CN1936588B - 多种微量液体的自动分配装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物工程领域的多种液体的自动分配装置，包括：吸液器，推液器，溶液样本库，反应池，多通连接头，四通连接头，塑料软管，电磁夹，空气过滤网，液体寄存腔。其中液体寄存腔有一个进气口、一个进液口和一个出液口，进液口与溶液样本库相连通，出液口与反应池相连通。各部件之间用塑料软管相互连接，用电磁夹控制塑料软管的通断。利用本发明，可以实现多种液体连续、并行的高精度分配，可以满足DNA计算自动化样机中关于反应溶液取样的需要。

Description

多种微量液体的自动分配装置

技术领域

本发明涉及的是一种生物工程技术领域的装置，特别是一种多种微量液体的自动分配装置。

背景技术

DNA(脱氧核糖核酸)计算技术，简单地说，是根据DNA双螺旋结构独特的结合方式，人为的对DNA分子的4种碱基对进行重新组合和择列，从而实现数值和逻辑运算功能，由于完成该运算的介质为DNA链，所以称为DNA计算。DNA计算的过程是将DNA分子置于反应池里，使之在特定的溶液中进行反应和处理的过程。DNA计算时，需要向反应池中添加样本溶液、缓冲液，连接酶和氢氧化钠溶液等，总共18种(或者更多)不同的溶液。在DNA计算自动化样机中，需要一套DNA计算反应溶液的自动分配装置来实现DNA计算反应溶液的自动采样和加样，该装置的性能和精度直接关系到DNA计算自动化样机计算结果的正确性，该装置须满足以下要求：1)溶液采样和加样过程全部自动化，可以连续、并行地对多种溶液采样和加样；2)装置体积小、结构简单、性能可靠；3)采集和添加何种溶液可任意选择；4)分配每种溶液的量，从5μl(微升)到200μl根据计算的具体要求变化；5)分配溶液量精度要求很高。

经过对现有技术文献的检索发现，专利号为：200510102436.2，专利名称为：一种微量液体精密分配仪器及其使用方法，该专利自述为：“本发明公开了一种微量液体精密分配仪器及其使用方法，用于精准的重复分配微量样品，特别是用于制备用来进行生化实验的微阵列。一个压力生成模块用来控制吸样量和喷样压力，和一个微阀相连；微阀用来在给定压力下精确地控制喷样量。一个压力源用来高效地排出流路内的残液。为提高样品利用率，可以在吸取样品前，先吸入一定体积的工作液。本发明简化了压力调整过程，缩短取样和清洗过程；通过独立的排气泡和液珠部件，最大程度减少气泡对微喷性能的影响；并采用多种加样模式以节省样品；多路微喷通道可以采用同一个压力生成模块，从而大大降低成本。”该文献所述的微量液体精密分配仪器及其使用方法，主要用于制备生物芯片，其结构和装置可以通过可编程控制器来控制微阀和两位三通阀等阀门，实现微量溶液的采集和自动分配。但是对于DNA计算自动化样机来说，如果用电磁阀作为管路开关的话，泄漏和残留的比例将比较大，会影响溶液分配量的精度。另外，该装置在分配样品时，需要通过附加的机械手运动系统来移动喷头，当装置实施多种液体分配时，就需要机械手系统不断抓取不同喷头在不同点位之间频繁运动。所以该装置本身不具备多种液体自动分配的功能，即使通过附加的机械手运动系统，也无法实现连续、并行的多种液体自动分配。而且附加的机械手运动系统会使整体系统的体积庞大，增加运动控制的难度和复杂度，不符合DNA计算自动化样机所要求的体积小、结构简单、性能可靠等要求。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种高精度的多种微量液体自动分配装置，使其可以应用在DNA计算自动化样机上的微量多种液体精确分配，可以实现连续自动微量液体分配的自动机构。

