專利名稱：一種生物芯片雜交過程優(yōu)化控制方法及使用該方法的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物芯片雜交裝置和生物芯片雜交過程優(yōu)化控制方法。
背景技術(shù)：
生物芯片技術(shù)可以對生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)中的各種生物化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行集成，從而實(shí)現(xiàn)對基因、配體、抗原等生物活性物質(zhì)進(jìn)行高效快捷的測試和分析。它的出現(xiàn)給生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、化學(xué)、新藥開發(fā)、生物武器戰(zhàn)爭、司法鑒定、食品與環(huán)境監(jiān)督等眾多領(lǐng)域帶來巨大的革新甚至革命。
以雜交為基礎(chǔ)的分析已廣泛用于基因突變的檢測、多態(tài)性分析、基因作圖等方面的研究與應(yīng)用，雜交儀則是專門用來完成對生物芯片進(jìn)行雜交過程的設(shè)備，通過其完成對生物芯片預(yù)雜交、雜交、洗滌、封閉、酶聯(lián)、顯色、終止顯色等操作。目前常規(guī)的生物芯片雜交設(shè)備比較多，但通常存在如下的問題1)各個步驟均分別獨(dú)立進(jìn)行，廢液需要人工吸走，對操作者依賴性大，操作繁瑣；2)溫度設(shè)置為有級調(diào)節(jié)，且調(diào)節(jié)檔少，使最優(yōu)控制受到限制；3)同時可雜交芯片數(shù)量少，效率低；4)震蕩效果緩慢，雜交液反應(yīng)時間長，效率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種生物芯片雜交儀和生物芯片雜交過程優(yōu)化控制方法，在對生物芯片進(jìn)行雜交后，能夠自動甩干雜交液。
本發(fā)明的一種生物芯片雜交儀包括雜交腔、芯片載盤、旋轉(zhuǎn)部、溫控部和主控部；芯片載盤設(shè)置在雜交腔內(nèi)，該芯片載盤通過旋轉(zhuǎn)部驅(qū)動；所述旋轉(zhuǎn)部通過所述主控部進(jìn)行轉(zhuǎn)動控制，所述雜交腔通過所述溫控部調(diào)節(jié)腔內(nèi)溫度。
進(jìn)一步地，所述雜交腔上還設(shè)有用于清洗其內(nèi)部的清洗部，所述清洗部包括清洗管、清洗泵和吸液泵，清洗管設(shè)置在雜交腔內(nèi)，清洗管與清洗泵相連，清洗泵通過該清洗管將清洗液噴入到所述雜交腔內(nèi)，所述吸液泵與所述雜交腔底部相連。
進(jìn)一步地，所述溫控部包括溫控單元和冷熱空氣循環(huán)管，冷熱空氣循環(huán)管設(shè)置在所述雜交腔內(nèi)，所述溫控單元包括加熱元件、制冷元件和溫度采集單元，溫度采集單元設(shè)置在雜交腔內(nèi)，加熱元件和制冷元件根據(jù)溫度采集單元采集的溫度信號通過冷熱空氣循環(huán)管對所述雜交腔進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。
進(jìn)一步地，所述加熱元件為可單獨(dú)控制的多個云母加熱片、電阻絲或半導(dǎo)體，所述制冷元件為可單獨(dú)控制的多個半導(dǎo)體致冷片。
進(jìn)一步地，還包括操作部，該操作部與所述主控部相連，所述主控部通過該操作部控制所述清洗部、溫控部和旋轉(zhuǎn)部。
進(jìn)一步地，所述操作部為鍵盤和顯示屏。
