阅读说明：本技术 一种全自动poct多重检测液相芯片系统 (Full-automatic POCT multiple detection liquid phase chip system ) 是由 张兴鹏 常乐 韦润聃 于 2019-11-15 设计创作，主要内容包括：本申请涉及全自动化学发光领域,具体是涉及一种全自动POCT多重检测液相芯片系统,其包括有安装架,所述安装架上分别安装有加样臂、磁分离组件、光路系统和主控板,光路系统及主控板位于安装架的顶部,光路系统包括第一激光器和与之对应的第一反射镜架,第二激光器和与之对应的第二反射镜架,第二反射镜架旁设置有流动室,流动室和第二反射镜架之间设置有双胶合透镜,流动室周围设置有第一侧向荧光收集组件、第二侧向荧光收集组件和向前散射光收集组件。本申请的光路系统采用模块化设计,可以根据客户需求灵活配置。荧光收集系统可采用单片大数值孔径非球面聚焦透镜,结构简单可靠,稳定性高。(The utility model relates to a full-automatic chemiluminescence field specifically relates to a full-automatic POCT multiple detection liquid phase chip system, and it is including the mounting bracket, install application of sample arm, magnetic separation subassembly, light path system and main control board on the mounting bracket respectively, light path system and main control board are located the top of mounting bracket, light path system includes first laser instrument and the first reflection mirror holder that corresponds with it, second laser instrument and the second mirror holder that corresponds with it, the other mobile room that is provided with of second mirror holder, be provided with two cemented lens between mobile room and the second mirror holder, be provided with first lateral fluorescence around the mobile room and collect the subassembly, the subassembly is collected to the second lateral fluorescence and the subassembly is collected to forward scattered light. The optical path system adopts a modular design and can be flexibly configured according to the requirements of customers. The fluorescence collection system can adopt a single-chip aspheric focusing lens with large numerical aperture, and has simple and reliable structure and high stability.)

一种全自动POCT多重检测液相芯片系统

技术领域

本申请涉及全自动化学发光领域，具体是涉及一种全自动POCT多重检测液相芯片系统。

背景技术

大型化学发光由于其自动化程度高，灵敏度高等特点在临床上应用非常广泛，近年来发展迅速，已成为免疫检测的主流方法学。但是由于其每一个测试只能检测一个指标，检测通量相比生化分析仪要低很多，主流的测速一般为200T/H，而生化分析仪最高速可以达到2000T/H，从检测项目角度看，免疫检测指标远远大于生化检测指标，因此对于免疫的高通量要求是必然的趋势，而对于单指标检测系统，想要提高检测通量是非常困难的，因为化学发光涉及到磁分离清洗，这一步是最大的瓶颈，很难大幅提升检测通量。但如果是多指标检测，假设一次可检测20个指标，检测通量就可以提高至原来的20倍，可以比现有生化分析仪的速度更快，因此多重免疫检测是临床免疫发展的必然趋势。目前多指标检测主要平台为Luminex的液相芯片系统，透景生命基于该平台推出了全自动液相芯片系统，但其成本高昂，体积庞大，不适用于中小医院。而现有POCT基本都是基于层析法原理，检测灵敏度不够，精密度不高，个别厂家推出了POCT的化学发光，但磁分离效率不高，自动化程度较低、检测通量较小。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，现提出一种可实现多重检测，支持单人份试剂封装、仪器体积小巧、全自动化，无需手工加样，无携带污染，检测效率较高的全自动POCT多重检测液相芯片系统。

为实现上述技术效果，本申请的具体方案如下：

一种全自动POCT多重检测液相芯片系统，其特征在于：包括有安装架，所述安装架上分别安装有加样臂、样本管架、TIP盒组件、恒温控制仓、TIP头卸载架、磁分离组件、光路系统和主控板，恒温控制仓包括第一反应仓和第二反应仓，磁分离组件包括第一磁分离组件和第二磁分离组件，第一反应仓上方对应设置有第一磁分离组件，第二反应仓上方对应设置有第二磁分离组件；

