基因测序系统中向基因芯片加载试剂的方法
阅读说明：本技术 基因测序系统中向基因芯片加载试剂的方法 (Method for loading reagent to gene chip in gene sequencing system ) 是由 不公告发明人 于 2020-06-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基因测序系统中向基因芯片加载试剂的方法。包括,将基因芯片置入盛装有试剂的容器中,且试剂淹没基因芯片,使容器形成负压。本发明通过使容器形成负压,以排出基因芯片的流道内的空气,同时,容器中的试剂在负压的作用下被吸入基因芯片的流道内,实现将试剂均匀并充分地加载至基因芯片的流道内,提高测序结果的准确性。(The invention relates to a method for loading a reagent to a gene chip in a gene sequencing system. Comprises placing the gene chip into a container containing the reagent, and submerging the gene chip with the reagent to make the container form negative pressure. The invention discharges the air in the flow channel of the gene chip by making the container form negative pressure, and simultaneously the reagent in the container is sucked into the flow channel of the gene chip under the action of the negative pressure, thereby realizing that the reagent is uniformly and fully loaded into the flow channel of the gene chip, and improving the accuracy of the sequencing result.)
技术领域
本发明涉及一种基因测序系统中向基因芯片加载试剂的方法。
背景技术
基因的本质是控制生物性状、具有遗传效应的DNA片段。基因测序可以快速准确地获取生物遗传信息，揭示基因组的复杂性和多样性，在生命科学研究中扮演十分重要的角色；同样，基因测序对临床医学也具有十分重要的意义和价值，很多疾病的机理研究和临床诊断逐渐依赖于基因测序技术。
国际专利申请号PCT/CN2017/104587公开了一种基因测序反应设备和基因测序系统，其公开了将测序芯片(即基因芯片)浸泡在试剂中，得以将试剂加载(即注入)基因芯片内的微流道中。
由于基因芯片内的流道非常细微，且流道的构造复杂，流体进入流道所受到的流动阻力非常大。单纯浸泡基因芯片，试剂难以进入并充满流道，流道内的气体残留可能性大，试剂难以进入残留气体所占据的容积，导致试剂加载不均匀、不充分，影响测序结果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基因测序系统中向基因芯片加载试剂的方法，包括，将基因芯片置入盛装有试剂的容器中，且试剂淹没基因芯片，使容器形成负压。
本发明通过使容器形成负压，以排出基因芯片的流道内的空气，同时，容器中的试剂在负压的作用下被吸入基因芯片的流道内，实现将试剂均匀并充分地加载至基因芯片的流道内，提高测序结果的准确性。
附图说明
图1示出了本发明的基因测序系统中向基因芯片加载试剂的方法的流程示意图；
图2示出了本发明的基因测序系统的立体图；
图3示出了本发明的基因测序系统的俯视图；
图4示出了输送线的立体图；
图5示出了芯片框架与运载体的立体分解图；
