CN207210443U - 一体化dna分析系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种一体化DNA分析系统，其中，包括：试剂供应系统，试剂供应系统包括试剂存储装置和试剂注入装置；微流控反应系统，微流控反应系统包括微流控芯片和微流控装置，待分析样本可添加到微流控芯片上，试剂注入装置可将试剂存储装置中的反应试剂注入到微流控芯片中，微流控装置可控制微流控芯片中流体的流动；分离检测系统，分离检测系统包括毛细管电泳分离装置和荧光检测装置，微流控芯片上的反应物可进入到毛细管电泳分离装置中，荧光检测装置可对毛细管电泳分离装置中的分离结果进行检测。本实用新型的一体化DNA分析系统具有功能集成化、操作简单化、使用灵活化、检测快捷化和移动便携化的特点，可进行规模化的商业应用。

Description

一体化DNA分析系统

技术领域

本实用新型涉及DNA分析检测领域，尤其涉及一种一体化DNA分析系统。

背景技术

DNA分析技术有着广阔的应用领域。在基础研究领域，DNA分析主要应用于基因组测序、基因表达谱分析、基因突变及多态性分析等；在临床医学领域，可以进行临床疾病的诊断、药物研发；在司法鉴定领域，可进行个体识别和亲子鉴定；在农业领域，可进行动植物杂交育种研究、转基因食品安全检测。

其中，以法医领域为例，随着科技的发展，法医DNA检测技术在公安一线已成为个体识别、打击犯罪不可或缺的科学利器。几十年来，法医DNA检测技术经历了多位点DNA指纹图分析技术、扩增片段长度多态性分析技术、线粒体DNA检测技术三大技术革命。目前已发展到以荧光标记多基因座STR 复合扩增检测技术、线粒体DNA检测技术和SNP分析技术为主导的技术体系。

以上这些技术的实现离不开相应的检测平台，法医DNA检测仪器的发展决定了各种法医DNA检测技术的实用性能和发展速度。因此，该类仪器逐渐成为法庭科学领域和分析仪器领域的研究热点。作为法医DNA检测不可或缺的平台和工具，主流的法医DNA检测仪器大致经历了三个阶段的发展。

第一代DNA检测设备产生于上世纪80年代，其核心技术为平板凝胶电泳，电泳通道由包含许多小孔的固态介质和缓冲液组成，DNA分子在凝胶中完成电泳过程，电泳分离后，采用UV光源和照相机对已染色的DNA分析进行荧光激发和拍照分析。早期的多位点DNA指纹图和AMPFLP、STR等位基因等均采用平板凝胶电泳进行检测，由于检测效率低，需要大量的技术人员参与。

第二代DNA检测仪器以集成化、自动化为基础，开始于上个世纪90年代，为大规模的基因测序奠定了基础。1995年，美国AB公司推出了377型平板式遗传分析仪，采用薄层聚丙烯酰胺凝胶分离DNA分子，使用Sanger 末端终止法、四色荧光标记，通过读取这四种荧光信号获得待测样本的序列。该仪器采用的平板电泳铺胶麻烦，因此迅速被采用毛细管电泳技术的平台取代。

随着对大规模、高通量的DNA分析仪与日俱增的需求，第三代自动化荧光毛细管凝胶电泳分析仪应运而生。新型仪器用毛细管来代替传统的垂直电泳板，克服垂直板电泳需手工制胶和人工识别泳道的缺点，使DNA分析技术完全走向低成本、高通量、自动化、规模化的道路。由于毛细管凝胶的单位体积的散热面积比板式凝胶的要大得多，不但提高了DNA分析的灵敏度和分辨能力，更可以使用比板式凝胶电泳高得多的电压，从而数倍地提高了电泳速度，使垂直板电泳每日3次的运行增加到每日12次，目前已经成为应用最广泛、技术最成熟的主流技术。但现有设备大都存在着不同程度的缺陷，如对操作的专业性要求比较高，不适于非专业人员使用，短期内在常规的法医DNA检测设备中难以进行大规模的应用和推广。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有功能集成化、操作简单化、使用灵活化、检测快捷化和移动便携化的一体化DNA分析系统。

为实现上述目的，本实用新型的一体化DNA分析系统的具体技术方案为：

一种一体化DNA分析系统，其中，包括：试剂供应系统，试剂供应系统包括试剂存储装置和试剂注入装置，试剂存储装置与试剂注入装置流体连通；微流控反应系统，微流控反应系统包括微流控芯片和微流控装置，试剂注入装置与微流控芯片流体连通，微流控芯片与微流控装置相连，待分析样本可添加到微流控芯片上，试剂注入装置可将试剂存储装置中的反应试剂注入到微流控芯片中，微流控装置可控制微流控芯片中流体的流动；分离检测系统，分离检测系统包括毛细管电泳分离装置和荧光检测装置，微流控芯片与毛细管电泳分离装置流体连通，荧光检测装置与毛细管电泳分离装置相连，微流控芯片上的反应物可进入到毛细管电泳分离装置中，荧光检测装置可对毛细管电泳分离装置中的分离结果进行检测。

进一步，试剂存储装置包括常规试剂盒和温控试剂盒，常规试剂盒包括试剂瓶，能够存储对环境温度要求低的试剂；温控试剂盒包括试剂瓶和温控装置，温控装置可调节试剂瓶中试剂的温度，能够存储对环境温度要求高的试剂。

进一步，温控试剂盒包括保温护套，试剂瓶设置在保温护套内，保温护套上设置有温控组件，试剂瓶、保温护套和温控组件设置在防护盒体的内部。

进一步，试剂注入装置包括试剂容纳腔室和自动推送装置，试剂容纳腔室的试剂入口与试剂存储装置的试剂出口流体连通，试剂容纳腔室的试剂出口与微流控芯片的试剂入口流体连通；自动推送装置与试剂容纳腔室相连，可将试剂存储装置中的试剂添加到试剂容纳腔室中，以及将试剂容纳腔室中的试剂加注到微流控芯片上。

进一步，试剂注入装置包括并排竖向设置的多个注射器，每个注射器上都连接一个试剂推杆，每个试剂推杆分别与动力组件相连，动力组件可分别驱动推送组件在注射器中往复移动，以将试剂分类注入微流控芯片中。

进一步，微流控芯片包括芯片本体和反应单元，芯片本体上设置有样本提取单元和流体管路，样本提取单元用于反应物的提取；反应单元贴合设置在芯片本体上，反应单元上设置有反应区域，反应单元上的反应区域与芯片本体上的流体管路相连通，反应物和反应试剂可通过流体管路输送到反应区域中，以在反应区域内完成反应。

进一步，芯片本体包括叠合设置的配件片单元、管道片单元和控制阀片单元，配件片单元上设置有样本提取配件，管道片单元上设置有流体管路，控制阀片单元上设置有控制流体管路通断的控制阀件。

进一步，管道片单元的流体管路上设置有管路断开点，控制阀片单元上对应管路断开点的位置处设置有管路连接孔，管路连接孔与管路断开点附近的流体管路相连通，管道片单元上的流体管路在管路断开点处的贯通通过管路连接孔来实现。

进一步，控制阀片单元上对应管路连接孔的位置处设置有启闭阀门，启闭阀门可控制管路连接孔的开启和关闭，以实现管道片单元上对应的流体管路的贯通和断开。

进一步，微流控装置包括芯片承载组件和连接孔启闭组件，微流控芯片可置放在芯片承载组件上，连接孔启闭组件与置放在芯片承载组件上的芯片中的管路连接孔相连，可控制芯片中的管路连接孔的开启和关闭，以实现芯片上与该管路连接孔相连接的流体管路的连通和断开。

进一步，芯片承载组件上设置有温度控制组件，微流控芯片置放在芯片承载组件上后，温度控制组件与微流控芯片相接触，可调节微流控芯片上的反应温度。

进一步，微流控装置包括机械控制组件，机械控制组件与芯片承载组件相连，可驱动芯片承载组件往复移动。

进一步，毛细管电泳分离装置包括毛细管电泳组件和温度控制组件，毛细管电泳组件包括防护组件，毛细管设置在防护组件的内部；温度控制组件包括隔离组件，加热组件设置在隔离组件的内部；毛细管电泳组件和温度控制组件相互接触并可进行热传递，温度控制组件中的加热组件可对毛细管电泳组件中的毛细管进行温度调节。

进一步，防护组件上对应于毛细管的流体出口端的位置处设置有检测窗口，通过检测窗口可以对毛细管中的电泳分离进行检测。

进一步，毛细管电泳分离装置包括快速锁定组件，快速锁定组件与毛细管电泳组件相连，以将毛细管电泳组件可拆卸式的设置在一体化DNA分析系统中。

进一步，毛细管电泳分离装置包括凝胶推进装置，凝胶推进装置包括凝胶容纳腔室、温度调节组件和自动推送装置，凝胶容纳腔室用于临时存储凝胶，温度调节组件与凝胶容纳腔室相连，可调节凝胶容纳腔室中的凝胶温度，自动推送装置与凝胶容纳腔室相连，可将凝胶添加到凝胶容纳腔室中，以及将凝胶容纳腔室中的凝胶推送到毛细管电泳组件中。

进一步，凝胶推进装置包括试剂筒体和试剂推杆，试剂筒体的外侧设置有保护盒，保护盒中设置有半导体制冷器，半导体制冷器与试剂筒体相连，可调节试剂筒体中的凝胶的温度，试剂推杆与推进组件相连，推进组件可带动试剂推杆在试剂筒体中往复移动。

进一步，荧光检测装置包括激光器、物镜和光谱仪，激光器、物镜和光谱仪顺次光路连接，激光器和毛细管电泳分离装置中的毛细管之间设置有第一光路调整器，第一光路调整器可改变激光器发出的激光的路径，物镜和光谱仪之间设置有第二光路调整器，第二光路调整器可改变物镜与光谱仪之间的荧光的路径。

进一步，第一光路调整器包括第一平面反射镜和第一透镜，第一平面反射镜可将激光器发射的激光向毛细管方向垂直反射，第一透镜可将向毛细管方向反射的激光聚焦。

进一步，第二光路调整器包括第二平面反射镜、滤光镜和第二透镜，第二平面反射镜可将毛细管发出的荧光向光谱仪方向垂直反射；滤光镜可将向光谱仪方向反射的荧光变为单色；第二透镜可将单色荧光聚焦。

本实用新型的一体化DNA分析系统具有以下优点：

1)DNA检测分析的各步骤都集成在一个小型化设备上，操作方便，检测快捷，在保证精确性的前提下，极大地提高了DNA检测的效率，同时，集成式小型化设备也极大地提高了移动的便携性，扩大了可应用场所的范围。

2)独特的芯片分体式设计，在实现集成化功能的前提下，降低了整体的制作难度和成本，提高了反应效果。

3)原创性的微流控装置，通过分层设计的流体管路及控制阀的配套使用，实现了对芯片上反应流体的流动的精细化控制，保证了芯片上反应的顺利进行。

4)分别独立设计的芯片反应系统和试剂供应系统，可满足不同数量的检测要求，提高了设备使用的灵活化。

5)集成式的毛细管电泳系统，降低了毛细管更换的难度，提高了反应效率，便于非专业人员的日常应用。

6)从样本到结果，用户无需在标准的PCR实验室里进行操作，只需要进行简单的试剂配制和加样过程，后续DNA提取过程、PCR过程、PCR产物混合及毛细管电泳过程、信号检测过程等都可自动化进行,而且还具备试剂短期保存功能，可广泛应用于公安、司法、临床等领域。

