專利名稱：一種生物芯片分析儀及其控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物芯片分析儀器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種全自動(dòng)、多樣本同時(shí)檢
測的生物芯片分析儀及其控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
生物芯片是指在幾平方厘米大小的的硅片、玻璃、凝膠或尼龍膜等固相支持介質(zhì) 上，通過機(jī)器人自動(dòng)打印或光引導(dǎo)化學(xué)合成技術(shù)，制作的高密度生物分子(如寡核苷酸、基 因片段、cDNA片段或多肽、蛋白質(zhì))微陣列，然后與標(biāo)記的樣品分子進(jìn)行雜交，通過檢測雜 交信號的強(qiáng)度及分布對靶分子的序列和數(shù)量進(jìn)行準(zhǔn)確、快速、大信息量的識別、篩選與分析 的一項(xiàng)技術(shù)。目前廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)研究中。生物芯片技術(shù)的發(fā)展，將為基 礎(chǔ)研究的成果更好地服務(wù)于人類健康提供平臺，快捷、價(jià)廉的多種蛋白質(zhì)檢測和分析應(yīng)用 于腫瘤及其它疾病診斷得以實(shí)現(xiàn)。 目前，腫瘤位居各類死因的第一位，我國每年有200萬新發(fā)病例，150萬人死于惡 性腫瘤。早期發(fā)現(xiàn)，早期診斷，早期治療是提高腫瘤患者生存率的關(guān)鍵。腫瘤標(biāo)志物在腫瘤 高危人群的篩查、腫瘤診斷、預(yù)后判斷、轉(zhuǎn)歸及療效評價(jià)等方面具有重要的價(jià)值。腫瘤標(biāo)志 物單指標(biāo)檢測在臨床已應(yīng)用多年，但單項(xiàng)檢測存在特異性不強(qiáng)、檢出率低等不足。多項(xiàng)腫瘤 標(biāo)志物聯(lián)合檢測具有敏感性高、特異性強(qiáng)、適應(yīng)性廣的特點(diǎn)，因此，開發(fā)組合型腫瘤標(biāo)志物 檢測產(chǎn)品和設(shè)備是腫瘤診斷和治療領(lǐng)域非常重要的發(fā)展方向。 目前生物芯片技術(shù)對操作人員要求較高，需要專門的技術(shù)人員去建立并操作。由 于生物芯片是在微小的載體中放置高密度的生物分子微陣列，作為微量分析，采用手工操 作，使用時(shí)檢測條件的不一致對結(jié)果影響很大。在操作過程中，還需要嚴(yán)格防止外界對生物 芯片的污染以及不同生物芯片之間的交叉污染。研發(fā)高精度性、高可靠性以及高效性的全 自動(dòng)的生物芯片分析儀使廣大臨床檢驗(yàn)人員或?qū)嶒?yàn)分析人員擺脫傳統(tǒng)的檢測方式，將是生 物芯片技術(shù)未來發(fā)展，走向臨床的一個(gè)重要的發(fā)展方向。 全球(包括中國在內(nèi))的生物芯片企業(yè)以及相關(guān)行業(yè)正面臨著前所未有的機(jī)遇與 挑戰(zhàn)，幾乎所有國際知名的生物芯片公司都在盡可能地?cái)U(kuò)大自有的產(chǎn)品線，以迎合更多客 戶提出的不同需求。在過去10年間，美國政府和產(chǎn)業(yè)界共投入將近20億美元用于生物芯 片的研究開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化。世界上幾乎所有的跨國制藥公司都投入巨資，利用生物芯片開展 新藥的超高通量篩選和藥理遺傳學(xué)、藥理基因組學(xué)等研究。許多著名的IT、電氣企業(yè)，例如 摩托羅拉、IBM、日立等也參加到生物芯片設(shè)備的研發(fā)行列。 而作為生物芯片檢測分析的重要設(shè)備，針對組合型腫瘤標(biāo)志物檢測的全自動(dòng)生物 芯片分析儀尚存在多項(xiàng)有待突破的技術(shù)難點(diǎn)。 國內(nèi)市場2009年出現(xiàn)的首個(gè)"多腫瘤標(biāo)志物蛋白芯片檢測系統(tǒng)"——HD-2002A 生物芯片工作站，由上海數(shù)康公司研發(fā)完成。該系統(tǒng)是專門針對以硝酸纖維膜為芯片基質(zhì) 的自動(dòng)化分析儀。由于硝酸纖維膜是多層結(jié)構(gòu)，芯片使用時(shí)洗滌難度大，導(dǎo)致芯片檢測的結(jié) 果波動(dòng)大，同時(shí)存在芯片檢測范圍、芯片檢測內(nèi)容的組合等方面的不足，目前臨床上使用并不普遍，難以實(shí)現(xiàn)同時(shí)檢測多樣本。國夕卜，同類產(chǎn)品中有英國randox(朗道)公司提供的Evidence⑧全自動(dòng)的蛋白芯