本发明是通过以下技术方案实现的：本发明包括：吸液器，推液器，溶液样本库，反应池，多通连接头，四通连接头，塑料软管，电磁夹，空气过滤网，液体寄存腔。吸液器和推液器分别通过塑料软管与四通连接头的两个口相连，四通连接头的第三个口通过塑料软管与多通连接头的进口相连，在连接四通连接头和多通连接头的塑料软管上设置一个电磁夹，并在该电磁夹与多通连接头之间的塑料软管内设置空气过滤网，四通连接头的第四个口通过塑料软管与外部空气连通，塑料软管上设置一个电磁夹。多通连接头的其余出口分别通过塑料软管与多个液体寄存腔相连，每个溶液寄存腔还通过两个塑料软管分别连通溶液样本库和反应池，并在这两个塑料软管上都设置一个电磁夹，电磁夹的位置紧邻溶液寄存腔。

每个液体寄存腔，都有一个进气口、一个进液口和一个出液口，进气口与多通连接头的一个出口连接，进液口与溶液样本库相连通，出液口与反应池相连通。

各部件之间用塑料软管相互连接，用电磁夹控制塑料软管的通断。

本发明从样本库中吸取溶液的动作由吸液器来驱动，吸液器主要由活塞泵和驱动电机组成。工作时，四通连接头连接外部空气的软管上的电磁夹闭合，连接多通连接头的软管上的电磁夹开启，液体寄存腔的进液口处的电磁夹开启且出液口处的电磁夹关闭，活塞抽取运动，将液体从样本库吸取到液体寄存腔中。吸样时，可以控制电磁夹使所有液体寄存腔同时吸取相应的样本溶液，也可以根据需要使单个或多个液体寄存腔吸取相应的样本溶液。吸液器运行要平缓，而且保证每次吸液量不超出液体寄存腔最大体积。连续吸取后，活塞运行到最大行程点，这时候不能实现液体的吸取工作，需要对活塞复位(若采用空气泵等机构则不存在这个问题)。吸液器的活塞复位时，四通连接头连接外部空气的软管上的电磁夹开启，连接多通连接头的软管上的电磁夹闭合，活塞压缩运动把活塞缸里的空气排放到外界，完成复位。在实际应用中吸液器也可以采用空气泵等相类似的气体吸取装置。吸液器活塞泵腔体的体积(V活塞缸)大于所有液体寄存腔腔体的体积(V液体腔)之和，即V活塞缸＞∑V液体腔。这样可以保证活塞泵一次抽取可以吸取全部样本溶液。

本发明向反应池加注溶液的动作由推液器来驱动，推液器是由精密微量注射器和伺服电机，以及相应部件组成的高精度伺服系统，完成推动液体寄存腔中的液体到反应池。伺服电机精确控制注射器的推进行程，确保溶液分配微升级的精度，在实际的应用中，推液器也可以用精密注射泵来代替。工作时，四通连接头连接外部空气的软管上的电磁夹闭合，连接多通连接头的软管上的电磁夹开启，所有液体寄存腔的进液口处的电磁夹全部关闭，根据需要开启一个或多个液体寄存腔的出液口处的电磁夹。连续推液后，注射器活塞运行到最小行程点，这时不能实现液体的推动工作，需要对活塞复位。推液器的活塞复位时，四通连接头连接外部空气的软管上的电磁夹开启，连接多通连接头的软管上的电磁夹闭合，活塞抽取运动，从外界吸入空气，完成复位。

本发明控制管路的导通与否通过电磁夹来实现，电磁夹是一种用电磁铁驱动的夹子式开关，由电磁铁和夹子组合而成，通过电磁铁的作用使夹子控制塑料软管的开合。

本发明中的多通道连接头有一个进口和多个出口(18个或更多)，实际的应用中，可以根据需要设置出口的数量。

本发明中的液体寄存腔有18个或者更多，实现分配液体的临时存储功能，每个液体寄存腔都有一个进气口、一个进液口和一个出液口，可以连续和并行地向反应池加注溶液。

本发明中所用的空气过滤网，用来过滤外界空气，防止外界空气对样本溶液产生污染。

利用本发明，可以实现多种液体连续、并行的高精度分配。安装在塑料软管上的电磁夹作为管路的通断器件，起阀的作用可以保证液体无泄露，而且结构简单，可靠。吸液器和推液器的交替作用，完成液体从样本库→液体寄存腔→反应池的连续吸/推工作。液体寄存腔的液体进口和出口的塑料软管上各安装一个电磁夹，实现液体分配的选择性。推液器采用伺服电机控制的精密微量注射器，实现微升级的液体分配精度。可以满足DNA计算自动化样机中关于反应溶液取样的需要。本发明只阐述了高精度多种液体自动分配装置的硬件结构和原理，没有包括控制器以及软件的编写。