光路系统及主控板位于安装架的顶部，光路系统包括第一激光器和与之对应的第一反射镜架，第二激光器和与之对应的第二反射镜架，第二反射镜架旁设置有流动室，流动室和第二反射镜架之间设置有双胶合透镜，流动室周围设置有第一侧向荧光收集组件、第二侧向荧光收集组件和向前散射光收集组件。

进一步地，第一激光器为525nm激光器，第二激光器为638nm激光器，或一个525nm激光器；第一反射镜架和第二反射镜架均为45°反射镜架及两片合束镜；双胶合透镜包括精密光学一维调节架和一片双胶合透镜。

进一步地，第一侧向荧光收集组件和第二侧向荧光收集组件均包括孔径大于0.5的单片非球面聚焦透镜、二向色镜、滤光片及探测器；向前散射光收集组件包括透镜、滤光片以及光电二极管探测器。

进一步地，还包括液路系统，液路系统包括两个柱塞泵、电磁阀、鞘液过滤器和隔膜泵，两个柱塞泵通过压差将样本吸入流动室，同时提供稳定的鞘液流，使样本在鞘流的包裹下流经流动室的检测区，电磁阀用于控制液体的通断，过滤器用于过滤鞘液中的杂质，隔膜泵用于供应样本针外壁清洗液。

针对磁分离组件，进一步地，第一磁分离组件与第二磁分离组件结构相同，第一磁分离组件与第二磁分离组件均包括主丝杆电机和与之相连的导轨滑块连接块，导轨滑块连接块套接在直线导轨上，导轨滑块连接块连接有磁棒电机导轨安装支架，磁棒电机导轨安装支架上固定有磁棒丝杆电机，磁棒电机导轨安装支架上连接有磁棒安装块，磁棒安装块连接有多个磁棒，磁棒电机导轨安装支架底部有用于加载一次性磁分离套的装载头。

针对第一磁分离组件与第二磁分离组件，进一步地，主丝杆电机通过T型丝杆螺母与导轨滑块相连；直线导轨位于电机导轨安装支架上，主丝杆电机安装在电机导轨安装支架上。

针对第一磁分离组件与第二磁分离组件，进一步地，磁棒安装块套接有至少一个光轴导轨，磁棒安装块底部连接有多根磁棒；电机导轨安装支架的底部设置有用于检测一次性磁分离套是否正常装载或卸载的反射式光电检测开关，反射式光电检测开关设置在一次性分离磁套旁。

针对加样臂，进一步地，加样臂包括X轴和Z轴，加样臂的Z轴电机滑块上安装有柱塞泵。

针对样本管架，进一步地，样本管架采用履带式传动结构。

针对TIP盒组件，进一步地，TIP盒组件沿Y轴方向运动。

针对第一反应仓和第二反应仓，进一步地，第一反应仓和第二反应仓为独立的两个恒温控制仓，且均能执行Y轴方向运动。

针对TIP头卸载架，进一步地，TIP头卸载架安装于恒温控制仓上方，恒温控制仓的正下方有废物仓，废物仓位于为抽屉式结构。

进一步地，还包括流式上样组件和光路支架，光路支架位于流式上样组件的正上方，光路支架与光路系统之间通过防震橡胶座连接，流式上样组件位于两个反应仓的上方，光路支架的下方，执行X轴方向及Z轴方向运动。

进一步地，还包括控制电脑、电气控制组件和外部电气接口，控制电脑为带触摸功能的工控机，控制电脑安装于仪器外壳的前面框上。电气控制组件包括开关电源、主控板、电机驱动板和温控板，外部电气接口包括交流电源三合一开关及USB和网口。

与系统匹配的试剂条上设置有手柄，手柄旁设置有二维码、磁分离套和一次性破膜头， 在试剂条上并排设置有第一稀释液孔、第二稀释液孔、磁珠孔、第一试剂孔、第二试剂孔、第三试剂孔、第一清洗液孔、第二清洗液孔、第三清洗液孔、第四清洗液孔和检测孔。

