專利名稱：一種dna測序儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及DNA測序技術領域，具體涉及ー種DNA測序儀。
背景技術：
在DNA測序技術領域,焦磷酸測序技術(pyrosequenc ing),是由Nyren等人于1987年發展起來的ー種新型的酶級聯測序技術，其可重復性和精確性能與Sanger法DNA測序技術相媲美，而速度卻大大提高。焦磷酸測序技術是由4種酶催化的同一反應體系中的酶級聯化學發光反應。焦磷酸測序技術的原理是引物與模板DNA退火后，在DNA聚合酶(DNA polymerase), ATP硫酸化酶(ATP sulfurylase)、突光素酶(Iuciferase)和三磷酸腺苷雙磷酸酶(Apyrase)四種酶的協同作用下，將引物上每ー個dNTP的聚合與一次光信號的釋放偶聯起來，通過檢測光的釋放和強度，達到實時測定DNA序列的目的。焦磷酸測序技術的反應體系由反應底物、待測單鏈、測序引物和四種酶構成。反應底物為5’ -磷酰硫酸(adenosine-S’ -phosphosulfate, APS)和突光素(IuciferinX在每ー輪測序反應中，反應體系中只加入一種脫氧核苷酸三磷酸(dNTP)，如果它剛好能和DNA模板的下ー個堿基配對，則會在DNA聚合酶的作用下，添加到測序引物的3’末端，同時釋放出ー個分子的焦磷酸(PPi)。在ATP硫酸化酶的作用下，生成的PPi可以和APS結合形成ATP，在熒光素酶的催化下，生成的ATP又可以和熒光素結合形成氧化熒光素，同時產生可見光。通過微弱光檢測裝置及處理軟件可獲得ー個特異的檢測峰，峰值的高低則和相匹配的堿基數成正比。如果加入的dNTP不能和DNA模板的下一個堿基配對，則上述反應不會發生，也就沒有檢測峰。反應體系中剩余的dNTP和殘留的少量ATP在Apyrase的作用下發生降解。待上一輪反應完成后，加入另ー種dNTP，使上述反應重復進行，根據獲得的峰值圖即可讀取準確的DNA序列信息。整體操作流程描述如下DNA樣品通過破碎后，應用建庫試劑進行加接頭、單鏈捕獲、結合至微球、微乳液PCR擴增、破乳液，獲得建立在微球上的DNA文庫，應用加樣板將文庫和測序反應需要的酶等鋪放至具有微反應池的測序芯片，測序芯片和測序試劑安裝至主機上，通過控制計算機根據模塊數量和位置啟動測序程序，自動化進行測序反應，產生的數據傳輸至數據分析計算機，完成測序后應用計算分析軟件進行圖像處理、序列讀出、質量分析、序列拼接等工作，最終得到DNA樣本的序列信息。刻有微反應池的測序芯片由芯徑25 μ m厚度2mm的光纖面板進行單面光纖芯層刻蝕得到，刻蝕深度40 μ m,芯片上共計約300萬個微反應池，其中成像部分約120萬個微反應池。微反應池測序芯片是測序反應的載體，載有測序模板的DNA Beads及各種測序反應用酶均位于刻有微反應池的測序芯片中。測序過程中，在測序芯片上發生化學反應,產生可見光,通過(XD (Charge CoupleDevice)相機捕捉測序反應所產生的光信號，即可得到所需要的測序信息。
發明人發現現有技術的DNA測序儀，只有ー個反應倉，一臺儀器只能同時進行一項實驗，工作效率不高。
發明內容
針對現有技術的上述缺陷，本發明要解決的技術問題是，提供ー種DNA測序儀，能夠同時進行多項DNA測序反應的實驗，提高DNA測序的工作效率。為解決上述問題，本發明提供了ー種DNA測序儀，包括支撐臺、多個減震器和通過所述多個減震器與所述支撐臺連接的減震板；所述DNA測序儀還包括用于進行DNA測序反應的反應倉組件，所述反應倉組件包括豎直設置在所述減震板上的支撐架和并列設置在所述支撐架上的多個反應倉；用于采集每個所述反應倉內的DNA測序反應所產生的光信號的CCD相機；用干支撐所述CCD相機并帶動所述CCD相機在不同的所述反應倉之間切換并在正對其中一個反應倉時靠近或遠離所述反應倉的可ニ維調整的 支撐裝置；用于為所述反應倉組件提供反應試劑和緩沖液的藥劑供應組件；所述反應倉組件和可ニ維調整的支撐裝置均固定設置在所述減震板上，所述藥劑供應組件設置在所述支撐臺上。作為優選，每個所述反應倉均包括轉動連接在所述支撐架上的底座、進行測序反應的反應池體和用于安裝測序芯片的安裝座；所述反應池體ー側的表面上開設有環形凹槽；所述安裝座上設有貫通的安裝腔，所述測序芯片安裝在所述安裝腔的一端內，其中，所述安裝腔的一端設有用于定位所述測序芯片的定位環，所述安裝腔的內壁上沿其徑向設有多個貫通所述內壁的定位槽，多個所述定位槽位于所述安裝腔的軸向的同一位置上，多個所述定位槽沿所述安裝腔的圓周均勻分布，每個所述定位槽內均設有沿所述定位槽滑動伸入所述安裝腔內以卡持所述測序芯片使其緊貼在所述定位環上并沿所述定位槽縮回所述定位槽內以松開所述測序芯片的滑動舌板；所述反應池體開設有環形凹槽的ー側面朝向所述安裝腔與所述安裝座固定連接；所述測序芯片與所述反應池體開設有環形凹槽的側面之間設有供測序用試劑流過的間隙，所述間隙通過嵌設于所述凹槽內并凸出所述環形凹槽的密封圈圍成供測序反應的測序反應池；所述反應池體的另ー側面貼在所述底座上，并且在所述反應池體和所述底座上設有對應的多個通孔，所述反應池體通過穿過所述通孔的導向桿與所述底座連接，所述導向桿的一端與所述底座固定連接，所述反應池體通過所述通孔套在所述導向桿上能在所述導向桿的軸向上滑動并能在所述導向桿的徑向上微動；所述反應池體與所述底座之間設有第一弾性部件。