CN201096780Y

CN201096780Y - 一种生物芯片点样平台

Info

Publication number: CN201096780Y
Application number: CNU2007200716356U
Authority: CN
Inventors: 穆海东; 汪宁梅; 刘聪; 蔡锦达
Original assignee: Shanghai Yulong Biological Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Yulong Biological Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2008-08-06
Anticipated expiration: 2017-06-26

Abstract

本实用新型公开一种生物芯片点样平台，涉及微阵列生物芯片的制备。它主要利用能够高速运动的精密线性电机组合成三维分配机械手，同时具有1～48根点样针的点样头，具有水浴冷却功能的工作平台上设有芯片固定平台、样品盒平台、点样针清洗干燥装置，在计算机软件的控制下操作电控箱和分配机械手，快速完成点样，最后形成完整的生物芯片。该点样平台具有结构紧凑、操作简便、速度快、效率高、精密度高、交叉污染少、适用性广等特点，非常适用于生物芯片的规模化生产，也适合于科研和应用。

Description

一种生物芯片点样平台

技术领域

本实用新型涉及微阵列生物芯片的制备，更确切的说，涉及一种多指标、多人份并行检测用微阵列生物芯片的快速点样平台。

背景技术

现有的几种生物芯片制备的方法，基本上可分为两大类：一类是原位合成(即在支持物表面直接原位合成寡核苷酸探针)；一类是预合成后直接点样，将微量DNA溶液直接以微阵列的形式点放并固化在芯片载体上。由于原位合成方法非常复杂，所以大多数的DNA微阵列芯片都是采用合成点样法。而蛋白芯片的制备，由于方法的限制，都是采用先合成后点样的方法制备。合成点样法是将预先通过液相化学合成好的探针经纯化、定量分析后，通过微阵列点样平台，准确、快速地将不同探针样品定量点样于带正电荷的尼龙膜或硅片等相应位置上，固化后即得到DNA微阵列或蛋白芯片。点样的方式分两种，其一为接触式点样，即点样针直接与固相支持物表面接触，将样品留在固相支持物上；其二为非接触式点样，即喷点，它是以压电原理或微量电磁阀通断原理将样品通过毛细管直接喷至固相支持物表面。国内外的很多公司和科研机构先后开发出了各种具有各自特色的生物芯片点样仪。

现有的生物芯片点样仪，主要分为两种：一种是面向个人、实验室和医院的小型点样仪，其操作灵活，可满足各种个性化的点样要求，且价格低廉，但是点样效率较低，精度和工作稳定性较差，适用于科学研究与其他简单的应用。另一种是提供给生物芯片制造商或者专业研究机构的大型工作站，这些设备多采用精密的电控平台组成机械手，运动精度、点样效率、和工作稳定性都有明显提高，但是其价格高昂，所以该类设备适用于具有一定实力的生物芯片制造商或者专业研究机构进行深入研究和生产，且该类设备多为国外进口设备，由于其价格昂贵，耗材成本高，不适合在国内进行推广。另外，目前大多生物芯片点样设备都是设计为将探针点在玻片等刚性载体上，很少有点在膜等软性载体上，面向点样基质比较单一。

但是随着生物芯片技术的发展，生物芯片的需求增加，对生物芯片点样仪的要求也进一步提高，向精度更高、速度更快、效率更高、适用性更广的方向发展，而目前现有的生物芯片点样仪已经无法满足这种快速大型化生产的需要。与此同时，随着科学技术的进步，其它相关技术的迅速发展，却为生物芯片制备提供了更好的技术支持，比如运动控制技术中更高速、精度更高的精密线性电机的实用新型，必然会带来生物芯片点样技术中的革命。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种微阵列生物芯片快速制备平台，可以克服上述技术的不足，提供一种高精度、快速高效、模块化、功能齐全、结构紧凑、可以应用于多指标、多人份检测用微阵列生物芯片的生产制备。本实用新型具有操作简便、速度快、效率高、精度高、适用性广等特点，不仅适用于实验室和医院研究用生物芯片的制备，而且适用于生物芯片制造商的生物芯片大规模生产，能加快生物芯片技术产业在国内的广泛推广及发展。

