一种单分子样品的操作装置

技术领域

本发明涉及生物分子操作与检测的技术领域，尤其是一种单分子样品的操作装置。

背景技术

磁镊是近年发展起来的一种用于生命科学研究领域的微操纵技术，通过磁场控制超顺磁性小珠的移动，并利用这个小珠捕捉单分子从而进行接下来一系列力学拉伸的实验。目前，这项技术被越来越多地应用于研究与DNA相互作用的酶以及蛋白，例如DNA聚合酶、RNA聚合酶、拓扑异构酶等。同时，该项技术还可用于研究一系列作用于DNA的分子马达。现有技术中样品池内部温度只能是室温，而不能通过人工调节使温度设定在一个高于室温或低于室温的温度下，使得实验存在一定的局限性。

发明内容

基于上述问题，本发明提供一种结构合理，可以控制样品池内温度的单分子样品的操作装置。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种单分子样品的操作装置，包括用于容置单分子样品及溶液的样品池以及磁体控制单元，所述单分子样品一端连接在样品池远离磁体控制单元的侧壁上，另一端连接设置有顺磁球，所述磁体控制单元设置在样品池的一侧并用于对顺磁球的运动控制，所述样品池包括基座、池本体以及盖体，其三者相叠放形成密封槽，所述池本体上连接有加热器、半导体制冷片以及导热板，所述导热板设置在池本体内并对应密封槽位置，所述加热器、半导体制冷片设置在导热板相对于密封槽另一侧。

通过采用上述技术方案，所述半导体制冷片和加热器分别与导热板相结合的设置，使得当密封槽内的单分子样品所需反应温度需要进行加热时，可以开启加热器运作，并同时关闭半导体制冷片，当加热器升温后，所述一侧的导热板能够传导加热器的热量，从而使加热器对密封槽内的温度加热更加均匀；当单分子样品所需反应温度需要进行冷却时，可以关闭加热器，同时开启半导体制冷片运作，使得通过半导体制冷片降低温度，并吸收在导热板上的热量，通过导热板使密封槽内的温度更加均匀地降低，结构合理，可根据实验需求调节密封槽内的温度，所述磁体控制单元优选为磁铁与驱动电机配合的装置，当将带有顺磁球的单分子样品，如DNA分子与反应溶液一起注入密封槽中时，所述DNA分子中相对于顺磁球另一端粘附在样品池内，设置在顺磁球方向一侧的磁铁通过磁性吸引顺磁球对DNA分子产生作用力，并通过磁铁另一端连接的驱动电机驱动磁铁做直线或旋转的运动，拉伸或旋转DNA分子，所述顺磁球的运动或受力的视频信号可以经CCD 装置记录,再用图像处理程序对视频进行分析。

本发明进一步设置：所述单分子样品一端连接在盖体底部，所述磁体控制单元位于基座下方。

通过采用上述技术方案，所述单分子样品一端粘附在玻璃盖上，所述磁体控制单元对应顺磁球位置设置在基座下方，使得当通过磁性控制单元驱动顺磁球动作时，此时顺磁球的重力方向与磁体控制单元的磁性驱方向相同，拉伸单分子样品时，避免了单分子在拉动时，磁场造成的摆动，使得测量的实验数据更加精确。

本发明进一步设置：所述池本体上设置有与密封槽相通的进液孔、出液孔，所述进液孔内设置有用于将单分子样品注入密封槽内的进液装置，所述出液孔内设置有用于将单分子样品排出密封槽的排液装置，所述进液装置包括储液桶、进液管道，所述储液桶内设置有与进液管道相通的储液腔，所述进液管道一端与进液孔相连接，所述储液腔设置在进液孔另一端，所述储液桶与进液孔连接位置设置有用于防止空气进入密封槽内的密封组件。

通过采用上述技术方案，所述密封槽内的单分子样品以及与之反应所需的溶液通过进液孔与进液装置的配合，所述单分子样品及溶液通过储液桶注入进液管道位置，然后通过进液管道置入密封槽内，当实验完成后，通过出液孔与排液装置的配合，通过排液装置将单分子样品及溶液沿出液孔位置方向排出，所述储液桶与进液孔之间密封组件的设置，使得当单分子样品及溶液通过储液腔位置置入密封槽位置时，一些空气也会随着储液腔位置通过进液管道置入密封槽位置，一些溶液与空气反应对实验结果会造成误差，因此通过密封组件的设置，当单分子样品及溶液通过储液腔位置进入时，阻挡空气随溶液一起进入密封槽内。