作為優選，所述反應池體包括背板和設在所述背板上向所述背板的ー側凸出的凸臺，所述環形凹槽開設在所述凸臺的端面上；所述安裝座包括座體，所述安裝腔開設在所述座體上，所述座體與所述背板之間固定連接使所述凸臺伸入所述安裝腔內并使所述凸臺與所述測序芯片之間設有供測序用試劑流過的所述間隙；所述反應池體設有背板的一側貼在所述底座上，所述反應池體與所述底座對應設置的多個所述通孔開設在所述背板上。作為優選，所述第一弾性部件為第一彈簧，所述底座與所述反應池體連接的ー側設有空腔，所述空腔內設有ー個或多個整體位于所述空腔內的彈簧桿，所述第一彈簧套在所述彈簧桿上并伸出所述空腔；設在所述反應池體上的所述通孔呈臺階狀，所述通孔靠近所述底座的一段為滑動段，所述通孔的另一段為安裝段，所述安裝段的內徑大于所述滑動段，所述安裝段與所述滑動段連接處形成第一臺階；所述導向桿的一端為與所述底座連接的連接部，所述導向桿的另一端設有用于卡持在所述第一臺階處的凸起部，所述導向桿的中部靠近所述凸起部的部分為在所述滑動段內滑動的滑動部；所述滑動段的直徑稍大于所述滑動部的直徑。作為優選，所述環形凹槽為六邊形，當所述反應池體豎直放置時，所述六邊形的上端設有出液ロ，所述六邊形的下端設有進液ロ。作為優選，所述定位槽靠近所述安裝腔的一段的尺寸較小，形成用于限位所述滑動舌板的第二臺階；所述定位槽遠離所述安裝腔的一端設有與所述安裝座固定連接的擋板；所述滑動舌板的一端伸入所述安裝腔內以卡持所述測序芯片，所述滑動舌板上設有在所述滑動舌板的一端伸出時抵在所述第二臺階上的突出部；所述突出部與所述擋板之間設有使所述滑動舌板伸入所述安裝腔內的第二弾性部件。作為進一歩地優選，所述第二弾性部件為第二彈簧，所述第二彈簧套在所述突出部與所述擋板之間的所述滑動舌板上，所述擋板上設有供所述滑動舌板遠離所述安裝腔的一端穿過的通孔，所述擋板的內側設有內徑大于所述通孔的套，所述套與通孔之間形成用于使所述第二彈簧的端部抵靠的第三臺階。
作為優選，所述安裝座的外側面上設有圍繞在所述測序芯片的環形槽；所述CCD相機的前端連接有連接法蘭，所述連接法蘭的前端具有用于插入所述環形槽并與所述環形槽密封配合的凸圈。作為進一歩地優選，所述CCD相機包括相機體和位于所述相機體內的用于讀取發生在所述測序芯片上的測序反應的光信號的光纖面板，所述光纖面板的一端伸出所述相機體的前端直接與位于所述安裝座內的測序芯片的ー側面直接接觸以獲取在測序芯片的另一側面上進行的測序反應所產生的光信號。作為優選，所述反應池體的環形凹槽所圍成的區域設有ー個或多個溫度傳感器，所述反應池體與所述底座連接的一側設有向所述反應池體內凹的加熱室，所述加熱室內設有半導體加熱器。作為優選，所述可ニ維調整的支撐裝置包括用于帶動所述CCD相機在多個反應倉之間切換的第一直線運動機構和帶動所述CCD相機靠近或遠離每個所述反應倉的第二直線運動機構，其中，所述第一直線運動機構包括與所述減震板固定連接的第一導軌座、設在所述第一導軌座上的第一導軌、沿所述第一導軌直線運動的第一滑塊和位于所述第一導軌座內的第一滾珠絲杠運動副，所述第一滾珠絲杠運動副的螺母與所述第一滑塊固定連接；所述第二直線運動機構包括第二導軌座、設在所述第二導軌座上的第二導軌、沿所述第二導軌直線運動的第二滑塊和位于所述第二導軌座內的第二滾珠絲杠運動副，所述第二滾珠絲杠運動副的螺母與所述第二滑塊固定連接；所述第二導軌座與所述第一滑塊固定連接并且所述第二導軌與所述第一導軌垂直設置，所述第二滑塊與位于其上方的所述CCD相機的支撐座固定連接。作為優選，所述第一直線運動機構還包括與所述第一滾珠絲杠運動副的第一絲杠連接的第一伺服電機，所述第二直線運動機構還包括與所述第二滾珠絲杠運動副的第二絲杠連接的第二伺服電機。作為優選，所述藥劑供應組件包括用于抽取測序反應試劑的第一蠕動泵；具有多個進口和ー個出口的第一多通換向閥，所述第一多通換向閥的多個進ロ分別與ー個試劑瓶連通，所述第一多通換向閥的出口通過所述第一蠕動泵與主管道連通；用于從緩沖液瓶中抽取緩沖液的第二蠕動泵，所述第二蠕動泵與所述主管道連通；具有多個出口和ー個進ロ的第二多通換向閥，所述第二多通換向閥的進ロ與所述主管道連接，所述第二多通換向閥的其中ー個出口與廢液桶連通，所述第二多通換向閥的其他的每個出口分別與ー個所述反應倉的進液ロ連通；所述多個反應倉的出液ロ與廢液桶連通。作為進一歩的優選，所述緩沖液瓶與第二蠕動泵之間的管道上和/或所述主管道上設有真空除泡器。本發明的DNA測序儀，通過設置多個反應倉，并配合能ニ維調整的可ニ維調整的支撐裝置及能為多個反應倉供應試劑的藥劑供應組件，實現了多個反應同時進行的目的，能同時對多個樣本進行測序，大大提高了 DNA測序效率。
