CN110331090A - 核酸提取、扩增与检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种核酸提取、扩增与检测装置，包括底座、提取组件和扩增检测组件，提取组件包括可拆卸地安装于底座上的试剂架、用于吸取试剂的吸液机构，试剂架包括第一本体和设置于第一本体上的反应腔体、多个试剂腔体，试剂腔体分别盛装提取试剂和反应试剂，吸液机构分别吸取样本、提取试剂及反应试剂并将吸取的样本、试剂分别转移至反应腔体内；扩增检测组件包括扩增检测室，扩增检测室安装于底座上；扩增检测室容纳反应腔体以对提取后的样本扩增、检测分析。该装置的试剂架可以拆卸和更换，能够快速地对不同的样本进行分析；简化了核酸提取的操作过程及提取组件的结构，降低了装置及操作的成本；采用一体化设置，结构紧凑，体积小，便于携带。

Description

核酸提取、扩增与检测装置

技术领域

本发明涉及生物样本提取、检测分析技术领域，特别涉及一种核酸提取、扩增与检测装置。

背景技术

在现今分子生物领域中，分子诊断技术的应用越来越广泛，样本的核酸提取、检测和定量已是每个实验室常用的实验手段。初始的核酸提取步骤也变得尤为重要，因为这一步骤中得到的核酸质量直接关系着整个实验结果的真实性及准确性。手工核酸提取对于实验室来说一直是沉重的负担，通量较高的时候往往需要很长时间；而且，基于不同实验人员的经验和熟练程度有所不同，核酸提取的时间和纯度的一致性也会有区别。面对这些问题，核酸提取的过程开始走向自动化操作，以确保提取效果的稳定性。

目前用于核酸提取、扩增及检测分析的装置，主要有以下几种：一种是全自动核酸提取仪与荧光PCR仪结合使用，利用全自动核酸提取仪对生物样本进行提取后，人工转移至荧光PCR仪，利用荧光PCR仪针对提取物进行扩增和检测，提取与扩增、检测分析是分开的，分别由不同的仪器来实现。另一种是能够对多个样本进行检测的集核酸提取、扩增、检测为一体的装置。上述一体化装置中，有一些装置结构复杂且所使用的一次性耗材工艺要求高、价格昂贵，装置的运行时间长；其它装置虽然结构简单、成本低，比如有些装置在一个封闭的腔体内设置复数个储液池、加热器和可移动的磁铁，利用吸液管泵吸液、可移动磁铁进行定位，完成液体的转移，配合加热器实现扩增及检测，但移液精度及加热温度的速度控制及精度较低，极大地影响实验结果的准确性和有效性；同时，由于腔体大，导致加热过程中能量损失较大，从而使得加热效率低、时间长、能耗高；并且无法对检测结果进行数据交换，需要人工介入提取数据进行分析，在大数据处理过程中容易出现错误且提高了人力成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核酸提取、扩增与检测装置，以解决现有技术的一体化装置结构复杂、成本高的技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种核酸提取、扩增与检测装置，包括底座、提取组件和扩增检测组件，所述提取组件包括可拆卸地安装于所述底座上的试剂架、用于吸取试剂的吸液机构，所述试剂架包括第一本体和设置于所述第一本体上的反应腔体、多个试剂腔体，所述试剂腔体分别盛装提取试剂和反应试剂，所述吸液机构分别吸取样本、提取试剂及反应试剂并将吸取的样本、试剂分别转移至所述反应腔体内；所述扩增检测组件包括扩增检测室，所述扩增检测室安装于所述底座上；所述扩增检测室容纳所述反应腔体以对提取后的样本扩增、检测分析。

进一步地，所述提取组件还包括安装于所述底座上的传动机构，所述传动机构包括用于推送所述第一本体在所述底座上沿第一方向移动的第一传动机构和用于使所述吸液机构沿第二方向升降的第二传动机构，所述第一方向与所述第二方向垂直设置。

