CN103805508B - 用于磁珠法提取生物活性物质的仪器和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高效的磁珠法提取生物活性物质的自动化仪器，其包括:外壳，工作台，磁针和磁针移动机构，套管和套管移动机构和振动机构，支架，沿X轴和Y轴方向移动的定位机构，所述振动机构能够产生振动使得套管移动机构进行上下振动，其中，磁针能够竖直插入和脱离套管，套管能够竖直插入和脱离样品处理区，振动机构包括杠杆臂，可动支点和转动机构，其设置使得振动的振幅大小不论如何变化，其振幅的最低点不变。本发明还提供了使用所述仪器提取和纯化生物活性物质特别是核酸的方法。本发明的仪器可以任意调整振动频率和振幅，并大幅度提高振动频率的调整范围，具有低噪音，高寿命的优点。

Description

用于磁珠法提取生物活性物质的仪器和方法

技术领域

本发明涉及生物仪器装置领域。具体的，本发明提供了一种提取生物活性物质的自动化仪器，以及使用所述仪器提取生物活性物质的方法。

背景技术

在现代临床疾病诊断、输血安全、法医学鉴定、环境微生物检测、食品安全检测、分子生物学研究等多种领域提取生物活性物质，例如细胞，以及蛋白质、核酸等生物活性物质具有重要作用。其中，核酸由许多核苷酸聚合成的生物活性物质化合物，为生命的最基本物质之一。核酸广泛存在于所有动物、植物细胞、微生物内、生物体内。据化学组成不同，核酸可分为核糖核酸，简称RNA和脱氧核糖核酸，简称DNA。DNA是储存、复制和传递遗传信息的主要物质基础，RNA在蛋白质合成过程中起着重要作用。生物技术的发展日新月异，随着PCR技术在各个领域的应用，包括医学方面疾病检测、农业方面转基因检测以及其他很多方面的应用等，需要高通量的样本生物活性物质提取和全自动生物活性物质提取的方法和仪器。

利用磁珠法提取生物活性物质特别是活性大分子是近年发展起来的技术。磁珠法是利用能够特异性识别细胞、蛋白质或核酸的磁珠，该磁珠能与核酸分子特异性地结合，然后在磁场的作用下，从血液、动物组织、食品、病原微生物等样本中的活性大分子分离出来。例如，对核酸的磁珠法提取可以依据与硅胶膜离心柱相同的原理，运用纳米技术对超顺磁性纳米颗粒的表面进行修饰，制备成超顺磁性氧化硅纳米磁珠。该磁珠能与核酸分子特异性地识别。利用氧化硅纳米微球的超顺磁性，在Chaotropic盐（盐酸胍、异硫氰酸胍等）和外加磁场的作用下，能从样本中将DNA和RNA分离出来。

磁珠法自动提取仪又分为磁棒法和抽吸法。抽吸法是通过自动移液装置来进行。以磁珠法核酸提取仪为例，可通过自动移液装置来加入裂解液、磁珠吸附；抽走溶液，加入漂洗液，磁珠吸附，抽走漂洗液，加入洗脱缓冲液。由于抽吸法存在去除废液的时候不抽走磁珠，移液器不能靠磁珠太近，以防磁珠连同废液被抽掉的问题，影响洗脱效率和纯度。

磁棒法提取是近年发展起来的技术，其原理是将带磁性的分离设备浸入液体，通过磁场作用使混合物中能被磁性吸引的颗粒集中在分离设备表面。其中一种方式中，带磁性的分离设备是一个套管，通过插入磁棒令套管产生磁性，吸引混合物中能被磁性吸引的颗粒吸附到套管表面，当把磁棒抽离时，套管失去磁性，被磁性吸引的颗粒脱离套管。磁棒法核酸提取仪的通量通常有8、16、32、96通道，相对于抽吸法，磁棒法的优点是每一步的液体不残留，因为磁棒只带走磁珠，转移到下一个步骤相应的反应孔中。磁棒法仪器中带动磁棒的机构能带动磁棒在套管中上下移动，有助于提取过程的裂解和漂洗和纯化。

发明内容

本发明提供了一种高效的利用磁棒法提取生物活性物质的自动化仪器，可应用在临床疾病诊断、输血安全、法医学鉴定、环境微生物检测、食品安全检测、分子生物学研究等多种领域，用于提取和纯化生物活性物质，例如细胞、蛋白和核酸。

具体的，本发明提供了一种用于提取生物活性物质的仪器，包括:

外壳，

工作台，其上具有样品处理区，

磁针7和磁针移动机构6，磁针移动机构包括磁针支架和磁针升降机构，磁针可拆卸地固定在磁针支架上，其中，通过磁针上升机构的上下移动，使得磁针能够竖直插入和脱离套管，

套管4和套管移动机构3，套管移动机构包括套管支架和套管升降机构，套管可拆卸地固定在套管支架上，其中，通过套管升降机构的上下移动，使得套管能够竖直插入和脱离样品处理区，另外，套管移动机构能够上下振动；

用于支撑所述磁针移动机构6和套管移动机构3的支架13，

用于使所述磁针移动机构6和套管移动机构3在水平方向上沿X轴和Y轴方向移动的定位机构14；

和

振动机构19，所述振动机构能够产生和输出振动，使得套管移动机构16进行上下振动。

在本发明的一个方面，其中所述振动机构包括杠杆臂，可动支点和转动机构，其中所述转动机构具有轮盘和轴心，所述转动机构围绕轴心旋转时，其轮盘的外缘可推动杠杆臂围绕可动支点发生转动，从而产生振动。