本申请的优点在于：

1、本申请的光路系统采用模块化设计，可以根据客户需求灵活配置。荧光收集系统可采用单片大数值孔径非球面聚焦透镜，结构简单可靠，稳定性高；侧向散射光及荧光探测采用SiPM进行探测，体积小、成本低、量子效率高，在某些波长甚至优于PMT，因此可以获得更高的信噪比；同时由于是半导体工艺，芯片之间的一致性远优于PMT，进一步提升了系统的稳定性，缩小了不同仪器之间的台间差。

2、本申请液路系统采用柱塞泵驱动，精度高，寿命长，维护成本低；样品采用压差上样方式，无死体积，携带污染少；具体而言，可采用两个2个柱塞泵，一个用于供应鞘液，一个从流动室的出口端抽取废液，抽取速度大于鞘液供应速度时，2个柱塞泵之间就可以产生稳定的负压，通过精密控制柱塞泵的速度，可以达到精确的样本吸入，并且样本在进入流动室之前没有任何电磁阀。

3、本申请采用相互独立的第一反应仓和第二反应仓，两者可独立运行，实现了双通道检测，可以提高检测效率，兼容急诊需求。本申请采用第一磁分离组件和第二磁分离组件的两种主动式磁分离技术，利用一次性磁分离套及磁棒的配合，将磁珠直接吸附在磁分离套的底部，达到主动磁分离的效果，提升清洗效率，降低了系统的本底。

4、本申请的第一磁分离组件和第二磁分离组件中的磁棒电机驱动磁分离套在反应过程中持续上下震荡混匀，加速了免疫反应过程，缩短了反应时间，避免了磁珠的沉降，实现了全程混匀，提升了反应效率，避免了磁珠沉降，提高了反应的均一性。

5、本申请的PMT读数装置通过舵机驱动一个旋转机构，旋转机构上可装载有快门和透过率为1%的衰减片，通过切换，可以分别读取衰减之前的发光值和衰减之后的发光值，大幅提升检测的动态范围，节省了试剂用量，提升了检测效率。

6、进样系统采用履带式进样，与传统的圆盘式进样相比大大节省了空间，同时可以支持样本随时***，更好的支持急诊需求。可采用一次性导电TIP头，配备液位探测，气压探测，实现了全自动加样，并支持全血，无携带污染。目前国内厂家的POCT化学发光都是手工加样，步骤繁琐，容易引入人为误差，并不适合急诊；可采用了单人份试剂条，所有耗材都封装在试剂条中，简化了手工操作流程。

附图说明

图1为本申请的结构示意图。

图2为本申请匹配的试剂条结构示意图。

图3为本申请磁分离组件结构示意图。

图4为本申请光路结构示意图。

图5为本申请液路结构示意图。

附图中：1-加样臂，2-柱塞泵，3-主控电脑，4-样本管架，5-TIP盒组件，6-第一反应仓，7-第二反应仓，8-废物仓，9-TIP头卸载架，10-反应盘电缆拖链，11-第一磁分离组件，12-第二磁分离组件，13-光路支架，14-外部电气接口，15-流式上样组件，16-光路系统，17-主控板，20-手柄，21-二维码，22-磁分离套，23-一次性破膜头， 24-第一稀释液孔，25-第二稀释液孔，26-磁珠孔，27-第一试剂孔，28-第二试剂孔，29-第三试剂孔，30-第一清洗液孔，31-第二清洗液孔，32-第三清洗液孔，33-第四清洗液孔，34-检测孔。

101-主丝杆电机，102-主电机导轨安装支架，103-T型丝杆螺母，104-导轨滑块连接块，105-直线导轨，106-反射式光电检测开关，107-一次性磁分离套，108-磁棒丝杆电机，109-磁棒电机导轨安装支架，110-磁棒安装块，111-光轴导轨，112-磁棒。

301-第一激光器，302-第二激光器，303-第一反射镜架，304-第二反射镜架，305-双胶合透镜，306-第一侧向荧光收集组件，307-第二侧向荧光收集组件，308-流动室，309-前向散射光收集组件。

