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一种检测系统、检测方法及装置、计算机可读存储介质

阅读：805发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种检测系统、检测方法及装置、计算机可读存储介质专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本申请公开了一种检测系统、检测方法及装置、计算机可读存储介质。该检测系统包括：带有样品入口和废液出口的盖子、电极阵列、温控装置和驱动电路，所述驱动电路用于，对所述温控装置进行控制，以及对所述电极阵列进行控制，以改变所述电极阵列中的电极的状态从而驱动位于所述盖子和所述电极阵列之间所述液滴，所述温控装置基于所述驱动电路的控制改变所述电极阵列的温度。本实施例提供的方案，节省了反应时间，减少了手动操作。，下面是一种检测系统、检测方法及装置、计算机可读存储介质专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种检测系统，其特征在于，包括：带有样品入口和废液出口的盖子、电极阵列、温控装置和驱动电路，所述电极阵列在靠近所述盖子的一侧包括疏水层、远离所述盖子的一侧包括电极层，所述电极层和所述疏水层之间包括介电层，所述电极层包括多个电极，所述驱动电路与所述电极阵列、所述温控装置连接，所述盖子和所述电极阵列之间具有用于液滴移动的空间，所述样品入口用于液滴进入所述盖子和所述电极阵列之间的空间，所述废液出口用于液滴从所述盖子和所述电极阵列之间的空间移出，所述盖子靠近所述电极阵列的一侧包含疏水层，所述电极层的电极构成的区域包括：进样区、扩增区、混合区和废液区，区域之间通过电极构成的路径连接，且每个所述进样区在所述盖子上的对应位置上存在样品入口，每个所述废液区在所述盖子上的对应位置上存在废液出口，所述扩增区为待检测样本与辅助反应物进行反应的区域，所述混合区为除待检测样本外的各辅助反应物进行混合的区域，其中：
所述温控装置用于基于所述驱动电路的控制改变所述电极阵列的温度；
所述驱动电路用于对所述温控装置进行控制，以及对所述电极阵列进行控制，以改变所述电极阵列中的电极的状态从而驱动位于所述盖子和所述电极阵列之间所述液滴。
2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述检测系统还包括：设置于所述盖子表面远离所述电极阵列一侧的检测装置，所述检测装置用于对位于所述电极阵列和所述盖子之间的空间的液滴进行检测并输出检测结果。
3.根据权利要求2所述的检测系统，其特征在于，所述检测装置为荧光检测装置，所述荧光检测装置用于对位于所述电极阵列和所述盖子之间的空间的液滴的荧光信号进行检测并输出检测结果。
4.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，
所述电极层还包括与所述电极一一对应的控制装置，所述控制装置与其对应的电极相连，所述控制装置包括开关元件，用于控制施加到其对应的电极的偏置电压；
所述驱动电路与所述电极层中的控制装置通过控制线阵列连接，所述控制线阵列包括一组一级控制线和一组二级控制线，其配置成使得每个控制装置可由给定的一级控制线和给定的二级控制线单独寻址。
5.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，一个所述进样区和一个所述扩增区构成一个通道，所述电极阵列包括多个所述通道。
6.根据权利要求5所述的检测系统，其特征在于，每个所述通道的结构一致，且所述多个通道中，至少存在两个通道其相同位置的电极短接。
7.根据权利要求5所述的检测系统，其特征在于，所述区域之间通过电极构成的路径连接包括：每个通道内的进样区和扩增区通过电极构成的路径连接，所述混合区与所述扩增区通过电极构成的路径连接，所述混合区与位于通道外的进样区通过电极构成的路径连接，所述扩增区通过电极构成的路径连接至少一个所述废液区。
8.一种检测方法，应用于如权利要求1至7任一所述的检测系统，包括：
控制所述电极阵列实现对分别注入的辅助反应物的搅拌；
控制所述电极阵列将所述辅助反应物进行混合并搅拌，得到扩增反应液；
控制所述电极阵列将注入的包含样本的反应液和至少部分所述扩增反应液混合并搅拌；
启动所述温控装置使得所述电极阵列的温度满足反应需求。
9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，所述控制所述电极阵列将所述辅助反应物进行混合并搅拌，得到扩增反应液包括：
控制所述电极阵列将所述辅助反应物从进样区转移至混合区并搅拌得到扩增反应液；
所述控制所述电极阵列将注入的包含样本的反应液和至少部分所述扩增反应液混合并搅拌包括：
控制所述电极阵列将所述混合区的扩增反应液转移至扩增区；
控制所述电极阵列将注入的包含样本的反应液转移至所述扩增区，控制所述电极阵列对所述扩增区的包含样本的反应液和所述扩增反应液进行搅拌。
10.根据权利要求9所述的检测方法，其特征在于，所述控制控制所述电极阵列将所述辅助反应物从进样区转移至混合区并搅拌得到扩增反应液，控制所述电极阵列将所述混合区的扩增反应液转移至扩增区包括：
控制所述电极阵列将所述进样区的辅助反应物中的部分转移至混合区，控制所述电极阵列将所述混合区的辅助反应物进行搅拌得到扩增反应液；控制所述电极阵列将所述混合区的扩增反应液转移至一个扩增区；重复该步骤，直到检测所需的扩增区均包含扩增反应液。
11.根据权利要求9所述的检测方法，其特征在于，所述控制所述电极阵列将注入的包含样本的反应液转移至所述扩增区包括：控制所述电极阵列并行将注入的包含样本的反应液转移至所述扩增区。
12.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，启动所述温控装置使得所述电极阵列的温度满足反应需求包括：
启动所述温控装置使得所述电极阵列的温度为目标温度且维持所需时长。
13.根据权利要求8至12任一所述的检测方法，其特征在于，启动所述温控装置使得所述电极阵列的温度满足反应需求后，还包括：对位于所述电极阵列和所述盖子之间的空间的液滴的荧光信号进行检测并输出检测结果。
14.一种检测装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储有程序，所述程序在被所述处理器读取执行时，实现如权利要求8至13任一所述的检测方法。

