CN203269943U - 一种基于基因芯片的检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及基因检测技术领域，更具体地，涉及一种基于基因芯片的检测装置。其包括装载模块、芯片加热模块和探针模块，芯片加热模块和探针模块设置在装载模块上，探针模块上设置有探针组，还包括安装在装载模块上的电化学基因芯片和电化学基因芯片和用于给电化学基因芯片提供电化学扫描激励电压并对电化学基因芯片在检测过程中产生的信号电流进行检测的电路板，芯片加热模块与电化学基因芯片紧密接触；电路板设置在装载模块的外侧，其通过探针组与电化学基因芯片电连接。本实用新型采用电化学检测技术进行基因检测，无需采用光学器件和复杂的运行部件，结构简单，维护方便。

Description

一种基于基因芯片的检测装置

技术领域

本实用新型涉及基因检测技术领域，更具体地，涉及一种基于基因芯片的检测装置。

背景技术

基因检测是通过对血液、其他体液或细胞的DNA进行检测的技术。基因检测可以诊断疾病，也可以用于疾病风险的预测。疾病诊断是用基因检测技术检测引起遗传性疾病的突变基因。目前应用最广泛的基因检测是病毒检测、传染病检测、遗传疾病的诊断和某些常见病的辅助诊断。基因检测的特点是快速、准确。目前基因检测的方法主要有：荧光定量PCR、基因芯片（基因传感器）、液态生物芯片与微流控芯片技术等。

最常用的基因分子测试技术是荧光定量PCR(聚合酶链反应)，但这种技术只能一次测1-2种基因。需要对大量的基因信息进行高效、快速的检测、分析，就得利用基因芯片技术。基因芯片不仅能在早期诊断中发挥作用；与传统的检测方法相比，它可以在一张芯片上，同时对多个病人进行多种疾病的检测；利用基因芯片，还可以从分子水平上了解疾病。基因芯片的这些优势，能够使医务人员在短时间内掌握大量的疾病诊断信息，找到正确的治疗措施。除此之外，基因芯片在新药的筛选、临床用药的指导等方面，也有重要作用。

基因芯片的测序原理是杂交测序方法，即待测序列通过与一组已知序列的核酸探针进行杂交，然后根据杂交信号的检测来确定结果。故杂交信号的检测是基因芯片技术中的关键部分。基因芯片由于所使用的标记物不同，因而相应的探测方法也各异。大多数研究者使用荧光标记物，也有一些研究者使用生物素标记，联合抗生物素结合物（如结合化学发光底物酶、荧光素等）的显色反应来检测。目前常用的荧光标记物来检测杂交信号的方法，大都通过激光对荧光物质的扫描来分析、检测，比如激光扫描荧光显微镜、激光扫描共焦显微镜、采用CCD相机的荧光显微镜或者光纤传感器。但目前的检测方法均存在一些缺点：

（1）荧光标记的激光扫描方法，检测流程均较复杂，需通过荧光物质的标记、杂交结合、清洗非特异的荧光物质、芯片干燥、入射光的激发、杂光过滤、分辨、收集荧光信号等步骤；

（2）检测过程中需使用不同的设备，比如杂交设备、清洗设备、检测设备等；

（3）检测设备大多利用光学原理进行检测，光路复杂，设备昂贵、常需维护并且维护困难、耗时耗力；

（4）在检测设备的性能上，不同类型设备的检测灵敏性、分辨率相差较大，均存在检测重复性差、分析泛围较狭窄等问题。 

实用新型内容

本实用新型为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷（不足），提供一种结构简单的基于基因芯片的检测装置。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种基于基因芯片的检测装置，包括装载模块、芯片加热模块和探针模块，芯片加热模块和探针模块设置在装载模块上，探针模块上设置有探针组，还包括安装在装载模块上的电化学基因芯片和电化学基因芯片和用于给电化学基因芯片提供电化学扫描激励电压并对电化学基因芯片在检测过程中产生的信号电流进行检测的电路板，芯片加热模块与电化学基因芯片紧密接触；电路板设置在装载模块的外侧，其通过探针组与电化学基因芯片电连接。

作为一种优选方案，所述电化学基因芯片上设有流体腔、通道模块、与通道模块相贴合的探针电路板，通道模块上设有微流槽，通道模块与探针电路板贴合后通过微流槽和探针电路板表面相接触形成微流管道，流体腔与微流管道连接并形成循环回路，探针电路板上沿着微流管道设置有参考电极、辅助电极和固定有单分子层和DNA捕获探针的工作电极，参考电极、辅助电极和工作电极分别通过探针组与电路板连接。