進(jìn)一步地，所述主控部為PLC可編程控制器(也可以選擇其它類似的控制元件)。
進(jìn)一步地，所述芯片載盤由塑料制成，其底部還設(shè)置有可控制芯片盒內(nèi)雜交液溫度的金屬盤，該金屬盤固定安裝在所述雜交腔內(nèi)。
本發(fā)明的一種生物芯片雜交儀的生物芯片雜交過程優(yōu)化控制方法，包括如下步驟步驟1預(yù)先將沖洗液至于雜交腔中，再將待雜交的生物芯片盒放置在芯片載盤上，通過溫控部將雜交腔的溫度升至合適的溫度；步驟2主控部根據(jù)設(shè)定的振蕩參數(shù)，控制旋轉(zhuǎn)部驅(qū)動芯片載盤旋轉(zhuǎn)振動，從而使生物芯片進(jìn)行雜交；步驟3雜交結(jié)束后，通過旋轉(zhuǎn)部將剩余雜交液甩干。
進(jìn)一步地，所述芯片盒的外側(cè)壁的傾斜角為50°～70°。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、實(shí)現(xiàn)了雜交后自動甩干雜交液，自動清洗雜交腔，簡化了操作，而且更方便，縮短了實(shí)驗(yàn)時間；2、溫度調(diào)節(jié)為平滑調(diào)節(jié)，雜交過程可以更加優(yōu)化；3、震蕩效果好，節(jié)約了雜交時間；4、鍵盤及顯示介面友好，操作簡單；5、可設(shè)定正常工作及測試兩種工作模式，及時檢查儀器各部件工作狀態(tài)，減少故障率；6、通用性好，適用于多種生物芯片雜交。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明噴液環(huán)形管主視圖；圖3為圖2的俯視圖；圖4為芯片盒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明的電機(jī)控制單元框圖；圖6為本發(fā)明的系統(tǒng)控制框圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明包括雜交腔1、旋轉(zhuǎn)部2、芯片載盤3、清洗管4、操作部5、主控部6、清洗部7和機(jī)殼12。操作部5設(shè)置在機(jī)殼12的上部，其主要由鍵盤和顯示屏組成。雜交腔1安裝在機(jī)殼12的中間靠上位置，雜交腔1設(shè)置有芯片載盤3，芯片載盤3上可放置芯片盒，芯片載盤3可以設(shè)計為承擔(dān)n個芯片盒的結(jié)構(gòu)，n最優(yōu)選擇為18，芯片盒數(shù)量改變時只需改變芯片載盤3的面積即可。芯片載盤3由塑料制成，其底部還設(shè)置有可控制芯片盒內(nèi)雜交液溫度的金屬盤13，該金屬盤13固定安裝在雜交腔1內(nèi)。芯片載盤3通過旋轉(zhuǎn)部2驅(qū)動，旋轉(zhuǎn)部2轉(zhuǎn)動帶動芯片載盤3轉(zhuǎn)動，從而完成震蕩與甩干過程。旋轉(zhuǎn)部2包括電機(jī)22和電機(jī)驅(qū)動器21，如圖5所示，電機(jī)22可以采用步進(jìn)電機(jī)，這樣能夠很好地控制芯片載盤3的震蕩和甩干。當(dāng)然也可以用其他電機(jī)代替，只要改變控制方法即可。清洗部7包括清洗管11、清洗泵72和吸液泵73，清洗管11設(shè)置在雜交腔1內(nèi)，清洗管11與清洗泵72相連，清洗泵72通過該清洗管11將清水噴入到雜交腔1內(nèi)。雜交腔1的底部為廢液槽14，用于接收雜交后的廢液，吸液泵73與雜交腔1底部相連。清洗管11由銅、塑料或不銹鋼等材料制成的環(huán)形管等組成，如圖2、3所示，在清洗管11的外圓周上均勻分布有噴液孔111，通過噴液孔111噴出水流清洗雜交腔1。噴液孔111設(shè)計為水流傾斜射向雜交腔1廢液槽的側(cè)壁的結(jié)構(gòu)，通過清洗管11上的噴液孔111斜向下沖在廢液槽14的側(cè)壁上，再流到廢液槽14內(nèi)，這樣確保了沖洗液均勻的覆蓋到了廢液槽14的整個側(cè)壁上，不流死角，到廢液槽14內(nèi)的沖洗液達(dá)到一定量后，通過吸液泵73把溶有雜交廢液的液體一同排出到雜交設(shè)備的體外的廢液容器內(nèi)。為了保證廢液的順利排出，本發(fā)明設(shè)計廢液槽14底部為一個斜面，即廢液槽14的排液孔為廢液槽14底部的最低點(diǎn)。
