一种生化反应装置及方法

技术领域

本发明涉及生化反应技术领域，尤其涉及一种生化反应装置及方法。

背景技术

生化反应一般要用到温控模块，温控模块具体包括反应容置腔，反应容置腔的底部设置有加热器，通常将试剂装入多孔板，然后将多孔板放入反应容置腔内，然后从盖板存放处抓取盖板盖合在反应容置腔顶部，最后开启加热器对多孔板加热进行生化反应。

但利用上述结构形式的生化反应装置进行生化反应时反应容置腔总会出现冷凝水且蒸发量较大，很容易出现最终生化反应不理想的问题。

综上所述，如何解决生化反应装置进行生化反应时会出现冷凝水且蒸发量较大的问题已经成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种生化反应装置及方法，以解决生化反应装置进行生化反应时会出现冷凝水且蒸发量较大的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种生化反应装置，包括用于为生化反应提供所需环境温度的第一温控模块，所述第一温控模块包括：

反应容置腔，具有顶部开口和底部加热器，所述顶部开口用于供芯片盒装入所述反应容置腔，所述底部加热器用于对所述芯片盒进行加热；

顶盖，以可开合的方式设置于所述反应容置腔的顶部开口，且所述顶盖内装设有盖板加热器，所述盖板加热器用于对密封压紧于芯片盒(3)的上表面的密封盖板进行加热，且所述盖板加热器的加热温度不低于所述底部加热器的加热温度。

可选地，所述第一温控模块还包括与所述顶盖连接的开合机构，所述开合机构用于驱动所述顶盖的开合。

可选地，所述开合机构包括安装基座、可转动地设置于所述安装基座的转轴和用于驱动所述转轴的驱动机构，所述顶盖通过连接件与所述转轴固定连接，以使所述转轴转动能够带动所述顶盖开合。

可选地，所述驱动机构包括驱动电机，所述驱动电机通过传动机构与所述转轴传动连接；其中，所述传动机构包括设置于所述转轴上的第一锥齿轮和设置于所述驱动电机的输出轴上的第二锥齿轮，所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合。

可选地，所述连接件和/或所述安装基座上设置有限位杆，当所述顶盖开启至预设角度时，所述限位杆用于限制转轴转动。

可选地，所述顶盖包括外壳罩和设置于所述外壳罩内的固定板，所述盖板加热器固定设置于所述固定板上。

可选地，所述反应容置腔包括加热座和包覆于所述加热座外周面的加热保温层，所述底部加热器位于所述加热座的底面，且所述底部加热器的下方还设置有第一风扇。

可选地，还包括用于为生化反应所需试剂储存提供所需温度环境的第二温控模块。

可选地，所述第二温控模块包括制冷座、盖体、制冷保温层、制冷机构和第二风扇，其中，所述制冷座为具有顶部敞开口的制冷腔，所述盖体用于盖合于所述顶部敞开口，所述制冷保温层包覆于所述制冷座的周向表面，所述制冷机构位于所述制冷座的下方，所述第二风扇设置于所述制冷座的底面。

可选地，所述制冷腔的腔底壁设置有冷凝水收集槽，所述制冷座的底部设置有与所述冷凝水收集槽连通的排水接头。

相比于背景技术介绍内容，上述生化反应装置，包括用于为生化反应提供所需环境温度的第一温控模块，第一温控模块包括反应容置腔和顶盖，其中，反应容置腔具有顶部开口和底部加热器，顶部开口用于供芯片盒装入反应容置腔，底部加热器用于对芯片盒进行加热；顶盖以可开合的方式设置于反应容置腔的顶部开口，且顶盖内装设有盖板加热器，盖板加热器用于对密封压紧于芯片盒的上表面的密封盖板进行加热，且盖板加热器的加热温度不低于底部加热器的加热温度。该生化反应装置，在实际应用过程中，当需要进行生化反应时，打开顶盖并将装载有试剂和芯片的芯片盒放入反应容置腔内，然后通过密封盖板将芯片盒的上表面密封压紧，其中密封盖板可以设计成与顶盖一体的结构形式，此时，密封盖板即是顶盖本身，也可以设计成分体式结构形式，当设计成分体式结构时，密封盖板压紧之后将顶盖盖合于反应容置腔的顶部开口，开启底部加热器和盖板加热器，通过底部加热器对反应容置腔的底部加热，通过盖板加热器对顶盖进行加热，最终使得反应容纳腔内达到生化反应所需的温度，由于盖板加热器的加热温度不低于底部加热器的加热温度，因此能够有效避免密封盖板的下表面产生冷凝水，有效降低了蒸发量，保证了生化反应的正常进行。