作为进一步的优选方案，参考电极、辅助电极和工作电极阵列式排列，其中参考电极包括一个，参考电极位于微流管道的最前端，工作电极包括若干个，辅助电极包括相互连接的两个，两个辅助电极设置在所有工作电极的两端。

作为更进一步的优选方案，所述电路板上设置有模数转换电路，该模数转换电路通过探针组与参考电极连接，模数转换电路采集参考电极的绝对电压作为电化学扫描激励电压的参考电压。

作为更进一步的优选方案，所述电路板上设置有电化学扫描激励电路和与电化学扫描激励电路连接的工作电极阵列扫描和切换电路，所述电化学扫描激励电路通过探针组与辅助电极和工作电极连接，一个辅助电极分别与若干个工作电极组成多个电极对，工作电极阵列扫描和切换电路控制伏安扫描激励电路轮流对各个电极对进行电化学扫描。

作为更进一步的优选方案，所述电路板上设置有电流检测电路和与电流检测电路连接的数据处理电路；电流检测电路通过探针组与各个工作电极连接，用于轮流检测工作各个电极的信号电流；数据处理电路用于对电流检测电路检测的数据进行分析处理。

作为一种优选方案，所述电路板上设置有探针组接口、芯片加热模块接口和对外接口，所述探针组接口与探针组连接，芯片加热模块接口与芯片加热模块连接，对外接口用于连接外部设备。

作为一种优选方案，还包括相互匹配连接形成半包围结构的底壳和上壳，电路板和装载模块均设置在半包围结构内，其中电路板安装在底壳内，装载模块设置在电路板上部。

作为一种优选方案，其特征在于，所述装载模块上设置有芯片安装位，电化学基因芯片以可拆卸方式安装在芯片安装位上。

与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：

（1）本实用新型采用电化学检测技术进行基因检测，无需采用光学器件和复杂的运行部件，结构简单，维护方便。

（2）本实用新型采用电化学检测技术来扫描检测电化学基因芯片上电流信号，通过分析采集到的电流信号就能得出待检测基因序列的结果，电化学检测技术具有快速、灵敏、稳定和检测范围广的优点。

（3）本实用新型通过设置芯片加热模块对电化学基因芯片进行热传导，芯片加热模块可以快捷、任意地调节其自身的工作电压和电流，从而可以调节电化学基因芯片在检测过程中的温度，为基因检测提供各种实验温度。

（4）本实用新型还利用探针组来输入和输出信号，可以在装载模块的有限空间内实现多通道、大规模的信号传输，而且能够有效地避免通道间的信号干扰。 

附图说明

图1为本实用新型中一种基于基因芯片的检测装置具体实施例1的结构示意图。

图2为本实用新型中电化学基因芯片的结构示意图。

图3为本实用新型中电化学基因芯片的结构示意图。

图4为本实用新型中电路板的结构示意图。

图5为本实用新型中装载模块的压紧组件的结构示意图。

图6为本实用新型中装载模块的定位模块的结构示意图。

图7为图6的部分剖视图。

图8为本实用新型中芯片加热模块的结构示意图。

图9为本实用新型中加热器的结构示意图。

图10为本实用新型中探针模块的结构示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种基于基因芯片的检测装置，包括装载模块1、芯片加热模块2、探针模块3、电化学基因芯片4和电路板5，芯片加热模块2、探针模块3和电化学基因芯片4设置在装载模块1上，探针模块3上设置有探针组，芯片加热模块2与电化学基因芯片4紧密接触，电路板5设置在装载模块1的外侧，其通过探针组与电化学基因芯片4电连接，电路板5用于给电化学基因芯片4提供电化学扫描激励电压并对电化学基因芯片4在检测过程中产生的信号电流进行检测。 

基于上述方案，本实用新型通过电路板5对电化学基因芯片4施加电化学扫描激励电压并采集电化学基因芯片4在检测过程中产生的信号电流进行分析处理，通过分析采集到的信号电流就能得出待检测基因序列的结果，电化学检测技术具有快速、灵敏、稳定和检测范围广的优点。而且本实用新型采用电化学检测技术进行基因检测，无需采用光学器件和复杂的运行部件，检测过程简单，维护方便。此外，本实用新型通过设置芯片加热模块2对电化学基因芯片4进行热传导，芯片加热模块2可以快捷、任意地调节其自身的工作电压和电流，从而可以调节电化学基因芯片4在检测过程中的温度，为基因检测提供各种实验温度。本实用新型还利用探针组来输入和输出信号，可以在装载模块1的有限空间内实现多通道、大规模的信号传输，而且能够有效地避免通道间的信号干扰。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，本实施例还包括相互匹配连接形成半包围结构的底壳6和上壳7，电路板5和装载模块1均设置在半包围结构内，其中电路板5安装在底壳6内，装载模块1设置在电路板5上部。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，装载模块1上设置有芯片安装位13，电化学基因芯片4以可拆卸方式安装在芯片安装位13上。电化学基因芯片4以可拆卸方式安装在装载模块1中，可以方便的插入和拔出。由于电化学基因芯片4是基因检测的耗材，在装载模块1中插入一个电化学基因芯片4完成测试后，可以将该电化学基因芯片4拆卸后插入新的电化学基因芯片4就可以进行测试，简单方便，重复性好，无需清洗，维护简单方便。

