一种恒温核酸扩增荧光检测分析仪

技术领域

本发明涉及荧光检测装置及核酸检测技术领域，尤其涉及一种恒温核酸扩增荧光检测分析仪。

背景技术

核酸扩增分析是一种广泛使用的先进生物医学分析方法，可以在2小时左右的时间内将特定序列核酸片段复制到10

微流控芯片(microfluidic chip)是微全分析系统(Miniaturized TotalAnalysis Systems)发展的热点领域，是分析仪器发展的重要方向与前沿技术领域。微流控芯片的创新多集中于材料、分离、检测体系等方面，对核酸扩增微流控芯片防交叉污染问题的有关研究还十分薄弱。在核酸扩增反应期间，扩增产物是最容易出现污染的，通常一次典型的PCR扩增可以产生10

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种恒温核酸扩增荧光检测分析仪。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种恒温核酸扩增荧光检测分析仪，包括离心室和设置于所述离心室内的上层加热组件和下层离心组件，所述下层离心组件配置为能够沿第一设定方向移动以出仓装配待测的微流控塑料芯片组件，所述上层加热组件配置为能够沿与所述第一设定方向垂直的第二设定方向移动，使得装配在下层离心组件上的微流控塑料芯片组件能够被夹持在所述上层加热组件和所述下层离心组件之间以进行加热。

优选的，所述微流控塑料芯片组件包括芯片上模、芯片下模和TPE膜，所述芯片上模和芯片下模彼此抵靠接触，所述TPE膜设置于所述芯片上模和芯片下模之间。

优选的，所述下层离心组件包括进出仓组件和滑动设置于所述进出仓组件上的转动离心组件，所述下层离心组件包括转动盘组件和所述微流控塑料芯片组件，所述转动盘组件上设置有磁铁，所述微流控塑料芯片组件上设置有铁片，所述转动盘组件和所述微流控塑料芯片组件能够基于磁铁和铁片之间产生的吸附力而连接固定。

优选的，所述上层加热组件包括上下活动驱动组件和滑动设置于所述上下活动驱动组件上的加热组件，所述加热组件上设置有导向柱，所述下层离心组件上设置有导向孔，其中，在所述加热组件朝向所述下层离心组件移动的情况下，所述导向柱能够嵌套设置于所述导向孔中。

优选的，所述加热组件包括电木隔热套筒和设置于所述电木隔热套筒中的发热板，所述电木隔热套筒中嵌套设置有电木盖，所述电木盖和所述发热板之间设置有PI加热膜，其中，所述电木隔热套筒上设置有与电木隔热套筒的内腔连通的第一通气组件和第二通气组件。

优选的，所述第一通气组件和所述第二通气组件均包括气嘴座和气嘴吸盘，所述气嘴座能够连接至所述电木盖，所述气嘴吸盘能够连接至所述发热板。

优选的，所述转动盘组件包括转动盘和设置于所述转动盘上的连接筒体，所述连接筒体上设置有第一开槽和第二开槽，其中第一开槽和第二开槽各自的延伸方向彼此垂直。

优选的，所述转动盘上设置有第一沉孔，所述第一沉孔中设置有磁铁放置座，所述磁铁放置座上设置有安装槽，所述磁铁设置于所述安装槽中，所述微流控塑料芯片上设置有第二沉孔，所述铁片能够嵌套设置于所述第二沉孔中。

优选的，所述进出仓组件包括滑动支撑板、第一导轨和进出仓电机，所述滑动支撑板和所述进出仓电机均设置于固定板上，所述滑动支撑板滑动连接至所述第一导轨上，所述下层离心组件设置于所述滑动支撑板上，所述滑动支撑板连接至所述进出仓电机。

优选的，所述上下活动驱动组件包括安装板、第二导轨和升降丝杆电机，所述固定板上设置有固定支架，所述第二导轨设置于所述固定支架上，所述安装板滑动连接至所述第二导轨，升降丝杆电机设置于所述固定支架上，并且连接至所述固定板。

