專利名稱：基于磁分離的多樣本多位點(diǎn)高通量核酸分析系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)研究、臨床診斷所用的高通量核酸分析儀器，特別涉及一種基于磁分離的多樣本多位點(diǎn)高通量核酸分析系統(tǒng)
背景技術(shù)：
隨著人類基因組計(jì)劃(Human Genome Pro ject, HGP)的完成,對(duì)人類遺傳信息的研究正從測(cè)定DNA (Deoxyribonucleic Acid)序列、解釋遺傳信息的研究層面轉(zhuǎn)移到在分子生物學(xué)水平上對(duì)生物學(xué)功能進(jìn)行研究的層面上來，通過將病人與正常人的序列進(jìn)行比較，從而找出那些可疑的核酸變異位點(diǎn)。而這些變異位點(diǎn)，或者說是標(biāo)記，最常見的一類就是單核苷酸多態(tài)性(Single Nucleotide Polymorphism, SNP),目前已成為最常用的第三代遺傳標(biāo)志物。SNP適合于對(duì)復(fù)雜性狀的遺傳解析以及基于群體基因識(shí)別等方面的研究，促使人們不斷地尋找新的SNP標(biāo)記和革新SNP檢測(cè)技術(shù)，而高通量核酸檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用為感染性疾·病和遺傳性疾病篩查、腫瘤的分子診斷和藥物基因組研究等領(lǐng)域提供了新的技術(shù)平臺(tái)生物芯片技術(shù)的發(fā)展，為高通量SNP檢測(cè)提供了良好的技術(shù)平臺(tái)，然而由于生物芯片欠缺靈活度，成本一般較高，且每張芯片只能檢測(cè)單個(gè)或者幾個(gè)樣本。此外，應(yīng)用此類芯片分型時(shí)操作步驟較繁瑣，一次實(shí)驗(yàn)耗時(shí)約3個(gè)工作日，且樣本的制備需手工操作，因而對(duì)實(shí)驗(yàn)者的要求很高。這些不足之處在很大程度上限制了 SNP檢測(cè)芯片的大范圍推廣。近年來，由于磁性納米顆粒具有分離速度快、效率高、可重復(fù)使用、操作簡(jiǎn)單、易修飾功能基團(tuán)、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化以及不影響分離物質(zhì)的活性等特殊的物理化學(xué)性質(zhì)和好的生物相容性，因而被廣泛地應(yīng)用于病原體檢測(cè)、腫瘤的標(biāo)志物早期診斷、疾病的體外可視檢測(cè)等各個(gè)方面，在很多方面已經(jīng)并正在代替或改進(jìn)現(xiàn)有的生物芯片這一工具。另一方面，生物樣本的高并行操作和制備是實(shí)現(xiàn)高通量核酸自動(dòng)化檢測(cè)的前提條件。面對(duì)大量樣本的SNP位點(diǎn)分型，僅單純依靠實(shí)驗(yàn)人員的手工操作，不僅在速度上難以滿足要求，而且實(shí)驗(yàn)人員在面臨高強(qiáng)度工作時(shí)難免出現(xiàn)失誤，尤其在以基因擴(kuò)增為基礎(chǔ)的分子診斷方面，任何微小的誤差將產(chǎn)生假陰性或者假陽性信號(hào)。因此，臨床檢驗(yàn)醫(yī)生和研究者迫切需要一種從樣本的制備、分型操作、直到最后的信號(hào)檢測(cè)完全自動(dòng)化的高通量核酸檢測(cè)系統(tǒng)，從而能夠?qū)⑨t(yī)生和研究人員從實(shí)驗(yàn)臺(tái)邊上解放出來，大大加快檢測(cè)速度和研究進(jìn)程。近年來，自動(dòng)檢測(cè)儀器、自動(dòng)移液系統(tǒng)與控制系統(tǒng)等得到了驚人的發(fā)展，已經(jīng)從過去的單純按照速度決定一切的時(shí)代改變?yōu)橄蛸|(zhì)量、需求、便利方向發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的針對(duì)核酸突變及SNPs等常見變異的分析需要對(duì)多樣本多位點(diǎn)進(jìn)行高通量并行分析，從而實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、高通量且高靈活的核酸突變與SNP分析系統(tǒng)的重大需求。本發(fā)明的技術(shù)方案本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想是將磁分離技術(shù)、顆粒微陣列技術(shù)、單堿基延伸技術(shù)和自動(dòng)化系統(tǒng)相結(jié)合，在一系列高通量、自動(dòng)化、高特異以及高實(shí)用性的單堿基差異檢測(cè)新方法基礎(chǔ)上建立新穎的高通量核酸檢測(cè)系統(tǒng)。一種基于磁分離的多樣本多位點(diǎn)高通量核酸分析系統(tǒng)，包括機(jī)械執(zhí)行部分、電路控制部分和系統(tǒng)軟件部分，電路控制部分控制機(jī)械執(zhí)行部分的動(dòng)作，系統(tǒng)軟件部分對(duì)檢查數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算；機(jī)械執(zhí)行部分包括殼體，以及位于殼體內(nèi)的高通量磁分離系統(tǒng)、微量移液系統(tǒng)、精確溫控系統(tǒng)和高通量熒光信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)；a、微量移液系統(tǒng)，包括移液裝置、三軸直角坐標(biāo)機(jī)械臂、吸頭存儲(chǔ)裝置和廢液回收裝置；三軸直角坐標(biāo)機(jī)械臂包括X軸機(jī)械臂、Y軸機(jī)械臂和Z軸機(jī)械臂，分別對(duì)應(yīng)XYZ坐標(biāo)系的X、Y和Z軸；X軸機(jī)械臂、Y軸機(jī)械臂和Z軸機(jī)械臂上都設(shè)有導(dǎo)軌，導(dǎo)軌分別與X、Y和Z軸對(duì)應(yīng)平行；Y軸機(jī)械臂與殼體的底板連接，且Y軸平行于底板所在平面；x軸機(jī)械臂通過滑塊與Y軸機(jī)械臂上的導(dǎo)軌連接，且X軸平行于底板所在平面；z軸機(jī)械臂通過滑塊與X軸機(jī)械臂上的導(dǎo)軌連接，且Z軸垂直于底板所在平面；Y軸機(jī)械臂上連接有電機(jī)，該電機(jī)通過絲杠結(jié)構(gòu)連接X軸機(jī)械臂，且絲杠平行于Y軸；χ軸機(jī)械臂上連接有電機(jī)，該電機(jī)通過絲杠結(jié)構(gòu)連接Z軸機(jī)械臂，且絲杠平行于X軸；所述Z軸機(jī)械臂的正面和背面都設(shè)有導(dǎo)軌，兩面的導(dǎo)軌分別通過滑塊連接移液裝置和移板機(jī)械裝置；ζ軸機(jī)械臂的正面和背面分別設(shè)有電機(jī)，兩個(gè)電機(jī)分別通過絲杠結(jié)構(gòu)連接移液裝置和移板機(jī)械裝置，這兩個(gè)絲杠平行Z軸；移液裝置和移板機(jī)械裝置在XYZ坐標(biāo)系下運(yùn)動(dòng)；在底板上分布有廢棄物回收裝置、槍尖存儲(chǔ)臺(tái)、磁分離工作位、第二工作位、儲(chǔ)液工作位、溫控工作位、第一工作位、制冷存儲(chǔ)工作位和高通量熒光信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，它們被移液裝置和移板機(jī)械裝置的運(yùn)動(dòng)路徑覆蓋；所述吸頭存儲(chǔ)裝置在針尖存儲(chǔ)臺(tái)上；第二工作位上安裝有孔板支架；儲(chǔ)液工作位是一個(gè)長(zhǎng)方形的凹槽，凹槽大小適合于深孔孔板，使得深孔孔板穩(wěn)定放置在儲(chǔ)液工作位上；第一工作位為一個(gè)凹槽，凹槽大小與標(biāo)準(zhǔn)酶標(biāo)板相符，用于放置酶標(biāo)板；b、精確溫控系統(tǒng)，包括安裝在溫控工作位的精確溫控裝置和固定在制冷存儲(chǔ)工作位上的樣本存儲(chǔ)裝置；C、高通量熒光信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，包括熒光檢測(cè)光路系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)；除了熒光檢測(cè)工作位的位置，高通量熒光信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)其余位置全部為密封不透光設(shè)計(jì)；d、高通量磁分離系統(tǒng)，包括安裝在磁分離工作位上的微孔板磁分離裝置，移板機(jī)械裝置。