本發(fā)明在雜交結(jié)束后，剩余雜交液通過自動甩干與廢液清洗部7的自動清洗把廢棄的雜交液排出，而不是傳統(tǒng)的人工吸取方式，從而增加了效率，減少了污染。當(dāng)某一雜交過程結(jié)束后，驅(qū)動電機(jī)帶動芯片載盤3加速轉(zhuǎn)動，加速度要保證不能使雜交液濺出的最小加速度的最大值，本發(fā)明優(yōu)選步進(jìn)電機(jī)的啟動加速度啟動脈沖頻率變化率不能超過200HZ，最高速度大于300轉(zhuǎn)/分鐘，本發(fā)明優(yōu)選300轉(zhuǎn)/分鐘。為了確保雜交液的正常甩干，如圖4所示，本發(fā)明芯片盒的外側(cè)壁有一個傾斜角A，A可以在50°～70°之間，本發(fā)明優(yōu)選60°。當(dāng)雜交液被芯片載盤3甩離芯片盒變成廢液進(jìn)入廢液槽14內(nèi)后，控制部6啟動清洗泵72，沖洗液通過清洗泵72被送入清洗管11內(nèi)，清洗管11沖洗廢液槽14的側(cè)壁，沖洗液可以均勻覆蓋到廢液槽14的整個側(cè)壁上。最后再由吸液泵73將廢液排出。
如圖1所示，本發(fā)明還設(shè)置有溫控部8，該溫控部8包括溫控單元81和在芯片載體3下方設(shè)置的冷熱空氣循環(huán)管82，冷熱空氣循環(huán)管82與溫控單元9相連，溫控單元9通過冷熱空氣循環(huán)管82對雜交腔1進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。另外，還在冷熱空氣循環(huán)管82的出口端設(shè)置有風(fēng)扇83，通過風(fēng)扇將冷熱空氣送入/排出雜交腔1，從而對雜交腔1的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。溫控單元81包括溫度采集單元811、可單獨(dú)控制的多個加熱元件和致冷元件及(未圖示出)，溫度采集單元811設(shè)置在雜交腔1內(nèi)，用于采集雜交腔1內(nèi)的溫度。加熱元件可采用可單獨(dú)控制的多片云母加熱片、電阻絲、半導(dǎo)體等一切可產(chǎn)生熱源的元件，致冷元件可采用可單獨(dú)控制的多片半導(dǎo)體致冷片等冷卻元件，加熱元件和致冷元件根據(jù)溫度采集單元811采集的溫度信號通過冷熱空氣循環(huán)管82對雜交腔1進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。溫控單元81另一端與主控部6相連，主控部6通過控制加熱元件和制冷元件實(shí)現(xiàn)溫度采集單元采集的溫度與操作部5設(shè)定溫度一致，從而實(shí)現(xiàn)溫度的平滑調(diào)節(jié)。另外，本發(fā)明由于是通過氣體升降溫來控制雜交腔1內(nèi)的溫度，并通過雜交腔1氣體的流動來對芯片載盤下的金屬盤13進(jìn)行加熱，非金屬的芯片載盤3通過與其下面的金屬盤13進(jìn)行熱傳導(dǎo)的方式進(jìn)行升降溫，從而保證了芯片盒內(nèi)的雜交液的雜交溫度的穩(wěn)定性。
