CN204255955U - 一种蛋白芯片全自动化高通量分析装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种蛋白芯片全自动化高通量分析装置，包括控制主机、与控制主机电连接的显示器和全自动蛋白芯片工作站。其中所述全自动蛋白芯片工作站的台面上设有样本处理系统、试剂处理系统、洗板系统、信号采集系统，工作站台面的上方设有自由机械手臂和加液系统。所述样本处理系统包括吸头载架、样品载架、试剂载架和条形码扫描仪。本实用新型所述蛋白芯片分析装置可以实现将多个样本及标准品、质控品同时检测，实现了当前批次的标准品及质控品计算当前批次的样本浓度，使得检测结果更准确，更稳定；同时，多个样本共用一个标准品或质控品可以达到节约试剂的效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及蛋白芯片检测技术领域，具体公开了一种蛋白芯片全自动化高通量分析装置。
背景技术
蛋白、抗体芯片是一种通过在固相基质(硅片、玻璃、硝酸纤维素膜)表面高密度的固定蛋白或抗体，具有高通量检测生物样本中的抗原或抗体等多个指标的作用。与传统的单指标检测的ELISA方法相比，蛋白芯片具有检测通量大、样本需求小、检测效率高(在一个小孔内可以同时检测上百个指标)等优点，因此尤其适合于临床上对多个指标的同时检测项目，比如，多个肿瘤标志物的同时检测。然而，由于蛋白芯片实验操作过程繁杂，对实验条件敏感，不同批次间的实验，由于实验条件的细微的差别，即可导致实验结果的不同，而批次内实验由于实验条件几乎完全一致，因此具有较好的稳定性。
为了提高实验结果的稳定性和避免操作人员与潜在的带传染性病毒的样本的接触，已经有人提出了蛋白芯片全自动化的分析工艺及设备。然而，目前的蛋白芯片全自动化分析工艺及设备都是基于标准曲线定时校准、单个样本单独处理模式。该模式具有一定的优势，比如定时校准标准曲线，可以节约试剂；单个样本单独处理模式可以做到样本随时到、随时分析。但是，由于标准品、质控品和样本不是同时平行检测，因此，用上一个批次的标准曲线计算下一个批次的样本，检测结果有着较大的偏差。
实用新型内容
本实用新型为了克服现有技术中蛋白芯片全自动化分析设备存在较大偏差的缺陷，并结合临床上样本成批处理的特点，提供一种蛋白芯片全自动化高通量分析装置。该分析装置能将多个样本及标准品、质控品放在一起同时检测，从而用当前批次的标准品及质控品计算当前批次的样本浓度，使得检测结果更准确；同时，多个样本共用一个标准品和质控品可以达到节约试剂的效果。
本实用新型的另一个目的是提供一种蛋白芯片全自动化高通量分析方法。
本实用新型的目的通过以下技术方案予以实现：
一种蛋白芯片分析装置，包括控制主机，与控制主机电连接的显示器，全自动蛋白芯片工作站，所述全自动蛋白芯片工作站的台面上设有：样本处理系统、试剂处理系统、洗板系统、信号采集系统，操作仪台面的上方设有自由机械手臂和加液系统；所述的样本处理系统、试剂处理系统、洗板系统、信号采集系统、自由机械手臂与控制主机电连接；
所述样本处理系统包括供放置吸头托盘的吸头载架、供放置样本管的样品载架、供放置酶联反应所需试剂的试剂载架和条形码扫描仪；
吸头载架、样品载架和试剂载架在工作站的台面上排列成一条线，吸头载架、样品载架和试剂载架的排列线的一侧设有导轨，条形码扫描仪在导轨上滑动对样品和试剂进行扫描来录取样品和试剂的信息；
所述自由机械手臂包括机械手支撑架、抓取电机和左右机械手指，机械手支撑架通过驱动装置沿上方导轨滑行，驱动装置包括带轮及弹性金属带，使带轮转动并移动机械手支撑架，机械手支撑架通过抓取电机连接传动装置，带动输出轴的丝杠旋转并驱动左右机械手指，所述左右机械手指为板状，内置软质硅胶来抓牢芯片框架，左右机械手指通过支撑架内丝杠螺母的旋转调整距离。
