本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、食品衛(wèi)生等檢驗(yàn)檢疫系統(tǒng)，具體地說是一種基于高效液滴微反應(yīng)器的絕對(duì)定量數(shù)字核酸分析系統(tǒng)，主要用于檢測(cè)核酸的分子結(jié)構(gòu)，從而分析生物的屬性，屬于生物、醫(yī)學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

核酸是生物體內(nèi)的高分子化合物。包括脫氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)和核糖核酸(ribonucleic acid，RNA)兩大類。核酸不僅是基本的遺傳物質(zhì)，而且在蛋白質(zhì)的生物合成上也占重要位置，因而在生長(zhǎng)、遺傳、變異等一系列重大生命現(xiàn)象中起決定性的作用。核酸分析技術(shù)的優(yōu)越性在于它的高靈敏度和特異性，通過核酸擴(kuò)增技術(shù)以及雜交技術(shù)對(duì)核酸進(jìn)行檢測(cè)分析，從而可實(shí)現(xiàn)但不限于，細(xì)菌、病毒等微生物檢測(cè)，腫瘤等疾病診斷，產(chǎn)前無損DNA診斷，遺傳疾病的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，以及藥物篩選、精準(zhǔn)醫(yī)療等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用。

核酸分析的前提是核酸擴(kuò)增，即聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(Polymerase Chain Reaction，PCR)，稱PCR擴(kuò)增，在體外通過特定的酶促進(jìn)反應(yīng)，進(jìn)行一段特定DNA或RNA片段擴(kuò)增，從而獲取大量的目標(biāo)DNA片段。核酸分析方法經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段。第一階段就是普通的PCR擴(kuò)增儀，擴(kuò)增后的模板DNA經(jīng)凝膠電泳分析，定性地檢測(cè)目標(biāo)片段的有無，而不能對(duì)起始模板進(jìn)行定量檢測(cè)。第二個(gè)階段，在PCR擴(kuò)增反應(yīng)體系中加入熒光基團(tuán)，利用熒光信號(hào)積累實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)PCR進(jìn)程，最后通過擴(kuò)增產(chǎn)物達(dá)到閾值時(shí)所經(jīng)歷的循環(huán)次數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)曲線來定量起始模板的濃度。實(shí)時(shí)熒光定量PCR采用校準(zhǔn)品和樣品之間的比較來進(jìn)行相對(duì)定量檢測(cè)，校準(zhǔn)品和樣品間由于背景不同而引入偏差，對(duì)于低拷貝數(shù)的靶DNA難以檢測(cè)。同時(shí)DNA提取過程中引入的雜質(zhì)可能對(duì)擴(kuò)增產(chǎn)生抑制作用。第三個(gè)階段代表是美國Bio-Rad公司的QX200液滴式數(shù)字PCR，其特征在于，首先對(duì)樣品進(jìn)行微液滴化處理，將含有核酸分子的反應(yīng)體系分散為成千上萬個(gè)納升級(jí)的液滴，其中每個(gè)微滴不含或含有一個(gè)待檢核酸靶分子，每個(gè)微滴都作為一個(gè)獨(dú)立的PCR反應(yīng)器，經(jīng)PCR擴(kuò)增后，有熒光信號(hào)的液滴為1，沒有熒光信號(hào)的液滴0，最終根據(jù)泊松分布原理以及陽性液滴的比例，分析軟件可計(jì)算給出待檢靶分子的濃度或拷貝數(shù)。液滴式數(shù)字PCR具有極高的擴(kuò)增效率和特異性，檢測(cè)靈敏度可達(dá)到0.001％。通過計(jì)數(shù)分析檢測(cè)結(jié)果，不需要標(biāo)準(zhǔn)曲線，可實(shí)現(xiàn)絕對(duì)定量。QX200液滴式數(shù)字PCR的樣品檢測(cè)需要三個(gè)儀器分三步來完成，首先在液滴產(chǎn)生儀器中產(chǎn)生液滴，用PCR管將液滴收集后轉(zhuǎn)移到PCR擴(kuò)增儀中進(jìn)行擴(kuò)增，擴(kuò)增結(jié)束后再將擴(kuò)增產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)讀取分析儀中進(jìn)行結(jié)果讀取，分析過程繁瑣、復(fù)雜、周期長(zhǎng)，不適合進(jìn)行快速的核酸分析與檢測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種基于高效液滴微反應(yīng)器的絕對(duì)定量數(shù)字核酸分析系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明包括共聚焦熒光圖像采集系統(tǒng)，用于向微流控芯片進(jìn)行熒光激發(fā)，并采集激發(fā)光照區(qū)域中的被測(cè)樣品的圖像；