所述X軸機(jī)械臂、Y軸機(jī)械臂和Z軸機(jī)械臂上的導(dǎo)軌兩端都裝有位置傳感器。所述移板機(jī)械裝置，包括直線導(dǎo)桿、凸輪、直流電機(jī)、彈簧和兩個(gè)機(jī)械手指；兩個(gè)機(jī)械手指安裝在兩根平行的直線導(dǎo)桿上，并且兩個(gè)機(jī)械手通過彈簧連接；凸輪與直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接；凸輪裝在兩直線導(dǎo)桿之間，且兩個(gè)機(jī)械手指夾住凸輪。所述的吸頭存儲(chǔ)裝置，包括吸頭盒、吸頭盒導(dǎo)軌、步進(jìn)電機(jī)、傳送帶、推擋器、多通道紅外發(fā)射接收裝置、單通道紅外發(fā)射接收裝置和單通道光電傳感器；吸頭存儲(chǔ)裝置分為吸頭安裝區(qū)域和吸頭存儲(chǔ)區(qū)域兩部分；吸頭安裝區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)吸頭盒占用的空間，吸頭存儲(chǔ)區(qū)域?yàn)槲^暫存區(qū)域；步進(jìn)電機(jī)通過傳送帶帶動(dòng)推擋器運(yùn)動(dòng)，首先使推擋器位于吸頭盒入口處的初始位置，然后推擋器正向移動(dòng)推動(dòng)吸頭盒沿著導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，直到處于吸頭安裝區(qū)域的吸頭盒觸發(fā)單通道紅外收發(fā)裝置；當(dāng)一盒吸頭用盡后，推擋器繼續(xù)正向移動(dòng)，使用完的吸頭盒落入廢液回收裝置的I區(qū)中，下一盒吸頭進(jìn)入吸頭安裝區(qū)；當(dāng)所有吸頭用盡后，推擋器復(fù)位至初始位置處；所述的精確溫控系統(tǒng)包括微孔板反應(yīng)阱、半導(dǎo)體制冷器，散熱片、橫流風(fēng)扇、直流電機(jī)、熱蓋導(dǎo)軌和熱蓋；精確溫控裝置包括熱蓋，熱蓋在直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下在熱蓋導(dǎo)軌上自由移動(dòng)，使得熱蓋自動(dòng)關(guān)閉與打開，且當(dāng)關(guān)閉時(shí)能夠與微孔板反應(yīng)阱內(nèi)的微孔板充分地接觸；微孔板反應(yīng)講下的半導(dǎo)體制冷器的下端安放散熱片與橫流風(fēng)扇。所述的制冷樣本存儲(chǔ)裝置包括散熱片、反應(yīng)阱、上蓋、半導(dǎo)體制冷片及溫度傳感器；溫度傳感器在反應(yīng)阱內(nèi)，反應(yīng)阱下為半導(dǎo)體制冷片，半導(dǎo)體制冷片下為散熱器，上蓋設(shè)有與反應(yīng)阱相對(duì)應(yīng)的微孔，上蓋活動(dòng)蓋在反應(yīng)阱上。高通量熒光檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括位置傳感器、傳送帶、角鋼、步進(jìn)電機(jī)、滑桿、微孔板托盤和黑色玻璃；在夂方向和Y方向分別設(shè)有兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)通過傳送帶驅(qū)動(dòng)··角鋼在X方向和Y方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)角鋼另一端連接的X向滑桿和Y向滑桿，從而控制微孔板托盤在底板上的位置；在傳送帶兩端安裝有位置傳感器。本發(fā)明的基于磁分離的多樣本多位點(diǎn)高通量核酸分析系統(tǒng)具有如下功能和創(chuàng)新
占-
^ \\\ ·I.該系統(tǒng)以多孔板為反應(yīng)容器，配合系統(tǒng)包含的各種功能模塊，在系統(tǒng)控制軟件的協(xié)調(diào)和控制下能夠完成核酸檢測(cè)過程中的各種生化反應(yīng)，系統(tǒng)包含能夠精確定位每個(gè)工作位的機(jī)械移板裝置，將多孔板、酶標(biāo)板等反應(yīng)板在不同工作位之間進(jìn)行相互轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移過程中能夠保持反應(yīng)板處于平穩(wěn)狀態(tài)；2.構(gòu)建了適合于96孔微孔板的高通量磁分離系統(tǒng)，在系統(tǒng)軟件控制下能夠?qū)?6孔微孔板內(nèi)的樣品進(jìn)行快速磁分離操作；3.八通道微量移液系統(tǒng)可一次性向多孔板中的多個(gè)微孔中加入或吸取指定容量的液體，同時(shí)多通道移液裝置自動(dòng)完成安裝、打掉吸頭(更換吸頭設(shè)計(jì))、吹打液體等操作步驟；同時(shí)該裝置配有廢液回收裝置，能夠?qū)U棄吸頭和廢液回收便于用戶進(jìn)行統(tǒng)一處理；4.本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了適合于96孔板的精確溫控系統(tǒng)，該裝置采用新型的半導(dǎo)體制冷片為加熱制冷部件，利用半導(dǎo)體材料的帕爾貼效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)熱量轉(zhuǎn)移，無需制冷劑，具有清潔、制冷迅速、易于控制等特點(diǎn)；5.該系統(tǒng)具有對(duì)反應(yīng)過程中的樣品進(jìn)行低溫存儲(chǔ)的功能。系統(tǒng)包含一個(gè)樣本存儲(chǔ)裝置，該裝置能夠?qū)Χ嗫装逯械臉颖具M(jìn)行低溫保存，其中存儲(chǔ)臺(tái)溫度4°C ；6.該系統(tǒng)構(gòu)建了高通量熒光信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，能夠完成對(duì)96孔酶標(biāo)板中指定微孔進(jìn)行熒光信號(hào)檢測(cè)，具有成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、檢測(cè)靈敏度高等特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合本系統(tǒng)，提出了生物大分子檢測(cè)結(jié)果的判定標(biāo)準(zhǔn)；下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述
四

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明
圖I為基于磁分離的多樣本多位點(diǎn)高通量核酸分析系統(tǒng)三維布局圖；其中Y軸機(jī)械臂I ;X軸機(jī)械臂2 ；Z軸機(jī)械臂3 ;八通道移液裝置4 ;移板機(jī)械裝置5 ;廢棄物回收裝置6 ;槍尖存儲(chǔ)臺(tái)7 ;磁分離工作位8 ;第二工作位9 ;儲(chǔ)液工作位10 ;溫控工作位11 ;第一工作位12 ;制冷存儲(chǔ)工作位13 ;高通量熒光信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)14 ;儀器外殼65。圖2為三軸直角坐標(biāo)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)圖；其中伺服電機(jī)15 ;滑塊16 ;聯(lián)軸器17 ;絲杠18 ;直線導(dǎo)軌19。圖3為移板機(jī)械裝置結(jié)構(gòu)圖；
