一種全自動生物晶片檢測系統的製作方法

2023-04-23 19:09:41

專利名稱：一種全自動生物晶片檢測系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及多標誌物生物晶片的臨床檢測領域，更確切的說，涉及一種多指標、多人份 並行檢測用生物晶片的檢測系統。
背景技術：
生物晶片(biochip)是指採用光導原位合成或微量點樣等方法，將大量生物大分子比如核酸片段、多肽分子甚至組織切片、細胞等等生物樣品有序地固化於支持物的表面，組成密 集微陣列，然後與己標記的待測生物樣品中靶分子雜交，通過特定的儀器對雜交信號的強度 進行快速、並行、高效地檢測分析，從而判斷樣品中靶分子的數量。由於用該技術可以將極 其大量的探針同時固定於支持物上，所以一次可以對大量的生物分子進行檢測分析，從而解 決了傳統檢測技術操作複雜、自動化程度低、檢測目的分子數量少、低通量、靈敏度低等不 足。目前已有的技術中，用於生物晶片檢測的儀器均為功能單一的圖像獲取設備，而在生物 晶片檢測過程中大部分的環節全部是人為完成，比如加樣(包括待測樣品和各種試劑)、洗 滌非特異性背景、將生物晶片放入和取出反應區域、洗滌區域、檢測設備等過程，這樣，大 量人為操作導致很多的不確定因素，帶來很大的人為誤差，不僅使檢測結果不準確，而且檢 測過程也無法重現，甚至無法分析檢測過程中具體哪一個步驟的變化使得檢測結果產生變化， 從而對檢測過程無法控制和進行具體調整。而這些，都是生物晶片檢測快速產業化所必須解 決的問題。同時，這種多個設備組成的檢測過程不僅操作複雜，而且效率低，工作量大，不 適合大型醫院以及血站進行的大規模樣品篩査。所以，人們迫切需要一種集所有生物晶片檢 測過程中需要功能於一體的全自動檢測系統，減少人的工作量，提高檢測的穩定性、可靠性 和可控性。發明內容本發明的目的就在於克服現有生物晶片檢測過程中所存在的問題，提供一種功能齊全、 結構緊湊、模塊化、全自動完成所有操作的生物晶片檢測系統。該檢測系統不僅適合實驗室和醫院的科研和應用，而且可用於大型醫院和血站大規模的樣品篩査。本發明的技術方案如下一種全自動生物晶片檢測系統，採用模塊化結構，包括自動樣品處理模塊、反應洗滌模 塊、檢測模塊、Tip頭(吸頭)存放模塊、試劑存放模塊、生物晶片存放模塊、樣品存放模 塊等多個功能模塊，另外還包括系統底座、安裝支架、可調滑輪腳組，在計算機軟體的控制 下操作電控箱和各模塊，實現自動取樣、自動加樣、自動恆溫反應、自動洗滌、搬運晶片、 自動檢測以及自動分析出檢測結果等全部生物晶片檢測過程。而且各個模塊都可以獨立工作， 也可以隨意組合起來形成一套系統配合運行。所述的自動樣品處理模塊包括有X軸精密電控平移臺、Y軸導柱、Y軸絲杆、Y軸橫梁支 架(17)、連接架(12) 、 1 14個彼此獨立的機械手、以及配合的支架部分。其中機械手 包括兩種1 12個移液機械手和2個搬運機械手，各機械手都有自己獨立的運動於控制系統，彼此協調，之間的距離可以根據需要經過計算機控制進行相對運動來調節。Y軸橫梁支 架的一頭固定在X軸精密電控平移臺上，另一頭則在X軸輔助導軌上滑動，Y軸導柱(13) 和Y軸絲杆通過連接架安裝在Y軸橫梁支架上，移液機械手和搬運機械手上的導柱外套和Y 軸方向驅動螺母分別和Y軸導柱、Y軸絲杆同軸配合，使所有的移液機械手和搬運機械手(16) 沿著Y軸導柱方向運動。