一种液滴芯片核酸分析系统及其分析方法技术方案

本发明专利技术涉及一种液滴芯片核酸分析系统，包括：作为基础安装平面的安装平台、承载核酸分析样品的样品承载台、承载核酸分析试剂的试剂承载台、承载开放式芯片的芯片承载台、在样品承载台、试剂承载台、芯片承载台之间平移的取样针、对芯片进行温度控制的温度控制模块、对芯片中的内容物进行磁珠转移的磁控模块、对芯片中的内容物进行核酸分析的光学检测模块、对光学检测模块进行信号采集的信号采集模块。光学检测模块用于检测核酸分析芯片液滴中的光学信号。还涉及一种液滴芯片核酸分析系统的分析方法。本发明专利技术体积小、试剂消耗量低、操作灵活和分析速度快，属于用于生物检测的医疗器械。

【技术实现步骤摘要】
一种液滴芯片核酸分析系统及其分析方法
本专利技术涉及用于生物检测的医疗器械，具体涉及一种液滴芯片核酸分析系统及其分析方法。
技术介绍
核酸分析可以检测遗传物质，具有快速、准确、灵敏的优势。典型的核酸分析步骤包括：样品裂解、核酸提取和纯化、核酸扩增和检测。随着荧光定量PCR的推广，核酸检测得到了广泛应用。尽管如此，核酸分析技术的推广还是被一些因素所制约，如：1)场地要求严格，试剂准备、核酸提取和扩增需要分别在独立房间内进行，极大限制了该技术在医疗资源有限条件下的开展；2)采用离线式分析，操作复杂、分析周期较长；3)测试信息通量有限，现有的荧光定量PCR方法只是针对单一指标检测设计，对于多指标的基因检测无论是操作繁琐程度还是测试成本均是难以接受的。微流控(microfluidic)技术具有设计灵活的优势，有利于在微小尺寸平台上实现分析单元的功能集成和灵活组合。微流控芯片被广泛用于核酸分析，相比较传统分析平台具有操作简便、分析快速快和试剂消耗低的优势。尽管微流控核酸分析技术取得了重要的进展，该技术尚有一些方面有待完善，例如：(1)需要在功能集成与测试通量之间达到平衡。目前，绝大多数全集成式微流控装置每次只能分析一个样品，而高通量分析装置则未能集成核酸分析的整个过程，发展具有较高通量的集成化分析装置则会更好满足应用需求；(2)需要更为简便灵活的液体转移方案。试剂和样品的定量和定位转移是微流控芯片面临的另一个挑战。虽然之前报导了一系列芯片微泵微阀技术，但是由于加工成本高，控制系统复杂等问题而难于推广。现实应用需要一种应用更为简便灵活的液体转移方案；(3)需要解决芯片-试管对接问题，存储于试管中试剂和样品如何引入封闭的芯片中，是微流控芯片走向实际应用需要解决的另一个难题。实际应用中往往是批量样品分析，因而需要自动化液体转运操作实现芯片-试管对接。上述几个问题的解决，将有助于推进微流控核酸分析技术走向实际应用。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的是：提供一种通过全集成方式完成核酸分析的液滴芯片核酸分析系统及其分析方法。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种液滴芯片核酸分析系统，包括：作为基础安装平面的安装平台、承载核酸分析样品的样品承载台、承载核酸分析试剂的试剂承载台、承载开放式芯片的芯片承载台、在样品承载台、试剂承载台、芯片承载台之间平移的取样针、对芯片进行温度控制的温度控制模块、对芯片中的内容物进行磁珠转移的磁控模块、对芯片中的内容物进行核酸分析的光学检测模块、对光学检测模块进行信号采集的信号采集模块。光学检测模块用于检测核酸分析芯片液滴中的光学信号；样品承载台、试剂承载台、芯片承载台、取样针、温度控制模块、磁控模块、光学检测模块、信号采集模块均集成设置在安装平台上，核酸分析的样品裂解、核酸提取和纯化、核酸扩增和检测步骤均在该集成的分析系统上进行。