本实用新型的技术方案如下：

一种生物芯片点样平台，由工作平台、三维分配机械手、点样头、芯片固定平台、样品盒平台、点样针清洗干燥装置、电控箱、计算机组成；其中三维分配机械手、芯片固定平台、样品盒平台、点样针超声清洗干燥装置都固定在工作平台上，点样头固定或连接在三维分配机械手上；三维分配机械手、点样头、点样针清洗干燥装置、电控箱和计算机之间由数据线连接并受计算机软件控制。

所述的三维分配机械手由X轴、Y轴和Z轴组合而成，作为本实用新型的一种改进，其中X轴、Y轴由精密线性电机(或称线性马达)组合，而其中Z轴运动平台可以为线性电机，也可以为普通电控平移台。精密线性电机(或称线性马达)具有精密编码器进行反馈，形成闭环式控制。所述的三维分配机械手可以为龙门式结构——即X轴线性电机直接安装在底座上，包括相互平行的两条导轨和驱动电机，Y轴线性电机呈门字形安装在X轴上，Z轴运动平台连接在Y轴线性电机上，点样头安装在Z轴之上；也可以为倒垂式——即X轴线性电机通过支柱架在底座上空，Y轴线性电机直接安装在X轴上，然后Z轴运动平台连接在Y轴线性电机上，点样头安装在Z轴之上。

作为本实用新型的另一种改进，芯片固定平台包括玻片固定平台、标准多孔板固定平台和膜芯片固定平台三种平台，玻片固定平台由载玻片托板、装卡手轮、玻片压簧片等组成，玻片装卡槽在载玻片托板上，配合玻片压簧片用来装卡玻片，而标准多孔板固定平台和膜芯片固定平台为具有一定数量凹槽的平行板，可以装卡标准多孔板、膜芯片等。所述的玻片固定平台、标准多孔板固定平台和膜芯片固定平台设计为多个安装尺寸相同的可以相互替换的模块，通过卡槽或螺钉等可方便拆卸的方式固定在工作平台上，可以方便的从工作平台上取下和摆放，通过工作平台上的定位块进行定位。操作时可以从点样平台中取出，在设备外摆放所有的玻片后再放入点样平台中。

作为本实用新型的另一种改进，所述的点样针清洗干燥装置包括粗洗槽、精洗槽和风干槽，粗洗槽和精洗槽放有流动的清洗液，粗洗槽和精洗槽底部装有超声波发生器，利用其“空化”效应加强清洗，点样针先放入粗洗槽、洗除大部分残留样品，然后再放入精洗槽，进一步清洗掉顽固的残留物，接着到风干槽风干点样针，干燥过程通过快速经过点样针针尖附近的强空气流来完成。

所述的工作平台为高度平整的平板，平板中有中空的迂回密闭管路，管路中充满流动的冷却液，并通过2～8个接口以及连接管连接到冷却箱，由冷却箱对管路中的冷却液进行温度控制。

所述的计算机控制程序的设计模型是控制XYZ三维机械手、控制点样管路系统的点样动作、控制点样的数目和能在相同的点上重复。

作为本实用新型的改进之一，使用了线性电机作为三维分配机械手的组件，所以也就引入了很多线性电机的优势：小型化设计，所需空间小；高加速度，高移动速度；精确性高而且定位快速；运动平顺；可靠度高；无摩擦损耗；耐久使用；不需要校正；维护简单。

与目前已有的产品相比，本实用新型的主要优点在于：

1)速度快。由于线性电机的加速度可以高达50m/s²，所以在瞬时就可以将速度提升到设定速度，而且其本身最高的速度就可以高达3m/s，是现有点样仪中传统使用的滚珠螺杆传动方式所无法达到的。

