一种荧光分析仪及其液相生物芯片检测系统的制作方法

本实用新型涉及医疗仪器领域，具体涉及一种荧光分析仪及其液相生物芯片检测系统。

背景技术：

生物芯片(biochip)技术是融微电子学、生命科学、计算机科学和光电化学为一体的高通量生物分子检测技术，是生命科学领域的一场重大革命。传统形式的生物芯片技术又称为微阵列(microarray)技术，其原理是将已知序列的生物分子(DNA、RNA、多肽、蛋白质等)集成于固体表面形成探针阵列，用被标记的待检测生物分子与上述探针阵列进行杂交反应，通过检测相应位置的杂交探针，实现生物分子检测的目的。传统生物芯片杂交属于固-液相杂交，其分立的固-液反应环境及洗涤因素使其在检测灵敏度及稀有样品的检测中显现出不足之处。

随着人类基因组计划的进行及人类对自身健康发展的需要，更快速、更高效、更高通量的生物分子检测技术显得尤为重要。因此在传统生物芯片技术的基础上发展出了液相生物芯片(Liquid biochip)技术。

液相生物芯片技术是集流式技术、荧光微球化学合成技术、生物分子杂交技术和高效数字信号处理技术为一体的尖端生物分子检测技术。液相生物芯片技术的核心是荧光编码标记的功能性高分子微球。

目前，对荧光微球进行编码的主要方法是：首先标定某种颜色的荧光染料在不同含量下在对应激发光照射下发出的荧光光强，获得荧光含量与荧光光强的对应关系；然后利用不同含量的荧光染料对微球进行编码，可以得到荧光编码微球的种类与荧光光强之间的对应关系；在解码待测荧光编码微球时，利用对应的激发光照射荧光编码微球，得到对应的荧光强度，进而可以根据荧光编码微球的种类与荧光光强之间的对应关系，得到待测荧光编码微球所属的种类。

然而，这种荧光编码微球的解码方法中，同一批次制备的每个荧光编码微球的荧光强度必须十分均一，而且需要考虑在储存过程中荧光编码微球的荧光物质的漂白、猝灭等问题，导致同一批次规格的荧光编码微球的荧光强度不一致，在计算机进行分析时，可能会出现解码错误。

传统的液相生物芯片检测技术采用荧光标记生物微球，配合不同的荧光强度来区分微球种类，因此为了区分更多的微球种类，就需要把微球的荧光强度划分更多的等级，这对微球的制作工艺有很高的要求。为了降低对微球的制作工艺要求，同时也能区分更多的微球，需要对多种荧光标记的微球进行检测和区分。

因此，现有技术还有待改进。

技术实现要素：

本申请提供一种荧光分析仪及其液相生物芯片检测系统，能够实现对液相生物芯片的自动检测，提高检测效率。

根据本实用新型的第一方面，本实用新型提供一种液相生物芯片检测系统，包括：

设置有空腔的成像室；

采样排样装置，用于在采样时，吸取待检测溶液后将其注入成像室的空腔内；在排样时，将成像室空腔内检测完成后的溶液排出；

微球吸附装置，用于通过磁场将待检测溶液中的磁性荧光微球吸引和固定在成像室空腔的底部；

至少一个激光器，用于向所述成像室内的待检测溶液发射激光，以使待检测溶液中的磁性荧光微球发射受激光；

滤光装置，用于对不同频段的所述受激光进行过滤；

成像装置，用于对经过滤光装置过滤后的所述受激光进行成像；

控制模块，用于对采样排样装置、微球吸附装置、激光器、滤光装置和成像装置进行控制；

所述滤光装置和成像装置依次设置在所述磁性荧光微球受激发后发出的受激光的光路上，控制模块连接采样排样装置、微球吸附装置、激光器、滤光装置和成像装置。

所述的液相生物芯片检测系统，其中，所述滤光装置包括设置有多个滤光片的滤光片转盘，多个滤光片的透过波段不同。

所述的液相生物芯片检测系统，其中，所述滤光片转盘上设置至少四个滤光片。

所述的液相生物芯片检测系统，其中，所述采样排样装置包括采样针管、用于控制管道通断的第一电磁阀、柱塞泵以及用于驱动采样针管在Y轴和Z轴方向上移动的采样驱动装置；所述采样针管通过管道与所述空腔的进口连通，所述空腔的出口通过管道与柱塞泵连通，所述第一电磁阀设置在空腔与柱塞泵之间的管道上。