所述的移液機械手由固定支架A、固定支架B、 Y軸方向運動驅動電機、同步帶、Y軸方 向驅動螺母、導柱外套、Z軸驅動電機、Z軸運動機構、推桿Z軸運動驅動電機、推桿、推 杆連接件、去Tip頭Z軸驅動電機、微量進樣器、去Tip頭件、Tip頭安裝件組成；Y軸方向 運動驅動電機、同步帶、Y軸方向驅動螺母、導柱外套、Z軸驅動電機、Z軸運動機構安裝 在固定支架A上，推桿Z軸運動驅動電機、推桿、推桿連接件、去Tip頭Z軸驅動電機、微 量進樣器、去Tip頭件、Tip頭安裝件安裝在固定支架B上，固定支架B通過Z軸運動機構 可以和固定支架A相對運動；該移液機械手模塊通過Y軸方向運動驅動電機驅動Y軸方向 驅動螺母，而Y軸方向驅動螺母在Y軸絲杆上旋轉並通過Y軸導柱的導向而在Y軸方向上 運動，各機械手模塊通過計算機以及電控箱控制，協調彼此之間的距離以及運動；Z軸驅動 電機通過Z軸運動機構驅動固定支架B以及安裝在其上的推桿Z軸運動驅動電機、推桿連接 件、微量進樣器、去Tip頭Z軸驅動電機、去Tip頭件和Tip頭安裝件等在Z軸方向上下運 動；推桿Z軸運動驅動電機通過推桿連接件而使得微量進樣器的推桿在Z軸方向上下移動； 而去Tip頭Z軸驅動電機通過驅動去Tip頭件在Z軸方向上下移動，而把Tip頭從Tip頭安裝 件中向下推出，Tip頭由於自身重力而掉下。所述的搬運機械手包括固定支架A、固定支架B、 Y軸方向運動驅動電機、同步帶、Y軸 方向驅動螺母、導柱外套、Z軸驅動電機、Z軸運動機構、搬運夾裝手。該搬運機械手的結構 和移液機械手模塊類似，Y軸方向運動驅動電機、同步帶、Y軸方向驅動螺母、導柱外套、Z 軸驅動電機、Z軸運動機構等安裝在固定支架A上，搬運夾裝手則通過固定支架B連接到Z 軸運動機構，該搬運機械手模塊通過Y軸方向運動驅動電機驅動Y軸方向驅動螺母，而Y軸 方向驅動螺母在Y軸絲杆上旋轉並通過Y軸導柱的導向而在Y軸方向上運動，各機械手模塊 通過計算機以及電控箱控制，協調彼此之間的距離以及運動，搬運夾裝手則通過Z軸運動機 構而在Z軸方向上下運動。比較移液機械手和搬運機械手的異同，這兩種機械手採用通用的運動方式和控制方式， 兩種機械手都包括有固定支架A、固定支架B、 Y軸方向運動驅動電機、同步帶、Y軸方向驅 動螺母、導柱外套、Z軸驅動電機、Z軸運動機構，並通過Y軸方向運動驅動電機驅動Y軸方 向驅動螺母，Y軸方向驅動螺母在Y軸絲杆上旋轉而在Y軸方向上運動。但其中移液機械手 還包括推桿Z軸運動驅動電機、推桿連接件、推桿、去Tip頭Z軸驅動電機、微量進樣器、 去Tip頭件、Tip頭安裝件等用於移液的組件，而搬運機械手則僅安裝了搬運夾裝手。所述的檢測模塊包括底座、水平電移臺、連接在電移臺上的可以推出檢測儀外殼的載物 臺、CCD相機、光學系統、CCD安裝支架、暗箱、檢測儀外殼等。其中暗箱安裝在底座上，水 平電移臺安裝在暗箱內，而載物臺安裝在水平電移臺上，並可以帶著生物晶片一起推出到檢 測模塊外殼之外，以便於取放生物晶片，光學系統安裝在CCD相機上，CCD相機通過CCD安 裝支架安裝在底座上，生物晶片通過光學系統和CCD相機成像。在運行過程中，生物晶片通 過搬運機械手放置在檢測儀的載物臺上，載物臺帶著生物晶片回到檢測模塊的暗箱中，然後通過光學系統和CCD相機進行圖片獲取，再通過數據線與計算機連接，傳輸圖像和數據，並 通過圖像分析軟體自動分析數據，得到檢測結果。所述的全自動生物晶片檢測系統包括了 1 20組Tip頭存放模塊，其中所述的各Tip頭 存放模塊包括Tip頭、Tip頭存放架和Tip頭存放底座。其中Tip頭為國際通用的標準一次 性Tip頭。Tip頭存放架上有多個孔洞結構，多個Tip頭通過其尖端插入對應的孔洞結構而 排列在Tip頭存放架上，而Tip頭存放架擺放在Tip頭存放底座上，通過Tip頭存放底座下 面的突起或凹陷和工作平臺上的凹陷或突起配合而定位於工作平臺上。所述的全自動生物晶片檢測系統包括了 1 6臺反應洗滌模塊，所述的各反應洗滌模塊包 括垂直運動機構、水平運動機構、清洗頭、清洗槽、活動門、反應儀載物臺、恆溫箱、反應 儀底座、反應儀外殼、以及在機身內部的泵、閥、管路、電源、控制電路板等部分。生物芯 片安裝在載物臺上，活動門安裝在載物臺的一側，可以沿著載物臺運動方向活動，載物臺安 裝在恆溫箱上，可以在恆溫箱內運動，並可以伸出恆溫箱，清洗頭安裝在垂直運動機構上， 垂直運動機構安裝在水平運動機構上，通過水平運動機構和垂直運動機構的運動，清洗頭(39) 可以在生物晶片上方做水平和垂直兩個方向的運動，對夾裝在反應儀載物臺上的生物晶片的 每一排依次進行衝洗。