在一种优选的实施方式中，本实施例的电化学基因芯片采用如下结构实现：

如图2和3所示，电化学基因芯片上设有流体腔41、通道模块42、与通道模块42相贴合的探针电路板43，通道模块42上设有微流槽421，通道模块42与探针电路板43贴合后通过微流槽421和探针电路板43表面相接触形成微流管道44，流体腔42与微流管道44连接并形成循环回路，探针电路板43上沿着微流管道44设置有参考电极431、辅助电极432和固定有单分子层和DNA捕获探针的工作电极433，参考电极431、辅助电极432和工作电极433分别通过探针组与电路板连接。在该实施方式中，工作电极433中固定有单分子层和特定序列的捕获探针，流体腔41内可以装载杂交液，本实用新型利用捕获探针与杂交液中的同源序列（病原体目标DNA）、及以电化学活性物质为标记的信号探针的特异识别作用进行基因检测。信号探针和捕获探针的序列被设计成与相应的病原体DNA序列互补，信号探针上有电化学活性物质二茂铁分子作为标记；杂交液从流体腔41中流出进入到微流管道44，杂交液与工作电极433相接触，信号探针，捕获探针和病原体DNA之间形成复杂的特异性杂交后，信号探针上的二茂铁分子贴近于工作电极433表面；当有通过电路板向电化学基因芯片的工作电极433施加电压时，二茂铁分子会产生氧化还原反应，导致电流的产生，通过电路板对电流信号的分析就能够检测到待测的基因序列。由于电化学基因芯片内部形成循环回路，杂交液从流体腔41内流出经微流管道后回收至流体腔41内，回收简单方便，只需从检测装置中拆卸电化学基因芯片即可对杂交液进行回收，无需对整个检测装置进行清晰，维护简单方便。

优选地，如图2所示，参考电极431、辅助电极432和工作电极433沿着微流管道44以阵列式方式排列设置；

参考电极431包括一个，位于微流管道44的最前端，为电化学伏安扫描提供绝对的基准参考电压；

工作电极433可以根据需要设置不同数目，但受到探针电路板43的大小和微流管道44液体循环效果限制，设置数量可在2－128之间，每个工作电极433可以固定单分子层和一种特定的DNA捕获探针，对特定的目标DNA进行检测，因此，每个工作电极433都是独立的，每个工作电极433可以通过探针电路板43上的线路和电路板相互连接；

辅助电极432包括两个，位于所有工作电极433的两端，且两个辅助电极432相互连接，其相互连接可以通过探针电路板43上的线路实现，两个辅助电极432直接连通后可以通过探针电路板43上的线路再与电路板相互连通。两个辅助电极432分别和各个工作电极433组成若干对电极对，电路板进行电化学伏安扫描时对各个电极对轮流扫描检测，并向辅助电极432和工作电极433之间施加伏安扫描激励电压，并同时检测回路的电流信号。

本实用新型中电化学基因芯片可以采用上述具体结构实现，但其不限上述结构，其以能够与电路板、探针模块相互配合完成基因检测为准。

在具体实施过程中，所述电路板可以采用如下结构实现：

电路板上设置有模数转换电路、电化学扫描激励电路、工作电极阵列扫描和切换电路、电流检测电路和数据处理电路；

模数转换电路通过探针组与参考电极连接，模数转换电路采集参考电极的绝对电压作为电化学扫描激励电压的参考电压，以产生精准的激励电压。

电化学扫描激励电路通过探针组与辅助电极和工作电极连接，工作电极阵列扫描和切换电路与电化学扫描激励电路连接，一个辅助电极分别与若干个工作电极组成多个电极对，工作电极阵列扫描和切换电路控制伏安扫描激励电路轮流对各个电极对进行电化学扫描。

电流检测电路通过探针组与各个工作电极连接，数据处理电路与电流检测电路连接，电流检测电路轮流检测工作各个电极的信号电流；数据处理电路用于对电流检测电路检测的数据进行分析处理。其中，数据处理电路可以采用ARM处理器、DSP处理器等实现。