所述的液相生物芯片检测系统，其中，所述采样排样装置还包括用于放置样本管的试管架、进样平移台、第一传送机构；所述进样平移台用于固定所述试管架，所述第一传送机构用于驱动进样平移台在X轴方向上移动；所述微球吸附装置包括磁铁和用于将所述磁铁传送到成像室后方的第二传送机构。

所述的液相生物芯片检测系统，其中，所述检测系统还包括废液排出装置，所述废液排出装置包括废液池和废液泵，所述废液池通过管道与废液泵连通；所述采样排样装置还包括清洗液盛放仓和用于控制管道通断的第二电磁阀，所述清洗液盛放仓与柱塞泵连通，所述第二电磁阀设置在清洗液盛放仓与柱塞泵之间的管道上。

所述的液相生物芯片检测系统，其中，所述检测系统还包括状态检测子系统，用于检测采样排样装置的采样、排样状态，检测微球吸附装置的吸附状态、滤光片转盘的转动状态；所述状态检测子系统与控制模块连接。

所述的液相生物芯片检测系统，其中，所述状态检测子系统通过光耦进行检测，包括：设置在柱塞泵活塞行程顶端的光耦，设置在采样针管在Y轴方向的移动轨迹两端的光耦，设置在采样针管在Z轴方向的移动轨迹两端的光耦，设置在进样平移台移动轨迹两端的光耦，设置在磁铁移动轨迹两端的光耦，设置在滤光片转盘的旋转轨迹上的光耦。

所述的液相生物芯片检测系统，其中，所述控制模块包括：

微控制器，用于对采样排样装置、微球吸附装置、激光器和滤光装置进行控制；根据进样平移台移动轨迹两端的光耦的信号，判断试管架是否移动到位；根据采样针管在Y轴方向的移动轨迹两端的光耦的信号、采样针管在Z轴方向的移动轨迹两端的光耦的信号，判断采样针管是否移动到对应样品管中；根据柱塞泵活塞行程顶端的光耦的信号、第一电磁阀和第二电磁阀通电与否，判断采样和排样是否执行到位；根据磁铁移动轨迹两端的光耦的信号，判断磁铁是否移动到位；根据设置在滤光片转盘的旋转轨迹上的光耦的信号，判断滤光片转盘是否旋转到位；

微控制器与激光器、滤光装置、采样排样装置、微球吸附装置、状态检测子系统连接。

根据本实用新型的第二方面，本实用新型提供一种荧光分析仪，包括如上所述的液相生物芯片检测系统。

本实用新型的有益效果：通过设置一个用于对不同频段的受激光进行过滤的滤光装置，以对不同的磁性荧光微球发出的受激光进行区分，从而使得成像装置获得不同磁性荧光微球的分布图像，实现了对多种荧光标记磁性荧光微球的检测和区分。可减少甚至无需对磁性荧光微球的荧光强度(受激光强度)进行等级划分，降低对微球的制作工艺要求。

附图说明

图1为本实用新型一种实施例提供的液相生物芯片检测系统的俯视图；

图2为本实用新型一种实施例提供的液相生物芯片检测系统的结构框图；

图3为本实用新型一种实施例提供的液相生物芯片检测系统中，采样、排样和清洗的液路示意图；

图4为本实用新型一种实施例提供的液相生物芯片检测方法的流程图；

图5为本实用新型另一种实施例提供的液相生物芯片检测方法的具体流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

本实用新型提供一种液相生物芯片检测系统，在实施例一中，请参阅图1和图2，所述检测系统包括：设置有空腔的成像室、采样排样装置10、微球吸附装置20、激光器30、滤光装置40、状态检测子系统50、成像装置60和控制模块70。采样排样装置10、微球吸附装置20、至少一个激光器30、滤光装置40、状态检测子系统50和成像装置60均连接控制模块70。

成像室的空腔用于容纳待检测溶液(样品溶液)，成像室的正面透明，当然，可设置成全透明，便于供激发光和受激光输入输出。所述成像室设置在基台150上。本实施例中，所述空腔为扁平空腔。

激光器30，用于向所述成像室内的待检测溶液发射激光，以使待检测溶液中的磁性荧光微球受激发射受激光。激光器30的数量根据磁性荧光微球的类型数量而定，本实施例中，设置两个激光器30。