附图说明

图1为本实用新型的一体化DNA分析系统的一具体实例的结构示意图；

图2为图1中的一体化DNA分析系统的前视图；

图3为图1中的一体化DNA分析系统的左视图；

图4为图1中的一体化DNA分析系统的右视图；

图5为图1中的一体化DNA分析系统的后视图；

图6为本实用新型的一体化DNA分析系统中的微流控芯片的结构示意图；

图7为图6中的微流控芯片的管路透视图；

图8为图6中的微流控芯片的拆分图；

图9为图8中的顶片的结构示意图；

图10为图8中的配件片的结构示意图；

图11为图8中的管道片的结构示意图；

图12为图8中的通道片的结构示意图；

图13为图8中的阀孔片的结构示意图；

图14为图8中的底片的结构示意图；

图15为图8中的反应片的结构示意图；

图16为本实用新型的一体化DNA分析系统中的微流控装置的结构示意图；

图17为图16中的微流控装置的拆分图；

图18为图17中的机械控制平台的结构示意图；

图19为本实用新型的一体化DNA分析系统中的试剂存储装置的第一实施例的结构示意图；

图20为本实用新型的一体化DNA分析系统中的试剂存储装置的第二实施例的结构示意图；

图21为图20中的试剂存储装置的拆分图；

图22为本实用新型的一体化DNA分析系统中的试剂注入装置的结构示意图；

图23为图22中的试剂注入装置省略面板后的结构示意图；

图24为图22中的试剂接口装置的结构示意图；

图25为图22中的滑动组件的结构示意图；

图26为本实用新型的一体化DNA分析系统中的毛细管电泳分离系统的结构示意图；

图27为图26中的毛细管电泳盒的结构示意图；

图28为图27中的毛细管电泳盒的拆分图；

图29为图26中的毛细管加热盒的结构示意图；

图30为图29中的毛细管加热盒的拆分图；

图31为图26中的卡式电磁锁定装置的结构示意图；

图32为图31中的卡式电磁锁定装置的拆分图；

图33为本实用新型的一体化DNA分析系统中的凝胶自动推进系统的结构示意图；

图34为图33中的凝胶自动推进系统的侧视图；

图35为图33中的凝胶自动推进系统的拆分图；

图36为本实用新型的一体化DNA分析系统中的荧光检测系统的结构示意图。

具体实施方式

为了更好的了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型的一种一体化DNA分析系统做进一步详细的描述。

相较于传统的DNA分析设备，本实用新型的一体化DNA分析系统集成了样本提取、PCR反应、电泳分离、荧光检测等DNA分析过程中的几乎全部步骤，使DNA的分析过程可在一个整体设备中完成，极大提高了设备的使用场景，可广泛应用于公安、司法、临床等领域。

按照功能区域划分，本实用新型的一体化DNA分析系统包括试剂供应系统、微流控反应系统、分离检测系统。其中，试剂供应系统用于存储一体化 DNA分析系统中所需要的各种试剂，并根据需要选择性地输送到各部件中，以满足设备运行的需要；微流控反应系统主要进行样本的处理，例如DNA的提取、PCR反应等，为后续的分离检测做准备；分离检测系统用于对DNA片段进行电泳分离，并进行荧光检测，以完成检测需要。另外，应注意的是，本实用新型的一体化DNA分析系统中还相应的设置有控制系统、电源系统等辅助性结构，以达到设备运行的自动化。

微流控反应系统

微流控反应系统包括微流控芯片和微流控装置，其中，微流控芯片为集成式的芯片，其上可集成有DNA分析的各种操作和功能，如DNA的捕获和洗涤、DNA扩增等；微流控装置用于对微流控芯片中的流体流动进行控制，以辅助微流控芯片实现上述集成式操作。

具体来说，微流控芯片在理论上可集成生物、化学、医学分析过程的样本制备、反应、分离、检测等多个基本操作单元，但由于技术发展的限制，过多的操作步骤集成在一个微流控芯片上反而使得实验结果的准确性、精确性降低，整体芯片的使用效果大打折扣，故仅能处于实验室科研阶段，无法规模化的商业应用。本实用新型中的微流控芯片仅集成了DNA提取和PCR反应两个步骤单元，在实现小型集成化的前提下，可以保证良好的使用效果。

相较于现有的整体式微流控芯片，本实用新型中的微流控芯片包括两部分，一是芯片本体，二是反应单元。其中，芯片本体为微流控芯片的主体部分，集成有样本提取单元、流体管路等；反应单元为专门的反应区域，用于实现PCR反应步骤。本实用新型中芯片本体和反应单元为独立设计的两个部件，在材质和形状上都可以根据需要进行灵活设计，将成型后的芯片本体和反应单元组合在一起即构成了本实用新型中的微流控芯片。

如此设计是考虑了多数的生化反应都对反应容器的材质和形状有特殊的要求，而这些特殊的材质并不一定能够用来规模化的制作芯片本体，或者特殊的形状并不一定方便在常规芯片本体上进行制作，如可能会存在加工难度大、材料成本高、使用效果差等问题。以PCR反应为例，使用PP材质(聚丙烯，Polypropylene)制作的反应容器可以显著的提高反应效果，但相较于常规的芯片材质，PP材质存在加工难度大、材料成本高等问题，不适于应用到整个微流控芯片，而本实用新型的微流控芯片通过使芯片本体和反应单元分体式设计，可仅使用PP材质制作反应单元，良好的解决了该问题，显著地提高了微流控芯片的使用效果。

另外，反应单元单独设计也可以使反应区域的形状更加的灵活，而不必考虑芯片本体的加工复杂度等问题，因为芯片本体上不可避免的要设计很多辅助结构，如流体管路等。还是以PCR反应为例，通过试验验证，S型的反应区形状可以显著的提高反应效果，如果在芯片本体上制作此类型的反应区域不仅要解决芯片加工模具的问题，还要解决反应区域封闭的问题，增加了芯片整体的加工难度，而本实用新型中则可以在反应单元上方便地制作该反应形状，因为反应单元上几乎没有额外的辅助结构，大大降低了制作工艺的复杂程度。

同时，独立设计的反应单元也便于精准的温度控制，因为微流控芯片中的PCR反应对于温度的要求更加的严格，而现有集成在芯片本体上的反应单元在温度控制方面很不理想，本实用新型中采用独立的反应单元，可以针对该反应单元灵活设计温控装置，并使温控装置与反应单元的接触更加方便，极大提高了反应单元的温度控制效果。

就本实用新型中的芯片本体而言，为进一步降低制作难度，芯片本体可以是由多组片体单元叠合而成，例如，可由顶片单元、配件片单元、管道片单元、通道片单元、阀孔片单元、底片单元依次叠加组合而成。由此，可将芯片本体的复杂结构分解开来，由不同的片体单元来实现，如在顶片单元和配件片单元上制作各配件单元的安装空间、在管道片单元和通道片单元上制作基本的流体管路，在阀孔片单元和底片单元上制作流体管路控制阀件，方便了工厂的标准化、批量化生产。将批量制作出的各片体单元统一进行叠合加工即可完成具有复杂结构的芯片的制作，各片体单元的叠合加工方式可以有多种，如粘合、键合等。

本实用新型中的芯片本体上主要集成了样本提取单元、流体管路单元和废液排放单元。其中，在样本提取单元可以完成样本的提取、流体管路单元可以实现反应流体在芯片本体上的流动、废液排放单元可以吸收芯片本体上多余的反应流体。

以DNA提取为例，样本提取单元可以采用多种提取方式，如FTA试纸提取，FTA试纸作为Whatman公司的一项专利技术，独创性的应用于室温下DNA 和RNA的采集、运输、纯化和储存，所有工作均在一张卡上完成，非常适合应用到小型化、集成化的微流控芯片上。另外，现有的磁珠法提取也可使用, 磁珠法核酸提取是以纳米生物磁珠为载体的一种新型核酸提取技术，核酸分子可与磁珠表面的硅羟基发生特异性识别与结合，在外部磁场的作用下发生聚集或分散，彻底摆脱传统核酸提取过程中离心、抽取上清液等手工操作流程，从而实现核酸的自动化提取。由此，本实用新型的微流控芯片上的样本提取单元可以采用任意一种的能够自动化提取样本的方式，以达到集成化、自动化的要求。

流体管路单元主要是用于将微流控芯片上的各组成单元连接起来，以实现样本和试剂在各组成单元之间的流动。对于流体管路单元来说，主要包括两方面，一是流体的驱动，即如何驱动样本和试剂在流体管路中流动，二是流体的控制，即如何控制样本和试剂在流体管路中的流向。

本实用新型中的微流控芯片主要采用微泵来实现流体的驱动，其中，微泵可采用机械微泵，如离心力微泵、热动力微泵、静电微泵、气动力微泵、电磁微泵、压电微泵、双金属记忆合金微泵等，机械微泵能够提供与微流控芯片上的流体通道相匹配的低流量流体输送，特别适合高分子材料类芯片的简易界面组装。当然，根据实际情况，也可以采用非机械微泵来实现微流控芯片上流动的驱动，如电场力驱动泵、毛细作用微泵、生物作用微泵、磁流体动力泵、光驱动泵、基于重力驱动泵、化学作用微泵等。

对于微流控芯片上流体流动的控制，本实用新型中是通过流体管路的特殊设计以及与之配合使用的微阀结构来实现的。其中，芯片本体上设置有多条流体管路，每条流体管路都会与微流控芯片上的某一操作或反应区域相连通，以便流体试剂可通过该条流体管路流到该操作或反应区域。而两个操作或反应区域之间的流体连通则需要各自对应地流体管路先行流体连通，本实用新型的芯片本体上在两条对应地流体管路之间设置有流动连接孔，打开或闭合该流动连接孔可实现两条流体管路的连通或断开。

流动连接孔的打开或闭合可通过多种方式实现，例如，在流动连接孔的一侧设置弹性结构层，通过外力施加到弹性结构层上与某一流动连接孔相对应的位置处，即可使弹性结构层密封住该流动连接孔，实现该流动连接孔的闭合，对应地两条流体管路在流动连接孔处就呈现断开状态，流体试剂便无法在两条流体管路之间流动；而当外力取消后，弹性结构层即可自动复位，使流动连接孔打开，对应地两条流体管路就会通过流动连接孔呈现连通状态，流体试剂便可在两条流体管路之间进行流动。其中，施加到弹性结构层上的外力可以由螺线管阀、气动活塞等实现。

基于上述说明，本实用新型中的微流控装置包括芯片承载组件和连接孔启闭组件，其中，芯片承载组件是为了装载上述微流控芯片，为微流控芯片上的操作和反应提供一个稳定的平台，连接孔启闭组件则是与微流控芯片相连，或者具体说是与微流控芯片上的流动连接孔相连，用于控制微流控芯片上流动连接孔的开启和关闭，进而达到对微流控芯片上流体的流动进行控制。

芯片承载组件优选为平台式结构，主要功能就是为了承载芯片，考虑到芯片装载到芯片承载组件后需要与连接孔启闭组件精准连接，所以在芯片承载组件上应设置相应的连接槽或连接块，芯片可直接置放在该连接槽或连接块上，以保证后续芯片与连接孔启闭组件的精准连接。基于芯片常规的装载习惯，芯片承载组件上优选设置相应的连接槽，既能够保证芯片安装位置的准确性，也能保证芯片后续操作时的稳定性和对空间的节省。

芯片承载组件通常为水平设置，其上设置的连接槽也为水平式结构，芯片装载到连接槽中后也基本呈水平放置，这样能够保证芯片上各区域间的相对独立性，以及避免重力作用对操作及反应的影响。但根据不同的情况，有时也会将芯片承载组件竖向或斜向设置，此时芯片大都也会呈现竖向或斜向，在这种情况下，芯片在连接槽中的装载牢靠性就尤为重要。

