CN104833812B - 便携式全自动生化分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便携式全自动生化分析装置，包括壳体、电源、控制模块和核心模块；核心模块包括：设置有至少一个检测槽的芯片，能够进出壳体的芯片保持部，设置在芯片保持部上的用于固定和锁紧芯片的锁紧装置，用于使芯片旋转的旋转驱动部，将光照射在芯片检测槽中的光源部，用于接受透过检测槽光的探测部；其中，所述旋转驱动部、光源部和探测部分别与控制模块通讯连接。本发明的全自动生化分析装置能够用于微流控芯片的检测，体积小、便携，适于现场即时检测；且芯片从分离到检测可以实现自动化，检测效率高。

Description

便携式全自动生化分析装置

技术领域

本发明涉及生化检测领域，特别涉及一种用于微流控芯片检测的便携式生化检测装置。

背景技术

20世纪90年代初，Manz和Widmer等提出了微流控芯片实验室(lab-on-a-chip)的概念，也称为微全分析系统(MiniaturizedTotalAnalysisSystems，μ-TAS)。微流控芯片能够将化学或生物实验室集成在几平方厘米的芯片上，进行样品预处理、分离以及检测等，通过对化学设备的高度集成化与微型化，最大限度的将分析实验室的功能转移到便携的设备中。现阶段，其已广泛应用于生物学、药物诊断、基因分析、环境监测等众多领域；同时，因其小型、便携、方便的优点，微流控芯片在临床医学领域也显现出卓越的优势，使微流控芯片可以实现“现场即时检测”(Pointofcare，POC)，对全球公共健康具有重要意义。

微流控芯片的快速发展一方面给现场即时检测带来了新的契机，另一方面也对检测装置提出了更高的要求。目前，基于微流控芯片的检测装置主要包括光学检测(如荧光、吸光度、化学发光、等离子体谐振等)、电化学检测(如安培、电位、电导等)及质谱检测等，而这些装置通常体积较大，主要用于实验研究，不宜携带，不能满足医生出诊携带的需求，如何优化便携式检测装置的结构使其真正的实现随身携带、使其成为医生出诊医疗包内的一员具有重要的意义。

目前，现有技术JP-特开-2006-110491公开了一种微型芯片旋转装置，通过给导入待检体血液的微型芯片施加离心力进行离心分离，将离心后的血浆和试剂混合均匀作为检测对象液，再导入到吸光光度测量部的微型芯片用离心分离装置。然而，其需要在离心后将芯片取出，再进行吸光光度分析，无法实现一体化、及时检测，影响检测效率。现有技术CN200710126374.8公开了一种微型芯片检查装置，可用于血液分析，并能够将离心和检测步骤集合在一个芯片中，然而该检查装置芯片载置部仅适用于特定形状的单通道芯片检测，且芯片围绕转子轴两侧设置，使检测装置体积增大，且不适用于多通道快速检测。现有技术CN201120521940.7公开了一种能够固定、琐紧和带动圆形生物芯片转动的电机组件，其能够实现对圆形芯片的琐止，该电机组件能够用于微芯片检测装置，然而其琐紧机构包括锁紧轴、锁紧凸轮结构和复杂的外部辅助结构，结构复杂、体积大，导致整个检查装置便携性差。

发明内容

本发明为克服现有技术微流控芯片检测装置便携性差、结构复杂、检测效率低等缺点，提供了一种便携式全自动生化分析装置。

为了实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种便携式全自动生化分析装置，其特征在于：包括壳体、电源、控制模块和核心模块；所述核心模块包括：设置有至少一个检测槽的芯片，能够进出壳体的芯片保持部，设置在芯片保持部上的用于固定和锁紧芯片的锁紧装置，用于使芯片旋转的旋转驱动部，将光照射在芯片检测槽中的光源部，用于接受透过检测槽光的探测部；其中，所述旋转驱动部、光源部和探测部分别与控制模块通讯连接。

优选的，所述控制模块设置在壳体内部上方；电源与核心模块设置在壳体内部下方。优选的，所述控制模块可为主控板卡，所述电源可为电池。

优选的，所述芯片保持部包括进出仓架和传动齿轮；所述进出仓架上设置一通孔，用于安放芯片锁紧装置。

优选的，所述传动齿轮位于进出仓架内侧，通过内齿传动方式进行传动。

优选的，所述旋转驱动部为电机，所述电机带动电机轴旋转进而带动芯片旋转。更优选的，所述电机为直流无刷电机。

优选的，所述芯片下表面中央包括一圆形凹槽，所述圆形凹槽沿周向设置有至少一个定位块和至少一个锁紧孔。更优选的，所述芯片为圆形，所述检测槽为多个且沿芯片周向均匀设置。