滤光装置40，用于对不同频段的所述受激光进行过滤。所述滤光装置40包括设置有多个滤光片的滤光片转盘410和用于驱动所述滤光片转盘410转动的传动装置420，多个滤光片的透过波段不同。所述滤光片转盘410上设置至少四个滤光片，多个滤光片阵列设置在滤光片转盘410上，每个滤光片都能将其他频段的光过滤，只让对应频段(自身的透过波段)的受激光通过。

成像装置60，用于对经过滤光装置40过滤后的所述受激光进行成像。成像装置60优选为可获取荧光图像的CCD或CMOS工业相机。滤光片的透过波段与磁性荧光微球发出的受激光的波段对应，这样成像装置60对单一的受激光成像，得到的只包含一种荧光标记物的荧光图片。滤光片转盘410转动一周，成像装置60对应每个滤光片均成一次或多次像，得到多个荧光图片，对多个荧光图片进行数据分析和处理即可实现对多种磁性荧光微球的解码。

可见，通过设置一个用于对不同频段的受激光进行过滤的滤光装置40，以对不同的磁性荧光微球发出的受激光进行区分，从而使得成像装置60获得不同磁性荧光微球的分布图像，实现了对多种荧光标记磁性荧光微球的检测和区分。可减少甚至无需对磁性荧光微球的荧光强度(受激光强度)进行等级划分，降低对微球的制作工艺要求。

采样排样装置10，用于在采样时，吸取待检测溶液后将其注入成像室的空腔内；在排样时，将成像室的空腔内检测完成后的溶液排出。

微球吸附装置20，用于通过磁场将待检测溶液中的磁性荧光微球吸引和固定在成像室空腔的底部。所述微球吸附装置20包括磁铁210和用于将所述磁铁210传送到成像室下方的第二传送机构220。

控制模块70，用于对采样排样装置10、微球吸附装置20、激光器30、滤光装置40和成像装置60进行控制；具体的，启动采样排样装置10对待检测溶液进行采样，采样后开启微球吸附装置20和激光器30，含有磁性荧光微球的待检测溶液在激光的激发下发光(受激光)；启动滤光装置40和成像装置60，滤光装置40对对应频段的光进行过滤，成像装置60获取受激光滤光后的荧光图片，在成像装置60获取多个滤光片对应的荧光图片后，控制采样排样装置10进行排样。

所述滤光装置40和成像装置60依次设置在所述磁性荧光微球受激发后发出的荧光(受激光)的光路上，控制模块70连接采样排样装置10、微球吸附装置20、激光器30、滤光装置40和成像装置60。

可见，本实用新型提供的液相生物芯片检测系统，无需人工操作，从采样、检测到排样均实现了自动化，即可对液相生物芯片进行全自动检测，实现了高通量、多类型磁性荧光微球的检测，提高了检测效率，降低了对磁性荧光微球荧光强度等级的划分要求和检测作业人员的要求。

进一步的，请一并参阅图3，所述采样排样装置包括采样针管160、用于控制管道通断的第一电磁阀130、用于控制管道通断的第二电磁阀140、柱塞泵120、用于驱动采样针管160在Y轴和Z轴方向上移动的采样驱动装置110、以及清洗液盛放仓170。所述采样针管160通过管道与所述空腔a的进口连通，所述空腔a的出口通过管道与柱塞泵120的第一进出口连通，所述第一电磁阀130设置在空腔a与柱塞泵120之间的管道上。所述清洗液盛放仓170与柱塞泵120连通，所述第二电磁阀140设置在清洗液盛放仓170与柱塞泵120的第二进出口之间的管道上。采样时，控制模块70通过采样驱动装置110驱动采样针管160移动到样品管中，将第二电磁阀140关闭、第一电磁阀130导通，开启柱塞泵120的进料行程，采样针管160从样品管中吸取待检测溶液；样品溶液流入空腔a中，完成采样。排样时，采样针管160不动，第二电磁阀140维持关闭、第一电磁阀130维持导通，开启柱塞泵120的排料行程，将图3管路中的检测完成后的溶液排出到样品管中，完成排样。

所述液相生物芯片检测系统还包括废液排出装置，所述废液排出装置包括废液池和废液泵，所述废液池通过管道与废液泵连通。所述控制模块70还用于在排样后，对成像室进行清洗，具体的，控制模块70通过采样驱动装置110驱动采样针管160移动到废液池中，将第二电磁阀140导通、第一电磁阀130关闭，开启柱塞泵120的进料行程，清洗液进入柱塞泵中；进而将第二电磁阀140关闭、第一电磁阀130导通，开启柱塞泵120的排料行程，清洗液流过空腔a后进入到废液池中，此过程可重复多次，完成清洗；最后开启废液泵，将废液池中的废液排出。