芯片装载组件上会设置有芯片固定结构，如果仅是将芯片直接置放在连接槽中，通常会出现晃动等情况，对于精细化要求比较高的微流控系统来说影响比较大，芯片固定结构是为了对装载到连接槽中的芯片进行额外的固定，保证芯片装载后的稳定性。这种芯片固定结构优选采用简单的结构来实现，如在连接槽的旁边设置一个转动卡板，直接将芯片牢固的卡在连接槽中，或者更进一步节省空间，可以在连接槽的内部设置弹性卡扣，芯片装载到连接槽中时，直接通过弹性卡扣扣接在连接槽中。由于此种固定结构较多，只要能够满足芯片固定、结构简单、节省空间都可以选择性地使用。

芯片固定到芯片装载组件上后就需要跟连接孔启闭组件相连，连接孔启闭组件可以采用螺线管阀，因为螺线管阀具有较高的灵敏度，且技术较为成熟，非常适合应用到微流控领域。具体可以是，将螺线管阀的柱塞插入到芯片上的流动连接孔中，通过柱塞的伸缩来控制流动连接孔的开启和关闭，例如，柱塞插入到流动连接孔中，流动连接孔处于关闭状态，对应地两条流动管路在流动连接孔处就呈现断开状态，流体试剂便无法在两条流动管路之间流动；柱塞从流动连接孔中移出时，流动连接孔处于开启状态，对应地两条流动管路就会通过流动连接孔呈现连通状态，流体试剂便可在两条流动管路之间进行流动。

可选择的是，在芯片上的流动连接孔和螺线管阀的柱塞之间还可以设置有弹性结构层，以通过弹性结构层来实现流动连接孔的开启和关闭。具体为：柱塞靠近弹性结构层时，会挤压弹性结构层上与流动连接孔相对于的位置处，弹性结构层便会发生形变，进而堵塞住流动连接孔，使流动连接孔处于关闭状态，对应地两条流动管路在流动连接孔处就呈现断开状态，流体试剂便无法在两条流动管路之间流动；柱塞远离弹性结构层时，弹性结构层会恢复到初始状态，流动连接孔便处于开启状态，对应地两条流动管路就会通过流动连接孔呈现连通状态，流体试剂便可在两条流动管路之间进行流动。

上面是以螺线管阀为例对连接孔启闭组件进行了描述，本实用新型中也可以采用其他结构来实现，如液动或气动活塞等，只要是能够达到开启或闭合芯片上的流动连接孔的作用即可。

连接孔启闭组件相对于芯片装载组件的位置可以选择性的设置，通常有两组设置方式，一是位于芯片装载组件上的连接槽的下方，芯片装载到连接槽中后，连接孔启闭组件从芯片的底部插入到芯片上的流动连接孔中；二是位于芯片装载组件上的连接槽的上方，芯片装载到连接槽中后，连接孔启闭组件从芯片的顶部插入到芯片上的流动连接孔中。至于选择何种方式，一般要基于芯片的具体形式，如芯片的流动连接孔需要从底部插入，则选择第一种方式，需要从顶部插入，则选择第二种方式。有时也会考虑微流控装置的整体结构布置，如芯片装载组件和连接孔启闭组件是固定连接在一起，还是相对独立地设置，以及芯片装载组件的上方空间或下方空间的大小等。

螺线管阀类连接孔启闭组件在动作时通常会产生一定的热量，由于微流控装置的内部相对封闭，为保证内部各组件的正常运行，尤其是螺线管阀，还可设置有散热组件，散热组件可对微流控装置的内部构件进行散热，散热方式优选采用气流散热，其具有结构简单，易于实现的效果，比较适用于螺线管阀的散热。但如果采用其他形式的机械结构来实现芯片上流动连接孔的启闭，也可以采用适合于该机械结构的散热方式，如水冷散热，可能会比气流散热具有更好的效果。

当通过连接孔启闭组件控制芯片上的流体试剂流到相关的反应区域后，即可进行相关的反应，如DNA提取完成后，PCR反应试剂和提取到的DNA一起流到PCR反应区，即可开始PCR反应。由于芯片上的反应大都对温度有特定的要求，所以为保证芯片上反应的正常进行，微流控装置中还应设置温度控制组件，通过温度控制组件可以调节芯片上反应的温度。

其中，温度控制组件的设置位置应基于芯片上反应区域的位置来确定，以保证对芯片上反应温度的精准控制。例如，如果反应区域位于芯片的端部，则温度控制组件应对应设置在与芯片的端部相对的位置，而如果反应区域位于芯片的中部，则温度控制组件应对应设置在于芯片的中部相对的位置，且优选的是，温度控制组件与芯片直接接触，以保证热传导的精准性。

由于本实用新型中芯片是固定设置在芯片装载组件的连接槽中，所以温度控制组件应相对于连接槽设置，如果芯片上反应区域位于顶部，则温度控制组件可设置在连接槽的上方，以便于芯片顶部的反应区域相接触，如果芯片上反应区域位于底部，则温度控制组件可设置在连接槽的下方或直接设置在连接槽的底面上，以便于芯片底部的反应区域相接触。其中，温度控制组件优选采用半导体制冷器，半导体制冷器(Thermo Electric Cooler)是利用半导体材料的珀尔帖效应制成的，具有体积小、能耗低、变温速率快的特点，而且致冷、加热，以及致冷、加热的速率，都可通过电流方向和大小来决定，使用方便。

为方便更换芯片或进行其他维护，可以设置机械控制组件，机械控制组件可对微流控装置中的各组件进行移动，以移出整体设备方便操作。其中，因为需要更换芯片，所以移动较为频繁的主要是芯片装载组件，机械控制组件可以单独对芯片装载组件进行控制，当需要进行芯片更换时，将芯片装载组件从整体设备中单独移出，同时，为了方便其他部件的检修，如连接孔启闭组件、温度控制组件或者散热组件，也可以对其单独控制或组合控制。

考虑到微流控装置的整体性和稳定性，一般芯片装载组件、连接孔启闭组件、温度控制组件和散热组件是固定在一起的，所以机械控制组件通常是要对其整体进行位移控制。其中，位移控制主要包括横向位移控制和纵向位移控制，纵向位移控制是为了调整各组件的高度，方便各组件与整体设备的分离或结合，横向位移控制是为了将各组件从整体设备上水平移出，以更换芯片或进行其他维护。

机械控制组件的结构形式较为普遍，通常会包括动力机构、滑动机构等，微流控装置的各组件可固定设置在滑动机构中，动力机构驱动滑动机构移动，即可带动各组件横向或纵向移动。其中，因为整体设备一般都是方形结构，在使用时一般也都会放置在平面上，且在整体设备中芯片装载组件的上方都设置有相应部件，例如试剂管道等，所以通常会先使各组件纵向移动，以与整体设备上的相关组件分离，然后再考虑从整体设备中横向移出，以进行芯片的更换等操作。

试剂供应系统

试剂供应系统包括试剂存储装置和试剂注入装置，其中，试剂存储装置用于将设备所需的试剂临时分类存储，试剂注入装置用于将试剂存储装置与对应地设备组件相连通，以根据需要将试剂注入相关设备组件，使反应得以顺利进行。

具体来说，试剂存储装置包括两种，一种是常规的试剂存储盒，用于临时存放对于外界温度要求较低的试剂，如缓冲液等；另一种是带有温度控制的试剂存储盒，用于临时存放对外界温度要求较高的试剂，如DNA聚合酶等。其中，对于第一种常规的试剂存储盒，可以采用本领域中普通的试剂存储盒，一般仅包括试剂瓶、导管等；对于第二种温控试剂存储盒，可以是在普通试剂存储盒的基础上增加温控设备，如在试剂瓶的外部增设保温护套、半导体制冷器等，以满足对温度的要求。

试剂注入装置用于连接上述试剂存储装置和微流控芯片，其中，试剂注入装置包括试剂容纳腔室，试剂容纳腔室用于暂时存放要加注到芯片上的流体试剂，一般在本领域中，试剂容纳腔室都会采用注射器的形式，这样既保证了试剂加注时的操作方便，也能够使结构尽量简化，而且对于试剂加注量也能有一个很好的控制。但也可以采用其他的形式，如试剂盒，其可通过泵送的方式将试剂盒中的试剂加注到芯片上，当然，这样的方式还会有很多，只是目前实践中常用的还是注射器形式。

试剂容纳腔室的试剂入口可与试剂存储装置流体连通，试剂存储装置中的流体试剂可以预先加注到试剂容纳腔室中，然后再由试剂容纳腔室加注到芯片上。其中，试剂容纳腔室与试剂存储装置之间一般都会设置控制阀门，以根据需要控制试剂向试剂容纳腔室中的输送，考虑到微流控芯片所需的试剂的量，优选采用电磁阀进行控制，这样能够保证试剂加注的精细化控制。由此，当需要向试剂容纳腔室中添加试剂时，打开相应的电磁阀，试剂便可从试剂存储装置输送到试剂容纳腔室中。

试剂添加到试剂容纳腔室后，就可以根据芯片上的反应需要，将相应的试剂加注到芯片上，其中，试剂容纳腔室的试剂出口与芯片上的试剂入口流体连通，试剂容纳腔室与芯片之间一般也会设置控制阀门，以根据需要控制试剂向芯片上的输送，优选都是采用电磁阀，以保证试剂加注的精细化控制。由此，当需要将试剂容纳腔室中的试剂加注到芯片上时，打开相应的电磁阀，试剂便可从试剂容纳腔室输送到芯片上。

由于试剂容纳腔室通常都会采用注射器的形式，所以当需要将注射器中的试剂加注到芯片上时，可以通过推动注射器的推杆，推杆下行便可将注射器中的试剂推出。考虑到自动化的需求，注射器的推杆会与动力组件相连，动力组件可根据预设情况自动驱动推杆的下行。其中，动力组件一般采用电机、滑块的组合形式，滑块与注射器的推杆固定连接，电机可驱动滑块在相应的滑轨上滑动，从而带动注射器的推杆上行或下行，以将试剂从注射器中推出。而如果采用试剂盒和输送泵的组合形式，则是通过输送泵直接控制试剂向芯片上加注的时间和试剂量，基于成本考虑，优选还是采用注射器的形式。

由于优选是采用动力组件驱动推杆的方式来控制试剂的加注，所以就要对推杆的移动距离进行控制，以避免推杆的过度移动，导致注射器或推杆的损坏，因为微流控芯片决定了注射器的体积较小，也就意味着注射器和推杆都是相对脆弱的。对于推杆的移动距离，可以采用很多种方式进行控制，如对动力组件进行预设移动距离，通过控制动力组件的动力输出来间接控制推杆的移动距离，或者在推杆的移动路径上设置感应装置，以直接对推杆的移动距离进行检测，这种方式可能会更加的准确和及时。

上述感应装置可以采用传感器的形式，例如光电传感器，推杆上设置有感应目标，推杆的移动路径上设置有感应组件，当推杆下行的临界位置时，感应组件可以感应到推杆上的感应目标，进而产生感应信号，以获知推杆已到达临界位置。其中，推杆的临界位置主要包括两个，一是下行极限，即推杆将注射器中的试剂全部推出时的位置，此时推杆和注射器的重合区域处于最大值；二是上行极限，即推杆将注射器中吸满试剂时的位置，此时推杆和注射器的重合区域处于最小值。由于推杆的上行可以通过诸多更简单的方式进行控制其极限位置，如在推杆的上行极限处设置挡块，所以一般仅在推杆额下行极限位置设置感应装置，因为推杆的下行会接触注射器的底部，不方便设置挡块等结构。