本发明进一步设置：所述密封组件包括浮块、连接件、密封块，所述储液腔端部设置有进液口、出液口，所述出液口与进液管道相连接，所述浮块设置在连接件对应进液口方向一端，所述密封块设置在连接件对应出液口一端，所述密封块的外径与出液口的外径相适配。

通过采用上述技术方案，所述储液腔与进液管道之间密封组件的设置，当单分子样品以及与之反应所需的溶液进入储液腔位置时，所述浮块受到浮力通过连接件连同所述密封块上升，使得所述密封块打开出液口，使得单分子样品以及溶液通过出液口位置沿进液管道方向流入密封槽，因为空气密度小于溶液的密度，因此单分子样品以及溶液进入储液腔内时，所述储液腔内的空气会聚集在溶液液面位置的上方，不会沿出液口位置进入进液管道，当所述储液腔内的单分子样品以及溶液已进入进液管道位置时，所述浮块的浮力减少使其带动所述密封块下降，关闭所述出液口，避免空气沿出液口方向进入密封槽内，所述连接件连接密封块以及浮块，起到定位作用，使其驱动密封块一直沿对应出液口位置，使得所述出液口与密封块的配合更佳。

本发明进一步设置：所述浮块的密度小于密封块的密度。

通过采用上述技术方案，使得所述密封块的重力大于所述浮块的专利，当所述单分子样品以及溶液进入储水腔内使浮块上升时，所述浮块因为密封块一直有一个向下的力，使得所述浮块上升、下降的过程中一直保持着沿重力方向竖直的状态，使得通过密封块打开或关闭出液口，更加合理。

本发明进一步设置：所述密封块外表面设置有密封膜，所述密封块通过密封膜与出液口相密封设置。

通过采用上述技术方案，所述密封膜的设置，使得当所述密封块密封所述出液口时，通过所述密封膜的张力使得所述密封块与出液口之间的配合更加紧密。

本发明进一步设置：所述进液管道对应进液口位置设置有用于防止单分子样品及溶液沿进液管道回流的止回件。

通过采用上述技术方案，所述止回件的设置，使得当所述单分子样品以及溶液进入密封槽位置时，不会沿进液孔位置方向回流至进液管道位置，使得密封槽内的溶液不能够完全与单分子样品充分反应，影响实验结果。

本发明进一步设置：所述排液装置包括排出管道、气泵，所述排出管道一端与出液孔相连接，所述气泵一端的输入端与排出管道相连接，输出端与外部相通，所述排出管道对应出液孔位置设置有用于打开或关闭出液孔的驱动组件。

通过采用上述技术方案，所述排出管道以及气泵的设置，使得实验结束后，可通过气泵将置入在密封槽内的单分子样品以及溶液通过气泵驱动沿排出管道位置排出，所述驱动组件的设置，使得实验时，单分子样品以及溶液不会沿出液孔位置流入排出管道位置，起到阻挡密封作用，实验完成后，通过驱动组件将排出管道与出液孔位置导通，此时开启气泵运作，所述置入在密封槽内的单分子样品以及溶液通过气泵沿排出管道位置排出。

本发明进一步设置：所述驱动组件包括本体，设置在本体内的移动密封件以及用于驱动移动密封件上下移动的驱动杆，所述排出管道对应移动密封件位置设置有与移动密封件相配合密封的安装座，所述移动密封件通过驱动杆驱动朝向或背向安装座方向与安装座相密封分隔排出管道与出液孔或相分离导通排出管道与出液孔。

通过采用上述技术方案，当导通或者隔断排出管道与出液孔位置时，通过转动驱动杆，使得驱动杆一端端部的移动密封件可沿安装座方向移动，当移动密封件与安装座相抵触密封时，所述排出管道与出液孔相隔断，当所述移动密封件与安装座相分离时，所述排出管道与出液孔相导通，此时开启气泵，可将密封槽内的单分子样品以及溶液排出。

