專利名稱：生物芯片閱讀儀及分型方法
生物芯片閱讀儀及分型方法技術領域
本發(fā)明屬于分子生物學分析裝置領域，尤其是涉及一種生物芯片閱讀儀及分型方法。
技術背景
生物芯片(biochip或bioarray)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、蛋白質以及其他生物成分的高通量快速檢測。狹義的生物芯片概念是指通過不同方法將生物分子(寡核苷酸、cDNA、genomic DNA、多肽、抗體、抗原等)固著于硅片、玻璃片(珠)、塑料片(珠)、凝膠、尼龍膜等固相遞質上形成的生物分子點陣。
人乳頭瘤病毒(HPV)是導致宮頸癌的病原體，開展HPV分型檢測能很好的預防宮頸癌。目前提供HPV分型檢測的試劑分為兩大類，一種是確定是否感染了高危型HPV ;另一種是確定具體感染了哪種基因型的HPV，即實現(xiàn)了具體分型。
在現(xiàn)有的對HPV基因分型的設備中，大多較為昂貴，而且往往不能實現(xiàn)高通量檢測，患者使用這些設備檢測，往往會花費高昂的檢測費用，不利于普及推廣。
生物芯片就是生物信息微陣列，包括基因芯片、蛋白質芯片、細胞芯片和組織芯片等，本發(fā)明檢測的生物芯片特指用微孔板裝置(專利號ZL200820094742.5)承載的， TMB(3，3’，5，5’ -四甲基聯(lián)苯胺)顯色的生物芯片
發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的之一在于提供一種檢測精度高，高通量，快速，而且成本較為低廉的生物芯片閱讀僅，解決現(xiàn)有技術存在的缺陷。
為實現(xiàn)所述目的，該生物芯片閱讀儀包括外殼底蓋，外殼頂蓋，可翻轉面蓋，外殼底蓋或者外殼頂蓋設置有電源接口及可連接計算機的數(shù)據(jù)線接口，所述的外殼底蓋和外殼頂蓋組成的空間內固定有主板，所述主板固定有高精度機械移動平臺，步進電機、圖像傳感器及數(shù)碼攝像模塊，光源及轉接板；所述高精度機械移動平臺一軸向設置有與可翻轉面蓋相匹配的托盤；另一軸向設置有圖像傳感器及數(shù)碼攝像模塊。
所述的生物芯片可以是基因芯片、蛋白芯片、細胞芯片和組織芯片。
進一步的改進所述的高精度機械移動平臺包括X軸移動平臺和Y軸移動平臺，每個移動平臺均設置有與之匹配的傳感器。
更進一步的改進所述的X軸移動平臺設置有圖像傳感器及數(shù)碼攝像模塊；所述的Y軸移動平臺設置有與可翻轉面蓋相匹配的托盤；或者所述的Y軸移動平臺設置有圖像傳感器及數(shù)碼攝像模塊；所述的X軸移動平臺設置有與可翻轉面蓋相匹配的托盤。
更進一步的改進所述的圖像傳感器為CXD圖像傳感器，所述的光源為LED光源。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種使用生物芯片閱讀儀進行基因分型的方法。所述方法包括步驟
A)在與托盤相匹配的雜交板中放置待檢生物芯片，將所述的雜交板放置于托盤內；
B)啟動生物芯片閱讀儀，并對所述的閱讀儀實施歸零設置；
C)通過與生物芯片連接的電腦驅動移動平臺移動，實時進行信號采集；
D)分析采集到的數(shù)據(jù)，確定基因型。進一步的所述的生物芯片為HPV分型基因芯片，具體步驟為
A)在與托盤相匹配的雜交板中放置待檢生物芯片，將所述的雜交板放置于托盤內；
B)啟動生物芯片閱讀儀，并對所述的閱讀儀實施歸零設置；
C)通過與HPV分型基因芯片向連接的電腦驅動移動平臺移動，實時進行信號采集；