考虑到试剂容纳腔室优选采用注射器的形式，而注射器通常仅有一个试剂连接口，试剂向注射器中的添加和注射器中的试剂向芯片上的加注都要通过该试剂连接口，所以在注射器的试剂连接口处可以设置一个试剂接口组件，通过试剂接口组件可以将注射器的试剂连接口分别与试剂存储装置、芯片流体连通。如试剂接口组件上设置有主连接通道、以及分别与主连接通道流体连通的试剂输入通道和试剂输出通道，其中，主连接通道与注射器上的试剂连接口流体连通，试剂输入通道与试剂存储装置流体连通，试剂输出通道与芯片流体连通，如此便可实现注射器与试剂存储装置、芯片的连接。

当需要向注射器中添加试剂时，打开注射器与试剂存储装置之间的电磁阀，关闭注射器与芯片之间的电磁阀，试剂存储装置、试剂接口组件、注射器三者便会流体连通，通过动力组件驱动推杆上行，试剂存储装置中的试剂便可通过试剂接口组件上的试剂输入通道被吸入到注射器中；当需要向芯片上加注试剂时，打开注射器与芯片之间的电磁阀，关闭注射器与试剂存储装置之间的电磁阀，注射器、试剂接口组件、芯片三者便会流体连通，通过动力组件驱动推杆下行，注射器中的试剂便可通过试剂接口组件上的试剂输出通道被推送到芯片中。由于上述整个试剂的吸入和推出系统都是相对封闭的，所以可以有效的防止空气的进入，避免了注射器中产生气泡。

由于微流控芯片上集成了多种反应，所以芯片上所需的试剂种类也是多种，为了实现芯片上多种试剂的自动加注，可以阵列式的设置多组试剂容纳腔室及试剂推送装置，每组试剂容纳腔室和试剂推送装置都是相对独立的，分别与不同的试剂存储装置和芯片上的不同试剂入口流体连通，以便实现多种试剂的加注，而且每组试剂容纳腔室和试剂推送装置应也是单独控制的，以便实现对多个试剂加注的控制。当然，如果每种试剂都是顺序加入，不会出现两种或多种试剂同时加注的情况，也可以通过一个动力组件控制所有的试剂推送装置和试剂容纳腔室，这样可以节省空间和避免结构的复杂化。

分离检测系统

分离检测系统包括毛细管电泳分离装置和荧光检测装置，其中，毛细管电泳分离装置为凝胶电泳的发生设备，用于实现DNA片段的电泳分离；荧光检测装置与毛细管电泳分离装置配套使用，以实现对DNA片段的荧光检测。

具体来说，毛细管电泳分离系统包括毛细管电泳组件、温度控制组件、快速锁定组件，以及用于实现毛细管中凝胶注入的凝胶推进装置。其中，毛细管电泳组件用于容置毛细管，为电泳分离提供一个稳定可靠的环境，避免毛细管在使用过程中或在更换时损坏；温度控制组件可以为毛细管电泳组件提供在电泳分离时的温度控制，以保证电泳分离的顺利进行；快速锁定组件是为了将毛细管电泳组件临时锁定在整体设备中，以方便毛细管的更换。

其中，毛细管电泳组件包括毛细管和用于保护毛细管的防护组件，毛细管可以采用市售产品，如Polymicro Technologies(PT)公司生产的弹性熔融石英毛细管，一般是采用人造熔融石英半成品拉制而成，类似的也可以使用天热石英、硼硅玻璃、多种塑料或熔融硅材料合成物质来制造，这主要取决于实际的应用需求。

毛细管作为电泳分离的载体，优选弯曲设置在防护组件的内部，形成平滑的弧度，达到电泳分离的最佳效果，当然，也可以将毛细管采用其他方式置放在防护组件的内部，如直接将呈直线型的毛细管设置在防护组件的内部等。另外，通常来说，一个毛细管电泳组件内部仅设置有一根毛细管，但有的时候，为了提高分析通量或分析效率，也会采用将多根毛细管并行排列成毛细管束的形式。

毛细管外部的防护组件主要是起到保护毛细管的作用，其具体形式可以采用保护壳体，毛细管直接置放在保护壳体的内部，保护壳体和毛细管形成一个整体，这样不仅能够起到保护毛细管避免损伤的效果，而且还能有效改善毛细管的更换方式。如果在毛细管电泳分离系统中直接使用裸露的毛细管，由于毛细管属于消耗品，当需要更换时，要极其小心以避免其折断或破碎，但当毛细管设置在保护壳体的内部形成一个整体时，直接更换该整体组件即可。

由于本实用新型中在毛细管的外侧设置有一个防护组件，所以为了满足后续检测的需要，防护组件上应设置有检测用窗口，通过该检测用窗口可以使荧光检测装置对毛细管中的电泳分离进行检测分析。其中，基于DNA分析设备小型化的要求，荧光检测装置应尽量缩小体积，因此本实用新型中的荧光检测装置除了包括现有设备中的激光器、物镜、光谱仪等传统部件外，还设置有光路调节组件，光路调节组件包括平面反射镜、透镜或滤光镜等，通过光路调节组件可以改变激光器和物镜之间的光学路线，并通过各组件之间的相对位置设置，达到小型化的要求。

毛细管电泳组件是可替换地设置在整体设备上，为了方便更换，整体设备上应设置有快速锁定组件，利用快速锁定组件能够使毛细管电泳组件快速地锁定在整体设备上，且当需要更换时，也能方便地将毛细管电泳组件从整体设备上取下。其中，快速锁定组件可以是现有的弹性卡锁结构，毛细管电泳组件直接插入到该弹性卡锁结构即可实现锁定，或者快速锁定组件也可以是普通螺纹锁合结构，毛细管电泳组件直接拧入该螺纹锁合结构即可实现锁定，当然类似结构还有很多，只要是能够实现快速锁定即可。

对应的，毛细管电泳组件上也应设置有与快速锁定组件相配合的结构，如快速锁定组件采用螺线管组件控制的弹性卡锁结构，则毛细管电泳组件上就需要设置与锁头组件相扣合的锁合孔，该锁合孔的位置应根据毛细管电泳组件在整体设备上的安装位置来决定，一般都是设置在毛细管电泳组件的边缘处。由此，通过上述配合使用的锁合结构，可以实现毛细管电泳组件的快速更换。

毛细管电泳过程中会对温度有特别的要求，例如，温度可影响分离重现性和分离效率，控制温度可以调控电渗流的大小，温度升高，缓冲液粘度降低，管壁硅轻基解离能力增强，电渗速度变大，分析时间减短，分析效率提高，但如温度过高，则会引起毛细管柱内径向温差增大，焦耳热效应增强，柱效降低，分离效率也会降低。所以毛细管电泳分离系统中也都会设置有温度控制组件，温度控制组件主要是对毛细管的温度进行调节，以保证电泳过程的顺利进行。

其中，基于本实用新型中的毛细管是设置在了防护组件的内部，所以温度控制就会变得跟现有方式不太一样，例如可采用在防护组件的外侧直接贴设温度控制组件的方式，此种方式不仅可以缩短热传递路径，方便对毛细管的温度进行快速的调节控制，大大降低了实验时间，而且还能够起到对毛细管电泳组件进行支撑的效果，因为温度控制组件一般都是直接固定在整体上。

温度控制组件优选是位于整体设备上毛细管电泳组件的一侧，形状与毛细管电泳组件的形状相匹配，当毛细管电泳组件锁定在整体设备上时，温度控制组件与毛细管电泳组件相贴合，利用接触热传导来对毛细管的温度进行控制。其中，温度控制组件中的加热组件可采用本领域中常见的加热结构，如电阻式加热板，且优选的是采用超薄电阻加热板，以在实现所需加热效果的情况下，能显著降低能耗和节省空间，为整体设备的小型化提供支持。

由于整体设备的小型化特点，设备中各部件的距离会相对较小，为了避免对整体设备的其他部件造成影响，加热组件的外部应设置有隔离组件，隔离组件主要是能够起到支撑加热组件，以及为加热组件提供相对封闭的环境。其中，隔离组件的设置方式可以类比于上述毛细管外部的防护壳体的设置方式，做成整体式结构或可拆卸式结构等，且在使用时温度控制组件的隔离组件和毛细管电泳组件的防护组件会相互接触并进行热传递。

为了保证热传递效果，温度控制组件的隔离组件和毛细管电泳组件的防护组件都应选用传热效果比较的材料制作，且尽量使毛细管和加热组件靠近相互接触的一侧，以缩短热传递路径。同时，在温度控制组件和毛细管电泳组件之间还可设置有导热垫片，导热垫片可设置在毛细管电泳组件上，也可设置在温度控制组件上，考虑到使用效果，导热垫片最好是设置在毛细管电泳组件上，以便将温度均匀的传递到毛细管上。

为实现毛细管中凝胶的自动注入，本实用新型中还包括凝胶推进装置，其中，凝胶推进装置包括凝胶容纳腔室，凝胶容纳腔室用于暂时存放要加注到毛细管上的凝胶。一般在本领域中，凝胶容纳腔室都会采用注射器的形式，这样既保证了凝胶加注时的操作方便，也能够使结构尽量简化，而且对于凝胶的加注量也能有一个很好的控制。

凝胶容纳腔室的试剂入口与凝胶存储装置流体连通，试剂出口与毛细管流体连通。凝胶存储装置中的凝胶可以预先加入到凝胶容纳腔室中，然后根据毛细管电泳系统的需要，及时地将凝胶加注到毛细管中。其中，试剂容纳腔室上设置有温度调节组件，温度调节组件可以调节试剂容纳腔室中的凝胶的温度，以使凝胶处于理想的存储温度，便于凝胶的临时低温存储，基于试剂容纳腔室的具体结构、凝胶的特性，温度调节组件优选采用半导体制冷器的形式。

温度调节组件可以直接与试剂容纳腔室相接触，以保证其温控效果，如当试剂容纳腔室采用注射器的形式时，温度调节组件可以包敷设置在注射器的外侧，以直接对注射器中的凝胶进行温度控制。但是，考虑到试剂容纳腔室在存储凝胶和注射时的稳定性，优选的是，在温度调节组件和试剂容纳腔室之间设置有支撑组件，如注射器的外侧直接包敷设置有支撑组件，温度调节组件与支撑组件相接触，通过支撑组件将热量传递给试剂容纳腔室，虽然这种方式可能会使温度控制速度有所减缓，但是综合设备整体的稳定性考虑，本实用新型中仍优选采用此方式。

为了使试剂容纳腔室中的凝胶的温度可以持久地保持在合适范围内，试剂容纳腔室的外侧可设置有保温组件，保温组件优选与试剂容纳腔室直接接触，也即位于支撑组件和试剂容纳腔室之间，如注射器的外侧直接缠绕设置保温组件，以长时间的维持注射器中的凝胶的温度。当然，保温组件能够在维持试剂容纳腔室中的凝胶温度的同时，也会对温度调节组件的热量传递造成影响，但相比较而言，在试剂容纳腔室的外侧直接设置保温组件会更有利设备的整体使用效果，而且还能起到保护试剂容纳腔室的效果，避免支撑组件等对试剂容纳腔室造成损伤。

由于热量传递的需求，试剂容纳腔室、保温组件、支撑组件和温度调节组件会紧密的设置在一起，在其整体的外侧应设置防护组件，以防止各组件受到外界的干扰和损坏。其中，防护组件可将试剂容纳腔室、保温组件、支撑组件和温度调节组件全部包敷设置，以保证防护效果，由此，试剂容纳腔室便需要通过连接管道与试剂存储装置和毛细管流体连接，该连接管道也应满足保温的需求，以防止凝胶在流过该连接管道时温度发生改变，尤其是试剂容纳腔室与毛细管之间的连接管道。应注意的是，如果试剂容纳腔室采用注射器的形式，则保温组件、支撑组件、温度调节组件、防护组件可以仅设置在注射器的主体部分，避免使结构过于复杂，影响整体使用效果。