片分析系統(tǒng)。核心技術(shù)是RAND0X的蛋白芯片，在一塊9mmX9mm的固態(tài)基質(zhì)表面，運(yùn)用了專 利的有機(jī)金屬硅烷化芯片表面處理技術(shù)和納米分配技術(shù)，精確分布25個(gè)分散獨(dú)立測試區(qū) (DTR)，每個(gè)DTR由可與分析物特異結(jié)合的抗體或其他物質(zhì)組成。但該產(chǎn)品存在以下不足 首先，因反應(yīng)過程中需保證抗原抗體的充分結(jié)合，并需要反復(fù)洗滌，反應(yīng)時(shí)間相對較長；其 次，樣本只能批量檢測，不能對單個(gè)樣本隨時(shí)進(jìn)行測定；第三，其日內(nèi)和日間的CV值相對較 大，因此在試劑制備和檢測流程上有待進(jìn)一步改進(jìn)；第四，其專門使用的有機(jī)金屬硅烷化芯 片成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種簡單易行的，能同時(shí)檢測多樣本的全自動(dòng)生物芯
片分析儀，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 —種生物芯片分析儀，包括控制主機(jī)，與控制主機(jī)電連接的顯示器，承載基板；所 述的控制主機(jī)包括主板、設(shè)置于主板的CPU和安裝于主機(jī)的控制板卡，所述的承載基板設(shè) 置有分析樣品反應(yīng)裝置、反應(yīng)液反應(yīng)裝置、發(fā)光液反應(yīng)裝置、第一多自由度機(jī)械手、第二多 自由度機(jī)械手和圖像處理裝置，所述的分析樣品反應(yīng)裝置、反應(yīng)液反應(yīng)裝置、發(fā)光液反應(yīng)裝 置、第一多自由度機(jī)械手、第二多自由度機(jī)械手和圖像處理裝置通過各自的控制模塊與CPU 電連接。 優(yōu)選的方案是還包括設(shè)置于分析樣品反應(yīng)裝置與反應(yīng)液反應(yīng)裝置之間的芯片自 動(dòng)清洗裝置I ;以及反應(yīng)液反應(yīng)裝置與發(fā)光液反應(yīng)裝置之間的芯片自動(dòng)清洗裝置II ;用于 反應(yīng)液反應(yīng)裝置和發(fā)光液反應(yīng)裝置添加試劑的試劑自動(dòng)加注裝置和反應(yīng)杯自動(dòng)清洗裝置， 所述的芯片自動(dòng)清洗裝置、試劑自動(dòng)加注裝置和反應(yīng)杯自動(dòng)清洗裝置通過控制模塊與CPU 電連接。 更為優(yōu)選的方案是所述的分析樣品反應(yīng)裝置、反應(yīng)液反應(yīng)裝置和發(fā)光液反應(yīng)裝 置的控制模塊為運(yùn)動(dòng)控制卡I，所述的第一多自由度機(jī)械手和第二多自由度機(jī)械手的控制 模塊為運(yùn)動(dòng)控制卡II，所述的芯片自動(dòng)清洗裝置、試劑自動(dòng)加注裝置和自動(dòng)清洗裝置的控 制模塊為數(shù)據(jù)采集卡，所述的圖像處理裝置控制模塊為圖像采集卡；還包括用于控制反應(yīng) 液溫度的溫度控制模塊，所述的溫度控制模塊與CPU電連接。 更為優(yōu)選的方案是所述的分析樣品反應(yīng)裝置和反應(yīng)液反應(yīng)裝置為驅(qū)動(dòng)馬達(dá)通過 中軸驅(qū)動(dòng)的反應(yīng)盤，所述的反應(yīng)盤與中軸可拆卸緊固連接，所述的反應(yīng)盤設(shè)有若干用于支 撐反應(yīng)杯的托架。 更為優(yōu)選的方案是所述的反應(yīng)盤與中軸可拆卸緊固連接部位到托架部位的中間 部位設(shè)置有若干鏤空。 更為優(yōu)選的方案是所述的圖像處理裝置為連接COMS鏡頭或者CCD鏡頭的攝像機(jī) 或者照相機(jī)。 本發(fā)明的另一 目的在于提供一種生物芯片分析儀的控制系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)本目的，本 發(fā)明采用如下技術(shù)方案
