CN102660458A - 防止交叉污染的核酸提取装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种防止交叉污染的核酸提取装置，包括电机、电机控制电路，由电机驱动的搅拌套架和装设于搅拌套架上的搅拌套，以及采样板；搅拌套架上设有导槽，搅拌套具有连接部和自连接部延伸形成的搅拌套脚，搅拌套脚的底部为旋转双叶双曲面结构，所述搅拌套通过连接部两侧设置的曲线状导轨与搅拌套架的导槽相卡紧配合，所述电机控制电路根据样本信息的输入参数控制电机的运动，进而控制搅拌套在采样板的深孔内的运动轨迹。本发明的核酸提取装置在进行自动化的核酸提取过程中，有效地防止了样本间的气溶胶、液体飞沫等相互影响造成的交叉污染，使核酸提取结果准确、可靠。

Description

防止交叉污染的核酸提取装置

技术领域

本发明涉及核酸提取技术领域，尤其涉及一种具有防止采样孔间交叉污染的核酸提取装置，该装置可用于微生物、动植物和人类生命特征的核酸自动提取，达到在医学、疾控、农牧、食品安全等生命科学领域的科研和临床应用。

背景技术

核酸(核糖核酸RNA，脱氧核糖核酸DNA)是代表生命体遗传特征的基本单元，核酸检测是在分子水平上进行先进的生物检测，相比传统的形态学检测、细胞学检测、免疫学检测等更具灵敏性、特异性、无窗口期等显著优点，近年来核酸检测逐渐被认可为一种标准的金标准方法，广泛应用于肝炎、艾滋等重大传染病和SARS、流感、手足口病等新发传染病检测和诊断以及广泛应用于生物学、医学科研。核酸检测包括定性PCR(Polymerase Chain Reaction聚合酶链式反应)、分子杂交，实时荧光定量PCR(Real time qPCR)等技术，这些核酸检测技术的首要关键是要完成对生物样本的核酸进行提取，因此有效、准确地提取核酸模板成为了后续核酸检测的前提。

如图1所示，核酸提取就是以微生物、动植物、人体体液或组织为样本提取有效核酸，核酸提取技术的发展可分为采用有机溶剂手工抽提法、采用滤膜分离法、使用磁珠分离技术可用于高通量自动化核酸提取仪的磁珠法。

采用核酸提取仪实现核酸提取的显著优点是：自动化操作快且大大提高提取工作效率，提取质量稳定重复性好，对毛发以及干血片、精斑等疑难检材比手工法大大提高了提取灵敏度。

核酸提取仪的设计包括满足核酸提取要求的自动化机构、控制、软件模块，并能同时提取32个或96个生物样本，以达到提取高工作效率的目的，这就带来了一个很大的问题：如何避免不同样本之间由于气溶胶、液体飞沫相互影响造成的交叉污染，即如何保证任何一个被测样本不受临近样本的污染和影响，由于核酸检测后续高灵敏PCR等步骤对前道核酸提取工序有非常严格的防交叉污染要求，因此防止交叉污染的技术措施和装置就成为核酸提取仪设计技术的一个瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种自动化的防止交叉污染的核酸提取装置，其能在提取核酸的过程中防止相邻样本间的气溶胶、液体飞沫等相互影响造成的交叉污染，使核酸提取结果准确、可靠。该装置使用于自动化核酸提取仪当中，能够有效避免核酸提取过程中样本与样本间的交叉污染。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种防止交叉污染的核酸提取装置，包括电机，电机控制电路，由电机驱动的搅拌套，以及放置样本的采样板；

所述搅拌套具有连接部和自连接部延伸形成的搅拌套脚，

所述采样板上设有复数供所述搅拌套脚进入搅拌样本的深孔，

所述搅拌套脚的底部和深孔的底部为相互配合的旋转双叶双曲面结构，

所述电机控制电路具有样本采样信息的输入参数，电机控制电路根据所述输入参数控制电机的运动，进而控制搅拌套的搅拌运动。

其中，所述搅拌套脚的底部和深孔的底部结构为非球形曲面的旋转双叶双曲面Z＞0的部分，且a＝b，c＝a/2。

所述核酸提取装置还包括与所述搅拌套相连接的搅拌套架。

所述搅拌套架上设有导槽，所述搅拌套连接部的两侧设置有卡紧导轨，所述搅拌套通过所述卡紧导轨与导槽相卡紧连接。

所述卡紧导轨为设置于连接部两侧的曲线状导轨。

所述核酸提取装置还包括基座，设于基座上的电机支架，供搅拌套架往复运动的导轨，以及固定采样板的锁紧机构。

所述电机装设于所述电机支架上，所述搅拌套架通过连接件和电机支架相接。

所述电机控制电路根据输入参数不同控制输出不同的电机运动参数。

所述搅拌套脚在所述深孔中的运动速率控制曲线为双曲正切曲线。

与现有技术相比，本发明所揭示的防止交叉污染的核酸提取装置，搅拌套和搅拌套架的卡合结构方便、可靠，采用了独特的搅拌套脚和采样板孔底部非球曲面设计，加上采用电机控制电路精确控制步进电机实现双曲正切曲线为速率控制曲线的运动方式，为搅拌架及搅拌套运行时的动力学特性和轨迹提供可靠保证，使得在进行自动化的核酸提取过程中，有效地防止了样本间的气溶胶、液体飞沫等相互影响造成的交叉污染，使核酸提取结果准确，可靠。