由于试剂容纳腔室通常都会采用注射器的形式，所以当需要将凝胶添加到注射器中或将注射器中的凝胶加注到毛细管中时，可以通过推动注射器的推杆来实现，如推杆上行可将试剂存储装置中的凝胶吸入到注射器中，推杆下行可将注射器中的凝胶推送到毛细管中。考虑到自动化的需求，注射器的推杆可与动力组件相连，动力组件可根据预设情况自动驱动推杆的移动。其中，动力组件一般采用电机、滑块的组合形式，滑块与注射器的推杆固定连接，电机可驱动滑块在相应的滑轨上滑动，从而带动注射器的推杆上行或下行。

本实用新型的一体化DNA分析系统将DNA检测分析的各步骤都集成在一个设备上，操作方便，检测快捷，在保证精确性的前提下，极大地提高了DNA 检测的效率，可广泛应用于公安、司法、临床等领域，本实用新型的一体化 DNA分析系统能够充分满足其操作简单、检测快捷的要求。

下面结合附图1至图36，对本实用新型的一体化DNA分析系统的某一优选实施例进行说明。

如图1至图5所示，本实用新型的一体化DNA分析系统包括试剂供应系统、微流控反应系统和分离检测系统。其中，试剂供应系统包括试剂存储装置100和试剂注入装置200，微流控反应系统包括微流控芯片300和微流控装置400，分离检测系统包括毛细管电泳装置500和荧光检测装置600，具体来说，试剂存储装置100通过试剂注入装置200与微流控芯片300相连，试剂存储装置100中的试剂可通过试剂注入装置200输送到微流控芯片300 上，以完成相应的操作，而试剂在微流控芯片300上的流动是由微流控装置 400来控制的，微流控芯片300上的反应物可流入到毛细管电泳装置500中，以进行电泳分离，并通过配套使用的荧光检测装置600对结果进行检测。

如图6至图15所示，微流控芯片300上主要集成了DNA提取和PCR扩增两个步骤，包括顺次叠加的顶片301、配件片302、管道片303、通道片 304、阀孔片305、底片306和反应片307。其中，顶片301、配件片302、管道片303、通道片304、阀孔片305、底片306的尺寸和形状相同，叠合组成了芯片本体，芯片本体为微流控芯片300的承载组件，芯片本体上集成有样本提取区域、流体管路和废液排放区域；反应片307附着于芯片本体上，为微流控芯片300的反应组件，反应片307上形成有反应区域，反应片307 上的反应区域与芯片本体上的流体管路相连通。

其中，优选的是，组成芯片本体的顶片301、配件片302、管道片303、通道片304、阀孔片305、底片306的材料选用PET材质(聚对苯二甲酸乙二醇酯Polyethyleneterephthalate)，PET材质在较宽的温度范围内具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达120℃，电绝缘性优良，甚至在高温高频下，其电性能仍较好，抗蠕变性，耐疲劳性，耐摩擦性、尺寸稳定性都很好，非常适合作为芯片的主体材料，具有加工方便、价格低廉的优点。

同时，优选的是，反应片307的材料选用PP材质(聚丙烯 Polypropylene)，其中，PP材质密度小，强度、刚度、硬度、耐热性均优于低压聚乙烯,可在最高150℃左右使用，具有良好的介电性能和高频绝缘性，且不受湿度影响，但低温时变脆，不耐磨、易老化。PP材质加工困难，不适于作为芯片的主体材料，但对于PCR反应来说，使用PP材质制作反应容器可显著的提高反应效率，故本实施例中，反应片307采用PP材质制作。

具体来说，顶片301为微流控芯片300的上封装片，主要起到密封芯片本体的作用。其中，对应于本实施例中的微流控芯片300的内部结构，顶片 301上形成有样本添加口308、疏水排气口309、反应片散热口310、试剂添加口311和反应物输送口312。

样本添加口308与芯片本体上的样本提取区域相连通，待处理血液样本可由样本添加口308加入到芯片上，样本添加口308处设置有密封盖片313；疏水排气口309与芯片本体中的流体管路上的疏水排气区域相连通，疏水排气口309处设置有疏水排气配件314，以用于流体管路中的排气；反应片散热口310与附着于芯片本体上的反应片307相连通，用于反应片307与外界环境的连通，以方便散热；试剂添加口311与芯片本体中的流体管路上的试剂入口相连通，用于流体管路中反应试剂的加注，其中试剂添加口311有多个，每个试剂添加口311对应一种试剂；反应物输送口312处设置有连接导管315，反应物输送口312可通过连接导管315与后续反应设备(毛细管) 相连通，用于将微流控芯片300上的反应物输送到后续设备中。

配件片302位于顶片301的下方，用于为微流控芯片300上的各配件提供安装空间，如样本提取配件316、废液排放配件317等。其中，考虑到加工的难度，配件片302的厚度不易太大，所以为了保证各配件具有足够的安装空间，配件片302的数量可以由多个，例如两个、三个等，本实施例中设置有两个配件片302。

对应于本实施例中的微流控芯片300的内部结构及上述顶片301的结构，配件片302上形成有样本提取配件安装区318、疏水排气口309、反应片散热口310、试剂添加口311、反应物输送口312、废液排放配件安装区319。其中，样本提取配件安装区318与顶片301上的样本添加口308相对应，用于承装样本提取配件316；废液排放配件安装区319用于承装废液排放配件317。

应注意的是，本实施例中，样本提取配件316优选采用FTA试纸，FTA 试纸作为Whatman公司的一项专利技术，独创性的应用于室温下DNA和RNA 的采集、运输、纯化和储存，所有工作均在一张卡上完成。当然，样本提取配件316也可以采用类似的磁珠法提取组件等，只要是能够实现样本的提取即可。另外，废液排放配件317优选采用具有流体吸收功能的纸张等，以方便安装。

管道片303位于配件片302的下方，为流体管路320的承载片体，流体试剂主要在管道片303上的流体管路320中流动，以实现在各功能区域之间的流动。同时，管道片303还与配件片302一起为各配件提供安装空间，以便于各配件与流体管路320的连接。

对应于本实施例中的微流控芯片300的内部结构及上述配件片302的结构，管道片303上形成有流体管路320、样本提取配件安装区318、反应片散热口310、废液排放配件安装区319。其中，配件片302和管道片303上的样本提取配件安装区318以及样本提取配件316共同形成了样本提取区域；配件片302和管道片303上的废液排放配件安装区319以及废液排放配件317共同形成了废液排放区域；流体管路320上设置有试剂入口、疏水排气区域、反应物出口，流体管路320可将各功能区域连接起来，以方便反应流体在各功能区域之间的流动。

对应于微流控芯片300上集成的DNA提取和PCR扩增操作，流体管路320 上的试剂入口包括洗脱液入口321、PCR试剂入口322，对应于后续的电泳及检测操作，流体管路320的试剂入口还可以包括标记物入口323。其中，流体管路320上的洗脱液入口321与样本提取区域相连通，以利用从洗脱液入口321输入的洗脱液将样本提取区域中提取出的反应物冲洗出来；PCR试剂入口322与反应片307上的反应区域相连通，从PCR试剂入口322输入的PCR 试剂可与自样本提取区域冲洗出的反应物一起流入反应片307上的反应区域中，以进行PCR反应；标记物入口323与流体管路320上的反应物出口324 相连通，标记物可由标记物入口323输入后沿流体管路320输送至反应物出口324，并由反应物出口324、反应物输送口312、连接导管315输送到后续的反应设备。

本实施例中，管道片303上的流体管路320包括：连接样本提取区域和疏水排气区域的第一流体管路325；连接PCR试剂入口322与疏水排气区域的第二流体管路326；连接疏水排气区域与反应区域的第三流体管路327；连接反应区域与反应物出口324的第四流体管路328；连接标记物入口323 与反应物出口324的第五流体管路329；以及连接样本提取区域与废液排放区域、反应区域与废液排放区域、反应物出口324与废液排放区域的废液排放管路330。其中，连接疏水排气区域与反应区域的第三流体管路327优选为两条，以便于反应区域中反应物的充分填充。

本实施例中，管道片303上的任一两功能区域之间的流体管路320并非贯通的，而是断开的，即流体管路320上形成有管路断开点，流体并不能直接通过管道片303上的流体管路320在各功能区域之间流动，而是要借助于下述的通道片304和阀孔片305，以方便对微流控芯片300上流体的流动进行精准控制。

通道片304位于管道片303的下方，是为了对管道片303上的流体管路 320的贯通提供过渡连接，以实现对微流控芯片300上流体的流动进行精准控制。对应于本实施例中的微流控芯片300的内部结构及上述管道片303的结构，通道片304上形成有过渡连接孔组331、反应区域连接孔332和反应片散热口310。

其中，过渡连接孔组331对应于管道片303上的流体管路320的管路断开点设置，每个过渡连接孔组331包括两个相邻的连接孔，每个连接孔分别与流体管路320上的管路断开点两侧的流体管路320相连通；反应区域连接孔332与反应片307上的反应区域相连通，用于将反应流体输送到反应片307 上的反应区域中。

阀孔片305位于通道片304的下方，用于实现管道片303上的流体管路 320的贯通。对应于本实施例中的微流控芯片300的内部结构及上述管道片303、通道片304的结构，阀孔片305上形成有阀孔333、反应区域连接孔332和反应片散热口310。

其中，阀孔333对应于通道片304上的过渡连接孔组331设置，每个过渡连接孔组331都与一个阀孔333相连通，也即过渡连接孔组331中的两个相邻连接孔分别与阀孔333相连通，由此，流体管路320在管路断开点的贯通便可通过过渡连接孔组331、阀孔333来实现。

具体来说，对应于连接样本提取区域和疏水排气区域的第一流体管路 325，形成有第一阀孔334；对应于连接疏水排气区域与反应区域的第三流体管路327，形成有第二阀孔335；对应于连接反应区域与反应物出口324的第四流体管路328，形成有第三阀孔336；对应于连接样本提取区域与废液排放区域、反应区域与废液排放区域、反应物出口324与废液排放区域的废液排放管路330，形成有第四阀孔337。

底片306位于阀孔片305的下方，为微流控芯片300的下封装片。对应于本实施例中的微流控芯片300的内部结构及上述阀孔片305的结构，底片 306上形成有反应区域连接孔332和反应片散热口310。

同时，为了实现对阀孔片305上的阀孔333进行启闭控制，底片306优选具有弹性，由此，在底片306上对应于阀孔片305上的阀孔333的位置处施加外力，便可使底片306发生形变，进而使底片306封堵住阀孔片305上的阀孔333，使流体管路320在管路断开点的贯通断开。应注意的是，上述施加到底片306的外力可由与微流控芯片300配套使用的微流控装置400来施加，例如微流控装置400中对应于阀孔片305上的阀孔333设置有螺线管阀，通过螺线管阀的升降即可实现阀孔333的启闭。

反应片307位于底片306的下方，为专门的反应容器，其尺寸和形状可根据不同情况灵活设置，此外，反应片307与底片306之间可设置有保护垫片338。对应于本实施例中的微流控芯片300的内部结构及上述芯片本体的结构，反应片307上形成有反应区域339、反应物入口340和反应物出口341。

其中，为了提高PCR反应的效果，反应片307上的反应区域339的形状优选采用S型。S型的反应区域339通过反应物入口340与芯片本体上对应的反应区域339连接孔332相连通，由此，反应物便可通过流体管路320、反应区域连接孔332、反应物入口340流入反应区域339，以进行PCR反应。而反应后的产物可通过反应物出口341、芯片本体上对应的反应区域连接孔 332、流体管路320输送到管道片上的反应物出口324，进而通过反应物输送口312、连接导管315输送到后续的反应设备。

