CN104893951A - 聚合酶链式反应工作站的组合 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚合酶链式反应工作站的组合，包括两个以上的工作站，各个工作站通过通道(4)连接，通过所述通道(4)进行物品的传递；所述工作站为封闭体，包括：聚碳透明侧壁(1A)，侧面相交处为弧度相交；工作台面(40A)；过滤组件(3A)，用于过滤进入聚合酶链式反应工作站的空气；一个以上的所述通道(4)，连接在聚碳透明侧壁(1A)的面上，通道内具有消毒装置。本发明的PCR工作站的组合具备更大的空间，更多的功能和工作模式。

Description

聚合酶链式反应工作站的组合

技术领域

本发明涉及生物医学及遗传基因领域的PCR反应(聚合酶链式反应)，特别是样本DNA模板提取后的一种PCR反应实验的PCR工作站(台)的组合。本发明引用发明专利CN203269923U(授权公告日为2013年11月06日)作为参考，该被引用的发明的全部内容作为本发明内容的一部分内容。 

背景技术

聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction)，简称PCR，是一种分子生物学技术，用于放大特定的DNA片段。PCR具有高灵敏度，可扩增小量DNA功能。然而，如果不采取正确的防护措施，它的高灵敏度同样会带来麻烦。有研究者认为，由于实验室操作的不严谨，不少基因组测序中的数据可能受到了其它DNA的污染。在每一个实验室，即使，格外小心地处理进入实验室的样品，扩增过程都会产生大量的DNA。在一个实验的反应混合物有一个拷贝DNA或其他外来DNA，都可以被扩增，导致误报或错误的结果。这种污染物的DNA通常通过如下途径进入到反应混合物中： 

1.受污染的试管，加样头，移液器； 

2.加DNA样品时，从空气中带入； 

3.部分反应液组分污染。 

根据中华人民共和国卫生部《临床基因扩增检验实验室管理暂行办法》要求，临床基因扩增检验实验室原则上分为四个单独的工作区域：试剂贮存和准备区；标本制备区；扩增反应混合物配制和扩增区；扩增产物分析区。在实际操作过程中一般都采用净化工程的方法，将原有实验室进行改造。 

显然，现有技术中试剂贮存和准备区；标本制备区；扩增反应混合物配制和扩增区；扩增产物分析区；换衣、风琳等都需要独立的空间。因此存在占地面积大、投资高、使用成本高等诸多不便。另外，由于受到扩增产物可能扩散 的空间较大且实验人员身处其中，使得每次实验后污染物去除的效果不理想。 

现有技术中，已知的实用新型专利CN203269923U提供了一种聚合酶链式反应工作站。如图1、2所示，包括：聚碳透明侧壁(1A)，侧面相交处为弧度相交；工作台面(40A)，为无接缝的整块不锈钢；过滤组件(3A)，用于过滤进入和排出聚合酶链式反应工作站的空气；以及控制组件(11A)，用于接收控制过滤组件(3A)中所安装的多种传感器，通过控制组件内的处理器进行数据处理，将结果显示在显示器(10A)上，同时对所连接的组件进行控制。 

所述的聚合酶链式反应工作站中，所述过滤组件(3A)依照空气流动的方向顺次包括预过滤器，风机，高效过滤器；预过滤器采用过滤滤芯，用于过滤较大颗粒的污染物质；风机驱动风流进入过滤装置；高效过滤器，用于过滤较小颗粒的污染物质。 

所述聚碳透明侧壁(1A)内安装有LED灯(4A)，用于照明；过滤组件(3A)包含有预过滤器(31A)用于过滤5微米及以上粒径的尘埃粒子，以及高效过滤器(33A)，过滤粒径等于0.3微米及以上大小的颗粒物质。 

以上聚合酶链式反应工作站空间有限，功能单一。在实际使用中，单一工作站无法同时完成准备、扩增、分析等多步骤。本发明在原有的工作站基础上进行了级联，可以同时完成多个步骤以及实验物的无害化传递，丰富了原工作站的功能和应用。 