附图说明

图1是核酸提取过程的流程框图；

图2是本发明防止交叉污染的核酸提取装置的立体示意图；

图3A是本发明搅拌套的立体示意图；

图3B是本发明搅拌套的俯视示意图；

图4A是本发明搅拌套装设于搅拌套架的俯视示意图；

图4B是本发明搅拌套装设于搅拌套架的侧视示意图；

图5是本发明采样板的立体示意图；

图6是采用本发明防止交叉污染的核酸提取装置进行提取检测所得的检测结果的曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图2所示，本发明防止交叉污染的核酸提取装置包括基座1，装于基座1上的电机支架2，电机3，电机控制电路(图未示)，搅拌套架4及搅拌套5，以及存放样本的采样板6。

电机3装于电机支架2上，本实施例中的电机3包括两台步进电机31、32，两台步进电机31、32为搅拌套进行搅拌运动的动力源，电机控制电路控制两台步进电机31、32的协同运行，进而控制搅拌套架4和搅拌套5的二维运动。电机支架2固定设置于基座1上，电机31、32通过电机支架2上的连接件21和搅拌套架4相连接。基座1上还设置有供搅拌套架4往复运动的滑轨7，以及固定采样板6的弹簧锁紧机构8。

结合图3、图4所示，所述搅拌套5由PVC材料制成，其装设于搅拌套架4上，每一搅拌套5包括与搅拌套架4相接的连接部51，以及自连接部51的中间部511垂直向下延伸形成的呈梳状排列的管状搅拌套脚52，连接部51还包括形成于中间部511两端的抓持部512和导入部513，中间部511及导入部513的两侧形成有呈凹凸状的曲线导轨53。

搅拌套脚52的底部采用非球形曲面的旋转双叶双曲面Z＞0部分的结构设计，且a＝b，c＝a/2，以保证搅拌套脚52进入液体和离开液体时，液体的飞溅和气溶胶的产生达到最少。

所述搅拌套架4呈方形框状，包括复数排导槽41，以及连接该复数排导槽的连接架42，所述导槽41用于容置所述搅拌套5的连接部51，其具有前开口411，搅拌套5是通过导入部513从导槽41的前端开口411伸入导槽41内，并在搅拌套5两侧曲线状导轨53的作用下紧推入导槽41内，并且在推入到位后相互卡紧。搅拌套架4通过连接架42和电机支架2的连接件21相连接。

所述采样板6由经过表面硅化处理的一次性医用PP材料加工而成，采样板6上形成有复数个连续排列的存放液体样本的深孔61，该深孔61的横截面可以是圆形、方形或其他形状，每一深孔61可供搅拌套脚52自上而下进入采样样本的液面并进行搅拌运动，且每一深孔61的底部结构与搅拌套脚52的底部相配合，也采用非球形曲面的旋转双叶双曲面Z＞0部分的结构，其中：

$\frac{x^2}{a^2}+\frac{y^2}{b^2}-\frac{z^2}{c^2}=-1$

a＝b，c＝a/2，Z＞0指Z轴的上部分，a，b，c为曲面参数。

搅拌套脚52的底部和深孔61的底部采用非球形曲面的旋转双叶双曲面使得两部分可以紧密吻合，且在搅拌套脚进入液体和离开液体时，液体的飞溅和气溶胶的产生达到最少。

核酸提取时，首先将采样板6置于搅拌套脚62下方的基座1的弹簧锁紧机构8内(本实施例中可同时放入2个采样板，每个采样板上具有96个深孔)，然后由操作者抓住搅拌套5的抓持部512，将搅拌套5的导入部513插入搅拌套架4的导槽41中，并在曲线状导轨53的作用下相互卡紧到位。另一方面，将提取的样本种类、试剂量等输入参数输入控制电路中，由控制电路输出电机31、32的运动方式、运动轨迹、速度及持续时间等控制信息，精确的控制电机的运动，进而控制搅拌套架4及搅拌套5的运动，以保证搅拌套脚52进入采样板6上深孔61的样本液面、离开样本液面以及在样本液体中进行搅拌的多个运动过程的运动方式、轨迹、速度、温度及持续时间等，且搅拌套脚52在深孔61内的运动速率控制曲线采用双曲正切曲线，从而减少核酸气溶胶、液体飞沫的出现，避免造样本间交叉成污染。