其中直線導(dǎo)軌20 ;步進(jìn)電機(jī)21 ;導(dǎo)桿22 ;凸輪以及直流電機(jī)23 ;彈簧24 ;機(jī)械手指25。圖4為吸頭存儲(chǔ)裝置與廢液回收裝置示意圖；其中8通道激光接收裝置26 ;步進(jìn)電機(jī)27 ;槍尖盒導(dǎo)軌28 ;槍尖盒29 ;傳送帶30 ；8通道激光發(fā)射裝置31 ;槍尖盒入口 32 ;推擋器33 ;單通道光電傳感器34 ;槍尖安裝區(qū)域35 ;槍尖存儲(chǔ)區(qū)域36。圖5 Ca)和圖5 (b)分別為精確溫控裝置的側(cè)視圖和俯視圖；其中96孔微孔板反應(yīng)阱37 ;核心加熱器件半導(dǎo)體制冷片38 ;散熱片39 ;橫流風(fēng)扇40 ;直流電機(jī)41 ;熱蓋導(dǎo)軌42 ;熱蓋43。圖6為微孔板磁分離裝置結(jié)構(gòu)示意圖；其中釹鐵硼永磁體44 ；96孔板支架45 ;底座46 ；96孔板支架固定螺絲47。圖7為樣本存儲(chǔ)裝置結(jié)構(gòu)圖；其中48孔反應(yīng)阱48 ;上蓋49 ;散熱片50。圖8為高通量熒光信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)外部結(jié)構(gòu)圖；其中外殼51 ;激發(fā)光源52 ;光電倍增管53 ;光纖54 ;光路通口 55 ;底座56 ;密封門57 ;微孔板托盤58。圖9 (a)和圖9 (b)為高通量熒光信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的底板采用步進(jìn)電機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)不意圖，其中圖9(a)為底部不意圖；圖9(b)為內(nèi)部不意圖；其中步進(jìn)電機(jī)59 ;位置傳感器60 ;傳送帶61 ;角鋼62 ;滑桿63 ;黑色玻璃64。圖10為基于磁分離的多樣本多位點(diǎn)高通量核酸分析系統(tǒng)總體框圖。圖11 (a)為三軸直角坐標(biāo)機(jī)械臂控制電路示意圖；圖11(b)三軸機(jī)械臂移板機(jī)械裝置控制電路示意圖。圖12為精確溫度控制裝置控制電路示意圖。圖13為高通量熒光信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)控制電路示意圖。
五具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明和描述參照?qǐng)D10，本發(fā)明是由系統(tǒng)核心方法、系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件三個(gè)主要部分組成的，其中系統(tǒng)核心方法包括基于功能化磁性納米顆粒的核酸自動(dòng)化提取技術(shù)、靶序列的獲取與放大技術(shù)、基于雙色熒光標(biāo)簽的高通量SNP分型技術(shù)、基于單堿基循環(huán)延伸的高靈敏突變檢測(cè)技術(shù)、基于磁分離和PCR array的快速分子診斷、基于磁分離的快速突光免疫檢測(cè)等。這些檢測(cè)方法具有高通量、高靈敏度、低成本等特點(diǎn)，與軟硬件有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成一種基于磁分離的多樣本多位點(diǎn)高通量核酸分析系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件由四部分組成，分為高通量磁分離系統(tǒng)、微量移液系統(tǒng)、精確溫控系統(tǒng)和高通量熒光信號(hào)檢測(cè)四部分。最后還包括系統(tǒng)控制軟件。圖I所示為基于磁分離的多樣本多位點(diǎn)高通量核酸分析系統(tǒng)三維布局圖，參照?qǐng)D11，系統(tǒng)硬件部分全部安裝在底板上，并且在外部有一個(gè)可開關(guān)的封閉式系統(tǒng)外殼65。系統(tǒng)硬件由四部分組成，其中高通量磁分離系統(tǒng)包括安裝在磁分離工作位8上的微孔板磁分離裝置，移板機(jī)械裝置5和三軸機(jī)械臂(X軸機(jī)械臂2，Y軸機(jī)械臂1，Z軸機(jī)械臂3)。其中Y軸機(jī)械臂I通過固定螺絲直接與系統(tǒng)底板相連，機(jī)械臂下部中空，用于安裝機(jī)械臂所有的控制電路，X軸機(jī)械臂2起點(diǎn)一端通過固定金屬板和固定螺絲安裝在Y軸機(jī)械臂I導(dǎo)軌上，與Y軸機(jī)械臂I成90°，使得X軸機(jī)械臂及其安裝在上面的所有裝置可以在Y軸方向隨意移動(dòng)。Z軸機(jī)械臂3安裝在X軸機(jī)械臂2側(cè)面導(dǎo)軌上，中間有絲杠穿過，使得Z軸機(jī)械臂3可以在X軸方向自由移動(dòng)，這三個(gè)機(jī)械臂構(gòu)成了系統(tǒng)的三軸直角坐標(biāo)機(jī)械臂，此系統(tǒng)的所·有移動(dòng)過程，都是通過這個(gè)部分完成的。，三軸直角坐標(biāo)機(jī)械臂在保證運(yùn)動(dòng)速度的同時(shí)，能夠有效地進(jìn)行精確定位，從而可以配合移板機(jī)械裝置、微量移液裝置等完成生物樣本的地自動(dòng)化處理。移板機(jī)械裝置5安裝在Z軸機(jī)械臂3背面導(dǎo)軌上，它結(jié)合三軸直角坐標(biāo)機(jī)械臂可實(shí)現(xiàn)各工作位之間轉(zhuǎn)移96孔微孔板的要求。移板機(jī)械裝置能夠平行抓板，水平誤差小于O. 1mm。在放置反應(yīng)板的過程中，可完成壓板動(dòng)作以保證反應(yīng)板平穩(wěn)放置在工作位上。在完成壓板動(dòng)作時(shí)，移板機(jī)械裝置在反應(yīng)板兩側(cè)均勻施力。反應(yīng)板放置到工作位上之后，保證板沿與固定臺(tái)面之間間距小于O. Imm0在磁分離工作位8上裝有微孔板磁分離裝置，其作用是使反應(yīng)板中的磁性顆粒和溶液分離，獲得所需的試劑(顆?；蛘呷芤?以進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。微量移液系統(tǒng)能夠在系統(tǒng)軟件的控制下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)安裝卸載吸頭、配合機(jī)械臂自動(dòng)完成在不同工作位之間液體轉(zhuǎn)移操作、洗滌磁性顆粒、吹打液體等實(shí)際操作步驟。根據(jù)系統(tǒng)所應(yīng)完成的動(dòng)作，該系統(tǒng)主要包含四個(gè)部分八通道微量移液裝置4、三軸直角坐標(biāo)機(jī)械臂、吸頭存儲(chǔ)裝置6和廢液回收裝置7。由于本系統(tǒng)在進(jìn)行移液的同時(shí)進(jìn)行反應(yīng)板轉(zhuǎn)移的情況是不允許的，微量移液系統(tǒng)與高通量磁分離系統(tǒng)中共用三軸直角坐標(biāo)機(jī)械臂以節(jié)省系統(tǒng)的空間和成本。八通道微量移液裝置4固定在Z軸機(jī)械臂3正面導(dǎo)軌上，可以在XYZ軸方向自由移動(dòng)，到達(dá)指定目標(biāo)位置，系統(tǒng)采用的微量移液系統(tǒng)原理類似于普通注射器，其核心部件是采用注射式加樣原理的全自動(dòng)液體稀釋器，將決定整個(gè)移液系統(tǒng)的精度。