作为优选实施方式，所述吸头载架、样品载架、试剂载架在工作站的台面上从左到右依次排列成线，所述条形码扫描仪沿着导轨依次扫描样品和试剂。更优选地，所述吸头载架上放置4个吸头托盘，每个吸头托盘可放置96个吸头；所述样本载架总共设计10个；所述试剂载架总共设置2个。
作为优选实施方式，所述试剂处理系统包括孵育台、恒温控制装置和振荡装置；孵育台位于最后一个试剂载架的右外侧；孵育台上设有多个芯片框架；恒温装置位于孵育台的下方，振动装置位于恒温控制装置的下方。
作为更优选方案，所述孵育台上设有4个芯片框架，4个芯片框架将四个独立的芯片构成一个芯片组，一个芯片组可同时处理1至64个样本。最优选地，所述芯片框架为12.7cmX8.5cmX1.2cm的硬质塑料框架，芯片框架内侧具有四对凸槽，用于支持和固定4块蛋白芯片。
作为一种优选方案，所述加液系统为1个或2个自动加样枪组合。更优选地，所述自动加样枪包括支撑架与加样头，支撑架通过轴承连接电机与丝杠，丝杠作为直线运动部件驱动加样头，所述加样头内部活塞杆与驱动部件连接。
优选地，所述洗板系统包括用来洗板的洗板槽、盛放洗液的洗液桶、吸取洗液和废液的洗板头和提供洗板动力的洗板机。洗板头位于试剂载架的右内测，洗板槽和洗板机在洗板头右侧依次排列；所述洗液桶位于孵育台右侧。自由机械手臂将芯片放于洗板机固定框架内，洗板头从洗板桶吸取洗涤液对芯片反复冲洗，所吸取的废液通过洗板头泵入洗液桶内的废液罐。洗板头可按电脑指示对芯片内的不同位置进行微调，以最大限度吸光废液。
所述信号采集系统包括激光或化学发光成像装置和采集槽。采集槽设置在蛋白芯片自动化操作仪的台面上，采集槽可将芯片移动到激光或化学发光成像装置正下方；当自由机械手臂将芯片移动到采集槽并移动到成像装置正下方，激光或化学发光成像装置开始采集芯片的信息并转换成像。所述激光或化学发光成像装置包括光电倍增管及发射光组件，发射光组件包括滤过700至800波长的滤光镜。信号采集系统可采用荧光激发光或化学发光检测光路信号，荧光可采用532nm的滤光镜，化学发光可采425nm的滤光镜。
所述数据处理系统包括数字转换器，光强度检测器。其中光强度检测器连接到计算机进行信号强度和背景的归一化处理。所述的数据处理系统包括实用新型人开发的编辑的Excel数据处理软件H16Gastric Software自动进行异常数据分析与排除，大大改良了传统生物芯片需要手动删除异常背景信号的缺点。
一种利用如上所述蛋白芯片分析装置分析蛋白芯片的方法，包括如下步骤：
S1.将芯片、试剂、样本分别放入蛋白芯片分析装置的相应位置，条形码扫描仪对试剂及样本上的条形码进行扫描，通过不同的条形码格式统计不同试剂和样本，并自动加载试剂及样本的信息，自动化生成检测方案及报告模式；
S2.检测方案生成之后，控制主机驱动加液系统，加液系统首先将所需稀释液加到制定试管，并自动将一定量的样品或标准品或质控品加入到相应试管中，同时吹打混匀进行稀释，最后将稀释后的液体自动加到相应芯片内进行第一步酶联免疫反应；
S3.第一步酶联免疫反应结束后，自动机械手臂将芯片转移到洗板系统中进行洗板，完成洗板后将芯片转移到孵育台上，加液系统加入相应的标记检测抗体，进行第二次酶联免疫反应，第二次酶联免疫反应结束后，自动机械手臂将芯片再次转移到洗板系统中进行洗板，完成洗板后再将芯片转移到孵育台上，加入显色剂经孵育后，芯片移动到洗板系统进行洗板，完成洗板后，结束酶联免疫反应；