本实用新型的微流控芯片300的工作过程为：首先，施加外力到底片306 上的对应区域，以关闭阀孔片305上的所有阀孔333，使通道片304上对应的流体管路320处于断开状态；其次，将待测血液样本通过顶片301上的样本添加口308加入到样本提取区域中的样本提取配件316上；接着，打开阀孔片305上的第一阀孔334，以使样本提取区域和疏水排气区域之间的第一流体管路325处于贯通状态，同时自洗脱液入口321通入洗脱液，DNA便可从样本提取区域中的样本提取配件316上被洗脱出来，并流到疏水排气区域；接着，关闭阀孔片305上的第一阀孔334，打开第二阀孔335，使疏水排气区域与反应区域339之间的第三流体管路327处于贯通状态，DNA与PCR试剂通过第三流体管路327进入反应片307上的反应区域339中；接着，关闭阀孔片305上的第二阀孔335，使反应片307上的反应区域339成为隔离腔室，以进行PCR反应；最后，PCR反应完成后，打开第三阀孔336，以使反应区域339与反应物出口324的第四流体管路328处于贯通状态，反应区域 339中的反应物可流向反应物出口324，同时自标记物入口323通入标记物，故而扩增后的DNA与标记物便可进入后续的毛细管，进行电泳分离操作。其中，整个过程中，若废液过多，可选择性的开启第四阀孔337，以使样本提取区域与废液排放区域、反应区域339与废液排放区域、反应物出口324与废液排放区域之间的废液排放管路330选择性的贯通，使多余流体进入废液排放区域。

如图16至18所示，微流控装置400包括微流体控制盒401和机械控制平台402，其中，微流体控制盒401可实现微流控芯片300的承载、芯片内流体的流动控制以及芯片上反应温度的控制；机械控制平台402可实现微流体控制盒401的移动，从而使得芯片的更换更加简便。

进一步，微流体控制盒401包括芯片平台403和承载底框404，其中，承载底框404构成了微流体控制盒401的主体框架，芯片平台403设置在承载底框404上，用于承载芯片。其中，芯片平台403为板式结构，板式结构的顶面上设置有芯片容置凹槽405，芯片容置凹槽405为开放式结构，其形状与芯片的形状相匹配，芯片可直接置放在芯片容置凹槽405中。优选的是，由于芯片在芯片容置凹槽405中的装载位置具有较高的精准性，以保证后续对流体的流动控制，芯片容置凹槽405中还可设置有位置校准组件，如与芯片上的凹槽相对应的柱状凸起，利用位置校准组件可使芯片的放置更加的准确简便。

芯片容置凹槽405的一侧设置有芯片锁紧装置406，芯片锁紧装置406 为常规的转动卡锁式结构，芯片置放在芯片容置凹槽405中后，可转动芯片锁紧装置406，以使芯片锁紧装置406将芯片牢固地压设在芯片容置凹槽405 中，保证芯片装载的牢靠性和操作时芯片的稳定性。可选择的是，也可直接在芯片容置凹槽405中设置弹性卡锁结构，芯片放置在芯片容置凹槽405中后即可完成锁定，这样会更加方便芯片的更换，也可避免在芯片平台403的其他部位设置多余的部件，节省了空间。

芯片容置凹槽405中设置有温度控制组件407，其中，温度控制组件407 是设置在芯片容置凹槽405的底面上，与上述微流控芯片300上的反应片307 相对应，芯片置放在芯片容置凹槽405中后，温度控制组件407与微流控芯片300上的反应片307直接接触，以调节反应片307上反应区域339的温度，保证反应的正常进行。本实施例中，温度控制组件407包括彼此接触连接的导热垫片、半导体制冷器，以及设置在导热垫片和半导体制冷器之间的温度传感器，芯片置放在芯片容置凹槽405中后，导热垫片直接与芯片相接触，半导体制冷器对芯片上的反应温度进行调节。

芯片容置凹槽405的底面上还设置有多个中间连接通道408，中间连接通道408贯穿芯片平台403设置，其中，芯片容置凹槽405底面上的多个中间连接通道408与芯片上的多个阀孔333一一对应。相应地，芯片平台403 下方的承载底框404上设置有多个螺线管阀409，其中，承载底框404的底面414上设置有多个螺线管阀安装孔410，螺线管阀409竖向安装在螺线管阀安装孔410中，多个螺线管阀409的布设与芯片容置凹槽405底面上的多个中间连接通道408一一对应，螺线管阀409的顶部柱塞穿过对应的中间连接通道408后与上述微流控芯片300上的底片306相接触，并可驱动底片306 上对应阀孔333的位置升降，以实现对芯片上相应阀孔333的开启或关闭。

微流体控制盒401中还设置有散热装置413，散热装置413用于对整个微流体控制盒401进行散热，防止其因为高温而无法正常工作。其中，散热装置413包括安装壳体412和嵌设在安装壳体上的散热风扇411，安装壳体 412包覆设置在承载底框404的外侧，以形成相对封闭的空间，螺线管阀409 即位于该封闭空间中，散热风扇411设置在安装壳体412的侧壁上，并使散热气流能够覆盖螺线管阀409，优选采用正对的方式设置，以节省空间和提高散热效率。

机械控制平台402包括水平位移装置和竖直位移装置，其中，微流体控制盒401固定设置在水平位移装置和竖直位移装置中，通过水平位移装置可实现微流体控制盒401在水平方向的移动，通过竖直位移装置可实现微流体控制盒401在竖直方向上的移动。

其中，水平位移装置包括水平滑动件415和第一电机416，水平滑动件 415包括固定设置的滑轨和与滑轨配合使用的滑动件，滑轨可选择固定在底座类部件上，作为移动的基础，滑动件与滑轨为滑动配合，第一电机416与滑动件相连，微流体控制盒401上的承载底框404固定设置在滑动件上，由此，在第一电机416的驱动下，滑动件可带动整个微流体控制盒401沿滑轨往复移动，从而实现微流体控制盒401的水平移动。

竖直位移装置同样包括竖直滑动件417和第二电机418，竖直滑动件417 包括固定设置的滑轨和与滑轨配合使用的滑动件，滑轨可选择固定在底座类部件上，作为移动的基础，滑动件与滑轨为滑动配合，第二电机418与滑动件相连，微流体控制盒401和水平位移装置一起固定设置在滑动件上，由此，在第二电机418的驱动下，滑动件可带动整个微流体控制盒4011和水平位移装置沿滑轨往复移动，从而实现微流体控制盒401的竖向移动。

本实施例中，竖直位移装置是需要驱动微流体控制盒401和水平位移装置一起运动的，所以水平位移装置中的滑轨固定设置在第一框架419中，水平位移装置相对于第一框架419水平移动微流体控制盒401。同时，竖直位移装置中的滑动件与第一框架419固定连接，滑轨与第二框架420固定连接，由此，在第二电机418的驱动下，竖直位移装置中的滑动件可带动第一框架419及设置在第一框架419上的微流体控制盒401和水平位移装置一起相对于第二框架420竖向移动。

如图19至图21所示，本实用新型的试剂存储装置100包括两种，一种是常规试剂盒101，一种是温控试剂盒102。常规试剂盒101如图19所示，主要包括试剂瓶和导管，用于存放对温度没有太高要求的试剂，如缓冲液等；温控试剂盒102如图20和图21所示，包括保温盒体、试剂瓶和导管，用于存放对温度要求比较高的试剂，如DNA聚合酶。

具体来说，保温盒体包括保温护套103、温控组件104和防护盒体105，其中，试剂瓶106固定在保温护套103内，用于液体的保存；温控组件104 被固定在保温护套103上，用于控制试剂瓶106内液体的温度；保温护套103 被安装在防护盒体105内，用于试剂瓶106的保温。

保温护套103由两个带有半弧形内壁的壳体扣合而成，该两个壳体用来将试剂瓶106的瓶体包裹住，试剂瓶106的瓶口部突出于保温护套103的上端面；保温护套103的外壁设置有温控组件104，该温控组件104包括半导体致冷器和温度传感器，半导体致冷器具有温度可调、体积小、能耗低等优势。

保温护套103和温控组件104设置在防护盒体105中，防护盒体105包括前盒体107、后板108以及盒盖109，前盒体107的后侧敞开，前盒体107 的顶部设有缺口，保温护套103嵌装在前盒体107的内腔中，缺口供试剂瓶 106的瓶口部穿过，后板108固定在前盒体107的后侧将前盒体107的敞开侧封住，后板108的上端向上延伸，盒盖109设置在前盒体107部缺口处，盒盖109用来将瓶口部封住，盒盖109的后侧抵接在后板108的延伸部位，设置在试剂瓶106中的导管111从盒盖109上伸出。此外，优选的是，后板 108与前盒体107之间设有垫板110，垫板110上设有凹部，温控装置设置在保温护套103的后侧外壁上，凹部用来容纳温控装置。

如图22至图25所示，试剂注入装置200包括安装面板201，安装面板201的第一侧面上并排竖向设置有多个注射器202，每个注射器202上都连接一个试剂推杆203，试剂推杆203可在注射器202内部往复移动，以将试剂吸入注射器202内部或将注射器202内部的试剂推送出去。其中，每组注射器202和试剂推杆203都是相对独立的，通过多组并排设置的注射器202 和试剂推杆203可以实现芯片上多种试剂的加注。

安装面板201的第一侧面的下部设置有试剂接口装置204，试剂接口装置204上对应于每个注射器202都设置有一组注射器连接通道205、试剂输入通道206和试剂输出通道207，其中，注射器连接通道205设置在试剂接口装置204的顶面上，试剂输入通道206设置在试剂接口装置204的侧面上，试剂输出通道207设置在试剂接口装置204的底面上，试剂输入通道206和试剂输出通道207分别与注射器连接通道205流体连通。

试剂接口装置204上的每个注射器连接通道205都与上方的注射器202 相对应，注射器202的底部插入到试剂接口装置204上的注射器连接通道205 中，且注射器202的试剂接口与注射器连接通道205流体连通。试剂接口装置204上的试剂输入通道206与试剂存储装置100上的试剂出口流体连通，且在试剂输入通道206与试剂存储装置100上的试剂出口之间的连接通道上设置有第一电磁阀208；试剂接口装置204上的试剂输出通道207与芯片上的试剂入口流体连通，且在试剂输出通道207与芯片上的试剂入口之间的连接通道上同样设置有第二电磁阀。

由此，注射器202上的试剂接口通过试剂接口装置204上的注射器连接通道205、试剂输入通道206与试剂存储装置100上的试剂出口流体连通；注射器202上的试剂接口通过试剂接口装置204上的注射器连接通道205、试剂输出通道207与上述微流控芯片300上的试剂入口流体连通。当试剂输入通道206与试剂存储装置100上的试剂出口之间的连接通道上的第一电磁阀208打开时，试剂存储装置100上的试剂便可通过试剂存储装置100上的试剂出口、试剂接口装置204上的试剂输入通道206、注射器连接通道205、注射器202上的试剂接口流入注射器202中，以实现注射器202中试剂的添加。当试剂输出通道207与芯片上的试剂入口之间的连接通道上的第二电磁阀打开时，注射器202中的试剂便可通过注射器202上的试剂接口、试剂接口装置204上的注射器连接通道205、试剂输出通道207、芯片上的试剂入口流入芯片中，以实现芯片中试剂的加注。

注射器202的底部插入到试剂接口装置204上的注射器连接通道205中，不仅能够起到连接试剂存储装置100和芯片的目的，还可将注射器202的底部相对固定地设置在安装面板201上。同时，安装面板201上在试剂接口装置204的上方还设置有注射器夹持装置209，注射器夹持装置209上对应于每个注射器202的位置处都设置有夹持孔，注射器202可卡设在注射器夹持装置209上的夹持孔中，通过试剂接口装置204和注射器夹持装置209可以牢固地将注射器202设置在安装面板201上。优选的是，注射器夹持装置209 上的夹持孔的位置对应注射器202的上部或中上部，如此，注射器202的底部通过试剂接口装置204固定，注射器202的中上部通过注射器夹持装置209 固定，这样当试剂推杆203在注射器202中往复移动时，可以保证注射器202 的稳定性。