—種自動(dòng)生物芯片分析控制系統(tǒng)，包括用于樣本定標(biāo)的樣本定標(biāo)裝置；用于錄入 定標(biāo)樣本，質(zhì)控樣本，或待測樣本的樣本錄入裝置；控制定標(biāo)樣本，質(zhì)控樣本，或待測樣本進(jìn) 行反應(yīng)的反應(yīng)控制裝置；用于測取生物芯片圖像信息的圖像采集控制裝置；用于分析生物 芯片圖像信息的圖像信息分析裝置；用于生成定標(biāo)擬合曲線的曲線擬合裝置；用于分析比 較定標(biāo)擬合曲線數(shù)據(jù)與質(zhì)控樣本數(shù)據(jù)的比較器；將比較器的結(jié)果在顯示屏顯示的結(jié)果顯示 裝置；將檢測樣本的結(jié)果數(shù)據(jù)在顯示屏顯示的結(jié)果顯示裝置；用于將檢測樣本數(shù)據(jù)的結(jié)果 打印為紙質(zhì)文檔的結(jié)果打印裝置。 優(yōu)選的方案是所述的反應(yīng)控制裝置包括包括分析樣品反應(yīng)控制裝置；反應(yīng)液反 應(yīng)控制裝置；發(fā)光液反應(yīng)控制裝置；用于控制第一多自由度機(jī)械手在樣品反應(yīng)裝置與反應(yīng) 液反應(yīng)裝置之間運(yùn)動(dòng)的第一機(jī)械手控制裝置；用于控制第二多自由度機(jī)械手在反應(yīng)液反應(yīng) 裝置與發(fā)光液反應(yīng)裝置之間運(yùn)動(dòng)的第二機(jī)械手控制裝置。 更為優(yōu)選的方案是所述的第一機(jī)械手控制裝置包括控制第一多自由度機(jī)械手在 分析樣品反應(yīng)裝置與自動(dòng)清洗裝置I之間運(yùn)動(dòng)的第一機(jī)械手控制裝置I，以及控制第一多 自由度機(jī)械手在自動(dòng)清洗裝置I與反應(yīng)液反應(yīng)裝置之間運(yùn)動(dòng)的第一機(jī)械手控制裝置II。
更為優(yōu)選的方案是所述的第二機(jī)械手控制裝置包括控制第二多自由度機(jī)械手在 反應(yīng)液反應(yīng)裝置與自動(dòng)清洗裝置之間運(yùn)動(dòng)的第二機(jī)械手控制裝置I，以及控制第二多自由 度機(jī)械手在自動(dòng)清洗裝置II與發(fā)光液反應(yīng)裝置之間運(yùn)動(dòng)的第二機(jī)械手控制裝置II。
作為檢測工作介質(zhì)的生物芯片是長方形玻璃基片固相載體，芯片表面分為不同的 離散測試區(qū)域(discrete test regions, DTR)。使用毫微分布技術(shù)，使樣品以精確的預(yù)定 義坐標(biāo)沉淀在生物芯片表面，每個(gè)DTR區(qū)域覆蓋不同的抗體。 產(chǎn)品利用抗原與其相應(yīng)抗體特異性結(jié)合的免疫學(xué)原理，在固相基質(zhì)上結(jié)合多種腫 瘤標(biāo)志物的單克隆抗體，捕捉被檢者血清中的對應(yīng)腫瘤標(biāo)志物，并通過特定的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn) 生光信號，根據(jù)光信號強(qiáng)度對腫瘤標(biāo)志物進(jìn)行定量檢測。生物芯片一次可同時(shí)檢測癌胚抗 原(cEA)、甲胎蛋白(AFP)等16 20種不同的腫瘤標(biāo)志物。 腫瘤標(biāo)志物檢測采用夾心法(sandwich assay)，加入定量的稀釋液(其作用是使 待檢測樣品能均勻擴(kuò)散于芯片表面)，然后加入待檢測血清樣品，溫育一定時(shí)間，使樣品中 的待檢物與芯片表面DTR中的特異性抗體結(jié)合，洗滌一定次數(shù)后，加入定量的酶標(biāo)檢測抗 體試劑(共軛試劑，使用辣根過氧化物酶(HRP)標(biāo)記)，溫育一定時(shí)間，使酶標(biāo)檢測抗體和已 與DTR特異性抗體結(jié)合的待檢物結(jié)合，形成抗體一抗原一抗體復(fù)合物，洗滌若干次，加入定 量的信號試劑，產(chǎn)生熒光信號。使用CCD照相機(jī)拍攝，計(jì)算機(jī)對采集的光學(xué)信號進(jìn)行處理， 最后換算成實(shí)際數(shù)值，打印出檢測結(jié)果。從而實(shí)現(xiàn)生物標(biāo)記物的特異性和多參數(shù)同時(shí)測定。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果 本發(fā)明所述的生物芯片分析儀，采用一體化工作站的形式，綜合利用運(yùn)動(dòng)控制技 術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、圖像處理技術(shù)等，通過計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一控制，實(shí)現(xiàn)對樣品處理過程 全自動(dòng)化。