在其中一个方面，本发明的仪器的特征在于，所述杠杆臂，可动支点和转动机构的设置使得产生的振动的振幅大小不论如何变化，其输出给套管移动机构的振动的振幅的最低点不变。由此，无论振动机构产生和输出的振动的振幅如何变化，也即无论其传导给套管支架的振幅如何变化，本发明的仪器的管套的振幅的最低点不变。

本发明仪器的振动机构中的转动机构具有特定型线轮廓的轮盘和轴心，该转动部件围绕轴心旋转时，其轮盘的外缘可推动杠杆臂围绕可动支点发生转动，产生和输出振动。在本发明的其中一个方面，所述转动机构为偏心转动机构，其转动部件的轴心不在中心，即为偏心转动机构。偏心转动机构可以为偏心轮等。

在本发明中，所述转动机构（特别是偏心转动机构）的轮廓外缘上形成到其轴心的最短距离的点称为最近轮廓点。在本发明中，振动机构的工作状态是指振动机构的转动机构围绕轴心旋转，其轮盘的外缘推动杠杆臂围绕杠杆支点发生转动时的状态。在本发明中，当振动机构中所述转动机构的最近轮廓点对杠杆臂产生推动作用（通常为转动机构的最近轮廓点与杠杆臂接触）时，振动机构中杠杆臂围绕杠杆支点转动，此时可供杠杆臂围绕转动杠杆支点的位置称为最低振幅支点位置。在本发明的一种实施方式，本发明的仪器中，振动机构的杠杆臂，可动支点和转动机构的设置为，在工作状态下，可动支点的位置的变化限定在最低振幅支点位置。由此，可以使得无论振动机构的转动机构推动杠杆臂的位移如何变化，也无论可动支点在杠杆臂上的位置如何调整，也即无论振动机构产生和输出的振动的振幅如何变化，其输出的振动的振幅的最低点都不变，从而使无论振动机构输出给套管支架的振幅如何变化，其振幅的最低点不变，也即使得本发明的仪器的管套的振幅的最低点不变。在本发明的仪器中，振动机构可通过杠杆臂上一个固定的点输出振幅，这个点通常是在相对转动机构与杠杆臂接触点的支点的另一侧。无论振动机构输出给套管支架的振幅如何变化，在该固定点的振幅的最低点不变，也即使得本发明的仪器的管套的振幅的最低点不变。

本发明中使用的转动机构可以为偏心转动机构，其具有轴心（即旋转点）和特定型线轮廓的轮盘，其轴心不在中心。优选的，所述转动机构可采用圆形作为轮廓，即为偏心轮。采用圆形轮具有制造方便，工艺简单，输出振动的振幅易于调节等优点。另外，具有非中心轴心的凸轮也可以作为本发明的偏心转动机构。

具有中心轴心但能够产生振动的转动机构也可用于本发明，例如外轮廓为椭圆的凸轮。

在本发明中，可动支点与杠杆臂的接触方式可以是支点与杠杆臂的下缘接触或是嵌入设置在杠杆臂上的凹槽或中空槽等。

在本发明的一种实施方式中，可动支点为多个可独立与杠杆臂分离或接触的支点，根据需要分别与杠杆臂发生接触形成单一支点，由此可以产生具有特定振幅的振动。例如，可以在杠杆臂下方或侧面设置多个可以抬升或水平移动的支点块或支点轴，每个支点块或支点轴可抬升与杠杆臂下缘接触，或是移动嵌入杠杆臂下缘或凹槽，分别独立形成支点。

在本发明的又一种实施方式中，可动支点设置为可以沿杠杆臂的下缘或设置在杠杆臂上的凹槽或中空槽移动的移动支点，由此可以产生具有连续可变的振幅的振动。例如，可动支点是安装在移动座上的支点轴，支点轴与杠杆臂的下缘接触，或是插入杠杆臂上的凹槽或中空槽，在移动座的驱动下沿杠杆臂移动形成支点。

杠杆臂优选设置为直线型的杠杆臂。所述杠杆臂可具有与其上表面平行的凹槽或中空槽，可以用于供支点接触。移动支点可沿杠杆臂的边缘（下缘）或设于杠杆臂上的凹槽或中空槽移动，其移动方向即为杠杆臂的轴向方向。这种情况下，振动机构设置为偏心转动机构的轴心到轮廓外缘的最小距离与所述轴心到杠杆臂的距离相等。当偏心转动机构为偏心轮时，振动机构设置为偏心轮的最小半径（即轴心到轮缘的最小距离）与其轴心到杠杆臂的距离相等。在这种情况下，偏心轮最小半径的径向方向与杠杆移动支点的移动方向（即杠杆臂的轴向）垂直。

杠杆臂也可为折线型或者是曲线型的杠杆臂。

在本发明的其中又一个方面，移动支点包括移动支架23，移动支架驱动机构24和移动支点轴26，杠杆臂具有与其上表面平行的中空槽，移动支点轴穿过中空槽，在移动支架驱动机构驱动下在中空槽内移动，形成杠杆的移动支点。

在本发明的一个方面，所述振动机构的振动输出部件为振动轮。在本发明的其中一个方面，所述杠杆臂具有振动轮25，所述振动轮可与移动机构接触，传导振动。所述振动轮和转动机构分别位于移动支点的两侧。

在本发明的一个方面，上述本发明的仪器中，其中磁针支架包括磁针支架端块9和磁针固定机构8，磁针可拆卸地固定在磁针固定机构上。所述磁针上升机构包括设置在磁针支架端块下方的磁针推动端块17，磁针推动端块向上运动时，推动磁针支架端块向上运动，从而推动磁针支架向上运动。