吸頭存儲(chǔ)裝置6和廢液回收裝置7安裝于Y軸機(jī)械臂I和工作臺(tái)之間，它與Y軸平行，整體長(zhǎng)度也與Y軸機(jī)械臂相同，吸頭存儲(chǔ)裝置用于暫存實(shí)驗(yàn)中所需的一次性吸頭，廢液回收裝置用于暫存試驗(yàn)中產(chǎn)生的廢棄吸頭、廢液以及廢棄的吸頭盒，移液裝置4可以在三軸軸機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)下到達(dá)此裝置上方完成吸頭的自動(dòng)安裝。在高通量核酸檢測(cè)方法中，需要對(duì)96孔反應(yīng)板內(nèi)的樣本進(jìn)行精確、快速控溫，從而完成核酸的雜交等功能，同時(shí)在高通量自動(dòng)化檢測(cè)過程中，樣本、反應(yīng)試劑在反應(yīng)前或者反應(yīng)后均需要低溫保存，因此系統(tǒng)必需精確溫控系統(tǒng)，它由安裝在溫控工作位11上可快速升降溫的精確溫控裝置和固定在制冷存儲(chǔ)工作位13上能夠進(jìn)行低溫存儲(chǔ)的樣本存儲(chǔ)裝置組成。這兩個(gè)裝置內(nèi)部為溫度控制電路，溫控裝置通過四角的固定螺絲安裝在系統(tǒng)底板上。系統(tǒng)工作位除了信號(hào)檢測(cè)全部安裝在Y軸機(jī)械臂的右側(cè)底板上，包括磁分離工作位8，第二工作位9，儲(chǔ)液工作位10，溫控工作位11，第一工作位12，制冷存儲(chǔ)工作位13。第二工作位9上安裝有96孔板支架，它用于放置標(biāo)準(zhǔn)96孔板；儲(chǔ)液工作位10是一個(gè)長(zhǎng)方形的凹槽，可使得深孔板穩(wěn)定放置在工作位上，用于常溫儲(chǔ)存實(shí)驗(yàn)所需試劑；第一工作位12同樣為一個(gè)凹槽，大小與96孔酶標(biāo)板相符，用于放置酶標(biāo)板，當(dāng)含有最后結(jié)果的液體轉(zhuǎn)移至酶標(biāo)板后，通過移板機(jī)械裝置將其移至信號(hào)檢測(cè)模塊進(jìn)行結(jié)果檢測(cè)。高通量熒光信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)14包括熒光檢測(cè)光路系統(tǒng)和熒光檢測(cè)控制系統(tǒng)，采用固定的熒光光路系統(tǒng)，通過機(jī)械傳動(dòng)裝置拖動(dòng)96孔酶標(biāo)板至檢測(cè)位置，從而能夠完成對(duì)96孔酶標(biāo)板中指定微孔中進(jìn)行熒光信號(hào)檢測(cè)。通過系統(tǒng)控制軟件可以選擇不同的激發(fā)光源、濾色片、信號(hào)增益等參數(shù)，檢測(cè)結(jié)果能夠直觀地呈現(xiàn)在軟件界面上并能夠完成數(shù)據(jù)的初步分析。高通量熒光信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)14與系統(tǒng)工作位平行安裝在Y軸機(jī)械臂I右側(cè)，總體形狀為長(zhǎng)方體，通過底部四角螺絲固定在系統(tǒng)底板上，因?yàn)橛霉鈱W(xué)檢測(cè)方法進(jìn)行結(jié)果分析，所以 除了熒光檢測(cè)工作位的位置，系統(tǒng)其余位置全部為密封不透光設(shè)計(jì)，以免有雜光干擾。參照?qǐng)D2，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了 XYZ三軸直角機(jī)械臂，整個(gè)機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)如圖2所示，在傳動(dòng)方式上，采用滾珠絲桿18驅(qū)動(dòng)三軸直角機(jī)械臂，可以確保系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小，能夠?qū)崿F(xiàn)精確高速進(jìn)給，適合本系統(tǒng)，絲杠安裝在機(jī)械臂上部。在驅(qū)動(dòng)方式上，選擇松下A4系列伺服電機(jī)15組成的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)三軸直角機(jī)械臂。伺服電機(jī)在制動(dòng)、過載等性能上都比步進(jìn)電機(jī)具有一定的優(yōu)勢(shì)，很好地滿足了本系統(tǒng)的需求，伺服電機(jī)安裝在機(jī)械臂起點(diǎn)一偵牝與絲杠相連。在伺服電機(jī)15與絲杠18之間使用聯(lián)軸器17作為連接部件，同時(shí)起到自動(dòng)補(bǔ)償作用。在三軸機(jī)械臂一側(cè)都裝有雙導(dǎo)軌19，使得運(yùn)動(dòng)組件可以在導(dǎo)軌上自由穩(wěn)定的移動(dòng)。機(jī)械臂的兩端分別設(shè)有位置傳感器用于標(biāo)識(shí)機(jī)械臂的起點(diǎn)和終點(diǎn)。參照?qǐng)D11 Ca),圖示為機(jī)械臂控制電路，由于伺服電機(jī)帶有的編碼器，因此伺服電機(jī)不會(huì)出現(xiàn)丟步現(xiàn)象。伺服驅(qū)動(dòng)器設(shè)置為位置控制模式，控制電路連接示意圖如圖11 (a)所示。機(jī)械臂控制核心為微處理器(單片機(jī))，因?yàn)樘幚砥餍盘?hào)與驅(qū)動(dòng)器信號(hào)電平不一致，所以中間需要光耦隔離。當(dāng)機(jī)械臂工作時(shí)，伺服驅(qū)動(dòng)器將接收到的命令通過編碼器分解為脈沖和命令相關(guān)電平，控制伺服電機(jī)按照設(shè)定的速度和方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)絲杠以相同的方向和速度轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)安裝在機(jī)械臂上的相關(guān)裝置將會(huì)隨著絲杠螺紋的傳動(dòng)而進(jìn)行相同方向和速度的移動(dòng)，以上即為機(jī)械臂的基本運(yùn)動(dòng)過程。在機(jī)械臂兩端的位置傳感器在運(yùn)動(dòng)時(shí)一直處于檢測(cè)狀態(tài)，當(dāng)相關(guān)裝置運(yùn)動(dòng)至機(jī)械臂兩端時(shí)，傳感器檢測(cè)到相關(guān)信號(hào)并作出反饋，保證機(jī)械臂安全。參照?qǐng)D3，圖示為移板機(jī)械裝置示意圖，主要由直線導(dǎo)軌20，步進(jìn)電機(jī)21，導(dǎo)桿22，凸輪以及直流電機(jī)23，彈簧24和機(jī)械手指25組成。與機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)原理相同，裝置安裝在Z軸機(jī)械臂側(cè)面導(dǎo)軌上，不同的是驅(qū)動(dòng)方式采用步進(jìn)電機(jī)，在步進(jìn)電機(jī)21和絲杠的驅(qū)動(dòng)下，裝置能夠沿直線導(dǎo)軌20做上下運(yùn)動(dòng)。在導(dǎo)軌的頂端安裝有位置傳感器，在裝置內(nèi)部安裝有兩根平行導(dǎo)桿22，兩個(gè)機(jī)械手指25通過彈簧24連接并被安裝在兩根導(dǎo)桿22上，可以沿導(dǎo)桿22移動(dòng)，它們與安裝在中間的凸輪23緊密接觸，凸輪23可在與之相連的直流電機(jī)23的驅(qū)動(dòng)下按照順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于凸輪呈橢圓型，使得機(jī)械手指25可在凸輪的驅(qū)動(dòng)下作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，形成了機(jī)械手指25張開和閉合的動(dòng)作。