升降機構(gòu)及具備該升降機構(gòu)的生物芯片檢測裝置的制造方法
【專利說明】升降機構(gòu)及具備該升降機構(gòu)的生物芯片檢測裝置
[0001]本申請是申請?zhí)枮?01410237647.6、申請日為2014年5月31日、發(fā)明名稱為“溫控單元及具備該溫控單元的生物芯片檢測裝置”的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于生物檢測領(lǐng)域，具體地，涉及一種適用于生物芯片檢測裝置的溫控單元及具備該溫控單元的生物芯片檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]生物芯片(b1chip)，又稱蛋白芯片或基因芯片，是將大量探針分子固定于支持物上后與帶熒光標(biāo)記的DNA或其他樣品分子(例如蛋白，因子或小分子)進行雜交，通過檢測每個探針分子的雜交信號強度進而獲取樣品分子的數(shù)量和序列信息。生物芯片是根據(jù)生物分子間特異相互作用的原理，將生化分析過程集成于芯片表面，從而實現(xiàn)對DNA、RNA、多肽、蛋白質(zhì)以及其他生物成分的高通量快速檢測。
[0004]隨著生物芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，在早期的微陣列芯片的基礎(chǔ)上，又研發(fā)出了微流控芯片。所謂微流控芯片技術(shù)(microfluidics)是把生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)分析過程的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測等基本操作單元集成到一塊芯片上，自動完成分析全過程。微流控芯片可以包括各種微觀尺度的結(jié)構(gòu)，例如微流道、微閥、微泵等，可使流體在芯片上的各個位置之間來回流動，或用于與流體試劑反應(yīng)。由于微流控芯片在生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的巨大潛力，已經(jīng)發(fā)展成為一個生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、流體、電子、材料、機械等學(xué)科交叉的嶄新研究領(lǐng)域。
[0005]另外，聚合酶鏈式反應(yīng)(polymerase chain react1n, PCR)技術(shù)是一種擴增DNA的常用技術(shù)，是微量/痕量級生物分子檢測必不可少的手段。PCR技術(shù)是利用DNA在體外攝氏95°C左右高溫時變性會變成單鏈，低溫(經(jīng)常是60°C左右)時引物與單鏈按堿基互補配對的原則結(jié)合，再調(diào)溫度至DNA聚合酶最適反應(yīng)溫度(72°C左右)，DNA聚合酶沿著磷酸到五碳糖(5，-3’ )的方向合成互補鏈。
[0006]g卩、PCR是在特定的溫度下進行變性、退火和延伸的三溫循環(huán)過程，每完成一次溫度循環(huán)，DNA分量的數(shù)量翻一番，即以2n的形式遞增。通常，經(jīng)過20-30次溫度循環(huán)，DNA將被擴增至百萬倍。PCR反應(yīng)的關(guān)鍵是重復(fù)和控制循環(huán)溫度，由此可以實現(xiàn)DNA片段的放大擴增，目前已在科研和醫(yī)學(xué)檢測領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
[0007]結(jié)合了上述微流控芯片及PCR技術(shù)優(yōu)點的PCR微流控生物芯片是近年來生物檢測領(lǐng)域的一大重要發(fā)展方向，在使用PCR微流控生物芯片進行檢測時，需要對生物芯片進行升溫/降溫控制。在現(xiàn)有技術(shù)中，也已研發(fā)出了各種適用于PCR微流控生物芯片的生物芯片檢測裝置。
[0008]在此類PCR微流控生物芯片上，通常設(shè)有多個進/出液口和用于容納反應(yīng)物的多個反應(yīng)槽，在該生物芯片上還形成有可連接進/出液口與反應(yīng)槽的多個微流道。在使用生物芯片檢測裝置進行檢測時，待測樣品(例如PCR反應(yīng)混合物)通過設(shè)于生物芯片上的進液口流入，并通過適當(dāng)?shù)臍鈩涌刂剖乖摯郎y樣品流經(jīng)相應(yīng)的微流道后流入至反應(yīng)槽。通過對反應(yīng)槽進行循環(huán)的升溫/降溫控制，可以使反應(yīng)槽內(nèi)的待測樣品實現(xiàn)擴增循環(huán)，在η次循環(huán)后可使該待測樣品的DNA量以2η的形式擴增。最后對擴增后的待測樣品進行熒光檢測。例如可通過激光源照射發(fā)出熒光，由光敏元件采集并經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后可輸出熒光值的電信號。在上述生物芯片中，多個反應(yīng)槽例如可以是分別用于待測樣品的樣品反應(yīng)槽、和/或用于對照組的對比反應(yīng)槽。在使用中，需要對多個反應(yīng)槽同時進行升溫/降溫控制。
[0009]目前，在對PCR進行溫控的技術(shù)中，已有將熱電制冷器(thermoelectric cooler,TEC)應(yīng)用于PCR溫控中的技術(shù)。例如，在上述生物芯片檢測裝置中，可使用以TEC作為加熱/制冷部件的溫控單元對生物芯片上的多個反應(yīng)槽同時進行升溫/降溫。通過改變流入TEC的電流方向可使其冷端、熱端互換，且通過調(diào)節(jié)電流大小則可控制其產(chǎn)冷量和放熱量，由此可通過TEC有效地實現(xiàn)PCR溫控。