在本发明的一个方面，上述本发明的仪器中，其中套管支架包括套管支架端块35和套管固定机构5，套管可拆卸地固定在套管固定机构上。所述套管升降机构包括设置在套管支架端块35下方的套管升降端块36，套管升降端块向上运动时，推动套管支架端块向上运动，从而推动套管支架向上运动，升降端块向下运动时，套管支架端块根据重力作用与套管升降端块同步向下运动。

在本发明的一个方面，上述本发明的仪器中，其中所述套管支架与振动机构19接触，振动机构产生的振动使得套管支架发生上下振动。在本发明的其中一个方面，其中套管支架的套管支架端块与振动机构19的振动轮25接触，传导振动。

在本发明的一个方面，上述本发明的仪器具有用于支撑所述磁针移动机构和套管移动机构的支架13。支架可支撑本发明仪器的磁针移动机构和套管移动机构，使其在仪器内保持垂直和悬挂状态。支架可包括支柱和支架顶板。

在本发明的一个方面，上述本发明的仪器的所述振动机构设置在机构支架13上方。例如，振动机构可设置在支架顶板上方，通过螺钉或焊接的方式与支架顶板固定连接。由此，当磁针移动机构6和套管移动机构5在水平方向上沿X轴和Y轴方向移动时，振动机构19做同步移动。通过将振动机构设置在机构支架13的上方，本发明的仪器具有结构紧凑、维护方便、低噪音，高寿命，制备成本降低的优点。

在本发明的一个方面，上述本发明的仪器具有使前述磁针移动机构6和套管移动机构3在水平方向上沿X轴和Y轴方向移动的定位机构14，即使磁针和套管在水平方向上沿X轴和Y轴方向移动的定位机构14。

定位机构14包括X轴定位机构和Y轴定位机构。

在本发明的一个方面，其中所述X轴定位机构包括X轴支架和X轴移动驱动机构。

在本发明的其中一个方面，其中所述X轴移动驱动机构53包括X轴移动电机531、直线导轨532、丝杆533以及与支架13连接的螺母传动件534。其中直线导轨532可设置在X轴支架52的顶部。支架13的支架顶板41与直线导轨532滑动配合连接。螺母传动件534与机构支架13进行固定。

在本发明的一个方面，其中所述Y轴定位机构包括Y轴支架和Y轴移动驱动机构58。

在本发明的其中一个方面，其中所述Y轴移动驱动机构53包括Y轴移动电机581、Y轴移动滑轨582、传动带583，上皮带滑轮584和下皮带滑轮，用于与支架13连接的连接滑块59，以及与连接滑块59固定连接的传动带固定件586。其中，滑轨582与连接滑块59滑动配合连接。传动带583啮合在上皮带滑轮584和下皮带滑轮的齿轮上。

在本发明的一个方面，上述本发明的仪器中，工作台可以是固定的，也可以水平移动。其中工作台上的样品处理区可以包括工作区、样品槽或样品孔，或其组合。在本发明的又一个方面，所述样品处理区具有加热孔，其下方配置加热器。

在本发明的一个方面，上述本发明的仪器中所述磁针为永磁体材料。

在本发明的一个方面，上述本发明的仪器中所述套管为非磁性材料。

上述本发明的仪器可以用于提取生物活性物质，例如细胞、蛋白质或核酸。

上述本发明的仪器可以为用于提取和纯化核酸的仪器。

本发明还提供了一种使用上述仪器提取和纯化生物活性物质的方法。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为根据本发明一个优选实施例的第一方向立体图；

图2为根据本发明一个优选实施例的第二方向立体图；

图3-1为根据本发明一个优选实施例的侧面剖视示意图；

图3-2为根据本发明一个优选实施例的侧面剖视示意图；

图4为根据本发明一个优选实施例的侧面剖视示意图。

附图标记

3          套管移动机构

4          套管

5          套管固定机构

6          磁针移动机构

7          磁针

8          磁针固定机构

9          磁针支架端块

11         电机一

12         电机二

13         支架

14         定位机构

17         磁针推动端块

19         振动机构

20         偏心轮驱动电机

21         偏心轮

22         杠杆臂

23         移动支架

24         移动支架驱动机构

241        振动机构移动支架电机

242        振动机构直线导轨

243        振动机构丝杆

25         振动轮

26         移动支点轴

27         连杆一

28         连杆二

31         丝杆一

32         丝杆二

35         套管支架端块

351        套管支架端块凸出部

352        套管支架端块底块部

36         套管升降端块

41         支架顶板

42         支柱

421        前固定块

422        后固定块

4221       长方体固定块

4222       长方体固定块

4223       支柱侧壁

43         穿孔

52         X轴支架

53         X轴移动驱动机构

531        X轴移动电机

532        X轴移动直线导轨

533        X轴移动丝杆

534        螺母传动件

54         滚轮

56         Y轴左支架

561        支撑板一

57         Y轴右支架

571        支撑板二

572        滑道

58         Y轴移动驱动机构

581        Y轴移动电机

582        Y轴移动滑轨

583        传动带

584        上皮带滑轮

586        传动带固定件

59         连接滑块

具体实施方式

为了更好地理解和阐释本发明，下面将参照附图对本发明作进一步的详细描述。

图1是根据本发明的一个优选实施例的用于提取生物活性物质的仪器的内部的第一方向立体图。图2是上述根据本发明的优选实施例的用于提取生物活性物质的仪器的第二方向立体图。

本发明的仪器可用于提取和纯化核酸。该仪器具有外壳（未在附图示出），工作台（未在附图示出），磁针7和磁针移动机构6，套管4和套管移动机构3，用于支撑所述磁针移动机构和套管移动机构的支架13，用于使所述磁针移动机构和套管移动机构在水平方向上沿X轴和Y轴方向移动的定位机构14，以及用于产生振动，使得套管移动机构进行上下振动的振动机构19。