说明书全文

一种检测系统、检测方法及装置、计算机可读存储介质

技术领域

[0001] 本发明实施例涉及但不限于一种检测系统、检测方法及装置、计算机可读存储介质。

背景技术

[0002] 在疾病快速诊断方面分子生物学方法具有极其重要的地位，其中核酸扩增检测方法应用非常广泛。然而由于检测设备昂贵且操作复杂，需要专业的技术人员进行操作，核酸扩增检测法的推广普及受到了限制。聚合酶链式反应(PCR)是应用十分广泛的核酸扩增技术，在典型的PCR反应中，利用两段寡核苷酸引物与目标序列进行杂交，加入脱氧核苷三磷酸利用DNA聚合酶产生双链产物，经过不断的温度循环实现大量目标DNA的拷贝。PCR反应对温度有极高的精度要求，因此对实验仪器有较高的要求，使其使用成本较为昂贵。与之相比，环介导等温扩增(LAMP)技术是一种在恒温条件下进行DNA扩增的核酸扩增技术，其利用4-6个经过设计的引物和DNA聚合酶在恒温条件下进行特异快速的DNA拷贝，扩增产物可以通过观察焦磷酸酶白色沉淀、凝胶电泳浊度检测、实时荧光检测进行定性或定量的快速检测。与PCR技术相比，LAMP技术具有高灵敏度、高特异性、耗时短、样本消耗少、实验过程简单等优势。由于LAMP不需要精确的温度循环过程，因此简化了设备复杂程度，降低了设备成本，更加适用于低成本高通量快速检测。

[0003] 目前核酸扩增的技术主要是在试管中或96、384孔板的平台上配合精密的温控系统完成，该方法需要大量的手动操作，同时实验设备较为昂贵，不利于该技术的普及和推广。

[0004] 随着微流控技术以及片上实验室(LoC)的快速发展，许多应用于核酸扩增检测的微流控芯片也应运而生。许多微流控芯片也应用到DNA或是RNA的快速检测中。传统的微流控芯片其功能极大地依赖微流道的设计和加工工艺，制作工艺复杂成本高昂，结构与功能紧密联系因此扩展性较差。

发明内容

[0005] 本发明至少一实施例提供了一种检测系统，检测方法及装置、计算机可读存储介质。

[0006] 本发明至少一实施例提供一种检测系统，包括：带有样品入口和废液出口的盖子、电极阵列、温控装置和驱动电路，所述电极阵列在靠近所述盖子的一侧包括疏水层、远离所述盖子的一侧包括电极层，所述电极层和所述疏水层之间包括介电层，所述电极层包括多个电极，所述驱动电路与所述电极阵列、所述温控装置连接，所述盖子和所述电极阵列之间具有用于液滴移动的空间，所述样品入口用于液滴进入所述盖子和所述电极阵列之间的空间，所述废液出口用于液滴从所述盖子和所述电极阵列之间的空间移出，所述盖子靠近所述电极阵列的一侧包含疏水层，其中：

[0007] 所述温控装置用于，基于所述驱动电路的控制改变所述电极阵列的温度；

[0008] 所述驱动电路用于，对所述温控装置进行控制，以及对所述电极阵列进行控制，以改变所述电极阵列中的电极的状态从而驱动位于所述盖子和所述电极阵列之间所述液滴。

[0009] 本发明至少一实施例提供一种检测方法，应用于任一实施例所述的检测系统，包括：

[0010] 控制所述电极阵列实现对分别注入的辅助反应物的搅拌；

[0011] 控制所述电极阵列将所述辅助反应物进行混合并搅拌，得到扩增反应液；

[0012] 控制所述电极阵列将注入的包含样本的反应液和至少部分所述扩增反应液混合并搅拌；

[0013] 启动所述温控装置使得所述电极阵列的温度满足反应需求。

[0014] 本发明一实施例提供一种检测装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储有程序，所述程序在被所述处理器读取执行时，实现任一实施例所述的检测方法。