其中，清洗頭包括一排注液針和一排吸液針，其中注液針負責往檢測 孔內注入洗液，而吸液針負責將對應檢測孔內的汙液吸除，且注液針比吸液針短。注液針和 吸液針並排排列，注液針之間的距離為4.5mm、 9mra或18mm，吸液針之間的距離也相應的為 4.5ram、 9mra或18mm。生物晶片放置在反應儀的載物臺上，可以進入恆溫箱中進行一定溫度下 的恆溫孵育，然後清洗頭對檢測所在孔一排一排的依次自動清洗。所述的全自動生物晶片檢測系統包括了 1 20組試劑存放模塊，所述的試劑存放模塊包 括加液接口、 一次性試劑存放槽、試劑存放底座。試劑存放底座上有多個和一次性試劑存放 槽相對應的凹槽， 一次性試劑存放槽擺放在試劑存放底座上對應的凹槽上，而加液接口的一 端突出在一次性試劑存放槽上方，另一端則可以連接管路，能夠通過管路往一次性試劑存放 槽的槽裡面添加試劑；其中所述的一次性試劑存放槽為1 10個並排的長槽，長槽可以為方 形、圓形、V形、多邊形或多邊形帶圓角等多種形狀。所述的試劑存放底座上也含有多個長 槽，其數量與形狀與一次性試劑存放槽的長槽數量與形狀一一對應。對應的試劑可以預先存 在試劑瓶中，通過泵閥裝置以及加液接口注入一次性試劑存放槽，也可以在生物晶片檢測前 人工加入對應的試劑，擺放到對應的試劑存放底座上。所述的全自動生物晶片檢測系統包括了 1 20組生物晶片存放模塊，包括生物晶片存放 底座以及擺放在底座上的生物晶片，用於生物晶片的擺放。所述的全自動生物晶片檢測系統包括了 1 10組樣品存放模塊，所述的樣品存放模塊包 括試管、試管存放架。所述的試管為市場上通用的外徑為8mm 12mm試管。所述的試管存放 架為多層孔板組成，且每個孔周圍有向孔中心方向突出的可變形的彈性裝置，且其放鬆狀態 時孔的直徑比試管直徑小，當放入試管時，試管壁可以將這些彈性裝置向四面擠壓變形，而 這些彈性裝置對試管壁的四面擠壓則可以將試管固定於孔的中心位置，並同時保證試管放置 的穩定性，這樣就可以存放外徑不同的試管,架上可以擺放的試管的數量為1 96個。以上所述的反應洗滌模塊、檢測模塊、Tip頭存放模塊、試劑存放模塊、生物晶片存放模 塊、樣品存放模塊等各種模塊中各自的底座底部都有和整個全自動生物晶片檢測系統底座上 的凹槽(或突起)相配合定位的突起(或凹槽)，以便於各功能模塊的安裝和定位。所述的自動樣品處理模塊、反應洗滌模塊、檢測模塊都可以獨立運行，而Tip頭存放模 塊、試劑存放模塊、生物晶片存放模塊、樣品存放模塊則可以放置到其它系統中使用，這些 模塊也可以相互之間自由組合進行使用；所述的計算機軟體，通過電控箱控制的是各個模塊的狀態、各個模塊的動作、各個模塊 之間的配合、數據的傳輸、數據分析處理、診斷結果、列印報告等。與目前已有的產品相比，本發明的主要優點在於1) 誤差少，檢測結果穩定可靠。本發明中生物晶片檢測全部過程都由系統自動完成，避 免了人為操作帶來的誤差，大大提高了檢測結果的穩定性和可靠性。2) 準確性高。本發明由於全過程機械自動完成，所有的過程都能夠監控，所以所有涉及 生物晶片的檢測的步驟都可以調控優化，從而達到更高的檢測準確性。3) 速度快，效率高。由於本發明中集成了多個反應洗滌模塊、檢測模塊以及其它多個功 能模塊，不僅優化了配合時間，而且多個模塊可以同時工作，大大提高了檢測速度，優化了 檢測效率。4) 結構緊湊。本發明不僅將各功能模塊小型化，而且將各功能模塊進行集中組合，結構 緊湊，大大提高了空間的有效利用。5) 靈活性好，適用性廣。本發明採用了模塊化設計，各個功能模塊不僅可以單獨使用， 而且還可以隨意的組合，組成不同的系統搭配使用，這樣不但適合實驗室和醫院的科研和小 規模應用，而且可用於大型醫院和血站的樣品篩查等大規模應用。6) 操作簡便。由於本發明全部採用機械代替檢測人員自動完成所有的複雜操作過程，只需要將所需檢測的生物晶片、對應試劑、待測樣品等放置到對應的位置，再設置好檢測過程， 就可以由機械全部代勞剩餘的工作，直接得到檢測結果。7) 節約了人力、物力，降低了檢測成本。由於本發明全過程採用機械自動化完成，極大 的減少了檢測人員煩瑣的操作工作，而且檢測效率高，大大提高了設備的利用率，降低了檢 測成本。總之，本發明克服了現有生物晶片檢測儀的缺陷，減少了人為操作帶來的誤差，檢測結 果穩定可靠，靈活性好，多人份多標誌物的並行檢測不僅大大提高了檢測效率，而且有利於 檢測結果的準確性，該系統操作簡單，不僅適合實驗室和醫院的科研和應用，而且可用於大 型醫院和血站大規模的樣品篩查。