外壳（未在附图示出）可包括顶板、侧板和底板。外壳可将仪器内部与大气间隔开，以免样品污染和零件损坏。外壳面板通常为金属材料制成。外壳可具有可打开和关闭的样品窗，用于放入和取出样品。外壳可具有用透明材料制成的观察窗。样品窗和观察窗可以为同一部件。另外外壳可具有与外部设备连接的外部设备接口，显示操作界面的显示屏，各种操控开关、按键或按钮等。外壳还可在其内侧设置框架或横梁，用于支持或支撑设置在仪器内部的各种机构。

套管4是具有封闭底部和中空管腔的管。套管可具有例如细长的圆柱形形状。套管的材料通常是非磁性的，例如各种塑料。其材料和厚度的选择和设计为不削弱磁场或仅稍微影响磁场，但需要保证在插入磁针时能在套管外产生能够吸引磁珠或带磁珠的生物样品的磁场。

磁针7能够竖直插入和脱离套管。磁针的底端（即插入套管的一端）具有磁性。当磁针插入和接触或接近套管底部时，可在套管外产生磁场，从而实现套管对套管外溶液中的磁珠或带磁珠的生物样品的吸附和脱离。在本实施例中，磁针的底部具有永磁体，由此带有磁性。在本发明的其它实施方式中，磁针可通过电磁作用产生磁性（电磁体）。

所述用于提取生物活性物质的仪器具有工作台（未在附图示出）。工作台设置在套管和套管移动机构的下方。工作台上具有样品处理区。样品处理区可以包括工作区、样品槽、样品孔，或其组合。样品处理区用于设置可处理样品的样品槽或样品孔，或是用于放置装载样品的器皿，如单个或单排的离心管、24孔板或96孔板等标准培养板，也可以摆放需要的非标准培养板。套管可根据需要和程序设计在工作台上方水平移动到指定位置，并在套管移动机构的驱动下上下移动，插入或离开工作台的样品处理区上用于处理样品的样品槽或样品孔，或是用于放置装载样品的器皿。在另一个方面，工作台可以是移动的，根据需要和程序设计水平移动到套管位置下方，套管在套管移动机构的驱动下上下移动，插入或离开工作台的样品处理区上用于处理样品的样品槽或样品孔，或是用于放置装载样品的器皿。例如，工作台可由设置于其下方的驱动机构控制，可以在水平方向移动。

如图所示的实施例中，本发明的用于提取生物活性物质的仪器具有磁针7和磁针移动机构6。磁针移动机构用于控制磁针的上下移动，从而竖直插入和脱离其下方的套管。

磁针移动机构6包括用于固定磁针的磁针支架和用于使磁针支架上升或下降的磁针上升机构。

如图所示的实施例中，磁针支架包括磁针支架端块9和磁针固定机构8。磁针支架端块9和磁针固定机构8固定连接，同步移动。在本发明的其中一个方面，磁针支架端块9和磁针固定机构8可通过连杆固定连接。在图示本发明的仪器中，采用了两根连杆一27。所述两根连杆一的两端分别与磁针支架端块9和磁针固定机构8通过例如螺纹或焊接方式固定连接。

磁针可拆卸地固定在磁针固定机构8上。磁针固定机构可固定的磁针的数量可根据需要调整，通常每组为1-12根磁针，常见的为4根、6根或12根磁针。在另一个实施例，磁针固定机构可固定磁针组，每个磁针组具有多排磁针，例如对应培养板的24个磁针（排列形式为4×6），96个磁针（排列形式为8×12）等。在本实施例中，磁针的底部具有永磁体，由此带有磁性。在本发明的其它实施方式中，磁针也可通过电磁作用产生磁性。

如图所示的实施例中，磁针上升机构包括磁针推动端块17，电机二12，丝杠二32和与磁针推动端块17配合连接的螺母传动副，电机通过丝杠和螺母传动副带动磁针推动端块17向上或向下运动。磁针推动端块17设置在磁针支架端块9下方。磁针推动端块17可与磁针支架端块9接触。当电机二通过丝杠二和螺母传动副带动磁针推动端块17向上运动时，磁针推动端块17与磁针支架端块9接触，并推动磁针支架端块9向上运动，从而带动磁针固定机构8和固定其上的磁针向上运动。当电机通过丝杠和螺母传动副带动磁针推动端块向下运动时，磁针支架端块根据重力作用与磁针推动端块同步向下运动，从而带动磁针固定机构8和固定其上的磁针向下运动。

在本发明的一个方面，磁针支架端块9和磁针固定机构8分别设置在磁针推动端块17的上方和下方。磁针支架端块9和磁针固定机构8通过连杆一27固定连接，同步移动。

所述用于提取生物活性物质的仪器还具有套管4和套管移动机构3。套管移动机构用于控制套管的上下移动，从而竖直插入和脱离其下方的工作台上用于处理样品的样品槽或样品孔，或是用于放置装载样品的器皿。

套管移动机构包括用于固定套管的套管支架和用于使套管支架上升或下降的套管升降机构。

如图2所示的实施例中，本发明的用于提取生物活性物质的仪器的套管支架包括套管支架端块35和套管固定机构5。套管支架端块35和套管固定机构5固定连接，同步移动。在本发明的其中一个方面，套管支架端块35和套管固定机构5可通过连杆二固定连接。在图示本发明的仪器中，采用了两根连杆二28，其两端分别与套管支架端块35和套管固定机构5通过例如螺纹或焊接方式固定连接。

套管固定机构可固定的套管的数量可根据需要调整。套管的数量可根据需要调整，通常每组为1-12根套管。常见的为4根、6根或12根套管。在另一个实施例，套管固定机构可固定套管组，每个套管组具有多排套管，例如对应培养板的24个套管（排列形式为4×6），96个套管（排列形式为8×12）等。