S4.酶联免疫反应结束后，自由机械手臂将芯片转移到信号采集系统中进行信号的采集并成像，图像分析软件自动对图像进行分析，提取信号点的强度并自动扣除背景信号的强度，数据分析软件对提取的信号强度进行分析，自动剔除异常信号，自动进行数据归一化，曲线拟合软件自动进行标准曲线的拟合，并计算检测样本中各个检测指标的具体浓度，报告生成系统综合录入的样本、芯片的信息以及检测结果，出具检测报告。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
1.本实用新型通过特定结构组成的样本处理系统，可以实现将多个样本及标准品、质控品放在一起同时检测，从而用当前批次的标准品及质控品计算当前批次的样本浓度，使得检测结果更准确；同时，多个样本共用一个标准品和质控品可以达到节约试剂的效果。
2.本实用新型所述蛋白芯片分析装置，通过科学分配并设置样本处理系统、试剂处理系统、洗板系统、信号采集系统，可以实现采用一套工艺，对蛋白芯片检测的全自动化操作，包括从样本稀释，到报告生成全部由仪器操作。
3.本实用新型所述蛋白芯片分析装置的信息系统与临床LIMS系统对接，可以直接从临床LIMS系统中加载检测样本的信息，同时亦可以通过LIMS系统查看检测结果。
4.本实用新型所述蛋白芯片分析装置对于荧光检测系统和化学发光检测系统同时适用，对蛋白芯片的定量检测分析或定性检测分析同时适用；对于膜芯片或玻片芯片同时适用。
5.本实用新型所述蛋白芯片分析装置在结果分析系统中增加大量的差错纠错功能，增加了检测结果的可靠性。所述洗板机的探头通过电脑调整位置，实现了多点洗板。
6.本实用新型通过设置机械手指为板状，内置软质硅胶可抓牢芯片框架，左右机械手指可通过支撑架内丝杠螺母的旋转调整距离，提高抓取装置的稳定性，避免中途蛋白芯片框架掉落的风险。
说明书附图
图1.蛋白芯片分析装置的台面布局图。
图2.蛋白芯片分析装置的整机视图。
图示说明：1.吸头载架；2.吸头托盘；3.条形码扫描仪；4.到位检测装置；5.样本载架；6.试剂载架；7.芯片；8.芯片框架；9.孵育台；10.脱针位；11.洗液桶；12.洗液桶载架；13.洗板机；14.洗板槽；15.洗板头；16.采集槽；17.自动加样枪；18.机械手术臂；19激光或化学发光成像装置。
图3.蛋白芯片分析装置的软件控制流程图。
图4.蛋白芯片分析装置的工作原理流程图。
图5.human Th1/Th2Quantibody Array蛋白芯片的扫描图片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的解释说明，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。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
实施例1
如图1～2所示，本实用新型提供了一种蛋白芯片分析装置，包括控制主机、与控制主机电连接的显示器以及全自动蛋白芯片工作站。所述全自动蛋白芯片工作站的台面上设有：样本处理系统、试剂处理系统、洗板系统和信号采集系统；全自动蛋白芯片工作站台面的上方设有自由机械手臂和加液系统，所述的样本处理系统、试剂处理系统、洗板系统、信号采集系统、自由机械手臂和加液系统与控制主机电连接。
其中，所述的样本处理系统包括供放置吸头托盘2的吸头载架1、供放置样本的样品载架5、供放置酶联反应所需试剂的试剂载架6和条形码扫描仪3。吸头载架1、样品载架5和试剂载架6在操作仪的台面上排列成一条线，吸头载架1、样品载架5和试剂载架6的排列线的一侧设有导轨，条形码扫描仪3在导轨上滑动，对样品和试剂进行扫描，读取样本和试剂上的条形码，并将该样本和试剂的信息自动载入到分析系统内，用于结果分析以及报告生成，另外，条形码扫描仪3前方还设有到位检测装置4，到位检测装置4能让条形码扫描仪3准确找到对应的样本或试剂条形码位置；