进一步地，所述第一本体上所述反应腔体和多个所述试剂腔体沿所述第一方向单排排列。

进一步地，所述第一传动机构包括传动组件、第一滑动件和第二滑动件，所述传动组件位于所述第一本体的一侧，所述第一滑动件安装于所述第一本体的底部，所述第二滑动件安装于所述底座上，所述传动组件带动所述第一滑动件在所述第二滑动件上移动。

进一步地，所述第一传动机构包括设置于所述第一滑动件上的推送架，所述第一本体盛装于所述推送架内。

进一步地，所述传动组件包括传送带、用于驱动所述传送带的第一驱动部、与所述第一滑动件连接的传动部，所述传动部固定于所述传送带上。

进一步地，所述第二传动机构包括丝杠、用于驱动所述丝杠的第二驱动部、安装于所述丝杠上的第三滑动件，所述第三滑动件连接所述吸液机构。

进一步地，所述核酸提取、扩增与检测装置包括安装于所述底座上的扫描机构，所述第一本体上具有二维码或者条形码，所述扫描机构扫描二维码或者条形码识别所述试剂腔体内的试剂。

进一步地，所述扩增检测室具有用于容纳所述反应腔体的容置部，所述容置部设置于所述扩增检测室内；所述扩增检测室设置为真空结构以减少与外界的热传递。

进一步地，所述试剂架还包括设置于所述第一本体上的容纳腔体以容纳与所述吸液机构配合以吸取样本或试剂的吸液枪头。

本发明提供的核酸提取、扩增与检测装置，将提取组件与扩增检测组件集成在一起，在同一装置上就能够实现样本的提取、扩增和检测分析。试剂架可以拆卸和更换，不同试剂架上的试剂腔体内盛装的提取试剂和反应试剂不同，能够根据所要分析的样本有针对性地进行选择，能够快速地对不同的样本进行分析。反应腔体、多个试剂腔体都设置于试剂架的第一本体上，便于吸液机构对各种试剂的吸取及转移，简化了核酸提取的操作过程及提取组件的结构，降低了装置及操作的成本。提取结束后，可以将反应腔体转移至扩增检测室内，即可在扩增检测室内完成扩增、检测分析，操作简单。上述核酸提取、扩增与检测装置采用一体化设置，结构紧凑，体积小，便于携带。

附图说明

图1为本发明实施例提供的核酸提取、扩增与检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的核酸提取、扩增与检测装置另一角度的结构示意图，其中，扩增检测组件未示出；

图3为本发明实施例提供的核酸提取、扩增与检测装置的外部结构；

图4为本发明实施例提供的核酸提取、扩增与检测装置的第一传动机构与试剂架的配合结构示意图；

图5为本发明实施例提供的核酸提取、扩增与检测装置的第二传动机构的结构示意图。

附图标记说明：

100、底座；200、提取组件；210、试剂架；211、第一本体；212、反应腔体；213、试剂腔体；214、容纳腔体；215、吸液枪头；220、吸液机构；230、传动机构；231、第一传动机构；2311、传动组件；2311a、传送带；2311b、第一驱动部；2311c、传动部；2312、第一滑动件；2313、第二滑动件；2314、推送架；232、第二传动机构；2321、丝杠；2322、第二驱动部；2323、第三滑动件；300、扩增检测组件；310、扩增检测室；311、容置部；400、扫描机构；500、支撑架；600、外壳；610、显示屏；620、提取仓门；630、扩增检测仓门；700、打印机构。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。在本发明中的“第一”、“第二”等描述，仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或顺序。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

参照图1至图2，本申请实施例提供了一种核酸提取、扩增与检测装置，包括底座100、提取组件200和扩增检测组件300，提取组件200包括可拆卸地安装于底座100上的试剂架210、用于吸取试剂的吸液机构220，试剂架210包括第一本体211和设置于第一本体211上的反应腔体212、多个试剂腔体213，试剂腔体213分别盛装提取试剂和反应试剂，吸液机构220分别吸取样本、提取试剂及反应试剂并将吸取的样本、试剂分别转移至反应腔体212内。

