CN117192094A - 一种自动化单分子免疫分析系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化单分子免疫分析系统及方法，涉及自动化单分子免疫分析技术领域，该一种自动化单分子免疫分析系统及方法由流体处理模块、传感器模块、样品处理模块、分析模块、控制模块、数据处理和分析模块、样品储存和传输模块、清洗模块、温控模块、自动化取样模块组成，液体泵选用注射泵、蠕动泵或压力驱动泵，阀门选用电磁阀、微流控阀或旋转阀，混合器选用机械搅拌器、微流控混合器或超声波混合器，过滤器选用微孔滤膜、滤芯或纸滤器，温度控制装置选用加热器、冷却器或温控模块，液体泵用于提供流体的输送和控制，传感器模块包括探针(或抗体)、识别元素、传感器芯片或基底、信号转换器和信号检测系统。

Description

一种自动化单分子免疫分析系统及方法

技术领域

本发明涉及自动化单分子免疫分析技术领域，特别涉及一种自动化单分子免疫分析系统及方法。

背景技术

传统的单分子免疫分析方法通常需要耗费大量的时间和人力，手工操作的方式容易引入误差；

单分子免疫分析要求对微小的信号变化进行检测，需要高灵敏度和精确性的测量。自动化系统可以通过优化流程、减少操作人员的干预和标准化处理，从而提高分析的精度和可重复性；

自动化单分子免疫分析系统可以处理大批量的样品，并且可以同时进行多个实验。这使得研究人员能够扩展实验规模，处理更多的样品并进行更广泛的实验，加快科学研究的速度和进展；

在研究和诊断过程中，许多样品的复杂性不断增加。自动化单分子免疫分析系统能够处理复杂的生物样品，如血液、组织和体液，提供准确的分析结果，自动化单分子免疫分析系统可以集成样品处理、实验操作、数据采集和分析等步骤，实现高度自动化的工作流程。这有助于减少实验错误，提高实验的标准化程度，并促进实验室的工作效率；

为了达到上述技术效果，现提出一种自动化单分子免疫分析系统及方法。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种自动化单分子免疫分析系统及方法，解决了传统的单分子免疫分析方法通常需要耗费大量的时间和人力，手工操作的方式容易引入误差的技术问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种自动化单分子免疫分析系统，由流体处理模块、传感器模块、样品处理模块、分析模块、控制模块、数据处理和分析模块、样品储存和传输模块、清洗模块、温控模块、自动化取样模块组成；