通過檢測(cè)固定在機(jī)械手指上的位置傳感器可判斷機(jī)械手指25的張開和閉合狀態(tài)。移板機(jī)械裝置控制電路主要包括用于控制機(jī)械裝置沿著Z方向運(yùn)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)，用于控制機(jī)械手指張開和閉合的直流電機(jī)，整個(gè)控制電路示意圖如圖11(b)所示。直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)分別利用直流電動(dòng) 機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片和高性能步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片來驅(qū)動(dòng)，位置傳感器將狀態(tài)信號(hào)反饋給微處理器進(jìn)行處理。當(dāng)系統(tǒng)上電后，機(jī)械裝置在步進(jìn)電機(jī)21的驅(qū)動(dòng)下到達(dá)頂端的復(fù)位位置(位置傳感器)，通過三軸機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)至反應(yīng)板上方，控制直流電機(jī)使得凸輪23運(yùn)動(dòng)使機(jī)械手指25呈打開狀態(tài)，在步進(jìn)電機(jī)21驅(qū)動(dòng)下下降至抓板位置(反應(yīng)板上方約1mm)，控制凸輪23轉(zhuǎn)動(dòng)90°使機(jī)械手指25呈閉合狀態(tài)，抓緊反應(yīng)板的邊沿，然后驅(qū)動(dòng)使反應(yīng)板與裝置一起上升至復(fù)位位置，抓板過程完成；機(jī)械臂再次運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)反應(yīng)板一起運(yùn)動(dòng)至目標(biāo)工作位上方，移板裝置下降使反應(yīng)板放入工作位，之后凸輪23再次轉(zhuǎn)動(dòng)90°，機(jī)械手指25張開，與反應(yīng)板脫離，隨著裝置上升至復(fù)位位置，放板過程完成。注意在機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)過程中移板裝置不可有包括升降，凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)等一系列動(dòng)作，防止發(fā)生碰撞。參照?qǐng)D4，吸頭存儲(chǔ)裝置和廢液回收裝置整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)成如圖5所示。廢液回收裝置由兩個(gè)區(qū)域構(gòu)成，I區(qū)是用來回收可重復(fù)使用的吸頭盒，2區(qū)是用來收集實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的廢棄吸頭、廢棄反應(yīng)板以及廢液等。吸頭存儲(chǔ)裝置6主要由吸頭盒、吸頭盒導(dǎo)軌28、步進(jìn)電機(jī)27、傳送帶30、推擋器33、8通道激光發(fā)射裝置31、8通道激光接收裝置26、單通道光電傳感器34等組成。整個(gè)裝置分為吸頭安裝區(qū)域35和吸頭存儲(chǔ)區(qū)域36兩部分。吸頭安裝區(qū)域35為一個(gè)吸頭盒占用的空間，移液裝置可以在三軸軸機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)下到達(dá)吸頭安裝區(qū)域35完成吸頭的自動(dòng)安裝。吸頭存儲(chǔ)區(qū)域36為吸頭暫存區(qū)域，最多可以并排擺放5個(gè)吸頭盒。吸頭盒設(shè)計(jì)成96孔板樣式，一次性可放置96個(gè)吸頭，孔間間距與八通道微量移液裝置一致，便于自動(dòng)安裝吸頭。在安裝區(qū)域下方裝有步進(jìn)電機(jī)27，傳送帶30的一端與之相連，另一端安裝在吸頭入口 32位置，位于整個(gè)裝置的中間，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)27轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)傳送帶隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，使得安裝在傳送帶上方的推擋器33也隨之做前后水平移動(dòng)，帶動(dòng)所有吸頭盒自動(dòng)移至安裝區(qū)域，在安裝區(qū)域終點(diǎn)處裝有單通道光電傳感器34，用于檢測(cè)吸頭盒位置。在整個(gè)裝置的兩端裝有8通道激光發(fā)射裝置31和8通道激光接收裝置26，它們通過螺絲固定于裝置上方，每個(gè)檢測(cè)通道與吸頭盒每一行位于同于垂直平面，用于檢測(cè)吸頭安裝結(jié)果。系統(tǒng)開啟后,步進(jìn)電機(jī)27通過傳送帶30帶動(dòng)推擋器33運(yùn)動(dòng)，首先使推擋器33位于吸頭盒入口 32處的初始位置，然后推擋器33正向移動(dòng)推動(dòng)吸頭盒29沿著導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，直到處于吸頭安裝區(qū)域的吸頭盒觸發(fā)單通道光電傳感器34，此時(shí)吸頭盒的位置被精確定位。系統(tǒng)軟件控制XY軸機(jī)械臂使移液裝置到達(dá)吸頭安裝區(qū)域正上方，進(jìn)而通過控制Z軸機(jī)械臂3來控制移液裝置與吸頭的距離，使吸頭與裝置緊密結(jié)合，之后移液裝置上升，帶動(dòng)吸頭離開吸頭盒，吸頭安裝檢測(cè)自動(dòng)開啟，發(fā)射裝置31打開激光器，發(fā)出8通道激光，如果所有通道順利裝有吸頭，則激光無法通過，接收裝置沒有相應(yīng)，完成吸頭的自動(dòng)安裝過程，如果有漏裝，則接收裝置收到光電信號(hào)并反饋，提示安裝失敗。當(dāng)一盒吸頭用盡后，推擋器33繼續(xù)正向移動(dòng)，使用完的吸頭盒落入廢液回收裝置的I區(qū)中，下一盒吸頭進(jìn)入吸頭安裝區(qū)。當(dāng)所有吸頭用盡后，推擋器33復(fù)位至初始位置處，系統(tǒng)軟件提示用戶添加吸頭。
參照?qǐng)D6，微孔板磁分離裝置由96孔板支架45和底座46構(gòu)成。該裝置的磁性元件使用強(qiáng)磁性的釹鐵硼永磁體44，底座46和96孔支架45均選用鋁材制作，支架45上設(shè)有12X8個(gè)孔，避免在磁分離時(shí)96孔微孔板的移動(dòng)造成磁分離位置不準(zhǔn)確。釹鐵硼永磁體磁條44嵌入底座46的凹槽內(nèi)，6根條形永磁體組成陣列,磁條所處的位置與96孔板上各排試管的間隙對(duì)應(yīng)，滿足所有微孔同時(shí)進(jìn)行磁分離的要求，通過調(diào)節(jié)96孔板支架固定螺絲47可方便地調(diào)整支架高度。用戶進(jìn)行磁分離時(shí)，系統(tǒng)通過移板機(jī)械裝置的移板過程使96孔板嵌入到磁分離裝置中，靜置后，反應(yīng)板中的磁性顆粒均在磁場(chǎng)作用下團(tuán)聚到微孔側(cè)壁上，分離完成。這時(shí)可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需 要，分離上清液和磁性顆粒，提取需要部分進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。