圖I為本發明的實施例的DNA測序儀的立體結構示意圖；圖2為本發明的實施例的DNA測序儀的反應倉組件的示意圖； 圖3為圖2的F-F向視圖；圖4為圖2所示的反應倉組件中的其中ー個反應倉的分解示意圖；圖5為圖4所不的反應倉的底座的王視不意圖；圖6為圖5的左側視(局部剖視)示意圖；圖7為圖4所示的反應倉的反應池體與導向桿配合的結構示意圖；圖8為圖7的左側視(局部剖視)示意圖；圖9為圖8中的反應池體的結構示意圖；圖10為圖8中的導向桿的結構示意圖；圖11為圖7的A-A向斷面圖；圖12為圖4所示的反應倉的安裝座的主視示意圖；圖13為圖12的左側視(局部剖視)示意圖；圖14為圖12的B-B向斷面示意圖；圖15為圖14的C-C向示意圖；圖16為圖14中的滑動舌板的主視圖；圖17為圖16的左視圖；圖18為圖14中的擋板的立體結構示意圖；圖19為圖18所示的擋板的側視圖；圖20為圖19的D-D向剖視圖；圖21為本發明的實施例的DNA測序儀的CCD相機的結構示意圖(相機體的前端連接有連接法蘭);圖22為圖21中的連接法蘭的主視圖；圖23為圖22的E-E向剖視圖；圖24為本發明的實施例的DNA測序儀的其中ー個反應倉與CCD相機連接時的結構示意圖(局部剖視)；圖25為本發明的實施例的DNA測序儀的可ニ維調整的支撐裝置與CXD相機連接的立體結構示意圖；圖26為圖25中的可ニ維調整的支撐裝置的第二直線運動機構的立體結構示意圖；圖27為圖26所示的第二直線運動機構的俯視圖；圖28為圖27沿G-G向的剖視圖；圖29為圖28沿H-H向的剖視圖；圖30為本發明的實施例的DNA測序儀的藥劑供應組件的液路結構示意圖。主要附圖標記說明101-支撐臺 103-減震器102-減震板 104-反應倉組件 110-C⑶相機105-可ニ維調整的支撐裝置I-相機體 2-連接法蘭4-光纖面板5-反應池體 6-安裝座7-測序芯片8_底座 9_導向桿21-凸圈41-螺釘 44-通孔45-套49-第三臺階 51-測序反應池54-背板55-凸臺 56-環形凹槽57-加熱室58-密封圈 61-螺釘62-滑動舌板63-座體 64-擋板66-環形槽67-定位環 69-安裝腔80-空腔81-第一彈簧 82-第二通孔84-支撐架85-彈簧桿 86-彈簧座87-轉軸91-連接部 92-滑動部93-凸起部31-第一直線運動機構32-第二直線運動機構35-支撐座38-傳感器271-第二絲杠 272-螺母281-限位座311-第一導軌座 312-第一導軌313-第一滑塊319-第一限位塊 321-第二導軌座322-第二導軌323-第二滑塊 326-第二伺服電機327-聯軸器328-限位桿 380-凹槽381-遮光件510-進液ロ 511-出液ロ561-溫度傳感器571-半導體加熱器572-封閉板605-滑動段 606-安裝段610-第一臺階612-螺孔 621-突出部623-第二臺階633-第二彈簧700-主管道 701-第一蠕動泵702-第一多通換向閥711-第二蠕動泵712-第二多通換向閥 731-第一真空除泡器732-第二真空除泡器741-試劑瓶742-廢液桶743緩沖液瓶750反應倉841-螺釘
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進ー步詳細描述，但不作為對本發明的限定。如圖I、圖2和圖3所示，本發明提供了ー種DNA測序儀，包括支撐臺101、多個減震器103和通過多個減震器103與支撐臺101連接的減震板102 ;用于進行DNA測序反應的反應倉組件104，反應倉組件104包括豎直設置在減震板上的支撐架84和并列設置在支撐架84上的多個反應倉；本實施例中，以四個反應倉為例進行說明。用于采集反應倉內的DNA測序反應所產生的光信號的CXD相機110 ;用于支撐CXD相機110并帶動CXD相機110在對準其中一個反應倉時靠近或遠離每反應倉，并在與每個反應倉相對準的位置之間切換的可ニ維調整的支撐裝置105 ;用于為反應倉組件104提供反應試劑和緩沖液的藥劑供應組件109 ;反應倉組件104和可ニ維調整的支撐裝置105均固定設置在減震板102上，藥劑供應組件109設置在支撐臺101上。本實施例中，支撐臺101放置于機箱(圖中未示出)上， 機箱內設置測序分析用的儀器和電路元件，減震器103采用空氣阻尼式減震器，達到了隔離外界震動，消除或減弱其對DNA測序儀工作質量的影響，在本實施例中，減震板102下端的四角各安置了一個減震器103。首先結合圖I-圖24說明本實施例的DNA測序儀的反應倉組件104的詳細結構及其工作過程。如圖2、圖3、圖4和圖24所示，本實施例中，每個反應倉均包括轉動連接在支撐架84上的底座8、進行測序反應的反應池體5和用于安裝測序芯片7的測序芯片的安裝座6 ；測序芯片的安裝座6固定連接在反應池體5上，底座8和反應池體5上設有穿過其二者的多個導向桿9，并且導向桿9與底座8固定連接，反應池體5套在導向桿9上，在導向桿9的軸向上滑動并能在導向桿9的徑向上微動。反應池體5與底座8之間設有第一彈性部件，如圖I所示，本實施例中，第一弾性部件優選為第一彈簧81，彈簧具有結構簡單，便于安裝的優點，當然還可以選用能實現同樣功能的其他弾性部件來實現。以下結合圖I-圖21詳細說明本實施例的DNA測序儀的反應倉的詳細結構以及其與CXD相機110連接時的工作過程。如圖4、圖5和圖6所示，底座8的一側設有空腔80，空腔80內并列設有兩個彈簧桿85，彈簧桿85整體位于空腔80內，不能伸出空腔80。每個彈簧桿85上分部套設ー個第ー彈簧81，第一彈簧81伸出空腔80。作為優選，本實施例中，空腔80的底部設有彈簧座86,彈簧桿85位于彈簧座86上,增加的彈簧座86可以減少第一彈簧81所需的長度。設置空腔80是為了便于安裝其他部件。如圖4、圖7和圖11所示，反應池體5包括背板54和設在所述背板54上并向背板54的一側凸出的凸臺55，所述凸臺55的端面上設有封閉的環形凹槽56，封閉的環形凹槽56所圍成的區域為測序反應池51 ;如圖7所不,環形凹槽56內嵌設有密封圈58,密封圈58凸出凸臺55的端面，以圍成測序反應池51，其中凸臺55的端面盡可能的平整。