圖.1為本發明所述的全自動生物晶片檢測系統一種實施例的三維示意圖； 圖.2為本發明所述的全自動生物晶片檢測系統一種實施例的下視方向示意圖； 圖.3為本發明所述的全自動生物晶片檢測系統一種實施例中樣品處理模塊的上視方向示 意圖；圖.4為本發明所述的全自動生物晶片檢測系統一種實施例中樣品處理模塊移液機械手的 三維示意圖；圖.5為本發明所述的全自動生物晶片檢測系統一種實施例中Tip頭存放模塊的三維示意圖；圖.6為本發明所述的全自動生物晶片檢測系統一種實施例中反應洗滌模塊的三維示意圖；圖.7為本發明所述的全自動生物晶片檢測系統一種實施例中試劑存放模塊的三維示意圖；圖.8為本發明所述的全自動生物晶片檢測系統一種實施例中樣品存放模塊的三維示意圖；具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明如圖所示，(1)為Tip頭存放模塊，(2)為生物晶片存放模塊，(3)為Tip頭回收區，(4) 為檢測模塊，(5)為自動樣品處理模塊，(6)為反應洗漆模塊，(7)為試劑存放模 塊，(8)為樣品存放模塊，(9)為計算機，(10)為可調輪腳組，(ll)為X軸運動機構 中的輔助導軌，(12)為X軸與Y軸的連接架，(13)與(14)為Y軸方向運動所用的導柱 和絲杆，(15)為移液機械手，(16)為搬運機械手，(17)為Y軸橫梁支架，(18)為X 軸電控平移臺，(19)為固定支架A，用於固定Y軸方向運動機構與Z軸運動機構，(20) 為Y軸方向運動的驅動電機，(21)為同步帶，(22)為Y軸方向驅動螺母，(23)為導柱 外套，(24)為Z軸驅動電機，(25)為Z軸運動機構，(26)為固定支架B，用於固定Z 軸運動機構、微量進樣器、推桿運動機構、Tip頭安裝件與去Tip頭的機構等，(27)為推 杆Z軸運動驅動電機，(28)為推桿連接件，(29)為推桿，(30)為去TIP頭Z軸運動驅 動電機，(31)為微量進樣器，(32)為去Tip件，(33)為TIP頭安裝件，(34)為一次 性Tip頭，(35)為Tip頭存放架，(36)為Tip頭存放底座，(37)為垂直運動機構，(38) 為水平運動機構，(39)為清洗頭，(40)為清洗槽，(41)為活動門，(42)為生物晶片，(43)為反應儀載物臺，(44)為恆溫箱，(45)為反應儀底座，(46)為反應儀外殼，(47) 為加液接口， (48)為一次性存放槽，(49)為試劑存放底座，(50)為盛放樣品用的試管， (51)為試管存放架。本發明所述的一種全自動生物晶片檢測系統，採用模塊化結構，包括自動樣品處理模塊(5) 、反應洗滌模塊(6)、檢測模塊(4) 、 Tip頭存放模塊(1)、試劑存放模塊(7)、 生物晶片存放模塊(2)、樣品存放模塊(8)等多個功能模塊，另外還包括檢測系統底座、 安裝支架、可調輪腳組(10)，在計算機軟體的控制下操作電控箱和各模塊，實現自動取樣、 自動加樣、自動恆溫反應、自動洗滌、搬運晶片、自動檢測以及自動分析出檢測結果等全部 生物晶片檢測過程。而且各個模塊都可以獨立工作，也可以隨意組合起來形成一套系統配合 運行。該實施例中所述的自動樣品處理模塊(5)包括有X軸精密電控平移臺、Y軸導柱(13)、 Y軸絲杆(14) 、 IO個彼此獨立的機械手(15) (16)、以及配合的支架部分(12) (17)。 