參照?qǐng)D5，精確溫控裝置參考市場(chǎng)化的熱循環(huán)儀的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)示意圖如圖6所示。其中37為96孔微孔板反應(yīng)阱，38為核心加熱器件半導(dǎo)體制冷片，39為散熱片，40為橫流風(fēng)扇，41為直流電機(jī)，42為熱蓋導(dǎo)軌，43為熱蓋。精確溫控裝置包含有熱蓋43，可使96孔微孔板內(nèi)的液體在加熱的時(shí)候避免蒸發(fā)。本系統(tǒng)為提高反應(yīng)阱溫度變化速率，保證反應(yīng)阱的溫度均一性，需要使用6片半導(dǎo)體制冷器38串聯(lián)組成陣列，對(duì)反應(yīng)阱進(jìn)行加熱/制冷。使用時(shí)，半導(dǎo)體制冷器38上端緊貼反應(yīng)阱底部。因?yàn)榘雽?dǎo)體制冷器38熱端和冷端的溫差也會(huì)影響半導(dǎo)體制冷器的性能，所以在半導(dǎo)體制冷器的下端安放散熱片39與風(fēng)扇40，盡快散掉非工作端堆積的熱量。本裝置同時(shí)優(yōu)化了反應(yīng)阱的結(jié)構(gòu)，使反應(yīng)阱與離心管貼合更加密切。在反應(yīng)阱上方裝有熱蓋43，兩側(cè)為熱蓋導(dǎo)軌42，熱蓋43可在直流電機(jī)41的驅(qū)動(dòng)下在熱蓋導(dǎo)軌42上自由移動(dòng)，使得反應(yīng)阱自動(dòng)關(guān)閉與打開。用戶進(jìn)行溫控時(shí)，系統(tǒng)通過移板機(jī)械裝置5的移板過程使96孔板嵌入到96孔反應(yīng)阱中，通過半導(dǎo)體制冷片、橫流風(fēng)扇和散熱片進(jìn)行控溫，同時(shí)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得熱蓋運(yùn)動(dòng)至反應(yīng)阱上方，溫控過程結(jié)束后，直流電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，熱蓋反向運(yùn)動(dòng)至指定位置，溫控過程結(jié)束。參照?qǐng)D7，樣本存儲(chǔ)裝置與精確溫控裝置的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)原理一樣，不同之處是采用48孔反應(yīng)阱作為樣品存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)。該裝置主要由散熱片50、48孔反應(yīng)阱48、上蓋49及半導(dǎo)體制冷片及溫度傳感器等組成，上蓋49 一端通過螺栓固定在裝置一側(cè)，另一端帶有螺絲，在反應(yīng)阱相同一側(cè)有相應(yīng)螺母，其結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。使用時(shí)，將需要制冷存儲(chǔ)的樣品加入48孔微孔板中，將該板放入到樣本存儲(chǔ)裝置的48孔反應(yīng)阱48中，蓋上上蓋49并旋緊螺絲。上蓋含有與48孔反應(yīng)阱相對(duì)應(yīng)的微孔，當(dāng)需要加樣或者吸取液體時(shí)，移液器可透過上蓋49的微孔直接從48孔反應(yīng)板中吸取液體。參照?qǐng)D12，溫度控制模塊以高精度低噪聲的AD轉(zhuǎn)換芯片為核心，溫度采集電路采用四線制接法，通過高精密鉬電阻采集溫度。在溫控算法方面，采用了 PID控制和模糊控制相結(jié)合的復(fù)合控制算法，同時(shí)結(jié)合Bang-Bang控制達(dá)到了快速溫度變化的效果。微控制器通過SPI總線與AD芯片進(jìn)行通信，讀取AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果。同時(shí)通過光耦和驅(qū)動(dòng)芯片來控制熱蓋的開關(guān)。參照?qǐng)D8，圖8所示為高通量熒光信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)外部結(jié)構(gòu)圖，整個(gè)系統(tǒng)由底座56、外殼51、微孔板托盤58、密封門57、激發(fā)光源52、光電倍增管53、光纖54和光路通口 55等結(jié)構(gòu)組成，內(nèi)部所有部件安裝在底座56上，為了隔光此裝置安裝有外殼51，二者通過螺絲固定，在外殼上部安裝有激發(fā)光源52和光電倍增管53，有光纖54與它們相連，用于傳送光電信號(hào)至光路通口處55，在裝置另一側(cè)外部裝有密封門57，其大小適合于機(jī)械移板裝置，在相應(yīng)直流電機(jī)的帶動(dòng)下，密封門57可以自動(dòng)打開或關(guān)閉。參照?qǐng)D9，高通量熒光信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的底座底部結(jié)構(gòu)如圖9(a)所示，在X方向和Y方向分別設(shè)有兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)59，步進(jìn)電機(jī)通過與之相連的傳送帶61可驅(qū)動(dòng)角鋼62在X方向和Y方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)角鋼62另一端連接的滑桿X 63和滑桿Y 63，如圖9(b)所示，滑桿63另一端固定在微孔板托盤58的兩側(cè)，從而可以控制微孔板托盤58在底座上的位置，使96孔酶標(biāo)板的任意一個(gè)微孔能夠達(dá)到光路通口 55處。在傳送帶61兩端安裝有位置傳感器60，作為機(jī)械系統(tǒng)的原點(diǎn)，在系統(tǒng)上電時(shí)首先使機(jī)械系統(tǒng)處于該點(diǎn)。底板上安裝有黑色不透明玻璃64。用戶進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)時(shí)，密封門57打開，系統(tǒng)通過移板機(jī)械裝置的移板過程使96孔酶標(biāo)板嵌入到微孔板托盤58中，密封門57關(guān)閉，當(dāng)機(jī)械傳動(dòng)裝置接收到命令后，通過計(jì)算得出所需要行進(jìn)的距離，微孔板托盤58在步進(jìn)電機(jī)59的驅(qū)動(dòng)下，拖動(dòng)96孔酶標(biāo)板，使其中 的某個(gè)微孔處于光路通口 55的正下方，此時(shí)激發(fā)光照射到微孔內(nèi)的樣品上，能夠最大效率地激發(fā)熒光，而樣品發(fā)射出的熒光再次通過透鏡匯聚后，通過光纖54傳導(dǎo)到達(dá)光電倍增管53的檢測(cè)窗，由光電倍增管53將熒光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后再經(jīng)過信號(hào)處理得到熒光強(qiáng)度。進(jìn)行完熒光信號(hào)的檢測(cè)后，機(jī)械裝置能夠繼續(xù)拖動(dòng)酶標(biāo)板使下一個(gè)需要檢測(cè)的微孔處于檢測(cè)位置處，重復(fù)上述步驟可以完成對(duì)所有設(shè)定的微孔中熒光信號(hào)的檢測(cè)。參照?qǐng)D13，根據(jù)高通量熒光檢測(cè)系統(tǒng)所需要完成的工作，控制系統(tǒng)主要包含機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)控制電路、光源采樣電路、低紋波可調(diào)直流電源、信號(hào)調(diào)理電路等。