2)效率高。由于微阵列生物芯片点样的过程中绝大部分的时间用在分配机械手的位置移动中，而线性电机的高加速度和可达高速性能使得其位置移动相同距离的时间大大缩短，点样效率大大提高。便于取放的芯片固定平台可以在点样设备外进行玻片摆放再放入点样平台中，打破了原有设备在工作平台中依次摆放玻片的操作模式，即使在点样设备工作时还可以在设备外摆放玻片再放入点样平台中，避免了摆放玻片占用点样设备工作时间的问题。

3)精度高。现有点样仪中传统使用的滚珠螺杆传动方式的重复定位精度一般都大于10um，而线性电机的重复定位精度可以高达2um，再配合高精度的数字式光学尺，可以达到更高的精度。而且其运行过程中无摩擦损耗，避免了由于长时间运行过程中机械磨损带来的误差。

4)结构紧凑。由于线性电机采用直接驱动的方式，可以减少定位系统的零件数目，将三维分配机械手小型化，这样可以节约更多的空间给工作平台，而且芯片固定平台为可以更换的模块化设计，不仅适用更多的芯片基质，也使工作平台的利用率更高。

5)适用性广。本点样平台中的芯片固定平台包括膜芯片固定平台、标准多孔板固定平台和玻片固定平台两种可以相互替换的平台，可适用多种点样基质，可以是一张或多张尼龙膜或者硝酸纤维膜等膜基质，也可以是一个或多个玻片等刚性基质，还可以是一块或多块标准多孔板。

6)交叉污染少。本实用新型中所述的点样针清洗干燥装置包括粗洗槽、精洗槽和风干槽，不仅全过程采用超声清洗，而且两次清洗都是采用流动的洗涤液进行清洗，再配合风干去除残液，大大提高了清洗的效率，减少了交叉污染。

7)仪器本身的成本低。国外的一套仪器价格一般为几十万美元，而本设备的成本仅几十万元人民币，但其点样效率却是相当于多套国外设备，其性价比明显高出许多。

总之，该点样平台具有结构紧凑、操作简便、速度快、效率高、精度高、交叉污染少、适用性广等特点，不仅适用于实验室和医院研究用生物芯片的制备，而且适用于生物芯片制造商的生物芯片大规模生产。

附图说明

图.1为本实用新型所述生物芯片点样平台的一个实施例的三维示意图；

图.2为本实用新型中所述生物芯片点样平台的一个实施例的上视方向示意图；

图.3为本实用新型实施例中玻片固定平台安装好玻片并压紧玻片时上视方向的示意图；

图.4为本实用新型实施例中玻片固定平台安装好玻片并松开可以取放玻片时的三维示意图；

图.5为本实用新型实施例中96孔标准板固定平台安装好96孔标准板时的三维示意图；

图.6为本实用新型实施例中48孔膜芯片固定平台安装好48孔膜芯片时的三维示意图；

图.7为本实用新型实施例中点样针清洗干燥装置的上视方向示意图。

其中，(1)为X轴精密线性电机；(2)为冷却箱；(3)为Y轴精密线性电机；(4)为Z轴精密电控移动平台，也可以为精密线性电机；(5)为可以安装1～48跟点样针的点样头；(6)为玻片固定平台；(7)为一号缓冲液槽；(8)为二号缓冲液槽；(9)为点样针清洗干燥装置；(10)为样品盒平台；(11)为样品板；(12)为工作平台；(13)为评审拍摄装置；(14)为点样仪底座；(15)为电控箱；(16)为可调滑轮脚组；(17)为标准玻片；(18)为玻片托板；(19)为装卡手轮、(20)为玻片压簧片；(21)为标准多孔板；(22)为标准多孔板固定平台；(23)为48孔膜芯片；(24)为48孔膜芯片固定平台；(25)为点样针清洗干燥装置的负压出口；(26)为点样针清洗干燥装置的一号进液口；(27)为点样针清洗干燥装置的二号进液口；(28)为点样针清洗干燥装置的风干隔板；(29)为点样针清洗干燥装置的精洗槽，(30)为点样针清洗干燥装置的粗洗槽；(31)点样针清洗干燥装置的超声波发生器；(3)2为点样针清洗干燥装置的出液口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

