生化反应装置及核酸测序设备的制作方法

1.本技术涉及核酸测序技术领域，尤其是涉及一种生化反应装置及核酸测序设备。


背景技术：

2.目前的二代测序技术中，生化反应部分通常是采用微流控系统实现，主要是通过动力源、选择阀和管路等配合，将试剂盒流体可控地流过流动池的流体通道并和连接于流动池衬底上的待测序的核酸链接触，实现生化反应，该过程需要精准的温控系统和封闭流体系统，确保整个生化反应的充分进行，成本较高且易出现反应不均衡而影响检测结果的问题，并且试剂利用率低。
3.相关技术中，提出了一种开放式的核酸测序方法，使载有核酸分子的芯片按设定顺序浸泡在不同的反应试剂中，以实现核酸测序，可避免封闭流体系统带来的高精度的温控需求和试剂的浪费问题。但目前用于进行开放式测序的设备中，存在反应容器配置不合理、反应试剂的添加和排出较为困难的问题。由于采用开放式测序的方式需要将芯片多次浸泡于不同的试剂中，因此，采用目前的设备进行核酸测序时操控较为复杂，影响检测效率。


技术实现要素：

4.本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本技术提出一种生化反应装置，通过试剂槽支持芯片的浸泡，并能够实现试剂槽的进液和排液，使得试剂的灌注、补液或更新都较为便利，有助于提高检测效率。
5.本技术还提出一种具有该生化反应装置的核酸测序设备。
6.根据本技术第一方面实施例的生化反应装置，包括反应容器、进液机构和排液机构，其中，所述反应容器设置有多个具有开口的试剂槽，所述试剂槽用于盛放反应试剂，并且所述试剂槽适于容纳待测芯片，各所述试剂槽分别连通有进液孔和出液孔；所述进液机构包括进液组件和进液管路，各所述进液孔分别连接所述进液管路，所述进液组件用于移取设定试剂，并通过设定的所述进液管路向所述试剂槽进液；所述排液机构，包括排液组件和排液管路，各所述出液孔分别连接所述排液管路，所述排液组件用于将所述试剂槽内的试剂通过所述排液管路排出。
7.本技术第一方面实施例的反应容器至少具有如下有益效果：通过反应容器中的多个试剂槽能够实现多种试剂的盛放，可便于芯片在不同试剂槽中浸泡不同的试剂，并且，通过进液机构和排液机构能够对试剂槽进行进液和排液，从而便于试剂的灌注、补液和更新，以便于芯片多次浸泡操作的持续进行，有助于提高反应效率，进而提高核酸测序的效率。
8.根据本技术一些实施例的生化反应装置，所述进液组件包括进液泵、第一控制阀和第二控制阀，所述第一控制阀适于通过所述进液管路引入设定的试剂，所述第二控制阀通过所述进液管路连接于所述试剂槽的所述进液孔，所述进液泵通过所述进液管路连接于所述第一控制阀和所述第二控制阀之间，用于将所需试剂通过所述进液管路、所述第一控
制阀和所述第二控制阀通入所述试剂槽中，所述第一控制阀用于选择通入设定试剂，所述第二控制阀用于选择设定的所述试剂槽。
9.根据本技术一些实施例的生化反应装置，所述第二控制阀包括多个第二阀门，所述第二阀门用于连接所述试剂槽的所述进液孔，所述进液机构包括多组所述进液组件，多个所述第二控制阀的所述第二阀门的数量之和不小于所述试剂槽的数量，各所述试剂槽通过所述进液孔和所述进液管路与各所述第二阀门一一对应连接。
10.根据本技术一些实施例的生化反应装置，所述排液组件包括排液泵和第三控制阀，所述第三控制阀通过所述排液管路连接于所述试剂槽的所述出液孔，所述排液泵通过所述排液管路连接于所述第三控制阀，用于将设定的所述试剂槽中的试剂排出，所述第三控制阀用于选择设定的所述试剂槽。
11.根据本技术一些实施例的生化反应装置，所述第三控制阀包括多个第三阀门，所述第三阀门用于连接所述试剂槽的所述出液孔，所述进液机构包括多组所述排液组件，多个所述第三控制阀的所述第三阀门的数量之和不小于所述试剂槽的数量，各所述试剂槽通过所述出液孔和所述排液管路与各所述第三阀门一一对应连接。