可以理解的，样本可以单独储存在样本瓶中，将样本瓶放置于底座100预先设置好的位置上，便于吸液机构220从样本瓶中吸取样本。试剂架210还可以包括样本腔体，对样本进行分析之前，需要用移液枪将样本转移到样本腔体中。当然，也可以直接用移液枪将样本直接转移到反应腔体212内，使分析效率更高。试剂架210可以一体成型制作，即第一本体211与样本腔体、反应腔体212和多个试剂腔体213在一体成型过程中同时形成，样本腔体、反应腔体212和多个试剂腔体213可以是第一本体211上形成的多个凹槽，样本可以通过移液腔从样本瓶或样本管中转移到样本腔体中，各种试剂直接盛装于试剂腔体213内。可以理解地，试剂架210也可以是先制作第一本体211，第一本体211上设置有多个空腔，然后将规格与第一本体211上的空腔一致的样本腔体、反应腔体212和多个试剂腔体213放置于空腔内形成试剂架210，这里的腔体可以理解为试管。一体成型的试剂架210成型工艺效率高，作为较优选择。样本、提取试剂、反应试剂分别单独存放在不同的腔体内。可以将试剂腔体213预封装，避免试剂腔体213内的试剂被污染。吸液机构220吸取及转移样本和试剂，可以通过试剂架210的第一本体211和/或吸液机构220在底座100上各个方向的移动来实现。

每个试剂架210可以用来分析一个样本，也可以用来分析多个样本。根据所需分析的样本的不同，试剂架210所装的试剂可以做不同的设计。为了整个装置的紧凑，一般试剂架均设置为用来分析一个样本。试剂架210可以拆卸和更换，不同试剂架210上的试剂腔体213内盛装的提取试剂和反应试剂不同，能够根据所要分析的样本有针对性地进行选择，能够快速地对不同的样本进行分析。可以理解的，当分析同类型的样本时，也需要更换为未使用过的试剂架210。反应腔体212、多个试剂腔体213都设置于试剂架210的第一本体211上，便于吸液机构220对各种试剂的吸取及转移，简化了核酸提取的操作过程及提取组件200的结构，降低了装置及操作的成本。

扩增检测组件300包括扩增检测室310，扩增检测室310安装于底座100上；扩增检测室310容纳反应腔体212以对提取后的样本扩增、检测分析。吸液机构220将样本、提取试剂分别吸取至反应腔体212内，吹打混匀完成核酸提取步骤。接着吸液机构220将反应试剂吸取至反应腔体212内，人工将反应腔体212转移至扩增检测室310内，在此处进行扩增与检测分析的步骤。扩增检测室310集成了PCR扩增和荧光检测分析的功能。可以理解的，反应腔体212可以设计为扁平的结构，即反应腔体212的横截面积较大，厚度较小，这样便于其放置于扩增检测室310内扩增时快速的升温和降温。

本申请实施例的核酸提取、扩增与检测装置，将提取组件200与扩增检测组件300集成在一起，在同一装置上就能够实现样本的提取、扩增和检测分析。提取组件200的试剂架210能够快速地拆卸和更换，从而方便地对不同的样本进行分析；核酸提取自动化，只需加入样本试剂，即可完成核酸提取步骤；避免人工操作带来的误差，成本低。提取结束后，将反应腔体212转移至扩增检测室310内，操作方便。上述装置采用一体化设置，结构紧凑，体积小，便于携带。

在一些实施例中，提取组件200还包括安装于底座100上的传动机构230，传动机构230包括用于推送第一本体211在底座100上沿第一方向移动的第一传动机构231和用于使吸液机构220沿第二方向升降的第二传动机构232，第一方向与第二方向垂直设置。第一本体211与吸液机构220分别由不同的传动机构230推动，第一传动机构231与第二传动机构232能够分别独立控制，可以同时运行，大大提高了时效性。第一方向与第二方向垂直设置，便于吸液机构220与第一本体211的移动方向配合，使吸液机构220沿第二方向升降时，通过沿第一方向移动第一本体211就能够在试剂腔体213内分别吸取样本和试剂。第一方向与第二方向垂直设置，简化了传动机构230的结构及传动形式，降低了制作成本，提高了工作效率。可以理解的是，底座100水平放置，第一传动机构231位于底座100上，即水平设置，而第二传动机构232竖直设置。