如圖4、圖7、圖8和圖9所示，反應池體5設有背板54的一側貼在底座8上，反應池體5的凸臺55上設有四個第一通孔，所述第一通孔為臺階狀，靠近底座的一段為滑動段605，第一通孔的另一段為安裝段606，安裝段606的內徑大于滑動段605，形成第一臺階610。如圖7-圖10所不，導向桿9的一端為與底座8連接的連接部91,導向桿9的另一端設有用于卡持在第一臺階610處的凸起部93，導向桿9的中部靠近凸起部93的部分為用于與滑動段605配合的滑動部92。如圖12所示，連接部91上設有螺紋，如圖7所示，導向桿9的凸起部93的端部設有用于配合螺絲刀的刀槽。如圖I所示，導向桿9穿過反應池體5上的第一通孔和底座8上的第二通孔82，使連接部91露出底座8的背部，然后通過螺母緊固，從而實現導向桿9與底座8之間的固定連接。為了使反應池體5與導向桿9之間實現滑動連接，滑動段605的直徑略大于滑動部92的直徑，這樣反應池體5既可以實現在導向桿9的軸向上的滑動，又能實現反應池體5在導向桿9的徑向上的微動。在本實施例中，作為優選方案，導向桿9上設有凸起部93，以便在將反應池體5滑動連接在導向桿9上時，通過凸起部93與第一臺階610的限位作用，在擰緊與連接部91上螺 紋配合的螺母吋，凸起部93推動反應池體5向底座8的方向移動，以壓縮第一彈簧81,使反應池體5和底座8之間具有一定的預緊度,上述第一彈簧81伸出空腔80就是為了當反應池體5貼在底座8上時，第一彈簧81能給反應池體5 —定的作用力。如圖4、圖12、圖13和圖14所示，測序芯片的安裝座6包括座體63和開設在座體63上的安裝腔69，測序芯片的安裝座6位于反應池體5設有凸臺55的ー側，座體63與背板54之間固定連接使凸臺55伸入安裝腔69內，測序芯片7固定于安裝腔69的外端，測序芯片7與凸臺55的端面之間設有供測序用試劑流過的間隙，該間隙通過嵌設于環形凹槽56內的密封圈58密封,所述間隙的大小約為O. 2mm,密封圈58凸出環形凹槽56與測序芯片7接觸以圍成封閉的供測序反應的測序反應池51。如圖7、圖11所示，在本實施例中，該環形凹槽56為六邊形，六邊形的兩端分別開有進液ロ 510和出液ロ 511，在反應池體5豎直放置時，進液ロ 510處于六邊形的下端，出液ロ 511處于六邊形的上端，形成液流在反應倉中均衡流過的流體動力學優勢形狀。如圖11所不，在測序反應池51的底部通過導熱娃膠固定有溫度傳感器561,在反應池體5未設有環形凹槽56的另ー側，開設有用于容置半導體加熱器571的加熱室57，加熱室57開在反應池體5的側面上，其底面上固定半導體加熱器571，以對反應池體5加熱，保證位于環形凹槽56內的溫度控制在35 ± Iで。在本實施例中，加熱室57通過封閉板572封閉，以便與反應池體5貼緊在測序芯片的安裝座6上。如圖4、圖12和圖13所示，測序芯片的安裝座6的座體63上設有四個第三通孔，測序芯片的安裝座6通過穿過該四個第三通孔的四個螺釘61與反應池體5的背板54上所設的四個螺孔612進行連接，從而實現測序芯片的安裝座6的座體63與反應池體5的背板54之間的固定連接。如圖12-圖15所示，測序芯片的安裝座6的座體63上設有包括用于容置測序芯片7的安裝腔69，安裝腔69的一端設有用于定位測序芯片7的定位環67，安裝腔69的內壁上沿其徑向設有定位槽，定位槽內設有沿定位槽滑動伸入安裝腔69內以卡持測序芯片7使其貼在定位環67上或縮回定位槽內以松開測序芯片7的滑動舌板62。滑動舌板62伸出時與定位環67之間的距離恰好等于測序芯片的厚度，滑動舌板62伸出時能使測序芯片7貼緊在定位環67上。定位槽對稱設在安裝腔69的內壁上并貫通其內壁，其數量可以為兩個或四個等偶數個，為了能穩定夾持住測序芯片7，多個定位槽沿著安裝腔69的軸向的同一位置上的圓周方向均勻分布。當然，為了提高夾持カ還可以設置更多個定位槽，但是較多的定位槽會引起操作的不便。在本實施例中，定位槽為兩個，為了加工方便，定位槽為圓孔形。如圖5所示，定位槽靠近安裝腔69的一段的尺寸較小，形成用于限位滑動舌板62的第二臺階623 ;即定位槽靠近安裝腔69的一段為ー較小的圓孔，其余部分為ー較大的圓孔。如圖9和圖10所示，滑動舌板62上設有凸出的突出部621。如圖7所示，當滑動舌板62向安裝腔69伸入吋，滑動舌板62的突出部621抵靠在所述第二臺階623處，滑動舌板62的一端伸入安裝腔69內以卡持測序芯片7。定位槽的外端設有與安裝座6固定連接的擋板64，在滑動舌板62的突出部621和擋板64之間設有第二彈簧633，在本實施例中，第二彈簧633套在滑動舌板62的另一端，第二彈簧633的兩端分別抵靠在突出部621和擋板64上。如圖13、圖14所示，在測序芯片的安裝座6的表面上開有環形槽66，環形槽66圍繞在安裝腔69的外側，使測序芯片7位于環形槽66所圍成的區域內。如圖8所示，擋板64通過兩個螺釘41與安裝座6固定連接，便于安裝和拆卸。第ニ彈簧633套在突出部621與擋板64之間的滑動舌板62上，如圖11-圖13所示，擋板64上設有供滑動舌板62遠離安裝腔69的一端穿過的通孔44，擋板64的內側設有內徑大于通孔44的套45，套45與通孔44之間形成用于使第二彈簧633的端部抵靠的第三臺階49。