12.根据本技术一些实施例的生化反应装置，还包括控制箱，所述控制箱通讯连接于所述进液组件，用于控制所述进液组件的进液操作；所述控制箱还通讯连接于所述排液组件，用于控制所述排液组件的排液操作。
13.根据本技术一些实施例的生化反应装置，所述反应容器包括承托件和多个反应池，多个所述反应池按设定方式排布，并连接于承托件，各所述反应池内部设有所述试剂槽，所述试剂槽贯通所述反应池的顶部表面形成所述开口，以供所述芯片进出，所述进液孔和所述出液孔设置于所述反应池的壁体上并连通于所述试剂槽。
14.根据本技术一些实施例的生化反应装置，至少部分所述反应池上还设置有温控模块，用于调节所述试剂槽内的试剂的温度。
15.根据本技术一些实施例的生化反应装置，所述温控模块包括温度传感器和温度保护开关，至少部分所述反应池的壁体上还设若干安装部，所述温度传感器和/或温度保护开关连接于所述安装部。
16.根据本技术一些实施例的生化反应装置，所述承托件包括托盘和侧壁，所述托盘连接于所述侧壁的顶部，所述托盘设置有多个贯通的安装口，所述反应池设置于所述安装口内并抵持于所述托盘的顶部。
17.根据本技术一些实施例的生化反应装置，所述托盘的顶部设置有集液槽，所述托盘还开设有若干排废孔，所述排废孔连接于所述集液槽，所述排废孔还连接有排液管路，所述排液组件用于通过所述排液管路排出所述集液槽内的液体。
18.根据本技术一些实施例的生化反应装置，还包括移动机构和控制器，其中，所述移动机构包括移动组件和夹持组件，所述夹持组件适于持取所述芯片，所述移动机构连接于所述夹持组件，用于驱使所述夹持组件相对所述反应容器移动以置入设定的所述试剂槽中进行浸泡；所述控制器通讯连接于所述移动机构，用于控制所述移动组件的对所述夹持组件的移动操作以及控制所述夹持组件对所述芯片的取放操作。
19.根据本技术一些实施例的生化反应装置，所述反应容器中，多个所述试剂槽以设定方式分布形成多个反应区，各所述反应区分别具有多个所述试剂槽，对应于各所述反应
区的位置分别设置有所述移动机构，各所述移动机构用于在对应的所述反应区内取放和移动所述芯片。
20.根据本技术一些实施例的生化反应装置，所述反应容器中，还包括缓冲区，所述缓冲区具有若干所述试剂槽，所述缓冲区位于相邻所述反应区之间，相邻的所述移动机构能够在所述缓冲区内取放和移动所述芯片。
21.根据本技术第二方面实施例的核酸测序设备，包括光学装置和上述第一方面实施例的生化反应装置，所述光学装置用于对经由所述生化反应装置浸泡反应完成后的所述芯片获取图像。
22.本技术第二方面实施例的核酸测序设备，至少具有如下有益效果：采用上述实施例的生化反应装置能够通过浸泡进行生化反应，实现开放式的反应方式，与采用微流控方式的封闭式测序相比，试剂可重复利用，从而减少浪费，能够在一定程度上节约试剂成本。生化反应后可通过光学装置获取芯片图像，以便分析核酸信息，并且多个试剂槽和进液机构、排液机构配合便于多种试剂的灌注、补液和更新，能够提高反应效率，由此能够有效提高核酸测序的效率。
23.本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
24.图1为本技术实施例生化反应装置的结构示意图；
25.图2为本技术实施例中反应容器的结构示意图；
26.图3为本技术实施例反应容器的俯视图；
27.图4为图3中的a-a截面的剖视图；
28.图5为图3中的b-b截面的剖视图；
29.图6为本技术一实施例中反应容器的分解示意图；
30.图7为本技术实施例中进液机构和排液机构的连接示意图；
31.图8为本技术实施例中进液机构的部分连接示意图；
32.图9为本技术实施例中排液机构的部分连接示意图；
33.图10为本技术实施例中排液机构的另一部分连接示意图；
34.图11为本技术实施例中反应容器的简化图；
35.图12为本技术实施例的核酸测序设备的结构示意图。
36.附图标记：