另外，本发明还提供了一种生化反应方法，该方法采用上述任一方案所描述的生化反应装置进行反应，该方法具体包括：

步骤S1：储存生化反应所需试剂，并具体按照以下子步骤执行：

步骤S11：调整第二温控模块至所需温度；

步骤S12：将装载有所需试剂的试剂装载盒放入所述第二温控模块的制冷腔内，盖上所述盖体。

步骤S2：执行生化反应过程，具体包括以下子步骤：

步骤S21：将装载好芯片的芯片盒放入所述第一温控模块的反应容置腔内，调整所述第一温控模块至生化反应所需温度；

步骤S22：抽取所述试剂装载盒内试剂并滴落在所述芯片盒上的各个芯片上；

步骤S23：将顶盖盖合于所述反应容置腔的顶部开口，并调整盖板加热器的温度至不低于所述底部加热器的加热温度直至生化反应结束；

步骤S24：取出完成生化反应的所述芯片盒，并将所述第一温控模块调整至常温；

步骤S3：回收目标产物，将回收的目标产物存储到第二温控模块。

附图说明

图1为本发明实施例提供的第一温控模块的主视结构示意图；

图2为本发明实施例提供的第一温控模块的未示出开合机构的分体结构示意图；

图3为本发明实施例提供的顶盖的透视结构示意图；

图4为本发明实施例提供的第一温控模块处于顶盖开启的轴侧结构示意图；

图5为本发明实施例提供的第一温控模块处于顶盖盖合的轴侧结构示意图；

图6为本发明实施例提供的第一温控模块处于顶盖半开的轴侧结构示意图；

图7为本发明实施例提供的第一温控模块处于顶盖开启至最大角度的轴侧结构示意图；

图8为本发明实施例提供的第二温控模块的轴侧结构示意图；

图9为本发明实施例提供的第二温控模块的分体结构示意图；

图10为本发明实施例提供的第二温控模块处于盖体打开试剂装载盒准备装入制冷腔的轴侧结构示意图。

在图1-图10中，

第一温控模块1、反应容置腔11、加热座111、加热保温层112、底部加热器12、密封盖板13、顶盖14、盖板加热器141、外壳罩142、固定板143、开合机构15、安装基座151、转轴152、驱动机构153、驱动电机153a、传动机构153b、连接件16、限位杆161、第一风扇17；

第二温控模块2、制冷座21、排水接头211、盖体22、抓取部221、制冷保温层23、制冷机构24、第二风扇25；

芯片盒3；

试剂装载盒4。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种生化反应装置及方法，以解决生化反应装置进行生化反应时会出现冷凝水且蒸发量较大的问题。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

参照图1-图7，其中，图1为本发明实施例提供的第一温控模块的主视结构示意图；图2为本发明实施例提供的第一温控模块的未示出开合机构的分体结构示意图；图3为本发明实施例提供的顶盖的透视结构示意图；图4为本发明实施例提供的第一温控模块处于顶盖开启的轴侧结构示意图；图5为本发明实施例提供的第一温控模块处于顶盖盖合的轴侧结构示意图；图6为本发明实施例提供的第一温控模块处于顶盖半开的轴侧结构示意图；图7为本发明实施例提供的第一温控模块处于顶盖开启至最大角度的轴侧结构示意图。

