微流控生化分析仪及温度控制方法技术

本申请实施例公开了一种微流控生化分析仪及温度控制方法，微流控生化分析仪的上下加热器交替加热使得微流控芯片上下表面的受热更均匀，温差更小。微流控生化分析仪包括反应腔、上加热器和下加热器，其可控制上加热器和下加热器交替加热，并使反应腔实时温度与反应腔目标温度的差值维持在预设温差范围内。因此，可使反应腔内空气的不同位置处交替受热，使得反应腔内空气密度在反应腔内不同位置处发生较大差别，从而形成自然对流，在自然对流作用下空气扰动更大，在空气导热和自然对流共同作用下使得微流控芯片上下表面的受热更均匀，温差更小，其加热效果更优于同时加热，更小的温差有助于提升微流控芯片中生化反应的准确性。确性。确性。

【技术实现步骤摘要】
微流控生化分析仪及温度控制方法


[0001]本申请实施例涉及医疗设备领域，具体涉及一种微流控生化分析仪及温度控制方法。

技术介绍

[0002]微流控分析仪具有用于容置微流控芯片的反应腔，其采用离心微流控技术，微流控芯片(或称为检测盘片)上集成了样本腔、稀释液腔、样本定量腔、稀释液定量腔、样本混匀腔、比色腔、质控腔、废液腔以及液路微流道，生化分析过程中的样本分离、样本定量、稀释液定量、样本与稀释液混匀、样本反应、光学检测等过程都基于微流控芯片的离心运动实现，生化分析过程中需要的试剂以冻干小球的形式预封装在微流控芯片的比色腔内。
[0003]温度对反应腔内的生化反应的反应速率有较大的影响，高精度的温度控制系统是保证生化分析结果准确性和重复性的关键技术。反应腔的腔壁可设置加热器，如设置在反应腔顶部的上加热器以及设置在反应腔底部的下加热器，加热器持续加热以对反应腔内进行升温，在微流控芯片放置到反应腔内时进一步通过空气热传导对微流控芯片进行加热。已有的控制策略为温度控制系统根据反应腔实时温度T_chamber的值对比反应腔目标温度T_target0，根据对比结果输出相应的上加热器电压U_heat_up和下加热器电压U_heat_down来控制加热器，实现对反应腔温度的控制。
[0004]然而，上下加热器的结构并不一致，如图1所示，上加热器的结构与反应腔的顶部结构匹配，下加热器由于反应腔腔体下部存在转动电机的原因，其整体形状呈围绕转动电机的倒U字形，因而上加热器在反应腔顶部的投影面积大于下加热器在反应腔底部的投影面积，在上下加热器同时持续加热时，上加热器对反应腔顶部区域和对微流控芯片上表面的加热效果，与下加热器对反应腔底部区域和对微流控芯片下表面的加热效果不一致，反应腔内部各区域之间受热不均匀，微流控芯片的各个表面同样受热不均匀，影响微流控芯片的生化反应结果。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供了一种微流控生化分析仪及温度控制方法，微流控生化分析仪的上下加热器交替加热使得微流控芯片上下表面的受热更均匀，温差更小。
[0006]本申请实施例第一方面提供了一种微流控生化分析仪，包括：
[0007]反应腔，以用于容纳微流控芯片；
[0008]反应腔温度传感器，设置于所述反应腔内以用于采集所述反应腔的实时温度；
[0009]上加热器，设置于所述反应腔的一侧；
[0010]下加热器，相对于所述上加热器设置且位于所述反应腔的另一侧；
[0011]加热器温度传感器，以用于分别检测所述上加热器和/或所述下加热器的温度；
[0012]温度控制器，以用于控制所述上加热器和/或所述下加热器的加热，并获取所述加热器温度传感器和所述反应腔温度传感器采集的实时温度；以及，
[0013]获取预设的加热器目标温度和第一反应腔目标温度，当所述上加热器的实时温度和/或所述下加热器的实时温度达到所述加热器目标温度时，控制所述上加热器和所述下加热器执行第一阶段的交替加热，并获取所述反应腔温度传感器采集到的反应腔实时温度，当所述反应腔实时温度与所述第一反应腔目标温度的差值在预设温差范围内时停止所述第一阶段的交替加热。
[0014]本申请实施例第二方面提供了一种微流控生化分析仪，包括：
[0015]反应腔，以用于容纳微流控芯片；
[0016]反应腔温度传感器，设置于所述反应腔内以用于采集所述反应腔的实时温度；
[0017]上加热器，设置于所述反应腔的一侧；
[0018]下加热器，相对于所述上加热器设置且位于所述反应腔的另一侧；
[0019]加热器温度传感器，以用于分别检测所述上加热器和/或所述下加热器的温度；
[0020]温度控制器，以用于控制所述上加热器和/或所述下加热器的加热，并获取所述加热器温度传感器和所述反应腔温度传感器采集的实时温度；以及，