作为一种优选，一种液滴芯片核酸分析系统，还包括空间平移机构、直线平移机构、暗仓；样品承载台、试剂承载台、芯片承载台固定在安装平台上，光学检测模块位于暗仓内，暗仓架设在安装平台上，取样针和磁控模块通过空间平移机构安装在安装平台上；直线平移机构包括承载芯片的滑动平台，滑动平台进入或离开光学检测模块的正下方，温度控制模块安装在滑动平台内。作为一种优选，样品承载台、芯片承载台、直线平移机构从前往后依次设置，试剂承载台位于芯片承载台的一侧，直线平移机构驱动滑动平台前后平移，光学检测模块位于直线平移机构的后端的正上方；空间平移机构包括一组前后平移机构、一组左右平移机构和两组上下平移机构，两组上下平移机构分别驱动取样针和磁控模块上下平移，左右平移机构同时驱动取样针和磁控模块左右平移，前后平移机构同时驱动取样针和磁控模块前后平移。作为一种优选，磁控模块包括多根磁钢针和与磁钢针一一对应设置的电磁铁；磁钢针沿着左右方向排列，多根磁钢针在上下平移机构的作用下同步上下平移；前后平移机构、左右平移机构、上下平移机构均为由电机驱动的丝杠滑块机构。作为一种优选，光学检测模块包括光源、激发光滤光片、二向色性滤光片、发射光滤光片、光电传感器，当芯片位于光学检测模块的正下方时，沿着入射光的方向，光源、激发光滤光片、二向色性滤光片、芯片依次设置，沿着出射光的方向，芯片、二向色性滤光片、发射光滤光片、光电传感器从下往上依次设置。作为一种优选，一种液滴芯片核酸分析系统，还包括平面平移机构、转动升降臂、暗仓；样品承载台和试剂承载台均为回转式结构，安装在安装平台上；芯片承载台通过平面平移机构安装在安装平台上，进入或离开暗仓；转动升降臂安装在安装平台上，带动取样针升降，以及带动取样针在样品承载台、试剂承载台、芯片承载台之间转动；磁控模块设置在平面平移机构范围内；温度控制模块和光学检测模块设置在暗仓内。作为一种优选，样品承载台和试剂承载台位于转动升降臂的左前方和右前方，平面平移机构位于转动升降臂的后方，暗仓位于平面平移机构的左端；平面平移机构包括前后平移机构和左右平移机构，驱动芯片承载台在水平面上平移；转动升降臂包括转动臂和带动转动臂升降的上下平移机构。作为一种优选，磁控模块为磁柱阵列，固定在安装平面上；前后平移机构、左右平移机构均为由电机驱动的丝杠滑块机构。作为一种优选，光学检测模块包括蓝光LED灯泡、激发光滤光片、发射光滤光片、光电传感器；当芯片位于光学检测模块的正下方时，沿着入射光的方向，蓝光LED灯泡、激发光滤光片、芯片依次设置，沿着出射光的方向，芯片、发射光滤光片、光电传感器从下往上依次设置。一种液滴芯片核酸分析系统的分析方法，样品承载台、试剂承载台、芯片承载台、取样针、温度控制模块、磁控模块、光学检测模块、信号采集模块均集成安装在安装平台上，核酸分析步骤均可在液滴芯片核酸分析系统中完成；取样针抽取样品承载台的核酸分析样品至芯片承载台的芯片上，取样针抽取试剂承载台的核酸分析试剂至芯片承载台的芯片上，或取样针将芯片中的内容物在芯片的不同区域内转移，磁控模块对芯片中的内容物进行磁珠转移，温度控制模块对芯片中的内容物进行温度控制，光学检测模块对芯片中的内容物进行核酸分析，分析结果由信号采集模块进行采集。芯片为开放式结构，表面具有图形化亲水-疏水分区或承载液体的微结构。材料优选为玻璃、塑料、聚四氟乙烯和硅胶，芯片面积优选为10～100平方厘米。本专利技术的专利技术机理为，在具有图形化亲水-疏水分区，或特定疏水表面微结构如微池、微坑的开放式芯片表面，加载水相和油相溶液后可以在表面张力作用下可以形成油包水型微液滴。借助于取样针和芯片的相对三维运动，可以在芯片表面定位定量形成一系列液滴。通过取样针进行的液体转移，以及磁控模块控制的磁珠转移，能够以集成化方式实现批量核酸分析操作。