微流控芯片，放置在溫度循環(huán)加熱系統(tǒng)上；

溫度循環(huán)加熱系統(tǒng)，安裝在電動(dòng)加載平臺(tái)上，用于在控制器的控制下，對(duì)微流控芯片進(jìn)行循環(huán)加熱；

電動(dòng)加載平臺(tái)，用于承載微流控芯片及溫度循環(huán)加熱系統(tǒng)，進(jìn)而帶動(dòng)微流控芯片進(jìn)行水平直線運(yùn)動(dòng)、或垂直直線運(yùn)動(dòng)、或曲線運(yùn)動(dòng)；

自動(dòng)進(jìn)樣裝置，用于樣品注入，實(shí)現(xiàn)微流控芯片上的液滴產(chǎn)生并使產(chǎn)生的液滴進(jìn)入到微反應(yīng)器中；

控制器，連接并控制共聚焦熒光圖像采集系統(tǒng)、溫度循環(huán)加熱系統(tǒng)、電動(dòng)加載平臺(tái)和自動(dòng)進(jìn)樣裝置的工作；

計(jì)算機(jī)，連接控制器，用于將采集到的微流控芯片上的PCR微反應(yīng)器的圖像進(jìn)行濾波、邊緣檢測(cè)、直方圖計(jì)算、確定檢出限、二值化處理、計(jì)算明場(chǎng)下所有液滴數(shù)量、計(jì)算熒光場(chǎng)下液滴數(shù)量、分析計(jì)算絕對(duì)模板數(shù)及樣品濃度；

其中:所述共聚焦熒光圖像采集系統(tǒng)位于微流控芯片的上方，激發(fā)微流控芯片上PCR微反應(yīng)器區(qū)域，并采集光照區(qū)域的圖像，所述共聚焦熒光圖像采集系統(tǒng)包括圖像傳感器、光學(xué)鏡組和濾光片，還包括：

激發(fā)光源，用于在控制器的控制下發(fā)出光源，照射到二向色鏡上；

二向色鏡，用于反射所述激發(fā)光源發(fā)出的光源，使反射光照射到微流控芯片上的任一個(gè)PCR微反應(yīng)器區(qū)域，激發(fā)陽性模板發(fā)出熒光，發(fā)出的熒光經(jīng)所述二向色鏡透射后通過所述濾光片和光學(xué)鏡組至圖像傳感器，實(shí)現(xiàn)成像；

所述自動(dòng)進(jìn)樣裝置包括動(dòng)力源、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及通氣裝置，其中執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接于動(dòng)力源的輸出端，所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行端連接有通氣裝置；所述通氣裝置包括通氣管、常閉電磁閥、三通、負(fù)壓真空泵及真空吸盤，該三通連接于所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行端，一端連接所述真空吸盤，另一端通過通氣管與所述負(fù)壓真空泵相連，第三端通過通氣管與大氣相連，并在與大氣相連的通氣管上設(shè)有所述常閉電磁閥；所述動(dòng)力源、負(fù)壓真空泵及常閉電磁閥分別與所述控制器電連接；

所述微流控芯片包括多個(gè)液滴生成器及多個(gè)PCR微反應(yīng)器，每個(gè)PCR微反應(yīng)器具有各自獨(dú)立的液滴生成器、各自的進(jìn)樣口及油相進(jìn)樣口，多個(gè)所述PCR微反應(yīng)器共用一個(gè)出口，所述出口用于連接自動(dòng)進(jìn)樣裝置，通過所述自動(dòng)進(jìn)樣裝置真空抽氣生成液滴并使其進(jìn)入到各PCR微反應(yīng)器中；每個(gè)所述PCR微反應(yīng)器分別通過通道與出口相連，在每個(gè)所述通道上均設(shè)有對(duì)液體倒流產(chǎn)生緩沖作用的緩沖區(qū)；所述通氣裝置的真空吸盤隨執(zhí)行機(jī)構(gòu)移動(dòng)罩在所述微流控芯片的出口上，通過所述負(fù)壓真空泵將進(jìn)樣口中的樣品抽入到PCR微反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)、檢測(cè)；所述真空吸盤的內(nèi)徑大于微流控芯片的出口的外徑，該真空吸盤落到微流控芯片的出口上時(shí)將所述出口罩住，且不與所述出口接觸，并與微流控芯片密封吸附；