[0021]获取预设的加热器目标温度和第一反应腔目标温度、第二反应腔目标温度，当所述上加热器的实时温度和/或所述下加热器的实时温度达到所述加热器目标温度时，控制所述上加热器和所述下加热器执行第一阶段的交替加热，并获取所述反应腔温度传感器采集到的反应腔实时温度，当所述反应腔实时温度与所述第一反应腔目标温度的差值在预设温差范围内时停止所述第一阶段的交替加热；
[0022]在停止所述第一阶段的交替加热且所述反应腔已加载微流控芯片时，所述温度控制器还用于控制所述上加热器和所述下加热器执行第二阶段的交替加热，以使得所述反应腔实时温度与所述第二反应腔目标温度的差值维持在预设温差范围内。
[0023]本申请实施例第三方面提供了一种微流控生化分析仪，包括：
[0024]反应腔，以用于容纳微流控芯片；
[0025]反应腔温度传感器，设置于所述反应腔内以用于采集所述反应腔的实时温度；
[0026]上加热器，设置于所述反应腔的一侧；
[0027]下加热器，相对于所述上加热器设置且位于所述反应腔的另一侧；
[0028]温度控制器，用于获取预设的反应腔目标温度，获取所述反应腔温度传感器采集到的反应腔实时温度，控制所述上加热器和所述下加热器执行交替加热，以使得所述反应腔实时温度与所述反应腔目标温度的差值维持在预设温差范围内。
[0029]本申请实施例第四方面提供了一种温度控制方法，所述方法应用于微流控生化分析仪，所述微流控生化分析仪包括用于容纳微流控芯片的反应腔、设置于所述反应腔内以用于采集所述反应腔的实时温度的反应腔温度传感器、设置于所述反应腔的一侧的上加热器、相对于所述上加热器设置且位于所述反应腔的另一侧的下加热器以及用于分别检测所述上加热器和/或所述下加热器的温度的加热器温度传感器；
[0030]所述方法包括：
[0031]控制所述上加热器和/或所述下加热器的加热，并获取所述加热器温度传感器和所述反应腔温度传感器采集的实时温度；以及，
[0032]获取预设的加热器目标温度和第一反应腔目标温度；
[0033]当所述上加热器的实时温度和/或所述下加热器的实时温度达到所述加热器目标
温度时，控制所述上加热器和所述下加热器执行第一阶段的交替加热；
[0034]获取所述反应腔温度传感器采集到的反应腔实时温度，当所述反应腔实时温度与所述第一反应腔目标温度的差值在预设温差范围内时停止所述第一阶段的交替加热。
[0035]本申请实施例第五方面提供了一种温度控制方法，所述方法应用于微流控生化分析仪，所述微流控生化分析仪包括用于容纳微流控芯片的反应腔、设置于所述反应腔内以用于采集所述反应腔的实时温度的反应腔温度传感器、设置于所述反应腔的一侧的上加热器、相对于所述上加热器设置且位于所述反应腔的另一侧的下加热器以及用于分别检测所述上加热器和/或所述下加热器的温度的加热器温度传感器；
[0036]所述方法包括：
[0037]控制所述上加热器和/或所述下加热器的加热，并获取所述加热器温度传感器和所述反应腔温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微流控生化分析仪，其特征在于，包括：反应腔，以用于容纳微流控芯片；反应腔温度传感器，设置于所述反应腔内以用于采集所述反应腔的实时温度；上加热器，设置于所述反应腔的一侧；下加热器，相对于所述上加热器设置且位于所述反应腔的另一侧；加热器温度传感器，以用于分别检测所述上加热器和/或所述下加热器的温度；温度控制器，以用于控制所述上加热器和/或所述下加热器的加热，并获取所述加热器温度传感器和所述反应腔温度传感器采集的实时温度；以及，获取预设的加热器目标温度和第一反应腔目标温度，当所述上加热器的实时温度和/或所述下加热器的实时温度达到所述加热器目标温度时，控制所述上加热器和所述下加热器执行第一阶段的交替加热，并获取所述反应腔温度传感器采集到的反应腔实时温度，当所述反应腔实时温度与所述第一反应腔目标温度的差值在预设温差范围内时停止所述第一阶段的交替加热。2.根据权利要求1所述的微流控生化分析仪，其特征在于，在所述第一阶段的交替加热过程，所述上加热器或者所述下加热器的每一次加热为一个加热周期，所述第一阶段的多个加热周期按照先后顺序依次进行；则，在所述第一阶段的任一加热周期，所述温度控制器具体用于获取所述反应腔温度传感器采集到的任一加热周期的反应腔实时温度，根据所述任一加热周期的反应腔实时温度和所述第一反应腔目标温度分别确定所述上加热器在所述任一加热周期的输出电压，以及所述下加热器在所述任一加热周期的输出电压；控制所述上加热器按照其在所述任一加热周期的输出电压进行加热，且控制所述下加热器停止加热；或者，控制所述下加热器按照其在所述任一加热周期的输出电压进行加热，且控制所述上加热器停止加热。3.根据权利要求2所述的微流控生化分析仪，其特征在于，所述温度控制器具体用于计算所述任一加热周期的反应腔实时温度与所述第一反应腔目标温度的差值，将所述差值作为PID算法的输入，根据所述PID算法计算得到所述上加热器在所述任一加热周期的输出电压，以及所述下加热器在所述任一加热周期的输出电压。