本发明进一步设置：所述移动密封件对应安装座一侧设置有环槽，所述移动密封件通过环槽分隔设置有圆台部、密封部，所述圆台部设置在本体中部并与驱动杆同轴设置，所述密封部对应安装座一端设置有圆弧凹部，所述安装座对应圆台部设置有与圆台部相适配的连接部，所述安装座对应环槽位置设置有与环槽相适配的凸块，所述安装座对应密封部位置设置有与密封部相适配的凹槽，所述凹槽上设置有与圆弧凹部相适配的圆弧凸部。

通过采用上述技术方案，当通过移动密封件与安装座配合密封分隔排出管道与出液孔位置时，通过圆台部对应连接部、环槽对应凸块、密封部对应凹槽以及密封部端部的圆弧凹部对应凹槽位置的圆弧凸部的配合，将常规的单次密封改为多处密封，有效保证了排出管道与出液孔位置的密封性。

本发明进一步设置：所述进液管道、排出管道对应密封槽一端端部均设置有用于安装密封圈的第一密封槽、第二密封槽，所述第一密封槽、第二密封槽通过密封圈与其对应安装的进液孔或出液孔相密封。

通过采用上述技术方案，通过所述第一密封槽、第二密封槽的设置，使得可通过安装在第一密封槽、第二密封槽内的密封圈来密封安装进液孔与进液管道，出液孔与排出管道，避免通过玻璃胶连接两者时，污染样品池，起到双重密封的同时，安装也更加方便。

本发明进一步设置：所述进液孔设置在密封槽一侧并靠近盖体位置，所述出液孔设置在与进液孔相对称的密封槽一侧并靠近基座位置。

通过采用上述技术方案，使得所述单分子样品以及溶液通过进液管道沿出液孔位置置入密封槽内时，或者所述单分子样品以及溶液通过排液孔位置沿排出管道方向排出时，更加方便。

附图说明

图1为本发明实施例的样品池结构剖视图一；

图2为本发明实施例的单分子样品状态结构图；

图3为本发明实施例的样品池结构剖视图二；

图4为图3的A部结构放大图；

图5为图3的B部结构放大图；

图6为图3的C部结构放大图；

图7为本发明实施例排出管道与出液孔相导通状态示意图；

图中标号含义：1-样品池，101-基座，102-池本体，103-盖体，2-磁体控制单元，3-单分子样品，4-顺磁球，5-密封槽，6-加热器，7-半导体制冷片，8-导热板，9-进液孔，10-出液孔，11-进液装置，1101-储液桶，1102-进液管道，12-排液装置，1201-排出管道，1202-气泵，13-储液腔，14-密封组件，1401-浮块，1402-连接件，1403-密封块，15-进液口，16-出液口，17-密封膜，19-驱动组件，1901-本体，1902-移动密封件，1903-驱动杆，20-安装座，21-环槽，22-圆台部，23-密封部，24-圆弧凹部，25-连接部，26-凸块，27-凹槽，28-圆弧凸部，29-第一密封槽，30-第二密封槽。

具体实施方式

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

参见附图1-7，本发明公开的一种单分子样品的操作装置，包括用于容置单分子样品及溶液的样品池1以及磁体控制单元2，所述单分子样品3一端连接在样品池1远离磁体控制单元2的侧壁上，另一端连接设置有顺磁球4，所述磁体控制单元2设置在样品池1的一侧并用于对顺磁球4的运动控制，所述样品池1包括基座101、池本体102以及盖体103，其三者相叠放形成密封槽5，所述池本体102上连接有加热器6、半导体制冷片7以及导热板8，所述导热板8设置在池本体102内并对应密封槽5位置，所述加热器6、半导体制冷片7设置在导热板8相对于密封槽5另一侧。所述半导体制冷片7和加热器6分别与导热板8相结合的设置，使得当密封槽5内的单分子样品3所需反应温度需要进行加热时，可以开启加热器6运作，并同时关闭半导体制冷片7，当加热器6升温后，所述一侧的导热板8能够传导加热器6的热量，从而使加热器6对密封槽5内的温度加热更加均匀；当单分子样品3所需反应温度需要进行冷却时，可以关闭加热器6，同时开启半导体制冷片7运作，使得通过半导体制冷片7降低温度，并吸收在导热板8上的热量，通过导热板8使密封槽5内的温度更加均匀地降低，结构合理，可根据实验需求调节密封槽5内的温度，所述磁体控制单元2优选为磁铁与驱动电机配合的装置，当将带有顺磁球4的单分子样品3，如DNA分子与反应溶液一起注入密封槽5中时，所述DNA分子中相对于顺磁球4另一端粘附在样品池1内，设置在顺磁球4方向一侧的磁铁通过磁性吸引顺磁球4对DNA分子产生作用力，并通过磁铁另一端连接的驱动电机驱动磁铁做直线或旋转的运动，拉伸或旋转DNA分子，所述顺磁球4的运动或受力的视频信号可以经CCD 装置记录,再用图像处理程序对视频进行分析。