所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)為滑塊導(dǎo)軌執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括垂直導(dǎo)軌、滑塊A、水平導(dǎo)軌、位置傳感器、聯(lián)動(dòng)桿、滑塊B及氣缸B，所述動(dòng)力源為氣缸A，該氣缸A的輸出端連接有滑塊A，所述滑塊A與安裝在氣缸A上的垂直導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，所述水平導(dǎo)軌安裝在滑塊A上，在該水平導(dǎo)軌上設(shè)有氣缸B，所述氣缸B的輸出端連接有與水平導(dǎo)軌滑動(dòng)連接的滑塊B，所述垂直導(dǎo)軌及水平導(dǎo)軌上分別安裝有與控制器電連接的位置傳感器；所述三通通過聯(lián)動(dòng)桿連接于該滑塊B上；

所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)為絲杠絲母執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括絲杠A、絲母A、電機(jī)B、絲母B、絲杠B、位置傳感器及聯(lián)動(dòng)桿，所述動(dòng)力源為電機(jī)A，該電機(jī)A的輸出端連接有絲杠A，所述絲母A與絲杠A螺紋連接，所述電機(jī)B安裝在該絲母A上，輸出端連接有所述絲杠B，所述絲母B螺紋連接于絲杠B上，所述絲杠A及絲杠B上分別安裝有與控制器電連接的位置傳感器；所述三通通過聯(lián)動(dòng)桿連接于該絲母B上；

所述溫度循環(huán)加熱系統(tǒng)的一個(gè)循環(huán)加熱過程包括三個(gè)溫度段：

1)變性階段持續(xù)t₁秒；

2)退火階段持續(xù)t₂秒；

3)延伸階段持續(xù)t₃秒；

或，所述溫度循環(huán)加熱系統(tǒng)僅包括一個(gè)恒溫溫度段；

或，所述溫度循環(huán)加熱系統(tǒng)僅包括兩個(gè)變溫的溫度段；

各階段溫度值和持續(xù)時(shí)間在計(jì)算機(jī)上設(shè)置；

所述電動(dòng)加載平臺(tái)為二維、三維、多維或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)；

所述控制器包括

微處理器，用于控制循環(huán)加熱驅(qū)動(dòng)模塊、電動(dòng)平臺(tái)驅(qū)動(dòng)模塊、光源驅(qū)動(dòng)模塊、真空泵驅(qū)動(dòng)模塊、進(jìn)樣定位驅(qū)動(dòng)模塊和通信模塊；

通信模塊，連接微處理器，用于控制器與計(jì)算機(jī)之間的交互通信；

光源驅(qū)動(dòng)模塊，與微處理器相連，用于連接共聚焦熒光圖像采集系統(tǒng)，并驅(qū)動(dòng)共聚焦熒光圖像采集系統(tǒng)中的激發(fā)光源發(fā)出激發(fā)光；

循環(huán)加熱驅(qū)動(dòng)模塊，與微處理器相連，用于控制溫度循環(huán)加熱系統(tǒng)循環(huán)加熱的各段溫度、控制各溫度段的加熱時(shí)間及循環(huán)次數(shù)；

電動(dòng)平臺(tái)驅(qū)動(dòng)模塊，與微處理器相連，用于控制電動(dòng)加載平臺(tái)在水平、垂直方向上的直線運(yùn)動(dòng)，或沿順時(shí)針或逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)；

真空泵驅(qū)動(dòng)模塊，與微處理器相連，用于控制驅(qū)動(dòng)真空泵動(dòng)作，為自動(dòng)進(jìn)樣裝置產(chǎn)生負(fù)壓驅(qū)動(dòng)；