利用生物芯片上的生物反應(yīng)介質(zhì)依次與血清中的特定有效成份(如酶、蛋白等 等)、反應(yīng)液、發(fā)光液反應(yīng)，在暗室中芯片上的反應(yīng)點(diǎn)區(qū)域產(chǎn)生微弱的熒光。通過對熒光圖像 進(jìn)行處理，分析圖片中反應(yīng)點(diǎn)發(fā)光范圍、灰度等信息，對特定有效成份的含量進(jìn)行確定。本 發(fā)明采用特殊的玻片為芯片基質(zhì)，夾心法(sandwich assay)對特定腫瘤標(biāo)定物進(jìn)行檢測， 集成多種腫瘤標(biāo)志物的單克隆抗體，經(jīng)一次血清檢測，即可定量檢測出近20種腫瘤標(biāo)志物的濃度，檢測CV < 10%，并且指標(biāo)之間無干擾，特異性好。


圖1為本發(fā)明所述的生物芯片分析儀結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的軟件控制流程圖；
圖3為本發(fā)明的電氣控制流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明 如圖1所示，一種生物芯片分析儀，包括控制主機(jī)，與控制主機(jī)電連接的顯示器， 承載基板；所述的控制主機(jī)包括主板和設(shè)置于主板的CPU，所述的承載基板設(shè)置有血清反 應(yīng)盤1、反應(yīng)液反應(yīng)盤2、發(fā)光液反應(yīng)盤3、第一多自由度機(jī)械手(Rl機(jī)械臂)51、第二多自 由度機(jī)械手(R2機(jī)械臂)52和CCD圖像采集裝置及暗室4，血清反應(yīng)盤1、反應(yīng)液反應(yīng)盤2、 發(fā)光液反應(yīng)盤3、 Rl機(jī)械臂51、 R2機(jī)械臂52和CCD圖像采集裝置及暗室4通過各自的控 制模塊與CPU電連接。同時(shí)，本實(shí)施例還包括設(shè)置于血清反應(yīng)盤1與反應(yīng)液反應(yīng)盤2之間 的芯片自動(dòng)清洗裝置171，以及反應(yīng)液反應(yīng)盤2與發(fā)光液反應(yīng)盤之間的芯片自動(dòng)清洗裝置 1172 ;用于反應(yīng)液反應(yīng)裝置和發(fā)光液反應(yīng)裝置添加試劑的試劑自動(dòng)加注裝置和反應(yīng)杯自動(dòng) 清洗裝置，所述的芯片自動(dòng)清洗裝置、試劑自動(dòng)加注裝置和自動(dòng)清洗裝置通過控制模塊與 CPU電連接。 血清反應(yīng)盤1、反應(yīng)液反應(yīng)盤2、發(fā)光液反應(yīng)盤3的控制模塊為運(yùn)動(dòng)控制卡I， Rl 機(jī)械臂和R2機(jī)械臂的控制模塊為運(yùn)動(dòng)控制卡II，所述的芯片自動(dòng)清洗裝置、試劑自動(dòng)加注 裝置和自動(dòng)清洗裝置的控制模塊為數(shù)據(jù)采集卡，所述的圖像處理裝置控制模塊為圖像采集 卡；還包括用于控制反應(yīng)液溫度的溫度控制模塊，所述的溫度控制模塊與CPU電連接。
血清反應(yīng)盤1和反應(yīng)液反應(yīng)盤2為驅(qū)動(dòng)馬達(dá)通過中軸驅(qū)動(dòng)的反應(yīng)盤，所述的反 應(yīng)盤與中軸可拆卸緊固連接，所述的反應(yīng)盤設(shè)有若干用于支撐反應(yīng)杯的托架，通常設(shè)置為 45 90個(gè)，本實(shí)施例優(yōu)選為60個(gè)；反應(yīng)盤與中軸可拆卸緊固連接部位到托架部位的中間
部位設(shè)置有若干鏤空。發(fā)光液反應(yīng)盤設(shè)有io個(gè)托架，托架上放置反應(yīng)杯，玻片基質(zhì)的生物