[0015] 本发明至少一实施例提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现任一实施例所述的检测方法。

[0016] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

[0017] 附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

[0018] 图1a为本发明一实施例提供的检测系统示意图；

[0019] 图1b为本发明另一实施例提供的检测系统示意图；

[0020] 图2为本发明一实施例提供的包括控制终端的检测系统示意图；

[0021] 图3为本发明一实施例提供的电极阵列连接示意图；

[0022] 图4为本发明一实施例提供的电极阵列结构示意图；

[0023] 图5为本发明一实施例提供的电极阵列功能分区示意图；

[0024] 图6为本发明另一实施例提供的电极阵列示意图；

[0025] 图7为本发明一实施例提供的液滴转移和融合示意图；

[0026] 图8为本发明一实施例提供的液滴搅拌示意图；

[0027] 图9为本发明一实施例提供的液滴分离示意图；

[0028] 图10为本发明一实施例提供的检测方法流程图；

[0029] 图11为本发明一实施例提供的沙门氏菌检测方法流程图；

[0030] 图12为本发明沙门氏菌检测实施例中引物等注入及搅拌示意图；

[0031] 图13～图15为本发明沙门氏菌检测实施例中纯水分离示意图；

[0032] 图16～图18为本发明沙门氏菌检测实施例中DNA聚合酶和缓冲液的混合液分离示意图；

[0033] 图19～图21为本发明沙门氏菌检测实施例中引物分离示意图；

[0034] 图22为本发明沙门氏菌检测实施例中混合区的扩增反应液搅拌示意图；

[0035] 图23为本发明沙门氏菌检测实施例中扩增反应液转移示意图；

[0036] 图24为本发明沙门氏菌检测实施例中扩增反应液在扩增区搅拌示意图；

[0037] 图25为本发明沙门氏菌检测实施例中每个扩增区均有扩增反应液示意图；

[0038] 图26为本发明沙门氏菌检测实施例中样本与荧光探针混合液注入示意图；

[0039] 图27为本发明沙门氏菌检测实施例中样本与荧光探针混合液转移示意图；

[0040] 图28为本发明沙门氏菌检测实施例中荧光检测示意图；

[0041] 图29为本发明一实施例中电极短接示意图；

[0042] 图30为本发明一实施例提供的检测装置示意图；

[0043] 图31为本发明一实施例提供的计算机可读存储介质框图。

具体实施方式

[0044] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

[0045] 在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

[0046] 电润湿介电(EWOD)技术是一种新兴的数字微流控技术，它能够利用微电极和电信号实现单个微滴的精准控制，精度可精确到皮升级别。设备部件加工工艺成熟、制备成本低。将应用于显示领域的薄膜晶体管(TFT)技术与EWOD技术相融合可以极大地减少物理连接数量，从而极大地提升系统扩展性和通量，实现高通量快速检测。同时系统可以实现全自动操控和在线编程，减少时间成本和人力成本，通过将LAMP技术与EWOD技术地融合能够实现全自动的低成本高通量快速检测，从而促进核酸扩增检测技术的推广和普及。

[0047] 如图1a所述，本发明一实施例提供一种检测系统，包括：包含样品入口2和废液出口3的盖子4，电极阵列5、温控装置6以及驱动电路7。所述驱动电路7与所述电极阵列5、所述温控装置6连接。所述电极阵列5在靠近所述盖子4的一侧包括疏水层(图1a中未标示出)、远离所述盖子4的一侧包括电极层，所述电极层和所述疏水层之间包括介电层(图1a中未标示出)，所述电极层包括多个电极，所述驱动电路7与所述电极阵列5、所述温控装置6连接，所述盖子4和所述电极阵列5之间具有用于液滴移动的空间，可以通过控制所述电极阵列5中的电极的状态从而操纵位于盖子4和电极阵列5之间的液滴，所述样品入口用于液滴进入所述盖子4和所述电极阵列5之间的空间，所述废液出口用于液滴从所述盖子4和所述电极阵列5之间的空间移出，所述盖子4靠近所述电极阵列的一侧包含疏水层(图1a中未示出)，其中：

[0048] 所述温控装置6用于，基于所述驱动电路7的控制改变所述电极阵列5的温度；

[0049] 所述驱动电路7用于，对所述温控装置6进行控制，以及对所述电极阵列5进行控制，以改变所述电极阵列5中的电极的状态从而驱动位于所述盖子4和所述电极阵列5之间所述液滴。

[0050] 其中，盖子4可以是透明导电的，例如由ITO玻璃实现。

[0051] 其中，所述介电层用于帮助将液滴与下方的电极隔离。介电层可包括无机介电材料，例如二氧化硅，氮化硅，氧化铝或高k介电材料，例如氧化铪，氧化锆或氧化钽。介电层可包括有机介电材料。介电层的厚度足够厚以避免击穿，例如20nm至5μm。所述疏水层可包括合适的材料，例如聚四氟乙烯(PTFE)或Cytop(RTM)等。