進(jìn)樣定位驅(qū)動(dòng)模塊，與微處理器相連，用于控制自動(dòng)進(jìn)樣裝置的真空吸盤與微流控芯片的出口對(duì)接，實(shí)現(xiàn)進(jìn)樣。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果為：

相對(duì)于已有的絕對(duì)定量核酸分析系統(tǒng)，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于大大簡(jiǎn)化了絕對(duì)定量核酸分析過程的復(fù)雜性、提高了絕對(duì)定量核酸分析過程的檢測(cè)靈敏度和時(shí)效性，大大降低了絕對(duì)定量核酸分析的樣品使用量，實(shí)現(xiàn)高通量檢測(cè)。本發(fā)明優(yōu)勢(shì)特征在于微液滴的產(chǎn)生、PCR擴(kuò)增反應(yīng)在同一片微流控芯片上完成，該微流控芯片既完成液滴產(chǎn)生功能又完成PCR擴(kuò)增(微反應(yīng)器)功能；在PCR擴(kuò)增之后由專用的圖像采集裝置對(duì)液滴進(jìn)行光學(xué)采樣，之后再由高效計(jì)算軟件進(jìn)行核酸分析。本發(fā)明系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)皮升級(jí)的微量樣品檢測(cè)，檢測(cè)極限低至一個(gè)模板(一個(gè)檢測(cè)分子)。分條闡述如下：

1.反應(yīng)體系在微流控芯片上的微反應(yīng)器內(nèi)完成，樣品極其微量，實(shí)現(xiàn)皮升級(jí)檢測(cè)。

2.快速檢測(cè)。前處理只需粗提，無需培養(yǎng)或增菌過程，全部過程2～5小時(shí)完成。

3.極高的檢測(cè)靈敏度，檢測(cè)極限低至一個(gè)目標(biāo)模板。

4.芯片上實(shí)現(xiàn)微反應(yīng)，容易增加反應(yīng)單元數(shù)量，實(shí)現(xiàn)高通量。

5.可在同一個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)多個(gè)樣品的并行檢測(cè)，大大提高檢測(cè)效率。

6.液滴產(chǎn)生、PCR擴(kuò)增及數(shù)據(jù)檢測(cè)一鍵完成，不需要人工干預(yù)。

7.可實(shí)現(xiàn)智能控制的一鍵式進(jìn)樣、核酸擴(kuò)增及熒光檢測(cè)，具有高效的核酸計(jì)算分析軟件及友好的人機(jī)界面。

8.相對(duì)于現(xiàn)有的正壓、負(fù)壓、電動(dòng)、重力等各種進(jìn)樣方法，本發(fā)明的自動(dòng)進(jìn)樣裝置優(yōu)勢(shì)在于將樣品注入到微流控芯片的進(jìn)樣口后不再需要人工干預(yù)，整個(gè)進(jìn)樣過程由控制器控制一鍵式完成，完全智能化。

9.自動(dòng)進(jìn)樣裝置采用負(fù)壓進(jìn)樣，只要有一個(gè)出口，無論有幾個(gè)進(jìn)樣口，都只需一個(gè)負(fù)壓真空泵即可完成。

10.自動(dòng)進(jìn)樣裝置適應(yīng)性廣，適合各種通道類型的微流控芯片進(jìn)樣。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)構(gòu)成框圖；

圖2為本發(fā)明微流控芯片形式之一(8個(gè)PCR微反應(yīng)器)；

圖3為本發(fā)明微流控芯片形式之二(4個(gè)PCR微反應(yīng)器)；

圖4為系統(tǒng)控制器框圖；

圖5為核酸分析系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖；

圖6為本發(fā)明自動(dòng)進(jìn)樣裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明自動(dòng)進(jìn)樣裝置另一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明自動(dòng)進(jìn)樣裝置中通氣裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：1為圖像傳感器，2為光學(xué)鏡組，3為濾光片，4為二向色鏡，5為激發(fā)光源，6為微流控芯片，601為PCR微反應(yīng)器，602為進(jìn)樣口，603為液滴生成器，604為出口，605為通道，606為緩沖區(qū)，607為油相進(jìn)樣口，7為溫度循環(huán)加熱系統(tǒng)，8為電動(dòng)加載平臺(tái)，9為自動(dòng)進(jìn)樣裝置，10為控制器，11為計(jì)算機(jī)，12為動(dòng)力源，13為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，1301為垂直導(dǎo)軌，1302為水平導(dǎo)軌，1303為滑塊A，1304為位置傳感器，1305為聯(lián)動(dòng)桿，1306為滑塊B，1307為絲杠A，1308為絲母A，1309為電機(jī)B，1310為絲母B，1311為絲杠B，1312為氣缸B，14為通氣裝置，1401為通氣管，1402為常閉電磁閥，1403為三通，1404為負(fù)壓真空泵，1405為真空吸盤。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。