附图说明

图1为本发明结构示意图

具体实施方式

如图1所示，本发明包括：吸液器1，推液器2，溶液样本库3，反应池4，多通连接头5，还包括：四通连接头6，塑料软管7、15、17、18、19，电磁夹8、16、20，空气过滤网9，液体寄存腔10。

吸液器1和推液器2分别通过一个塑料软管7与四通连接头6的两个口相连，四通连接头6的第三个口通过一个第一塑料软管7与多通连接头5的进口14相连，在连接四通连接头6和多通连接头5的一个第一塑料软管7上设置一个第一电磁夹8，并在该第一电磁夹8与多通连接头5之间的第一塑料软管7内设置空气过滤网9，四通连接头6的第四个口通过一个第二塑料软管15与外部空气连通，该第二塑料软管15上设置一个第二电磁夹16，多通连接头5的其余出口分别通过一个第三塑料软管17与多个液体寄存腔10相连，每个溶液寄存腔10还通过一个第四塑料软管18和一个第五塑料软管19分别连通溶液样本库3和反应池4，并在第四塑料软管18和第五塑料软管19上都设置一个第三电磁夹20，该第三电磁夹20的位置紧邻溶液寄存腔10。

所述液体寄存腔10，设有一个进气口11、一个进液口12和一个出液口13，进气口11与多通连接头5的一个出口连接，进液口12与溶液样本库3相连通，出液口13与反应池4相连通。

所述吸液器1、推液器2、溶液样本库3、反应池4、多通连接头5、四通连接头6、液体寄存腔10之间相互连通的管路采用塑料软管7、15、17、18，并用电磁夹8、16、20控制塑料软管7、15、17、18、19的通断。

Claims (2)

1.一种多种微量液体的自动分配装置，包括：吸液器(1)、推液器(2)、溶液样本库(3)、反应池(4)、多通连接头(5)、四通连接头(6)、若干个塑料软管(7、15、17、18、19)、若干个电磁夹(8、16、20)、空气过滤网(9)、液体寄存腔(10)，其特征在于，吸液器(1)和推液器(2)分别通过一个塑料软管(7)与四通连接头(6)的两个口相连，四通连接头(6)的第三个口通过一个第一塑料软管(7)与多通连接头(5)的进口(14)相连，在连接四通连接头(6)和多通连接头(5)的第一塑料软管(7)上设置一个第一电磁夹(8)，并在该第一电磁夹(8)与多通连接头(5)之间的第一塑料软管(7)内设置空气过滤网(9)，四通连接头(6)的第四个口通过一个第二塑料软管(15)与外部空气连通，该第二塑料软管(15)上设置一个第二电磁夹(16)，多通连接头(5)的其余出口分别通过一个第三塑料软管(17)与多个液体寄存腔(10)相连，每个溶液寄存腔(10)还通过一个第四塑料软管(18)和一个第五塑料软管(19)分别连通溶液样本库(3)和反应池(4)，并在第四塑料软管(18)和第五塑料软管(19)上都设置一个第三电磁夹(20)，该第三电磁夹(20)的位置紧邻溶液寄存腔(10)。

2.根据权利要求1所述的一种多种微量液体的自动分配装置，其特征是，所述液体寄存腔(10)，设有一个进气口(11)、一个进液口(12)和一个出液口(13)，进气口(11)与多通连接头(5)的一个出口连接，进液口(12)与溶液样本库(3)相连通，出液口(13)与反应池(4)相连通。

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