其中機械手包括兩種8個移液機械手(15)和2個搬運機械手(16)，各機械手都有自己 獨立的運動於控制系統，彼此協調，之間的距離可以根據需要經過計算機(9)控制進行相對 運動來調節。而且，這兩種機械手採用通用的運動方式和控制方式，兩種機械手都包括有固 定支架A (19)、固定支架B (26) 、 Y軸方向運動驅動電機(20)、同步帶(21) 、 Y軸方 向驅動螺母(22)、導柱外套(23) 、 Z軸驅動電機(24) 、 Z軸運動機構(25)，並通過Y軸方向運動驅動電機(20)驅動Y軸方向驅動螺母(22) ， Y軸方向驅動螺母(22)在Y軸 絲杆(14)上旋轉而在Y軸方向上運動，而Z軸方向的運動則通過Z軸驅動電機(24)帶動 Z軸運動機構(25)完成。但其中移液機械手(15)還包括推桿Z軸運動驅動電機(27)、 推桿連接件(28)、推桿(29)、去Tip頭Z軸驅動電機(30)、微量進樣器(31)、去Tip 頭件(32) 、 Tip頭安裝件(33)等用於移液的組件，其中推桿Z軸運動驅動電機(27)驅 動推桿連接件(28)，從而推拉微量進樣器(31)的推桿(29)，控制微量進樣器(31)的 取樣和加樣；而搬運機械手(16)則僅安裝了搬運夾裝手，由兩個搬運機械手(16)向中間 擠靠並裝卡來完成生物晶片(42)的搬運。該實施例中所述的檢測模塊(4)包括底座、水平電移臺、連接在電移臺上的可以推出檢 測儀外殼的載物臺、CCD相機、光學系統、CCD安裝支架、暗箱、檢測儀外殼等，生物晶片(42) 通過搬運機械手(16)放置並裝卡在檢測儀的載物臺上，載物臺帶著生物晶片(42)回到檢 測模塊(4)的暗箱中，然後通過光學系統和CCD相機進行圖片獲取，再通過數據線與計算機 (9)連接，傳輸圖像和數據，並通過圖像分析軟體自動分析數據，得到檢測結果。該實施例中所述的全自動生物晶片檢測系統包括了8組Tip頭存放模塊(1)，其中所述 的各Tip頭存放模塊(1)包括Tip頭(34) 、 Tip頭存放架(35)和Tip頭存放底座(36)。 其中Tip頭(34)為國際通用的標準一次性Tip頭。該實施例中所述的全自動生物晶片檢測系統包括了4臺反應洗漆模塊(6)，所述的各反 應洗滌模塊(6)包括垂直運動機構(37)、水平運動機構(38)、清洗頭(39)、清洗槽(40)、 活動門(41)、反應儀載物臺(43)、恆溫箱(44)、反應儀底座(45)、反應儀外殼(46)、 以及在機身內部的泵、閥、管路、電源、控制電路板等部分，清洗頭(39)通過垂直運動機 構(37)和水平運動機構(38)進行Z軸和X軸兩個方向的運動，對夾裝在反應儀載物臺(43) 上的生物晶片(42)的每一排檢測孔依次進行衝洗。其中，清洗頭(39)包括一排注液針和 一排吸液針，其中注液針負責往檢測孔內注入洗液，而吸液針負責將對應檢測孔內的汙液吸 除，且注液針比吸液針短。生物晶片(42)放置在反應儀的載物臺(43)上，可以進入恆溫 箱(44)中進行一定溫度下的恆溫孵育，然後清洗頭(39)對檢測所在孔一排一排的依次自 動清洗。該實施例中所述的全自動生物晶片檢測系統包括了6組試劑存放模塊(7),所述的試劑 存放模塊(7)包括加液接口 (47)、 一次性試劑存放槽(48)、試劑存放底座(49)。其中 所述的一次性試劑存放槽(48)為4個並排的長槽，長槽為V形帶圓角的特殊形狀。所述的 試劑存放底座(49)上也含有多個長槽，其數量與形狀與一次性試劑存放槽(48)的長槽數 量與形狀一一對應。對應的試劑可以預先存在試劑瓶中，通過泵閥裝置以及加液接口 (47) 注入一次性試劑存放槽(48)，也可以在生物晶片檢測前在一次性試劑存放槽(48)中人工 加入對應的試劑，擺放到對應的試劑存放底座上。該實施例中所述的全自動生物晶片檢測系統包括了6組生物晶片存放模塊(2)，用於生 物晶片(42)的擺放。該實施例中所述的全自動生物晶片檢測系統包括了3組樣品存放模塊(8)，所述的樣品 存放模塊(8)包括試管(50)、試管存放架(51)。所述的試管(50)為市場上通用的外徑 為8mm 12mm試管。