本發(fā)明為可實(shí)現(xiàn)智能控制的一鍵式進(jìn)樣、核酸擴(kuò)增、熒光檢測(cè)核酸分析系統(tǒng)，如圖1所示，包括共聚焦熒光圖像采集系統(tǒng)、微流控芯片6、溫度循環(huán)加熱系統(tǒng)7、電動(dòng)加載平臺(tái)8、自動(dòng)進(jìn)樣裝置9、控制器10及計(jì)算機(jī)11，其中共聚焦熒光圖像采集系統(tǒng)包括圖像傳感器1、光學(xué)鏡組2和激發(fā)光源5，圖像傳感器1包括但不限于CCD相機(jī)、CMOS相機(jī)等圖像采集裝置，光學(xué)鏡組2包括但不限于光學(xué)鏡頭、二向色鏡4、濾光片3等部件，激發(fā)光源5包括但不限于LED光源、激光光源、鹵素?zé)艄庠吹取?/p>

如圖1所示，加完樣品后的微流控芯片6放到電動(dòng)加載平臺(tái)8上，置于電動(dòng)加載平臺(tái)8上的還有溫度循環(huán)加熱系統(tǒng)7，該溫度循環(huán)加熱系統(tǒng)7位于微流控芯片6下方。自動(dòng)進(jìn)樣裝置9經(jīng)控制器10控制對(duì)準(zhǔn)微流控芯片6上的出口，負(fù)壓抽真空產(chǎn)生液滴并使之進(jìn)入到微反應(yīng)器中。啟動(dòng)溫度循環(huán)加熱系統(tǒng)7開始對(duì)PCR微反應(yīng)器進(jìn)行PCR擴(kuò)增，擴(kuò)增結(jié)束后，打開激發(fā)光源5，激發(fā)光經(jīng)二向色鏡4反射后照射在微反應(yīng)器區(qū)域，激發(fā)目標(biāo)模板發(fā)出熒光，所發(fā)出熒光透射過二向色鏡4，經(jīng)濾光片3濾光、光學(xué)鏡組2聚焦后照射到圖像傳感器1上，從而可采集被測(cè)樣品圖像。所采集圖像上傳到計(jì)算機(jī)后，經(jīng)系統(tǒng)分析軟件對(duì)圖像進(jìn)行濾波、邊緣檢測(cè)、直方圖計(jì)算、確定檢出限、二值化處理、計(jì)算明場(chǎng)下所有液滴數(shù)量、計(jì)算熒光場(chǎng)下液滴數(shù)量、分析計(jì)算絕對(duì)模板數(shù)及檢測(cè)樣品濃度等。

微流控芯片6包括多個(gè)液滴生成器603和多個(gè)均勻分布的PCR微反應(yīng)器601，每個(gè)PCR微反應(yīng)器601具有各自獨(dú)立的液滴生成器603、各自的進(jìn)樣口602及油相進(jìn)樣口607，每個(gè)液滴生成器603分別與進(jìn)樣口602及油相進(jìn)樣口607相連通，可同時(shí)檢測(cè)多個(gè)不同的樣品，或同一樣品中的多種不同目標(biāo)模板；所有的液滴生成器可以共用一個(gè)或多個(gè)油相及表面活性劑進(jìn)口，如果采用多個(gè)油相及表面活性劑進(jìn)口，這些進(jìn)口也是相互連通的。每個(gè)PCR微反應(yīng)器601內(nèi)有柱狀凸起或橫亙的攔截壩，將PCR反應(yīng)器601分割成數(shù)萬個(gè)到數(shù)十萬個(gè)小室，用于固定液滴。多個(gè)PCR微反應(yīng)器601共用一個(gè)出口604，出口604用于連接自動(dòng)進(jìn)樣裝置9中的負(fù)壓真空泵，通過自動(dòng)進(jìn)樣裝置9真空抽氣生成液滴并使其進(jìn)入到各PCR微反應(yīng)器601中；每個(gè)PCR微反應(yīng)器601分別通過通道605與出口604相連，在每個(gè)通道605上均設(shè)有緩沖區(qū)606，緩沖區(qū)606為蛇形(但不限于蛇形，包括一段直通道或儲(chǔ)液式圓孔)，當(dāng)負(fù)壓真空泵撤離時(shí)對(duì)液體的倒流產(chǎn)生一個(gè)緩沖作用。本發(fā)明的PCR微反應(yīng)器還兼作為檢測(cè)區(qū)，樣品充滿PCR微反應(yīng)器601后檢測(cè)傳感器即反饋信號(hào)給控制器10，控制器10立即停止負(fù)壓真空泵1404工作，停止進(jìn)樣。