本专利技术的特点是：(1)使用开放式芯片，便于试剂的装载；(2)在芯片上定位定量形成包含试剂或样品的油包水型液滴；(3)结合微量移液和磁珠操控，以全集成方式完成核酸分析过程；(4)应用灵活，满足单一或多个样品平行分析；(5)相比较传统分析方法，显著降低试剂消耗。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)本专利技术提供的基于微液滴技术的生物分析系统在芯片上集成了核酸分析的全过程，具有操作自动化、分析速度快、测试通量高的优势。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液滴芯片核酸分析系统，其特征在于：包括：‑作为基础安装平面的安装平台、‑承载核酸分析样品的样品承载台、‑承载核酸分析试剂的试剂承载台、‑承载开放式芯片的芯片承载台、‑在样品承载台、试剂承载台、芯片承载台之间平移的取样针、‑对芯片进行温度控制的温度控制模块、‑对芯片中的内容物进行磁珠转移的磁控模块、‑对芯片中的内容物进行核酸分析的光学检测模块、‑对光学检测模块进行信号采集的信号采集模块；样品承载台、试剂承载台、芯片承载台、取样针、温度控制模块、磁控模块、光学检测模块、信号采集模块均集成设置在安装平台上，核酸分析的样品裂解、核酸提取和纯化、核酸扩增和检测步骤均在该集成的分析系统上进行。

【技术特征摘要】
1.一种液滴芯片核酸分析系统，其特征在于：包括：-作为基础安装平面的安装平台、-承载核酸分析样品的样品承载台、-承载核酸分析试剂的试剂承载台、-承载开放式芯片的芯片承载台、-在样品承载台、试剂承载台、芯片承载台之间平移的取样针、-对芯片进行温度控制的温度控制模块、-对芯片中的内容物进行磁珠转移的磁控模块、-对芯片中的内容物进行核酸分析的光学检测模块、-对光学检测模块进行信号采集的信号采集模块；样品承载台、试剂承载台、芯片承载台、取样针、温度控制模块、磁控模块、光学检测模块、信号采集模块均集成设置在安装平台上，核酸分析的样品裂解、核酸提取和纯化、核酸扩增和检测步骤均在该集成的分析系统上进行。2.按照权利要求1所述的一种液滴芯片核酸分析系统，其特征在于：还包括空间平移机构、直线平移机构、暗仓；样品承载台、试剂承载台、芯片承载台固定在安装平台上，光学检测模块位于暗仓内，暗仓架设在安装平台上，取样针和磁控模块通过空间平移机构安装在安装平台上；直线平移机构包括承载芯片的滑动平台，滑动平台进入或离开光学检测模块的正下方，温度控制模块安装在滑动平台内。3.按照权利要求2所述的一种液滴芯片核酸分析系统，其特征在于：样品承载台、芯片承载台、直线平移机构从前往后依次设置，试剂承载台位于芯片承载台的一侧，直线平移机构驱动滑动平台前后平移，光学检测模块位于直线平移机构的后端的正上方；空间平移机构包括一组前后平移机构、一组左右平移机构和两组上下平移机构，两组上下平移机构分别驱动取样针和磁控模块上下平移，左右平移机构同时驱动取样针和磁控模块左右平移，前后平移机构同时驱动取样针和磁控模块前后平移。4.按照权利要求3所述的一种液滴芯片核酸分析系统，其特征在于：磁控模块包括多根磁钢针和与磁钢针一一对应设置的电磁铁；磁钢针沿着左右方向排列，多根磁钢针在上下平移机构的作用下同步上下平移；前后平移机构、左右平移机构、上下平移机构均为由电机驱动的丝杠滑块机构。5.按照权利要求2所述的一种液滴芯片核酸分析系统，其特征在于：光学检测模块包括光源、激发光滤光片、二向色性滤光片、发射光滤光片、光电传感器，当芯片位于光学检测模块的正下方时，沿着入射光的方向，光源...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘大渔，
申请(专利权)人：广州市第一人民医院广州消化疾病中心，广州医科大学附属市一人民医院，华南理工大学附属第二医院，
类型：发明
国别省市：广东,44