由此可知，本实用新型提供的液相生物芯片检测系统，通过对采样针管160的移动和采样、排样管路的设计，使得液相生物芯片检测系统可持续不停的工作，采样、排样和清洗全过程自动化，极大的提高了检测的效率。

进一步的，所述采样排样装置还包括用于放置样本管的试管架180、进样平移台190、第一传送机构191；所述进样平移台190用于固定所述试管架180，所述第一传送机构191用于驱动进样平移台190在X轴方向上移动。由此可知，只需在若干样本管中注入不同的待检测溶液，将样本管放入试管架180中开启所述检测系统即可，非常方便快捷。

状态检测子系统50，用于检测采样排样装置10的采样、排样、清洗状态，检测微球吸附装置磁铁的吸附状态(具体为检测磁铁210是否移动到成像室下方)、滤光片转盘的转动状态。所述状态检测子系统50与控制模块70连接。具体的，所述状态检测子系统50包括：设置在柱塞泵120活塞行程顶端的光耦，设置在采样针管160在Y轴方向的移动轨迹两端的光耦，设置在采样针管160在Z轴方向的移动轨迹两端的光耦，设置在进样平移台190移动轨迹两端的光耦，设置在磁铁210移动轨迹两端的光耦，设置在滤光片转盘的旋转轨迹上的光耦。通过光耦来检测各个装置的执行情况，精确而高效。

进一步的，所述控制模块70包括上位机720和与所述上位机720连接的微控制器710；所述上位机720与成像装置60连接，所述上位机720通过微控制器710控制激光器30、滤光装置40、采样排样装置10和微球吸附装置20；所述微控制器710与激光器30、滤光装置40、采样排样装置10、微球吸附装置20、状态检测子系统50连接，用于将上位机720的控制指令转换成驱动指令驱动上述对应的装置(10、20、30、40、50)工作，并根据状态检测子系统50检测的状态，判断各个装置(10、20、30、40、50)是否执行到位，将结果反馈给上位机720。

所述微控制器710根据进样平移台190移动轨迹两端的光耦的信号，即可判断试管架180是否移动到位；根据采样针管160在Y轴方向的移动轨迹两端的光耦的信号、采样针管160在Z轴方向的移动轨迹两端的光耦的信号，即可判断采样针管160是否移动到对应样品管中；根据柱塞泵120活塞行程顶端的光耦的信号、第一电磁阀和第二电磁阀通电与否，即可判断采样和排样是否执行到位；根据磁铁210移动轨迹两端的光耦的信号，即可判断磁铁210是否移动到位(即移动到成像室下方)；根据设置在滤光片转盘的旋转轨迹上的光耦的信号，即可判断滤光片转盘是否旋转到位。

所述微控制器710优选为嵌入式微控制器，所述微控制器710具体用于，在液相生物芯片检测系统开启后，将各个装置初始化，各个装置复位；接收上位机720发出的控制指令，将控制指令转换成对应装置的驱动指令，驱动对应的装置执行控制指令，根据对应装置中的光耦发出的信号，判断该装置是否执行正确，在执行不正确时，重新驱动对应的装置执行控制指令，在执行正确时，将执行状态标记为执行完成，反馈给上位机720，并接收下一控制指令。

进一步的，所述上位机720还包括计时单元和警报单元，所述计时单元用于对各个装置的执行时间进行计时，判断是否超时。所述警报单元，用于在各个装置执行时间超时时，发出报警信号。

