CN104531526A - 一种磁珠法核酸提取装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种磁珠法核酸提取装置，所述装置包括呈倒扣圆盘状的圆盘转台、位于圆盘转台正下方的圆弧拱桥底座、连接所述圆盘转台和圆弧拱桥底座且位于圆盘中央的沿竖直方向设置的支柱、设置在所述圆盘转台上的磁铁结构单元和样本反应单元。所述圆盘转台包括顶板，所述顶板上从其圆周向圆心方向依次开设有导向杆插孔和样本反应单元插孔；所述圆弧拱桥底座包括设置在最下方的底板和设置在底板上的圆弧撑板，所述圆弧撑板在圆盘的径向上与所述导向杆插孔位置对应，且所述圆弧撑板包括用于顶起导向杆和磁铁的凸起区和用于导向杆和磁铁回落的凹槽区。本发明提供的装置能实现流水线式的自动化核酸提取。

Description

一种磁珠法核酸提取装置
技术领域
本发明涉及核酸提取所用装置领域，具体涉及一种磁珠法核酸提取装置。
背景技术
在传染性和遗传性疾病的诊断过程中，分子水平的检测(如核酸检测)能显著地缩短检测窗口期和提高检测灵敏度。通常，从标本中获得的分析物的质量(如纯度等)是影响检测结果的重要因素。就核酸检测而言，从标本中提取的核酸的量和纯度，直接影响后续PCR(聚合酶链式反应)检测的结果。
核酸的提取一般经历下述几个步骤：1)包被核酸的膜质的裂解及核酸的释放；2)蛋白的去除；3)核酸的收集。经典的方法为煮沸裂解法和酚-氯仿提取法。煮沸裂解法先在样本中加入沉淀剂后离心弃上清，以去除小分子抑制物并沉淀病毒颗粒；然后加入裂解液后煮沸，以释放DNA及沉淀残留蛋白等大分子抑制物，离心取上清即为得到的DNA。酚-氯仿提取法先在样本中加入裂解液，再加入氯仿后离心，以释放RNA并使之与蛋白层分离，再将上清液加入到异丙醇中以萃取RNA，离心后弃上清，加入乙醇洗涤后即为得到的RNA。这两种方法由于步骤比较繁琐，涉及到多次离心或加热，不便于实现自动化且手工劳动强度大。在此基础上，有一种采用膜技术进行核酸提取的方法，简化了操作，可以实现自动化。然而，在利用膜对核酸进行洗涤和收集时仍然需要离心机来完成，这也是该方法的一个较大局限。
随着材料学的发展，一种纳米尺寸的微粒(磁珠)被用于核酸的提取过程。这种顺磁性纳米颗粒可以特异或非特异地吸附核酸，并利用磁场可以将核酸从水相中方便地分离出来，达到提取核酸的目的。这种材料一经采用，便引起了自动化核酸提取技术的研发。随即出现了多种基于纳米磁性微粒的自动化核酸提取技术和装置。例如，核酸提取的步骤具体包括：在含核酸的样本中，1)裂解：加入裂解液，样本裂解出核酸后，2)结合：加入磁珠，磁珠特异地结合核酸，3)洗涤：加入洗涤液，通过洗涤步骤把核酸上的蛋白质等杂质去除，4)洗脱：加入洗脱液将磁珠和核酸分开，5)分离：在磁场条件下分离富集磁珠，得到纯化的核酸。然而，对应该核酸提取的步骤却有相当多的操作步骤。具体地，先在烧杯(或样本管)中放入裂解液、磁珠和样本，磁棒(棒状磁铁)和套在磁棒一头的一次性外套(Tip)配合使用置入含上述溶液的烧杯中，先使磁棒和其外套缓慢地上下运动以收集磁珠和核酸的结合体，然后将磁棒连同外套转入另一种溶液(洗涤液)中，先把磁棒取出，磁场消失，外套在洗涤液中快速地做上下运动，磁珠和核酸的结合物就进入溶液中。然后磁棒又套好外套去收集磁珠和核酸的结合物，再在洗脱液中将磁棒和外套分开。得到含磁珠和核酸的溶液再回到烧杯中的方式进行磁珠收集，得到纯净的核酸溶液。
也就是说，棒状磁铁(Magnet)和一次性外套(Tip)的配合使用，可以完成将磁珠从一种试剂到另一种试剂的转移。在具体的实例中，主要采取将上述棒状磁铁进行阵列(2列*8行、4列*8行或者12列*8行)，一次性外套的阵列方式则是1*8或12*8，反应管则采用96孔深孔板。从工作方式上，可以分成2种：其一，采用2*8或4*8的磁棒阵列和1*8的一次性外套，在一块深孔板中完成16个或32个样本的提取过程。其二，采用12*8的磁棒阵列和12*8的一次性外套，在一块深孔板中完成一个提取步骤(一种试剂)，多块深孔板一起完成整个提取过程，一次可以完成96个样本的提取。