可以理解的，试剂架210上的反应腔体212和多个试剂腔体213的排列方式可以有很多种，在吸液机构220只能上下移动的情况下，上述排列方式的不同会导致试剂架210的第一本体211的移动方式不同。在一些实施例中，第一本体211上反应腔体212和多个试剂腔体213沿第一方向单排排列。也就是说，当吸液机构220只能上下升降而不能沿其它方向移动时，将试剂架210设置于吸液机构220的正下方，同时，反应腔体212和多个试剂腔体213沿着第一方向排成一列，这样便于吸液机构220吸取及转移样本和试剂。在这种技术方案中，第一本体211和吸液机构220都分别沿着第一方向、第二方向的正反方向移动，大大简化了传动机构230的结构。具体地，当吸液机构220需要吸取样本或试剂时，将盛装样本或所需试剂的试剂腔体213移动至吸液机构220的下方，吸液机构220向下移动，吸取样本或所需试剂后，吸液机构220上升；然后将试剂架210上的反应腔体212移动至吸液机构220的下方，吸液机构220下降，将试剂转移至反应腔体212内。

进一步地，试剂架210还包括设置于第一本体211上的容纳腔体214以容纳与吸液机构220配合吸取样本或试剂的吸液枪头215。吸液机构220只能在垂直于底座100的平面内做升降运动，在第一本体211上设置容纳腔体214放置吸液枪头215，通过第一本体211的移动使吸液机构220能够位于容纳腔体214的正上方，以便于吸液机构220吸取或者弃掉吸液枪头215，操作方便，也进一步简化了提取组件200的结构。在吸液枪头215使用之前，可以将其预封装，以避免吸液枪头215被污染。可以理解的，可以在第一本体211上设置废料腔体用于容纳使用过的吸液枪头215，以免造成污染。

在一些实施例中，第一传动机构231包括传动组件2311、第一滑动件2312和第二滑动件2313，传动组件2311位于第一本体的一侧，第一滑动件2312安装于第一本体的底部，第二滑动件2313安装于底座上，传动组件2311带动第一滑动件2312在第二滑动件2313上移动。为了降低核酸提取、扩增与检测装置的高度，并且充分利用试剂架210侧部的剩余空间，将传动组件2311设置于试剂架210的一侧，减小了整个装置的体积，进一步实现便携的目的。

可以理解的，传动组件2311可以为传送带2311a传动或者齿轮齿条传动等适于安装在试管架210侧部的任何传动结构。在一些实施例中，传动组件2311包括传送带2311a、用于驱动传送带2311a的第一驱动部2311b、与第一滑动件2312连接的传动部2311c，传动部2311c固定于传送带2311a上。传送带2311a传动体积小，并且适合安装于试剂架210的侧部，同时成本较其它传动结构低，更适合于本申请实施例的便携式装置。

进一步地，第一传动机构231包括设置于第一滑动件上的推送架2314，第一本体211盛装于推送架2314内。推送架2314可以是一个容纳第一本体211的腔体，将第一本体211放置于腔体内，可以避免第一本体211向各个方向的移动，使试剂架210上反应腔体212、试剂腔体213的定位更加精确，便于吸液机构220吸取和转移样本或试剂。

在一些实施例中，第二传动机构232包括丝杠2321、用于驱动丝杠2321的第二驱动部2322和安装于丝杠2321上的第三滑动件2323，第三滑动件连接吸液机构220。第二传动机构232采用丝杠2321传动，第三滑动件2323带动吸液机构220升降，结构简单，使吸液结构升降平稳。