如图所示的实施例中，套管升降机构包括套管升降端块36，电机一11，丝杠一31和与套管升降端块36配合连接的螺母传动副。电机通过丝杠和螺母传动副带动套管升降端块向上或向下运动。套管升降端块36设置在套管支架端块35下方。套管升降端块36可与套管支架端块35的接触。当电机一通过丝杠一和螺母传动副带动套管升降端块36向上运动时,套管升降端块36可与套管支架端块35接触，并推动套管支架端块35向上运动，从而带动套管固定机构5和固定其上的套管向上运动。当电机一通过丝杠一和螺母传动副带动套管升降端块向下运动时,套管支架端块根据重力作用与套管升降端块同步向下运动，从而带动套管固定机构和固定其上的套管向下运动。

在本发明中，套管移动机构3还可与振动机构19接触，由此振动机构19输出的振动可使得套管移动机构进行上下振动，由此带动套管固定机构5和固定其上的套管进行上下振动。在本发明的一个方面，套管移动机构可通过其套管支架与振动机构19接触，例如可通过所述套管支架端块35与振动机构19的振动输出部件接触。在图示优选实施例中，套管支架端块35为品字形，其凸出部351可与振动机构的振动输出部件，即振动轮25接触（可参看图3-2和图4）。当振动轮发生振动时，推动套管支架端块并由此带动套管进行上下振动。品字形套管支架端块的底块部352可与套管升降端块36接触，在如前所述的套管升降端块36驱动下发生上下移动。

图3-1和图3-2为所述用于提取生物活性物质的仪器的侧面剖视示意图。从图可以看出，套管升降端块36与套管支架端块35是可分离的，由此实现套管的振动与上下移动可独立地由不同机构操控。

套管升降端块36设置于套管支架端块35下方。当电机通过丝杠和螺母传动副带动套管升降端块36向上运动时，推动套管支架端块35向上运动，从而带动套管固定机构5和固定其上的套管向上运动。当电机通过丝杠和螺母传动副带动套管升降端块向下运动时，套管支架端块根据重力作用与套管升降端块同步向下运动，从而带动套管固定机构5和固定其上的套管向下运动。

在图示本发明的优选实施例的用于提取生物活性物质的仪器中，套管升降端块设置在套管支架端块下方，其上表面的长度和宽度与套管支架端块的底块部352的下表面相同，可以对套管升降端块起支撑和推动作用。

在图示本发明的优选实施例的用于提取生物活性物质的仪器中，套管支架端块35为品字形，其凸出部351可与振动机构的振动输出零件，即振动轮25接触，传导振动。

另外，从图可以看出，磁针推动端块17与磁针支架端块9是可分离的。当电机通过丝杠和螺母传动副带动推动端块向上运动时，通过磁针支架端块推动磁针支架向上运动。这样可以使磁针向上移动从而脱离套管。磁针支架的向下运动是根据重力作用。本发明的仪器的磁针推动端块与磁针支架是可分离的。这种设计可以实现磁针端头与套管底部的充分密切接触，简化了对电控部分的要求，防止磁针冲击套管底部的现象发生。

图3-1示出所述仪器在套管处于一种非振动工作时的状态。套管升降端块36可向上移动至与套管支架端块35接触，并推动套管支架端块35向上移动，与振动机构19不发生接触，具体的，此时套管支架端块35的凸出部351不与振动机构的振动输出部件，即振动轮25发生接触。

此时，当需要磁针7插入套管4在套管底部产生磁性以吸附套管外部的磁珠或带磁珠的生物样品时，则磁针推动端块17向下移动，磁针支架端块9在重力作用下也向下移动，由此磁针移动机构6和固定其上的磁针7向下移动，插入套管，到达预定的最接近套管4的底部的位置。预定的磁针底端到达最接近套管底部的位置可由磁针移动机构6和套管移动机构3的设置来限定，例如设置为磁针固定机构的底部与套管固定机构的顶部接触，或磁针固定机构的底部与套管固定机构的顶部上设置的凸件接触，所述凸件可用缓冲材料制备。

反之，当需要磁针7离开套管4以消除套管底部产生的磁性，从而释放套管外部的磁珠或带磁珠的生物样品时，则磁针推动端块17向上移动，推动磁针支架端块9向上移动，由此磁针支架和固定其上的磁针向上移动，离开套管。

图3-2示出套管可进行振动时的工作状态。

当需要套管通过振动从而洗脱套管外吸附的磁珠或带磁珠的生物样品时，磁针支架端块推动磁针支架向上运动，磁针上升离开套管。然后，套管支架可在振动机构作用下发生振动。

其中，套管升降端块36向下移动至套管支架端块35与振动机构19接触，具体的，是套管支架端块35的凸出部351与振动机构的振动输出部件，即振动轮25接触。套管升降端块36继续向下移动，由此，套管升降端块36与套管支架端块35发生分离。当振动轮25发生振动时，推动套管支架端块35并由此带动套管移动机构3和套管4进行上下振动。

本发明的用于提取生物活性物质的仪器具有用于支撑所述磁针移动机构和套管移动机构的支架13。支架可支撑本发明仪器的磁针移动机构和套管移动机构，使其在仪器内保持垂直和悬挂状态。支架可包括支柱和支架顶板。在图示本发明的优选实施例的用于提取生物活性物质的仪器中，支架13包括支架顶板41和支柱42。在该优选实施例的仪器中，支柱42包括四个长方体固定块，其顶部分别与支架顶板41通过例如螺钉或焊接的方式固定连接。四个长方体固定块可以是一个铸件，或是两两为一个铸件，也可是单独的零件，彼此之间通过连接部件或焊接方式进行固定。例如，如图1和图2所示，本发明的优选实施例的仪器中具有前固定块421和后固定块422，其中后固定块422包括两个长方体固定块4221和4222，以及两个长方体固定块之间的支柱侧壁4223。另一侧的固定块421也具有同样的结构。优选的，在四个长方体固定块的底部也具有连接部件，互相固定。