这类磁性分离装置在实现整个提取过程的全面自动化时，需要液体工作站的配合来完成样本和试剂的分配；或者采取在深孔板内预装试剂，手工装载样本来实现。此外，上述磁笔式分离方法还有很多不足之处：1)不便于跟踪每个独立样本的处理过程。由于采用批处理方式，一定个数的样本同时进行各阶段处理，批内的每个样本个体在各阶段发生的失效情况无法在处理过程中得到相应的响应和处理；2)在样本个数不确定的场合使用效率不高，根据磁笔个数和相应反应容器的设计，必须在设计处理通量下才能获得最佳的性能。若样本个数少于设计通量，则将造成耗材的浪费；若样本个数大于设计通量，则需要重新运行一遍。
另一种磁珠法核酸提取装置是搭载在液体处理工作站上磁性分离装置。这类磁性分离装置一般由一块方板和按照一定距离阵列的垂直于方板平面的棒状磁铁或是平行于平面的条状磁铁组成。这种磁性分离装置可以将深孔板每个孔内的磁性微粒吸附在侧壁上，借助液体工作站的移液机械臂将试剂注入或转移来完成不同试剂的处理，进而在同一孔内完成一个样本的核酸提取过程。
因此，鉴于上述现有技术中的磁珠法核酸提取装置均为手动或半自动装置，只能做到核酸提取的单独处理或分批处理。因此，本领域需提供一种全自动的磁珠法核酸提取装置，使用该装置能连续化地进行核酸提取。
发明内容
本发明的目的在于解决应用体外诊断试剂进行靶物质提取和检测过程中试剂分配和纳米磁性微粒分离的自动化问题，提供一种便于自动分配试剂并分离纳米磁性微粒的装置。应用该装置，可以为独立样本进行试剂的分配、反应，并将吸附有靶物质的磁性纳米微粒进行固液两相分离，可以方便地应用于使用磁性纳米颗粒的体外诊断过程中样本处理的自动化。
因此，本发明提供一种磁珠法核酸提取装置，所述装置包括呈倒扣圆盘状的圆盘转台、位于圆盘转台正下方的圆弧拱桥底座、连接所述圆盘转台和圆弧拱桥底座且位于圆盘中央的沿竖直方向设置的支柱、设置在所述圆盘转台上的磁铁结构单元和样本反应单元；
其中，所述圆盘转台包括顶板，所述顶板上从其圆周向圆心方向依次开设有导向杆插孔和样本反应单元插孔；
所述圆弧拱桥底座包括设置在最下方的底板和设置在底板上的圆弧撑板，所述圆弧撑板在圆盘的径向上与所述导向杆插孔位置对应，且所述圆弧撑板包括用于顶起导向杆和磁铁的凸起区和用于导向杆和磁铁回落的凹槽区；
所述支柱设置在所述底板上方；
所述磁铁结构单元包括竖直设置的导向杆、磁铁和用于在导向杆上下运动时带动所述磁铁同步上下运动的磁铁支架；所述磁铁支架和磁铁均设置在所述顶板下方，且在圆盘径向上磁铁设置在所述导向杆与所述支柱之间；
所述样本反应单元包括能放置在所述样本反应单元插孔上的样本管支座板、从样本管支座板向下设置且在圆盘径向上邻近磁铁的样本管。
具体地，所述圆弧撑板的顶部平面在圆盘的径向上与所述导向杆插孔位置对应。
优选地，所述导向杆插孔、样本反应单元插孔各为24个，且均在所述顶板的圆周方向上均匀排列。
优选地，所述凸起区和凹槽区均为2个，且在所述底板圆周方向上均匀间隔排列。
在一种具体的实施方式中，所述样本反应单元包括沿圆盘径向设置在两端的样本管和预留样本管，以及设置在中间的备用管。所述备用管52例如用于盛装核酸提取过程中的废液。本领域技术人员可理解的，当所述样本反应单元5沿圆盘径向水平调转180°再放置在样本反应单元插孔112上时，原来的预留样本管54变为样本管51。
在一种具体的实施方式中，所述样本管为上大下小的圆锥体管。
优选地，所述磁铁为竖直向上设置或斜向上设置的条形磁铁。
在一种具体的实施方式中，所述样本反应单元还包括设置在样本管支座板上方的用于防止各样本反应单元间样本交互感染的屏蔽框55。
优选地，所述圆盘转台还包括沿顶板向下方延伸的围边，且所述围边12为圆弧板型围边或由多块矩形板首尾连接形成的俯视面为正多边形的围边。
在一种具体的实施方式中，所述底板为圆形底板或中空的圆环形底板。
优选地，所述磁铁的长度为所述样本管长度的1/2～1倍，例如为2/3倍。
优选地，所述顶板上从其圆周向圆心方向依次开设有导向杆插孔、样本反应单元插孔和支柱插孔113。
附图说明
图1为本发明中磁珠法核酸提取装置的整体结构示意图；
图1a和图1b为图1的左向和右向视图；
图1c为图1的俯视图；图1d为图1的主视图；