本发明具有以下优点：

1）进出仓组件控制下层离心组件进出，光电传感器可保证下层离心组件的位置精度，以适配上层加热组件，保证对位精度。

2）下层离心组件含电机，可驱动其进行旋转运动，完成微流控芯片内检测试剂的离心分配，同时在上层加热组件与下层离心组件对位卡紧后可驱动整体进行旋转运动。

3）上层加热组件含上下运动导轨，在丝杆电机作用下带动上层加热组件进行上下运动。

4）上层加热组件含角度传感器，下位机读取上层加热组件的角度位置参数后反馈给下层离心组件的旋转电机，旋转电机带动下层离心组件旋转至对应的角度以适配上下对位。

5）通过上述对位过程，上层加热组件与下层离心组件完成对位。

6）完成对位后：上层加热组件内置的加热模块对微流控芯片提供热源，通过温控模块实现对微流控芯片温度的精确控制。下层离心组件内置的加热模块对微流控芯片提供辅助热源，通过温控模块实现对微流控芯片温度的精确控制。上层加热组件内置的气泵模块能够将气体注入微流控芯片组件中，气体通过上层加热组件的输送而进入微流控塑料芯片组件，并且在上层加热组件下压到指定位置后，气嘴吸盘边缘橡胶与微流控塑料芯片上表面产生挤压实现密封连接，保证微流控芯片内部气压稳定以驱动芯片内部的气阀实现隔绝，实现防交叉污染的效果。

附图说明

图1为本发明的恒温核酸扩增荧光检测分析仪的结构示意图；

图2为下层离心组件的结构示意图；

图3为转动盘组件的结构示意图；

图4为另一视角下转动盘组件的结构示意图；

图5为微流控塑料芯片组件的结构示意图；

图6为加热组件的结构示意图。

图中，1-上层加热组件、2-下层离心组件、3-固定板、1a-加热组件、1b-上下活动驱动组件、2a-转动离心组件、2b-进出仓组件、2b-1-滑动支撑板、2b-2-第一导轨、2b-3-进出仓电机、4-第一光电传感器、5-第二光电传感器、6-进出仓光电感应片、1b-1-安装板、1b-2-第二导轨、1b-3-升降丝杆电机、7-固定支架、8-第三光电传感器、9-第四光电传感器、10-第一光电感应片、2a-1-驱动电机安装板、2a-2-驱动电机、2a-3-转动盘组件、2a-4-微流控塑料芯片组件、11-第一侧、12-第二侧、13-转动盘、14-磁铁放置座、15-磁铁、16-第一沉孔、17-安装槽、18-连接筒体、19-键槽、20-第一开槽、18a-第一段、18b-第二段、21-第二开槽、18b-1-第一端部、18b-2-第二端部、22-第二光电感应片、23-第五光电传感器、24-限位柱、25-限位孔、26-微流控塑料芯片、27-铁片、28-二维码膜、29-第二沉孔、30-第一通气组件、31-第二通气组件、31a-气嘴座、31b-气嘴吸盘、32-电木隔热套筒、33-发热板、34-PI加热膜、35-电木盖、36-保温棉筒、37-第一腔体、38-第二腔体、39-螺栓孔、40-螺栓、41-导向柱、2a-4-1-芯片上模、2a-4-2-芯片下模、2a-4-3-TPE膜、42-导向孔、100-荧光检测模块、101-通孔、102-检测头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，本发明的保护范围不局限于以下所述：

如图1至图6所示，本申请提供一种恒温核酸扩增荧光检测分析仪，包括上层加热组件1、下层离心组件2和固定板3。上层加热组件1和下层离心组件2均设置有固定板3上。下层离心组件2用于放置微流控芯片，并带动微流控芯片进行转动，使得微流控芯片能够进行离心处理，同时具有与转盘底部不接触的加热模块。上层加热组件1用于对微流控芯片进行加热，即上层加热组件1下压后与微流控芯片上表面接触后实现加热。