本發(fā)明的PCR微反應(yīng)器可為多個(gè)，如圖2中所示的八個(gè)PCR微反應(yīng)器，或如圖3中所示的四個(gè)PCR微反應(yīng)器，但不限于八個(gè)或四個(gè)。如圖2所示，具有八個(gè)圓形PCR微反應(yīng)器601，采集完成一個(gè)PCR微反應(yīng)器圖像后，圖1中的電動(dòng)加載平臺(tái)8順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)45°角，開始采集第二個(gè)PCR微反應(yīng)器圖像；以此類推，完成全部八個(gè)PCR微反應(yīng)器的圖像采集和處理。另外一種情況，電動(dòng)加載平臺(tái)8可逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)完成PCR微反應(yīng)器圖像的采集。還可以電動(dòng)加載平臺(tái)8順時(shí)針旋轉(zhuǎn)完成一部分PCR微反應(yīng)器圖像采集，然后逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)完成另一部分PCR微反應(yīng)器圖像采集。如圖3所示，具有四個(gè)PCR微反應(yīng)器601，采集完成一個(gè)PCR微反應(yīng)器圖像后，圖1中的電動(dòng)加載平臺(tái)8順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90°角，開始采集第二個(gè)PCR微反應(yīng)器圖像；以此類推，完成全部四個(gè)PCR微反應(yīng)器的圖像采集和處理。另外一種情況，電動(dòng)加載平臺(tái)8可逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)完成PCR微反應(yīng)器圖像的采集。還可以電動(dòng)加載平臺(tái)8順時(shí)針旋轉(zhuǎn)完成一部分PCR微反應(yīng)器圖像采集，然后逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)完成另一部分PCR微反應(yīng)器圖像采集。

另外一種情況，如果微反應(yīng)器非如圖2或圖3所示的環(huán)形排列，而采用縱橫排列，則電動(dòng)加載平臺(tái)8按照平行或垂直方向移動(dòng)，完成所有圖像的采集。

如圖6所示，自動(dòng)取樣裝置9包括動(dòng)力源12、執(zhí)行機(jī)構(gòu)13及通氣裝置14，其中執(zhí)行機(jī)構(gòu)13連接于動(dòng)力源12的輸出端，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行端連接有通氣裝置14。

如圖8所示，通氣裝置14包括通氣管1401、常閉電磁閥1402、三通1403、負(fù)壓真空泵1404及真空吸盤1405，該三通1403的頂部連接于執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行端，一端連接真空吸盤1405，另一端通過通氣管1401與負(fù)壓真空泵1404相連，第三端通過通氣管1401與大氣相連，并在與大氣相連的通氣管1401上設(shè)有常閉電磁閥1402。真空吸盤1405的內(nèi)徑大于微流控芯片6的出口604的外徑，當(dāng)真空吸盤1405落到出口604上的時(shí)候，保證真空吸盤1405將出口604罩住，并且不與出口604接觸，從而避免了交叉污染。本發(fā)明的真空吸盤1405為具有彈性的硅膠材質(zhì)，在真空吸盤1405罩在出口604上時(shí)與微流控芯片6密封吸附，可以起到很好的密封作用，保證足夠的真空度實(shí)現(xiàn)負(fù)壓進(jìn)樣。