芯片放置在反應(yīng)杯內(nèi)，各種反應(yīng)液和發(fā)光液自動(dòng)加注到反應(yīng)杯中，抗原-抗體反應(yīng)在芯片 表面完成，兩臺機(jī)械手完成芯片在各反應(yīng)盤和發(fā)光盤之間的相關(guān)位置進(jìn)行清洗、吹干和處 理，產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，利用電荷耦合器件(CCD)照相機(jī)測量光強(qiáng)度，并使用成像技術(shù)測定 生物芯片表面反應(yīng)點(diǎn)位置光的輸出量。各工作區(qū)域之間生物芯片的移動(dòng)取放、反應(yīng)杯廢棄 處理通過Rl機(jī)械臂和R2機(jī)械臂自動(dòng)完成。 血清反應(yīng)盤、反應(yīng)液反應(yīng)盤和發(fā)光液反應(yīng)盤主要用于承載反應(yīng)杯，并在正確的時(shí) 間將反應(yīng)杯運(yùn)動(dòng)到芯片放入，反應(yīng)液加注，反應(yīng)杯清洗，芯片取出等各個(gè)工作位置，對反應(yīng) 杯進(jìn)行對應(yīng)的操作。在反應(yīng)杯放置區(qū)域有加熱環(huán)，對反應(yīng)杯進(jìn)行加熱。反應(yīng)盤直接聯(lián)接在機(jī) 架的承重主板上，處于一個(gè)相對封閉的環(huán)境，使溫度相對穩(wěn)定，并通過溫度控制模塊調(diào)節(jié)作 用，保證所有的反應(yīng)過程中芯片及反應(yīng)液的溫度都在規(guī)定的溫度區(qū)域內(nèi)。反應(yīng)盤的分度動(dòng) 作通過交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)高精度高減速比諧波減速器實(shí)現(xiàn)，以保證反應(yīng)杯位置的準(zhǔn)確性。
Rl機(jī)械臂和R2機(jī)械臂用于芯片的傳送和廢棄物的丟棄，并在芯片清洗過程夾持著芯片進(jìn)行清洗，R1機(jī)械臂、R2機(jī)械臂結(jié)構(gòu)類型為二自由度機(jī)械手。Rl機(jī)械臂直接聯(lián)接在 機(jī)架的承重主板上，位于血清反應(yīng)盤和反應(yīng)液反應(yīng)盤之間；R1機(jī)械臂直接聯(lián)接在機(jī)架的承 重主板上，位于發(fā)光液反應(yīng)盤和反應(yīng)液反應(yīng)盤之間主關(guān)節(jié)為旋轉(zhuǎn)軸，從關(guān)節(jié)為升降軸，兩個(gè) 關(guān)節(jié)均采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)同步帶及同步輪的方式實(shí)現(xiàn)預(yù)定動(dòng)作。機(jī)械臂的末端為一個(gè)氣動(dòng) 夾爪，用于實(shí)現(xiàn)夾取和松放兩個(gè)動(dòng)作。 芯片清洗裝置用于反應(yīng)過程結(jié)束后，對生物芯片上的殘留反應(yīng)物質(zhì)進(jìn)行清洗，以 免影響下一步反應(yīng)過程的反應(yīng)效果。芯片清洗裝置直接聯(lián)接在機(jī)架的承重主板上，位于血 清反應(yīng)盤和發(fā)光液反應(yīng)盤附近。每組清洗針各有上下兩排針管，清洗劑通過膜片泵的加注 從下排針管沖出，壓縮空氣通過上排針管對清洗后的生物芯片進(jìn)行吹氣，以清除芯片表面 的清洗液。 反應(yīng)液加注單元和發(fā)光液加注單元用于反應(yīng)液和發(fā)光液的精密加注。反應(yīng)液加注 單元和發(fā)光液加注單元直接聯(lián)接在機(jī)架的承重主板上位于血清反應(yīng)盤或發(fā)光液反應(yīng)盤附 近，其結(jié)構(gòu)類型為單自由度機(jī)械手，驅(qū)動(dòng)裝置為氣缸；單元末端裝有一個(gè)加注針頭，加注時(shí) 加注針頭伸入反應(yīng)杯中，由一個(gè)精密計(jì)量膜片泵實(shí)現(xiàn)反應(yīng)試劑的微量精密加注，加注量精 度要求±5%。 反應(yīng)杯清洗裝置主要用于反應(yīng)過程結(jié)束后，對反應(yīng)杯中的殘留反應(yīng)物質(zhì)進(jìn)行清 洗，以免影響下一次反應(yīng)過程的反應(yīng)效果。反應(yīng)杯清洗單元直接聯(lián)接在機(jī)架的承重主板上， 位于反應(yīng)液反應(yīng)盤和發(fā)光液反應(yīng)盤附近，其結(jié)構(gòu)類型為單自由度機(jī)械手，驅(qū)動(dòng)裝置為氣缸； 單元末端裝有一個(gè)清洗針頭，加注時(shí)加注針頭伸入反應(yīng)杯中，每個(gè)清洗針頭上有兩個(gè)針管， 一個(gè)針管用于清洗劑的加注，由一個(gè)精密計(jì)量膜片泵實(shí)現(xiàn)清洗劑的微量精密加注；另一個(gè) 用于廢液的吸取，由一個(gè)膜片泵在管道內(nèi)產(chǎn)生真空，實(shí)現(xiàn)吸取廢液功能。 