[0010]具體地，將上述溫控單元設(shè)置于載置有生物芯片的支持架下方，在進行升溫時，將TEC作為熱源，通過TEC使與該支持架的下表面接觸的例如由金屬塊構(gòu)成的加熱元件升溫，通過支持架的導(dǎo)熱進而可對生物芯片進行加熱，由此可實現(xiàn)PCR升溫過程。而在進行降溫時，可改變TEC的電流方向以將該TEC作為冷卻源，通過TEC使上述加熱元件降溫，進而對生物芯片進行降溫。通過對生物芯片進行循環(huán)的升溫/降溫控制，從而可使容納于該生物芯片的各反應(yīng)槽中的反應(yīng)物實現(xiàn)放大擴增。
[0011]此外，在使用上述生物芯片檢測裝置進行檢測時，往往還需要對生物芯片進行沖刷以洗去雜質(zhì)。通常需要在待測樣品中加入生物磁珠，生物磁珠可以與待測樣品中所需的待測物質(zhì)相吸附而結(jié)合。因而，在上述加熱元件中還需加入磁鐵，該磁鐵可隔著生物芯片的基板與反應(yīng)槽中的生物磁珠相吸附，從而可使與該生物磁珠相結(jié)合的所需待測物質(zhì)與雜質(zhì)分離，雜質(zhì)可通過廢液口從生物芯片中排出。而為了在加熱元件中設(shè)置該磁鐵，在現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用的手段是在加熱元件上的與各反應(yīng)槽在垂直方向上均部分重疊的位置處開槽以放置磁鐵。
[0012]但是，由于在加熱元件上的與各反應(yīng)槽部分重疊的位置處開槽，因而在該位置處由于開槽而導(dǎo)致加熱元件的缺失，由此會影響對各反應(yīng)槽的加熱速率及均勻性，從而不能得到理想的加熱效果。尤其是對于具有包含用于待測樣品的樣品反應(yīng)槽及用于對照組的對比反應(yīng)槽的多個反應(yīng)槽的生物芯片，由于上述磁鐵槽的存在會影響各個反應(yīng)槽的加熱速率及均勻性，因而不能得到同等的加熱條件，進而無法獲得準確的檢測結(jié)果。
[0013]此外，在現(xiàn)有的生物芯片檢測裝置中，通常手動地將生物芯片放置于支持架中，在安放好生物芯片后，通過氣缸等構(gòu)件將該支持架由上而下壓緊在溫控單元上，但無法實現(xiàn)生物芯片與下方的溫控單元之間的位置的精確控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]鑒于以上所述，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種用于生物芯片檢測裝置的溫控單元及具備該溫控單元的生物芯片檢測裝置，可改善對于生物芯片反應(yīng)槽的加熱效果。
[0015]為了解決上述技術(shù)問題，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于生物芯片檢測裝置的溫控單元，所述溫控單元包括設(shè)置于生物芯片下方的加熱元件，所述加熱元件的上表面用于與所述生物芯片的下表面接觸，且在所述加熱元件的與所述上表面相隔規(guī)定距離的位置處形成有用于容納磁鐵的開口，所述開口與所述生物芯片的容納有生物磁珠的反應(yīng)槽在垂直方向上至少部分重疊。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，通過上表面與生物芯片的下表面接觸的加熱元件對生物芯片進行加熱。且在加熱元件的與上表面相隔規(guī)定距離的位置處形成有用于容納磁鐵的開口，該開口與生物芯片的容納有生物磁珠的反應(yīng)槽在垂直方向上至少部分重疊。由此,插入于該開口中的磁鐵可隔著生物芯片的基板與反應(yīng)槽中的生物磁珠相吸附，從而有利于使與該生物磁珠相結(jié)合的所需待測物質(zhì)與雜質(zhì)分離。并且，由于在與生物芯片的下表面接觸的加熱元件的上表面上并未開設(shè)任何溝槽，因而可以對整個反應(yīng)區(qū)域進行均勻加熱，不會影響各反應(yīng)槽的加熱速率及均勻性。因此，采用本發(fā)明的溫控單元，可以獲得準確的檢測效果。
[0017]在本發(fā)明中，溫控單元還可以包括設(shè)于所述加熱元件上的溫度檢測構(gòu)件。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，通過設(shè)于加熱元件上的溫度檢測構(gòu)件，可以有效地檢測加熱元件的溫度，從而有利于對生物芯片進行溫度控制。優(yōu)選地，該溫度檢測構(gòu)件例如可以是設(shè)置于上述加熱元件上的一個或多個溫度傳感器。
[0019]在本發(fā)明中，所述加熱元件的表面可形成為鏡面表面。
[0020]根據(jù)本發(fā)明，對加熱元件的表面進行鏡面處理，可使加熱元件能夠充分地與生物芯片支持架下表面接觸，進一步減少傳熱不均勻。
[0021]在本發(fā)明中，所述加熱元件的表面可形成為鈍化表面。
[0022]根據(jù)本發(fā)明，通過對加熱元件的表面進行鈍化處理，可防止加熱元件氧化，由此可延長加熱元件的使用壽命。
[0023]在本發(fā)明中，所述加熱元件可由紫銅制成。
[0024]根據(jù)本發(fā)明，加熱元件可由能夠?qū)岬母鞣N金屬制成，尤其是紫銅。由紫銅制成的加熱元件比傳統(tǒng)的鋁制加熱元件熱效率高，從而可以更有利于實現(xiàn)對生物芯片的溫度控制。
[0025]在本發(fā)明中，所述加熱元件包括與加熱源抵接的基部和設(shè)置于所述基部上的突出部，所述突出部的上表面與所述生物芯片的下表面接觸且所述開口形成于所述突出部上，且所述突出部形成為具備兩個平行段以及連接于所述兩個平行段之間的垂直段的工字型形狀，所述垂直段位于所述生物芯片的需加熱的反應(yīng)槽的下方。
[0026]根據(jù)本發(fā)明，加熱元件包括與諸如TEC元件的加熱源抵接的基部，從而可有效地通過加熱源對加熱元件進行加熱；并且該加熱元件還包括設(shè)于基部上方的形成為工字型的突出部，通過使該工字型突出部的垂直段位于生物芯片的需