如圖6所示，執(zhí)行機(jī)構(gòu)13為滑塊導(dǎo)軌執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括垂直導(dǎo)軌1301、滑塊A1303、水平導(dǎo)軌1302、滑塊B1306、位置傳感器1304、聯(lián)動(dòng)桿1305及氣缸B1312，動(dòng)力源12為氣缸A，該氣缸A的輸出端連接有滑塊A1303，滑塊A1303與安裝在氣缸A上的垂直導(dǎo)軌1301滑動(dòng)連接；水平導(dǎo)軌1302安裝在滑塊A1303上，在該水平導(dǎo)軌1302上設(shè)有氣缸B1312，氣缸B1312的輸出端連接有與水平導(dǎo)軌1302滑動(dòng)連接的滑塊B1306，三通1403的頂部通過聯(lián)動(dòng)桿1305連接于該滑塊B1306上。在垂直導(dǎo)軌1301及水平導(dǎo)軌1302上分別安裝有與控制器10電連接的位置傳感器1304。

本發(fā)明的執(zhí)行機(jī)構(gòu)13不限于導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，也可如圖7所示，執(zhí)行機(jī)構(gòu)13為絲杠絲母執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括絲杠A1307、絲母A1308、電機(jī)B1309、絲母B1310、位置傳感器1304、聯(lián)動(dòng)桿1305及絲杠B1311，動(dòng)力源12為電機(jī)A，該電機(jī)A的輸出端連接有絲杠A1307，絲母A1308與絲杠A1307螺紋連接，電機(jī)B1309安裝在該絲母A1308上，輸出端連接有絲杠B1311，絲母B1310螺紋連接于絲杠B1311上，三通1403的頂部通過聯(lián)動(dòng)桿1305連接于該絲母B1310上。在絲杠A1307及絲杠B1311上分別安裝有與控制器10電連接的位置傳感器1304。

或者，執(zhí)行機(jī)構(gòu)還可以為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)通氣裝置達(dá)到微流控芯片6上的出口604處。

本發(fā)明的動(dòng)力源12、負(fù)壓真空泵1404、常閉電磁閥1402及位置傳感器1304分別與控制器10電連接。

以執(zhí)行機(jī)構(gòu)13為滑塊導(dǎo)軌執(zhí)行機(jī)構(gòu)為例，以嵌入式微處理器為核心的控制器10(本發(fā)明的控制器10為現(xiàn)有技術(shù))控制整個(gè)自動(dòng)進(jìn)樣裝置9。當(dāng)控制器10發(fā)出進(jìn)樣指令后，氣缸A工作，帶動(dòng)滑塊A1303在垂直導(dǎo)軌1301上移動(dòng)，水平導(dǎo)軌1302隨滑塊A1303同步移動(dòng)，水平導(dǎo)軌1302上的氣缸B1312帶動(dòng)滑塊B1306在水平導(dǎo)軌1302上移動(dòng)(可先垂直移動(dòng)后水平移動(dòng)，或者先水平移動(dòng)后垂直移動(dòng))，通過聯(lián)動(dòng)桿1305和通氣裝置14相連，通過控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)13的水平或垂直運(yùn)動(dòng)使通氣裝置14到達(dá)指定位置，位置傳感器1304反饋停止運(yùn)動(dòng)信號(hào)給控制器10，控制器10控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)13停止移動(dòng)，并使通氣裝置14上的真空吸盤1405剛好落在出口604處，并將出口604罩住?？刂破?0啟動(dòng)通氣裝置14中的負(fù)壓真空泵1404工作，在負(fù)壓的作用下，真空吸盤1405緊緊吸住微流控芯片6，并開始抽吸使樣品池603中的樣品從進(jìn)樣口602進(jìn)入到PCR微反應(yīng)器601，并在PCR微反應(yīng)器601的位置進(jìn)行檢測(cè)；當(dāng)樣品全部充滿PCR微反應(yīng)器601，PCR微反應(yīng)器601區(qū)域的檢測(cè)傳感器檢測(cè)進(jìn)樣結(jié)束信號(hào)并反饋給控制器10提示進(jìn)樣完成，控制器10發(fā)出指令停止負(fù)壓真空泵1404工作，并打開通氣裝置14的常閉電磁閥1402使空氣進(jìn)入到三通1403內(nèi)釋放真空吸盤1405，使真空吸盤1405離開微流控芯片6。隨后，控制器10控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)13帶動(dòng)通氣裝置14離開出口604，回到起始位置，完成一次進(jìn)樣過程。