本實(shí)施例還設(shè)置有操作臺、反應(yīng)杯廢棄區(qū)和芯片廢棄區(qū)，反應(yīng)杯廢棄區(qū)和芯片廢 棄區(qū)用于反應(yīng)過程結(jié)束后對一次性廢棄物的收集。反應(yīng)杯廢棄區(qū)和芯片廢棄區(qū)包括固定于 承重主板上的管道和放置于焊接機(jī)架內(nèi)部的廢料盒，機(jī)械手臂從反應(yīng)盤上夾取了一次性廢 棄物后，移動(dòng)到廢棄區(qū)上方，松開夾爪， 一次性廢棄物通過管道，掉入廢料盒中。 由于反應(yīng)液與發(fā)光液需要在4-8t:條件下保存，本實(shí)施例專門在操作臺上設(shè)置有
小型冰箱8，用于保存反應(yīng)液和發(fā)光液。同時(shí)，通過智能溫度控制模塊可以達(dá)到士o.5t:的
溫度控制精度。所有的反應(yīng)過程都要求在30-37t:條件下進(jìn)行，溫度控制精度±0. 5°C。 發(fā)光液反應(yīng)過程中，進(jìn)行兩次連續(xù)拍攝，曝光時(shí)間分別為10s、30s。通過對生物芯
片上的熒光進(jìn)行自動(dòng)拍攝，自動(dòng)定位熒光圖片中反應(yīng)點(diǎn)微陣列位置，分析反應(yīng)點(diǎn)的發(fā)光區(qū)
域的面積及灰度等圖像信息。 本實(shí)施例的軟件控制流程如圖2所示 包括1)開始步驟； 2)執(zhí)行樣本定標(biāo)流程，獲取定標(biāo)樣本數(shù)據(jù)；
3)執(zhí)行控制流程，控制定標(biāo)樣本進(jìn)行反應(yīng)；
4)執(zhí)行圖像處理流程，測取生物芯片圖像信息；
5)執(zhí)行生成曲線擬合流程，構(gòu)成反應(yīng)曲線擬合模型；
6)執(zhí)行錄入流程，獲取質(zhì)控樣本數(shù)據(jù)；
7)執(zhí)行控制流程，控制質(zhì)控樣本進(jìn)行反應(yīng)；
8)執(zhí)行控制分析流程，判斷質(zhì)控結(jié)果；
9)執(zhí)行錄入流程，獲取檢測樣本數(shù)據(jù)；
10)執(zhí)行控制流程，控制檢測樣本進(jìn)行反應(yīng)；
11)執(zhí)行圖像處理流程，測取檢測樣本光學(xué)信息；
12)執(zhí)行樣本分析計(jì)算流程，建立檢測樣本結(jié)果集。 本實(shí)施例的電氣工作原理如圖3所示，通過電氣控制系統(tǒng)和控制軟件，完成對本 實(shí)施例的各個(gè)模塊單元之間動(dòng)作的控制。 本實(shí)施例所述的生物芯片分析儀可應(yīng)用于多項(xiàng)腫瘤標(biāo)志物的定量檢測。
作為檢測工作介質(zhì)的生物芯片是長方形玻璃基片固相載體，芯片表面分為不同的 離散測試區(qū)域(discrete test regions, DTR)。使用毫微分布技術(shù)，使樣品以精確的預(yù)定 義坐標(biāo)沉淀在生物芯片表面，每個(gè)DTR區(qū)域覆蓋不同的抗體。 利用抗原與其相應(yīng)抗體特異性結(jié)合的免疫學(xué)原理，在固相基質(zhì)上結(jié)合多種腫瘤 標(biāo)志物的單克隆抗體，捕捉被檢者血清中的對應(yīng)腫瘤標(biāo)志物，并通過特定的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生 光信號，根據(jù)光信號強(qiáng)度對腫瘤標(biāo)志物進(jìn)行定量檢測。生物芯片一次可同時(shí)檢測癌胚抗原 (cEA)、甲胎蛋白(AFP)等16種不同的腫瘤標(biāo)志物。 腫瘤標(biāo)志物檢測采用夾心法(sandwich assay)，加入定量的稀釋液(其作用是使 待檢測樣品能均勻擴(kuò)散于芯片表面)，然后加入待檢測血清樣品，溫育10min 2h時(shí)間，使 樣品中的待檢物與芯片表面DTR中的特異性抗體結(jié)合，洗滌3 5次后，加入定量的酶標(biāo)檢 測抗體試劑(共軛試劑，使用辣根過氧化物酶(HRP)標(biāo)記)，溫育10min 2h，使酶標(biāo)檢測抗 體和已與DTR特異性抗體結(jié)合的待檢物結(jié)合，形成抗體一抗原一抗體復(fù)合物，洗滌若干次， 加入定量的信號試劑，產(chǎn)生熒光信號。使用CCD照相機(jī)拍攝，計(jì)算機(jī)對采集的光學(xué)信號進(jìn)行 -理，最后換算成實(shí)際數(shù)值，打印出檢測結(jié)果。