其中，流体处理模块包括液体泵、阀门、管道、连接件、混合器、过滤器和温度控制装置组成。

优选的：液体泵选用注射泵、蠕动泵或压力驱动泵，阀门选用电磁阀、微流控阀或旋转阀；

其中，混合器选用机械搅拌器、微流控混合器或超声波混合器，过滤器选用微孔滤膜、滤芯或纸滤器，温度控制装置选用加热器、冷却器或温控模块。

优选的：所述传感器模块包括探针(或抗体)、识别元素、传感器芯片或基底、信号转换器和信号检测系统；

其中，探针或抗体可以是单链抗体、多克隆抗体或重组抗体，识别元素位于传感器表面。

优选的：样品处理模块包括样品输入接口、样品处理液路、样品混合/搅拌器、温度控制机构、分离纯化装置和自动化控制系统；

其中，样品处理液路包括液体进样管道、混合搅拌装置和反应室，温度控制机构通常包括加热装置、冷却装置、温度传感器和温度控制系统，以维持恒定的温度条件。

优选的：分析模块包括检测器、信号放大和转换模块、数据采集与处理系统和数据分析与解释模块；

控制模块包括控制软件、用户界面、控制器、传感器接口和反馈、运动控制系统、硬件接口。

优选的：所述数据处理和分析模块包括数据采集系统、数据预处理模块、数据解析模块、数据分析算法模块、结果可视化模块和数据存储与管理模块；

样品储存和传输模块包括样品容器、样品识别和追踪系统、样品存储设备、样品传输系统、样品处理模块、样品舱或工作站。

优选的：所述清洗模块包括清洗液供给系统、清洗通道或管路、清洗周期控制系统、污染物收集和处理系统、清洗模式选择和调整装置；

温控模块包括加热元件、温度传感件、控制系统、温度显示和调节装置、温度稳定性和均匀性的控制装置。

优选的：所述自动化取样模块包括样品载体或样品盒、取样针或取样头、取样液体传送系统、取样容器定位系统、取样量控制装置、清洗系统。

优选的：样品载体可以是微孔板、管式样品架或试管阵列。

本发明要解决的另一项技术问题是提供一种自动化单分子免疫分析系统的使用方法，包括以下步骤：

S1：准备样品，将待测样品准备好并放置在系统接受样品的位置，如样品盒或样品载体；

S2：使用样品处理模块对样品进行必要的预处理步骤，如稀释、洗涤或反应；

S3：启动自动化取样模块，使其准确地从样品载体或样品盒中吸取所需的样品；

S4：使用流体处理模块将样品转移到传感器模块进行分析；

S5：将样品移到传感器模块，通过特定的传感器进行单分子免疫分析；

S6：在分析过程中使用温控模块对样品进行恒温控制，以确保结果的准确性和可重复性；

S7：通过分析模块对传感器收集到的数据进行处理和分析，以得出所需的结果；

S8：将分析得到的数据输入到数据处理和分析模块中，进行进一步的数据处理、统计分析、结果解释等；

S9：使用控制模块对整个分析过程进行控制和监控，确保各个模块按预定程序运行，并记录相关参数和操作；

S10：当一轮分析完成后，使用清洗模块对流体管道、传感器、样品载体等进行彻底清洗，以避免交叉污染和干扰；

S11：对于需要保留的样品，使用样品储存和传输模块进行存储和传输，以备后续分析或存档。

(三)有益效果

1、传统的单分子免疫分析方法通常需要耗费大量的时间和人力，手工操作的方式容易引入误差。自动化系统可以帮助实现样品的高通量处理和自动化的操作过程，提高分析效率和准确性。

2、单分子免疫分析要求对微小的信号变化进行检测，需要高灵敏度和精确性的测量。自动化系统可以通过优化流程、减少操作人员的干预和标准化处理，从而提高分析的精度和可重复性。

3、自动化单分子免疫分析系统可以处理大批量的样品，并且可以同时进行多个实验。这使得研究人员能够扩展实验规模，处理更多的样品并进行更广泛的实验，加快科学研究的速度和进展。

4、在研究和诊断过程中，许多样品的复杂性不断增加。自动化单分子免疫分析系统能够处理复杂的生物样品，如血液、组织和体液，提供准确的分析结果，自动化单分子免疫分析系统可以集成样品处理、实验操作、数据采集和分析等步骤，实现高度自动化的工作流程。这有助于减少实验错误，提高实验的标准化程度，并促进实验室的工作效率。

附图说明

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

图1为本发明的结构图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种自动化单分子免疫分析系统及方法，有效解决了传统的单分子免疫分析方法通常需要耗费大量的时间和人力，手工操作的方式容易引入误差的技术问题。

实施例

本申请实施例中的技术方案总体思路如下：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种自动化单分子免疫分析系统，由流体处理模块、传感器模块、样品处理模块、分析模块、控制模块、数据处理和分析模块、样品储存和传输模块、清洗模块、温控模块、自动化取样模块组成，流体处理模块包括液体泵、阀门、管道、连接件、混合器、过滤器和温度控制装置组成；