如图1和图2所示，本实用新型所述的一种生物芯片点样平台，包括底座(14)，安装在底座(14)上的工作平台(12)，用精密线性电机(1)和(3)以及精密电控平移台(4)组合成的三维分配机械手，具有1～48根点样针的点样头(5)。所述的底座(14)可以直接通过可调支撑脚摆放在桌面上，也可以通过支架以及可调滑轮脚组(16)放在地面上。所述的工作平台(12)上设有芯片固定平台(6)、缓冲液槽(7)和(8)、样品盒平台(10)、点样针清洗干燥装置(9)、以及评审拍摄装置(13)。

其中，所述的三维分配机械手由X轴(1)、Y轴(3)和Z轴(4)组合而成，作为本实用新型的一种改进，其中X轴(1)、Y轴(3)由精密线性电机(或称线性马达)组合，而其中Z轴运动平台(4)可以为线性电机，也可以为常用精密电控平移台。精密线性电机(或称线性马达)(1)(3)具有精密编码器进行反馈，形成闭环式控制。所述的三维分配机械手可以为龙门式结构——即X轴线性电机(1)直接安装在底座(14)上，包括相互平行的两条导轨和驱动部分，Y轴线性电机(3)通过连接板呈“门”字形安装在X轴(1)上，Z轴运动平台(4)通过连接板连接在Y轴线性电机(3)上，点样头(5)安装在Z轴(4)之上，点样针安装在点样头(5)上；也可以为倒垂式——即X轴线性电机(1)通过支柱架在底座(14)上空，Y轴线性电机(3)直接安装在X轴(1)上，然后Z轴运动平台(4)连接在Y轴线性电机(3)上，点样头(5)安装在Z轴(4)之上。

作为本实用新型的另一种改进，所述的芯片固定平台包括玻片固定平台(6)、标准多孔板固定平台(22)和膜芯片固定平台(24)三种平台。玻片固定平台(6)由载玻片托板(18)、装卡手轮(19)、玻片压簧片(20)等组成，玻片装卡槽在载玻片托板(18)上，配合玻片压簧片(20)用来装卡玻片(17)，装卡手轮(19)则用于玻片压簧片(20)的操作与定位；而标准多孔板固定平台(22)和膜芯片固定平台(24)为具有一定数量凹槽的平板，可以装卡标准多孔板(21)、膜芯片(24)等。所述的玻片固定平台(6)、标准多孔板固定平台(22)和膜芯片固定平台(24)设计为多个安装尺寸相同的可以相互替换的模块，可以方便的从工作平台(12)上取下和摆放，通过工作平台(12)上的定位块进行定位。操作时可以从点样平台(12)中取出，在设备外摆放所有的玻片(17)或者标准多孔板(21)或者膜芯片(24)后再放入点样平台(12)中进行点样。

作为本实用新型的另一种改进，所述的点样针清洗干燥装置(9)包括粗洗槽(30)、精洗槽(29)和风干槽(28)，粗洗槽(30)和精洗槽(29)均具有流动的清洗液，且粗洗槽(30)和精洗槽(29)底部装有超声波发生器(31)，利用其“空化”效应加强清洗，点样针先放入粗洗槽(30)、洗除大部分残留样品，然后再放入精洗槽(29)，进一步清洗掉顽固的残留物，接着到风干槽(28)风干点样针，干燥过程通过快速经过点样针针尖附近的强空气流来完成。

所述的工作平台(12)为高度平整的平板，平板中有中空的迂回密闭管路，管路中充满流动的冷却液，并通过2～8个接口以及连接管连接到冷却箱(2)，由冷却箱(2)对管路中的冷却液进行温度控制。