本发明实施例提供了一种生化反应装置，包括用于为芯片与试剂生化反应提供所需环境温度的第一温控模块1，第一温控模块1包括反应容置腔11和顶盖14，其中，反应容置腔11具有顶部开口和底部加热器12，顶部开口用于供芯片盒3装入反应容置腔11，底部加热器12用于对芯片盒3进行加热；顶盖14以可开合的方式设置于反应容置腔11的顶部开口，且顶盖14内装设有盖板加热器141，盖板加热器141用于对密封压紧于芯片盒3的上表面的密封盖板13进行加热，且盖板加热器141的加热温度不低于底部加热器12的加热温度。

该生化反应装置，在实际应用过程中，当需要进行生化反应时，打开顶盖14并将装载有试剂和芯片的芯片盒3放入反应容置腔11内，然后通过密封盖板13将芯片盒3的上表面密封压紧(比如，密封盖板13的下表面设置一层硅胶模与芯片盒3的上表面的凸台贴合进行密封，又或者是本领域技术人员常用的其他密封方式，在此不做更具体的限定)，其中密封盖板13可以设计成与顶盖14一体的结构形式，即此种情况下，密封盖板13是顶盖14本身，两者不做区分，也可以设计成分体式结构形式，当设计成分体式结构时，密封盖板13压紧之后将顶盖14盖合于反应容置腔11的顶部开口，开启底部加热器12和盖板加热器141，通过底部加热器12对反应容置腔11的底部加热，通过盖板加热器141对顶盖14进行加热，最终使得反应容纳腔11内达到生化反应所需的温度(该温度与试剂的种类相关，一般温控范围为25℃-100℃)，由于盖板加热器141的加热温度不低于底部加热器12的加热温度，因此能够有效避免密封盖板13的下表面产生冷凝水，有效降低了蒸发量，保证了生化反应的正常进行。

需要说明的是，生化反应装置具体可以包括多个第一温控模块1，独立反应，例如包括3个第一温控模块，其中2个处于同一生化反应进程，另一个处于不同的生化反应进程，多个第二温控模块2，其中可以部分数量的第二温控模块2用于反应试剂存储，剩余部分数量的第二温控模块2用于目标产物回收，例如包括2个第二温控模块2，一个储存低温反应试剂，一个储存回收的目标产物。另外，一般来说，生化反应完成后，当密封盖板13与顶盖14采用分体式结构时，打开顶盖14并通过夹爪取走密封盖板13并放置至对应的指定位置，然后再通过夹爪抓取芯片盒3放置至对应指定位置，然后将反应容纳腔11的温度调整至常温。

第一温控模块1的相应结构的尺寸与对应的芯片盒3的尺寸相关，其中，反应容纳腔11的尺寸及深度与芯片盒3相适配，比如，第一温控模块1所对应的反应容纳腔11的外部整体尺寸大小可以设计成188mm×144mm×140mm，对应的反应容纳腔11内可放置尺寸为140mm×110mm×21.3mm。

在一些具体的实施方案中，上述第一温控模块1还可以包括与顶盖14连接的开合机构15，开合机构15用于驱动顶盖14的开合。通过设计该开合机构15，使得顶盖14的开合控制更加方便，并且操作更加安全。其中开合机构15的具体外部尺寸与反应容置腔11的外部尺寸相关联，比如，开合机构15的整体外尺寸可以为140mm×243.5mm×92.3mm。

进一步的实施方案中，上述开合机构15具体可以包括安装基座151、可转动地设置于安装基座151的转轴152和用于驱动转轴152的驱动机构153，顶盖14通过连接件16与转轴152固定连接，以使转轴152转动能够带动顶盖14开合。需要说明的是，该开合机构15可以设计成与反应容置腔11一体式结构也可以设计成分体式结构，实际应用过程中，可以根据实际需求选择布置。其中，连接件16与顶盖14的连接方式、连接件16与转轴152的连接方式，可以但不限于紧固件固定连接，比如，还可以设计成连接件16与顶盖14一体式结构，又或是连接件16与转轴152位一体式连接结构。本领域技术人员都应该能够理解，为了转轴152转动能够使得连接件16带动顶盖14翻转，连接件16需要与转轴152具有一定的夹角，该夹角优选为90°。

