CN107860701A - 微滴式进样荧光检测控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微滴式进样荧光检测控制系统，包括进样模块、微滴检测模块以及主控制系统，所述进样模块用于抽取微滴样本并推送所述微滴至微滴检测模块；所述微滴检测模块用于对所述微滴进行信号检测以得到信号检测数据；所述主控制系统电连接于所述进样模块以及所述微滴检测模块，用于控制进样模块抽取微滴样本并推送所述微滴至微滴检测模块，控制微滴检测模块进行信号检测，获得检测结果并将所述检测结果数据发送给计算机系统进行处理和分析。本发明采用微滴式荧光检测方法，与目前国内市场上使用较多的孔板式或芯片式检测方法相比，具有单个反应器体积更小，通量大，成本低，精度高等优点。

Description

微滴式进样荧光检测控制系统

技术领域

本发明涉及微滴式荧光检测技术领域，特别是涉及一种微滴式进样荧光检测控制系统。

背景技术

数字PCR(Polymerase Chain Reaction聚合酶链式反应)技术提出至今虽然只有十几年时间，但是由于其独特的技术优势和应用前景，使得其产业化发展相当迅速。迄今为止，已有包括Fluidigm、Life Tech、Bio-Rad和Raindance公司(2017年初已被Bio-Rad收购)等几家公司相继推出了数字PCR产品，并已经应用于单细胞分析、癌症早期诊断和产前诊断等研究领域。以上数字PCR公司均为国外公司，且Fluidigm和Life Tech公司主要使用芯片式进行检测，其检测通量有限，检测成本较高；Bio-Rad和Raindance公司采用微滴进行检测，其通量高，检测灵敏度高，成本低，市场接受度更高。

而国内市场主要是孔板式荧光定量PCR，检测扩增过程所有荧光强度，需要与标准曲线对标，不能绝对定量，精度低。

发明内容

基于此，有必要提供一种微滴式进样荧光检测控制系统，旨在使微滴样品的数量能够被精确统计和分析。

一种微滴式进样荧光检测控制系统，包括进样模块、微滴检测模块以及主控制系统，所述进样模块用于抽取微滴样本并推送所述微滴至微滴检测模块；所述微滴检测模块用于对所述微滴进行信号检测以得到信号检测数据；所述主控制系统电连接于所述进样模块以及所述微滴检测模块，用于控制进样模块抽取微滴样本并推送所述微滴至微滴检测模块，控制微滴检测模块进行信号检测，获得检测结果并将所述检测结果数据发送给计算机系统进行处理和分析。

在其中一个实施例中，所述进样模块包括液路控制系统，所述液路控制系统包括蠕动泵、注射泵、阀和驱动电机，所述液路控制系统受所述主控制系统的控制，在蠕动泵、注射泵、阀和驱动电机的相互配合下具有清洗管路、抽取微滴、推送微滴至微滴检测模块的功能。

在其中一个实施例中，所述驱动电机为步进电机或直流无刷电机。

在其中一个实施例中，所述微滴检测模块包括荧光检测光路系统，所述荧光检测光路系统用于检测微滴的荧光信号以得到荧光信号检测数据。

在其中一个实施例中，所述微滴检测模块包括散射光检测光路系统，所述散射光检测光路系统用于检测微滴的散射光信号以得到散射光信号检测数据。

在其中一个实施例中，所述微滴检测模块包括检测芯片、光源、光学滤光片、检测器、信号检测板和光路系统结构，所述检测芯片开设有检测通道，所述检测通道内具有对微滴进行检测的检测点；所述光源发出的光照射在检测点上，用于照射微滴使微滴内的生物样品被激发出荧光信号和/或使微滴在球面反射作用下被激发出散射光；所述光学滤光片用于对不同波长的荧光信号进行过滤，以获得特定波长的荧光信号；所述检测器用于对荧光信号和/或散射光信号进行检测，得到荧光信号检测数据和/或散射光信号检测数据；所述信号检测板用于采集检测得到的荧光信号检测数据和/或散射光信号检测数据；所述光路系统结构，用于固定和/或调节所述微滴检测模块中的光学元件，以使所述微滴检测模块形成完整的光路系统。