在本實施例中，第二彈簧633還可以采用其他第二弾性部件代替，擋板64還可以采用其他部件，只要能抵靠第二彈簧633的另一端即可。在安裝測序芯片7時，撥動滑動舌板62的伸入到安裝腔69內的一端，使其縮回定位槽內，滑動舌板62的突出部621擠壓第二彈簧633，把測序芯片7放入安裝腔69并貼在定位環67上后松開滑動舌板62，滑動舌板62在第二彈 簧633的作用下伸出，夾持在測序芯片7的側面，使測序芯片7貼緊在定位環67上，確保測序芯片7即使倒置時也不致脫出。為了便于裝卸測序芯片7，作為優選，如圖5所示，本實施例中的DNA測序儀包括支撐架84，底座8通過如圖4和圖6所示的轉軸87轉動連接在支撐架84上，安裝或者卸下測序芯片7的時候，讓底座8位于水平位置，當進行測序反應時，底座8位于如圖5所示的豎直位置，底座8通過螺釘841與支撐架84固定連接，螺釘841的一端帶旋轉鈕，另一端設有連接螺紋。如圖21所示，與本實施例的DNA測序儀匹配的CXD相機包括相機體I和位于所述相機體I內的用于讀取發生在所述測序芯片7上的測序反應的光信號的光纖面板4，光纖面板4的一端伸出所述相機體I的前端直接與位于DNA測序儀的測序芯片的安裝座6 (測序芯片的安裝座6的結構見上文有詳細敘述)內的測序芯片7的ー側面直接接觸以獲取發生在測序芯片7的另ー側上的測序反應所產生的光信號。本實施例中，作為優選，所述光纖面板的光纖芯徑為6 μ m,光纖芯徑可在I 一 15 μ m內選擇。光纖面板4直接伸出相機體I的前端，不使用鏡頭，光纖面板4可與測序芯片7直接耦合，簡化光路，減少光損失，提高測序信號的質量。如圖21、圖24所示，本實施例中，作為優選，相機體I的前端連接有連接法蘭2。如圖21、圖22圖523所示，相機體I的前端具有用于插入設于測序芯片的安裝座6上的環形槽66并與環形槽66緊密配合的凸圈21。連接法蘭2與相機體I通過螺栓連接，相機體I內的光纖面板4位于凸圈21所圍成的區域內，即凸圈21伸出連接法蘭2圍繞在光纖面板4的外側。光纖面板4的端面伸出凸圈21 —定距離，可在1-3_之間進行調整，本實施例中，光纖面板4的端面伸出所述凸圈21的距離為2_，以使得光纖面板4的端面可以伸入測序芯片的安裝座6的安裝腔69內與測序芯片7直接接觸。本實施例通過設置能與測序芯片直接耦合的光纖面板4，可以使在測序芯片7上進行的測序反應所產生的微弱的可見光直接被光纖面板4接收，轉化為電信號，提高光耦合效率，耦合效率可超過70%，保證了高質量的測序信號的獲取。此外，環形槽66與凸圈21的形狀相匹配，使得凸圈21插入環形槽66內能形成密封配合。如圖24所示，當把CCD相機靠近測序芯片的安裝座6時，安裝在相機體I前端的連接法蘭2靠近測序芯片的安裝座6上的測序芯片7，連接法蘭2上的環狀凸圈21進入測序芯片的安裝座6上的環形槽66內，凸圈21與環形槽66的形狀相匹配，能夠緊密配合形成密封結構，從而形成光密閉性的暗室環境，進ー步保證測序反應所產生的光能被光纖面板4接收，保證測序信號的獲取。通過在相機體I前端增加帶有凸圈21的連接法蘭2，并在測序芯片的安裝座6上開設相應的環形槽66，從而在測序芯片的安裝座6與相機體I之間形成暗室環境，保證測序芯片7與位于相機體I的前端的光纖面板4耦合時，不受外界的光干擾，從而降低了背景噪聲，進ー步保證了高信噪比的測序信號的獲取。圖24示出了本實施例的DNA測序儀的ー個反應倉與CCD相機連接時的結構，gpDNA測序儀處于工作狀態時的結構示意圖。如圖24所示,在進行測序反應時,CCD相機的相機體I靠近反應倉，露出相機體I前端的光纖面板4的外端面貼在測序芯片7上，隨著相機體I向反應倉的方向移動，光纖面板4推動測序芯片7移動，由于測序芯片7固定在測序芯片的安裝座6內，測序芯片的安裝座6和反應池體5之間也為固定連接，從而測序芯片7能 帶動反應池體5在導向桿9上沿導向桿9的軸向滑動，由于反應池體5受到反應池體5與底座8之間的第一彈簧81的作用力，測序芯片7的外端面與光纖面板4之間相互靠緊。在測序芯片7的外端面與光纖面板4未完全實現平行之前，由于受到第一彈簧81的作用力，在光纖面板4的外端面靠緊測序芯片7的過程中，反應池體5在受到第一彈簧81的作用力時，在導向桿9的徑向上微動，帶動測序芯片7在導向桿9的徑向上微動，從而實現光纖面板4的外端面與測序芯片7之間的平行度的調整。測序芯片7通過在導向桿9軸向上的調整，實現了測序芯片7的外端面與光纖面板4的外端面之間盡可能地貼近，反應池體5在導向桿9的徑向上微動，實現了光纖面板4的外端面與測序芯片7之間具有盡量高的平行度精度，最大限度地保證在光纖面板4從測序芯片7上讀取測序反應的熒光信號吋，防止了外來的光學污染，從而降低了背景噪聲，實現高信噪比測序信號的獲取。以下結合圖I、圖25-圖29說明本實施例的DNA測序儀的可ニ維調整的支撐裝置的結構及其工作過程。如圖I、圖25所示，本實施例的DNA測序儀的可ニ維調整的支撐裝置，包括用于帶動CCD相機110在反應倉組件104的并列的多個反應倉的安裝座之間切換的第一直線運動機構31和帶動CXD相機110靠近或遠離每個反應倉的第二直線運動機構32，其中，第一直線運動機構31包括第一導軌座311、設在第一導軌座311上的第一導軌312、沿第一導軌312直線運動的第一滑塊313和位于第一導軌座311內的第一滾珠絲杠運動副，第一滾珠絲杠運動副的螺母(圖25中未示出)與第一滑塊313固定連接；第二直線運動機構32包括第ニ導軌座321、設在第二導軌座321上的第二導軌322、沿第二導軌322直線運動的第二滑塊323和位于第二導軌座321內的第二滾珠絲杠運動副，第二滾珠絲杠運動副的螺母(圖25中未示出，見下文的描述)與第二滑塊323固定連接；第二導軌座321與第一滑塊313固定連接并且第二導軌322與第一導軌312垂直設置，第二滑塊323與位于其上方的CXD相機110的支承座35固定連接。