图2为图1中的磁铁结构单元的整体结构示意图；
图2a为图2的主视图；
图3为图1中的样本反应单元的整体结构示意图；
图3a为图3的主视图；
图3b为图3的俯视图。
在上述附图中，1为圆盘转台，11为顶板，111为导向杆插孔，112为样本反应单元插孔，113为支柱插孔，12为围边，2为圆弧拱桥底座，21为底板，22为圆弧撑板，221为凸起区，222为凹槽区，3为支柱，4为磁铁结构单元，41为导向杆，42为磁铁支架，43为磁铁，5为样本反应单元，51为样本管，52为备用管，53为样本管支座板，54为预留样本管，55为屏蔽框。
具体实施方式
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。以下实施例用于说明本发明，但并不用于限定本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供一种磁珠法核酸提取装置，所述装置包括呈倒扣圆盘状的圆盘转台、位于圆盘转台正下方的圆弧拱桥底座、连接所述圆盘转台和圆弧拱桥底座且位于圆盘中央的沿竖直方向设置的支柱、设置在所述圆盘转台上的磁铁结构单元和样本反应单元；其中，所述圆盘转台包括顶板，所述顶板上从其圆周向圆心方向依次开设有导向杆插孔、样本反应单元插孔和支柱插孔113；所述圆盘转台还包括沿顶板向下方延伸的围边，且所述围边12为圆弧板型围边或由多块矩形板首尾连接形成的俯视面为正多边形的围边。
所述圆弧拱桥底座包括设置在最下方的底板和设置在底板上的圆弧撑板，所述圆弧撑板在圆盘的径向上与所述导向杆插孔位置对应，且所述圆弧撑板包括用于顶起导向杆和磁铁的凸起区和用于导向杆和磁铁回落的凹槽区；所述凸起区和凹槽区均为2个，且在所述底板圆周方向上均匀间隔排列。在图1d中，所述凸起区包括B区和D区，而所述凹槽区包括A区和C区。所述底板为圆形底板。所述圆弧撑板是指整板呈圆弧状，具体在本实施例中所述圆弧撑板形状为圆柱形桶的一部分，其上下两个底面为平面，外侧面为圆柱体的圆弧壁。
所述支柱设置在所述底板上方。所述磁铁结构单元包括竖直设置的导向杆、磁铁和用于在导向杆上下运动时带动所述磁铁同步上下运动的磁铁支架；所述磁铁支架和磁铁均设置在所述顶板下方，且在圆盘径向上磁铁设置在所述导向杆与所述支柱之间；所述磁铁为竖直向上设置或斜向上设置的条形磁铁。
所述样本反应单元包括能放置在所述样本反应单元插孔上的样本管支座板、从样本管支座板向下设置且在圆盘径向上邻近磁铁的样本管。所述样本反应单元包括沿圆盘径向设置在两端的样本管和预留样本管，以及设置在中间的备用管。所述备用管52例如用于盛装核酸提取过程中的废液。所述样本管为上大下小的圆锥体管。所述样本反应单元还包括设置在样本管支座板上方的用于防止各样本反应单元间样本交互感染的屏蔽框55。
其中，所述导向杆插孔、样本反应单元插孔各为24个，且均在所述顶板的圆周方向上均匀排列。磁铁的长度为所述样本管长度的2/3倍。
上述磁珠法核酸提取装置的使用方法和运动方式为：所述圆盘转台1转动时，当圆盘转台1上的某个磁铁结构单元4和样本反应单元5转动到与所述凸起区221相应的位置时，凸起区221将所述导向杆41向上顶起，导向杆41带动所述磁铁43向上运动，磁铁靠近所述样本管51，从而对样本管中施加磁场；当所述磁铁结构单元4和样本反应单元5转动到与所述凹槽区222相应的位置时，所述导向杆41向下回落，导向杆41带动所述磁铁43向下运动，磁铁在竖直方向上远离所述样本管51，从而样本管中撤去磁场。
在本发明中，还可以通过对凸起区221的高度的设计而改变施加在所述样本管51外侧壁的磁场的位置，从而控制纳米磁珠在样本管51内壁的富集高度位置。
图1d中，圆盘转台1从与A区相应的位置转动到B区、C区和D区，完成循环一周后则实现了核酸的裂解和洗涤过程。当圆盘转台转回A区时，此时可以加入PCR反应液重悬核酸-磁珠复合物并将其转移至PCR管中，再使用PCR扩增仪进行检测。