在具体实施过程中，如图4所示，电路板5设置在底壳6上，电路板5上设置有探针组接口51、芯片加热模块接口52和对外接口53，探针组接口51与探针组连接，芯片加热模块接口52与芯片加热模块连接，对外接口53用于连接外部设备。同时，电路板5上还可以设置外接电源接口，该外接电源结构可以供电路板5和芯片加热模块连接外部电源。

实施例2

在实施例1的基础上，为了调节电化学基因芯片中杂交液的流速，如图1所示，本实施例还包括微型隔膜气泵8，为电化学基因芯片提供正负气压，其与外部电源连接，并与电化学基因芯片4连接，用于驱动电化学基因芯片4中的流体移动。

在本实施例中的装载模块可以采用如下结构实现：

如图1所示，装载模块1包括压紧组件11和定位模块12，压紧组件11与定位模块12相对应匹配连接，共同构成半包围结构，芯片安装位13设置在定位模块12上并位于半包围结构内，电化学基因芯片4安装在芯片安装位13内，并通过压紧组件11将电化学基因芯片4顶紧固定在定位模块12上。 

进一步地，如图5所示，压紧组件11包括依次连接的底座111、设置在底座111上的压紧板手柄112、设置在底座111内侧的压紧块113和压紧块压板114，压紧块压板114与底座111连接，压紧块113用于固定电化学基因芯片和控制电化学基因芯片与微型隔膜气泵的连接。

其中，压紧板手柄112跟压紧块113是联动的关系，如图1所示，压紧板手柄112在最右边时，压紧块会在最下面，慢慢将压紧板手柄112往中间搬动，压紧块113上的弹簧将压紧块抬起，压紧块和插入的电化学基因芯片4是分离，扳动压紧板手柄112到中间，压紧块伸出来，跟电化学基因芯片4贴合，压紧块上的气管接头与电化学基因芯片4接通，同时电化学基因芯片4在压紧块的作用下，往探针模块3靠近并贴合，电化学基因芯片4与探针组接通。再扳动压紧板手柄112回右边，电化学基因芯片4和压紧块、探针组分离，即可抽出电化学基因芯片4。

更进一步地，如图5所示，该压紧块113上设置有气管1131和密封垫1132，密封垫1132在安装电化学基因芯片后，用于压紧电化学基因芯片，同时在密封垫1132上设置有气管接头1133，微型隔膜气泵与气管1131连接，气管1131经过密封垫1132与气管接头1133连接，气管接头1133再与电化学基因芯片连接。

更进一步地，如图5所示，压紧块压板114上开有通孔，密封垫1132从压紧块压板114上的通孔通过并与电化学基因芯片连接。

进一步地，如图5所示，压紧块压板114上设置有压紧板手柄复位弹簧1141，压紧板手柄112上设置有凸杆，凸杆与压紧板手柄复位弹簧1141组连接。构成压紧板手柄112的复位结构。

进一步地，如图6所示，定位模块12包括：定位底座121、定位板122、卡珠123，芯片安装位13设置在定位模块12上且前端设置有开口，用于电化学基因芯片插入，芯片安装位13设置在定位底座121内侧，定位板122设置在芯片安装位13侧边或者后端，卡珠123均匀设置在定位底座121两侧用于对插入的电化学基因芯片进行限位。卡珠123和定位板122都是对插入的电化学基因芯片进行限位，电化学基因芯片插入碰到定位板122后，电化学基因芯片不能再继续往内插，防止插入过度。到位后卡珠123会卡住电化学基因芯片，防止电化学基因芯片跑出来。

更进一步地，定位模块12上还设置有抬起块124，利用弹簧抬起，抬起块124设置在芯片安装位13的侧边，并靠近芯片安装位13开口处，抬起块124为一凸起结构，用于当电化学基因芯片插入芯片安装位13时使到电化学基因芯片与探针模块分离，当扳动压紧板手柄时在压紧块的作用下电化学基因芯片和抬起块124同时下降从而使到电化学基因芯片与探针模块连接，进而实现控制电化学基因芯片与探针模块的断开和连接。抬起块124的作用主要是防止插入电化学基因芯片碰到探针组，碰到探针组会将探针组碰弯，电化学基因芯片也有可能插不进去，加了抬起块124后，插入电化学基因芯片时，电化学基因芯片会被抬起一定高度，不会碰到探针组，起到保护探针组的作用。抬起块124由弹簧支撑，搬动压紧板手柄时压紧块压紧电化学基因芯片时，抬起块124同时被压下去，电化学基因芯片才会跟探针组连接在一起。