由于第二導軌322與第一導軌312垂直設置，第二直線運動機構32和與其固定連接的CCD相機110在沿著第一導軌312運動吋，就能在不同反應倉之間切換，當第二直線運動機構32運動至正對某ー個反應倉的安裝座時，在第二直線運動機構32的帶動下，CXD相機110就朝向或遠離該反應倉的安裝座的方向運動。CXD相機110朝向反應倉的安裝座運動并與安裝座貼緊時，進行測序工作，捕捉反應倉內的光信號，CCD相機110遠離反應倉的安裝座時，就可在第一直線運動機構31的帶動下，在不同的反應倉的安裝座之間進行切換。第一直線運動機構31和第二直線運動機構32結構基本相同，不同的是，第一滑塊313的上方固定連接的是第二導軌座321，而第二滑塊23的上方固定連接的是CXD相機110的支承座35。以下結合圖26-圖29詳細說明第二直線運動機構32的結構和工作過程，需要說明的是，對第二直線運動機構32的任何優選實施方式，同樣也可以應用在第一直線運動機構31上。如圖26-圖29所示，第二直線運動機構32還包括與第二滾珠絲杠運動副的第二絲杠271連接的第二伺服電機326，當然，第一直線運動機構也包括與第一滾珠絲杠運動副的第一絲杠連接的第一伺服電機。第二直線運動機構32通過平行設置于第二導軌座321上的兩條第二導軌322來實現直線運動的，第二滑塊323在第二導軌322上滑動保證了其直線運動的精度，第二伺服電機326通過第二滾珠絲杠運動副驅動第二滑塊323在第二導軌 322上的滑動，其中，第二滾珠絲杠運動副的第二絲杠271位于兩個第二導軌322之間，第二滾珠絲杠運動副的螺母272與第二滑塊323固定連接，這樣能夠保證第二直線運動機構32的精度。如圖27、圖28所示，第二滾珠絲杠運動副的第二絲杠271與第二伺服電機326之間通過聯軸器273連接。如圖26-29所示，第二導軌座321的ー側沿第二導軌322的長度方向設有多個傳感器38。傳感器38為光電傳感器,第二導軌座321的ー側沿第二導軌322的長度方向并列設有五個凹槽380，凹槽380的開ロ向上，凹槽380的長度方向沿第二導軌322的長度方向設置，凹槽380的一側為發光側，另ー側為感應側，第二滑塊323上固定連接有能從凹槽380中通過的遮光件381，如圖26、圖29所示，遮光件381為一“L”形片狀物體。當第二滑塊323運動時，帶動遮光件381依次經過每個凹槽380時，相應的凹槽380的感應側就向控制裝置發出相應的信號。凹槽380在第二導軌322長度方向上的位置依據實際需要設置，本實施例中設有五個凹槽，兩端的凹槽分別對應允許離開或靠近安裝座的最遠和最近距離，當遮光件381達到這兩個位置時，控制裝置就發出報警信號。中間的三個凹槽對應第二伺服電機正常工作的三個位置，當遮光件381達到這三個位置時，感應側向控制裝置發出相應的信號。當然，第一導軌座311的一側可根據安裝座的數量以及限位的需要也設置相應數量的傳感器。如圖I、圖25所不，第一導軌座311的一端設有第一限位塊319,第二導軌座321的一端設有第二限位塊329，另一端設有限位桿328，第二導軌座321靠近安裝座的一端固定有限位座281，限位桿328沿著第二導軌322的長度方向穿設在限位座281內，并且在限位桿328的一端部與限位座281之間設有起緩沖作用的彈簧，當傳感器發生故障時，第二滑塊323向支撐架84的方向運動不能自動停止吋，由限位桿328和限位座281阻止其繼續前進，避免CXD相機100與反應倉組件104碰撞，防止損壞。以下結合圖I和圖30詳細說明本實施例的DNA測序儀的藥劑供應組件及其工作過程。如圖30所示,本實施例的藥劑供應組件包括用于抽取測序反應試劑的第一螺動泵701 ;具有多個進口和ー個出ロ的第一多通換向閥702，具有ー個進口和多個出ロ的第二多通換向閥712 ;第一多通換向閥702的每個進ロ分別與一個試劑瓶741連通，第一多通換向閥702的出ロ通過第一蠕動泵701與主管道700連通；用于從緩沖液瓶743中抽取緩沖液的第二蠕動泵711，第二蠕動泵711與主管道700連通；在本實施例中，主管道700和第一蠕動泵701、第ニ蠕動泵711之間通過ー個三通連接器760連接。第二多通換向閥712的進ロ與主管道700連通，每個出口分別與ー個反應倉750的進液ロ連通；每個反應倉750的出液ロ與廢液桶連通。如圖30所示，整體液路依靠第一蠕動泵701和第二蠕動泵711提供液流壓力，第一蠕動泵701和第二蠕動泵711分別由相應的步進電機驅動，不同試劑按照程序設計的時序依次通過第一多通換向閥702進行選擇，與緩沖液通過三通連接器760匯合稀釋后進入主管道700，通過第二多通換向閥712分別進入四個反應倉750之一或者旁通液路(圖中未示出旁通液路，旁通液路就是液體直接從第二多通換向閥712不經過反應倉750進入廢液桶742)。作為優選，本實施例中，主管道700上設有第一真空除泡器731，以消減 溶解的氣體，精確控制進入反應倉內的試劑和緩沖液的量。