液体泵选用注射泵、蠕动泵或压力驱动泵，阀门选用电磁阀、微流控阀或旋转阀，混合器选用机械搅拌器、微流控混合器或超声波混合器，过滤器选用微孔滤膜、滤芯或纸滤器，温度控制装置选用加热器、冷却器或温控模块，液体泵用于提供流体的输送和控制。它可以是不同类型的泵，如注射泵、蠕动泵或压力驱动泵，用于将样品和试剂推送或吸取到需要处理的位置，阀门用于控制流体的流动路径和流速。它可以是电磁阀、微流控阀或旋转阀等，通过打开或关闭不同的通道，控制液体的进出和混合，管道和连接件用于连接不同的部件和仪器，实现液体的传输和分配。它们通常由耐腐蚀和无污染材料制成，并具有良好的密封性能，以防止泄漏和交叉污染，混合器用于将不同的液体混合在一起。它可以是机械搅拌器、微流控混合器或超声波混合器等，以确保样品和试剂充分混合，并实现所需的反应或反应前处理，过滤器用于去除样品中的杂质或固体颗粒，以保证流体的纯净性。它可以是微孔滤膜、滤芯或纸滤器等，具有不同的孔径和过滤效果，温度控制装置用于控制流体的温度。它可以是加热器、冷却器或温控模块等，以确保样品和试剂在所需的温度条件下进行处理和反应；

传感器模块包括探针(或抗体)、识别元素、传感器芯片或基底、信号转换器和信号检测系统，探针或抗体可以是单链抗体、多克隆抗体或重组抗体，识别元素位于传感器表面，传感器使用特定的探针或抗体来与目标分子或抗原发生特异性反应。这些探针或抗体可以是单链抗体、多克隆抗体或重组抗体，具体根据需要选择以识别和捕获感兴趣的分子，识别元素位于传感器表面，用于捕获目标分子。它们可以是基于生物分子的识别元素，如抗体、DNA探针、蛋白质或酶，也可以是基于化学反应的识别元素，如亲合基团、配位配体或分子印迹，传感器芯片或基底是传感器的主体，提供支持和平台，用于固定识别元素和收集信号。芯片可以采用不同的材料，如玻璃、硅片、金属膜或聚合物，根据应用需求选择具有适当特性的材料，信号转换器将与目标分子的相互作用转化为可测量的信号。这可以是光学信号、电学信号、质量信号或生物化学反应产生的其他信号。常见的信号转换器包括荧光标记物、电极、质谱仪、压力传感器等，信号检测系统用于检测和记录从传感器收集到的信号。它可以包括光学检测器、电子设备、传感器接口电路、数据采集系统和计算机软件；

样品处理模块包括样品输入接口、样品处理液路、样品混合/搅拌器、温度控制机构、分离纯化装置和自动化控制系统，样品处理液路包括液体进样管道、混合搅拌装置和反应室，温度控制机构通常包括加热装置、冷却装置、温度传感器和温度控制系统，以维持恒定的温度条件，样品输入接口是将待测样品引入系统的接口，可以是样品进样器或样品输入通道。该接口通常具有液体加样功能，以确保精确的样品定量，样品处理液路包括液体进样管道、混合和搅拌装置、反应室等。这些部分用于控制和处理样品，例如稀释、混合、冲洗等操作，以便在分析过程中提供所需的化学环境，样品混合/搅拌器用于确保样品和试剂混合均匀。这可以通过旋转、搅拌或涡流等方法来实现，以促进反应的进行，样品处理过程中需要精确控制反应温度，以确保反应的准确性和一致性。温度控制模块通常包括加热装置、冷却装置、温度传感器和温度控制系统，以维持恒定的温度条件，分离和纯化装置用于分离目标分子或分析产物，并去除杂质。它可以是离心机、过滤器、色谱柱、电泳槽等，根据具体的样品性质和分离要求选择相应的设备，自动化控制系统用于整合和协调样品处理的各个步骤；

分析模块包括检测器、信号放大和转换模块、数据采集与处理系统和数据分析与解释模块，控制模块包括控制软件、用户界面、控制器、传感器接口和反馈、运动控制系统、硬件接口，检测器用于捕获和检测目标分子的信号。根据应用需求，可能使用不同类型的检测器，如荧光检测器、吸光度检测器、电化学检测器等。检测器的选择取决于分析系统的灵敏度、动态范围和检测目标的特性，信号放大和转换模块将从检测器获得的原始信号进行放大和转换，以便进行后续的数据分析和处理。信号放大和转换模块通常包括放大器、滤波器和模数转换器等，数据采集与处理系统是用于采集、存储和处理从检测器获取的信号的系统。它可能由计算机、数据采集卡和相关的软件组成，用于实时监测和记录分析结果，数据分析与解释模块用于对分析结果进行数据处理、解释和分析。它可以包括统计分析工具、模型拟合算法、图像处理算法等，以提取有关目标分子的定量和定性信息，控制模块用于管理和控制整个分析过程。它可以控制样品处理模块和分析模块之间的协调，确保分析过程的稳定性和可靠性。控制模块通常由计算机和相关的控制软件组成；