在一些实施例中，核酸提取、扩增与检测装置包括安装于底座100上的扫描机构400，第一本体211上具有二维码或者条形码，扫描机构400扫描二维码或者条形码识别试剂腔体213内的试剂。可以理解的，试剂架210可以有针对性的制作，每个试剂架210仅针对于单个样本，以实现对单个样本的独立提取。对不同的样本进行分析时，只要更换试剂架210即可实现。扫描机构400通过扫描第一本体211上的二维码或者条形码，能够得到样本的核酸提取对应的试剂信息，扫描机构400可以与LISI系统进行数据交换。另外，每次处理单个样本，针对扩增与检测分析也能够进行独立追踪，能够避免批次处理带来的所需复查的试剂和耗材的浪费，并能够快速锁定提取、扩增、检测分析出现的误差。单个样本能够独立提取、扩增、检测，且样本、提取试剂和反应试剂可以沿一列排布并进行预封装处理，随取随用，有效地解决了分子诊断方面即时性的问题，且不会带来人工成本的增加和试剂、耗材的浪费。

在一些实施例中，扩增检测室310具有用于容纳反应腔体的容置部311，容置部311设置于扩增检测室310内；扩增检测室310设置为真空结构以减少与外界的热传递。反应腔体212转移至扩增检测室310的容置部311以后，扩增检测室310反复升温降温，使反应腔体212内的试剂进行PCR扩增。扩增检测室310与外界采用真空隔离设置，类似于保温杯的结构，在加热与快速降温的过程中，使扩增检测室310与核酸提取区域及装置的外壳600隔绝热传递，从而有效地避免提取过程中残留的核酸或者试剂污染。

在一些实施例中，核酸提取、扩增与检测装置包括支撑架500，支撑架500安装于底座100上，第二传动机构232、扩增检测室310分别固定于支撑架500上。支撑架500垂直安装在底座100上，用于对垂直于底座100设置的第二传动机构232和扩增检测室310进行支撑。支撑架500使第二传动机构232在传动过程中更加稳定，同时使整个装置的结构更加紧凑，减小了整个装置的体积。

参照图3，本申请实施例的核酸提取、扩增与检测装置还包括外壳600，外壳600安装于底座100上，其将提取组件200、扩增检测组件300、扫描机构400和支撑架500等容纳在其内部。外壳600还包括设置在一侧的显示屏610，可以方便地对整个装置和装置的控制系统进行操作。显示屏610的下方设置提取仓门620，打开提取仓门620后即可以看到提取组件200。另外，外壳600的顶端设置有扩增检测仓门630，打开扩增检测仓门630，可以将反应腔体212放置于扩增检测室310的容置部311内。

本申请实施例的核酸提取、扩增与检测装置还包括打印机构700，其设置于整个装置的顶部，打印机构700安装于外壳600的上端，用于打印检测结果。打印机构700与吸液机构220相邻设置，位于装置内部的空闲位置，使整个装置的结构安排更加合理紧凑，体积小。

本申请实施例的核酸提取、扩增与检测装置能够有效地减少交叉污染。上述装置在密闭的空间内进行单个样本的核酸提取和扩增检测，并且在提取前将耗材即吸液枪头215和试剂都可以密封于相应的腔体内，从而避免样本对洁净的试剂和耗材造成污染。同时，通过程序控制，可以在吸液机构220的吸液和打液过程中均设置回吸，能够使吸液枪头215的枪尖在吸液和打液之后无挂滴，从而避免转移试剂的过程中滴液而造成实验台面污染的风险。另外，单个样本提取不会产生不同样本之间的废料残留导致的交叉污染问题。

本申请实施例的核酸提取、扩增与检测装置操作方法如下：

1、打开提取仓门620，扫描机构400扫描试剂架210的第一本体211上的二维码或者条形码，并将试剂架210放置在推送架2311内。

2、运行程序，第一传动机构231按照设定的程序运行到指定位置，使试剂架210位于吸液机构220的下方，吸液机构220自动在试剂架210的容纳腔体214内取吸液枪头215；然后第一传动机构231、第二传动机构232按照设定的程序配合，使吸液机构220吸取样本并加入到试剂架210上的反应腔体212内。

3、第一传动机构231、第二传动机构232配合，使吸液机构220运行到废料腔体上方，丢弃使用过的吸液枪头215至废料腔体内；然后运行程序吸液机构220运行到容纳腔体214的上方，取未使用过的吸液枪头215。