如图所示，支架顶板41和支柱42具有穿孔，包括如图中所示的支架顶板的穿孔43和位于其下方的支柱42的支架穿孔。所述穿孔可供连接磁针支架端块9和磁针固定机构8的连杆一27和连接套管支架端块35和套管固定机构5的连杆二28穿过。另外，如图所示，磁针推动端块17和套管升降端块36的两侧也具有穿孔。如图1所示，两条连杆一27可移动地穿过所述磁针支架端块9、磁针推动端块17，支架顶板41以及支柱42的穿孔。由此，支架13对磁针支架端块9和磁针推动端块17起限位和固定作用，即对磁针支架和磁针移动机构起限位和固定作用。类似的，如图2所示，连杆二28可移动地穿过套管支架端块35、套管升降端块36，支架顶板41以及另两个支柱42的穿孔。由此，支架13对套管支架端块35和套管升降端块36起限位和固定作用，即对套管支架和套管移动机构起限位和固定作用。

本发明的用于提取生物活性物质的仪器的支架13可借助与机壳的侧壁连接的梁或是通过设立在仪器底部上的立柱而被固定在仪器内部，悬挂在工作台上方，使得套管和磁针能够垂直地悬挂在设置在工作台上的用于处理样品的样品槽或样品孔，或是用于放置装载样品的器皿的上方。在本发明的一个方面，所述梁可以是独立于所述仪器的支架的支架顶板41的水平横梁。在本发明的另一个方面，所述梁可以是所述支架13的支架顶板41，其两端可延伸到机壳的侧壁，形成梁而被固定在工作台上方。如后文所述，在本发明的另一个方面，所述梁可以是X轴移动机构的支架52，其两端可延伸到机壳的侧壁，形成梁而被固定在工作台上方；支架13的支架顶板41与所述梁即支架52固定连接。

图4是显示了本发明的优选实施例的用于提取生物活性物质的仪器内部结构的示意图。图4显示的仪器的结构未包括支柱42的前固定块421。

本发明的用于提取生物活性物质的仪器还具有振动机构，所述振动机构能够产生振动并向套管移动机构传动，使得套管移动机构带动套管进行上下振动。本发明的提取生物活性物质的仪器的套管可以高达20Hz的频率进行上下振动。

本发明的所述振动机构包括杠杆臂，移动支点和偏心机构，所述移动支点可以沿杠杆臂移动。本发明的用于提取生物活性物质的仪器在工作过程中，其中一个工序要求磁针护套上下快速振动。根据不同的工作要求，这个振动要有不同的振幅和频率。本发明的用于提取生物活性物质的仪器的振动机构的设置使得振动的幅度和频率是可调整的，而且振幅不论如何调整，其振幅的起点（最低点）相同一致，从而达到保护护套等机构的目的，和本发明的其它特征一起，使得本发明的仪器具有低噪音，高寿命的优点。

如图4（并参考侧视图图3-1和图3-2）所示，本发明的振动机构包括直线型的杠杆臂22，移动支架23，移动支点轴26，驱动移动支架的驱动机构24，用于与套管升降机构（通过套管支架端块35）接触而向套管传导振动的振动轮25，以及偏心轮21和偏心轮驱动电机20。杠杆臂为直线型，具有与其上缘和下缘平行的中空槽。移动支架驱动机构由移动支架电机241、直线导轨242、丝杆243以及与移动支架23连接的螺母传动副构成。移动支点轴穿过杠杆臂的中空槽，在移动支架驱动机构驱动下可沿杠杆臂方向在中空槽内移动，形成杠杆的移动支点。与套管升降机构的套管支架端块35接触而传导振动的振动轮25和偏心轮分别位于移动支点的两侧。偏心轮与杠杆臂接触，偏心轮转动时，引起在支点的偏心轮一侧的杠杆臂（动力臂）发生位移，支点的另一侧的杠杆臂（阻力臂）和振动轮则同步进行相反方向的位移，即杠杆臂发生围绕支点的转动。偏心轮的转动令振动轮发生振动，从而使得套管移动机构带动套管进行上下振动。也即，本发明的用于提取生物活性物质的仪器的振动机构中，由偏心机构（实施例中为偏心轮）产生振动，控制频率的快慢。移动支点在杠杆臂上的位置的移动可控制振幅的大小，也可和偏心轮的转动方式一起控制振幅的大小。

在图示本发明的优选实施例的仪器中，偏心轮的轮缘与直线型杠杆臂直接接触，偏心轮的最小半径（即轴心到轮缘的最小距离）与其轴心到杠杆臂的距离相等，偏心轮最小半径的径向方向与杠杆移动支点的移动方向（即杠杆臂的）垂直，此时，无论支点在杠杆臂的中空槽内如何移动，当偏心轮与杠杆臂发生最小半径的接触时，振动轮都处于其振幅的最低点。无论偏心轮的转速如何改变，也不论移动支点在杠杆臂上的位置如何改变，即无论振动轮的振幅和频率如何，振动轮的最低点都是不变的，也就是套管发生振动的最低点是不变的。

在本发明的其它实施方式中，也可用凸轮代替偏心轮实现本发明的目的。

本发明的提取生物活性物质的仪器通过采用上述振动机构，可以任意调整振动频率和振幅，同时无论振幅如何调整，不同振幅的最低起点位置都是相同的，可以大幅度提高振动频率的调整范围，令整个仪器具有低噪音，高寿命的优点。