在其中一个实施例中，所述检测芯片和检测器的数量为一个或多个；所述检测芯片和检测器的种类为一种或多种。

在其中一个实施例中，所述检测芯片为PDMS芯片、COC芯片、COP芯片、PMMA芯片、PC芯片、玻璃芯片、毛细血管或流动池；所述光源为固体激光器光源、气体激光器光源、半导体激光器光源或LED光源；所述检测器采用PMT检测或PD传感器进行检测。

在其中一个实施例中，还包括状态检测模块、进样针检测模块、散热模块和电源模块，所述状态检测模块用于检测整个系统设备包括检测96孔板放置位置、废液液面高度、油液面高度、试剂门关合情况、仪器门关合情况；所述进样针检测模块用于检测进样针的异常情况；所述散热模块用于为整个系统进行散热，以保证系统中各仪器通风良好、运行稳定；所述电源模块用于为整个系统提供直流稳压电源。

在其中一个实施例中，所述散热模块采用风机抽风散热或者制冷片散热；所述电源模块输入为市电，输出为24V直流电压。

上述微滴式进样荧光检测控制系统，采用微滴式荧光检测方法可以准确识别阴阳微滴的个数以及微滴总个数，与目前国内市场上使用较多的孔板式和芯片式检测方法相比，本发明具有单个反应器体积更小，通量大，成本低，精度高等优点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的微滴式进样荧光检测控制系统模块图。

具体实施方式

请参阅图1，在一个实施例中，提供了一种微滴式进样荧光检测控制系统，包括进样模块10、状态检测模块20、进样针检测模块30、微滴检测模块40、散热模块50、电源模块60、主控制系统70以及计算机系统80。

该进样模块10用于抽取微滴样本并推送所述微滴至微滴检测模块40。在本实施方式中，所述进样模块10包括蠕动泵11、注射泵12、阀13和驱动电机14。所述注射泵12用于抽取微滴样本，并推送所述微滴样本至微滴检测模块40；所述蠕动泵11用于将废液(检测后的微滴样本)输送至废液槽，并对流道进行冲洗；所述阀13用于对蠕动泵11和注射泵12进行控制，以调节蠕动泵11和注射泵12的工作时序，在预定的时间进行微滴推送或者流道冲洗；所述驱动电机14驱动所述注射泵12和所述阀13动作，以完成抽取微滴以及微滴进样的功能。所述进样模块10还包括驱动控制电路15，所述驱动控制电路15能够控制驱动电机14驱动所述注射泵12和所述阀13动作完成相应的动作。在本实施方式中，所述驱动电机14为步进电机或直流无刷电机。

所述驱动电机14、注射泵12、阀13和蠕动泵11组成所述进样模块10的液路控制系统，所述注射泵12、阀13和蠕动泵11之间相互配合在所述主控制系统70的控制下能够实现清洗管路、抽取微滴样本、推送微滴至微滴检测模块40等功能。

具体的，在驱动电机14的驱动下，所述注射泵12移动到孔板(例如96孔板)处对应的孔位抽取微滴样本，之后移动到微滴检测模块40，然后在阀13的控制下将所抽取到的微滴样本推送至微滴检测模块40，当微滴检测模块40对所述微滴样本检测完毕后，所述蠕动泵11在阀13的控制下将检测后的废液输送至废液槽并对流道进行冲洗。

该状态检测模块20用于检测所述微滴式进样荧光检测控制系统是否存在异常情况，如果检测到异常，则发出报警提示，在本实施方式中，所述异常情况包括孔板未放置在预定位置、废液液面过高、油液面过低、试剂门未关合、仪器门未关合等。具体地，所述状态检测模块20可以采用光学检测模块(例如光耦)，电学检测模块(例如电压、电阻)、机械式检测模块(例如限位柱、限位块)等，本实施例不做限定。

该进样针检测模块30用于检测进样针是否存在异常情况，如果检测到进样针异常，则主控制系统70标记本次检测无效，即检测到的数据为无效数据，在本实施方式中，进样针异常情况包括进样针被硬物顶住、进样针没有刺穿96孔板封膜、进样针被堵塞等。具体地，所述进样针检测模块30也可以采用任意合适类型的传感器，不再一一赘述。