4、运行程序使吸液机构220运行到试剂腔体213的上方并穿破铝膜、吸取提取试剂并转移至反应腔体212内，将样本与提取试剂吹打混匀进行核酸提取。丢弃吸液枪头215的步骤与步骤3中的相同，此处不再赘述。

5、运行程序使吸液机构220运行到试剂腔体213的上方吸取反应试剂，并将反应试剂转移至反应腔体212内。吸取和丢弃吸液枪头215的步骤与前述操作相同，此处不再赘述。

6、打开扩增检测仓门630，将反应腔体212转移至扩增检测室310的容置部311内，关闭仓门。点击显示屏610上的扩增检测开始键，装置自动完成扩增和检测分析。

7、点击显示屏610上的打印结果，利用打印机构700打印检测分析结果，完成单个样本的核酸提取、扩增和检测的所有步骤。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不同限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种核酸提取、扩增与检测装置，其特征在于：包括底座、提取组件和扩增检测组件，

所述提取组件包括可拆卸地安装于所述底座上的试剂架、用于吸取试剂的吸液机构，所述试剂架包括第一本体和设置于所述第一本体上的反应腔体、多个试剂腔体，所述试剂腔体分别盛装提取试剂和反应试剂，所述吸液机构分别吸取样本、提取试剂及反应试剂并将吸取的样本、试剂分别转移至所述反应腔体内；

所述扩增检测组件包括扩增检测室，所述扩增检测室安装于所述底座上；所述扩增检测室容纳所述反应腔体以对提取后的样本扩增、检测分析。

2.根据权利要求1所述的核酸提取、扩增与检测装置，其特征在于，所述提取组件还包括安装于所述底座上的传动机构，所述传动机构包括用于推送所述第一本体在所述底座上沿第一方向移动的第一传动机构和用于使所述吸液机构沿第二方向升降的第二传动机构，所述第一方向与所述第二方向垂直设置。

3.根据权利要求2所述的核酸提取、扩增与检测装置，其特征在于，所述第一本体上所述反应腔体和多个所述试剂腔体沿所述第一方向单排排列。

4.根据权利要求2所述的核酸提取、扩增与检测装置，其特征在于，所述第一传动机构包括传动组件、第一滑动件和第二滑动件，所述传动组件位于所述第一本体的一侧，所述第一滑动件安装于所述第一本体的底部，所述第二滑动件安装于所述底座上，所述传动组件带动所述第一滑动件在所述第二滑动件上移动。

5.根据权利要求4所述的核酸提取、扩增与检测装置，其特征在于，所述第一传动机构包括设置于所述第一滑动件上的推送架，所述第一本体盛装于所述推送架内。

6.根据权利要求4所述的核酸提取、扩增与检测装置，其特征在于，所述传动组件包括传送带、用于驱动所述传送带的第一驱动部、与所述第一滑动件连接的传动部，所述传动部固定于所述传送带上。

7.根据权利要求2所述的核酸提取、扩增与检测装置，其特征在于，所述第二传动机构包括丝杠、用于驱动所述丝杠的第二驱动部、安装于所述丝杠上的第三滑动件，所述第三滑动件连接所述吸液机构。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的核酸提取、扩增与检测装置，其特征在于，所述核酸提取、扩增与检测装置包括安装于所述底座上的扫描机构，所述第一本体上具有二维码或者条形码，所述扫描机构扫描二维码或者条形码识别所述试剂腔体内的试剂。

9.根据权利要求1～7任意一项所述的核酸提取、扩增与检测装置，其特征在于，所述扩增检测室具有用于容纳所述反应腔体的容置部，所述容置部设置于所述扩增检测室内；所述扩增检测室设置为真空结构以减少与外界的热传递。

10.根据权利要求1～7任意一项所述的核酸提取、扩增与检测装置，其特征在于，所述试剂架还包括设置于所述第一本体上的容纳腔体以容纳与所述吸液机构配合以吸取样本或试剂的吸液枪头。