本發(fā)明的升降溫的熱緣與冷源采用分開控制，其中熱源加熱材料云母片(也可以是上述的其它發(fā)熱材料)，而且發(fā)熱體由相同功率Y瓦(Y∈(20，50，優(yōu)選30)的加熱片n塊(n∈(1，10，優(yōu)選6)，其中，任一塊是否工作均可單獨(dú)控制，以保證提高加熱效率與保溫的穩(wěn)定性，其中冷源采用的是半導(dǎo)體致冷片加散熱片的方式降低通過其的空氣溫度，同樣可以通過改變致冷片的功率X瓦(X∈(20，50，優(yōu)選40)(和空氣流經(jīng)散熱片的流量來滿足通過其空氣的最低溫度。溫控部8的空氣流動的源動力為風(fēng)扇83，通過控制風(fēng)扇83的排風(fēng)量與轉(zhuǎn)速可以提高雜交腔內(nèi)升降溫的速度與保溫的穩(wěn)定性。
主控部6可以選擇PLC作為主控元件(當(dāng)然，也可以選擇其它具有相同功能的器件作為主控元件)，主控部6與操作部5和旋轉(zhuǎn)部2的電機(jī)驅(qū)動器相連，通過改變PLC控制方式可以獲得多種震蕩及甩干方式，如圖5所示，主控部6向電機(jī)驅(qū)動器21發(fā)送脈沖控制信號，如方向信號等，從而控制電機(jī)22的運(yùn)行狀態(tài)，開關(guān)電源13向電機(jī)驅(qū)動器21和主控部6供電。如圖6所示，操作部5通過主控部6控制溫控部8、清洗部7和旋轉(zhuǎn)部2各種控制可通過操作部5進(jìn)行操作。
本發(fā)明可以設(shè)置兩種工作模式，即正常工作模式和測試模式。正常工作模式運(yùn)行如下首先通過操作部5選擇工作模式，溫控部根據(jù)設(shè)定溫度調(diào)節(jié)雜交腔1溫度，主控部6根據(jù)設(shè)定模式控制旋轉(zhuǎn)部2運(yùn)動，旋轉(zhuǎn)部2帶動芯片載盤3運(yùn)動，完成震蕩及甩干。甩干后控制部控制清洗部7清洗雜交腔1。測試模式主要是進(jìn)行本儀器的檢查及維護(hù)?？梢詼y試各個工作部如溫控部8、旋轉(zhuǎn)部2等是否工作正常。
本發(fā)明具體操作是如下首先確定最模式參數(shù)在不借助其它儀器的條件下，可以用這種方法通過實(shí)驗(yàn)獲得最佳振蕩模式參數(shù)。例如，在芯片盒底部均勻涂抹等量的水溶性顏料，待溶液干燥后加入雜交液，模擬生物芯片的雜交振蕩，顏料在雜交液中重新溶解的效果與振蕩效果是匹配的，根據(jù)顏料在雜交液中擴(kuò)散的速度，以及芯片中液體振蕩的情況，確定最佳振蕩參數(shù)。
其次，將雜交芯片盒沿圓周方向放在雜交芯片載盤3上，該芯片載盤3由雜交腔1內(nèi)的旋轉(zhuǎn)部2驅(qū)動旋轉(zhuǎn)；操作者通過操作部5確定本次雜交過程的工作模式，工作模式包括整個雜交過程包括的雜交步驟的數(shù)量以及各個步驟所需的溫度、振蕩模式、振蕩時間、雜交液自動甩干、廢液自動清洗等的參數(shù)設(shè)置，雜交操作者所選擇的工作模式通過操作部5傳給主控部6，主控部6依據(jù)所選工作模式的參數(shù)設(shè)置，進(jìn)入第一個步驟的控制，其首先控制溫控部8促使雜交腔1內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定溫度值后，主控部6控制旋轉(zhuǎn)部2驅(qū)動芯片載盤3帶著芯片盒做間隙的振蕩，在達(dá)到振蕩時間后，旋轉(zhuǎn)部2驅(qū)動芯片載盤3帶著芯片盒做高速圓周運(yùn)動，由于芯片盒的外邊具有一個傾斜角度，促使芯片盒內(nèi)的雜交液在其高速轉(zhuǎn)動過程中甩離雜交盒，清洗部7對雜交腔1進(jìn)行清洗，并將廢液排出雜交腔1。如此重復(fù)直到雜交過程結(jié)束。