优选地，所述吸头载架1、样品载架5、试剂载架6在工作站的台面上从左到右依次排列成线，所述条形码扫描仪3沿着导轨依次扫描样品和试剂。更优选地，所述吸头载架1上放置4个吸头托盘2，每个吸头托盘2可放置96个吸头；所述样本载架5总共设计10个；所述试剂载架6总共设置2个。
所述自由机械手臂18设置在全自动蛋白芯片工作站台面的上方，在控制主机的控制下，机械手术臂18可以在全自动蛋白芯片工作站台面的上方多自由度移动，实现将芯片在样本处理系统移动、试剂处理系统、洗板系统和信号采集系统之间来回移动。
所述自由机械手臂18包括机械手支撑架、抓取电机和左右机械手指，机械手支撑架通过驱动装置沿上方导轨滑行，驱动装置包括带轮及弹性金属带，使带轮转动并移动机械手支撑架，机械手支撑架通过抓取电机连接传动装置，带动输出轴的丝杠旋转并驱动左右机械手指，所述左右机械手指为板状，内置软质硅胶来抓牢芯片框架，左右机械手指通过支撑架内丝杠螺母的旋转调整距离。
所述的加液系统，为一组自动加样枪17，可以是1个或2个自动加样枪17组合。自动加样枪17在控制主机的控制下，可以将放置在试剂载架6上的定量的试剂添加到样本内对样本进行稀释、或对标准品进行梯度稀释、或将样本和试剂添加到芯片7上进行酶联免疫反应。所述自动加样枪17包括支撑架与加样头，支撑架通过轴承连接电机与丝杠，丝杠作为直线运动部件驱动加样头，所述加样头内部活塞杆与驱动部件连接。
另外，所述全自动蛋白芯片工作站的台面上还设有脱针位10，脱针位10是自动加样枪17打掉吸头的位置。
所述的试剂处理系统由孵育台9、恒温控制装置和振荡装置组成。孵育台9位于试剂载架6的右外侧，孵育台9上设有芯片框架8，优选为4个芯片框架，4个芯片框架将四个独立的芯片构成一个芯片组，一个芯片组可同时处理1至64个样本。更优选地，所述的芯片框架8为12.7cmX8.5cmX1.2cm的硬质塑料框架，内侧具有四对凸槽，用于支持和固定4块以标准玻片或膜芯片为基质的蛋白芯片；恒温装置为一块导热金属板，位于孵育台的下方，酶免反应过程中，恒温装置可以对孵育台9进行加热，并通过孵育台9将温度均匀的传递到其上的芯片，从而将芯片的温度恒定在一个设定温度。振动装置位于恒温控制装置的下方，可以带动恒温控制装置及其上的芯片振动，振动强度由控制主机控制。
洗板系统包括用来洗板的洗板槽14、盛放洗液的洗液桶11、吸取洗液和费液的洗板头15、提供洗板动力的洗板机13。洗液桶11位于洗液桶载架12上，洗板头15位于试剂载架6的右内测，洗板槽14和洗板机13在洗板头15右侧依次排列；所述洗液桶11位于孵育台9右侧。在气压的作用下，洗板头15将洗液桶11内的洗液注入到芯片内，洗板机13提供动力使洗板槽14内的芯片完成洗板，洗板结束后，洗板头15将废液吸干，如此重复操作，以达到洗板的效果。
所述信号采集系统包括激光或化学发光成像装置19和采集槽16。采集槽16设置在蛋白芯片自动化操作仪的台面上，优选地，采集槽16位于洗板机13的右侧；而激光或化学发光成像装置19设置在采集槽16的正上方；当自由机械手臂17将芯片固定到采集槽16并移动到成像装置19正下方，采集槽16上方的激光或化学发光成像装置开始采集芯片的信息并转换成像并加以记录。其中，所述激光或化学发光成像装置19，包括光电倍增管及发射光组件，发射光组件包括滤过700至800波长的滤光镜。信号采集系统可采用荧光激发光或化学发光检测光路信号，荧光可采用532nm的滤光镜，化学发光可采425nm的滤光镜。