D)分析采集到的數(shù)據(jù)，確定HPV基因型。
本發(fā)明所述的生物芯片閱讀儀集CCD、LED光源、高精度機械移動平臺于一身，組成了一個芯片掃描平臺，生物芯片分析軟件安裝于電腦上并通過電腦與閱讀儀的USB連接對閱讀儀進行掃描控制；閱讀儀對生物芯片進行光學掃描，CCD將待掃描圖像的光信號轉變成電荷，然后通過模數(shù)轉換器芯片將電信號轉換成數(shù)字信號，此時反映生物芯片圖像的光信號轉變?yōu)橛嬎銠C能夠接受的二進制數(shù)字電子信號，最后通過USB接口送至電腦獲得我們肉眼可見的芯片掃描結果圖并進行貯存，生物芯片分析軟件再對上述獲得的芯片掃描圖像進行分析處理，并最終獲得HPV DNA檢測及分型結果。本發(fā)明所述的生物芯片閱讀儀檢測精度高,高通量,快速,而且成本較為低廉。


圖I為本發(fā)明所述生物芯片閱讀儀外觀結構示意 圖2為本發(fā)明所述生物芯片閱讀儀主板結構示意 圖3為本發(fā)明所述生物芯片電路控制原理 圖4為本發(fā)明所述分型基因芯片閱讀儀操作流程圖。圖中
I、前面板；2、底墊；3、電源開關；4、托盤；5、上蓋；6、X軸移動平臺；7、Y軸移動平臺；8、步進電機；9、數(shù)碼攝像模塊；10、轉接板；61、Χ軸傳感器；71、Υ軸傳感器；81、步進電機驅動器板
具體實施例方式如圖I及圖2所示為一種HPV分型基因芯片閱讀儀；包括外殼底墊2，外殼前面板I，可翻轉上蓋5，外殼底蓋或者外殼頂蓋設置有電源接口 3及可連接計算機的數(shù)據(jù)線接口，所述的外殼底墊2和外殼前面板I組成的空間內固定有主板,所述主板固定有高精度機械移動平臺，步進電機8、CCD圖像傳感器及數(shù)碼攝像模塊9，LED光源及轉接板；所述高精度機械移動平臺一軸向設置有與可翻轉面蓋相匹配的托盤4;另一軸向設置有圖像傳感器及數(shù)碼攝像模塊。高精度機械移動平臺包括X軸移動平臺6和Y軸移動平臺7，每個移動平臺均設置有與之匹配的傳感器61、71。X軸移動平臺設置有圖像傳感器及數(shù)碼攝像模塊；所述的Y軸移動平臺設置有與可翻轉面蓋相匹配的托盤。根據(jù)不同的設計，也可以在Y軸移動平臺設置有圖像傳感器及數(shù)碼攝像模塊；所述的X軸移動平臺設置有與可翻轉面蓋相匹配的托盤。其中
托盤承載待檢測雜交板在Y軸移動平臺上移動。電源開關負責關閉或開啟其他組件電源。X軸傳感器光電開關，用來控制X軸承載的數(shù)碼攝像模塊完成歸零動作。Y軸傳感器光電開關，用來控制Y軸承載的托盤完成歸零動作。轉接板10 :提供PC與儀器的信號傳送的物理接口?！?br> 步進電機驅動器板81 :接受PC端傳遞過來的動作信號，對動作信號做出反應，控制步進電機轉動方向以及轉動次數(shù)。步進電機通過皮帶驅動Y軸移動平臺上的托盤以及驅動X軸移動平臺上的數(shù)碼攝像模塊在相應平臺上運動。X軸移動平臺X軸方向水平滑桿，承載數(shù)碼攝像模塊，使得數(shù)碼攝像模塊可以在步進電機的驅動下完成X軸方向水平滑動。Y軸移動平臺Y軸方向水平滑桿，承載托盤，使得托盤及托盤中的雜交板可以在步進電機的驅動下完成Y軸方向水平滑動。數(shù)碼攝像模塊用來對雜交板中每個雜交孔內的基因芯片進行圖像采集，并將數(shù)據(jù)通過USB線傳送至PC端。圖3所示為本發(fā)明所述HPV分型基因芯片電路控制原理圖。生物芯片在多孔板內經(jīng)化學顯色后放入儀器Y軸移動托盤上，生物芯片由托盤經(jīng)Y軸方向運送至儀器內部，PC端發(fā)送采集信號指令，X軸移動攝像機配合Y軸移動托盤對多孔板內任意芯片進行可控圖像采集，采集到的圖像信息通過USB線傳送至PC端，分析軟件通過對比像素差異自動判斷雜交點位置以及分析雜交點顯色強度進而判斷生物芯片所檢測的未知樣品中所含生物信息。