本發(fā)明預(yù)先可以把整個雜交過程需要包含的多個雜交步驟以及每個步驟交雜步驟所需的溫度、振蕩模式、振蕩時間、雜交液自動甩干、廢液自動清洗等參數(shù)預(yù)先設(shè)置在裝置內(nèi)，可以確保按照預(yù)先設(shè)置的參數(shù)自動完成雜交任務(wù)。
振蕩的作用是促使雜交液運(yùn)動，從而提高分子間接觸與結(jié)合的機(jī)率，因此本發(fā)明還實(shí)現(xiàn)了一種振蕩方式，即通過使芯片盒在圓周方向上采用變速運(yùn)動，而芯片盒內(nèi)的雜交液在變速時，會由于瞬間加減速及停動產(chǎn)生出振蕩的功效，從而保證雜交機(jī)率。本發(fā)明還可以通過以下各參數(shù)的設(shè)置對振蕩效果產(chǎn)生的影響1)驅(qū)動電流越大，電磁力越大，獲得的振蕩效果越強(qiáng)烈。
2)芯片載盤3的轉(zhuǎn)動慣量，轉(zhuǎn)動慣量越小，相同的電磁力使負(fù)載的加速度越大，獲得的振蕩效果越強(qiáng)烈。
3)步進(jìn)電機(jī)細(xì)分的影響，細(xì)分度越高，步距角越小，脈動越小，運(yùn)動越平穩(wěn)，振蕩效果越弱。
4)雜交液粘度，粘度越低，振蕩效果越好。
此外，本發(fā)明還實(shí)現(xiàn)了一種把促使雜交效果的振蕩與雜交盒內(nèi)的雜交液采用離心的自動方式甩干相結(jié)合的方式。本發(fā)明采用同一種驅(qū)動機(jī)構(gòu)，通過控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)整個工作模式是振蕩工作還是甩干工作模式。
另外，本發(fā)明預(yù)先把沖洗液置于雜交腔1內(nèi)(該沖洗液不會使雜交液發(fā)生污染)，在高溫雜交時，因?yàn)轭A(yù)先加入沖洗液在雜交腔1內(nèi)，在加熱氣體的帶動下首先蒸發(fā)，提高了雜交腔1內(nèi)的濕度，從而減少了在雜交過程中雜交液的蒸發(fā)量，保證了雜交效果。
綜上所述，本發(fā)明在雜交后可以自動甩干雜交液，自動清洗雜交腔1，不僅簡化了操作，而且更方便，縮短了實(shí)驗(yàn)時間。另外，由于可以設(shè)定震蕩參數(shù)，因此大大提高了震蕩的效果，節(jié)約了雜交的時間。此外，主控部6通過比較溫度采集單元采集的溫度與操作部5設(shè)定溫度，控制加熱元件和制冷元件運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)溫度采集單元采集溫度與操作部5設(shè)定溫度一致，從而實(shí)現(xiàn)了溫度的平滑調(diào)節(jié)，使雜交過程更加優(yōu)化。
以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種生物芯片雜交儀，其特征在于，包括雜交腔、芯片載盤、旋轉(zhuǎn)部、溫控部和主控部；芯片載盤設(shè)置在雜交腔內(nèi)，該芯片載盤通過旋轉(zhuǎn)部驅(qū)動；所述旋轉(zhuǎn)部通過所述主控部進(jìn)行轉(zhuǎn)動控制，所述雜交腔通過所述溫控部調(diào)節(jié)腔內(nèi)溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的生物芯片雜交儀，其特征在于，所述雜交腔上還設(shè)有用于清洗其內(nèi)部的清洗部，所述清洗部包括清洗管、清洗泵和吸液泵，清洗管設(shè)置在雜交腔內(nèi)，清洗管與清洗泵相連，清洗泵通過該清洗管將清洗液噴入到所述雜交腔內(nèi)，所述吸液泵與所述雜交腔底部相連。
