CN1825115A - 一种生物芯片反应仪 - Google Patents

Abstract

一种生物芯片反应仪，包括有主箱体、载物台和恒温反应装置，主箱体内设有控制电路板、泵、电磁阀、压力调节装置、垂直运动机构和水平运动机构，清洗头连接于垂直运动机构，载物台连接于水平运动机构。载物台一侧设有恒温反应装置，该装置箱体由复层耐热材料组成，夹层中有均匀分布的发热器件，箱体内设置空气循环装置和多个温度传感器，箱体前壁设置一活动门，使芯片进行振荡反应时，箱体保持密闭。控制系统实现各参数设置、自动完成操作步骤及仪器状态的实时监控，并即时显示于液晶器。本发明将恒温反应过程和洗涤过程合二为一，一机多用，适用于生物芯片并能兼容ELISA板条，操作简便、自动化程度高，精密度好，安全无污染。

Description

一种生物芯片反应仪

技术领域

本发明涉及临床医学检验及化学分析中的自动化的反应和清洗设备，确切地说，是一种针对生物芯片，集恒温、振荡、清洗功能于一体，并能兼容ELISA板条的自动化的反应和洗涤设备。

背景技术

生物芯片技术是是近年来高新技术领域中极具时代特征的、集物理学、微电子学与分子生物学等综合学科交叉形成的高新技术。它主要通过平面微细加工技术构建的微流体分析单元和系统，以实现对细胞、蛋白质、核酸及其它生物组分的准确、快速、大信息量检测。该技术突破了传统检验方法的局限，具有检测通量大、精确、快速、微量等优点，已广泛应用于免疫诊断、基因诊断、功能基因研究、基因组文库图型分析、新药筛选、食品检验、法医学等诸多领域，也是未来临床检验诊断领域发展的必然趋势，在多指标、并行、快速确诊方面具有传统方法无可比拟的优势。生物芯片与配套设备生物芯片检测仪、生物芯片反应仪组成检测系统，充分体现了先进疾病诊断技术的自动化、系统化、信息化等特点。而在生物芯片或ELISA实验中，充分的反应、合理的洗涤方式是保证其结果准确可靠的必要条件。

目前，市场上只有针对于ELISA的洗板机，还没有针对于芯片膜洗涤的洗板机，更没有将反应和洗涤两者整合在一起的反应仪。现有的ELISA洗板机，如中国专利公告号CN2276635Y“自动酶标洗板机”，只包括有电器控制板、泵、工作台、垂直运动机构、水平运动机构等组成部分，其放置ELISA板条的载物台结构比较简单，采用在载物台上制作与ELISA板条相匹配的凹槽的夹具方式，其一侧固定在水平运动机构上，另一侧通过一滑块在水平面上滑行。而目前基于ELISA反应的生物实验都是通过在单独的恒温摇床仪器上进行反应的模式操作，生物芯片是在ELISA的基础上发展起来的，还是延续了通过在单独的恒温摇床仪器上进行反应的操作模式，所以在之前的洗板机上还没有出现可供ELISA或者芯片恒温反应的恒温装置。无论从恒温反应和洗涤、振荡单个功能模块考虑，还是从恒温摇床反应外加洗板机的这种操作模式整体来看，都存在一定的缺陷。

一、从反应或者洗涤单个功能考虑，现有的恒温摇床和ELISA洗板机都存在一定的缺陷：

1.恒温反应装置箱体内温度均一性、稳定性、准确性都比较差，而且体积庞大。(具体见恒温反应装置另案申请专利。)

2.载物台采用在载物台上与ELISA板条相匹配的凹槽的简单夹具方式，虽然能将ELISA板条固定在载物台上，但不仅影响运动精度和使用寿命，而且还容易造成污染和仪器故障。(载物台已另案申请专利。)