其中，系統(tǒng)電源部分為220V交流市電經(jīng)電源適配器轉換為步進電機驅動器電源，向步進電機驅動器板提供16V的直流電能，步進電機驅動器板用該直流電驅動步進電機的轉動，并再產生5V直流電供板上的電路工作。其中，系統(tǒng)外殼部分選用ABS材質設計，包含一個上翻面蓋，系統(tǒng)托盤可以經(jīng)Y軸方向進出倉口，上翻面蓋負責開啟或關閉倉口。其中，系統(tǒng)步進電機驅動部分接受PC通過USB通信線和控制信號線向步進電機驅動器板發(fā)出步進電機的運行命令，步進電機驅動器板按照命令控制X軸和Y軸步進電機轉動規(guī)定的步數(shù)，完成后再通過控制信號線、USB通信線告知PC。上電復位時，步進電機驅動器板控制X軸和Y軸步進電機轉動，根據(jù)對射式槽型光耦傳感器信號的變化，自動尋找X軸和Y軸方向的零點位置。其中，系統(tǒng)數(shù)碼攝像模塊部分通過USB通信線與PC連接，進行拍照，并將拍得的照片傳回PC。數(shù)碼攝像模塊還將PC通過USB通信線傳來的步進電機驅動命令通過控制信號線傳給步進電機驅動器板，并將步進電機驅動器板完成驅動的信號反傳給PC。使用本實施例所述的HPV分型基因芯片閱讀儀進行HPV基因分型的具體操作步驟簡要概括如下
開機歸零雜交板放置在4中一打開3 —各組件通電一PC端下達歸零動作信號一動作信號經(jīng)10輸送至81 — 8在61和71以及81共同控制下調節(jié)4和9回歸至零點；
信號采集PC端下達對于特定孔位的信號采集命令一采集命令經(jīng)10傳送至81 — 81控制8調節(jié)4和9在6和7上的相對位置一當4和9到達待采集信號孔位上方一9采集4中雜交芯片的圖像一圖像信號經(jīng)10傳送至PC端一完成一個采集動作。對采集到信號，進一步通過運行于控制電腦的軟件進行分析。在具體使用本實施例所述的HPV分型基因芯片閱讀儀進行HPV基因分型時，可按圖4所示步驟進行操作。具體包括
樣品準備
準備好裝有經(jīng)雜交顯色的HPV分型基因芯片的微孔板，微孔板內待掃描的HPV分型基因芯片必須確保已經(jīng)干燥。芯片掃描
打開HPV分型基因芯片閱讀儀電源及HPV分型基因芯片分析軟件，將準備好的待掃描的微孔板放入儀器的托盤內進行掃描，掃描圖像保存在軟件默認文件夾中。結果分析
從軟件中調取“芯片掃描”步驟已經(jīng)保存的芯片掃描圖像，軟件將自動對圖像進行結果分析。如遇到無法自動分析的圖像，可利用軟件工具欄進行人工分析，最后得出各樣品的HPV DNA檢測及分型結果，并保存。結果輸出
芯片圖像分析保存后，將各樣本對應的臨床相關信息輸入并保存。檢測結果和相關臨床信息可生成檢驗報告并打印輸出。檢驗結果可以通過設定相關的查詢條件方便的進行查詢。查詢結果可以導出生成CSV格式文檔(可用Excel軟件打開)。本實施例所述的HPV分型基因芯片閱讀儀集(XD、LED光源、高精度機械移動平臺于一身，組成了一個芯片掃描平臺，HPV分型基因芯片分析軟件安裝于電腦上并通過電腦與閱讀儀的USB連接對閱讀儀進行掃描控制；閱讀儀對HPV分型基因芯片進行光學掃描，CCD將待掃描圖像的光信號轉變成電荷，然后通過模數(shù)轉換器芯片將電信號轉換成數(shù)字信號，此時反映HPV分型基因芯片圖像的光信號轉變?yōu)橛嬎銠C能夠接受的二進制數(shù)字電子信號，最后通過USB接口送至電腦獲得我們肉眼可見的芯片掃描結果圖并進行貯存，HPV分型基因芯片分析軟件再對上述獲得的芯片掃描圖像進行分析處理，并最終獲得HPV DNA檢測及分型結果。本發(fā)明所述的HPV分型基因芯片閱讀儀檢測精度高，高通量，快速，而且成本較·為低廉。