发明内容

聚合酶链式反应工作站的组合，包括两个以上的工作站，各个工作站通过通道(4)连接，通过所述通道(4)进行物品的传递； 

所述工作站为封闭体，包括： 

聚碳透明侧壁(1A)，侧面相交处为弧度相交； 

工作台面(40A)，为无接缝的整块不锈钢； 

过滤组件(3A)，用于过滤进入和排出聚合酶链式反应工作站的空气； 

一个以上的所述通道(4)，连接在聚碳透明侧壁(1A)的面上，通道内具 有消毒装置。 

进一步地，所述工作站中包括进气口和排气口，通过进风量和排气量的差值实现工作站内气压的控制。 

进一步地，所述工作站中进风量小于排气量，减小工作站内的气压。 

进一步地，工作台面上有多个通气孔，通气孔与换气管相连，换气管将风流导入过滤组件，实现风流的闭合。 

进一步地，所述通道(4)的两端具有门，用于阻断通道内与工作站之间的气体。 

进一步地，所述通道(4)的两端的门，打开一扇门的时候，另一扇门自动上锁。 

进一步地，所述通道(4)中具有消毒装置，能够产生紫外线、臭氧或者光氢离子。 

进一步地，该组合中的一个工作站通过通道与准备工作站相连，所述准备工作站通过门(7)排气，样品通过门(7)进入准备工作站。 

进一步地，所述工作站还包括控制组件(11A)，用于接收控制过滤组件(3A)中所安装的多种传感器，通过控制组件内的处理器进行数据处理，将结果显示在显示器(10A)上，同时对所连接的组件进行控制。 

进一步地，所述聚碳透明侧壁(1A)为3-10毫米厚聚碳实心板，所述通道(4)为紫外消毒传递窗；所述过滤组件(3A)依照空气流动的方向顺次包括预过滤器，风机，高效过滤器；预过滤器采用过滤滤芯，用于过滤较大颗粒的污染物质；风机驱动风流进入过滤装置；高效过滤器，用于过滤较小颗粒的污染物质。 

进一步地，所述预过滤器采用如下滤芯或者装置，或者它们的组合： 

活性炭滤芯，滤除空气中的污染粒子及不良气味； 

臭氧催化滤芯，滤除工作站中的紫外线所产生的臭氧； 

氢氧离子发生装置，将进入工作站中的空气离子化，使其发挥更好的DNA 灭活作用。 

进一步地，在工作台面(40A)的下面有支架，支架上有滚轮；在聚碳透明侧壁(1A)的垂直面上还可以包括进手口。 

通过上述技术手段，本发明具备如下优点： 

1.PCR工作站与外部环境完全隔离，与外部及各模块之间的物料传递通过可防止交叉污染的传递组件实现。聚合酶链式反应工作站通过预过滤器和高效过滤器(HEPA)提供的垂直层流气流为产品提供ISO5级洁净标准(相当于美国联邦标准209E规定的100级)的保护。使用HEPA高效过滤器，对于0.3μm颗粒系高达到99.99％的截流效率。各模块内部的洁净等级达到百级，模块内部与外部、各模块之间根据卫生部《临床基因扩增检验实验室管理暂行办法》要求，设定相应的压差。； 

2.极大的操作空间，内部空间可供移液器、PCR仪、离心机等物品放置。 

3.双层折叠式的安全前窗与紫外线电路连锁系统确保了操作者的安全； 

4.不锈钢台面、理化板台面，二种台面可供选择。 

5.工作站装配单片机控制装置，安装紫外线传感器、压差传感器、臭氧传感器和负离子传感器等，分别检测工作站所安装的紫外线灯、HEPA两端压差、臭氧发生器所产生的臭氧浓度以及光催化装置所产生的负离子等参数。按照预先设定的各参数指标，实时进行分析判断，分别通过显示器、蜂鸣器及打印机等报告工作站状况，提醒操作人员采取相应措施，同时控制氢氧离子发生器、臭氧发生器及活化臭氧催化剂等，还可储存、记录相关参数，以便以后调取使用； 

6.工作站的预过滤层安装一层活性炭滤芯，可吸附、滤除空气中的污染粒子及不良气味； 

7.工作站安装紫外线为短波(254nm)灯管，同时安装光反射材料，增强紫外线的杀灭功能，从而消除易引起DNA污染的物质； 

8.3-10毫米厚的透明聚碳板是一种有效的β辐射屏蔽，阻挡P-32同位素发 射的β射线，同时也起到一个呼吸保护作用，确保工作人员安全。优选地，可以使用5毫米厚的透明聚碳板； 

9.使用内部集成的医用离心机和PCR扩增分析仪，配合相应的器具和试剂，即可在其内部完成样本的PCR检验。 

附图说明

附图1为已有的聚合酶链式反应工作站的侧视图。 

附图2为已有的聚合酶链式反应工作站的正视图。 

附图3为本发明的聚合聚合酶链式反应工作站的组合的正面透视图。 

附图4为本发明的聚合聚合酶链式反应工作站的组合的立体图。 

附图5为本发明的聚合酶链式反应工作站的侧视图。 

具体实施方式

本发明的级联型聚合酶链式反应工作站旨在消除三个主要污染途径。在“干净”，封闭的，相对静止的空气室内进行反应准备和存储仪器/耗材，从而减少空气和供应源性污染。 

实施例一 

图3、4示出了级联型聚合酶反应工作站。如图所示该级联型聚合酶反应工作站包括三个不同功能的工作站。本领域技术人员可以理解，根据实验要求，工作站的数量不限于三个，可以更多，如五个，也可以更少，如一个。按照实验过程的功能由右至左的方向分别为正压准备工作站、负压加样工作站和高负压扩增分析工作站组成，各工作站配有送风、过滤、排风装置、照明装置、污染物灭活装置、传递组件、多种传感器及数据处理和控制装置，同时集成了医用离心机和PCR扩增分析仪，根据实验要求，可以在各工作站中分别提供供水、供气、供样本的接口。举例而言，可以包含供水的阀门，实验人员可以通过供水阀门向工作站内供水。 