该微滴检测模块40用于对所述微滴进行信号检测以得到信号检测数据，所述微滴检测模块40包括检测芯片、光源41、光学滤光片、检测器42、信号采集板43和光路系统结构，所述检测芯片内开设有检测通道，所述检测通道内设有对微滴进行检测的检测点，所述微滴样本被推送至检测通道内的检测点处进行检测，在本实施方式中，所述检测芯片可以为PDMS芯片、COC芯片、COP芯片、PMMA芯片、PC芯片、玻璃芯片、毛细血管或流动池；所述光源41用于照射微滴使微滴内的生物样品被激发出不同波长的荧光信号和/或使微滴在球面反射作用下发出散射光，在本实施方式中，所述光源41可以是固体激光器、气体激光器、半导体激光器或LED光源等；所述光学滤光片用于对荧光信号进行过滤，以选择特定波长的荧光信号通过；所述检测器42用于对特定波长的荧光信号和/或散射光信号进行检测，在本实施方式中，所述检测器42采用PMT检测或者PD传感器检测，且可设置多种检测器42以检测多种特定波长的荧光信号；所述信号采集板43用于采集对微滴进行检测后的检测数据，包括荧光信号检测数据和/或散射光信号检测数据，在本实施方式中，所述信号采集板43的主控芯片可以是FPGA、DSP或ARM；所述光路系统结构包括固定结构和调节结构，所述固定结构用于固定所述微滴检测模块40中光学元件的位置，以完成整个光路系统的搭建；所述调节结构用于调节光路系统中光学元件的位置，包括光学滤光片、检测芯片的位置。在本实施方式中，所述光路系统结构中光信号的传输方式可以通过空气传输，也可以使用光纤传输。

该散热模块50用于为整个系统进行散热，以保证系统中各仪器通风良好、运行稳定，在本实施方式中，所述散热模块50采用风机抽风散热或者制冷片散热。

该电源模块60用于为整个系统提供直流稳压电源，在本实施方式中，所述电源模块60输入为市电，输出为24V直流电压。

该主控制系统70用于控制进样模块10和微滴检测模块40在内的整个系统的操作，并将所述检测结果数据发送给计算机系统80进行处理和分析，在本实施方式中，所述主控制系统70为主控板，且其主控芯片采用FPGA、DSP或ARM。

该计算机系统80与主控制系统70通过USB或串口相连接，用于控制整个系统的操作，读取信号采集板43所采集的荧光信号检测数据和散射光信号检测数据，通过算法分析阴阳微滴的个数，并处理相关结果。

进一步的，本发明所提供的微滴式进样荧光检测控制系统包括荧光检测光路系统和散射光检测光路系统，所述荧光检测光路系统用于检测微滴的荧光信号以得到荧光检测数据，所述荧光检测数据用于统计阴阳微滴的个数；所述散射光检测光路系统用于检测微滴的散射光信号以得到散射光检测数据，所述散射光检测数据用于统计微滴总个数。

在荧光检测光路系统中，微滴通过进样模块10被推送至检测芯片上的检测通道内，微滴通过检测通道内的检测点时，所述微滴经激光器发出的激光照射后，微滴内的生物样品被激发出不同波长的荧光信号，所述荧光信号经光学滤光片过滤后选择特定波长的荧光信号，此特定波长的荧光信号由PMT检测或者PD传感器进行检测，所述信号采集板43采集检测到的荧光信号检测数据，并将荧光信号检测数据发送至计算机系统进行处理和分析。

进一步的，在本实施方式中，微滴的检测频率可以控制在100-10000Hz范围内；阳性微滴荧光强度较强，快速通过检测点时信号为一个有峰值的波形图；阴性微滴荧光型号很微弱，微滴信号幅值很小。划定幅值和宽度通过算法可以准确分辨阳性微滴。

在散射光检测光路系统中，微滴通过检测芯片时，激光器发出激光照射到微滴，在微滴球面反射作用下，照射到微滴上的光以微滴照射面为中心向空间散射，形成散射光，搭建特定的光路系统结构以收集某一个区域的散射光，此散射光由PMT检测或者PD传感器进行检测，信号采集板43采集检测到的散射光信号检测数据，并将所述散射光信号检测数据发送至计算机系统进行处理和分析，以准确计算总微滴个数，判别微滴的大小，区分微滴和气柱，并通过算法的实时对比处理可以提供检测结果的准确性。

可以理解，本发明所述微滴式进样荧光检测控制系统可以根据具体需求设置多重检测通道，例如根据生物试剂标志物的种类可以设置2-10重的检测通道，其检测方式和原理与上述一样。