优选的，所述锁紧装置包括旋转托盘和固定在旋转托盘上方的锁紧圆盘，所述旋转托盘与锁紧圆盘同轴，且所述旋转托盘直径大于所述锁紧圆盘；其中，所述锁紧圆盘周向设置有至少一个定位凹槽和至少一个锁紧件；所述定位凹槽设置在所述锁紧圆盘外侧，与芯片的定位块配合使用，用于防止芯片与锁紧圆盘之间发生周向移动；所述锁紧件包括带弹簧的锁紧片，所述弹簧位于锁紧圆盘内部的锁紧腔中，所述锁紧片可伸出锁紧腔，与芯片的锁紧孔配合使用，用于防止芯片轴向移动。其中锁紧片可为形状规则或不规则的片状或钩状，所述锁紧片可具有一定厚度，在某些情况下可表现为球形或块形凸起形状。

优选的，所述旋转托盘上设置有防滑垫。

优选的，所述定位凹槽和锁紧件的数量分别为2-10个，更优选的，所述所述定位凹槽和锁紧件的数量为3-6个，例如3，4，5，6个。

优选的，所述定位凹槽和锁紧件沿锁紧圆盘周向均匀设置，且相互间隔。

优选的，所述锁紧装置还包括锁紧连接座，所述锁紧连接座位于旋转托盘下方。所述锁紧连接座与旋转托盘可为一体结构，也可为相互独立的部件，当两者为相互独立的部件时，可通过紧固件如螺栓等锁紧。

优选的，所述锁紧连接座通过顶丝固定在所述旋转驱动部上。所述旋转驱动部带动锁紧连接座转动继而带动旋转托盘转动。

优选的，所述锁紧装置还包括棘轮止转机构，所述棘轮止转机构包括带棘轮槽的棘轮、V形棘爪、止转弹簧和定位销；其中，所述棘轮设置在锁紧连接座下方，所述止转弹簧和定位销分别设置在芯片保持部上，所述V形棘爪的爪头一在止转弹簧的弹力作用下可伸入棘轮槽中，所述V形棘爪的爪头二与定位销相连，定位销可带动爪头一离开棘轮槽。

本发明有益效果：

1.体积小、便携性好。本发明生化分析装置各部件结构紧凑，通过各部件合理布局极大的缩小了装置的体积，使其能够真正实现现场即时分析。例如，采用内齿传动方式，缩小了进出仓架宽度方向的体积；锁紧结构和芯片的巧妙设计，也节省了空间，使装置体积进一步减小。

2.自动分析、高通量检测。芯片从分离到检测可以实现自动化，仅需要将待检组分加入芯片中，在分析装置中可快速进行分离、各指标检测，大大提高了检测效率。

附图说明

图1本发明生化分析装置结构示意图

图2本发明生化分析装置各部件布局图

图3本发明生化分析装置芯片保持部位于壳体外部示意图

图4本发明生化分析装置各部件位置关系示意图

图5本发明芯片结构示意图

图6本发明芯片保持部结构示意图

图7本发明锁紧装置结构示意图

图8本发明锁紧装置剖面示意图

图9本发明带电机的锁紧装置结构示意图

图10本发明安装芯片后的锁紧装置结构示意图

图11本发明棘轮止转机构结构示意图

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施方式进行清楚、完整地描述。

参见附图1-2，本发明便携式全自动生化分析装置1，包括壳体10、电源20、控制模块30和核心模块40；其中，核心模块40包括：设置有至少一个检测槽的芯片100，能够进出壳体的芯片保持部200，设置在芯片保持部上的用于固定和锁紧芯片的锁紧装置300，用于使芯片旋转的旋转驱动部400，将光照射在芯片检测槽中的光源部500，用于接受透过检测槽光的探测部600；其中，旋转驱动部400、光源部500和探测部600分别与控制模块30通讯连接。

在检测时，将待检液加入芯片100中，然后使芯片保持部200弹出壳体10内部，参见附图3，将芯片100放入芯片保持部200中，通过锁紧装置300锁紧芯片，再使芯片保持部200进入壳体内部，通过控制模块控制旋转驱动部转动，从而带动芯片发生转动，芯片中的待检液在离心力的作用下分离，并进入检测槽中，控制旋转驱动部停止转动，控制光源部发出一定波长的检测光，检测光透过检测槽中的待检液后由探测部接收，并将数据传输至控制模块。

在一个具体的实施方式中，参见附图3，壳体10外侧设置有显示屏50。

在一个具体的实施方式中，电源20可为电池，设置在壳体内部，可满足便携出诊的需求。控制模块30可为主控板卡，用于控制旋转驱动部带动芯片旋转或停止、控制光源部向芯片检测槽中发射一定波长的波、收集探测部发送的检测数据，并进行分析处理。