3.通过控制液流的时间来控制ELISA板条每孔加液体积的量，形式单一，无法满足日趋复杂的生物医学检测要求。

4.程序控制针对ELISA标准板条的洗涤条件设计，无法满足芯片更独特的洗涤要求。

二、这种恒温摇床反应外加洗板机的传统操作模式，虽然能基本满足目前检测的功能，但存在如下不足：

1.操作烦琐：由于每完成一次操作都需要在两种设备上进行，设备间的传递也必须由人来完成，操作烦琐。

2.试验时间长：由于每个试验都有2步反应和多次振动完成，若由人工操作，复杂、耗时。

3.试验误差较大：使用的设备越多，由每台设备带来的误差越多，而且人工操作也带来更多的操作误差。

因此，本领域迫切需要开发一种针对生物芯片，集芯片膜反应和洗涤功能于一体，同时也兼容ELISA板条的恒温反应、振荡和清洗装置。而本发明涉及的生物芯片反应仪，正是符合了这样的需求，不仅集这几项功能于一体，能自动完成所有的操作，而且还能满足ELISA、芯片的个性化要求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种全新的可以适用于生物芯片和酶联免疫(ELISA)各种检测要求的恒温反应和清洗的装置，并将生物芯片或ELISA板条的清洗、振荡和恒温反应集为一体，有效地克服了现有的洗板机仅针对ELISA板条，而且洗涤与反应需分两台设备进行，且无法自动化完成的缺陷。设计巧妙，可以根据各种生物芯片和ELISA不同的要求设计不同的操作程序，全自动完成操作过程，使用方便，并可随时吸取反应废液，防止废液污染和液体外漏对仪器的影响；芯片或ELISA进行恒温振荡反应时，恒温反应装置箱体密闭良好，且箱体内温度稳定均匀，检测安全无污染，自动化程度高，结果准确稳定。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供了一种生物芯片反应仪，包括有主箱体、载物台和恒温反应装置，主箱体内设有控制电路板、泵、电磁阀、压力调节装置、垂直运动机构和水平运动机构，清洗头连接于垂直运动机构，载物台连接于水平运动机构。载物台被分隔为废液槽和芯片安置区，但两者底部通过孔、槽连通，且芯片安置区底面倾斜一小角度，使废液槽底面为整个凹槽底面最低位置，载物台上还设有和恒温反应装置配合的活动门，该活动门可以随载物台一起运动。恒温反应装置设置在工作台一侧，该恒温装置箱体由复层耐热材料组成，夹层中有均匀分布的发热器件，箱体内设置空气循环装置和多个温度传感器，箱体和设置在载物台上的活动门配合，使载物台带动芯片或者ELISA板条在箱体内进行振荡反应时，箱体仍能始终保持密闭。

本发明提供了泵、压力调节装置和电磁阀。通过压力调节装置，调节加液瓶中的压力，控制加液流速；通过电路控制电磁阀的通断，控制加液时间。通过对加液压力和时间的控制来控制加液量。每个检测孔的加液体积则通过控制清洗头的加液高度来调节。

本发明提供了一种控制电路板和液晶显示器，控制电路可以设置和存储反应与洗涤程序，程序中可以分别设定ELISA板条和芯片各自的位置参数，以及满足各种类型ELISA、芯片反应和洗涤要求的程序参数，实现反应与洗涤的自动化，还可以实时监控程序状态，并显示于液晶显示器上，实现人机对话。(该程序另案申清的版权保护。)

本发明提供了一种新型的载物台，以及新型的恒温反应装置。(载物台和恒温反应装置另案申请专利)

本发明同现有技术相比优势明显：

1.本发明提供的载物台，不仅能兼容生物芯片和ELISA板条，并保持其装卡的水平性，而且还具有收集废液的功能，降低了污染和影响仪器正常工作的可能性。

2.本发明提供的恒温反应装置，设有活动门、空气循环装置和多个温度感应装置，能很好的保持恒温反应装置箱体的密闭性，温度的均一性、稳定性和准确性。

3.本发明将恒温反应装置小型化并结合了洗板机功能，不但减少了设备数量，缩小了设备占用空间，还节约了设备成本。

4.本发明提供的控制电路和程序，针对反应和洗涤要求相对较高的生物芯片进行设计，并能够兼容ELISA板条，通过设置各参数设计不同的反应和洗涤程序，可以满足各种不同类型的生物芯片和ELISA板条。