在本发明的一个方面，所述振动机构设置在机构支架13的上方。例如在图示本发明的优选实施例中，如图所示，振动机构设置在支架顶板41上方，通过螺钉或焊接的方式与支架顶板固定连接，例如可通过其驱动机构24的底座以螺钉与支架顶板固定连接。由此，当磁针移动机构6和套管移动机构5在水平方向上沿X轴和Y轴方向移动时，振动机构19做同步移动。通过将振动机构设置在机构支架13的上方，本发明的仪器具有结构紧凑、维护方便、低噪音，高寿命，制备成本降低的优点。

本发明的用于提取生物活性物质的仪器的上述磁针移动机构和套管移动机构可在水平方向上沿相互垂直的X轴和Y轴方向移动。在本发明的一个方面，通过定位机构14实现上述磁针移动机构和套管移动机构，以及包括所述振动机构在水平方向上沿X轴和Y轴方向的移动。

如图4所示，本发明的仪器的定位机构14包括X轴定位机构和Y轴定位机构。

X轴定位机构包括X轴支架和X轴移动驱动机构。X轴支架可用于连接和支持磁针移动机构和套管移动机构。X轴支架还可用于支撑和固定X轴移动驱动机构。在图示本发明的优选实施例的仪器中，X轴支架52为长方形框体，其长度方向支架顶板41的走向相同。支架13的支架顶板41设置在X轴支架52的上方，可通过螺钉等方式与支架52进行固定。X轴移动驱动机构53包括X轴移动电机531、直线导轨532、丝杆533以及与支架13连接的螺母传动件534。直线导轨532设置在X轴支架52的顶部，支架13的支架顶板41与直线导轨532滑动配合连接。机构支架13的前固定块421（图4未示出）和后固定块422可分别设置在X轴支架52的两端。螺母传动件534可通过螺钉等方式与机构支架13进行固定，例如通过与机构支架13的前固定块421和后固定块422进行固定。由此，螺母传动件534在电机驱动下产生的X轴方向的移动可带动支架13做X轴方向的同步移动，即可带动磁针和磁针移动机构、套管和套管移动机构、以及振动机构的X轴方向的同步移动。

在本发明的另一个方面，X轴移动机构的支架52形成可用于支持或支撑本发明仪器的磁针移动机构和套管移动机构，以及支架等机构的梁。X轴移动机构的支架52的两端可延伸到机壳的侧壁，形成梁而被固定在工作台上方。

Y轴定位机构包括Y轴支架和Y轴移动驱动机构58。Y轴支架可用于连接和支持磁针移动机构和套管移动机构。Y轴支架还可用于支撑和固定Y轴移动驱动机构。

在图示本发明的优选实施例的仪器中，Y轴支架包括左支架56和右支架57。

左支架56包括支撑板561。另外，在左支架56上设置Y轴移动驱动机构58。Y轴移动驱动机构58包括Y轴移动电机581、Y轴移动滑轨582、传动带583，上皮带滑轮584和下皮带滑轮，用于与支架13连接和固定的连接滑块59，以及与连接滑块59固定连接的传动带固定件586。连接滑块59可与支架13直接或间接连接和固定。在本发明的其中一个方面，连接滑块59可通过螺钉等方式与X轴支架52固定连接；X轴支架52设置为与支架13同步在Y轴移动。滑轨582与连接滑块59滑动配合连接。传动带583啮合在上皮带滑轮584和下皮带滑轮(图中未显示)的齿轮上。在Y轴移动电机581的驱动下，所述上皮带滑轮584和下皮带滑轮的齿轮传动给传动带583和传动带固定件586，由此通过连接滑块59带动X轴支架52产生Y轴方向的水平移动。由于X轴支架52与磁针移动机构和套管移动机构在Y方向上是同步移动的，由此实现磁针移动机构和套管移动机构在Y方向上的水平移动。

Y轴支架的右支架57具有支撑板571和滑道，可用于支撑X轴移动机构的支架52并使得所述支架能够进行水平方向的移动。在图示本发明的优选实施例的仪器中，X轴移动机构的支架52与Y轴支架的右支架57接触的一侧设置滚轮54，滚轮可沿右支架57的滑道572滚动，由此实现支架52在与右支架572接触的一侧进行水平方向的移动。

Y轴支架的左支架56和右支架57的支撑板可分别与设置在仪器外壳内的框架或横梁通过螺钉或焊接等方式进行固定，形成可用于支持或支撑本发明仪器的磁针移动机构和套管移动机构，以及支架等机构的结构，如梁。

在本发明的一个方面，X轴移动机构的支架52两端可延伸到机壳的侧壁，或是与Y轴支架的支撑板形成用于支撑支架13，使得套管和磁针能够垂直地悬挂在设置在工作台上方的梁。

本领域的技术人员能够采用本领域已知的各种方式实现本发明的仪器的定位机构14的功能，即在水平方向上使磁针移动机构和套管移动机构沿相互垂直的X轴和Y轴方向移动。

虽然关于本发明的示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。

此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。

Claims (28)

1.一种用于提取生物活性物质的仪器，包括：

外壳，

工作台，其上具有样品处理区，

磁针(7)和磁针移动机构(6)，磁针移动机构包括磁针支架和磁针上升机构，磁针可拆卸地固定在磁针支架上，其中，通过磁针上升机构的上下移动，使得磁针能够竖直插入和脱离套管，

套管(4)和套管移动机构(3)，套管移动机构包括套管支架和套管升降机构，套管可拆卸地固定在套管支架上，其中，通过套管升降机构的上下移动，使得套管能够竖直插入和脱离样品处理区，另外，套管移动机构能够上下振动；