所述的試管存放架(51)為多層孔板組成，且每個孔周圍有可變形的向孔中心擠壓設計，可以存放外徑不同的試管(50)同時保證試管放置的穩定性，架上可以擺聘 的試管(50)的數量為48個。以上所述的反應洗滌模塊(6)、檢測模塊(4) 、 Tip頭存放模塊(1)、試劑存放模塊 (7)、生物晶片存放模塊(2)、樣品存放模塊(8)等各種模塊中各自的底座底部都有和整 個全自動生物晶片檢測系統底座上的凹槽(或突起)相配合定位的突起(或凹槽)，以便於 各功能模塊的安裝和定位。所述的計算機軟體，通過電控箱控制的是各個模塊的狀態、各個模塊的動作、各個模塊 之間的配合、數據的傳輸、數據分析處理、診斷結果、列印報告等。下面結合一種比較典型的生物晶片的檢測過程來進一步介紹本發明的使用方法-首先依次打開全自動生物晶片檢測系統以及計算機的電源，讓所有運動機構歸零，系統 恢復到初始狀態，然後將生物晶片(42)擺放到生物晶片存放模塊(2)上，對應的試劑加到 一次性試劑槽(48)中，並擺放到試劑存放模塊(7)，將盛放在試管(50)中的待測樣品擺 放到樣品存放模塊(8)中，然後在控制軟體中設置好需要的檢測參數，包括選擇對應的晶片 擺放位置、試劑存放位置、樣品擺放位置、加樣位置和順序、檢測過程中恆溫反應所需要的 溫度、反應時間、洗滌的次數與洗滌強度、檢測曝光時間等，參數設置好以後，就可以開始 運行了，然後檢測人員所要做的就是等檢測結束之後過來查看檢測報告，該系統會自動完成 所有的檢測過程。首先搬運機械手(16)將生物晶片(42)搬運並裝卡到某一個空閒的反應 洗滌模塊(6)，然後由移液機械手(15)將待測樣品從樣品存放模塊(8)中按照需要定量 轉移到該生物晶片(42)對應的檢測孔中，由該反應洗滌模塊(6)完成該生物晶片(42)第 一次恆溫反應和自動洗滌過程，當第一次恆溫反應和自動洗滌過程完成之後，還可以由移液 機械手(15)從試劑存放模塊(7)中對應的試劑槽中轉移一定量的試劑(酶標二抗等)到對 應的生物晶片(42)檢測孔中，再由反應洗滌模塊(6)進行一次恆溫反應和自動洗滌過程， 直到最後由清洗頭(39)吸乾生物晶片檢測孔內所有的殘液，然後由搬運機械手(16)將該 生物晶片(42)搬運並裝卡到檢測模塊(4)的載物臺上，由移液機械手(15)從試劑存放模 塊(7)中對應的試劑槽中轉移一定量的試劑(發光底物等)到對應的生物晶片(42)檢測孔 中，最後由檢測模塊(4)對該生物晶片進行曝光拍攝圖片，並將數據傳輸到計算機(9)中， 通過自動分析計算得到檢測結果。應理解，本發明中所述的模塊可以隨意組合，任意的組合方式都覆蓋在本發明內容之內。 在閱讀本發明的上述內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種增減或修改，這些等價形式同樣落'於本申請所附權利要求書所限定的範圍。
權利要求
1.一種全自動生物晶片檢測系統，其特徵在於，該系統採用模塊化結構，包括自動樣品處理模塊(5)、1～6臺反應洗滌模塊(6)、檢測模塊(4)、1～20組Tip頭(吸頭)存放模塊(1)、1～20組試劑存放模塊(7)、1～20組生物晶片存放模塊(2)、1～10組樣品存放模塊(8)、系統底座、電控箱和計算機；所述的自動樣品處理模塊(5)包括X軸精密電控平移臺(18)、X軸輔助導軌(11)、Y軸導柱(13)、Y軸絲杆(14)、Y軸橫梁支架(17)、連接架(12)、1～12個彼此獨立的移液機械手(15)、2個搬運機械手(16)以及支架部分，各機械手各自獨立，可以通過計算機控制使其運動協調、配合；Y軸橫梁支架(17)的一頭固定在X軸精密電控平移臺(18)上，另一頭則在X軸輔助導軌(11)上滑動，Y軸導柱(13)和Y軸絲杆(14)通過連接架(12)安裝在Y軸橫梁支架(17)上，移液機械手(15)和搬運機械手(16)上的導柱外套(23)和Y軸方向驅動螺母(22)分別和Y軸導柱(13)、Y軸絲杆(14)同軸配合，使所有的移液機械手