[0052] 其中，液滴8可包含水性或非水性液体。液滴8可包含极性或非极性液体。例如盐水缓冲液，生物样品(例如DNA或蛋白质)或体液(例如血液或尿液)。液滴体积比如为亚微升、微升级别。

[0053] 其中，所述温控装置6包括加热电阻、温度传感器、铝块、温度传感器等，工作时温控装置6由驱动电路7进行控制，加热电阻对于其紧贴的铝块进行加热，铝块将热量均匀扩散，温度传感器采集温度，将温度信号反馈给驱动电路7，驱动电路7在达到目标温度后会对加热电阻进行开关控制以保证温度保持在目标温度。

[0054] 其中，所述驱动电路7主要包含控制单元(如单片机)和控制电路，控制单元与控制终端进行通讯接收指令，根据指令对控制电路施加控制信号实现电极阵列5的控制以及温控装置6的控制。

[0055] 如图1b所示，本发明一实施例提供一种检测系统，在图1a所示检测系统的基础上，还包括设置于所述盖子4表面远离所述电极阵列5一侧的检测装置1，所述检测装置1用于，对位于所述电极阵列5和所述盖子4之间的空间的液滴进行检测并输出检测结果。

[0056] 在一实施例中，所述检测装置1比如为荧光检测装置。其中，荧光检测装置用于对位于所述电极阵列和所述盖子之间的空间的液滴的荧光信号进行检测并输出检测结果。荧光检测装置通常设置在反应最终完成后液滴所在位置，比如与下述的扩增区对应的位置。其中，对应的位置是指扩增区在盖子4上的正投影所在的位置。一般地，每个扩增区对应一个荧光检测装置。需要说明的是，检测装置1也可是其他装置，比如电子显微镜等。

[0057] 如图2所示，该检测系统与控制终端9相连，操作人员通过控制终端9对检测系统进行实时控制、检测等操作，当然，也可通过事先设置，实现自动检测等。控制终端9向驱动电路7发送控制指令，根据该控制指令，驱动电路7对电极阵列5进行控制，关闭电极或打开(或称激活)电极，进行对液滴进行驱动。其中，关闭电极比如通过将电极悬空或接地实现，打开电极比如通过在电极上施加一定幅值和频率的偏置电压实现。另外，驱动电路7根据控制指令，对温控装置6进行控制进而实现对电极阵列5的温度的控制。另外，控制终端9还对荧光检测装置1进行控制，控制终端9发送指令至荧光检测装置1，启动荧光检测装置1对液滴的荧光信号进行检测，并接收荧光检测装置1的检测结果。其中，该控制终端9可以是电脑、平板、智能终端或者其他类型的终端，也可以是专用于该检测系统的控制终端。

[0058] 上述检测系统中还可包括流体处理系统，例如，包括管(未示出)、阀(未示出)和泵(未示出)，用于控制电极阵列5和所述盖子4之间的空间的液滴的供应和移除。流体处理系统可以设置有与其他仪器连接的接口，其他仪器例如流式细胞仪，下一代测序仪，质谱仪，电化学工作站等。

[0059] 电极阵列5中包括一个或多个电极51，电极51可以使用被动式连接或有源式连接与驱动电路7相连。

[0060] 如图3所示，其中，被动式连接方式中每个电极51均通过连接线31与驱动电路7相连。

[0061] 有源式连接方式中，所述电极层还包括与所述电极51一一对应的控制装置，所述控制装置与其对应的电极相连，所述控制装置包括开关元件，用于控制施加到其对应的电极的偏置电压；所述驱动电路7与所述电极层中的控制装置通过控制线阵列连接，所述控制线阵列包括一组一级控制线和一组二级控制线，其配置成使得每个控制装置可由给定的一级控制线和给定的二级控制线单独寻址，一级控制线比如为行地址线，二级控制线比如为列地址线。如图3所示，每个电极51包含一个像素电路32(即控制装置)，且每个电极51均使用行列编码的连接方式，可通过控制行地址线33和列地址线34实现对电极51的打开和关闭。该像素电路32比如含有一个薄膜晶体管一个电容(1T1C)，当然，该像素电路32也可以是其他类型的开关元件。

[0062] 其中，有源式连接方式较被动式连接方式可有效减少连接线数量，降低硬件复杂程度。

[0063] 其中，电极51的形状可以是正方形、六边形或其他多边形等几何形状。

[0064] 在一实施例中，电极51的边缘具有锯齿或波浪形状(如图4所示)用于协助液滴在电极之间移动。电极51之间具有非常狭窄的间隙41(通常为几十至几百微米)用于在电极之间形成物理阻隔，防止电极短路。