從而實(shí)現(xiàn)生物標(biāo)記物的特異性和多參數(shù)同時(shí) 本實(shí)施例分為血清反應(yīng)盤、反應(yīng)液反應(yīng)盤和發(fā)光液反應(yīng)盤，血清反應(yīng)盤和反應(yīng)液 反應(yīng)盤分別設(shè)有60個(gè)托架、發(fā)光液反應(yīng)盤設(shè)有10個(gè)托架，托架上放置反應(yīng)杯，玻片基質(zhì)的 生物芯片放置在反應(yīng)杯內(nèi)，各種反應(yīng)液和發(fā)光液自動(dòng)加注到反應(yīng)杯中，抗原-抗體反應(yīng)在 芯片表面完成，兩臺機(jī)械手完成芯片在各反應(yīng)盤和發(fā)光盤之間的相關(guān)位置進(jìn)行清洗、烘干 和處理，產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，利用電荷耦合器件(CCD)照相機(jī)測量光強(qiáng)度，并使用成像技術(shù) 測定生物芯片表面反應(yīng)位置光的輸出量。 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定 本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在 不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于發(fā)明的保 護(hù)范圍。
9
權(quán)利要求
一種生物芯片分析儀，包括控制主機(jī)，與控制主機(jī)電連接的顯示器，承載基板，其特征是所述的控制主機(jī)包括主板、設(shè)置于主板的CPU和安裝于主機(jī)的控制板卡，所述的承載基板設(shè)置有分析樣品反應(yīng)裝置、反應(yīng)液反應(yīng)裝置、發(fā)光液反應(yīng)裝置、第一多自由度機(jī)械手、第二多自由度機(jī)械手和圖像處理裝置，所述的分析樣品反應(yīng)裝置、反應(yīng)液反應(yīng)裝置、發(fā)光液反應(yīng)裝置、第一多自由度機(jī)械手、第二多自由度機(jī)械手和圖像處理裝置通過各自的控制模塊與CPU電連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的生物芯片分析儀，其特征是還包括設(shè)置于分析樣品反應(yīng)裝置 與反應(yīng)液反應(yīng)裝置之間的芯片自動(dòng)清洗裝置I ;以及反應(yīng)液反應(yīng)裝置與發(fā)光液反應(yīng)裝置之 間的芯片自動(dòng)清洗裝置II ;以及反應(yīng)液反應(yīng)裝置與發(fā)光液反應(yīng)裝置之間的芯片自動(dòng)清洗 裝置；用于反應(yīng)液反應(yīng)裝置和發(fā)光液反應(yīng)裝置添加試劑的試劑自動(dòng)加注裝置和反應(yīng)杯自動(dòng) 清洗裝置，所述的芯片自動(dòng)清洗裝置、試劑自動(dòng)加注裝置和反應(yīng)杯自動(dòng)清洗裝置通過控制 模塊與CPU電連接。
3. 如權(quán)利要求l所述的生物芯片分析儀，其特征是所述的分析樣品反應(yīng)裝置、反應(yīng)液 反應(yīng)裝置和發(fā)光液反應(yīng)裝置的控制模塊為運(yùn)動(dòng)控制卡I，所述的第一多自由度機(jī)械手和第 二多自由度機(jī)械手的控制模塊為運(yùn)動(dòng)控制卡II，所述的芯片自動(dòng)清洗裝置、試劑自動(dòng)加注 裝置和自動(dòng)清洗裝置的控制模塊為數(shù)據(jù)采集卡，所述的圖像處理裝置控制模塊為圖像采集 卡；還包括用于控制反應(yīng)區(qū)溫度的溫度控制模塊，所述的溫度控制模塊與CPU電連接。
4. 如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的生物芯片分析儀，其特征是所述的分析樣品反應(yīng)裝 置和反應(yīng)液反應(yīng)裝置為驅(qū)動(dòng)馬達(dá)通過中軸驅(qū)動(dòng)的反應(yīng)盤，所述的反應(yīng)盤與中軸可拆卸緊固 連接，所述的反應(yīng)盤設(shè)有若干用于支撐反應(yīng)杯的托架。
5. 如權(quán)利要求4所述的生物芯片分析儀，其特征是所述的反應(yīng)盤與中軸可拆卸緊固 連接部位到托架部位的中間部位設(shè)置有若干鏤空。