本发明实施例所提供的微滴式进样荧光检测控制系统具有以下有益效果：

1、该系统可以准确识别阴阳微滴个数以及微滴总个数；

2、该系统采样速率高，单个微滴采样次数多，准确率高；

3、该系统采用微滴式检测方式，与芯片式检测方式相比，单个反应器体积更小，通量大，成本低，精度高；

4、该系统通过液路控制可清洗管路避免污染，检测芯片可以重复使用，降低了检测成本。

5、散射光检测光路系统可以辅助检测微滴的数量、微滴的大小，区分微滴和气柱，通过算法的实时对比处理可以提供检测结果的准确性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种微滴式进样荧光检测控制系统，其特征在于，包括进样模块、微滴检测模块以及主控制系统，

所述进样模块用于抽取微滴样本并推送所述微滴至微滴检测模块；

所述微滴检测模块用于对所述微滴进行信号检测以得到信号检测数据；

所述主控制系统电连接于所述进样模块以及所述微滴检测模块，用于控制进样模块抽取微滴样本并推送所述微滴至微滴检测模块，控制微滴检测模块进行信号检测，获得检测结果并将所述检测结果数据发送给计算机系统进行处理和分析。

2.根据权利要求1所述的微滴式进样荧光检测控制系统，其特征在于，所述进样模块包括液路控制系统，所述液路控制系统包括蠕动泵、注射泵、阀和驱动电机，所述液路控制系统受所述主控制系统的控制，在蠕动泵、注射泵、阀和驱动电机的相互配合下具有清洗管路、抽取微滴、推送微滴至微滴检测模块的功能。

3.根据权利要求2所述的微滴式进样荧光检测控制系统，其特征在于，所述驱动电机为步进电机或直流无刷电机。

4.根据权利要求1所述的微滴式进样荧光检测控制系统，其特征在于，所述微滴检测模块包括荧光检测光路系统，所述荧光检测光路系统用于检测微滴的荧光信号以得到荧光信号检测数据。

5.根据权利要求1所述的微滴式进样荧光检测控制系统，其特征在于，所述微滴检测模块包括散射光检测光路系统，所述散射光检测光路系统用于检测微滴的散射光信号以得到散射光信号检测数据。

6.根据权利要求1所述的微滴式进样荧光检测控制系统，其特征在于，所述微滴检测模块包括检测芯片、光源、光学滤光片、检测器、信号检测板和光路系统结构，

所述检测芯片开设有检测通道，所述检测通道内具有对微滴进行检测的检测点；

所述光源发出的光照射在检测点上，用于照射微滴使微滴内的生物样品被激发出荧光信号和/或使微滴在球面反射作用下被激发出散射光；

所述光学滤光片用于对不同波长的荧光信号进行过滤，以获得特定波长的荧光信号；

所述检测器用于对荧光信号和/或散射光信号进行检测，得到荧光信号检测数据和/或散射光信号检测数据；

所述信号检测板用于采集检测得到的荧光信号检测数据和/或散射光信号检测数据；

所述光路系统结构，用于固定和/或调节所述微滴检测模块中的光学元件，以使所述微滴检测模块形成完整的光路系统。

7.根据权利要求6所述的微滴式进样荧光检测控制系统，其特征在于，所述检测芯片和检测器的数量为一个或多个；

所述检测芯片和检测器的种类为一种或多种。

8.根据权利要求6所述的微滴式进样荧光检测控制系统，其特征在于，

所述检测芯片为PDMS芯片、COC芯片、COP芯片、PMMA芯片、PC芯片、玻璃芯片、毛细血管或流动池；

所述光源为固体激光器光源、气体激光器光源、半导体激光器光源或LED光源；

所述检测器采用PMT检测或PD传感器进行检测。

9.根据权利要求1所述的微滴式进样荧光检测控制系统，其特征在于，还包括状态检测模块、进样针检测模块、散热模块和电源模块，

所述状态检测模块用于检测整个系统设备包括检测96孔板放置位置、废液液面高度、油液面高度、试剂门关合情况、仪器门关合情况；

所述进样针检测模块用于检测进样针的异常情况；

所述散热模块用于为整个系统进行散热，以保证系统中各仪器通风良好、运行稳定；

所述电源模块用于为整个系统提供直流稳压电源。

10.根据权利要求1所述的微滴式进样荧光检测控制系统，其特征在于，

所述散热模块采用风机抽风散热或者制冷片散热；

所述电源模块输入为市电，输出为24V直流电压。