图6示出了芯片框架的立体图；
图7示出了芯片框架的立体分解图；
图8示出了芯片框架的主视图；
图9示出了图8的A-A剖视图；
图10和图11分别示出了搬运装置的两个不同角度的立体图；
图12示出了图10的B部局部放大图；
图13示出了搬运装置的主视图；
图14示出了图13的C部局部放大图；
图15示出了图14的D-D剖视图；
图16示出了在图14的基础上将芯片框架的顶部***取放部插槽后的示意图；
图17示出了转盘的立体图；
图18示出了一个容器的剖视结构示意图；
图19示出了取放部抽离容器的示意图；
图20示出了在图19的基础上驱使取放部下降以封堵容器的口部的示意图；
图21示出了本发明的光学检测装置的示意图，其中移动架被拉入主机体之内；
图22示出了在图21的基础上的剖视结构示意图；
图23示出了光学检测装置的示意图，其中移动架被推出主机体之外；
图24示出了在图23的基础上的剖视结构示意图；
图25示出了移动架及安装于移动架上的转动架的立体图，其中，转动架处于装卸芯片位置；
图26示出了在图25的基础上将芯片框架抽离转动架插槽后的示意图；
图27示出了移动架及安装于移动架上的转动架的俯视图，其中，转动架处于装卸芯片位置；
图28示出了图27的E-E剖视图；
图29示出了图27的F-F剖视图；
图30示出了图28的G部局部放大图；
图31示出了图29的H部局部放大图；
图32示出了移动架及安装于移动架上的转动架的立体图，其中，转动架处于光照成像位置；
图33示出了在图30的基础上将转动架从装卸芯片位置转动至光照成像位置后的示意图；
图34示出了在图32的基础上将各部件分解后的示意图；
图35至图38示出了驱转机构的工作原理图；
图39示出了本发明的基因测序系统的主视图；
图40至图47示出了本发明的基因测序系统的工作原理图。
附图标号：
100芯片搬运装载、101升降气缸、102取放部、103导轨、104滑座、105检测停留位置、106取放停留位置、107加液停留位置、108抽气孔、109充气孔、110上柱、111下柱、112取放部台阶面、113弹性密封圈、114下柱的端面、115气压传感器、116取放部插槽、117电磁铁；
200基因芯片；
300光学检测装置、301主机体、302移动架、303转动架、304主机体的正面、305出入口、306推拉机构、307转动架插槽、308齿条、309转轴、310齿轮、311支撑臂、312弹簧定位珠、313球珠、314凹窝、315磁铁；
400试剂存放装置、401转盘、402容器、403容腔、404口部、405容器台阶面；
500输送线、501基因测序工位；
600运载体、601运载体插槽；
700芯片框架、701顶部铁体、702安装位、703底部铁体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1所示的一种基因测序系统中向基因芯片加载试剂的方法，包括：
步骤一，将基因芯片置入盛装有试剂的容器中，且试剂淹没基因芯片；
步骤二，使容器形成负压。
其中，步骤一中使容器形成负压的方法包括，密封容器后从容器中抽气。
在完成步骤二即使容器形成负压后开始计时，到达预定时间后向容器内充气，直到容器内气压恢复到常压，完成基因芯片加载试剂，此后，取出基因芯片即可。该技术方案通过设置后向容器内充气，以使容器的容腔的气压回复至常压，以便于从容器的容腔抽出基因芯片。
实施例二
如图2至图5所示的一种实施上述实施例一的基因测序系统，包括用于搬运基因芯片的芯片搬运装置100、用于对基因芯片200进行光学检测的光学检测装置300和用于存放基因测序所需试剂的试剂存放装置400，该芯片搬运装置100包括升降气缸101和用于可选择地抓取或者释放基因芯片的取放部102，该取放部102固定地安装于升降气缸101的活塞杆上，以使升降气缸101驱使取放部102上下升降；