本发明采用步进电机作为搅拌套运动的动力源，设计具有能够精确控制电机运动的高精控制电路，用于高精度控制二个步进电机协同运行，同时带动搅拌套架和搅拌套进行以双曲正切曲线为速率控制特性的运动，实现核酸提取过程中的混匀和搅拌，同时，高精度控制电路为搅拌架及搅拌套运行轨迹提供可靠保证，从而尽可能少产生核酸气溶胶、液体飞沫，避免了样本间的交叉污染。

使用本发明防止交叉污染的核酸提取装置进行实验验证的情况如下：

1、使用本发明装置进行核酸提取，其中，使用的采样板具有96位深孔，试验结果如下：在96采样板中同时提取16个不同样本，样本类型及加样方式如表一：(96采样板分别为阳性、阴性交叉加样，共测试8个乙型肝炎病毒HBV阳性样本和8个阴性纯水样本)

表一提取不同样本，样本类型及加样方式

孔位	样本	孔位	样本
				A1	阳性样本	A7	水

B1	水	B7	阳性样本
				C1	阳性样本	C7	水
D1	水	D7	阳性样本
				E1	阳性样本	E7	水
F1	水	F7	阳性样本
				G1	阳性样本	G7	水
H1	水	H7	阳性样本

2、利用本发明核酸提取装置进行的核酸提取运行程序和条件如表二

表二核酸提取运行程序和条件

其中，表三中的加热设置：裂解温度一：70℃，共运行步骤：1洗脱温度：65℃；洗脱开始加温步骤：2，ON。

3、核酸提取完成后，使用实时荧光定量PCR核酸检测仪对16个样本进行核酸扩增检测，获得的核酸检测结果如表三所示：

表三核酸检测结果

孔位

核酸结果Ct值(复管检测)

孔位

核酸结果Ct值(复管检测)

A1	14.14，14.11	A7	无，无
				B1	无，无	B7	14.53，14.30
C1	14.27，14.41	C7	无，无
				D1	无，无	D7	14.20，14.17
E1	14.38，15.05	E7	无，无
				F1	无，无	F7	14.40，14.74
G1	14.29，14.36	G7	无，无
				H1	无，无	H7	14.16，14.20

从上表可以看出，孔位为B1、D1、F1、H1、A7、C7、E7、G7等8个阴性样本经核酸提取，经过可对核酸进行百万级放大检测的PCR法核酸扩增检测结果为无，提取物中没有任何目标基因，表明相邻阳性样本并没有对其造成污染，同样，孔位为A1、C1、E1、G1、B7、D7、F7、H7等8个同浓度阳性样本，核酸提取后，经百万级放大检测的PCR法核酸扩增检测Ct值为14.11～15.05，CV＝2.38％，小于卫生部规定的临床允许误差，由此可见，利用此装置进行核酸提取时，不存在孔间交叉污染。

本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种防止交叉污染的核酸提取装置，其特征在于：包括电机，电机控制电路，由电机驱动的搅拌套，以及放置样本的采样板；

所述搅拌套具有连接部和自连接部延伸形成的搅拌套脚，

所述采样板上设有复数供所述搅拌套脚进入搅拌样本的深孔，

所述搅拌套脚的底部和深孔的底部为相互配合的旋转双叶双曲面结构，

所述电机控制电路具有样本采样信息的输入参数，电机控制电路根据所述输入参数控制电机的运动，进而控制搅拌套的搅拌运动。

2.根据权利要求1所述防止交叉污染的核酸提取装置，其特征在于：所述搅拌套脚的底部和深孔的底部结构为非球形曲面的旋转双叶双曲面Z轴的上部分。

3.根据权利要求1所述防止交叉污染的核酸提取装置，其特征在于：所述核酸提取装置还包括与所述搅拌套相连接的搅拌套架。

4.根据权利要求3所述防止交叉污染的核酸提取装置，其特征在于：所述搅拌套架上设有导槽，所述搅拌套连接部的两侧设置有卡紧导轨，所述搅拌套通过所述卡紧导轨与导槽相卡紧连接。

5.根据权利要求4所述防止交叉污染的核酸提取装置，其特征在于：所述卡紧导轨为设置于连接部两侧的曲线状导轨。

6.根据权利要求3所述防止交叉污染的核酸提取装置，其特征在于：所述核酸提取装置还包括基座，设于基座上的电机支架，供搅拌套架往复运动的导轨，以及固定采样板的锁紧机构。

7.根据权利要求6所述防止交叉污染的核酸提取装置，其特征在于：所述电机装设于所述电机支架上，所述搅拌套架通过连接件和电机支架相接。

8.根据权利要求1所述防止交叉污染的核酸提取装置，其特征在于：所述电机控制电路根据输入参数不同控制输出不同的电机运动参数。

9.根据权利要求1至8任意一项所述防止交叉污染的核酸提取装置，其特征在于：所述搅拌套脚在所述深孔中的运动速率控制曲线为双曲正切曲线。

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