图像分析软件自动对图像进行分析，提取信号点的强度并自动扣除背景信号的强度；数据分析软件对提取的信号强度进行分析，自动剔除异常信号，自动进行数据归一化。曲线拟合软件自动进行标准曲线的拟合，并计算检测样本中各个检测指标的具体浓度。报告生成系统综合录入的样本/芯片的信息以及检测结果，出具检测报告。数据分析软件对采集的芯片信号进行自动化分析时，首先，分析质控品信号：不符合要求，终止分析宣告试验失败；符合要求，进行标准曲线拟合，并计算检测样品中各个指标的检测值，并将检测值加载到检测报告中；最后出具如上检测报告。整个过程，仪器全自动化进行。
所述数据处理系统包括数字转换器，光强度检测器。其中光强度检测器连接到计算机进行信号强度和背景的归一化处理。所述的数据处理系统包括实用新型人开发的编辑的Excel数据处理软件H16Gastric Software自动进行异常数据分析与排除，大大改良了传统生物芯片需要手动删除异常背景信号的缺点。
本实施例的软件控制流程如图3所示：
包括(1)开始步骤；
(2)样本、芯片、试剂信息批量化自动导入过程；
(3)检测方案的自动化生成；
(4)样品、质控品、标准品批量化、自动化反应控制；
(5)样品、质控品、标准品批量化、自动化信号采集及转换；
(6)质控品分析，判断质控结果；
(7)标准曲线拟合；
(8)检测结果计算、判读及报告生成。
本实施例所述的蛋白芯片分析仪的工作原理如图4所示，通过电气控制系统和控制软件完成对本实施例各个功能系统之间动作的控制。
实施例2
以下是运用实施例1所述蛋白芯片自动化分析装置对瑞博奥的humanTh1/Th2定量芯片进行操作的具体实施方式。首先，将试剂盒中对应的试剂组份添加到分析装置中对应的试剂载架6上，条形码扫描仪3自动对试剂的条形码进行扫描。将Human Th1/Th2QuantibodyArray蛋白芯片放置在试剂处理系统中的孵育台9上，将血清样本放置在分析装置的样本载架5上，条形码扫描仪3自动对样本的条形码进行扫描。点击操作界面上开始实验按钮。即开始监测实验操作。整个实验过程无需人工干预。试验结果以检测报告单的形式出具。
实验开始时，控制主机从数据可中自动加载相应芯片的信息，以及操作方案，以供实验操作、数据分析、报告生成使用，同时，条形码扫描仪3自动扫描血清样本上的条形码，并将样本的信息从临床LIMS系统中自动加载，以供报告生成使用。试验报告生成之后，自动加液系统可以将定量的稀释液添加到样品或标准品或质控品中，并吹打混匀进行稀释，之后再将液体加到芯片内进行第一步酶免反应。酶免反应在试剂处理系统上进行。经过一定时间的孵育，机械手术臂17将芯片转移到洗板系统上进行洗板，过后又将芯片转移到试剂处理系统上。加液系统加入相应的标记检测抗体，进行第二次的酶免反应，过后再进行洗板反应后加入显色剂。酶联免疫反应结束后，机械手术臂17将芯片转移到化学发光成像装置内进行化学发光信号的采集并成像，human Th1/Th2Quantibody Array蛋白芯片的扫描图片如图5所示，图5中第一排的芯片QA12456321为标准品，第二排的芯片QA12456322为检测样本，标准品与检测样本同步操作，采用当次标准曲线计算当次检测样本的浓度，使得检测结果更准确。图像分析软件自动对图像进行分析，提取信号点的强度并自动扣除背景信号的强度，数据分析软件对提取的信号强度进行分析，自动剔除异常信号，自动进行数据归一化。曲线拟合软件自动进行标准曲线的拟合，并计算检测样本中各个检测指标的具体浓度。报告生成系统综合录入的样本、芯片的信息以及检测结果，出具检测报告。
Claims (9)