37.反应容器100，试剂槽101，进液孔102，出液孔103，承托件104，托盘105，侧壁106，反应池107，安装部108，集液槽109，排废孔110，安装口111，反应区112，缓冲区113；
38.进液机构200，进液组件201，进液管路202，进液泵203，第一控制阀204，第二控制阀205；
39.排液机构300，排液组件301，排液管路302，排液泵303，第三控制阀304，废液容器305，废液泵306，废液管路307；
40.控制箱400；
41.移动机构500，移动组件501，夹持组件502；
42.控制器600；
43.光学装置700。
具体实施方式
44.以下将结合实施例对本技术的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本技术的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本技术的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本技术的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本技术保护的范围。
45.在本技术实施例的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或器件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
46.在本技术实施例的描述中，如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。在本技术实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
47.核酸测序中采用开放式的生化反应，与目前二代测序技术中采用微流控系统将试剂盒流体流过待测序的核酸链实现生化反应的方式不同的是，通过将待测芯片反复浸泡多种试剂实现生化反应，在检测过程中需要对不同温度要求的多种试剂进行多次灌注和补液，目前的检测设备反应容器的配置不合理，试剂的添加方式复杂，导致操作较为繁杂，难以进行操作节拍的优化，从而影响检测效率。本技术第一方面实施例提供了一种生化反应装置，通过反应容器中的多个试剂槽实现芯片的开放式浸泡反应，并通过进液机构和排液机构提高试剂槽的进液和排液的便利性，从而便于试剂的灌注、补液和更新。
48.图1为本技术实施例生化反应装置的结构示意图，图2为本技术实施例中反应容器的结构示意图，图3为本技术实施例反应容器的俯视图，参考图1至图3，本技术第一方面实施例的提供了一种生化反应装置，包括反应容器100、进液机构200和排液机构300，其中，反应容器100设置有多个具有开口的试剂槽101，试剂槽101用于盛放反应试剂，试剂槽101适于容纳待测芯片，可便于芯片在不同试剂槽101中浸泡不同的试剂。
49.其中，各试剂槽101分别连通有进液孔102和出液孔103；进液机构200包括进液组件201和进液管路202，各进液孔102分别连接进液管路202，进液组件201用于移取设定试剂，并通过设定的进液管路202向试剂槽101进液。排液机构300包括排液组件301和排液管路302，各出液孔103分别连接排液管路302，排液组件301用于将试剂槽101内的试剂通过排液管路302排出。由此，通过进液孔102、出液孔103、进液机构200和排液机构300能够对试剂槽101进行进液和排液，从而便于试剂的灌注、补液和更新，以便于芯片多次浸泡操作的持续进行，有助于提高反应效率，进而提高核酸测序的效率。
50.与现有的二代测序方法相比，避免了封闭流体系统的使用，同一试剂槽101可依次
浸泡多个芯片，避免试剂浪费。并且，基于该生化反应装置的生化反应系统具备一定的柔性，可根据需要调整芯片上料浸泡和浸泡完成后下料的节拍，并依此配置前、后工序的工作节拍，调整方便，无需整体升级，从而节约升级成本。