优选的，下层离心组件2包括转动离心组件2a和进出仓组件2b。进出仓组件2b设置于固定板3上，转动离心组件2a能够耦合至进出仓组件2b，使得转动离心组件2a能够沿进出仓组件2b移动。上层加热组件1包括加热组件1a和上下活动驱动组件1b。固定板3上设置有固定支架7，上下活动驱动组件1b设置于固定支架7上，加热组件1a耦合至上下活动驱动组件1b，使得加热组件1a能够沿上下活动驱动组件1b的延伸方向移动。例如，转动离心组件2a能够沿水平方向移动，加热组件能够沿竖直方向移动，转动离心组件2a移动后能够位于加热组件的正下方。在使用时，转动离心组件2a沿水平方向移动后，能够从加热组件1a的正下方移开，从而便于在转动离心组件2a上放置微流控芯片。微流控芯片放置完成后，转动离心组件2a移动至加热组件1a的正下方后，加热组件1a下移即可与微流控芯片抵靠接触，从而实现微流控芯片的加热。

优选的，进出仓组件2b包括滑动支撑板2b-1、第一导轨2b-2和进出仓电机2b-3。转动离心组件2a设置于滑动支撑板2b-1上，第一导轨2b-2设置于固定板3上。第一导轨2b-2能够呈直线状。滑动支撑板2b-1能够连接至第一导轨2b-2以能够沿第一导轨2b-2的延伸方向移动。例如，第一导轨2b-2的横截面能够呈T型，滑动支撑板2b-1上设置有截面形状呈T型的卡槽，导轨能够嵌套设置于卡槽中，从而即可实现滑动支撑板2b-1与第一导轨2b-2的滑动连接。进出仓电机2b-2设置于固定板3上，并且与滑动支撑板2b-1耦合，从而通过进出仓电机2b-2的工作即可带动滑动支撑板2b-1沿导轨的延伸方向滑动。例如，进出仓电机2b-2的转动轴上连接设置有同步带轮，滑动支撑板2b-1上设置有同步带，同步带能够啮合至同步带轮，在同步带轮顺时针转动时，通过同步带与同步带轮的耦合能够带动滑动支撑板2b-1沿第一方向移动，在同步带轮逆时针转动时，通过同步带与同步带轮的耦合能够带动滑动支撑板2b-1沿第二方向移动。第一方向与第二方向彼此相反。第一方向可以是朝向进出仓电机2b-2的方向。第二方向可以是远离进出仓电机2b-2的方向。

优选的，固定板3上设置有第一光电传感器4和第二光电传感器5。滑动支撑板2b-1上设置有进出仓光电感应片6。第一光电传感器4和第二光电传感器5的连线能够与第一导轨2b-2平行。在下层离心组件2位于上层加热组件1的正下方时，进出仓光电感应片6能够与第二光电传感器5对齐，此时，第二光电传感器5将通过例如是亮起指示灯以直观显示下层离心组件2所处的位置。当下层离心组件2位于上层加热组件1的正下方时，进出仓光电感应片能够与第一光电传感器对齐，此时第一光电传感器将通过例如是亮起指示灯以直观显示下层离心组件2所处的位置。

优选的，上下活动驱动组件1b包括安装板1b-1、第二导轨1b-2和升降丝杆电机1b-3。固定板3上设置有固定支架7。升降丝杆电机1b-3设置于固定支架7上。第二导轨1b-2设置于固定支架7上。安装板1b-1耦合至第二导轨1b-2，使得安装板1b-1能够沿第二导轨1b-2的延伸方向移动。安装板1b-1与第二导轨1b-2的耦合方向与滑动支撑板和第一导轨的耦合方式相同，在此不再赘述。升降丝杆电机1b-3能够连接至安装板1b-1，进而在升降丝杆电机1b-3工作的情况下，能够带动安装板1b-1上下移动。固定支架7上设置有第三光电传感器8和第四光电传感器9。安装板1b上设置有第一光电感应片10。在初始状态下，上层加热组件1和下层离心组件2处于分离状态，此时，第一光电感应片10与第三光电传感器8对齐。当安装板1b-1向下移动时，第一光电感应片10与第四光电传感器9对齐时，第四光电传感器9灯灭，表示上层加热组件1对位下压正常，此时，安装板1b-1仍需继续下压才能使得发热板33与微流控塑料芯片组件接触，从而实现对微流控塑料芯片组件的加热。若第一光电感应片10无法与第四光电传感器对齐，则第四光电传感器灯亮，表示对位出现异常，并且导向柱与转动盘已经相撞，此时安装板1b-1需要上移以回到初始位置后，在重新找准导向柱的对位点再下压移动。