还需要说明的是，上述开合机构15并不局限于倾斜翻转的开启方式，还可以设计成平推滑动开启的方式，只要能够实现开合即可，具体结构不做限定，实际应用过程中，可以根据实际需求选择配置。

更进一步的实施方案中，上述驱动机构153具体可以包括驱动电机153a，该驱动电机153a具体可以通过传动机构153b与转轴152传动连接。通过设计传动机构153b，使得驱动电机153a的驱动转动能够得到一定减速比，更加方便对转轴152转动角度的控制，比如，驱动电机153a正转时带动顶盖14开启，反转时带动顶盖14关闭；又或者是，驱动电机153a反转时带动顶盖14开启，正转时带动顶盖14关闭。其中，传动机构153b具体可以包括设置于转轴152上的第一锥齿轮和设置于驱动电机153a的输出轴上的第二锥齿轮，第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合。通过锥齿轮啮合的方式，使得驱动电机153可以与转轴152呈垂直角度布置，更加方便驱动电机153的布置和安装。当然可以理解的是，采用锥齿轮的传动方式，仅仅是本发明实施例对于传动机构的举例而已，实际应用过程中，还可以采用本领域技术人员常用的其他传动方式，比如传动带的传动方式等。

在一些更具体的实施方案中，上述连接件16和/或安装基座151上还可以设置有限位杆161，当顶盖14开启至预设角度时，限位杆161用于限制转轴152转动。参照图5所示，以限位杆161设置于安装基座151上为例，当顶盖14开启至预设角度时，限位杆161与连接件16接触相抵来限制转轴152转动。当限位杆161设置于连接杆16上时，该种情况的示图未给出，顶盖14开启至预设角度后，限位杆161与安装基座151接触相抵来限制转轴152的转动。当然也可以是连接件16和安装基座151上均设置有对应的限位杆161，顶盖14开启至预设角度后，连接件16和安装基座151所对应的限位杆161接触相抵来限制转轴转动。实际应用过程中，可以根据实际需求选择配置，在此不做更具体的限定。通过设计该限位杆161，使得顶盖14的开启角度得到控制，避免了顶盖14翻转过度。其中该预设角度可以根据实际需求进行设定，一般可在90°-180°之间选取，比如，预设角度可以为149.8°，此时顶盖14可以在0°-149.8°之间翻转开合。

在另外一些具体的实施方案中，上述顶盖14具体可以包括外壳罩142和设置于外壳罩142内的固定板143，盖板加热器141固定设置于固定板143上。通过将顶盖14设计成上述结构形式，使得盖板加热器141的安装固定更加方便。需要说明的是，上述盖板加热器141的数量不限于1个，数量可以根据实际需求选择配置，在此不做更具体的限定。另外，外壳罩142的底部靠近转轴152的两端优选设计有圆滑过渡倒角，以方便开合机构15驱动顶盖14完成开合动作。

在一些具体的实施方案中，上述反应容置腔11具体可以包括加热座111和包覆于加热座111外周面的加热保温层112，底部加热器12位于加热座111的底面，且底部加热器12的下方还设置有第一风扇17。通过将反应容置腔11设计成上述结构形式，使得反应容置腔11的保温效果更好，并且采用第一风扇17对底部加热器12的另一侧散热，能够防止底部加热器12局部温度过高。

参照图8-图10，其中，图8为本发明实施例提供的第二温控模块的轴侧结构示意图；图9为本发明实施例提供的第二温控模块的分体结构示意图；图10为本发明实施例提供的第二温控模块处于盖体打开试剂装载盒准备装入制冷腔的轴侧结构示意图。