3.如權(quán)利要求1所述的生物芯片雜交儀，其特征在于，所述溫控部包括溫控單元和冷熱空氣循環(huán)管，冷熱空氣循環(huán)管設(shè)置在所述雜交腔內(nèi)，所述溫控單元包括加熱元件、制冷元件和溫度采集單元，溫度采集單元設(shè)置在雜交腔內(nèi)，加熱元件和制冷元件根據(jù)溫度采集單元采集的溫度信號通過冷熱空氣循環(huán)管對所述雜交腔進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。
4.如權(quán)利要求3所述的生物芯片雜交儀，其特征在于，所述加熱元件為可單獨(dú)控制的多個云母加熱片、電阻絲或半導(dǎo)體，所述制冷元件為可單獨(dú)控制的多個半導(dǎo)體致冷片。
5.如權(quán)利要求1至4任一所述的生物芯片雜交儀，其特征在于，還包括操作部，該操作部與所述主控部相連，所述主控部通過該操作部控制所述清洗部、溫控部和旋轉(zhuǎn)部。
6.如權(quán)利要求5所述的生物芯片雜交儀，其特征在于，所述操作部為鍵盤和顯示屏。
7.如權(quán)利要求1所述的生物芯片雜交儀，其特征在于，所述主控部為PLC可編程控制器。
8.如權(quán)利要求1所述的生物芯片雜交儀，其特征在于，所述芯片載盤由塑料制成，其底部還設(shè)置有可控制芯片盒內(nèi)雜交液溫度的金屬盤，該金屬盤固定安裝在所述雜交腔內(nèi)。
9.一種采用如權(quán)利要求1所述的生物芯片雜交儀的生物芯片雜交過程優(yōu)化控制方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1預(yù)先將沖洗液至于雜交腔中，再將待雜交的生物芯片盒放置在芯片載盤上，通過溫控部將雜交腔的溫度升至合適的溫度；步驟2主控部根據(jù)設(shè)定的振蕩參數(shù)，控制旋轉(zhuǎn)部驅(qū)動芯片載盤旋轉(zhuǎn)振動，從而使生物芯片進(jìn)行雜交；步驟3雜交結(jié)束后，通過旋轉(zhuǎn)部將剩余雜交液甩干。
10.如權(quán)利要求9所述的一種優(yōu)化控制方法，其特征在于，所述芯片盒的外側(cè)壁的傾斜角為50°～70°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生物芯片雜交儀，包括雜交腔、芯片載盤、旋轉(zhuǎn)部、溫控部和主控部；芯片載盤設(shè)置在雜交腔內(nèi)，芯片載盤通過旋轉(zhuǎn)部驅(qū)動；旋轉(zhuǎn)部通過主控部進(jìn)行轉(zhuǎn)動控制，雜交腔通過所述溫控部調(diào)節(jié)腔內(nèi)溫度。本發(fā)明還公開了一種生物芯片雜交儀的生物芯片雜交過程優(yōu)化控制方法，包括如下步驟1預(yù)先將沖洗液至于雜交腔中，再將待雜交的生物芯片盒放置在芯片載盤上，通過溫控部將雜交腔的溫度升至合適的溫度；步驟2主控部根據(jù)設(shè)定的振蕩參數(shù)，控制旋轉(zhuǎn)部驅(qū)動芯片載盤旋轉(zhuǎn)振動；步驟3雜交結(jié)束后，通過旋轉(zhuǎn)部將剩余雜交液甩干。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了一種自動進(jìn)行雜交的雜交儀和優(yōu)化的雜交控制方法。
文檔編號C12Q1/68GK101085974SQ20071011796
公開日2007年12月12日 申請日期2007年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月26日
發(fā)明者王常力, 周騁, 劉旭青, 史洪源 申請人:北京和利時系統(tǒng)工程股份有限公司 被以下專利引用 (1),