优选的，转动离心组件2a包括驱动电机安装板2a-1、驱动电机2a-2、连接固定组件3和微流控塑料芯片组件2a-4。驱动电机安装板2a-1能够呈平板状，其上可以设置有螺丝孔，进而通过螺丝即可将驱动电机2a-2安装固定在驱动电机安装板2a-1的第一侧11。转动盘组件2能够连接至驱动电机2a-2，进而在驱动电机2a-2通电工作时，转动盘组件2能够转动。微流控塑料芯片组件2a-4能够连接至转动盘组件2a-3，进而能够与转动盘组件2a-3同步转动。转动盘组件2a-3和微流控塑料芯片组件2a-4均位于驱动电机安装板2a-1的第二侧12。第一侧11和第二侧12彼此相对，例如，如图2所示，第一侧11可以是驱动电机安装板2a-1的下侧，第二侧12可以是驱动电机安装板2a-1的上侧。

优选的，转动盘组件2a-3包括转动盘13、磁铁放置座14和磁铁15。转动盘13上设置有第一沉孔16。磁铁放置座14能够嵌套设置于第一沉孔16中，并可以通过例如是螺栓等连接件进行连接固定。磁铁放置座14上设置有安装槽17，磁铁15可以放置在安装槽17中，并通过例如是螺栓等连接件进行连接固定。转动盘13上设置有连接筒体18，连接筒体18能够呈中空圆柱状，使得驱动电机2a-2的转动轴能够插入连接筒体18中。连接筒体18的内壁上设置有键槽19，键槽19能够沿连接筒体18的轴向延伸。驱动电机2a-2的转动轴上可以设置有卡块，在转动轴插入连接筒体18中时，卡块能够嵌套于键槽19中，键槽与卡块的配合能够确保转动盘在高速转动时，转动盘与转动轴之间不会打滑。连接筒体18上还设置有第一开槽20以将连接筒体18分隔为第一段18a和第二段18b。第一段18a与转动盘13连接，第二段18b上设置有第二开槽21。第二开槽21能够完全将第二段18b割断，使得第二段18b具有第一端部18b-1和第二端部18b-2。第一端部18b-1和第二端部18b-2上可以设置有螺栓孔，螺栓孔中可以设置有螺栓，进而通过拧紧螺栓即可增加第二段18b与转动轴之间的夹持力度。连接筒体上设置第一开槽和键槽，用于保证与动力轴的同心度，第一开槽下方用于夹紧，键槽的配合能保证高速旋转时不会打滑。此结构在一个零件上既具备保证安装精度的要求，也具备夹紧功能；安装上更方便，可通过一颗螺钉即可完成锁紧，单手很轻松就可以完成操作。此外，结合使用精度要求，转动盘的结构设计能使得机加工工艺简单并更好的保证其加工精度，与转动轴装配后更好的保证转动盘表面的水平（一次装夹就可以在车床上完成转动盘圆孔与转动盘表面的加工，保证了零件的精度）。

优选的，第二段18b上可以通过螺栓等连接件连接固定有第二光电感应片22。驱动电机安装板2a-1上设置有第五光电传感器23。第五光电传感器23具有截面形状为C字型的安装座，安装座的上端部可以设置有光耦开关，安装座的下端部可以设置有接收器，当第二光电感应片22位于安装座的上端部和下端部之间时，其能够将光耦开关产生的光源进行阻挡，此时接收器将无法接收到光源，进而便能够确定转动盘处于复位状态。

优选的，转动盘13上设置有若干个限位柱24。微流控塑料芯片组件2a-4上设置有对应的限位孔25，使得限位柱24能够嵌套设置于限位孔25中。具体的，可以设置限位柱3个，三个限位柱各自与转动盘圆心之间的距离彼此不一致。当微流控塑料芯片组件2a-4的3个限位孔都能套入转动盘的3个限位柱为正确放置，反向无法安装微流控塑料芯片组件动使其贴合转盘。三个限位孔中，其中一个是防呆，反向无法安装微流控塑料芯片组件，正向安装时3个限位柱都可套入微流控塑料芯片组件。微流控塑料芯片组件的放置有防呆作用，结构上的设计能保证转动盘与转动轴的垂直度，同心度，水平等，使得高速离心运动时微流控塑料芯片组件不会出现跳动或飞出。