数据处理和分析模块包括数据采集系统、数据预处理模块、数据解析模块、数据分析算法模块、结果可视化模块和数据存储与管理模块，数据采集系统用于从检测器中获取原始数据。它可能包括数据采集卡、模数转换器和相关的传感器，用于将检测到的信号转换为数字数据以进行后续处理，数据预处理是在进行进一步分析之前对原始数据进行处理和清洗的过程。这可能包括去除噪声、校正偏移、样本校正、数据平滑或插值等步骤，以确保数据的准确性和可靠性，数据解析是将预处理后的数据转化为有意义的结果的过程。这可能包括对数据进行曲线拟合、峰检测、峰面积计算、信号积分等操作，以从原始数据中提取所需的分析信息，数据分析模块通常包括各种数据分析算法和方法，以便对数据进行深入分析。这可能包括统计分析、模型拟合、相关性分析、聚类分析、图像处理算法等，以提取更复杂的信息和结构，结果可视化是将分析结果以图形或图表的形式呈现给用户的过程，以更直观地理解和解释数据。这可能包括绘制曲线图、直方图、热图、散点图等，以及生成数据报告和图形化用户界面，数据处理和分析模块通常需要提供数据存储和管理功能，以保存原始数据、预处理数据、分析结果和相关的元数据。这通常涉及数据库、文件系统或其他数据存储和管理系统；

样品储存和传输模块包括样品容器、样品识别和追踪系统、样品存储设备、样品传输系统、样品处理模块、样品舱或工作站，样品容器是用于存放和保护待测样品的物理容器。它可以是微孔板、管状样品架、试管、滴管等不同形式的容器，根据实际需求选择合适的容器类型，为了确保样品的准确性和追踪性，自动化单分子免疫分析系统通常配备有样品识别和追踪系统。这可能包括条形码、二维码或RFID(射频识别)等标识技术，以便系统可以识别和追踪每个样品，样品存储设备用于储存待测样品，以确保其在分析前后的完整性和稳定性。这可能包括冷冻设备、冷藏设备、恒温设备或自动化样品库，根据样品的特性和需要选择适当的存储设备，样品传输系统用于将待测样品从存储设备中取出并传递到分析系统中进行处理。这可能包括样品输送线、机械臂、自动化液体处理系统等，以便实现样品的高效传输和处理，样品处理模块用于对待测样品进行预处理、混合、稀释或其他必要的样品处理步骤。这可能包括自动化液体处理系统、自动化混合系统、自动化稀释系统等，以确保样品达到所需的处理要求，样品舱或工作站是样品储存和传输模块的主要工作区域，用于进行样品的处理、装载、卸载和管理等操作。它可能包括样品盒、样品架、自动化装载平台等，以提供方便和高效的样品操作环境；

清洗模块包括清洗液供给系统、清洗通道或管路、清洗周期控制系统、污染物收集和处理系统、清洗模式选择和调整装置，清洗液供给系统是用于提供清洗液的设备。它包括储存和供给清洗液的容器、管道、泵以及控制元件。清洗液可以是蒸馏水、缓冲液、洗涤剂或其他特定的清洗溶液，根据实际需求选择合适的清洗液，清洗通道或管路是将清洗液导入到需要清洗的部分或组件的管道系统。这些通道或管路可以是管道、管道连接器、喷嘴、洗涤室等。清洗液沿着这些通道流动，以清洗器件表面的污染物，清洗周期控制系统用于控制清洗模块的运行和操作。它可以是一个程序控制器、计时器或其他自动控制设备，用于设定和控制清洗液的流动、清洗时间、温度以及其他相关参数，污染物收集和处理系统用于收集清洗过程中从器件表面移除的污染物。这可能包括污染物收集器、过滤器、废液收集容器等。这样可以确保清洗过程中的污染物不会再次进入到样品或其他部分中，清洗模式选择和调整装置用于选择和调整不同的清洗模式和参数，以适应不同的样品或实验需求。这可以包括清洗时间、清洗液浓度、清洗液流动速度等参数的设定和调整；