201-电磁阀，202-鞘液过滤器，203-第一柱塞泵，204-隔膜泵。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种全自动POCT多重检测液相芯片系统包括有安装架，所述安装架上分别安装有加样臂1、样本管架4、TIP盒组件5、恒温控制仓、TIP头卸载架9、磁分离组件、光路系统16和主控板17，恒温控制仓包括第一反应仓6和第二反应仓7，磁分离组件包括第一磁分离组件11和第二磁分离组件12，第一反应仓6上方对应设置有第一磁分离组件11，第二反应仓7上方对应设置有第二磁分离组件12；

如图4所示，光路系统16及主控板17位于安装架的顶部，光路系统16包括第一激光器301和与之对应的第一反射镜架303，第二激光器302和与之对应的第二反射镜架304，第二反射镜架304旁设置有流动室308，流动室308和第二反射镜架304之间设置有双胶合透镜305，流动室308周围设置有第一侧向荧光收集组件306、第二侧向荧光收集组件307和向前散射光收集组件。当样本中的微球逐个通过流动室308的检测区时，微球被聚焦于此的激光激发，产生散射光、编码荧光及待测荧光，分别被散射光探测器和荧光探测器接收，经过高速ADC采样后，数据被传输至主控电脑3用于计算最终结果。

本申请的光路系统16采用模块化设计，可以根据客户需求灵活配置。荧光收集系统可采用单片大数值孔径非球面聚焦透镜，结构简单可靠，稳定性高；侧向散射光及荧光探测采用SiPM进行探测，体积小、成本低、量子效率高，在某些波长甚至优于PMT，因此可以获得更高的信噪比；同时由于是半导体工艺，芯片之间的一致性远优于PMT，进一步提升了系统的稳定性，缩小了不同仪器之间的台间差。

实施例2

如图1所示，全自动POCT多重检测液相芯片系统包括有安装架，所述安装架上分别安装有加样臂1、样本管架4、TIP盒组件5、恒温控制仓、TIP头卸载架9、磁分离组件、光路系统16和主控板17，恒温控制仓包括第一反应仓6和第二反应仓7，磁分离组件包括第一磁分离组件11和第二磁分离组件12，第一反应仓6上方对应设置有第一磁分离组件11，第二反应仓7上方对应设置有第二磁分离组件12；

光路系统16及主控板17位于安装架的顶部，光路系统16包括第一激光器301和与之对应的第一反射镜架303，第二激光器302和与之对应的第二反射镜架304，第二反射镜架304旁设置有流动室308，流动室308和第二反射镜架304之间设置有双胶合透镜305，流动室308周围设置有第一侧向荧光收集组件306、第二侧向荧光收集组件307和向前散射光收集组件。当样本中的微球逐个通过流动室308的检测区时，微球被聚焦于此的激光激发，产生散射光、编码荧光及待测荧光，分别被散射光探测器和荧光探测器接收，经过高速ADC采样后，数据被传输至主控电脑3用于计算最终结果。

第一激光器301为525nm激光器，第二激光器302为638nm激光器，或一个525nm激光器；第一反射镜架303和第二反射镜架304均为45°反射镜架及两片合束镜；双胶合透镜305包括精密光学一维调节架和一片双胶合透镜305。第一侧向荧光收集组件306和第二侧向荧光收集组件307均包括孔径大于0.5的单片非球面聚焦透镜、二向色镜、滤光片及探测器；滤光片和二向色镜可以根据荧光通道的编码需求灵活配置；向前散射光收集组件包括透镜、滤光片以及光电二极管探测器。

除上述结构之外，本系统还包括液路系统，液路系统包括两个柱塞泵2、电磁阀201、鞘液过滤器202和隔膜泵204，两个柱塞泵2通过压差将样本吸入流动室308，同时提供稳定的鞘液流，使样本在鞘流的包裹下流经流动室308的检测区，电磁阀201用于控制液体的通断，过滤器用于过滤鞘液中的杂质，避免堵塞流动室308，隔膜泵204用于供应样本针外壁清洗液。