所述的计算机控制程序的设计模型是控制XYZ三维机械手(1)(3)(4)、控制点样管路系统的点样动作、控制点样的数目和能在相同的点上重复。

下面结合其中一种点样基质——玻片上的点样来进一步介绍本实用新型的使用方法：

首先打开电控箱(15)电源，启动计算机并打开电控箱控制软件，将三维分配机械手的X轴(1)、Y轴(3)和Z轴(4)分别归零复位。将玻片固定平台(6)摆放在工作的桌面上，并通过装卡手轮(19)将其玻片压簧片(20)打开到放开状态，将要进行点样的玻片(17)装到载玻片托板(18)中对应的装卡槽中，然后过装卡手轮(19)将其玻片压簧片(20)放到压紧玻片的状态，再将玻片固定平台(6)放入到点样仪工作平台(12)中对应的位置，将需要点样的样品加入样品板(11)中，并放入样品固定平台(10)中，然后设计点样模板并执行点样程序，在点样之前以及每完成一种样品的点样，则进行1～10次的点样针超声清洗程序，风干后再进行下一个样品的点样，直到完成所有芯片的点样，点样结束后再进行1～10次的点样针超声清洗程序。

应理解，在阅读本实用新型的上述内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种增减或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1. 一种生物芯片点样平台，其特征在于，它由工作平台、三维分配机械手、点样头、芯片固定平台、样品盒平台、点样针清洗干燥装置、电控箱、计算机组成；其中三维分配机械手、芯片固定平台、样品盒平台、点样针超声清洗干燥装置都固定在工作平台上，点样头固定或连接在三维分配机械手上；三维分配机械手、点样头、点样针清洗干燥装置、电控箱和计算机之间由数据线连接并受计算机软件控制。

2. 根据权利要求1所述的一种生物芯片点样平台，其特征在于，所述的三维分配机械手由X轴线性电机、Y轴线性电机和Z轴运动平台组成；其中X轴线性电机、Y轴线性电机是具有精密编码器反馈的精密线性电机组合，Z轴运动平台为精密线性电机或普通电控平移台。

3. 根据权利要求1或者权利要求2所述的一种生物芯片点样平台，其特征在于，所述的三维分配机械手结构，可以为龙门式结构，即X轴线性电机直接安装在工作平台上，包括相互平行的两条导轨和驱动电机，Y轴线性电机呈门字形安装在X轴上，Z轴运动平台连接在Y轴线性电机上，点样头安装在Z轴运动平台之上；也可以为倒垂式，即X轴线性电机通过支柱架在底座上空，Y轴线性电机直接安装在X轴上，然后Z轴运动平台连接在Y轴线性电机上，点样头安装在Z轴之上。

4. 根据权利要求1或者权利要求2所述的一种生物芯片点样平台，其特征在于，所述的点样头具有1～48根点样针。

5. 根据权利要求1或者权利要求2所述的一种生物芯片点样平台，其特征在于，所述的芯片固定平台可以是玻片固定平台、标准多孔板固定平台和膜芯片固定平台三种平台中的任一种，通过卡槽或螺钉以可方便拆卸的方式固定在工作平台上；其中玻片固定平台由载玻片托板、装卡手轮、玻片压簧片等组成，玻片装卡槽在载玻片托板上，配合玻片压簧片用来装卡玻片，而标准多孔板固定平台和膜芯片固定平台为具有一定数量凹槽的平行板，可以装卡标准多孔板、膜芯片等。

6. 根据权利要求1或者权利要求2所述的一种生物芯片点样平台，其特征在于，所述的点样针清洗干燥装置包括粗洗槽、精洗槽和风干槽，粗洗槽和精洗槽放有流动的清洗液，粗洗槽和精洗槽底部装有超声波发生器，利用其空化效应加强清洗。

7. 根据权利要求1或者权利要求2所述的一种生物芯片点样平台，其特征在于，所述的工作平台为高度平整的平板，平板中有中空的迂回密闭管路，管路中充满流动的冷却液，并通过2～8个接口及连接管连接到冷却箱。