51.反应容器100可以采用一体式结构，也可以采用由多个结构件装形成的分体式结构，试剂槽101、进液孔102和出液孔103可以采用多种方式实现。例如：参考图2至图4，在一些实施例的生化反应装置中，反应容器100包括承托件104和多个反应池107，多个反应池107按设定方式排布，并连接于承托件104，各反应池107内部设有试剂槽101，试剂槽101贯通反应池107的顶部表面形成开口，以供芯片进出，进液孔102和出液孔103设置于反应池107的壁体上并连通于试剂槽101。由此，承托件104和多个反应池107可单独加工，并且，试剂槽101具有设定的深度以便于容纳芯片，可根据试剂槽101所需的尺寸配置反应池107的尺寸，而承托件104只需能够连接并承托反应池107即可，由此能够减轻反应容器100整体重量和材料用量。
52.其中，生化反应过程中的一些试剂具有一定的温度要求，因此，在一些实施例的生化反应装置中，至少部分反应池107上还可设置温控模块，用于调节试剂槽101内的试剂的温度，以便于进行具有一定温度要求的反应。其中，温控模块可包括温控器、加热器、温度传感器和温度保护开关，加热器可连接于反应池107的外壁，通过对反应池107加热实现试剂槽101内试剂的温度调节，加热器可选用贴片形式的加热贴，可贴附于反应池107的外壁，也可以通过内嵌的方式成型于反应池107的壁体上。温度传感器和温度保护开关通讯连接于温控器，可通过温度传感器感测反应池107的温度形成温度信号，温控器接收该温度信号并指示加热器工作，在温度超过设定值时还可通过温度保护开关切换加热器的启停从而停止加热。与现有的二代测序方法相比，无需对整个生化反应装置配置精准的温控系统，能够有效降低成本，且针对性地对部分试剂槽101实现温度控制，可便于反应温度的管理，避免出现反应的不均衡的现象。
53.图4为图3中的a-a截面的剖视图，参考图4，在一些实施例的生化反应装置中，至少部分反应池107的壁体上还设若干安装部108，温度传感器和/或温度保护开关连接于安装部108，该部分反应池107可用于进行具有设定温度要求的浸泡反应，安装部108可便于温度传感器和/或温度保护开关的安装，安装部108可以是设置于反应池107外壁的孔状或槽状结构，温度传感器和/或温度保护开关可设置于该孔状或槽状结构内部，可避免凸出于反应池107外壁或减少凸出于反应池107外壁的部分，从而避免碰撞损伤。
54.图5为图3中的b-b截面的剖视图，图6为本技术一实施例中反应容器100的分解示意图，参考图2至图6，在一些实施例的生化反应装置中，承托件104包括托盘105和侧壁106，托盘105连接于侧壁106的顶部，托盘105设置有多个贯通的安装口111，反应池107设置于安装口111内并抵持于托盘105的顶部，由此实现反应池107的承托。另外，承托件104的侧壁106支撑于托盘105的底部，从而能够将托盘105抬起，可通过侧壁106与工作台的安装实现反应容器100的定位固定，以便于通过机械手进行芯片的取放和转移。其中，托盘105的顶部还可以设置有集液槽109，用于承接收集芯片转移过程中的滴液，托盘105还开设有若干排废孔110，排废孔110连接于集液槽109，排废孔110还连接有排液管路302，排液组件301用于通过排液管路302排出集液槽109内的液体，避免液体溢出而污染台面或其他电器件。
55.在一些实施例中，反应容器100也可以采用一体式的结构，例如，反应容器100包括
本体，该本体上多个位置设置有试剂槽101，试剂槽101贯通该本体的顶部形成供芯片进出的开口，本体的底部封闭试剂槽101，从而能够盛放试剂；本体的侧部或底部设置连通试剂槽101的进液孔102和出液孔103，实现进液和排液的需求。该本体可以设置为一体式结构，可简化装配。