4.根据权利要求1所述的微流控生化分析仪，其特征在于，在所述第一阶段的交替加热过程，所述上加热器或者所述下加热器的每一次加热为一个加热周期，所述第一阶段的多个加热周期按照先后顺序依次进行；所述微流控生化分析仪还包括环境温度传感器，以用于采集所述微流控生化分析仪所在的环境温度；在所述第一阶段的任一加热周期，所述温度控制器具体用于获取所述环境温度传感器采集到的任一加热周期的环境温度，以及获取所述反应腔温度传感器采集到的任一加热周期的反应腔实时温度；根据所述任一加热周期的环境温度、所述任一加热周期的反应腔实时温度和所述第一反应腔目标温度，分别确定所述上加热器在所述任一加热周期的输出电压和所述下加热器在所述任一加热周期的输出电压；控制所述上加热器按照其在所述任一加热周期的输出电压进行加热，且控制所述下加
热器停止加热；或者，控制所述下加热器按照其在所述任一加热周期的输出电压进行加热，且控制所述上加热器停止加热。5.根据权利要求4所述的微流控生化分析仪，其特征在于，所述温度控制器具体用于，将所述任一加热周期的环境温度代入以环境温度为自变量的预设函数以计算得到所述预设函数的函数值，计算所述预设函数的函数值与系统经验增益系数的乘积，再对所述任一加热周期的反应腔实时温度与所述乘积作差得到综合探测温度；其中，所述系统经验增益系数为预设的常数；计算所述第一反应腔目标温度与所述综合探测温度的差值，将所述差值作为PID算法的输入，根据所述PID算法计算得到所述上加热器在所述任一加热周期的输出电压和所述下加热器在所述任一加热周期的输出电压。6.根据权利要求2至5任一项所述的微流控生化分析仪，其特征在于，所述温度控制器具体用于根据所述任一加热周期在所述先后顺序中的序位，确定所述上加热器在所述任一加热周期的输出电压对应的目标输出电压，以及确定所述下加热器在所述任一加热周期的输出电压对应的目标输出电压；当所述上加热器的目标输出电压不为0，所述下加热器的目标输出电压为0时，控制所述上加热器在所述任一加热周期按照所述上加热器的目标输出电压进行加热，且控制所述下加热器在所述任一加热周期停止加热；当所述上加热器的目标输出电压为0，所述下加热器的目标输出电压不为0时，控制所述下加热器在所述任一加热周期按照所述下加热器的目标输出电压进行加热，且控制所述上加热器在所述任一加热周期停止加热。7.根据权利要求1至6任一项所述的微流控生化分析仪，其特征在于，所述微流控生化分析仪还包括环境温度传感器，以用于采集所述微流控生化分析仪所在的环境温度；在停止所述第一阶段的交替加热且所述反应腔已加载微流控芯片时，所述温度控制器还用于获取预设的第二反应腔目标温度，控制所述上加热器和所述下加热器执行第二阶段的交替加热，以使得所述反应腔实时温度与所述第二反应腔目标温度的差值维持在预设温差范围内；其中，在所述第二阶段的交替加热过程，所述上加热器或者所述下加热器的每一次加热为一个加热周期，所述第二阶段的多个加热周期按照先后顺序依次进行；则，在所述第二阶段的任一加热周期，所述温度控制器具体用于获取所述环境温度传感器采集到的所述任一加热周期的环境温度，以及获取所述反应腔温度传感器采集到的所述任一加热周期的反应腔实时温度；根据所述任一加热周期的环境温度、所述任一加热周期的反应腔实时温度和所述第二反应腔目标温度，分别确定所述上加热器在所述任一加热周期的输出电压和所述下加热器在所述任一加热周期的输出电压；控制所述上加热器按照其在所述任一加热周期的输出电压进行加热，且控制所述下加热器停止加热；或者，控制所述下加热器按照其在所述任一加热周期的输出电压进行加热，且控制所述上加热器停止加热。8.根据权利要求7所述的微流控生化分析仪，其特征在于，所述温度控制器具体用于，将所述任一加热周期的环境温度代入以环境温度为自变量的预设函数以计算得到所述预
设函数的函数值，计算所述预设函数的函数值与系统经验增益系数的乘积，再对所述任一加热周期的反应腔实时温度与所述乘积作差，得到综合探测温度；其中，所述系统经验增益系数为预设的常数；计算所述第二反应腔目标温度与所述综合探测温度的差值，将所述差值作为PID算法的输入，根据所述PID算法计算得到所述上加热器在所述任一加热周期的输出电压和所述下加热器在所述任一加热周期的输出电压。9.根据权利要求7或8所述的微流控生化分析仪，其特征在于，所述温度控制器具体用于根据所述任一加热周期在所述先后顺序中的序位，确定所述上加热器在所述任一加热周期的输出电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：李权，杨翥翔，
申请(专利权)人：深圳迈瑞动物医疗科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：