该基因测序系统还包括输送线500和用于装载基因芯片200的运载体600，该运载体600由输送线500输送，该输送线500上设有基因测序工位501，该光学检测装置300、试剂存放装置400和芯片搬运装置100均与基因测序工位501位置对应，且该光学检测装置300与试剂存放装置400分隔于输送线500的两侧；
该技术方案通过设置输送线和运载体以实现基因芯片的运输，能够将待检测的基因芯片运输至基因测序工位，以及将完成测序的基因芯片运离基因测序工位，以便于后续的回收处理；
如图10至图16所示，该芯片搬运装置100还包括导轨103、可滑移地安装于导轨103上的滑座104和用于驱使滑座104沿导轨103滑移的滑座驱动机构(图中未示出)，本实施例中，滑座驱动机构包括电机、与电机的输出轴连接的丝杆和固定地安装于滑座的背部的螺母，螺母套于丝杆外，丝杆与螺母构成丝杆螺母副；
该升降气缸101的缸体固定地安装于滑座104上；
该导轨103呈跨越输送线500状地架设于输送线500的上方，导轨103上设有检测停留位置105、取放停留位置106和加液停留位置107，滑座104沿导轨103滑移时可选择地停留在检测停留位置105、取放停留位置106或者加液停留位置107上；
该滑座104于其停留在取放停留位置106时到达输送线500，以使取放部抓取到达基因测序工位的运载体上的基因芯片；
该滑座104于其停留在加液停留位置107时到达试剂存放装置400，以将被取放部抓取的基因芯片送至试剂存放装置；
该滑座104于其停留于检测停留位置105时到达光学检测装置300，以将被取放部抓取的基因芯片送至光学检测装置。
该技术方案公开的芯片搬运装置结构简单，便于控制，且制造成本低。
本实施例中，由输送线将运载体输送至基因测序工位后停止等待检测。滑座驱动机构驱使滑座停留在取放停留位置，升降气缸驱使取放部下降，取放部抓取待检测的基因芯片，升降气缸驱使取放部上升，滑座驱动机构驱使滑座移动至加液停留位置，将试剂存放装置上存放的试剂加载至基因芯片中。滑座驱动机构驱使滑座移动至检测停留位置，利用光学检测装置对基因芯片进行检测。在完成测序后，滑座驱动机构驱使滑座移动至取放停留位置，升降气缸驱使取放部下降，以使被取放部抓取的完成测序的基因芯片到达运载体，在取放部释放完成测序的基因芯片后，完成测序的基因芯片装载到运载体上，输送线开始工作，以将完成测序的基因芯片运离基因测序工位，同时将另一个待检测的基因芯片输送至基因测序工位。
本实施例中，在输送线的基因测序工位处设有用于检测运载体是否到达基因测序工位的检测装置，该检测装置可采用位置传感器。
如图17和图18所示，该试剂存放装置400包括转盘401、转盘驱动机构(图中未示出)和容器402，该转盘驱动机构被设置成用于驱使转盘401绕转盘的中心轴线转动，该容器402有多个，每个容器402分别用于盛装一种试剂，所有容器402固定地安装于转盘401上，且所有容器402绕转盘的中心轴线周向间隔分布，尤其是，所有容器绕转盘的中心轴线周向等间隔分布，转盘401转动时可选择地使其中的一个容器402停留在加液停留位置106的正下方，本实施例中，图17示出了容器有五个，然而容器的数量并不局限于图中展示的数，容器的数量例如可以两个、三个、四个或者六个以上；
如图19和图20所示，到达加液停留位置107的滑座104上的升降气缸1010驱使取放部102下降或者上升，以使被取放部102抓取的基因芯片200***或者抽离停留在加液停留位置107的正下方的容器402。
本实施例公开的试剂存放装置结构简单，能够实现容器的更换，以便于基因测序过程中所需的各种试剂的使用。
本实施例中，各容器盛装的试剂的量被设置成于基因芯片***容器时能够淹没基因芯片。
本实施例中，转盘驱动机构包括电机和设于电机的输出轴与转盘之间的传动机构。
各容器402具有用于盛装试剂的容腔403和与容腔403连通以供基因芯片200进出容腔的口部404；
取放部102被设置成于取放部102被升降气缸101驱使下降后封堵停留在加液停留位置107的正下方的容器的口部404，以使停留在加液停留位置的正下方的容器的容腔形成封闭的空间；