温控模块包括加热元件、温度传感件、控制系统、温度显示和调节装置、温度稳定性和均匀性的控制装置，加热元件可以通过电热源或其他加热技术提供恒定的温度，温度传感器用于测量和监测温度的传感器，常见的温度传感器包括热电偶、热敏电阻或红外线传感器，传感器将温度信息反馈给控制系统，以便对加热元件进行调节和控制，控制系统用于接收温度传感器的信号并根据设定的温度参数来控制加热元件的工作，温度显示和调节装置提供温度显示和调节功能的装置。它可以是液晶显示屏、数码显示器或旋钮按钮系统，用于设置和校准所需的温度值，温度稳定性和均匀性的控制装置以确保系统中不同位置的温度保持稳定和均匀；

自动化取样模块包括样品载体或样品盒、取样针或取样头、取样液体传送系统、取样容器定位系统、取样量控制装置、清洗系统，样品载体可以是微孔板、管式样品架或试管阵列，样品载体或样品盒用于存放待分析的样品的容器。样品载体可以是微孔板、管式样品架或试管阵列等，在系统中可以容纳多个样品，取样针或取样头用于从样品载体中吸取样品的部件。这通常是一个可以移动的针或头，在自动化取样模块中的程序控制下，可以准确地定位和吸取所需的样品，取样液体传送系统用于将取样液体输送到样品盒或样品载体中的系统。这可能包括吸液器、液体泵、管道和连接器等。取样液体传送系统可以是气动式、电动式或液压式，具体取决于系统的设计和要求，取样容器定位系统用于确保样品载体或样品盒在正确的位置上进行取样。这个系统可能包括样品盒定位夹具、传感器或视觉引导系统，以确保取样针或头可以准确地进入到所需的位置，取样量控制装置用于控制取样量大小的装置。这可以是可调的取样器或具有预设容量的定量取样器，以确保每个样品的取样量一致和可控，清洗系统用于清洗取样针或头的部分。这可以包括清洗液通道、清洗液输送系统和清洗循环装置，以确保取样针或头在各个样品之间得到充分的清洗。

一种自动化单分子免疫分析系统的使用方法，包括以下步骤：

S1：准备样品，将待测样品准备好并放置在系统接受样品的位置，如样品盒或样品载体；

S2：使用样品处理模块对样品进行必要的预处理步骤，如稀释、洗涤或反应；

S3：启动自动化取样模块，使其准确地从样品载体或样品盒中吸取所需的样品；

S4：使用流体处理模块将样品转移到传感器模块进行分析；

S5：将样品移到传感器模块，通过特定的传感器进行单分子免疫分析；

S6：在分析过程中使用温控模块对样品进行恒温控制，以确保结果的准确性和可重复性；

S7：通过分析模块对传感器收集到的数据进行处理和分析，以得出所需的结果；

S8：将分析得到的数据输入到数据处理和分析模块中，进行进一步的数据处理、统计分析、结果解释等；

S9：使用控制模块对整个分析过程进行控制和监控，确保各个模块按预定程序运行，并记录相关参数和操作；

S10：当一轮分析完成后，使用清洗模块对流体管道、传感器、样品载体等进行彻底清洗，以避免交叉污染和干扰；

S11：对于需要保留的样品，使用样品储存和传输模块进行存储和传输，以备后续分析或存档。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种自动化单分子免疫分析系统，其特征在于，该一种自动化单分子免疫分析系统由流体处理模块、传感器模块、样品处理模块、分析模块、控制模块、数据处理和分析模块、样品储存和传输模块、清洗模块、温控模块、自动化取样模块组成；