用于支撑所述磁针移动机构(6)和套管移动机构(3)的支架(13)，

用于使所述磁针移动机构(6)和套管移动机构(3)在水平方向上沿X轴和Y轴方向移动的定位机构(14)；

和

振动机构(19)，所述振动机构能够产生和输出振动，使得套管移动机构(3)进行上下振动，其中，所述振动机构包括杠杆臂，可动支点和转动机构，其中所述转动机构具有轮盘和轴心，所述转动机构围绕轴心旋转时，其轮盘的外缘可推动杠杆臂围绕可动支点发生转动，从而产生振动。

2.权利要求1所述的仪器，其中所述杠杆臂，可动支点和转动机构的设置为，在工作状态下，可动支点的位置的变化限定在最低振幅支点位置，最低振幅支点位置是指，振动机构的所述转动机构的最近轮廓点对杠杆臂产生推动作用时，振动机构中杠杆臂围绕其转动的杠杆支点的位置。

3.权利要求1或2所述的仪器，其中所述转动机构为偏心转动机构，其轴心不在中心。

4.权利要求3所述的仪器，其中所述偏心转动机构为偏心轮或具有非中心轴心的凸轮。

5.权利要求1或2所述的仪器，其中所述可动支点为沿杠杆臂的下缘移动或在设置在杠杆臂上的凹槽或中空槽移动的移动支点。

6.权利要求1或2所述的仪器，其中所述杠杆臂为直线型杠杆臂。

7.权利要求6所述的仪器，其中所述杠杆臂具有与上表面平行的凹槽或中空槽，用于与支点接触。

8.权利要求1所述的仪器，其中所述振动机构包括直线型杠杆臂(22)，移动支点和偏心轮(21)，移动支点可沿杠杆臂移动，其移动方向为杠杆臂的轴向方向，其中偏心轮的外缘与所述杠杆臂接触，其最小半径与其轴心到杠杆臂的距离相等。

9.权利要求8所述的仪器，其中移动支点包括移动支架(23)，移动支架驱动机构(24)和移动支点轴(37)，杠杆臂具有与其上表面平行的中空槽，移动支点轴穿过中空槽，在移动支架驱动机构驱动下在中空槽内移动，形成杠杆的移动支点。

10.权利要求1或2所述的仪器，其中杠杆臂具有振动轮(25)，所述振动轮与套管移动机构接触，传导振动，所述振动轮和转动机构分别位于移动支点的两侧。

11.权利要求1或2的仪器，其中所述支架(13)包括支架顶板(41)和支柱(42)。

12.权利要求1或2所述的仪器，其中所述振动机构设置在支架(13)上方。

13.权利要求1或2所述的仪器，其中磁针支架包括磁针支架端块(9)和磁针固定机构(8)，磁针可拆卸地固定在磁针固定机构上；所述磁针上升机构包括设置在磁针支架端块下方的磁针推动端块(17)，磁针推动端块向上运动时，推动磁针支架端块向上运动，从而推动磁针支架向上运动。

14.权利要求1或2所述的仪器，其中套管支架包括套管支架端块(35)和套管固定机构(5)，套管可拆卸地固定在套管固定机构上；所述套管升降机构包括设置在套管支架端块(35)下方的套管升降端块(36)，套管升降端块向上运动时，推动套管支架端块向上运动，从而推动套管支架向上运动，升降端块向下运动时，套管支架端块根据重力作用与套管升降端块同步向下运动。

15.权利要求1或2所述的仪器，其中所述套管支架与振动机构(19)接触，振动机构产生的振动使得套管支架发生上下振动。

16.权利要求13所述的仪器，其中套管支架端块与振动机构(19)的振动轮(25)接触，传导振动。

17.权利要求1或2所述的仪器，其中所述定位机构(14)包括X轴定位机构和Y轴定位机构。

18.权利要求17所述的仪器，其中所述X轴定位机构包括X轴支架(52)和X轴移动驱动机构(53)。

19.权利要求18所述的仪器，其中所述X轴移动驱动机构(53)包括X轴移动电机(531)、直线导轨(532)、丝杆(533)以及与支架(13)连接的螺母传动件(534)，其中直线导轨(532)设置在X轴支架(52)的顶部，支架(13)的支架顶板(41)与直线导轨(532)滑动配合连接，螺母传动件(534)与机构支架(13)进行固定。

20.权利要求17所述的仪器，其中所述Y轴定位机构包括Y轴支架和Y轴移动驱动机构(58)。

21.权利要求20所述的仪器，其中所述Y轴移动驱动机构(58)包括Y轴移动电机(581)、Y轴移动滑轨(582)、传动带(583)，上皮带滑轮(584)和下皮带滑轮，用于与支架(13)连接的连接滑块(59)，以及与连接滑块(59)固定连接的传动带固定件(586)，Y轴移动滑轨(582)与连接滑块(59)滑动配合连接，传动带(583)啮合在上皮带滑轮(584)和下皮带滑轮的齿轮上。

22.权利要求1或2所述的仪器，其中工作台上的样品处理区包括工作区、样品槽或样品孔，或其组合。

23.权利要求1所述的仪器，其中所述样品处理区具有加热孔，其下方配置加热器。

24.权利要求1所述的仪器，其中所述磁针为永磁体材料。

25.权利要求1所述的仪器，其中所述套管为非磁性材料。

26.权利要求1所述的仪器，其中生物活性物质为细胞、蛋白质或核酸。

27.权利要求1所述的仪器，其为用于提取和纯化核酸的仪器。

28.一种使用权利要求1-27中任一项所述的仪器提取和纯化生物活性物质的方法。