在一个具体的实施方式中，为了尽可能减小分析装置的体积，使其更便携，对分析装置各部件的位置布局进行优化，参见附图4，控制模块30设置在壳体10内部上方；电源20与核心模块40设置在壳体内部下方。连接核心模块40和控制模块30之间的线束通过纵向布局，减小了分析装置宽度方向上的尺寸。具体的，控制模块与核心模块通过连接器60和线束70通讯连接。

参见附图5，在本发明一具体实施方式中，芯片100可为圆形芯片，芯片100下表面中央包括一圆形凹槽110，凹槽110的形状与锁紧装置300匹配；在圆形凹槽110的轴向设置有至少一个定位块120和锁紧孔。在一个具体的实施方式中，为了提高检测效率、实现多指标、多功能、多样品的高通量检测，芯片100周向均匀设置有多个检测槽140，检测槽的数量可根据实际需求进行选取。更具体的，该圆形芯片可为包括进液槽、储液槽、多个检测槽的多层芯片，例如现有技术CN201110416978.2、CN201110086070.X、CN201210046040.0所示的芯片结构。

参见附图6，在本发明一具体实施方式中，芯片保持部200包括进出仓架210和传动齿轮220；其中，进出仓架210上设置一通孔211，用于安放芯片锁紧装置300。本发明通过设置能够自由进出壳体内部的进出仓结构，在出仓状态下，便于安装和更换芯片，在进仓后，能够保证芯片在检测时处于黑暗环境中，避免外界杂散光干扰检测。进一步地，本发明为了减小芯片保持部的尺寸，将传动齿轮220设置在进出仓架210内侧，与位于进出仓架外侧的齿轮进行内齿传动，实现芯片的进仓和出仓。

参见附图7-8，在本发明一具体实施方式中，用于锁紧芯片的锁紧装置300，包括旋转托盘310和固定在旋转托盘310上方的锁紧圆盘320，旋转托盘310与锁紧圆盘320同轴，且旋转托盘310直径大于锁紧圆盘320。在一个具体的实施方式中，旋转托盘310和锁紧圆盘320可为一体结构，也可通过独立部件组装(附图5中所示为一体结构)。

其中，旋转托盘310用于安放芯片100，参见附图5，芯片可为圆形芯片，芯片100下表面中央包括一圆形凹槽110，凹槽110的形状与锁紧圆盘320匹配，在安放芯片时，将芯片100的凹槽110与锁紧圆盘320对准，向下压动。芯片100下表面圆环外侧与旋转托盘相接触。

参见附图7-8，锁紧圆盘320周向设置有至少一个定位凹槽321和至少一个锁紧件322(附图所示为3个)。在一个具体的实施方式中，定位凹槽321和锁紧件322的数量为2-10个，其数量可以根据实际需求进行选取，定位凹槽321和锁紧件322的数量具体的可为3-6个，例如3，4，5，6个。

为了保证锁紧力均匀，定位凹槽321和锁紧件322沿锁紧圆盘320周向均匀设置，且相互间隔布置。

参见附图5，7-8，定位凹槽321设置在锁紧圆盘320外侧，与芯片100的定位块120配合使用，用于防止芯片100与锁紧圆盘320之间发生周向移动。在实际应用中定位凹槽321的形状与芯片定位块120相吻合，定位块120可卡在定位凹槽321中，限制芯片100在XY面发生移动。

参见附图5，7-8，锁紧件322包括带弹簧323的锁紧片324，其中，弹簧322位于锁紧圆盘320内部的锁紧腔325中，锁紧片325在弹簧323弹力作用下可伸出锁紧腔325，与芯片100的锁紧孔配合使用，用于防止芯片轴向移动。在安放芯片时，向下按压芯片，锁紧片323缩回锁紧腔325中，继续向下按动，锁紧片323在弹力作用下弹出进入芯片100的锁紧孔中，通过弹簧的横向弹簧力锁紧芯片，防止芯片在高速转动时弹出。其中锁紧片可为形状规则或不规则的片状或钩状，所述锁紧片可具有一定厚度，在某些情况下可表现为球形或块形凸起形状。

在本发明一个具体的实施方式中，参见附图8，为了防止芯片100和旋转托盘310之间相互滑动，在旋转托盘上表面设置有防滑垫311，当芯片100安放在旋转托盘310时，防滑垫与芯片之间摩擦力增大，进一步提高了锁紧效果。

在本发明一个具体的实施方式中，本发明旋转驱动部400可为电机410，电机410用于带动旋转托盘310转动，继而带动固定在其上的芯片100转动。电机可为直流无刷电机，也可为本领域其它常规电机。