(15)和搬運機械手(16)沿著Y軸導柱(13)方向運動；所述的反應洗滌模塊(6)包括垂直運動機構(37)、水平運動機構(38)、清洗頭(39)、清洗槽(40)、活動門(41)、反應儀載物臺(43)、恆溫箱(44)、反應儀底座(45)、反應儀外殼(46)、以及在機身內部的泵、閥、管路、電源、控制電路板；生物晶片(42)安裝在載物臺(43)上，活動門(41)安裝在載物臺(43)的一側，可以沿著載物臺(43)運動方向活動，載物臺(43)安裝在恆溫箱(44)上，可以在恆溫箱(44)內運動，並可以伸出恆溫箱(44)，清洗頭(39)安裝在垂直運動機構(37)上，垂直運動機構(37)安裝在水平運動機構(38)上，通過水平運動機構(38)和垂直運動機構(37)的運動，清洗頭(39)可以在生物晶片(42)上方做水平和垂直兩個方向的運動；所述的檢測模塊(4)包括檢測儀底座、水平電移臺、載物臺、CCD相機、光學系統、CCD安裝支架、暗箱、檢測儀外殼，暗箱安裝在底座上，水平電移臺安裝在暗箱內，而載物臺安裝在水平電移臺上，並可以帶著生物晶片一起推出到檢測模塊外殼之外，以便於取放生物晶片，光學系統安裝在CCD相機上，CCD相機通過CCD安裝支架安裝在底座上，生物晶片通過光學系統和CCD相機成像，通過數據線與計算機連接，傳輸圖像和數據，並通過圖像分析軟體自動分析數據，得到檢測結果；所述的Tip頭存放模塊(1)包括Tip頭(34)、Tip頭存放架(35)、Tip頭存放底座(36)；Tip頭存放架(35)上有多個孔洞結構，多個Tip頭(34)通過其尖端插入對應的孔洞結構而排列在Tip頭存放架(35)上，而Tip頭存放架擺放在Tip頭存放底座(36)上，通過Tip頭存放底座(36)下面的突起或凹陷和工作平臺上的凹陷或突起配合而定位於工作平臺上；所述的試劑存放模塊(7)包括加液接口(47)、一次性試劑存放槽(48)、試劑存放底座(49)；試劑存放底座(49)上有多個和一次性試劑存放槽(48)相對應的凹槽，一次性試劑存放槽(48)擺放在試劑存放底座(49)上對應的凹槽上，而加液接口(47)的一端突出在一次性試劑存放槽(48)上方，另一端則可以連接管路，能夠通過管路往一次性試劑存放槽(48)的槽裡面添加試劑；所述的樣品存放模塊(8)包括試管(50)、試管存放架(51)；所述的生物晶片存放模塊(2)包括生物晶片存放底座以及擺放在底座上的生物晶片；所述的反應洗滌模塊(6)、檢測模塊(4)、Tip頭存放模塊(1)、試劑存放模塊(7)、生物晶片存放模塊(2)、樣品存放模塊(8)各模塊底座底部都有和系統底座上的凹槽(或突起)相配合定位的突起(或凹槽)；所述的自動樣品處理模塊(5)、反應洗滌模塊(6)、檢測模塊(4)都可以獨立運行，而Tip頭存放模塊(1)、試劑存放模塊(7)、生物晶片存放模塊(2)、樣品存放模塊(8)則可以放置到其它系統中使用，這些模塊也可以相互之間自由組合進行使用；所述的計算機通過電控箱控制自動樣品處理模塊(5)、反應洗滌模塊(6)、檢測模塊(4)的狀態、動作、配合、數據傳輸、數據分析處理、列印報告。
2. 根據權利要求1所述的一種全自動生物晶片檢測系統，其特徵在於所述的移液機械手(15) 由固定支架A (19)、固定支架B (26)、 Y軸方向運動驅動電機(20)、同步帶(21)、 Y軸 方向驅動螺母(22)、導柱外套(23)、 Z軸驅動電機(24)、 Z軸運動機構(25)、推桿Z軸 運動驅動電機(27)、推桿(29)、推桿連接件(28)、去Tip頭Z軸驅動電機(30)、微量進 樣器(31)、去Tip頭件(32)、 Tip頭安裝件(33)組成；Y軸方向運動驅動電機(20)、同 步帶(21)、 Y軸方向驅動螺母(22)、導柱外套(23)、 Z軸驅動電機(24)、 Z軸運動機構(25)安裝在固定支架A (19)上，推桿Z軸運動驅動電機(27)、推桿(29)、推桿連接件 (28)、去Tip頭Z軸驅動電機(30)、微量進樣器(31 )、去Tip頭件(32)、 Tip頭安裝件(33) 安裝在固定支架B (26)上，固定支架B (26)通過Z軸運動機構(25)可以和固定支架A (19)相對運動；該移液機械手模塊(15)通過Y軸方向運動驅動電機(20)驅動Y軸方向 驅動螺母(22),而Y軸方向驅動螺母(22)在Y軸絲杆(14)上旋轉並通過Y軸導柱(13) 的導向而在Y軸方向上運動，各機械手模塊(15)通過計算機(9)以及電控箱控制，協調 彼此之間的距離以及運動；Z軸驅動電機(24)通過Z軸運動機構(25)驅動固定支架B (26) 以及安裝在其上的推桿Z軸運動驅動電機(27)、推桿連接件(28)、微量進樣器(31)、去 Tip頭Z軸驅動電機(30)、去Tip頭件(32)和Tip頭安裝件(33)等在Z軸方向上下運動； 推桿Z軸運動驅動電機(27)通過推桿連接件(28)而使得微量進樣器的推桿(29)在Z軸 方向上下移動；而去Tip頭Z軸驅動電機GO)通過驅動去Tip頭件(32)在Z軸方向上下 移動，而把Tip頭從Tip頭安裝件(33)中向下推出。
3. 根據權利要求1所述的一種全自動生物晶片檢測系統，其特徵在於所述的搬運機械手(16) 包括固定支架A、固定支架B、 Y軸方向運動驅動電機、同步帶、Y軸方向驅動螺母、導柱 外套、Z軸驅動電機、Z軸運動機構、搬運夾裝手；Y軸方向運動驅動電機、同步帶、Y軸 方向驅動螺母、導柱外套、Z軸驅動電機、Z軸運動機構等安裝在固定支架A (19)上；Y 軸方向運動驅動電機驅動Y軸方向驅動螺母在Y軸絲杆上旋轉而在Y軸方向上運動；搬運 夾裝手則通過固定支架B連接到Z軸運動機構，在Z軸方向上下運動。
4. 根據權利要求1所述的一種全自動生物晶片檢測系統，其特徵在於所述的反應洗滌模塊(6) 中的清洗頭包括一排注液針和一排吸液針，其中注液針負責往檢測孔內注入洗液，而吸液針 負責將對應檢測孔內的汙液吸除，且注液針比吸液針短；注液針和吸液針並排排列，注液針 之間的距離為4.5mm、 9mm或18mm,吸液針之間的距離也相應的為4.5mm、 9mm或18mm。
5. 根據權利要求1所述的一種全自動生物晶片檢測系統，其特徵在於所述的試劑存放模塊(7) 中的一次性試劑存放槽(48)為1 10個並排的長槽，長槽可以為方形、圓形、V形、多邊 形或多邊形帶圓角等多種形狀。
6. 根據權利要求1所述的一種全自動生物晶片檢測系統，其特徵在於所述的試劑存放模塊(7) 中的試劑存放底座上(49)含有多個長槽，其數量與形狀與一次性試劑存放槽(48)的長槽 數量與形狀一一對應。
7. 根據權利要求1所述的一種全自動生物晶片檢測系統，其特徵在於所述的樣品存放模塊(8) 中的試管存放架為多層孔板組成，且每個孔周圍有向孔中心方向突出的可變形的彈性裝置， 彈性裝置在放鬆狀態時孔的直徑比試管直徑小。
8. 根據權利要求1所述的一種全自動生物晶片檢測系統，其特徵在於所述的樣品存放模塊(8) 中的試管存放架中可以擺放的試管的數量為1 96個。
全文摘要
本發明公開了一種全自動生物晶片檢測系統，屬於多標誌物生物晶片的臨床檢測領域。該系統採用模塊化結構，包括自動樣品處理模塊、反應洗滌模塊、檢測模塊、Tip頭存放模塊、試劑存放模塊、生物晶片存放模塊、樣品存放模塊、系統底座、電控箱和計算機，在軟體控制下操作電控箱和各模塊，實現自動取樣、加樣、反應、洗滌、檢測等過程。各模塊可以獨立工作，也可以組合起來配合工作。本發明克服了現有生物晶片檢測儀的缺陷，減少了人為操作帶來的誤差，檢測結果穩定可靠，靈活性好，不僅大大提高了檢測效率，而且有利於檢測結果的準確性，該系統操作簡單，不僅適合實驗室和醫院的科研和應用，而且可用於大型醫院和血站大規模的樣品篩查。
文檔編號C12Q1/00GK101334402SQ200710042659
公開日2008年12月31日 申請日期2007年6月26日 優先權日2007年6月26日
發明者聰 劉, 汪寧梅, 穆海東, 蔡錦達 申請人:上海裕隆生物科技有限公司