56.图7为本技术实施例中进液机构200和排液机构300的连接示意图，图8为本技术实施例中进液机构200的部分连接示意图，参考图7和图8，在一些实施例的生化反应装置中，进液组件201包括进液泵203、第一控制阀204和第二控制阀205，第一控制阀204适于通过进液管路202引入设定的试剂，第二控制阀205通过进液管路202连接于试剂槽101的进液孔102，进液泵203通过进液管路202连接于第一控制阀204和第二控制阀205之间，用于将所需试剂通过进液管路202、第一控制阀204和第二控制阀205通入试剂槽101中，第一控制阀204用于选择通入设定试剂，第二控制阀205用于选择设定的试剂槽101。其中，进液泵203可采用注射泵或柱塞泵，实现试剂的泵送，控制阀可选用旋转阀或三通阀，实现相应的进液管路202的通断切换。图7和图8以第一控制阀204和第二控制阀205采用旋转阀为例示出了其连接关系，本技术实施例不限于图示的连接方式。
57.参考图7和图8，在一些实施例的生化反应装置中，第一控制阀204包括多个第一阀门，第一阀门用于通过进液管路202连接用于储存试剂的容器，由此可通过多个第一控制阀204中多个第一阀门的通断选择所需通入的试剂。第二控制阀205包括多个第二阀门，第二阀门用于连接试剂槽101的进液孔102，由此可通过第二控制阀205中多个第二阀门的通断选择设定的试剂槽101注入由第一控制阀204通入的试剂。
58.参考图7，进液机构200包括多组进液组件201，多个第二控制阀205的第二阀门的数量之和不小于试剂槽101的数量，各试剂槽101通过进液孔102和进液管路202与各第二阀门一一对应连接，从而每个试剂槽101都可以通过第一控制阀204和第二控制阀205选择所需注入的试剂种类。
59.图9为本技术实施例中排液机构300的部分连接示意图，参考图7和图9，在一些实施例的生化反应装置中，排液组件301包括排液泵303和第三控制阀304，第三控制阀304通过排液管路302连接于试剂槽101的出液孔103，排液泵303通过排液管路302连接于第三控制阀304，用于将设定的试剂槽101中的试剂排出，第三控制阀304用于选择设定的试剂槽101。排液机构300还可包括废液容器305，用于收集排液机构300排出的液体。其中，第三控制阀304可以选用旋转阀或三通阀，图7和图9以第三控制阀304选用旋转阀为例示意出了其连接关系，本技术实施例不限于图示的连接方式。
60.参考图7和图9，在一些实施例的生化反应装置中，第三控制阀304包括多个第三阀门，第三阀门用于连接试剂槽101的出液孔103，进液机构200包括多组排液组件301，多个第三控制阀304的第三阀门的数量之和不小于试剂槽101的数量，各试剂槽101通过出液孔103和排液管路与各第三阀门一一对应连接。从而每个试剂槽101都可以通过第三控制阀304选择所需排液的试剂槽101进行排液。
61.图10为本技术实施例中排液机构300的另一部分连接示意图，参考图10，对于托盘105上设置有集液槽109的反应容器100，排液机构300还可以设置废液泵306和废液管路307，用于连接托盘105上的排废孔110，以将集液槽109内的液体排出，从而清除芯片转移过程产生的滴液。
62.参考图1，在上述实施例的中，生化反应装置还包括控制箱400，控制箱400通讯连接于进液组件201，用于控制进液组件201的进液操作；控制箱400还通讯连接于排液组件301，用于控制排液组件301的排液操作，例如控制各控制阀选择各阀门的通断，以及控制进液泵203和排液泵303的。通过控制箱400实现泵阀控制是本领域的成熟技术，其原理及控制方法在此不做赘述。