优选的，微流控塑料芯片组件2a-4包括微流控塑料芯片26、铁片27和二维码膜28。微流控塑料芯片26包括芯片上模2a-4-1、芯片下模2a-4-2和TPE膜2a-4-3，芯片上模2a-4-1和芯片下模2a-4-2彼此抵靠接触，TPE膜2a-4-3设置于芯片上模2a-4-1和芯片下模2a-4-2之间。微流控塑料芯片26和转动盘13均能够呈圆盘状，微流控塑料芯片26和转动盘13的直径相同。微流控塑料芯片26上设置有第二沉孔29。铁片4c能够呈圆盘状，使得铁片4c能够放置于第二沉孔29中。二维码膜28能够贴附在铁片27和微流控塑料芯片26上，进而能够对第二沉孔29起到封堵的作用，使得微流控塑料芯片26在被正反拿取时，第二沉孔29中的铁片4c均不会掉落。微流控塑料芯片组件2a-4和转动盘组件2a-3之间能够通过磁铁15和铁片27的相互吸附作用而比例连接压紧。具体的，如图3所示，在使用时，转动盘13按照其第一沉孔16朝上的方式放置，微流控塑料芯片26按照其第二沉孔29向上的方式放置。当正向安装时3个限位柱都可套入微流控塑料芯片组件。转动微流控塑料芯片26使得限位孔25与限位柱24对齐后，向下移动微流控塑料芯片26以使得微流控塑料芯片26朝向转动盘13移动，直至限位柱24完全插入限位孔25中，由于限位柱24和限位孔25的限位，微流控塑料芯片26与转动盘13之间将不会产生相对转动。最后，将铁片27放入第二沉孔29中，磁铁15和铁片27将产生相互吸附作用，从而通过铁片27便能够对微流控塑料芯片26施加压紧力，进而能够实现微流控塑料芯片26与转动盘13的连接固定。现有技术中，在微流控塑料芯片中心设有多边形孔，然后再其中的一条边开设一缺口用于芯片的原点定位；转动盘的上方设计有对应芯片的多边形和缺口凸台，转动盘凸台与芯片中心多边形孔通过间隙配合平放于转动盘上，芯片底部与转动盘上表面贴合。因芯片还需经过转动盘旋转离心，在此装置外还需增加一个芯片压紧装置。这种芯片的定位和固定方式必须保证芯片的加样口朝上，不能对芯片放置的正反面有防呆的作用，容易造成误放导致实验失败。其次，芯片中心多边形孔与转动盘中心凸台配合是有间隙的，即使中心的间隙很小，远离中心的检测口位置对应底部检测孔的偏移量也很大，位置精度不准会影响荧光检测的结果。同时，因离心额外增加压紧装置使得结构复杂，操作复杂，成本增加。本申请中，在微流控塑料芯片上表面中心处开设有第二沉孔以及台阶（芯片内部底层圆孔比磁铁直径稍大，比金属片直径小），然后将金属片预埋放在第二沉孔内（金属片与第二沉孔无需有公差配合关系，金属片不会因为芯片升温或冷冻保存时，使金属片掉落或者芯片因装配产生变形），金属片的厚度小于或等于第二沉孔的深度，在远离芯片的中心外设计两个以上的限位孔（限位孔越接近反应检测孔的位置越好，这样能使检测孔的位置偏移量减小），其中限位孔的位置不在同一圆周、同一角度上。同时转动盘的中心安装有磁铁，当芯片放置在转动盘上时，磁吸通过吸附金属片使得金属片产生压力把芯片压紧。转动盘远离中心的位置对应设计与芯片配合的多个限位柱。该方式能够有效的防止芯片放反，如不是正面放置，芯片会被限位柱顶起无法使芯片底部与转动盘贴合，具有防呆的作用；远离中心的限位孔相对于中心位置设置限位孔的偏移量更小，有效提高了位置精度，保证荧光检测的性能；磁铁吸附压紧方式结构设计简单，成本较低，芯片更换方便，节约时间。