本实施例进一步设置：所述单分子样品3一端连接在盖体103底部，所述磁体控制单元2位于基座101下方。所述单分子样品3一端粘附在玻璃盖上，所述磁体控制单元2对应顺磁球4位置设置在基座101下方，使得当通过磁性控制单元驱动顺磁球4动作时，此时顺磁球4的重力方向与磁体控制单元2的磁性驱方向相同，拉伸单分子样品3时，避免了单分子在拉动时，磁场造成的摆动，使得测量的实验数据更加精确。

本实施例进一步设置：所述池本体102上设置有与密封槽5相通的进液孔9、出液孔10，所述进液孔9内设置有用于将单分子样品3注入密封槽5内的进液装置11，所述出液孔10内设置有用于将单分子样品3排出密封槽5的排液装置12，所述进液装置11包括储液桶1101、进液管道1102，所述储液桶1101内设置有与进液管道1102相通的储液腔13，所述进液管道1102一端与进液孔9相连接，所述储液腔13设置在进液孔9另一端，所述储液桶1101与进液孔9连接位置设置有用于防止空气进入密封槽5内的密封组件14。所述密封槽5内的单分子样品3以及与之反应所需的溶液通过进液孔9与进液装置11的配合，所述单分子样品3及溶液通过储液桶1101注入进液管道1102位置，然后通过进液管道1102置入密封槽5内，当实验完成后，通过出液孔10与排液装置12的配合，通过排液装置12将单分子样品3及溶液沿出液孔10位置方向排出，所述储液桶1101与进液孔9之间密封组件14的设置，使得当单分子样品3及溶液通过储液腔13位置置入密封槽5位置时，一些空气也会随着储液腔13位置通过进液管道1102置入密封槽5位置，一些溶液与空气反应对实验结果会造成误差，因此通过密封组件14的设置，当单分子样品3及溶液通过储液腔13位置进入时，阻挡空气随溶液一起进入密封槽5内。

本实施例进一步设置：所述密封组件14包括浮块1401、连接件1402、密封块1403，所述储液腔13端部设置有进液口15、出液口16，所述出液口16与进液管道1102相连接，所述浮块1401设置在连接件1402对应进液口15方向一端，所述密封块1403设置在连接件1402对应出液口16一端，所述密封块1403的外径与出液口16的外径相适配。所述储液腔13与进液管道1102之间密封组件14的设置，当单分子样品3以及与之反应所需的溶液进入储液腔13位置时，所述浮块1401受到浮力通过连接件1402连同所述密封块1403上升，使得所述密封块1403打开出液口16，使得单分子样品3以及溶液通过出液口16位置沿进液管道1102方向流入密封槽5，因为空气密度小于溶液的密度，因此单分子样品3以及溶液进入储液腔13内时，所述储液腔13内的空气会聚集在溶液液面位置的上方，不会沿出液口16位置进入进液管道1102，当所述储液腔13内的单分子样品3以及溶液已进入进液管道1102位置时，所述浮块1401的浮力减少使其带动所述密封块1403下降，关闭所述出液口16，避免空气沿出液口16方向进入密封槽5内，所述连接件1402连接密封块1403以及浮块1401，起到定位作用，使其驱动密封块1403一直沿对应出液口16位置，使得所述出液口16与密封块1403的配合更佳。

本实施例进一步设置：所述浮块1401的密度小于密封块1403的密度。使得所述密封块1403的重力大于所述浮块1401的专利，当所述单分子样品3以及溶液进入储水腔内使浮块1401上升时，所述浮块1401因为密封块1403一直有一个向下的力，使得所述浮块1401上升、下降的过程中一直保持着沿重力方向竖直的状态，使得通过密封块1403打开或关闭出液口16，更加合理。

本实施例进一步设置：所述密封块1403外表面设置有密封膜17，所述密封块1403通过密封膜17与出液口16相密封设置。所述密封膜17的设置，使得当所述密封块1403密封所述出液口16时，通过所述密封膜17的张力使得所述密封块1403与出液口16之间的配合更加紧密。