本发明提供的装置能实现流水线式的自动化核酸提取。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁珠法核酸提取装置，所述装置包括呈倒扣圆盘状的圆盘转台(1)、位于圆盘转台(1)正下方的圆弧拱桥底座(2)、连接所述圆盘转台(1)和圆弧拱桥底座(2)且位于圆盘中央的沿竖直方向设置的支柱(3)、设置在所述圆盘转台(1)上的磁铁结构单元(4)和样本反应单元(5)；
其中，所述圆盘转台(1)包括顶板(11)，所述顶板(11)上从其圆周向圆心方向依次开设有导向杆插孔(111)和样本反应单元插孔(112)；
所述圆弧拱桥底座(2)包括设置在最下方的底板(21)和设置在底板(21)上的圆弧撑板(22)，所述圆弧撑板(22)在圆盘的径向上与所述导向杆插孔(111)位置对应，且所述圆弧撑板(22)包括用于顶起导向杆和磁铁的凸起区(221)和用于导向杆和磁铁回落的凹槽区(222)；
所述支柱(3)设置在所述底板(21)上方；
所述磁铁结构单元(4)包括竖直设置的导向杆(41)、磁铁(43)和用于在导向杆(41)上下运动时带动所述磁铁(43)同步上下运动的磁铁支架(42)；所述磁铁支架(42)和磁铁(43)均设置在所述顶板(11)下方，且在圆盘径向上磁铁(43)设置在所述导向杆(41)与所述支柱(3)之间；
所述样本反应单元(5)包括能放置在所述样本反应单元插孔(112)上的样本管支座板(53)、从样本管支座板(53)向下设置且在圆盘径向上邻近磁铁(43)的样本管(51)。
2.根据权利要求1所述的核酸提取装置，其特征在于，所述导向杆插孔(111)、样本反应单元插孔(112)各为24个，且均在所述顶板(11)的圆周方向上均匀排列。
3.根据权利要求1所述的核酸提取装置，其特征在于，所述凸起区(221)和凹槽区(222)均为2个，且在所述底板(21)圆周方向上均匀间隔排列。
4.根据权利要求1所述的核酸提取装置，其特征在于，所述样本反应单元(5)包括沿圆盘径向设置在两端的样本管(51)和预留样本管(54)，以及设置在中间的备用管(52)。
5.根据权利要求1所述的核酸提取装置，其特征在于，所述样本管(51)为上大下小的圆锥体管。
6.根据权利要求1所述的核酸提取装置，其特征在于，所述磁铁(43)为竖直向上设置或斜向上设置的条形磁铁。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的核酸提取装置，其特征在于，所述样本反应单元(5)还包括设置在样本管支座板(53)上方的用于防止各样本反应单元(5)间样本交互感染的屏蔽框(55)。
8.根据权利要求1～6中任意一项所述的核酸提取装置，其特征在于，所述圆盘转台(1)还包括沿顶板(11)向下方延伸的围边(12)，且所述围边(12)为圆弧板型围边或由多块矩形板首尾连接形成的俯视面为正多边形的围边。
9.根据权利要求1～6中任意一项所述的核酸提取装置，其特征在于，所述底板(21)为圆形底板或中空的圆环形底板。
10.根据权利要求1～6中任意一项所述的核酸提取装置，其特征在于，所述磁铁(43)的长度为所述样本管(51)长度的1/2～1倍。
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Denomination of invention: Device for extracting nucleic acid through magnetic bead method

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Granted publication date: 20160824

Pledgee: Suzhou Lirui equity investment center (limited partnership)|Triton equity investment partnership (limited partnership)|JUNHE Tongrui equity investment partnership (limited partnership)|Chenbang

Pledgor: SANWAY GENE TECH Inc.

Registration number: 2017430000042