试剂推杆203在注射器202中的往复移动是通过电机210、滑动组件211 和滑轨212实现的，其中，电机210与滑动组件211相连，滑动组件211滑动设置在滑轨212上，且滑动组件211与试剂推杆203相连，由此，电机210 可驱动滑动组件211在滑轨212上往复移动，进而滑动组件211便可驱动试剂推杆203在注射器202中往复移动。应注意的是，每组注射器202和试剂推杆203都对应设置有一组电机210、滑动组件211和滑轨212，以方便对每组注射器202和试剂推杆203的单独控制。

为了实现对试剂推杆203在注射器202内部往复移动时极限位置的检测，安装面板201的第一侧面上设置有光学传感器213，滑动组件211上对应于该光学传感器213设置有检测片214，光学传感器213和检测片214是以光电效应原理工作的。其中，光学传感器213设置在试剂推杆203的移动路径上，且对应于试剂推杆203的下行极限位置，滑动组件211带动试剂推杆203下行时，检测片214会在试剂推杆203到达下行极限位置时穿过光学传感器213，进而在光学传感器213中产生感测信号，以显示试剂推杆203 已到达下行极限位置，此时电机210便会停止驱动。

试剂注入装置200的具体工作过程为：首先，打开试剂输入通道206与试剂存储装置100上的试剂出口之间的连接通道上的第一电磁阀208，关闭试剂输出通道207与芯片上的试剂入口之间的连接通道上的第二电磁阀；其次，电机210驱动滑动组件211沿滑轨212上行，滑动组件211会带动试剂推杆203在注射器202内部上行，进而将试剂存储装置100中的试剂吸入注射器202内部，试剂添加完成后，关闭试剂输入通道206与试剂存储装置100 上的试剂出口之间的连接通道上的第一电磁阀208；然后，根据需要向芯片上加注的试剂种类，打开相应的试剂输出通道207与芯片上的试剂入口之间的连接通道上的第二电磁阀；接着，电机210驱动滑动组件211沿滑轨212 下行，滑动组件211会带动试剂推杆203在注射器202内部下行，进而将注射器202中的试剂推送到芯片上对应地试剂入口中，以满足反应或操作的需求。

如图26至图35所示，毛细管电泳装置500包括毛细管电泳盒501、毛细管加热盒502、快速锁定机构503和凝胶推进装置504，其中，毛细管电泳盒501是容纳有毛细管505的组合件，为电泳分离的执行部件；毛细管加热盒502是容纳有加热板506的组合件，为电泳分离提供温度调节的部件；快速锁定机构503为将毛细管电泳盒501可拆卸式的锁定在整体设备上的部件，以方便毛细管电泳盒501的更换；凝胶推进装置504用于毛细管505中凝胶的自动注入。

进一步，毛细管电泳盒501包括电泳盒体507，电泳盒体507呈片状，内部形成有容纳空间，毛细管505设置在电泳盒体507的容纳空间中，电泳盒体507可对毛细管505起到保护作用。其中，电泳盒体507是由第一壳体 508和第二壳体509组合而成，毛细管505位于第一壳体508和第二壳体509 之间，且在第一壳体508和毛细管505之间还可设置有保护垫片510，保护垫片510可以选用泡沫垫或者是由其他弹性材料制成的垫片，以用于对毛细管505提供进一步的保护。

毛细管505呈U型弯曲状，毛细管505的主体部分都位于电泳盒体507 中，其中，毛细管505的流体入口端的长度大于流体出口端的长度，由此，当毛细管505设置在电泳盒体507中时，毛细管505的流体入口端可从电泳盒体507中伸出，以方便毛细管505中流体的加注。同时，由于毛细管505 的流体入口端从电泳盒体507中伸出，所以毛细管505的流体入口端上优选套设有保护套管511，保护套管511可对毛细管505的流体入口端进行保护，避免在使用或移动过程中造成毛细管505的损坏。

对应于毛细管505的流体出口端的位置处，电泳盒体507上设置有检测窗口512，检测窗口512是为了方便毛细管505电泳装置500中的荧光检测装置600对毛细管505中的电泳分离进行观测，也即激光可通过检测窗口512 进入以进行信号的检测。相应地，由于毛细管505在检测窗口512处是相对裸露的，所以检测窗口512处应设置有闭合组件549，在需要进行检测时，移除该闭合组件549，使检测窗口512呈打开状态，荧光检测装置600中的激光便可进入，以进行信号的检测，当检测完毕后，将闭合组件549安装到检测窗口512处，以使检测窗口512呈关闭状态，避免毛细管505遭受意外损坏。

第二壳体509上靠近毛细管加热盒502的一侧设置有导热垫片513，当毛细管电泳盒501安装到整体设备上时，毛细管电泳盒501上设置有导热垫片513的一侧可与毛细管加热盒502相互贴合，通过设置导热垫片513，可使毛细管505在工作过程中受热均匀，而且导热垫片513与毛细管505之间的距离较短，可大大提高加热效率，进而提高实验效率。此外，电泳盒体507 上还可设置有快速卡接槽514，快速卡接槽514用于与整体设备上的快速卡接件进行连接，以便于毛细管电泳盒501在整体设备上的快速拆卸和安装。

毛细管加热盒502包括加热盒体515，加热盒体515的形状优选与上述电泳盒体507的形状相匹配，也呈片状，加热盒体515的内部形成容纳腔室，加热板506设置在该容纳腔室中，加热盒体515可对加热板506起到防护作用，避免加热板506受到破坏，而且还能够防止加热板506的温度对其他部件造成影响。

其中，加热盒体515包括底板516，底板516具有传热性能，当加热盒体515与上述电泳盒体507相接触时，底板516可与电泳盒体507上的导热垫片513相接触，以实现热量的传递。优选的是，加热板506固定设置在底板516上，以尽量缩短与毛细管505之间的热传递路径，加热板506位于底板516的中间位置处，并与温度传感器517相连，温度传感器517通过信号接线518与控制系统连接，以实现对加热板506的温度的实时监测。其中，本实施例中，加热板506优选采用超薄电阻加热板，其厚度可设计为10-20mm，在实现所需加热效果的情况下，不仅能显著降低能耗，而且可以实现小型化的目的。

底板516与支撑框架519相连，支撑框架519为框体式结构，底板516 与支撑框架519的边缘处对应设置有锁定组件520，通过锁定组件520可将底板516和支撑框架519固定连接。其中，支撑框架519上对应于加热板506 的位置处形成有空腔，支撑框架519与底板516连接后，底板516上的加热板506位于支撑框架519的中部空腔处，优选的是，底板516和支撑框架519 之间设置有保护垫层521，保护垫层521可以采用泡沫板或其他弹性材料制成，保护垫层521可对加热板506、温度传感器517形成保护。

底板516和支撑框架519固定连接后可在外侧套设有保护壳体522，保护壳体522与底板516和支撑框架519可以采用扣接或卡和的方式相连，保护壳体522使底板516上的加热板506和温度传感器517处于了一个相对封闭的环境中，避免了与外部环境的相互干扰。此外，支撑框架519的边缘处还可设置有锁定连接件523，通过该锁定连接件523可将毛细管加热盒502 固定在整体设备上。

快速锁定机构503包括锁定底框524，锁定底框524的一端设置有锁扣摆动槽526，锁扣摆动槽526中活动设置有锁扣件525，锁扣件525与上述毛细管电泳盒501上的快速卡接槽514配合使用，锁扣件525可在锁扣摆动槽526中往复移动，以实现对毛细管电泳盒501的释放和锁定。其中，锁扣件525的底部和锁扣摆动槽526上的对应位置处分别形成有转动轴孔，转动轴孔内部设置有转轴，锁扣件525可绕该转轴往复摆动。

锁定底框524上的另一端设置有驱动件安装板527，螺线管组件528的端部可穿过驱动件安装板527上的安装孔后与锁紧组件529固定连接，以将螺线管组件528固定在锁定底框524上。其中，螺线管组件528的柱塞530 的端部设置有驱动连接件531，锁扣件525的中上部设置有驱动连接孔，驱动连接件531可与锁扣件525上的驱动连接孔相连，螺线管组件528的柱塞 530可通过驱动连接件531带动锁扣件525摆动，以释放毛细管电泳盒501。

螺线管组件528的柱塞530上靠近锁扣件525的位置处设置有挡止垫圈 532，挡止垫圈532的一侧与锁扣件525相接触，另一侧与驱动件安装板527 之间设置有复位弹簧533，复位弹簧533套设在螺线管组件528的柱塞530 上。由此，当需要打开锁扣件525时，螺线管组件528的柱塞530可通过驱动连接件531带动锁扣件525摆动，锁扣件525会与挡止垫圈532相接触，并挤压挡止垫圈532和复位弹簧533，使复位弹簧533处于压缩形变状态；当需要闭合锁扣件525时，可直接利用复位弹簧533积攒的形变力来推动挡止垫圈532，进而使锁扣件525复位。

凝胶推进装置504包括注射器534、保护盒535、半导体制冷器536和推进组件537，其中，注射器534用于将凝胶储存装置中的凝胶吸入并推送到毛细管505中；保护盒535设置在注射器534的外侧，可对注射器534起到保护作用；半导体制冷器536设置在保护盒535的内部，可对注射器534 中的凝胶的温度进行调节；推进组件537与注射器534相连，可自动控制注射器534将试剂存储装置100中的凝胶吸入并推送到毛细管505中。

注射器534包括试剂筒体537和试剂推杆538，其中，试剂推杆538插入到试剂筒体537中，并可在试剂筒体537中往复移动，试剂筒体537用于存储凝胶，试剂推杆538用于将凝胶吸入试剂筒体537或从试剂筒体537中推出。

保护盒535包括保护壳体，支撑块和保温护套539，其中，保护壳体、支撑块和保温护套539顺次设置在注射器534中的试剂筒体537的外侧，起到调节试剂筒体537中的凝胶温度、保护试剂筒体537的作用。具体来说，保温护套539包敷设置在试剂筒体537的外侧，可以使试剂筒体537中的凝胶较长时间的保持在合适温度，同时还能够避免试剂筒体537被其他组件损坏，如被支撑块划伤或者夹裂。其中，保温护套539可以是两片弧形部件，两片弧形的保温护套539贴合设置在试剂筒体537的外侧，当然，保温护套 539也可以采用带状结构，直接缠绕设置在试剂筒体537的外侧。

支撑块包括第一支撑块541和第二支撑块542，第一支撑块541和第二支撑块542扣设在试剂筒体537和保温护套539的外侧，可以对试剂筒体537 起到支撑夹紧的作用，同时还可将保温护套539紧密的贴合在试剂筒体537 的外侧。当然，第一支撑块541和第二支撑块542也可做成一体式结构，直接套设在试剂筒体537和保温护套539的外侧，但考虑到组装和拆卸的方便性，优选为分体式结构。

第二支撑块542与半导体制冷器536相接触，半导体制冷器536产生的热量可通过第二支撑块542传递给试剂筒体537，以对试剂筒体537中的凝胶的温度进行调节。由此，第二支撑块542应具有热传导特性，且考虑到热传递的均匀性，第二支撑块542和半导体制冷器536之间可设置有导热垫片 543。其中，半导体制冷器536具有体积小、能耗低、变温速率快的特点，在半导体制冷器536与第二支撑块542之间设置导热垫片543可使热传导更加的均匀，提高了对芯片反应温度控制的精度；同时，半导体制冷器536还可与温度传感器517相连，通过温度传感器517可实现对半导体制冷器536 的实时温度检测。