第一磁分离组件11与第二磁分离组件12结构相同，第一磁分离组件11与第二磁分离组件12均包括主丝杆电机101和与之相连的导轨滑块连接块104，导轨滑块连接块104套接在直线导轨105上，导轨滑块连接块104连接有磁棒电机导轨安装支架109，磁棒电机导轨安装支架109上固定有磁棒丝杆电机108，磁棒电机导轨安装支架109上连接有磁棒安装块110，磁棒安装块110连接有多个磁棒112，磁棒电机导轨安装支架109底部有用于加载一次性磁分离套107的装载头。装载头通过摩擦力进行加载，一次性磁分离套107可以加载一个或多个。第一磁分离组件11与第二磁分离组分别由一个主丝杆电机101及磁棒丝杆电机108驱动，两个电机都只做Z轴运动，用于执行磁珠吸附、磁珠转移及磁珠混匀。

磁分离组件为主动式磁分离方式，采用一次性磁分离套107，通过与磁棒112配合将磁珠从溶液中吸附至一次性磁分离套107外壁，再将磁珠转移至其他反应孔位，磁棒112撤离，通过一次性磁分离套107上下震荡使磁珠重悬浮，磁吸附时间短、只需10-15S左右。传统的磁分离方式均采用被动磁分离，磁场在反应杯外部，通过长时间吸附后，通过废液泵抽走液体，再加入其他溶液进行重悬浮混匀，吸附效率低、吸附时间长，一般在45S以上；另外，在整个反应过程中，磁棒112臂可以持续上下震荡，一方面防止避免的磁珠的沉降，让反应更加充分，另一方面持续的震荡加速了分子的运动及接触几率，从而加速了整个免疫反应，可以缩短反应时间。

主丝杆电机101通过T型丝杆螺母103与导轨滑块相连；直线导轨105位于电机导轨安装支架上，主丝杆电机101安装在电机导轨安装支架上。

磁棒安装块110套接有至少一个光轴导轨111，磁棒安装块110底部连接有多根磁棒112；电机导轨安装支架的底部设置有用于检测一次性磁分离套107是否正常装载或卸载的反射式光电检测开关106，反射式光电检测开关106设置在一次性分离磁套旁。

加样臂1包括X轴和Z轴，用于执行X轴和Z轴的往复运动，加样臂1的Z轴电机滑块上安装有柱塞泵2，柱塞泵2配合加样臂1完成TIP头装载，液位探测、气压探测、样本吸取、样本加样、TIP头卸载等功能。

样本管架4采用履带式传动结构。样本管架4用于装载样品管并驱动样品管旋转传输至需要加样的位置，大大节省了仪器体积，并能支持随时***样本。

TIP盒组件5沿Y轴方向运动。TIP盒组件5用于装载TIP头耗材，并驱动TIP盒运行至需要装载TIP头的位置上。

第一反应仓6和第二反应仓7为独立的两个恒温控制仓，且均能执行Y轴方向运动。一次性试剂条可以分别装载至2个反应仓中，用于完成加样后的所有免疫反应、清洗及读数，按照程序设计的流程依次完成穿摸头装载、穿膜、加样、稀释、磁分离套22装载、磁珠多次转移、磁珠清洗、磁珠转移至底物读数等流程。

TIP头卸载架9安装于恒温控制仓上方，恒温控制仓的正下方有废物仓8，废物仓8位于为抽屉式结构。穿膜头、TIP头及磁分离套22等都会自动卸载并掉落至废物仓8，其中用完的TIP头通过安装在TIP头卸载架9上的卸载机构自动卸载并掉落至废物仓8。

除上述结构以外，本系统还包括流式上样组件15和光路支架13，光路支架13位于流式上样组件15的正上方，用于承载整个光路系统16，光路支架13与光路系统16之间通过防震橡胶座连接，用于减少外界振动对检测结果的影响，流式上样组件15位于两个反应仓的上方，光路支架13的下方，执行X轴方向及Z轴方向运动，用于对已完成反应的试剂条检测孔34中的待检液体进行检测。