进一步地，如图7所示，定位模块12上设置有探针模块安装位，探针模块安装位为通孔结构，探针模块安装位上设置有用于固定探针模块的卡扣126，卡扣126是定位底座上的一个小结构。

进一步地，定位模块上设置有芯片加热模块安装位，芯片加热模块安装位上设置有隔离弹簧。该隔离弹簧用于抬起芯片加热模块，使到芯片加热模块与定位底座分离。

如图8-9所示，进一步地，芯片加热模块包括相互连接的加热器底座21和加热器22，加热器底座21和加热器22之间通过连接件23连接。

更进一步地，加热器22包括基板221，在基板221上分别设置有发热芯片222、电阻223、电源接口224、自恢复保险丝225。其中，基板221作为导热材料，用于将发热芯片222的热量传到电化学基因芯片上。在基板221上设计加热功率器件、温度传感器和控制电路，实现功率器件对基板221直接加热，并通过温度传感器和控制电路实现温度反馈和控温。芯片加热模块和电化学基因芯片紧密接触，并对电化学基因芯片进行精确加热，为电化学基因芯片杂交和电化学伏安扫描提供必需的温度。

在本实施例中，探针模块可以采用如下结构实现：

如图10所示，探针模块3包括：探针固定座31、设置在探针固定座31上的探针组32和信号传输接口，探针组32上至少包括一个探针。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。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。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于基因芯片的检测装置，包括装载模块、芯片加热模块和探针模块，芯片加热模块和探针模块设置在装载模块上，探针模块上设置有探针组，其特征在于，还包括安装在装载模块上的电化学基因芯片和电化学基因芯片和用于给电化学基因芯片提供电化学扫描激励电压并对电化学基因芯片在检测过程中产生的信号电流进行检测的电路板，芯片加热模块与电化学基因芯片紧密接触；电路板设置在装载模块的外侧，其通过探针组与电化学基因芯片电连接。

2.根据权利要求1所述的基于基因芯片的检测装置，其特征在于，所述电化学基因芯片上设有流体腔、通道模块、与通道模块相贴合的探针电路板，通道模块上设有微流槽，通道模块与探针电路板贴合后通过微流槽和探针电路板表面相接触形成微流管道，流体腔与微流管道连接并形成循环回路，探针电路板上沿着微流管道设置有参考电极、辅助电极和固定有单分子层和DNA捕获探针的工作电极，参考电极、辅助电极和工作电极分别通过探针组与电路板连接。

3.根据权利要求2所述的基于基因芯片的检测装置，其特征在于，参考电极、辅助电极和工作电极阵列式排列，其中参考电极包括一个，参考电极位于微流管道的最前端，工作电极包括若干个，辅助电极包括相互连接的两个，两个辅助电极设置在所有工作电极的两端。

4.根据权利要求3所述的基于基因芯片的检测装置，其特征在于，所述电路板上设置有模数转换电路，该模数转换电路通过探针组与参考电极连接，模数转换电路采集参考电极的绝对电压作为电化学扫描激励电压的参考电压。

5.根据权利要求3所述的基于基因芯片的检测装置，其特征在于，所述电路板上设置有电化学扫描激励电路和与电化学扫描激励电路连接的工作电极阵列扫描和切换电路，所述电化学扫描激励电路通过探针组与辅助电极和工作电极连接，一个辅助电极分别与若干个工作电极组成多个电极对，工作电极阵列扫描和切换电路控制伏安扫描激励电路轮流对各个电极对进行电化学扫描。

6.根据权利要求3所述的基于基因芯片的检测装置，其特征在于，所述电路板上设置有电流检测电路和与电流检测电路连接的数据处理电路；电流检测电路通过探针组与各个工作电极连接，用于轮流检测工作各个电极的信号电流；数据处理电路用于对电流检测电路检测的数据进行分析处理。

7.根据权利要求1所述的基于基因芯片的检测装置，其特征在于，所述电路板上设置有探针组接口、芯片加热模块接口和对外接口，所述探针组接口与探针组连接，芯片加热模块接口与芯片加热模块连接，对外接口用于连接外部设备。

8.根据权利要求1所述的基于基因芯片的检测装置，其特征在于，还包括相互匹配连接形成半包围结构的底壳和上壳，电路板和装载模块均设置在半包围结构内，其中电路板安装在底壳内，装载模块设置在电路板上部。

9.根据权利要求1至8任一项所述的基于基因芯片的检测装置，其特征在于，所述装载模块上设置有芯片安装位，电化学基因芯片以可拆卸方式安装在芯片安装位上。

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