5.本发明不仅能够通过控制加液时间和加液压力两个方面来控制加液量，准确度高。

6.本发明能够全自动完成生物芯片或ELISA板条的反应和洗涤程序，不仅减少了人员工作负担，还节约了操作时间，并大大降低了试验误差。

附图说明

图.1为本发明的结构示意图；

图.2为本发明的管路连接示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

请参见图1所示，本发明包括有主箱体1、工作台3、载物台5和恒温反应装置8，主箱体1内设有控制电路板9、泵13、电磁阀16、压力调节装置17、垂直运动机构10和水平运动机构2，清洗头6连接在垂直运动机构10上，载物台5连接在水平运动机构2上，载物台5上连有活动门4。主箱体1上设有控制按键11和液晶显示器12。

载物台5被分隔为废液槽和芯片安置区，载物台5上设有活动门4。恒温反应装置8设置在工作台3的一侧，箱体8和活动门4配合，使箱体密闭良好(载物台和恒温反应装置另案申请专利)。

请参见图2所示，主箱体内设置了泵13、压力调节装置17和电磁阀16，管路彼此相连，接到清洗头6、加液瓶15和废液瓶14电路控制板9及程序控制电磁阀16控制加液的时间，对加液压力和时间的综合控制进尔控制清洗头6加液体积。

本发明提供了一种控制电路板9、液晶显示器12和简洁的控制按键11，控制电路9可以控制水平运动机构2、垂直运动机构10、恒温装置8中的空气循环装置和温度控制系统、泵13和电磁阀16，且控制电路中可以设置和存储反应与洗涤程序，程序中可以分别设定ELISA板条和芯片各自的位置参数，以及满足各种类型ELISA、芯片种类反应和洗涤要求的程序参数，包括洗涤类型、反应温度、反应振荡强度、反应时间、洗涤强度、洗涤时间、振荡时间等等，可以根据设置的反应、洗涤程序，全自动完成ELISA或芯片反应与洗涤操作，并实时监控程序状态，显示于液晶显示器上，实现人机对话。(该程序另案申请版权保护)

本发明提供了一种新型的载物台5及恒温反应装置8。(载物台和恒温反应装置另案申请专利)

本发明的具体操作步骤以及工作原理如下：

(1)用户在初装时或者更换ELISA板条、芯片类型时，根据所用的ELISA板条、芯片类型重新设定ELISA板条、芯片各自的位置参数，并保存。

(2)使用开机时，控制程序会对整个系统进行一次自我检查，自我检查完成后可先利用控制系统设定管路冲洗时间，适当冲洗管路，防止管路中其它物质对管路的堵塞以及对试验的影响。

(3)根据试验需要设定反应和洗涤的参数，包括洗涤类型、反应温度、反应振荡强度、反应时间、洗涤强度、洗涤时间、振荡时间等，并保存该程序。

(4)发出开始工作指令，首先水平运动机构2带动连接其上的载物台5以及活动门4回复到起始位置，活动门4和恒温反应装置8保持密闭，发热器件发热，使恒温反应装置8内温度上升，恒温反应装置8内空气循环装置和温度传感器开始工作，使箱体内温度均匀，并实时监控箱体内温度状况。当箱体内温度达到设定温度时，蜂鸣器和液晶显示器12提示放入芯片或者ELISA板条。

(5)利用控制按键11，使载物台5被水平运动机构2拖着沿着工作台3上的限位槽7运动到放置芯片或者ELISA板条处，将准备好的芯片或者ELISA板条放入载物台5，再通过控制按键11使载物台5运动到恒温反应装置处，活动门4和箱体8紧密接触，将其关闭，并根据设定的振荡条件开始振荡。