[0065] 其中，每个电极51能够控制的液滴体积由电极平面尺寸以及电极阵列5与其上方盖子4的间隔距离决定，能够处理的液体体积精度可准确至皮升级别。

[0066] 电极阵列5可设计为能够实现多通道LAMP反应的功能性结构。所述电极层的电极构成的区域包括：进样区、扩增区、混合区和废液区，区域之间通过电极构成的路径连接，且每个所述进样区在所述盖子上的对应位置上存在样品入口，每个所述废液区在所述盖子上的对应位置上存在废液出口，所述扩增区为待检测样本与辅助反应物进行反应的区域，所述混合区为除待检测样本外的各辅助反应物进行混合的区域。其中，每个所述进样区在所述盖子上的对应位置是指进样区在所述盖子上的正投影所在位置，每个所述废液区在所述盖子上的对应位置是指所述废液区在所述盖子上的正投影所在位置。一个所述进样区和一个所述扩增区构成一个通道，所述电极阵列5包括多个所述通道。所述区域之间通过电极构成的路径连接包括：每个通道内的进样区和扩增区通过电极构成的路径连接，所述混合区与所述扩增区通过电极构成的路径连接，所述混合区与位于通道外的进样区通过电极构成的路径连接，所述扩增区通过电极构成的路径连接至少一个所述废液区。所述进样区包括多个，分别用于样本和辅助反应物的注入。一般地，每个通道包括一个进样区，通道外设置的进样区与辅助反应物的数目有关，每种辅助反应物对应一个进样区。反应结束后的废液转移到废液区后通过废液出口移出。另外，电极层还包括接地电极，接地电极与上述各区域的位置关系为镶嵌，即上述各区域之间为接地电极，接地电极的偏置电压为地，可以防止液滴进入接地电极所在区域，仅在接地电极以外的区域移动，即在上述进样区、混合区、扩增区和废液区内移动。

[0067] 在一实施例中，每个所述通道的结构一致，且所述多个通道中，至少存在两个通道其相同位置的电极短接。比如，所有通道相同位置的电极短接。当然，各通道相同位置的电极也可以不进行短接。不同通道的结构也可不同。

[0068] 如图5所示，为一个可并行实现3组LAMP的电极阵列，电极阵列5的电极层的电极构成的区域包括：进样区52(如图中所示的521～526)、混合区53、扩增区54(如图5中541～543)和废液区55，不同区域之间通过电极构成的路径进行连接。另外，电极层还包括接地电极56，接地电极56与上述各区域的位置关系为镶嵌，即各区域之间为接地电极56，接地电极56的偏置电压为地，可以防止液滴进入接地电极56所在区域，仅在接地电极56以外的区域移动，即在上述进样区52、混合区53、扩增区54和废液区55内移动。每个进样区52对应的盖子4的位置上具有样品入口2用于注入样本(包括辅助反应物)，每个废液区55对应的盖子4的位置上具有废液出口3用于抽离废液。进样区524和扩增区541构成一个通道，进样区525和扩增区542构成一个通道，进样区526和扩增区543构成一个通道，可以从进样区521～523分别注入辅助反应物，在混合区53对辅助反应物进行混合，从进样区524～526分别注入样本，将样本转移到对应的扩增区，将混合后的辅助反应物转移到扩增区，在扩增区样本和辅助反应物进行反应。以3组LAMP及实时荧光检测为例，使用该检测系统，用户只需在使用中进行6次原始样本的注样(3次注入样本，3次注入辅助反应物)，系统即可全自动完成3组LAMP及实时荧光检测。相比已有技术中，对每组LAMP，需要注入3次辅助反应物，1次样本，共4次，3组共12次注样，使用本实施例提供的检测系统，大大减少了操作次数。如果上百或者更多组LAMP，则减少的操作次数更为可观，大大提高了检测效率，比如，一百组，相关技术中需要4*100＝
400次，使用本实施例提供的方案，100+3＝103。需要说明的是，图5所示电极阵列仅为示例，本申请对此不作限定，比如，可以包括更多进样区，更多扩增区，更多废液区，废液区布置在周边区域，可以包括更多电极，改变各区域的形状等。

[0069] 电极阵列5可以进行扩展以提高反应通量。例如图6所示电极阵列可同时进行5组LAMP。图6所示的电极阵列5中包括5个通道(通道61至通道65)，可以将样本同时注入每个通道，从而同时进行5组LAMP。

[0070] 电极阵列5也可通过级联、组合的方式以提高反应通量。其中，级联相当于使用多片完全相同的电极阵列芯片，将控制引脚逐一并联，使用同一个驱动电路进行控制。组合则可以使用不同的电极阵列芯片和驱动电路，组装在一起使用。需要说明的是，上述3组LAMP，5组LAMP仅为示例，反应通量由电极阵列规模决定，比如，可以进行上百组LAMP或者更多组LAMP。