其中，流体处理模块包括液体泵、阀门、管道、连接件、混合器、过滤器和温度控制装置组成。

2.如权利要求1所述的一种自动化单分子免疫分析系统，其特征在于：液体泵选用注射泵、蠕动泵或压力驱动泵，阀门选用电磁阀、微流控阀或旋转阀；

其中，混合器选用机械搅拌器、微流控混合器或超声波混合器，过滤器选用微孔滤膜、滤芯或纸滤器，温度控制装置选用加热器、冷却器或温控模块。

3.如权利要求2所述的一种自动化单分子免疫分析系统，其特征在于：所述传感器模块包括探针(或抗体)、识别元素、传感器芯片或基底、信号转换器和信号检测系统；

其中，探针或抗体可以是单链抗体、多克隆抗体或重组抗体，识别元素位于传感器表面。

4.如权利要求1所述的一种自动化单分子免疫分析系统，其特征在于：样品处理模块包括样品输入接口、样品处理液路、样品混合/搅拌器、温度控制机构、分离纯化装置和自动化控制系统；

其中，样品处理液路包括液体进样管道、混合搅拌装置和反应室，温度控制机构通常包括加热装置、冷却装置、温度传感器和温度控制系统，以维持恒定的温度条件。

5.如权利要求1所述的一种自动化单分子免疫分析系统，其特征在于：分析模块包括检测器、信号放大和转换模块、数据采集与处理系统和数据分析与解释模块；

控制模块包括控制软件、用户界面、控制器、传感器接口和反馈、运动控制系统、硬件接口。

6.如权利要求1所述的一种自动化单分子免疫分析系统，其特征在于：所述数据处理和分析模块包括数据采集系统、数据预处理模块、数据解析模块、数据分析算法模块、结果可视化模块和数据存储与管理模块；

样品储存和传输模块包括样品容器、样品识别和追踪系统、样品存储设备、样品传输系统、样品处理模块、样品舱或工作站。

7.如权利要求1所述的一种自动化单分子免疫分析系统，其特征在于：所述清洗模块包括清洗液供给系统、清洗通道或管路、清洗周期控制系统、污染物收集和处理系统、清洗模式选择和调整装置；

温控模块包括加热元件、温度传感件、控制系统、温度显示和调节装置、温度稳定性和均匀性的控制装置。

8.如权利要求1所述的一种自动化单分子免疫分析系统，其特征在于：所述自动化取样模块包括样品载体或样品盒、取样针或取样头、取样液体传送系统、取样容器定位系统、取样量控制装置、清洗系统。

9.如权利要求8所述的一种自动化单分子免疫分析系统，其特征在于：样品载体可以是微孔板、管式样品架或试管阵列。

10.一种自动化单分子免疫分析系统的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：准备样品，将待测样品准备好并放置在系统接受样品的位置，如样品盒或样品载体；

S2：使用样品处理模块对样品进行必要的预处理步骤，如稀释、洗涤或反应；

S3：启动自动化取样模块，使其准确地从样品载体或样品盒中吸取所需的样品；

S4：使用流体处理模块将样品转移到传感器模块进行分析；

S5：将样品移到传感器模块，通过特定的传感器进行单分子免疫分析；

S6：在分析过程中使用温控模块对样品进行恒温控制，以确保结果的准确性和可重复性；

S7：通过分析模块对传感器收集到的数据进行处理和分析，以得出所需的结果；

S8：将分析得到的数据输入到数据处理和分析模块中，进行进一步的数据处理、统计分析、结果解释等；

S9：使用控制模块对整个分析过程进行控制和监控，确保各个模块按预定程序运行，并记录相关参数和操作；

S10：当一轮分析完成后，使用清洗模块对流体管道、传感器、样品载体等进行彻底清洗，以避免交叉污染和干扰；

S11：对于需要保留的样品，使用样品储存和传输模块进行存储和传输，以备后续分析或存档。