保护壳体包括第一壳体544和第二壳体545，第一壳体544和第二壳体 545扣设在支撑块和半导体制冷器536的外侧，使支撑块、半导体制冷器536、保温护套539和试剂筒体537处于一个相对密闭的空间中，避免受到外界的干扰和损伤。其中，保护壳体设计成分体式结构也主要是为了组装、拆卸的方便。

应注意的是，本实施例中,保护壳体是包敷设置在试剂筒体537的主体部分的外侧，试剂筒体537上仅是试剂接口和推杆入口位于保护壳体的外侧，试剂筒体537上的试剂接口直接与连接弯头540相连，通过连接弯头540可以改变凝胶的流向，并能够连接各种管道接头。上述方式主要是为了连接和操作的便捷性，当然，也可以将试剂筒体537全部设置在保护壳体的内部，由此，试剂推杆538就需要穿过保护壳体后再插入到试剂筒体537中，连接弯头也需要穿过保护壳体后与试剂筒体537的试剂接口相连。

推进组件537包括滑轨546、滑块547和驱动电机548，其中，驱动电机548与滑块547相连，滑块547滑动设置在滑轨546上，且滑块547与试剂推杆538相连，由此，驱动电机548可驱动滑块547在滑轨546上往复移动，进而滑块547便可驱动试剂推杆538在试剂筒体537往复移动。具体来说，滑轨546可固定设置在保护盒535上，且滑轨546的延伸方向与注射器534的设置方向相互平行；滑块547的一端与试剂推杆538固定连接，另一端滑动设置在滑轨546上；驱动电机548也可固定设置在保护盒535上，驱动电机548的电机轴与滑块547固定连接。

由此，当需要将凝胶储存装置中的凝胶添加到试剂筒体537中时，通过驱动电机548带动滑块547沿滑轨546上行，滑块547便可带动试剂推杆538 在试剂筒体537中上行，以吸入凝胶；当需要将试剂筒体537中的凝胶推送到毛细管505中时，通过驱动电机548带动滑块547沿滑轨546下行，滑块 547便可带动试剂推杆538在试剂筒体537中下行，以推出凝胶。

荧光检测装置600包括激光器601、第一光路调整器602、固定支架603、物镜604、第二光路调整器605以及光谱仪606。激光器601用来提供光源，第一光路调整器602设置在激光器601的前端，包括第一平面反射镜以及第一透镜，其中，第一平面反射镜用来将激光器601发射的激光向左侧垂直方向发射，第一透镜用来将向左侧垂直方向发射的激光聚焦。此外，第一光路调整器602的左侧固定有挡板607，挡板607向上延伸，挡板607上设有供激光通过的通孔。

固定支架603设置在第一光路调整器602的左侧，固定支架603用来固定毛细管505，毛细管505处于激光聚焦位置，激光作用在毛细管505上时，会与毛细管505中的荧光试剂发生作用，产生荧光，优选的是，挡板607的低端前侧固定有连接块608，固定支架603固定在该连接块608上。

物镜604处于激光器601的左侧并与激光器601平行设置，由N型支架 609支撑，物镜604用来收集毛细管505发出的荧光。第二光路调整器605 设置在物镜604的后端，包括第二平面反射镜、滤光镜以及第二透镜，其中，第二平面反射镜用来将荧光的方向改变为垂直向上，滤光镜用来将垂直向上的荧光变为单色，第二透镜用来将单色荧光聚焦。光谱仪606设置在第二光路调整器605的上端，光谱仪606用来对聚焦后的单色荧光进行光谱分析。

本实用新型的一体化DNA分析系统将DNA检测分析的各步骤都集成在一个设备上，操作方便，检测快捷，在保证精确性的前提下，极大地提高了DNA 检测的效率；独特的芯片分体式设计，在实现集成化功能的前提下，降低了整体的制作难度和成本，提高了反应效果；原创性的微流控装置，通过分层设计的流体管路及控制阀的配套使用，实现了对芯片上反应流体的流动的精细化控制，保证了芯片上反应的顺利进行；分别独立设计的芯片反应系统和试剂供应系统，可满足不同数量的检测要求，提高了设备使用的灵活化；集成式的毛细管电泳系统，降低了毛细管更换的难度，提高了反应效率，便于非专业人员的日常应用。

以上借助具体实施例对本实用新型做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本实用新型的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本实用新型所保护的范围。

Claims (20)

1.一种一体化DNA分析系统，其特征在于，包括：

试剂供应系统，试剂供应系统包括试剂存储装置和试剂注入装置，试剂存储装置与试剂注入装置流体连通；

微流控反应系统，微流控反应系统包括微流控芯片和微流控装置，试剂注入装置与微流控芯片流体连通，微流控芯片与微流控装置相连，待分析样本可添加到微流控芯片上，试剂注入装置可将试剂存储装置中的反应试剂注入到微流控芯片中，微流控装置可控制微流控芯片中流体的流动；

分离检测系统，分离检测系统包括毛细管电泳分离装置和荧光检测装置，微流控芯片与毛细管电泳分离装置流体连通，荧光检测装置与毛细管电泳分离装置相连，微流控芯片上的反应物可进入到毛细管电泳分离装置中，荧光检测装置可对毛细管电泳分离装置中的分离结果进行检测。

2.根据权利要求1所述的一体化DNA分析系统，其特征在于，试剂存储装置包括常规试剂盒和温控试剂盒，常规试剂盒包括试剂瓶，能够存储对环境温度要求低的试剂；温控试剂盒包括试剂瓶和温控装置，温控装置可调节试剂瓶中试剂的温度，能够存储对环境温度要求高的试剂。

3.根据权利要求2所述的一体化DNA分析系统，其特征在于，温控试剂盒包括保温护套，试剂瓶设置在保温护套内，保温护套上设置有温控组件，试剂瓶、保温护套和温控组件设置在防护盒体的内部。

4.根据权利要求1所述的一体化DNA分析系统，其特征在于，试剂注入装置包括试剂容纳腔室和自动推送装置，试剂容纳腔室的试剂入口与试剂存储装置的试剂出口流体连通，试剂容纳腔室的试剂出口与微流控芯片的试剂入口流体连通；自动推送装置与试剂容纳腔室相连，可将试剂存储装置中的试剂添加到试剂容纳腔室中，以及将试剂容纳腔室中的试剂加注到微流控芯片上。

5.根据权利要求4所述的一体化DNA分析系统，其特征在于，试剂注入装置包括并排竖向设置的多个注射器，每个注射器上都连接一个试剂推杆，每个试剂推杆分别与动力组件相连，动力组件可分别驱动推送组件在注射器中往复移动，以将试剂分类注入微流控芯片中。

6.根据权利要求1所述的一体化DNA分析系统，其特征在于，微流控芯片包括芯片本体和反应单元，芯片本体上设置有样本提取单元和流体管路，样本提取单元用于反应物的提取；反应单元贴合设置在芯片本体上，反应单元上设置有反应区域，反应单元上的反应区域与芯片本体上的流体管路相连通，反应物和反应试剂可通过流体管路输送到反应区域中，以在反应区域内完成反应。

7.根据权利要求6所述的一体化DNA分析系统，其特征在于，芯片本体包括叠合设置的配件片单元、管道片单元和控制阀片单元，配件片单元上设置有样本提取配件，管道片单元上设置有流体管路，控制阀片单元上设置有控制流体管路通断的控制阀件。

8.根据权利要求7所述的一体化DNA分析系统，其特征在于，管道片单元的流体管路上设置有管路断开点，控制阀片单元上对应管路断开点的位置处设置有管路连接孔，管路连接孔与管路断开点附近的流体管路相连通，管道片单元上的流体管路在管路断开点处的贯通通过管路连接孔来实现。

9.根据权利要求8所述的一体化DNA分析系统，其特征在于，控制阀片单元上对应管路连接孔的位置处设置有启闭阀门，启闭阀门可控制管路连接孔的开启和关闭，以实现管道片单元上对应的流体管路的贯通和断开。

10.根据权利要求1所述的一体化DNA分析系统，其特征在于，微流控装置包括芯片承载组件和连接孔启闭组件，微流控芯片可置放在芯片承载组件上，连接孔启闭组件与置放在芯片承载组件上的芯片中的管路连接孔相连，可控制芯片中的管路连接孔的开启和关闭，以实现芯片上与该管路连接孔相连接的流体管路的连通和断开。

11.根据权利要求10所述的一体化DNA分析系统，其特征在于，芯片承载组件上设置有温度控制组件，微流控芯片置放在芯片承载组件上后，温度控制组件与微流控芯片相接触，可调节微流控芯片上的反应温度。

12.根据权利要求10所述的一体化DNA分析系统，其特征在于，微流控装置包括机械控制组件，机械控制组件与芯片承载组件相连，可驱动芯片承载组件往复移动。

13.根据权利要求1所述的一体化DNA分析系统，其特征在于，毛细管电泳分离装置包括毛细管电泳组件和温度控制组件，毛细管电泳组件包括防护组件，毛细管设置在防护组件的内部；温度控制组件包括隔离组件，加热组件设置在隔离组件的内部；毛细管电泳组件和温度控制组件相互接触并可进行热传递，温度控制组件中的加热组件可对毛细管电泳组件中的毛细管进行温度调节。

14.根据权利要求13所述的一体化DNA分析系统，其特征在于，防护组件上对应于毛细管的流体出口端的位置处设置有检测窗口，通过检测窗口可以对毛细管中的电泳分离进行检测。

15.根据权利要求13所述的一体化DNA分析系统，其特征在于，毛细管电泳分离装置包括快速锁定组件，快速锁定组件与毛细管电泳组件相连，以将毛细管电泳组件可拆卸式的设置在一体化DNA分析系统中。

16.根据权利要求13所述的一体化DNA分析系统，其特征在于，毛细管电泳分离装置包括凝胶推进装置，凝胶推进装置包括凝胶容纳腔室、温度调节组件和自动推送装置，凝胶容纳腔室用于临时存储凝胶，温度调节组件与凝胶容纳腔室相连，可调节凝胶容纳腔室中的凝胶温度，自动推送装置与凝胶容纳腔室相连，可将凝胶添加到凝胶容纳腔室中，以及将凝胶容纳腔室中的凝胶推送到毛细管电泳组件中。

17.根据权利要求16所述的一体化DNA分析系统，其特征在于，凝胶推进装置包括试剂筒体和试剂推杆，试剂筒体的外侧设置有保护盒，保护盒中设置有半导体制冷器，半导体制冷器与试剂筒体相连，可调节试剂筒体中的凝胶的温度，试剂推杆与推进组件相连，推进组件可带动试剂推杆在试剂筒体中往复移动。

18.根据权利要求1所述的一体化DNA分析系统，其特征在于，荧光检测装置包括激光器、物镜和光谱仪，激光器、物镜和光谱仪顺次光路连接，激光器和毛细管电泳分离装置中的毛细管之间设置有第一光路调整器，第一光路调整器可改变激光器发出的激光的路径，物镜和光谱仪之间设置有第二光路调整器，第二光路调整器可改变物镜与光谱仪之间的荧光的路径。

19.根据权利要求18所述的一体化DNA分析系统，其特征在于，第一光路调整器包括第一平面反射镜和第一透镜，第一平面反射镜可将激光器发射的激光向毛细管方向垂直反射，第一透镜可将向毛细管方向反射的激光聚焦。

20.根据权利要求18所述的一体化DNA分析系统，其特征在于，第二光路调整器包括第二平面反射镜、滤光镜和第二透镜，第二平面反射镜可将毛细管发出的荧光向光谱仪方向垂直反射；滤光镜可将向光谱仪方向反射的荧光变为单色；第二透镜可将单色荧光聚焦。