[0071] 电极阵列5上液滴8的基本操作包括转移、融合、搅拌和分离。可以通过控制电极阵列5上的电极实现对液滴的上述操作。

[0072] 如图7所示，可以通过打开相应电极实现小液滴和大液滴的转移操作，液滴通过转移操作可实现液滴融合。

[0073] 对小液滴，如图7(a)中所示，在电极71上施加一定频率和幅值的偏置电压打开电极71，其余电极关闭，使得液滴保持在电极71上，然后，在电极72上施加一定频率和幅值的偏置电压打开电极72，其余电极关闭，液滴转移到电极72上。

[0074] 对大液滴，如图7(b)中所示，在电极71～电极77上施加一定频率和幅值的偏置电压打开电极71～电极77，其余电极关闭，使得液滴保持在电极71～电极77构成的区域上，然后，在电极71～电极73，电极77～电极80上施加一定频率和幅值的偏置电压打开电极71～电极73，电极77～电极80，其余电极关闭，液滴转移到电极71～电极73，电极77～电极80构成的区域上。

[0075] 如图8所示，可通过循环打开相应电极实现液滴搅拌操作。具体包括：

[0076] 打开电极84、电极85、电极88至电极810、电极813和电极814，其余电极关闭，使得液滴保持在电极84、电极85、电极88至电极810、电极813、电极814构成的区域；

[0077] 打开电极89、电极810、电极813至电极815、电极817和电极818，其余电极关闭，使得液滴移动到电极89、电极810、电极813至电极815、电极817和电极818构成的区域；

[0078] 打开电极810、电极811、电极814至电极816、电极818、电极819，其余电极关闭，使得液滴移动到电极810、电极811、电极814至电极816、电极818、电极819构成的区域；

[0079] 打开电极86、电极87、电极810至电极812、电极815、电极816，其余电极关闭，使得液滴移动到电极86、电极87、电极810至电极812、电极815、电极816构成的区域；

[0080] 打开电极82、电极83、电极85至电极87、电极810、电极811，其余电极关闭，使得液滴移动到电极82、电极83、电极85至电极87、电极810、电极811构成的区域；

[0081] 打开电极81、电极82、电极84至电极86、电极89、电极810，其余电极关闭，使得液滴移动到电极81、电极82、电极84至电极86、电极89、电极810构成的区域。

[0082] 通过上述过程，实现了液滴的搅拌。

[0083] 如图9所示，可借助具有功能的电极结构实现液滴的分离操作，分离的体积可由打开的电极数量精确控制。具体实现如下：

[0084] 打开电极91至电极97，其余电极关闭，使得液滴保持在电极91至电极97构成的区域；

[0085] 打开电极91、电极93、电极94、电极96、电极97、电极98、电极99、电极910，其余电极关闭，液滴移动到电极91、电极93、电极94、电极96、电极97、电极98、电极99、电极910构成的区域。

[0086] 打开电极98、电极99、电极910，以及电极91、电极92、电极94、电极95、电极96、电极97，其余电极关闭，液滴分成两部分，一部分处于电极98、电极99、电极910构成的区域，另一部分处于电极91、电极92、电极94、电极95、电极96、电极97构成的区域，从而实现了液滴的分离。

[0087] 如图10所示，本发明一实施例提供一种检测方法，应用于任一实施例所述的检测系统，包括：

[0088] 步骤1001，控制所述电极阵列5实现对分别注入的辅助反应物的搅拌；

[0089] 其中，辅助反应物是指除样本外进行检测所需的反应物。辅助反应物有多种时，分别注入。

[0090] 步骤1002，控制所述电极阵列5将所述辅助反应物进行混合并搅拌，得到扩增反应液；

[0091] 其中，将辅助反应物移动到同一区域实现辅助反应物的混合，通过搅拌使得辅助反应物混合均匀。

[0092] 步骤1003，控制所述电极阵列5将注入的包含样本的反应液和至少部分所述扩增反应液混合并搅拌；

[0093] 包含样本的反应液中除包含样本外，比如还可包括荧光探针，以便后续进行荧光信号的检测。

[0094] 步骤1004，启动所述温控装置6使得所述电极阵列的温度满足反应需求。

[0095] 以LAMP为例，开启温控装置6使电极阵列5温度保持在65℃，保持60分钟；

[0096] 以PCR为例，涉及4个温度，扩增过程需要在其中的3个温度间循环30-40次，控制所述温控装置使得电极阵列5在3个温度间循环30-40次。

[0097] 在一实施例中，所述控制所述电极阵列5将所述辅助反应物进行混合并搅拌，得到扩增反应液包括：

[0098] 控制所述电极阵列5将所述辅助反应物从进样区转移至混合区并搅拌得到扩增反应液；

[0099] 所述控制所述电极阵列5将注入的包含样本的反应液和至少部分所述扩增反应液混合并搅拌包括：

[0100] 控制所述电极阵列5将所述混合区的扩增反应液转移至扩增区；

[0101] 控制所述电极阵列5将注入的包含样本的反应液转移至所述扩增区，控制所述电极阵列5对所述扩增区的包含样本的反应液和所述扩增反应液进行搅拌。

[0102] 在一实施例中，所述控制所述电极阵列5将所述辅助反应物从进样区转移至混合区并搅拌得到扩增反应液，控制所述电极阵列5将所述混合区的扩增反应液转移至扩增区包括：