(6)根据设定的反应时间和反应条件反应完毕后，载物台5又被水平运动机构拖动到清洗工作区，通过垂直运动机构10带动清洗头6进行上下运动，同时泵13开始工作，吸液针开始吸液，当清洗头6运动到设定吸液位置时，保持一定的时间确定检测孔内的液体被吸干，然后清洗头6开始上升，到最高液面位置时，电磁阀l6打开，清洗头6的加液针开始加液，按照设定时间加液一定时间后电磁阀16关闭，清洗头6开始上升，水平运动机构2带动载物台5运动到第二排检测孔，开始第二排的冲洗，……直到冲洗完所有的检测孔，然后按照设定的程序确定是否再冲洗几遍，或者根据设定完成静置、振荡过程，并根据程序设置指令进行下一步操作。

(7)根据设定的反应与洗涤程序，自动完成所有的反应、洗涤、振荡过程，退出到结束位置，并由蜂鸣器和液晶显示器12提示操作结束，用户可从载物台5上取出芯片或ELISA板条，进行下一步操作。

Claims (8)

1.一种生物芯片反应仪，包括有主箱体、载物台、恒温反应装置和液晶显示器，主箱体内设有控制电路板、泵、电磁阀、压力调节装置、垂直运动机构和水平运动机构，清洗头连接于垂直运动机构，载物台连接于水平运动机构。载物台一侧设有恒温反应装置，该装置的箱体由复层耐热材料组成，夹层中有均匀分布的发热器件，箱体内设置空气循环装置和多个温度传感器，箱体前壁设置一活动门，使载物台带动芯片在箱体内进行振荡反应时，箱体保持密闭。

2.根据权利要求1的一种生物芯片反应仪，其特征在于，所述的反应仪是洗涤振荡装置和恒温反应装置结合的整体；在软件控制下既可实现整体联动，又能单独实现各自功能。

3.根据权利要求1的一种生物芯片反应仪，其特征在于，所述的主箱体内设有控制电路板、泵、电磁阀、压力调节装置、垂直运动机构和水平运动机构，清洗头连接于垂直运动机构，载物台连接于水平运动机构，箱体外设有液晶显示器。

4.根据权利要求3的一种生物芯片反应仪，其特征在于，所述的主箱体内设有控制电路板、泵、电磁阀和压力调节装置，可以实现管路中液体的压力和通断控制。

5.根据权利要求3的一种生物芯片反应仪，其特征在于，所述的控制电路板专门设计，并由专门编写的软件控制，可以设置和存储反应与洗涤程序，程序中可以分别设定酶联免疫(ELISA)和芯片各自的位置参数和反应洗涤程序参数，可以实现ELISA或芯片反应与洗涤操作过程的自动完成，可以实时监控程序状态，并显示于液晶显示器上，实现人机对话。

6.根据权利要求1的一种生物芯片反应仪，其特征在于，所述的载物台的凹槽被分隔为废液槽和芯片安置区，但两者之间底部通过缝隙、孔洞或管路相互连通；芯片安置区底面倾斜一小角度，使废液槽底面为整个凹槽底面最低位置；底座上设计不同高度的可调夹具支架，可使水平放置的生物芯片或ELISA板条保持水平；底座下设计有加强筋。

7.根据权利要求1的一种生物芯片反应仪，其特征在于，所述的载物台通过U形框与水平运动机构相连，载物台和U形框之间设有一活动门；U形框的另一水平臂及下臂的滚轮装置可沿工作台上的限位槽进行水平滚动。

8.根据权利要求1的一种生物芯片反应仪，其特征在于，所述的恒温反应装置包括箱体和与箱体独立的活动门，箱体由复层耐热材料组成，夹层中有均匀分布的发热器件，箱体内设置空气循环装置，还设有温度传感器。

Images