除上述结构以外，本系统还包括控制电脑、电气控制组件和外部电气接口14，控制电脑为带触摸功能的工控机，控制电脑安装于仪器外壳的前面框上。控制电脑用于控制整个仪器并提供人机交互界面。电气控制组件包括开关电源、主控板17、电机驱动板和温控板，外部电气接口14包括交流电源三合一开关及USB和网口。外部电气接口14用于接入市电以及USB外设、网络等连接；电气控制组件用于系统供电及整机的控制，控制系统与电脑之间通过USB通讯，主控板17与其他控制模块之间采用CAN总线通讯。

与本系统匹配的试剂条上设置有手柄20，手柄20旁设置有二维码21、磁分离套22和一次性破膜头23， 在试剂条上并排设置有第一稀释液孔 24、第二稀释液孔25、磁珠孔26、第一试剂孔27、第二试剂孔28、第三试剂孔29、第一清洗液孔30、第二清洗液孔31、第三清洗液孔32、第四清洗液孔33和检测孔34。手柄20用于使用者取放试剂条，二维码21包含试剂代号及批号等信息，用于系统的自动识别，一次性磁分离套107用于执行磁珠吸附、混匀及转移，一次性破膜头23用于穿破试剂条每个孔的铝膜封口，第一稀释液孔 24、第二稀释液孔25用于执行样本的稀释，磁珠孔26用于封装试剂的磁珠组份，第一试剂孔27、第二试剂孔28、第三试剂孔29用于封装其余试剂组份，第一清洗液孔30、第二清洗液孔31、第三清洗液孔32、第四清洗液孔33用于执行磁珠的清洗，检测孔34用于重悬浮磁珠，并执行检测。

光路系统16采用模块化设计，可以根据客户需求灵活配置。荧光收集系统可采用单片大数值孔径非球面聚焦透镜，结构简单可靠，稳定性高；侧向散射光及荧光探测采用SiPM进行探测，体积小、成本低、量子效率高，在某些波长甚至优于PMT，因此可以获得更高的信噪比；同时由于是半导体工艺，芯片之间的一致性远优于PMT，进一步提升了系统的稳定性，缩小了不同仪器之间的台间差。

液路系统采用柱塞泵2驱动，精度高，寿命长，维护成本低；样品采用压差上样方式，无死体积，携带污染少；具体而言，可采用两个2个柱塞泵2，一个用于供应鞘液，一个从流动室308的出口端抽取废液，抽取速度大于鞘液供应速度时，2个柱塞泵2之间就可以产生稳定的负压，通过精密控制柱塞泵2的速度，可以达到精确的样本吸入，并且样本在进入流动室308之前没有任何电磁阀201。

相互独立的第一反应仓6和第二反应仓7，两者可独立运行，实现了双通道检测，可以提高检测效率，兼容急诊需求。本申请采用第一磁分离组件11和第二磁分离组件12的两种主动式磁分离技术，利用一次性磁分离套107及磁棒112的配合，将磁珠直接吸附在磁分离套22的底部，达到主动磁分离的效果，提升清洗效率，降低了系统的本底。

第一磁分离组件11和第二磁分离组件12中的磁棒112电机驱动磁分离套22在反应过程中持续上下震荡混匀，加速了免疫反应过程，缩短了反应时间，避免了磁珠的沉降，实现了全程混匀，提升了反应效率，避免了磁珠沉降，提高了反应的均一性。

PMT读数装置通过舵机驱动一个旋转机构，旋转机构上可装载有快门和透过率为1%的衰减片，通过切换，可以分别读取衰减之前的发光值和衰减之后的发光值，大幅提升检测的动态范围，节省了试剂用量，提升了检测效率。

进样系统采用履带式进样，与传统的圆盘式进样相比大大节省了空间，同时可以支持样本随时***，更好的支持急诊需求。可采用一次性导电TIP头，配备液位探测，气压探测，实现了全自动加样，并支持全血，无携带污染。目前国内厂家的POCT化学发光都是手工加样，步骤繁琐，容易引入人为误差，并不适合急诊；可采用了单人份试剂条，所有耗材都封装在试剂条中，简化了手工操作流程。