[0103] 控制所述电极阵列5将所述进样区的辅助反应物中的部分转移至混合区，控制所述电极阵列5将所述混合区的辅助反应物进行搅拌得到扩增反应液；控制所述电极阵列5将所述混合区的扩增反应液转移至一个扩增区；重复该步骤，直到检测所需的扩增区均包含扩增反应液。比如需要进行N组检测，则使得N个扩增区均包含扩增反应液。多个通道的情况下，一次注入各通道所需的辅助反应物，然后，每次将部分辅助反应物分离出来移动到混合区，与其他辅助反应物混合后移动到扩增区，避免了单独注入每个通道所需的辅助反应物，减少了手工操作次数，提高了效率。

[0104] 在一实施例中，所述控制所述电极阵列5将注入的包含样本的反应液转移至所述扩增区包括：控制所述电极阵列5并行将注入的包含样本的反应液转移至所述扩增区。通过并行转移，能够同时实现多个通道的检测，提高检测效率。当然，根据需要也可以不并行转移。

[0105] 在一实施例中，启动所述温控装置6使得所述电极阵列5的温度满足反应需求包括：

[0106] 启动所述温控装置6使得所述电极阵列5的温度为目标温度且维持所需时长。比如，温度保持在65℃，保持60分钟。

[0107] 在一实施例中，启动所述温控装置6使得所述电极阵列的温度满足反应需求后，还包括：对位于所述电极阵列5和所述盖子4之间的空间的液滴的荧光信号进行检测并输出检测结果。

[0108] 下面一个具体实施例进一步说明本申请。本实施例中，采用环介导等温扩增和电润湿介电技术的结合，建立沙门氏菌(Salmonella)的分子快速检测方法。沙门氏菌是主要的肠道致病菌，主要引起发热、肠胃炎、腹泻和败血症等临床表现。在我国，每年感染沙门氏菌的人数高达300万例。因此，对齐进行检测具有较大意义。

[0109] 根据沙门氏菌侵袭蛋白A(invasion protein A,invA)基因核苷酸序列设计引物，利用链置换型DNA聚合酶在恒温条件下技术对invA基因片段进行扩增反应。

[0110] 本实施例中，使用图5所示的电极阵列完成3组样本的沙门氏菌invA基因检测。三组样本分别为：沙门氏菌基因组DNA(阳性对照)，纯水(阴性对照)，待检测样本。

[0111] 每组反应需要使用8uL纯水、12.5uL DNA聚合酶和缓冲液的混合液、2.5uL引物以及2uL DNA样本和荧光探针混合液。如图11所示，具体流程如下：

[0112] 步骤1101，分别从纯水、DNA聚合酶和缓冲液的混合液、引物的样品入口注入24uL纯水、37.5uL DNA聚合酶和缓冲液的混合液以及7.5uL引物，并在对应的进样区打开相应电极对样本持续搅拌若干时间(比如5分钟)使样本充分均匀；搅拌方向比如为顺时针方向(如图12所示)。需要说明的是，本申请对此不作限定，也可以是其他方向，比如逆时针方向、左右、上下搅拌等等。

[0113] 如图12所示，将24uL纯水从进样区521的样品入口注入，将37.5uL DNA聚合酶和缓冲液的混合液从进样区522的样品入口注入，将7.5uL引物从进样区523的样品入口注入，打开相应电极对样本持续搅拌若干时间。

[0114] 具体搅拌方法请参考图8所述实施例的说明，此处不再赘述。

[0115] 步骤1102，打开相应电极实现将8uL纯水从24uL纯水中分离出来并转移至混合区中心偏上位置，在此期间其他样本仍处于搅拌状态。

[0116] 如图13～图14所示，将8uL纯水从进样区521的24uL纯水中分离出来；如图15所示，将分离出来的8uL纯水转移至混合区53中心偏上的位置。

[0117] 具体分离方法请参考图9所述实施例的说明，转移方法请参考图7所述实施例的说明，此处不再赘述。

[0118] 步骤1103，打开相应电极实现将12.5uL DNA聚合酶和缓冲液的混合液从37.5uL DNA聚合酶和缓冲液的混合液中分离出来并转移至混合区中心偏上位置与8uL纯水融合，在此期间其他样本仍处于搅拌状态。

[0119] 如图16～图17所示，将12.5uL DNA聚合酶和缓冲液的混合液从进样区522的37.5uL DNA聚合酶和缓冲液的混合液中分离出来；

[0120] 如图18所示，将分离出来的12.5uL DNA聚合酶和缓冲液的混合液转移至混合区53中心偏上的位置，和8uL纯水融合。

[0121] 液滴的分离和融合的实现请参考图7和图9所示实施例说明，此处不再赘述。

[0122] 步骤1104，打开相应电极实现将2.5uL引物从7.5uL引物中分离出来并转移至混合区中心偏上位置与20.5uL纯水、DNA聚合酶和缓冲液的混合液融合，混合成为扩增反应液。在此期间其他样本仍处于搅拌状态。