參照?qǐng)D11，系統(tǒng)在硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了系統(tǒng)控制軟件，通過該軟件可設(shè)定相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)步驟和設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制。軟件系統(tǒng)主要由用戶管理、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)庫(kù)管理四個(gè)部分組成。用戶管理部分主要包括用戶權(quán)限管理、系統(tǒng)設(shè)置(系統(tǒng)校準(zhǔn)與定位)等。系統(tǒng)設(shè)置包括對(duì)機(jī)械部分、移液模塊、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、溫控模塊以及信號(hào)檢測(cè)模塊的校準(zhǔn)程序等。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)部分包括實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)置、實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)置、樣品試劑的管理、預(yù)運(yùn)行及運(yùn)行界面等。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)置主要是設(shè)定用戶向各個(gè)模塊中添加樣品、各種反應(yīng)試劑以及反應(yīng)板的操作步驟。數(shù)據(jù)庫(kù)管理主要是對(duì)實(shí)驗(yàn)流程的保存、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的保存以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的構(gòu)建。最終實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可通過數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行相應(yīng)的處理，得到不同的統(tǒng)計(jì)圖基于磁分離的多樣本多位點(diǎn)高通量核酸分析系統(tǒng)具體工作過程實(shí)施例I.首先是是實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作將一次性吸頭擺放到吸頭盒內(nèi)，然后放置到高通量核酸檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)；將廢物回收裝置清理干凈；使用移液器將本次實(shí)驗(yàn)常溫下所需的試劑裝入深孔板中并放到系統(tǒng)的儲(chǔ)液工作位上，使用移液器將本實(shí)驗(yàn)低溫下所需的試劑裝入48孔板中并放到系統(tǒng)的制冷存儲(chǔ)工作位上，將試劑盒放入自動(dòng)化工作站中的B號(hào)工作位上。將裝有樣本的96孔板放入到本系統(tǒng)中的溫控工作位上。2.軟件設(shè)置按照試驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)際布置，在系統(tǒng)軟件上進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，此處需要確保系統(tǒng)控制軟件中的設(shè)置與實(shí)際擺放一致。其中實(shí)驗(yàn)第一步必須為上電自檢，包括伺服驅(qū)動(dòng)器檢測(cè)、機(jī)械臂復(fù)位、機(jī)械抓手檢測(cè)、吸頭安裝檢測(cè)和吸頭盒自動(dòng)移動(dòng)至安裝區(qū)域，若一切正常則自動(dòng)進(jìn)行下一步，如果出現(xiàn)問題則暫停實(shí)驗(yàn)并提示用戶。3.提取I)裂解移液裝置4首先在XY軸機(jī)械臂帶動(dòng)自動(dòng)安裝吸頭。隨后在位于B號(hào)工作位上的試劑盒中吸取試劑加入到溫控工作位上的96孔板中，隨后自動(dòng)運(yùn)動(dòng)至廢液存儲(chǔ)區(qū)域丟棄吸頭。重新安裝吸頭，將96孔板內(nèi)的溶液溫和吹打混勻后，在系統(tǒng)控制下啟動(dòng)精確溫控裝置進(jìn)行裂解2)結(jié)合充分吹打混勻試劑盒中試劑，吸取混合液至96孔板中。通過機(jī)械臂使移板機(jī)械裝置將96孔板移至磁分離單元，丟棄上清液。3)清洗清洗過程可通過反復(fù)吹打過程來實(shí)現(xiàn)，首先在96孔板中加入清洗液，之后通過多次吹打清洗，將96孔板移至磁分離處，棄去清洗液，最后將反應(yīng)板移回原工作位，完成一次清洗。4)洗脫在試劑盒內(nèi)吸取洗脫液加入到反應(yīng)板內(nèi)，溫和吹打混勻，將反應(yīng)板轉(zhuǎn)移至溫控單元，溫控孵育5min后，進(jìn)行磁分離，將上清液轉(zhuǎn)移至新的96孔板中。
4.擴(kuò)增I)吸取基因組DNA溶液至新的96孔板中，從制冷存儲(chǔ)工作位中吸取引物和混合液。2)在本系統(tǒng)溫度控制工作位上進(jìn)行擴(kuò)增，得到產(chǎn)物。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，新吸頭盒自動(dòng)移至安裝區(qū)域，如果6盒吸頭全部用完，則系統(tǒng)提示用戶重新安裝吸頭，當(dāng)安裝完成，實(shí)驗(yàn)繼續(xù)進(jìn)行并將新吸頭盒自動(dòng)推至安裝區(qū)域。
權(quán)利要求
1.一種基于磁分離的多樣本多位點(diǎn)高通量核酸分析系統(tǒng)，包括機(jī)械執(zhí)行部分、電路控制部分和系統(tǒng)軟件部分，電路控制部分控制機(jī)械執(zhí)行部分的動(dòng)作，系統(tǒng)軟件部分對(duì)檢查數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，其特征在于包括機(jī)械執(zhí)行部分殼體，以及位于殼體內(nèi)的高通量磁分離系統(tǒng)、微量移液系統(tǒng)、精確溫控系統(tǒng)和高通量熒光信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)； a、微量移液系統(tǒng)，包括多通道移液裝置、三軸直角坐標(biāo)機(jī)械臂、吸頭存儲(chǔ)裝置和廢液回收裝置； 三軸直角坐標(biāo)機(jī)械臂包括X軸機(jī)械臂、Y軸機(jī)械臂和Z軸機(jī)械臂，分別對(duì)應(yīng)XYZ坐標(biāo)系的X、Y和Z軸；X軸機(jī)械臂、Y軸機(jī)械臂和Z軸機(jī)械臂上都設(shè)有導(dǎo)軌，導(dǎo)軌分別與X、Y和Z軸對(duì)應(yīng)平行； Y軸機(jī)械臂與殼體的底板連接，且Y軸平行于底板所在平面；x軸機(jī)械臂通過滑塊與Y軸機(jī)械臂上的導(dǎo)軌連接，且X軸平行于底板所在平面；z軸機(jī)械臂通過滑塊與X軸機(jī)械臂上的導(dǎo)軌連接，且Z軸垂直于底板所在平面；Y軸機(jī)械臂上連接有電機(jī)，該電機(jī)通過絲杠結(jié)構(gòu)連接X軸機(jī)械臂，且絲杠平行于Y軸；χ軸機(jī)械臂上連接有電機(jī)，該電機(jī)通過絲杠結(jié)構(gòu)連接Z軸機(jī)械臂，且絲杠平行于X軸；所述Z軸機(jī)械臂的正面和背面都設(shè)有導(dǎo)軌，兩面的導(dǎo)軌分別通過滑塊連接移液裝置和移板機(jī)械裝置3軸機(jī)械臂的正面和背面分別設(shè)有電機(jī)，兩個(gè)電機(jī)分別通過絲杠結(jié)構(gòu)連接移液裝置和移板機(jī)械裝置，這兩個(gè)絲杠平行Z軸；移液裝置和移板機(jī)械裝置在XYZ坐標(biāo)系下運(yùn)動(dòng)； 