63.参考图1，在一些实施例中，生化反应装置还包括移动机构500和控制器600，其中，移动机构500包括移动组件501和夹持组件502，夹持组件502适于持取芯片，移动机构500连接于夹持组件502，用于驱使夹持组件502相对反应容器100移动以置入设定的试剂槽101中进行浸泡；控制器600通讯连接于移动机构500，用于控制移动组件501的对夹持组件502的移动操作以及控制夹持组件502对芯片的取放操作。通过移动机构500实现芯片在不同试剂槽101之间的移动，以便于芯片多次浸泡操作的持续进行，有助于提高反应效率，进而提高核酸测序的效率。
64.其中，移动组件501可采用机械设备中常用的多轴机械手实现，夹持组件502可采用气缸驱动的抓手，包括两个手指和一个气缸，气缸驱动手指相向或相离运动从而闭合或打开，可实现芯片的抓取和释放。夹持组件502还可设置多个传感器，包括为抓取传感器、释放传感器和芯片有无检测传感器。抓取传感器用于感测两个手指是否正确闭合，可通过距离传感器或在闭合位置设置光电传感器实现该检测。释放传感器用于感测两个手指是否正确打开，可通过距离传感器或在打开位置设置光电传感器实现该检测。芯片有无检测传感器用于在开始抓取时感测抓手对应位置上是否有芯片，以及用于在转移过程中感测抓手上是否持有芯片，并且用于在释放是感测抓手上是否有芯片，由此保证抓取前能够顺利抓取芯片，抓取时能够识别芯片跌落，释放后确保芯片顺利释放。可通过接触式或非接触式的传感器实现芯片的检测。多个传感器实现芯片取放和转移操作过程的相关检测，从而提高操作的安全性，便于识别异常情况从而提高芯片抓取转移效率。
65.控制器600是一个在工业控制应用中广泛使用的反馈回路部件，例如可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。由此可知，本技术实施例通过预设方案实现移动组件501的对夹持组件502的移动操作以及控制夹持组件502对芯片的取放操作为本领域技术人员根据现有的控制器600功能可轻易实现的，其原理及控制方法在此不做赘述。
66.图11为本技术实施例中反应容器100的简化图，参考图1至图3，以及图11，在一些实施例的生化反应装置中，反应容器100中，多个试剂槽101以设定方式分布形成多个反应区112，各反应区112分别具有多个试剂槽101，并且，对应于各反应区112的位置分别设置有移动机构500，各移动机构500用于在对应的反应区112内取放和移动芯片。另外，反应容器100中，还可包括缓冲区113(图中采用虚线框进行示意)，缓冲区113具有若干试剂槽101，缓冲区113位于相邻反应区112之间，相邻的移动机构500能够在缓冲区113内取放和移动芯片。由此，可实现相邻移动机构500的协作，芯片在相邻的反应区112之间转移时，可先通过一个反应区112的移动机构500将芯片放置于缓冲区113的试剂槽101，再通过另一反应区112的移动机构500抓取缓冲区113内的芯片从而转移至另一反应区112进行浸泡，避免时空交集而发生干涉。缓冲区113的还可以用于暂存反应完成等待转到光学装置700进行图像采
集的芯片。
67.本技术第二方面实施例提供了一种核酸测序设备，图12为本技术实施例的核酸测序设备的结构示意图，参考图12，并结合上述实施例，本技术实施例的核酸测序设备包括光学装置700和上述第一方面实施例的生化反应装置，光学装置700用于对经由生化反应装置浸泡反应完成后的芯片获取图像。采用上述实施例的生化反应装置能够实现开放式的生化反应方式，与采用微流控方式的封闭式测序方案相比，试剂可重复利用，从而减少浪费，能够在一定程度上节约试剂成本。生化反应后可通过光学装置700获取芯片图像，以便分析核酸信息，并且多个试剂槽101和进液机构200、排液机构300配合便于多种试剂的灌注、补液和更新，能够提高反应效率，由此能够有效提高核酸测序的效率。
68.上面结合附图对本技术实施例作了详细说明，但是本技术不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本技术宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。