為了更好地消除液路中溶解氣體以及氣泡，由于緩沖液的流速較快，達到4mL/min，更易產生氣泡，在緩沖液瓶743與第二蠕動泵711之間的管道上設有第二真空除泡器732。第二真空除泡器732去除緩沖液中存在的氣泡和大部分溶解氣體。第一真空除泡器731和第二真空除泡器732均通過與其連接的真空泵提供氣體負壓。試劑瓶741共有十個，其中九個用于盛放進行測序反應的dCTP、dGTP、dTTP、α位硫代的dATP、ΑΤΡ、底物(突光素和APS)、apyrase、apyrase抑制劑等九種試劑,還有ー個試劑瓶用于盛放用于隔離所述試劑的緩沖液。(此試劑瓶中的緩沖液用于隔離相鄰的試劑，與緩沖液瓶743中的緩沖液的作用不同)，緩沖液瓶743中盛放稀釋和清洗用的緩沖液。其中，dCTP、dGTP、dTTP、α 位硫代的 dATP、ATP、底物(熒光素和 APS)、apyrase 和 apyrase 抑制劑等試劑分別與第一多通換向閥702的進ロ連接，本實施例中，第一多通換向閥702和第二多通換向閥712均為十位十一通閥，以便留出備用的通道。根據實驗反應時序，第一多通換向閥702的出口與其中ー個試劑瓶連通，第一蠕動泵701驅動，流速O. 7mL/min，每次切換試劑的前后第一蠕動泵701均停止ls，以避免試劑的交叉污染。緩沖液瓶743中的緩沖液由第二蠕動閥711驅動，與試劑混合稀釋后進入主管道700。其中由第一蠕動泵701的出口至三通連接器760入口的管路長度為285mm，單次反應的全套試劑將在這部分管路中按序排列，然后依次進入三通連接器760，與緩沖液混合后經過后續液路連續注入反應倉750進行反應，避免了在一次反應中需要多次停止第二蠕動泵711的情況，解決了因為停泵過程中前次反應的試劑在反應倉中缺乏動力造成反應不均勻的問題。主管道700中的液體進入第二多通換向閥712，并通過程序選擇進入其中ー個反應倉750的進液ロ進行測序反應，反應倉750的出液ロ與廢液桶742連通。如果進行的是清洗エ序，則從第二多通換向閥712出來的液體直接進入旁通液路，旁通液路直接接通廢液桶742，本實施例中，第二多通換向閥712的四個出口分別與四個反應倉750的進液ロ連通，第二多通換向閥712的ー個出ロ通過旁通液路與廢液桶742連通，以便使用緩沖液沖洗管道，其他四個出口留出進入反應倉750的反應試劑。當然，以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保 護范圍。
權利要求
1.ー種DNA測序儀，其特征在于，包括支撐臺、多個減震器和通過所述多個減震器與所述支撐臺連接的減震板； 所述DNA測序儀還包括 用于進行DNA測序反應的反應倉組件，所述反應倉組件包括豎直設置在所述減震板上的支撐架和并列設置在所述支撐架上的多個反應倉； 用于采集每個所述反應倉內的DNA測序反應所產生的光信號的CCD相機； 用干支撐所述CCD相機并帶動所述CCD相機在不同的所述反應倉之間切換并在正對其中一個反應倉時靠近或遠離所述反應倉的可ニ維調整的支撐裝置； 用于為所述反應倉組件提供反應試劑和緩沖液的藥劑供應組件； 所述反應倉組件和可ニ維調整的支撐裝置均固定設置在所述減震板上，所述藥劑供應組件設置在所述支撐臺上。
2.如權利要求I所述的DNA測序儀，其特征在干， 每個所述反應倉均包括轉動連接在所述支撐架上的底座、進行測 序反應的反應池體和用于安裝測序芯片的安裝座； 所述反應池體ー側的表面上開設有環形凹槽； 所述安裝座上設有貫通的安裝腔，所述測序芯片安裝在所述安裝腔的一端內，其中，所述安裝腔的一端設有用于定位所述測序芯片的定位環，所述安裝腔的內壁上沿其徑向設有多個貫通所述內壁的定位槽，多個所述定位槽位于所述安裝腔的軸向的同一位置上，多個所述定位槽沿所述安裝腔的圓周均勻分布，每個所述定位槽內均設有沿所述定位槽滑動伸入所述安裝腔內以卡持所述測序芯片使其緊貼在所述定位環上并沿所述定位槽縮回所述定位槽內以松開所述測序芯片的滑動舌板； 所述反應池體開設有環形凹槽的ー側面朝向所述安裝腔與所述安裝座固定連接；所述測序芯片與所述反應池體開設有環形凹槽的側面之間設有供測序用試劑流過的間隙，所述間隙通過嵌設于所述凹槽內并凸出所述環形凹槽的密封圈圍成供測序反應的測序反應池； 所述反應池體的另ー側面貼在所述底座上，并且在所述反應池體和所述底座上設有對應的多個通孔，所述反應池體通過穿過所述通孔的導向桿與所述底座連接，所述導向桿的一端與所述底座固定連接，所述反應池體通過所述通孔套在所述導向桿上能在所述導向桿的軸向上滑動并能在所述導向桿的徑向上微動； 所述反應池體與所述底座之間設有第一弾性部件。
3.如權利要求2所述的DNA測序儀，其特征在于，所述反應池體包括背板和設在所述背板上向所述背板的ー側凸出的凸臺，所述環形凹槽開設在所述凸臺的端面上； 所述安裝座包括座體，所述安裝腔開設在所述座體上，所述座體與所述背板之間固定連接使所述凸臺伸入所述安裝腔內并使所述凸臺與所述測序芯片之間設有供測序用試劑流過的所述間隙； 所述反應池體設有背板的ー側貼在所述底座上，所述反應池體與所述底座對應設置的多個所述通孔開設在所述背板上。