本实施例进一步设置：所述进液管道1102对应进液口15位置设置有用于防止单分子样品及溶液沿进液管道1102回流的止回件。所述止回件的设置，使得当所述单分子样品3以及溶液进入密封槽5位置时，不会沿进液孔9位置方向回流至进液管道1102位置，使得密封槽5内的溶液不能够完全与单分子样品3充分反应，影响实验结果。

本实施例进一步设置：所述排液装置12包括排出管道1201、气泵1202，所述排出管道1201一端与出液孔10相连接，所述气泵1202一端的输入端与排出管道1201相连接，输出端与外部相通，所述排出管道1201对应出液孔10位置设置有用于打开或关闭出液孔10的驱动组件19。所述排出管道1201以及气泵1202的设置，使得实验结束后，可通过气泵1202将置入在密封槽5内的单分子样品3以及溶液通过气泵1202驱动沿排出管道1201位置排出，所述驱动组件19的设置，使得实验时，单分子样品3以及溶液不会沿出液孔10位置流入排出管道1201位置，起到阻挡密封作用，实验完成后，通过驱动组件19将排出管道1201与出液孔10位置导通，此时开启气泵1202运作，所述置入在密封槽5内的单分子样品3以及溶液通过气泵1202沿排出管道1201位置排出。

本实施例进一步设置：所述驱动组件19包括包括本体1901，设置在本体1901内的移动密封件1902以及用于驱动移动密封件1902上下移动的驱动杆1903，所述排出管道1201对应移动密封件1902位置设置有与移动密封件1902相配合密封的安装座20，所述移动密封件1902通过驱动杆1903驱动朝向或背向安装座20方向与安装座20相密封分隔排出管道1201与出液孔10或相分离导通排出管道1201与出液孔10。当导通或者隔断排出管道1201与出液孔10位置时，通过转动驱动杆1903，使得驱动杆1903一端端部的移动密封件1902可沿安装座20方向移动，当移动密封件1902与安装座20相抵触密封时，所述排出管道1201与出液孔10相隔断，当所述移动密封件1902与安装座20相分离时，所述排出管道1201与出液孔10相导通，此时开启气泵1202，可将密封槽5内的单分子样品3以及溶液排出。

本实施例进一步设置：所述移动密封件1902对应安装座20一侧设置有环槽21，所述移动密封件1902通过环槽21分隔设置有圆台部22、密封部23，所述圆台部22设置在本体1901中部并与驱动杆1903同轴设置，所述密封部23对应安装座20一端设置有圆弧凹部24，所述安装座20对应圆台部22设置有与圆台部22相适配的连接部25，所述安装座20对应环槽21位置设置有与环槽21相适配的凸块26，所述安装座20对应密封部23位置设置有与密封部23相适配的凹槽27，所述凹槽27上设置有与圆弧凹部24相适配的圆弧凸部28。当通过移动密封件1902与安装座20配合密封分隔排出管道1201与出液孔10位置时，通过圆台部22对应连接部25、环槽21对应凸块26、密封部23对应凹槽27以及密封部23端部的圆弧凹部24对应凹槽27位置的圆弧凸部28的配合，将常规的单次密封改为多处密封，有效保证了排出管道1201与出液孔10位置的密封性。

本实施例进一步设置：所述进液管道1102、排出管道1201对应密封槽5一端端部均设置有用于安装密封圈的第一密封槽29、第二密封槽30，所述第一密封槽29、第二密封槽30通过密封圈与其对应安装的进液孔9或出液孔10相密封。通过所述第一密封槽29、第二密封槽30的设置，使得可通过安装在第一密封槽29、第二密封槽30内的密封圈来密封安装进液孔9与进液管道1102，出液孔10与排出管道1201，避免通过玻璃胶连接两者时，污染样品池1，起到双重密封的同时，安装也更加方便。

本实施例进一步设置：所述进液孔9设置在密封槽5一侧并靠近盖体103位置，所述出液孔10设置在与进液孔9相对称的密封槽5一侧并靠近基座101位置。使得所述单分子样品3以及溶液通过进液管道1102沿出液孔10位置置入密封槽5内时，或者所述单分子样品3以及溶液通过排液孔位置沿排出管道1201方向排出时，更加方便。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，上述假设的这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。