧光检测机构还包括步进电机，所述步进电机包括第一输出轴和第二输出轴；
所述第一输出轴固定盘状激发滤光片支架，所述第二输出轴固定盘状发射滤光片支架；
当所述步进电机旋转时，带动所述盘状激发滤光片支架和所述盘状发射滤光片支架同步旋转。
10.根据权利要求8所述的适于微流控芯片的分子诊断设备，其特征在于，所述荧光检测机构还包括电子滑环和激发电路板；
所述激发电路板通过所述电子滑环与LED电路板电气连接。
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