權利要求
1.一種生物芯片閱讀儀，包括外殼底蓋，外殼頂蓋，可翻轉面蓋，外殼底蓋或者外殼頂蓋設置有電源接口及可連接計算機的數(shù)據(jù)線接口，其特征是所述的外殼底蓋和外殼頂蓋組成的空間內固定有主板,所述主板固定有高精度機械移動平臺，步進電機、圖像傳感器及數(shù)碼攝像模塊，光源及轉接板；所述高精度機械移動平臺一軸向設置有與可翻轉面蓋相匹配的托盤；另一軸向設置有圖像傳感器及數(shù)碼攝像模塊。
2.如權利要求I所述的生物芯片閱讀儀，其特征是所述的高精度機械移動平臺包括X 軸移動平臺和Y軸移動平臺，每個移動平臺均設置有與之匹配的傳感器。
3.如權利要求2所述的生物芯片閱讀儀，其特征是所述的X軸移動平臺設置有圖像傳感器及數(shù)碼攝像模塊；所述的Y軸移動平臺設置有與可翻轉面蓋相匹配的托盤。
4.如權利要求2所述的生物芯片閱讀儀，其特征是所述的Y軸移動平臺設置有圖像傳感器及數(shù)碼攝像模塊；所述的X軸移動平臺設置有與可翻轉面蓋相匹配的托盤。
5.如權利要求3或者4所述的生物芯片閱讀儀，其特征是所述的圖像傳感器為CCD圖像傳感器，所述的光源為LED光源。
6.如權利要求1-5任一項所述的生物芯片閱讀儀，其特征是所述的生物芯片為基因芯片、蛋白芯片、細胞芯片和組織芯片。
7.如權利要求6所述的生物芯片閱讀儀，其特征是所述的基因芯片為HPV分型基因-H-* I I心/T O
8.一種使用權利要求6所述的生物芯片閱讀儀進行基因分型的方法，包括步驟A)在與托盤相匹配的雜交板中放置待檢生物芯片，將所述的雜交板放置于托盤內；B)啟動生物芯片閱讀儀，并對所述的閱讀儀實施歸零設置；C)通過與生物芯片連接的電腦驅動移動平臺移動，實時進行信號采集；D)分析采集到的數(shù)據(jù)，確定基因型。
9.如權利要求8所述的生物芯片閱讀儀進行基因分型的方法，其特征是所述的生物芯片為HPV分型基因芯片，具體步驟為A)在與托盤相匹配的雜交板中放置待檢生物芯片，將所述的雜交板放置于托盤內；B)啟動生物芯片閱讀儀，并對所述的閱讀儀實施歸零設置；C)通過與HPV分型基因芯片向連接的電腦驅動移動平臺移動，實時進行信號采集；D)分析采集到的數(shù)據(jù)，確定HPV基因型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生物芯片閱讀儀及分型方法，包括外殼底蓋，外殼頂蓋，可翻轉面蓋，外殼底蓋或者外殼頂蓋設置有電源接口及可連接計算機的數(shù)據(jù)線接口，其特征是所述的外殼底蓋和外殼頂蓋組成的空間內固定有主板，所述主板固定有高精度機械移動平臺，步進電機、圖像傳感器及數(shù)碼攝像模塊，光源及轉接板；所述高精度機械移動平臺一軸向設置有與可翻轉面蓋相匹配的托盤；另一軸向設置有圖像傳感器及數(shù)碼攝像模塊。本發(fā)明所述的生物芯片閱讀儀檢測精度高，高通量，快速，而且成本較為低廉。
文檔編號C12Q1/70GK102943032SQ20121028992
公開日2013年2月27日 申請日期2012年8月15日 優(yōu)先權日2012年8月15日
發(fā)明者黃明輝, 李勐, 黃鶴 申請人:港龍生物技術(深圳)有限公司