在本发明一个具体的实施方式中，参见附图7-8，本发明锁紧装置300还可包括锁紧连接座330，锁紧连接座330位于旋转托盘310下方，且同轴设置。锁紧连接座330与旋转托盘310可为一体结构，也可为相互独立的部件，当两者为相互独立的部件时，可通过紧固件如螺栓等锁紧(附图所示为相互独立的部件)。

在本发明一个具体的实施方式中，参见附图9-10，锁紧连接座330通过顶丝331固定在电机410的电机轴420上。当启动电机时，电机带动锁紧连接座330转动继而带动旋转托盘310转动，继而带动芯片转动。

在本发明一个具体的实施方式中，参见附图11，为了避免在安放芯片的过程中，旋转托盘转动，导致锁紧难度增加，本发明锁紧装置300可设置棘轮止转机构340。棘轮止转机构340设置在锁紧连接座330下方，包括带棘轮槽341的棘轮342、V形棘爪343、止转弹簧344和定位销345。其中，V形棘爪343的爪头一346在止转弹簧344的弹力作用下可伸入棘轮槽341中，V形棘爪343的爪头二347与定位销345相连，定位销345可向下压动爪头二347，继而带动爪头一346离开棘轮槽341。当爪头一伸入棘轮槽时，棘轮槽止转，使锁紧连接座停止转动，继而使旋转托盘止转；当爪头一离开棘轮槽时，可启动电机带动旋转托盘转动。在一具体实施方式中，止转弹簧344和定位销345可固定在检查装置的进出仓架210中，当处于出仓状态时，止转弹簧344弹出，在弹力作用下将爪头一346压入棘轮槽341中；当进仓后，定位销345作用，向下压动爪头二347，继而带动爪头一346离开棘轮槽341。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种便携式全自动生化分析装置，其特征在于：包括壳体、电源、控制模块和核心模块；

所述核心模块包括：设置有至少一个检测槽的芯片，能够进出壳体的芯片保持部，设置在芯片保持部上的用于固定和锁紧芯片的锁紧装置，用于使芯片旋转的旋转驱动部，将光照射在芯片检测槽中的光源部，用于接受透过检测槽光的探测部；其中，所述旋转驱动部、光源部和探测部分别与控制模块通讯连接；

所述锁紧装置包括旋转托盘和固定在旋转托盘上方的锁紧圆盘，所述旋转托盘与锁紧圆盘同轴，且所述旋转托盘直径大于所述锁紧圆盘；其中，所述锁紧圆盘周向设置有至少一个定位凹槽和至少一个锁紧件；所述定位凹槽设置在所述锁紧圆盘外侧，与芯片的定位块配合使用，用于防止芯片与锁紧圆盘之间发生周向移动；所述锁紧件包括带弹簧的锁紧片，所述弹簧位于锁紧圆盘内部的锁紧腔中，所述锁紧片可伸出锁紧腔，与芯片的锁紧孔配合使用，用于防止芯片轴向移动。

2.如权利要求1所述的分析装置，其特征在于：所述控制模块设置在壳体内部上方；所述电源与核心模块设置在壳体内部下方。

3.如权利要求1所述的分析装置，其特征在于：所述芯片保持部包括进出仓架和传动齿轮；所述进出仓架上设置一通孔，用于安放芯片锁紧装置。

4.如权利要求3所述的分析装置，其特征在于：所述传动齿轮位于进出仓架内侧，通过内齿传动方式进行传动。

5.如权利要求1所述的分析装置，其特征在于：所述旋转驱动部为电机，所述电机带动电机轴旋转进而带动芯片旋转。

6.如权利要求1-5任一项所述的分析装置，其特征在于：所述芯片下表面中央包括一圆形凹槽，所述圆形凹槽沿周向设置有至少一个定位块和至少一个锁紧孔。

7.如权利要求6所述的分析装置，其特征在于：所述定位凹槽和锁紧件的数量分别为2-10个，所述定位凹槽和锁紧件沿锁紧圆盘周向均匀设置，且相互间隔。

8.如权利要求6所述的分析装置，其特征在于：所述旋转托盘上设置有防滑垫。

9.如权利要求6所述的分析装置，其特征在于：所述锁紧装置还包括锁紧连接座，所述锁紧连接座位于旋转托盘下方。

10.如权利要求9所述的分析装置，其特征在于：所述锁紧连接座通过顶丝固定在所述旋转驱动部上。

11.如权利要求9所述的分析装置，其特征在于：所述锁紧装置还包括棘轮止转机构，所述棘轮止转机构包括带棘轮槽的棘轮、V形棘爪、止转弹簧和定位销；其中，所述棘轮设置在锁紧连接座下方，所述止转弹簧和定位销分别设置在芯片保持部上，所述V形棘爪的爪头一在止转弹簧的弹力作用下可伸入棘轮槽中，所述V形棘爪的爪头二与定位销相连，定位销可带动爪头一离开棘轮槽。