在底板上分布有廢棄物回收裝置、槍尖存儲(chǔ)臺(tái)、磁分離工作位、第二工作位、儲(chǔ)液工作位、溫控工作位、第一工作位、制冷存儲(chǔ)工作位和高通量熒光信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，它們被移液裝置和移板機(jī)械裝置的運(yùn)動(dòng)路徑覆蓋；所述吸頭存儲(chǔ)裝置在針尖存儲(chǔ)臺(tái)上； 第二工作位上安裝有孔板支架；儲(chǔ)液工作位是一個(gè)長(zhǎng)方形的凹槽，凹槽大小適合于深孔孔板，使得深孔孔板穩(wěn)定放置在儲(chǔ)液工作位上；第一工作位為一個(gè)凹槽，凹槽大小與標(biāo)準(zhǔn)酶標(biāo)板相符，用于放置酶標(biāo)板； b、精確溫控系統(tǒng)，包括安裝在溫控工作位的精確溫控裝置和固定在制冷存儲(chǔ)工作位上的樣本存儲(chǔ)裝置； C、高通量熒光信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，包括熒光檢測(cè)光路系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)；除了熒光檢測(cè)工作位的位置，高通量熒光信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)其余位置全部為密封不透光設(shè)計(jì)； d、高通量磁分離系統(tǒng)，包括安裝在磁分離工作位上的微孔板磁分離裝置，移板機(jī)械裝置。
2.根據(jù)其權(quán)利要求I所述的基于磁分離的多樣本多位點(diǎn)高通量核酸分析系統(tǒng)，其特征是所述X軸機(jī)械臂、Y軸機(jī)械臂和Z軸機(jī)械臂上的導(dǎo)軌兩端都裝有位置傳感器。
3.根據(jù)其權(quán)利要求I所述的基于磁分離的多樣本多位點(diǎn)高通量核酸分析系統(tǒng)，其特征是所述移板機(jī)械裝置，包括直線導(dǎo)桿、凸輪、直流電機(jī)、彈簧和兩個(gè)機(jī)械手指；兩個(gè)機(jī)械手指安裝在兩根平行的直線導(dǎo)桿上，并且兩個(gè)機(jī)械手通過彈簧連接；凸輪與直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接；凸輪裝在兩直線導(dǎo)桿之間，且兩個(gè)機(jī)械手指緊貼中間凸輪。
4.根據(jù)其權(quán)利要求I所述的基于磁分離的多樣本多位點(diǎn)高通量核酸分析系統(tǒng)，其特征是所述的吸頭存儲(chǔ)裝置，包括吸頭盒、吸頭盒導(dǎo)軌、步進(jìn)電機(jī)、傳送帶、推擋器、多通道紅外發(fā)射接收裝置、單通道紅外發(fā)射接收裝置和單通道光電傳感器； 吸頭存儲(chǔ)裝置分為吸頭安裝區(qū)域和吸頭存儲(chǔ)區(qū)域兩部分；吸頭安裝區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)吸頭盒占用的空間，吸頭存儲(chǔ)區(qū)域?yàn)槲^暫存區(qū)域； 步進(jìn)電機(jī)通過傳送帶帶動(dòng)推擋器運(yùn)動(dòng)，首先使推擋器位于吸頭盒入口處的初始位置，然后推擋器正向移動(dòng)推動(dòng)吸頭盒沿著導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，直到處于吸頭安裝區(qū)域的吸頭盒觸發(fā)單通道紅外收發(fā)裝置；當(dāng)一盒吸頭用盡后，推擋器繼續(xù)正向移動(dòng)，使用完的吸頭盒落入廢液回收裝置的I區(qū)中，下一盒吸頭進(jìn)入吸頭安裝區(qū)；當(dāng)所有吸頭用盡后，推擋器復(fù)位至初始位置處。
5.根據(jù)其權(quán)利要求I所述的基于磁分離的多樣本多位點(diǎn)高通量核酸分析系統(tǒng)，其特征是所述的精確溫控系統(tǒng)包括微孔板反應(yīng)阱、半導(dǎo)體制冷器，散熱片、橫流風(fēng)扇、直流電機(jī)、熱蓋導(dǎo)軌和熱蓋；精確溫控裝置包括熱蓋，熱蓋在直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下在熱蓋導(dǎo)軌上自由移動(dòng)，使得熱蓋自動(dòng)關(guān)閉與打開，且當(dāng)關(guān)閉時(shí)能夠與微孔板反應(yīng)阱內(nèi)的微孔板充分地接觸；微孔板反應(yīng)阱下的半導(dǎo)體制冷器的下端安放散熱片與橫流風(fēng)扇。
6.根據(jù)其權(quán)利要求I所述的基于磁分離的多樣本多位點(diǎn)高通量核酸分析系統(tǒng)，其特征是所述的制冷樣本存儲(chǔ)裝置包括散熱片、反應(yīng)阱、上蓋、半導(dǎo)體制冷片及溫度傳感器；溫度傳感器在反應(yīng)阱內(nèi)，反應(yīng)阱下為半導(dǎo)體制冷片，半導(dǎo)體制冷片下為散熱器，上蓋設(shè)有與反應(yīng)阱相對(duì)應(yīng)的微孔，上蓋可以打開或者活動(dòng)蓋在反應(yīng)阱上。
7.根據(jù)其權(quán)利要求I所述的基于磁分離的多樣本多位點(diǎn)高通量核酸分析系統(tǒng)，其特征是高通量熒光檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括位置傳感器、傳送帶、角鋼、步進(jìn)電機(jī)、滑桿、微孔板托盤和黑色玻璃；在X方向和Y方向分別設(shè)有兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)通過傳送帶驅(qū)動(dòng)角鋼在X方向和Y方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)角鋼另一端連接的X向滑桿和Y向滑桿，從而控制微孔板托盤在底板上的位置；在傳送帶兩端安裝有位置傳感器。
全文摘要
本發(fā)明所述的基于磁分離的多樣本多位點(diǎn)高通量核酸分析系統(tǒng)，包括XYZ三軸機(jī)械臂及控制電路，精確溫控系統(tǒng)工作臺(tái)及控制電路，高通量熒光信號(hào)檢測(cè)工作臺(tái)及控制電路和系統(tǒng)控制軟件四部分。該系統(tǒng)以多孔板為反應(yīng)容器，配合系統(tǒng)包含的各種功能模塊，在系統(tǒng)控制軟件的協(xié)調(diào)和控制下能夠完成核酸檢測(cè)過程中的各種生化反應(yīng)，具體功能包括液體精確轉(zhuǎn)移、工作板精確轉(zhuǎn)移、快速磁分離、吸頭自動(dòng)安裝和丟棄、精確溫度控制過程、樣品低溫存儲(chǔ)、高通量熒光信號(hào)檢測(cè)和系統(tǒng)軟件總體控制。本發(fā)明將磁分離技術(shù)、顆粒微陣列技術(shù)、單堿基延伸技術(shù)和自動(dòng)化系統(tǒng)相結(jié)合，在一系列高通量、自動(dòng)化、高特異以及高實(shí)用性的單堿基差異檢測(cè)新方法基礎(chǔ)上建立新穎的高通量核酸檢測(cè)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G01N21/64GK102954954SQ20121034934
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月19日
發(fā)明者何農(nóng)躍, 劉賓, 李松, 劉錚, 李智洋, 陳慧, 劉洪娜 申請(qǐng)人:東南大學(xué)