优选的，加热组件1a的外轮廊形状能够由圆形限定，加热组件1a上设置有关于加热组件1a的圆心彼此对称的第一气流通道组件30和第二气流通道组件31，其中，第一气流通道组件30和第二气流通道组件31均包括气嘴座31a和气嘴吸盘31b。第一气流通道3和第二气流通道4中的一个可以与气泵进行连接，另一个用于平衡压力，在使用时，气泵能够进行加气，使得气嘴吸盘31b能够产生正压效果，气嘴吸盘31b与微流控芯片抵靠接触后，气嘴吸盘31b能够对其进行吸附，进而确保微流控芯片能够与加热组件1a紧密贴合，从而达到更佳的加热效果。

优选的，加热组件1a包括电木隔热套筒32、发热板33、PI加热膜34和电木盖35，电木隔热套筒32呈中空圆柱状，发热板33嵌套设置于电木隔热套筒32中以将电木隔热套筒32的内腔分隔为第一腔体37和第二腔体38，其中，PI加热膜34和电木盖35均嵌套设置于第一腔体37中。具体的，第一腔体37的侧壁上设置有若干个螺栓孔39，在螺栓孔39中嵌套设置有螺栓40的情况下，电木盖35能够连接至螺栓40。即可以通过螺栓将电木盖35固定在电木隔热套筒32上。PI加热膜34设置于电木盖35和发热板33之间。PI加热膜34通电后即可产生热量，热量能够传递至发热板33，使得发热板33的温度能够升高，进而在微流控芯片与发热板抵靠接触时，即可对微流控芯片进行加热。电木盖35由隔热材料制成以避免PI加热膜产生的热量朝向电木盖一侧传递。

优选的，加热组件1a还包括呈圆柱状的保温棉筒36，电木隔热套筒32能够嵌套设置于保温棉筒36中。保温棉筒36可以由保温棉筒制成，电木隔热套筒32整体放置于保温棉筒36后，能够提高电木隔热套筒32的保温效果，避免其热量流失过快。气嘴座31a设置于保温棉筒36上，气嘴吸盘31b设置于发热板33上。气嘴座31a能够转动，在气嘴座31a与气嘴吸盘31b抵靠接触后，通过转动气嘴座31a即可实现气嘴座31a与气嘴吸盘31b的螺纹连接。或者，通过外面的气管外螺纹接头与气嘴座拧紧，中间可填充防水胶带或者T形气管压紧等方式，以保证不漏气。

优选的，发热板33上设置有至少一个导向柱41。转动盘13上可以设置有导向孔42，在使用时，导向柱41能够插入导向孔42中，进而能够提高发热板与微流控芯片的对位效果。

优选的，本申请的恒温核酸扩增荧光检测分析仪可以通过若干个离心室进行模块化拼装组成整机。例如，恒温核酸扩增荧光检测分析仪可以含有4个相同结构的离心室；每个离心室中设置有进出仓组件、下层离心组件以及上层加热组件；其中下层离心组件设置在进出仓组件带动下实现下层离心组件出仓装配待测的微流控塑料芯片；上层加热组件在上下活动驱动源作用下沿着导向柱下压至下层离心组件上，使得装配在下层离心组件上的微流控塑料芯片被下层离心组件以及上层加热组件夹在在中间进行加热。离心室可以按照特定的规律进行排布，例如，2*2，1*4，1*3等排列，2*2表示2层，每层包括2个离心室。

优选的，恒温核酸扩增荧光检测分析仪还包括荧光检测模块100，荧光检测模块100用于检测微流控塑料芯片组件2a-4中的样本的所产生的荧光信号，对荧光信号进行处理后即可绘制出扩增的曲线。具体的，荧光检测模块100设置于固定板3上。荧光检测模块100位于芯片下模2a-4-2的下方。如图3所示，转动盘13上设置有若干个通孔101，微流控塑料芯片组件2a-4上可以设置有若干个能够与通孔101一一对齐的检测池，检测池中可以填充有样本，进而当转动盘组件2a-3转动时，不同的通孔101能够与荧光检测模块100的检测头102对齐，检测头放出的光斑能够与不同的检测池对齐，从而即可对相应检测池的荧光信号进行采集以获取样本扩增过程中所形成的关于扩增的曲线。最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。