该取放部102上设有抽气孔108，该抽气孔108于取放部102封堵容器的口部404时与容腔403连通；
该抽气孔108连接有用于抽出容腔403内的空气以使容腔403形成负压的抽气装置(图中未示出)。
国际专利申请号PCT/CN2017/104587公开了一种基因测序反应设备和基因测序系统，其公开了将测序芯片(即基因芯片)浸泡在试剂中，得以将试剂加载(即注入)基因芯片内的微流道中。
由于基因芯片内的流道非常细微，且流道的构造复杂，流体进入流道所受到的流动阻力非常大。单纯浸泡基因芯片，试剂难以进入并充满流道，流道内的气体残留可能性大，试剂难以进入残留气体所占据的容积，导致试剂加载不均匀、不充分，影响测序结果。
本实施例通过取放部封堵容器的口部，使容器的容腔形成封闭的空间，再利用抽气装置对容器的容腔进行抽气操作，使容器的容腔形成负压，以排出基因芯片的流道内的空气，同时，容器的容腔中的试剂在负压的作用下被吸入基因芯片的流道内，实现将试剂均匀并充分地加载至基因芯片的流道内，提高测序结果的准确性。
该取放部102上还设有充气孔109，该充气孔109于取放部102封堵容器的口部404时与容腔403连通；
该充气孔109连接有用于向容腔403充入空气的充气装置(图中未示出)。
本实施例中，该抽气孔与抽气装置之间、充气孔与充气装置之间分别通过气体管道连接。抽气装置和充气装置均为气泵。
该技术方案通过设置充气装置能够在完成负压加载试剂后，向容器的容腔中充入空气，以使容器的容腔的气压回复至常压，以便于从容器的容腔抽出基因芯片。
该容器的口部404和容腔403均呈圆孔状，且口部404的直径大于容腔403的直径而于口部404与容腔403的相接处形成容器台阶面405；
该取放部102包括相互连接的上柱110和下柱111，上柱110和下柱111均呈圆柱状，且上柱110的直径大于下柱111的直径而于上柱110与下柱111的相接处形成取放部台阶面112；
该下柱111的直径小于容腔403的直径，该下柱11于取放部102封堵容器的口部404时***容腔403中；
该上柱110的直径大于容腔403的直径而小于口部404的直径，该上柱110于取放部102封堵容器的口部404时***口部404中；
该下柱111外套有弹性密封圈113；
该弹性密封圈113于取放部102封堵容器的口部404时被夹持于容器台阶面405与取放部台阶面112之间，以通过弹性密封圈113封堵容器的口部404；
该抽气孔108和充气孔109均设于下柱的端面114上。
该技术方案公开的取放部构造简单，通过设置弹性密封圈以便于实现封堵容器的口部。
本实施例中，在下柱的端面114上设有用于测量容器的容腔403的气压的气压传感器115。通过设置气压传感器以控制容器的容腔的气压。例如，通过设置预定的负压阈值，在抽气装置抽气过程中，当容器的容腔的气压达到该负压阈值时，抽气装置停止抽气。通过设置预定的正压阈值，在充气装置充气过程中，当容器的容腔的气压达到该正压阈值时，充气装置停止充气，其中，该正压阈值可等于常压。
如图6至图9所示，基因芯片200以可拆装的方式固定地安装于一芯片框架700上；
该芯片框架700的顶部设有顶部铁体701；
该取放部的下柱111设有供芯片框架700的顶部***的取放部插槽116，该取放部插槽的槽口设于下柱的端面114上；
该取放部的下柱111中设有电磁铁117；
该电磁铁117于其通电时吸引***取放部插槽的芯片框架的顶部的顶部铁体701；
该运载体600上设有供芯片框架700的底部***的运载体插槽601。
本实施例中，在输送线500上间隔地分布有多个运载体600，每个运载体600分别用于装载一个芯片框架700，每个芯片框架700上设有一个用于容纳一片基因芯片的安装位702，基因芯片200被固定地安装于芯片框架的安装位702中。
本实施例中，运载体插槽601呈竖直状，且运载体插槽的槽口朝上。
本实施例中，采用电磁铁可选择地吸引或者释放顶部铁体，以实现抓取或者释放芯片框架。