6. 如權(quán)利要求5所述的生物芯片分析儀，其特征是所述的圖像處理裝置為連接C0MS 鏡頭或者CCD鏡頭的攝像機(jī)或者照相機(jī)。
7. —種自動(dòng)生物芯片分析控制系統(tǒng)，其特征是包括用于樣本定標(biāo)的樣本定標(biāo)裝置； 用于錄入定標(biāo)樣本，質(zhì)控樣本，或待測樣本的樣本錄入裝置；控制定標(biāo)樣本，質(zhì)控樣本，或待 測樣本進(jìn)行反應(yīng)的反應(yīng)控制裝置；用于測取生物芯片圖像信息的圖像采集控制裝置；用于 分析生物芯片圖像信息的圖像信息分析裝置；用于生成定標(biāo)擬合曲線的曲線擬合裝置；用 于分析比較定標(biāo)擬合曲線數(shù)據(jù)與質(zhì)控樣本數(shù)據(jù)的比較器；將比較器的結(jié)果在顯示屏顯示的 結(jié)果顯示裝置；將檢測樣本的結(jié)果數(shù)據(jù)在顯示屏顯示的結(jié)果顯示裝置；用于將檢測樣本數(shù) 據(jù)的結(jié)果打印為紙質(zhì)文檔的結(jié)果打印裝置。
8. —種自動(dòng)生物芯片分析控制系統(tǒng)，其特征是所述的反應(yīng)控制裝置包括分析樣品反 應(yīng)控制裝置；反應(yīng)液反應(yīng)控制裝置；發(fā)光液反應(yīng)控制裝置；用于控制第一多自由度機(jī)械手 在樣品反應(yīng)裝置與反應(yīng)液反應(yīng)裝置之間運(yùn)動(dòng)的第一機(jī)械手控制裝置；用于控制第二多自由 度機(jī)械手在反應(yīng)液反應(yīng)裝置與發(fā)光液反應(yīng)裝置之間運(yùn)動(dòng)的第二機(jī)械手控制裝置。
9. 如權(quán)利要求7所述的自動(dòng)生物芯片分析控制系統(tǒng)，其特征是所述的第一機(jī)械手控 制裝置包括控制第一多自由度機(jī)械手在分析樣品反應(yīng)裝置與自動(dòng)清洗裝置I之間運(yùn)動(dòng)的 第一機(jī)械手控制裝置I，以及控制第一多自由度機(jī)械手在自動(dòng)清洗裝置I與反應(yīng)液反應(yīng)裝 置之間運(yùn)動(dòng)的第一機(jī)械手控制裝置II。
10.如權(quán)利要求7或者8所述的自動(dòng)生物芯片分析控制系統(tǒng)，其特征是所述的第二機(jī)械手控制裝置包括控制第二多自由度機(jī)械手在反應(yīng)液反應(yīng)裝置與自動(dòng)清洗裝置II之間運(yùn) 動(dòng)的第二機(jī)械手控制裝置I，以及控制第二多自由度機(jī)械手在自動(dòng)清洗裝置II與發(fā)光液反 應(yīng)裝置之間運(yùn)動(dòng)的第二機(jī)械手控制裝置II。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生物芯片分析儀，包括控制主機(jī)，與控制主機(jī)電連接的顯示器，承載基板；所述的控制主機(jī)包括主板、設(shè)置于主板的CPU和安裝于主機(jī)的控制板卡，所述的承載基板設(shè)置有分析樣品反應(yīng)裝置、反應(yīng)液反應(yīng)裝置、發(fā)光液反應(yīng)裝置、第一多自由度機(jī)械手、第二多自由度機(jī)械手和圖像處理裝置，所述的分析樣品、反應(yīng)液和發(fā)光液反應(yīng)裝置、第一多自由度機(jī)械手、第二多自由度機(jī)械手和圖像處理裝置通過各自的控制模塊與CPU電連接。本發(fā)明還公開了一種生物芯片分析儀控制系統(tǒng)。本發(fā)明所述的生物芯片分析儀，采用一體化工作站形式，綜合利用運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、圖像處理技術(shù)等，通過計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一控制，實(shí)現(xiàn)對樣品處理過程全自動(dòng)化。
文檔編號G01N33/543GK101696971SQ200910110789
公開日2010年4月21日 申請日期2009年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月19日
發(fā)明者吳堂明, 施啟堯, 蔣仕龍, 黃平, 龍騰宇 申請人:深港產(chǎn)學(xué)研基地;江蘇三聯(lián)生物工程有限公司;