[0123] 如图19～图20所示，将2.5uL引物从进样区523的7.5uL引物中分离出来；

[0124] 如图21所示，将分离出来的2.5uL引物转移至混合区53中心偏上的位置，和20.5uL纯水、DNA聚合酶和缓冲液的混合液融合。

[0125] 液滴的分离和融合的实现请参考图7和图9所示实施例说明，此处不再赘述。

[0126] 步骤1105，循环打开相应电极将混合区的23uL的扩增反应液充分搅拌5分钟使其完全均匀(如图22所示)。

[0127] 步骤1106，打开相应电极将搅拌好的23uL的扩增反应液转移至一个扩增区。如图23所示，将23uL的扩增反应液转移到扩增区541。

[0128] 步骤1107，循环打开相应电极使扩增区541的混合液(即扩增反应液)继续保持搅拌操作(如图24所示)。

[0129] 步骤1108，重复步骤1102-1107使三个扩增区均包含23uL的扩增反应液，且扩增反应液处于搅拌状态。

[0130] 如图25所示，扩增区542和扩增区543均包含23uL的扩增反应液。

[0131] 步骤1109，分别从3个样品入口注入三个2uL样本与荧光探针混合液(其中样本、荧光探针各1uL)。三个样本分别为：阳性对照、阴性对照和待检测样本。

[0132] 如图26所示，从进样区524对应的样品入口注入DNA样本1和荧光探针混合液，从进样区525对应的样品入口注入DNA样本2和荧光探针混合液，从进样区526对应的样品入口注入DNA样本3和荧光探针混合液。

[0133] 步骤1110，并行将三个样本和荧光探针混合液分别转移至对应的扩增区，与23uL的扩增反应液混合液进行融合并持续搅拌。

[0134] 如图27所示，并行将进样区524的DNA样本1和荧光探针混合液转移到扩增区541，将进样区525的DNA样本2和荧光探针混合液转移到扩增区542，将进样区526的DNA样本3和荧光探针混合液转移到扩增区543。

[0135] 步骤1111，开启温控装置6使电极阵列5温度保持在65℃，保持60分钟，同时开启荧光检测装置1对混合液的荧光信号进行实时检测，如图28所示。

[0136] 步骤1112，反应结束后将混合液转移至废液区60从废液出口3抽离。

[0137] 其中，三组注入DNA样本和荧光探针混合液的进样区以及对应的扩增区的相同位置电极可以短接，以减少连线数量，进行并行操作。

[0138] 比如，如图29所示，电极A1、电极B1和电极C1为三个通道中相同位置的电极，进行短接。

[0139] 一般地，将多个通道间相同位置的电极进行短接。

[0140] 需要说明的是，上述实施例以LAMP为例对本申请进行说明，但本申请不限于此，可应用于多种包括PCR、LAMP在内的核酸扩增检测手段以及其他反应过程类似的生化反应，比如SDA(Strand Displacement Amplification，链替代扩增)、HAD(Helix dependent Amplification，解链酶扩增)、NEAR(Nicking enzyme amplification，切口酶扩增)、MDA(Multiple Displacement Amplification，多重替换扩增)、EMA(Enzymes Mediated Amplification，常温核酸扩增)等。

[0141] 本实施例提供的方案，为全自动系统，只需注入原始样本自动完成所有反应及检测，节省反应时间，减少手动操作；通过电极对液滴进行分离，液滴处理精度高，节省样本，减小实验误差；且为高通量处理平台，节省实验时间降低实验成本；具有良好扩展性可针对多种应用场景和需求，包括PCR、LAMP在内的核酸扩增检测手段以及其他反应过程类似的生化反应。另外，可通过集成薄膜晶体管技术减少连接线数量、降低设备复杂程度和设备成本。

[0142] 如图30所示，本发明一实施例提供一种检测装置300，包括存储器3010和处理器3020，所述存储器3010存储有程序，所述程序在被所述处理器3020读取执行时，实现任一实施例所述的检测方法。

[0143] 本发明一实施例提供一种控制终端，包括上述检测装置300。

[0144] 本发明一实施例还提供一种系统，包括任一实施例所述的检测系统和上述控制终端。

[0145] 如图31所示，本发明一实施例提供一种计算机可读存储介质310，所述计算机可读存储介质310存储有一个或者多个程序3110，所述一个或者多个程序3110可被一个或者多个处理器执行，以实现任一实施例所述的检测方法。

[0146] 需要说明的是，本发明实施例附图只涉及到与本发明实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。为了清晰起见，在用于描述本发明的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。

[0147] 本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

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一种检测系统、检测方法及装置、计算机可读存储介质

一种检测系统、检测方法及装置、计算机可读存储介质

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