如图21至图34所示，该光学检测装置包括主机体301、可滑移地安装于主机体301中的移动架302以及可转动的安装于移动架302上的转动架303，该主机体的正面304设有供移动架302进出主机体301的出入口305，该主机体301中设有用于驱使移动架302移动以可选择地将移动架302推出主机体之外和拉入主机体之内的推拉机构306，本实施例中，该推拉机构包括推拉气缸，该推拉气缸的活塞杆与移动架固定连接，该主机体301内设有对基因芯片进行光照成像的光学器件，该些光学器件采用现有技术即可；
该转动架303上设有供芯片框架700的底部***的转动架插槽307；
该主机体301中设有用于驱使转动架303在一装卸芯片位置和一光照成像位置之间转动的驱转机构；
该转动架于移动架被推出主机体后处于装卸芯片位置，该转动架插槽307于转动架处于装卸芯片位置时呈竖直状，且该转动架插槽的槽口于转动架处于装卸芯片位置时朝上，以便于芯片框架***或者抽离转动架插槽；
该转动架于移动架被拉入主机体后处于光照成像位置，该转动架插槽307于转动架处于光照成像位置时呈水平状，以使基因芯片水平地放置，便于光照成像。
该技术方案能够便于芯片框架(即基因芯片)装载和拆离光学检测装置，且便于光照成像。
该驱转机构包括设于移动架302的移动路径上的齿条308，该齿条的长度方向平行于移动架的移动路径；
该转动架303上设有可转动地安装于移动架302上的转轴309，该转动架303绕转轴309的轴线相对移动架302转动，该转轴309上固定地安装有用于与齿条308啮合的齿轮310；
该齿条308于移动架302被拉入主机体之内时与齿轮310啮合而驱使转动架303从装卸芯片位置转动至光照成像位置，以保证转动架于移动架被拉入主机体后处于光照成像位置；
该齿条308于移动架302被推出主机体之外时与齿轮310啮合而驱使转动架303从光照成像位置转动至装卸芯片位置转动，以保证转动架于移动架被推出主机体后处于装卸芯片位置。
该驱转机构结构简单，无需额外的动力源即可实现驱动，且在拉入和推出移动架的过程中，无需让移动架停留即可实现转动架在装卸芯片位置和光照成像位置之间切换，节省测序时间。
本实施例中，该装卸芯片位置与光照成像位置相差90度角。该齿条具有预定的长度，该齿轮于移动架被拉入主机体之内或推出主机体之外时与齿条先啮合后脱离，齿轮与齿条的每次啮合可驱使转动架转动90度。驱转机构的工作原理如下：
如图35所示，推拉机构306驱使移动架302拉入主机体301之内；在移动架303被拉入主机体301的运动过程中，如图36所示，齿轮310先与齿条308啮合；如图37所示，在齿条308与齿轮310的啮合下，转动架303沿图37中顺时针方向转动；当转动架303转动90度后，如图38所示，齿轮310与齿条308脱离，由此以实现转动架303从装卸芯片位置转动至光照成像位置。
推拉机构306驱使移动架302推出主机体301之外，在移动架302被推出主机体301的运动过程中，齿轮310也先与齿条308啮合，转动架303沿逆时针方向转动，当转动架303转动90度后，齿轮310与齿条308脱离，由此以实现转动架从光照成像位置转动至装卸芯片位置。
该转轴309有两根，该两根转轴309分布于转动架303的两侧，该两根转轴309的轴线是重合的，该齿轮310固定地安装于其中的一根转轴309上；
该移动架302包括两平行设置的支撑臂311，该转动架303位于两支撑臂311之间，两根转轴309分别可转动地安装于一支撑臂311上；
每个支撑臂311上分别设有一用于阻碍安装于该支撑臂311上的转轴309转动的阻转机构；
各阻转机构包括弹簧定位珠312；
各转轴309的周壁上设有两个绕转轴的轴线周向间隔分布的供弹簧定位珠的球珠313陷入的凹窝314，本实施例中，各转轴上的两个凹窝在转轴的圆周方向上相隔90度；
各弹簧定位珠的球珠313于转动架303处于装卸芯片位置时陷入其中一个凹窝314内；
各弹簧定位珠的球珠313于转动架303处于光照成像位置时陷入另一个凹窝314内；
该技术方案通过设置阻转机构可以时转动架能够稳定地停留在装卸芯片位置和光照成像位置上。且该技术方案公开的阻转机构结构简单，实施方便。