在一些更具体的实施方案中，上述生化反应装置，还可以包括用于为生化反应所需试剂储存提供所需温度环境的第二温控模块2。通过布置第二温控模块2能够保证试剂的储存，保持在所需的恒温环境中，以方便随时取用。其中，第二温控模块2的具体恒温环境可以根据试剂进行选择设定，比如，温控范围在0℃-25℃。

进一步的实施方案中，上述第二温控模块2具体可以包括制冷座21、盖体22、制冷保温层23、制冷机构24和第二风扇25，其中，制冷座21为具有顶部敞开口的制冷腔，盖体22用于盖合于顶部敞开口，制冷保温层23包覆于制冷座21的周向表面，制冷机构24位于制冷座21的下方，第二风扇25设置于制冷座21的底面，以实现对制冷机构24进行散热。实际使用过程中，通过制冷机构24将对应冷量传递给制冷座21，使得制冷腔调整至所需的温度，然后将盖体22打开，之后将装载有试剂的试剂装载盒4(比如，96孔板)或目标产物装载器放入制冷腔内，制冷座21的冷量传递给试剂装载盒4或目标产物装载器，将盖体22盖合进行储藏，并且由于制冷保温层23的存在，能够使得制冷座21的保温效果更好，更加便于实现恒温，待需要抽取试剂时再将盖体22打开，完成抽取后盖上盖体22即可，操作十分方便。需要说明的是，制冷座21内制冷腔的深度与试剂装载盒4相适配，比如可以设计成60mm；另外，为了方便盖体22的抓取和拿放，盖体22的顶部可以设计抓取部221，具体结构形式不限于凸台结构。

需要说明的是，为了避免低温时制冷腔内残存冷凝水而影响试剂质量，在制冷腔的腔底壁还可以设置有冷凝水收集槽，制冷座21的底部设置有与冷凝水收集槽连通的排水接头211。这样即便制冷座21内出现冷凝水，也能够通过冷凝水收集槽经排水接头211排除，保证试剂的质量。

为了本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合前述生化反应装置的具体使用方法进行简要说明：

本发明还提供了一种生化反应方法，该方法采用上述任一方案所描述的生化反应装置进行反应，该方法具体包括：

步骤S1：储存生化反应所需试剂，并具体按照以下子步骤执行：

步骤S11：调整第二温控模块2至所需温度；

步骤S12：将装载有所需试剂的试剂装载盒4放入第二温控模块2的制冷腔内，盖上盖体22；

步骤S2：执行生化反应过程，具体包括以下子步骤：

步骤S21：将装载好芯片的芯片盒3放入第一温控模块1的反应容置腔11内，调整第一温控模块1至生化反应所需温度；

步骤22：抽取试剂装载盒4内试剂并滴落在芯片盒3上的各个芯片上；

步骤S23：将顶盖14盖合于反应容置腔11的顶部开口，并调整盖板加热器141的温度至不低于底部加热器12的加热温度直至生化反应结束；

步骤S24：取出完成生化反应的芯片盒3，并将第一温控模块1调整至常温；

步骤S3：回收目标产物，将回收的目标产物存储到第二温控模块(2)。

在一个实施例中，在步骤S22与步骤23之间还包括将密封盖板13密封压紧于芯片盒3上表面的步骤，在步骤S23与步骤24之间还包括打开顶盖14，取走密封盖板13至指定位置的步骤。

在一个实施例中，生化反应装置包括2个第二温控模块2，步骤S1中生化反应所需试剂存储到其中一个第二温控模块2，步骤S3中回收的目标产物存储到另一个第二温控模块2。

具体地，可以在存储目标产物的第二温控模块2中放置深孔板，将目标产物收集在深孔板中。

在一个实施例中，还包括分多次回收目标产物到深孔板同一孔中。

在一个实施例中，多次试剂取用以及多次目标产物回收的间隔间，将第二温控模块2盖上盖体22。

以上对本发明所提供的生化反应装置及方法进行了详细介绍。需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。