所述上位机720具体用于，接收用户的指令，向微控制器710发出进样指令，通过微控制器710控制第一传送机构191，使装载有试管架180的进样平移台190移动到预定位置；向微控制器710发出采样指令，通过微控制器710控制采样驱动装置110，使采样针管160移动到样品管中，通过微控制器710控制柱塞泵120、第一电磁阀130和第二电磁阀140，使采样针管160吸取样品管中的待检测溶液；计时单元对这一采样过程计时，并判断是否超时，在超时时，警报单元发出报警信号；在采样过程执行完成后，向微控制器710发出吸附指令，通过微控制器710控制第二传送机构将磁铁移动到成像室下方；在吸附指令执行完成后，向微控制器710发出激光指令，通过微控制器710开启激光器30；计时单元对第二传送机构和激光器30的工作计时，并判断是否超时，在超时时，警报单元发出报警信号；在激光指令完成后，向微控制器710发出滤光指令，通过微控制器710控制滤光片转盘转动到对应的滤光片滤光，并开启成像装置60采集待检测溶液的荧光图片；计时单元对滤光片转盘的转动计时，并判断是否超时，在超时时，警报单元发出报警信号；在滤光指令执行完成后，向微控制器710发出排样指令，通过微控制器710控制柱塞泵120、第一电磁阀130和第二电磁阀140，使成像室中的检测完成后的溶液从采样针管160中排出，在排样指令执行完成后，向微控制器710发出清洗指令，通过微控制器710控制柱塞泵120、第一电磁阀130和第二电磁阀140，使液路受到清洗液的清洗；计时单元对排样和清洗计时，并判断是否超时，在超时时，警报单元发出报警信号。

所述上位机720接收用户的一个指令，向微控制器710输出上述多个控制指令，即，用户只需输出一个指令，所述检测系统即可根据预设的步骤进行自动化检测。当然，也可以具有手动模式，即，上位机720接收用户的一个指令，对应输出一个控制指令给微控制器710。所述上位机720可以是电脑，也可以是手机、平板电脑等智能移动终端。

基于上述实施例提供的液相生物芯片检测系统，本实用新型还提供一种荧光分析仪，其包括如上所述的液相生物芯片检测系统。由于所述荧光分析仪的自动化工作过程在上一实施例中详细阐述，在此不作赘述。

基于上述实施例提供的液相生物芯片检测系统，本实用新型还提供一种对应的液相生物芯片检测方法，其采用上述的检测系统，请参阅图4和图5，所述检测方法包括如下步骤：

S10、采样排样装置对待检测溶液进行采样。所述步骤S10具体包括：

S110、上位机向微控制器发出采样指令，通过微控制器控制采样驱动装置，使采样针移动到样品管中，通过微控制器控制柱塞泵、第一电磁阀和第二电磁阀，使采样针吸取样品管中的待检测溶液；

S120、微控制器根据对应光耦的信号，判断采样指令是否执行到位(完成)；在未执行到位时，计时单元对这一采样过程计时，并判断是否超时，在超时时，警报单元发出报警信号。

S20、采样后，微球吸附装置通过磁场将待检测溶液中的磁性荧光微球吸引和固定在成像室空腔的底部。

S30、激光器向所述成像室发射激光，含有磁性荧光微球的待检测溶液在激光的激发下发光。

所述步骤S20和S30具体包括：

S210、在采样过程执行完成后，向微控制器发出吸附指令，通过微控制器控制第二传送机构将磁铁移动到成像室下方；在吸附指令执行完成后，向微控制器发出激光指令，通过微控制器开启激光器；

S220、微控制器根据对应光耦的信号，判断吸附指令和激光指令是否执行到位(完成)；在未执行到位时，计时单元判断第二传送机构和激光器是否工作超时，在超时时，警报单元发出报警信号。

S40、滤光装置对对应频段的光进行过滤，成像装置获取受激光滤光后的荧光图片。所述步骤S40具体包括：

S410、在激光指令完成后，向微控制器发出滤光指令，通过微控制器控制滤光片转盘转动到对应的滤光片滤光，并开启成像装置采集待检测溶液的荧光图片；

S420、微控制器根据对应的光耦信号，判断滤光指令是否执行到位；在未执行到位时，计时单元判断滤光片转盘的转动是否超时，在超时时，警报单元发出报警信号。

S50、采样排样装置进行排样，具体包括如下步骤：

S510、在滤光指令执行完成后，向微控制器发出排样指令，通过微控制器控制柱塞泵、第一电磁阀和第二电磁阀，使成像室中的检测完成后的溶液从采样针中排出，在排样指令执行完成后，向微控制器发出清洗指令，通过微控制器控制柱塞泵、第一电磁阀和第二电磁阀，使液路受到清洗液的清洗；

S520、微控制器根据对应的光耦信号，判断排样指令和清洗指令是否执行到位；在未执行到位时，计时单元判断排样和清洗是否超时，在超时时，警报单元发出报警信号。

由于所述检测方法的结构特点和自动检测原理在上述实施例中已详细阐述，在此不做赘述。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分步骤可以通过程序来指令相关硬件完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘或光盘等。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。