该转动架插槽307的槽底设有磁铁315，该芯片框架700的底部设有底部铁体703，该磁铁315于芯片框架的底部***转动架插槽时吸引底部铁体703。
该技术方案通过设置磁铁吸引底部铁体以限定芯片框架，使芯片框架(及基因芯片)能够稳定地置于转动架插槽内，避免芯片框架于转动架转动至光照成像位置时发生脱离转动架插槽的现象。
本发明的工作原理如下：
将基因芯片200固定地安装于芯片框架700上；
将安装有基因芯片的芯片框架700***运载体的运载体插槽601中，此时，芯片框架700的顶部外露，完成基因芯片装载于运载体上；
通过输送线500将装载有芯片框架的运载体600输送至基因测序工位501；
如图39所示，驱使滑座104移动至取放停留位置106；
如图40所示，驱使取放部102下降，以使芯片框架700的顶部***取放部插槽116内，使电磁铁117通电，以吸引***取放部插槽的芯片框架的顶部的顶部铁体，实现抓取芯片框架(即抓取基因芯片)；
如图41所示，驱使取放部102上升，以使芯片框架700抽离运载体600；
如图42所示，驱使滑座104移动至加液停留位置107；
如图43所示，驱使取放部102下降，以使取放部的下柱111及其抓取的芯片框架700***位于加液停留位置107正下方的容器的容腔403中；往基因芯片200加载(即注入)试剂的过程参照如下，如图20所示，在取放部102下降到预定位置后，弹性密封圈113被夹持于容器台阶面405与取放部台阶面112之间以实现封堵容器的口部404，先启动抽气装置，使容器的容腔403形成负压，于容器的容腔403到达预设的负压阈值时关停抽气装置，可预先设定一过渡时间，从关停抽气装置开始计时，到达过渡时间后，启动充气装置，并于容器的容腔403的气压回复到常压时关停充气装置，基因芯片200完成当前容器中盛装的试剂的加载；
如图44所示，驱使取放部102上升，以使取放部的下柱111及其抓取的芯片框架700抽离容器402，此后可以通过转盘驱动机构驱使转盘401转动而让另一容器402停留在加液停留位置107的正下方，此时，若再次驱使取放部下降并再次执行往基因芯片加载(即注入)试剂的过程，则会使基因芯片完成另一容器中盛装的试剂的加载，连续往基因芯片加载两种或者三种以上试剂的情况是会发生的，例如先使用清洗试剂清洗基因芯片后，再往基因芯片中加载含大量腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)与鸟嘌呤(G)碱基分子的碱基分子试剂，这些碱基分子上带有荧光基团；
如图45所示，在取放部的下柱111及其抓取的芯片框架700抽离容器402后，驱使滑座104移动至检测停留位置105，此时的光学检测装置300的移动架302被推出于主机体301之外；
如图46所示，驱使取放部102下降，以使芯片框架700***转动架插槽307内；
如图47所示，使电磁铁117失电，以释放***取放部插槽的芯片框架的顶部的顶部铁体701，驱使取放部102上升，以使芯片框架700的顶部抽离取放部插槽116，实现释放芯片框架(即释放基因芯片)；此后，通过推拉机构306将移动架302拉入主机体之内后进行光照成像检测；
当完成光照成像检测后，通过推拉机构306将移动架302推出主机体301之外，驱使取放部102下降以使芯片框架700的顶部***取放部插槽116内，使电磁铁117通电，以抓取芯片框架700，驱使取放部102上升，以使芯片框架700抽离转动架303，此后驱使滑座104在加液停留位置107与检测停留位置105之间来回切换，以重复预定次数的试剂加载和光照成像检测。
当完成基因测序后，驱使滑座104移动至取放停留位置106，驱使取放部102下降以使芯片框架700***运载体插槽601内，使电磁铁117失电，以释放芯片框架700，此后通过输送线500将完成测序的基因芯片200运离基因测序工位501，同时将新的待检测的基因芯片200输送至基因测序工位501，等待测序。