1.一种蛋白芯片全自动高通量分析装置，包括控制主机，与控制主机电连接的显示器，全自动蛋白芯片工作站，其特征在于，所述全自动蛋白芯片工作站的台面上设有：样本处理系统、试剂处理系统、洗板系统、信号采集系统，操作仪台面的上方设有自由机械手臂和加液系统；所述的样本处理系统、试剂处理系统、洗板系统、信号采集系统、自由机械手臂与控制主机电连接；
所述样本处理系统包括供放置吸头托盘的吸头载架、供放置样本管的样品载架、供放置酶联反应所需试剂的试剂载架和条形码扫描仪；
吸头载架、样品载架和试剂载架在工作站的台面上排列成一条线，吸头载架、样品载架和试剂载架的排列线的一侧设有导轨，条形码扫描仪在导轨上滑动对样品和试剂进行扫描来录取样品和试剂的信息；
所述自由机械手臂包括机械手支撑架、抓取电机和左右机械手指，机械手支撑架通过驱动装置沿上方导轨滑行，驱动装置包括带轮及弹性金属带，使带轮转动并移动机械手支撑架，机械手支撑架通过抓取电机连接传动装置，带动输出轴的丝杠旋转并驱动左右机械手指，所述左右机械手指为板状，内置软质硅胶来抓牢芯片框架，左右机械手指通过支撑架内丝杠螺母的旋转调整距离。
2.根据权利要求1所述的蛋白芯片全自动高通量分析装置，其特 征在于，所述吸头载架、样品载架、试剂载架在工作站的台面上从左到右依次排列成线，所述条形码扫描仪沿着导轨依次扫描样品和试剂。
3.根据权利要求1所述的蛋白芯片全自动高通量分析装置，其特征在于，所述试剂处理系统包括孵育台、恒温控制装置和振荡装置；孵育台位于试剂载架的右外侧，孵育台上设有多个芯片框架；恒温装置位于孵育台的下方，振动装置位于恒温控制装置的下方。
4.根据权利要求3所述的蛋白芯片全自动高通量分析装置，其特征在于，所述孵育台上设有4个芯片框架，4个芯片框架将四个独立的芯片构成一个芯片组，一个芯片组可同时处理1至64个样本。
5.根据权利要求4所述的蛋白芯片全自动高通量分析装置，其特征在于，所述芯片框架为12.7cm×8.5cm×1.2cm的硬质塑料框架，芯片框架内侧具有四对凸槽，用于支持和固定4块蛋白芯片。
6.根据权利要求1所述的蛋白芯片全自动高通量分析装置，其特征在于，所述加液系统为1个或2个自动加样枪组合。
7.根据权利要求6所述的蛋白芯片全自动高通量分析装置，其特征在于，所述自动加样枪包括支撑架与加样头，支撑架通过轴承连接电机与丝杠，丝杠作为直线运动部件驱动加样头，所述加样头内部活塞杆与驱动部件连接。
8.根据权利要求1所述的蛋白芯片全自动高通量分析装置，其特征在于，所述洗板系统包括用来洗板的洗板槽、盛放洗液的洗液桶、吸取洗液和废液的洗板头和提供洗板动力的洗板机；洗板头位于试剂 载架的右内测，洗板槽和洗板机在洗板头右侧依次排列；所述洗液桶位于孵育台右侧。
9.根据权利要求8所述的蛋白芯片全自动高通量分析装置，其特征在于，所述的洗板头通过电脑微调在蛋白芯片微孔的任意角落进行洗液的吸取。
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| CN105181986A (zh) * | 2015-08-24 | 2015-12-23 | 深圳海吉星农产品检测科技中心有限公司 | 一种农药残留检测设备 |
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| CN108176336A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-06-19 | 王学军 | 一种高通量共沉淀合成装置 |
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