溫度循環(huán)加熱系統(tǒng)7，溫控裝置通過某種熱交換器件，包括但不限于電加熱器件(如半導(dǎo)體制冷片、電阻絲、電鍍膜)、輻射加熱器(如紅外加熱器)、介質(zhì)換熱器(介質(zhì)包括但不限于水、空氣、油、乙二醇、乙醇等載冷劑)等，實(shí)現(xiàn)循環(huán)加熱，一個(gè)溫度循環(huán)過程包括三個(gè)溫度段：1)變性階段持續(xù)t₁秒，2)退火階段持續(xù)t₂秒，3)延伸階段持續(xù)t₃秒，各階段溫度值和持續(xù)時(shí)間可在控制計(jì)算機(jī)軟件或儀器控制面板上設(shè)置。根據(jù)實(shí)際樣品的檢測(cè)要求，溫度控制還可設(shè)置為一個(gè)恒溫溫度段，或只有兩個(gè)變溫的溫度段。

電動(dòng)加載平臺(tái)8，用于承載微流控芯片6和溫度循環(huán)加熱裝置7，可以為二維、三維、多維或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，帶動(dòng)微流控芯片6進(jìn)行水平或垂直直線運(yùn)動(dòng)，或?yàn)槿我馇€運(yùn)動(dòng)，如此可以實(shí)現(xiàn)圖像采集裝置分時(shí)多區(qū)圖像采集。

控制器10是核酸分析系統(tǒng)的核心部件，它控制核酸分析系統(tǒng)按照既定的程序工作。控制器10主要包括微處理器、通信模塊、光源驅(qū)動(dòng)模塊、循環(huán)加熱驅(qū)動(dòng)模塊、電動(dòng)平臺(tái)驅(qū)動(dòng)模塊、真空泵驅(qū)動(dòng)模塊、進(jìn)樣定位驅(qū)動(dòng)模塊，如圖4所示。微處理器是平臺(tái)控制器的核心部件，負(fù)責(zé)外圍接口電路、循環(huán)加熱驅(qū)動(dòng)模塊、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)驅(qū)動(dòng)模塊、光源驅(qū)動(dòng)模塊、真空泵驅(qū)動(dòng)模塊、進(jìn)樣定位驅(qū)動(dòng)模塊、通信模塊的控制與通信工作。通信模塊通過一定媒體介質(zhì)與計(jì)算機(jī)11進(jìn)行交互通信，通信方式包括但不限于有線通信、無線通信、紅外通信等，媒體介質(zhì)包括但不限于空氣、光纖、線纜、電磁波、紅外線等。光源驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)激發(fā)光源5發(fā)出光源，經(jīng)二向色鏡4反射后照射到微流控芯片6的PCR微反應(yīng)器601區(qū)域，激發(fā)陽性模板發(fā)出熒光。負(fù)壓真空泵驅(qū)動(dòng)模塊，控制驅(qū)動(dòng)真空泵動(dòng)作，為自動(dòng)進(jìn)樣裝置產(chǎn)生負(fù)壓驅(qū)動(dòng)。進(jìn)樣定位驅(qū)動(dòng)模塊，精確控制自動(dòng)進(jìn)樣裝置9中的真空吸盤1405與出口604對(duì)接，實(shí)現(xiàn)進(jìn)樣。循環(huán)加熱驅(qū)動(dòng)模塊，精確控制循環(huán)加熱的各段溫度、控制各溫度段的加熱時(shí)間及循環(huán)次數(shù)。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)驅(qū)動(dòng)模塊，精確控制電動(dòng)加載平臺(tái)8在水平、垂直方向上的直線運(yùn)動(dòng)，或沿順時(shí)針或逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

計(jì)算機(jī)11將采集到的液滴圖像進(jìn)行濾波、邊緣檢測(cè)、直方圖計(jì)算、確定檢出限、二值化處理、計(jì)算明場(chǎng)下所有液滴數(shù)量、計(jì)算熒光場(chǎng)下液滴數(shù)量、分析計(jì)算絕對(duì)模板數(shù)及檢測(cè)樣品濃度等。核酸分析系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。