4.如權利要求2或3所述的DNA測序儀，其特征在于，所述第一弾性部件為第一彈簧，所述底座與所述反應池體連接的一側設有空腔，所述空腔內設有ー個或多個整體位于所述空腔內的彈簧桿，所述第一彈簧套在所述彈簧桿上并伸出所述空腔； 設在所述反應池體上的所述通孔呈臺階狀，所述通孔靠近所述底座的一段為滑動段，所述通孔的另一段為安裝段，所述安裝段的內徑大于所述滑動段，所述安裝段與所述滑動段連接處形成第一臺階； 所述導向桿的一端為與所述底座連接的連接部，所述導向桿的另一端設有用于卡持在所述第一臺階處的凸起部，所述導向桿的中部靠近所述凸起部的部分為在所述滑動段內滑動的滑動部； 所述滑動段的直徑稍大于所述滑動部的直徑。
5.如權利要求2或3所述的DNA測序儀，其特征在于，所述環形凹槽為六邊形，當所述反應池體豎直放置時，所述六邊形的上端設有出液ロ，所述六邊形的下端設有進液ロ。
6.如權利要求2或3所述的DNA測序儀，其特征在于，所述定位槽靠近所述安裝腔的一段的尺寸較小，形成用于限位所述滑動舌板的第二臺階；所述定位槽遠離所述安裝腔的一端設有與所述安裝座固定連接的擋板； 所述滑動舌板的一端伸入所述安裝腔內以卡持所述測序芯片，所述滑動舌板上設有在所述滑動舌板的一端伸出時抵在所述第二臺階上的突出部； 所述突出部與所述擋板之間設有使所述滑動舌板伸入所述安裝腔內的第二弾性部件。
7.如權利要求6所述的DNA測序儀，其特征在于，所述第二弾性部件為第二彈簧，所述第二彈簧套在所述突出部與所述擋板之間的所述滑動舌板上，所述擋板上設有供所述滑動舌板遠離所述安裝腔的一端穿過的通孔，所述擋板的內側設有內徑大于所述通孔的套，所述套與通孔之間形成用于使所述第二彈簧的端部抵靠的第三臺階。
8.如權利要求2或3所述的DNA測序儀，其特征在于，所述安裝座的外側面上設有圍繞在所述測序芯片的環形槽；所述CXD相機的前端連接有連接法蘭，所述連接法蘭的前端具有用于插入所述環形槽并與所述環形槽密封配合的凸圈。
9.如權利要求8所述的DNA測序儀，其特征在于，所述CCD相機包括相機體和位于所述相機體內的用于讀取發生在所述測序芯片上的測序反應的光信號的光纖面板，所述光纖面板的一端伸出所述相機體的前端直接與位于所述安裝座內的測序芯片的ー側面直接接觸以獲取在測序芯片的另一側面上進行的測序反應所產生的光信號。
10.如權利要求2或3所述的DNA測序儀，其特征在于，所述反應池體的環形凹槽所圍成的區域設有ー個或多個溫度傳感器，所述反應池體與所述底座連接的一側設有向所述反應池體內凹的加熱室，所述加熱室內設有半導體加熱器。
11.如權利要求2所述的DNA測序儀，其特征在于，所述可ニ維調整的支撐裝置包括用于帶動所述CCD相機在多個反應倉之間切換的第一直線運動機構和帶動所述CCD相機靠近或遠離每個所述反應倉的第二直線運動機構，其中， 所述第一直線運動機構包括與所述減震板固定連接的第一導軌座、設在所述第一導軌座上的第一導軌、沿所述第一導軌直線運動的第一滑塊和位于所述第一導軌座內的第一滾珠絲杠運動副，所述第一滾珠絲杠運動副的螺母與所述第一滑塊固定連接；所述第二直線運動機構包括第二導軌座、設在所述第二導軌座上的第二導軌、沿所述第二導軌直線運動的第二滑塊和位于所述第二導軌座內的第二滾珠絲杠運動副，所述第二滾珠絲杠運動副的螺母與所述第二滑塊固定連接；所述第二導軌座與所述第一滑塊固定連接并且所述第二導軌與所述第一導軌垂直設置，所述第二滑塊與位于其上方的所述CCD相機的支撐座固定連接。
12.如權利要求11所述的DNA測序儀，其特征在于，所述第一直線運動機構還包括與所述第一滾珠絲杠運動副的第一絲杠連接的第一伺服電機，所述第二直線運動機構還包括與所述第二滾珠絲杠運動副的第二絲杠連接的第二伺服電機。
13.如權利要求5所述的DNA測序儀，其特征在于，所述藥劑供應組件包括 用于抽取測序反應試劑的第一蠕動泵； 具有多個進口和ー個出口的第一多通換向閥，所述第一多通換向閥的多個進ロ分別與ー個試劑瓶連通，所述第一多通換向閥的出ロ通過所述第一蠕動泵與主管道連通； 用于從緩沖液瓶中抽取緩沖液的第二蠕動泵，所述第二蠕動泵與所述主管道連通； 具有多個出口和一個進ロ的第二多通換向閥，所述第二多通換向閥的進ロ與所述主管道連接，所述第二多通換向閥的其中ー個出口與廢液桶連通，所述第二多通換向閥的其他的每個出ロ分別與ー個所述反應倉的進液ロ連通； 所述多個反應倉的出液ロ與廢液桶連通。
14.如權利要求13所述的DNA測序儀，其特征在干， 所述緩沖液瓶與第二蠕動泵之間的管道上和/或所述主管道上設有真空除泡器。
全文摘要
本發明公開了一種DNA測序儀，包括支撐臺、多個減震器和通過多個減震器與支撐臺連接的減震板；固定設置在減震板上的用于進行DNA測序反應的反應倉組件、用于采集光信號的CCD相機、用于支撐CCD相機的二維調整的支撐裝置，設置在支撐臺上的用于為反應倉組件提供反應試劑和緩沖液的藥劑供應組件。本發明的DNA測序儀，通過設置多個反應倉，并配合能二維調整的可二維調整的支撐裝置及能為多個反應倉供應試劑的藥劑供應組件，實現了多個反應同時進行的目的，能同時對多個樣本進行測序，大大提高了DNA測序效率。
文檔編號C12M1/34GK102703312SQ20121016567
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月24日 優先權日2012年5月24日
發明者于軍, 任魯風, 俞育德, 馮玉臣, 周曉光, 李運濤, 滕明靜, 王緒敏, 秦奕, 袁麗娜, 谷嵐, 韓偉靜 申請人:中國科學院北京基因組研究所, 中國科學院半導體研究所