明显地，图3、4中示出，正压准备工作站、负压加样工作站和高负压扩增分析工作站分别通过不同的通道4连接。通道两端具有门，用于阻断通道内与 各工作站之间的气体。作为更优选的实施例，通道两端的门不能同时打开，即打开一扇门的时候，另一扇门自动上锁。当样品通过打开的门进入通道时，通道内的装置能够对样品进行消毒。举例而言，可以通过紫外灯产生紫外线进行消毒，也可以通过产生臭氧消毒，还可以采用光氢离子进行消毒。为了避免消毒过程对工作站的影响，在消毒时通道两端的门可以关闭。经过消毒之后的样品，被送入下一工作站。通道内产生的剩余气体可以通过通道内的管道排出并进行无害化处理。在图3、4所示的三个工作站之间采用了三个通道，显然只要在两个工作站之间进行传递就需要通道，通道的数量根据实验要求而定。一个工作站可以连接一个以上的通道，用于分别跟一个以上的另外的工作站连接。举例而言，图3中最左边的工作站还可以通过通道与最右边的工作站相连。 

以下列出图3、4中各附图标记的含义： 

1-第一排气口            8-离心机                  15-台面 

2-第一送风口            9-第二排气口              16-支架 

3-搁板                  10-第三排气口             17-滚轮 

4-通道                  11-第二送风口             18-控制面板 

5-扩增分析仪            12-进手口                 19-过滤组件 

6-电磁开关              13-紫外灯 

7-门                    14-LED灯 

以下说明图3、4中的级联型聚合酶链式反应工作站的工作过程。 

如图3所示，从左到右的顺序分别为左工作站、中工作站、右工作站。其中，左工作站、中工作站为负压工作站。右工作站为正压工作站。 

首先右工作站作为准备工作站工作，第二排气口9向工作站室内排风，气流通过中工作站的过滤组件入工作站内，通过各工作站的门7排出。实验人员可以将实验所需样品，放置于准备工作站，为下一步做准备。 

之后将样品放入第一通道44，关闭通道两侧的门，消毒之后，将样品从通道44取出，放入负压加样工作站进行第二步处理。 

负压加样工作站中采用负压工作方式，工作时，气流通过第二送风口11，经过滤组件(未示出)进入负压加样工作站。同时，第二排气口9向外吸气，将实验过程中产生的危害物质留在气流所经过的工作站的过滤组件中。因为工作时，工作站内部为密闭环境，仅通过第二送风口11进气，通过第二排气口9向外排气。通过第二送风口11进气量和第二排气口9排气量的调整，可以实现工作站中的气压调整，在本实验过程中，进气量小于排气量，所以工作站内气压变小，如进气量为4800m²/h，排气量为5000m²/h。显然如果进气量大于排气量，使工作站内气压变大。由此，可以理解，准备工作站可以采用通过上述方式实现正压工作方式，从而不再使用门7进行排气。使用门进行排气仅仅是成本更低，使用更方便，并不影响换气效果。在负压加样工作站中具有离心机8，完成离心等过程。 

作为更优选的实施例，为了实现更好的换气效果，如图5所示，在工作台面上有多个通气孔，通气孔与换气管相连，换气管将风流导入过滤组件，实现风流的闭合。 

样品在负压加样工作站中完成加样等处理过程之后，进入第二通道54，关闭通道两侧的门，消毒之后，将样品从通道54取出，放入负压加样工作站进行第二步处理。高负压扩增分析工作站同样采用负压工作方式，只是其进气量比排气量更小，实现更高程度的负压。在扩增分析工作站具有扩增分析仪5，完成扩增分析过程。 

实施例二 

本实施例中准备工作站采用与负压加样工作站、高负压扩增分析工作站相同的结构。本实施例与第一实施例的区别在于，没有门7，而存在另外的通道(未示出)。样品通过该通道进入工作站准备，而不通过门进入。风流通过工作站内部的管道循环，而不通过门排出。 

下面介绍各工作站的具体结构。 

图5为本发明的聚合酶链式反应工作站的侧视图。该工作站主要包括：聚 碳透明侧壁1A，工作台面40A，过滤组件3A，以及控制组件11A，通道4。 

其中聚碳透明侧壁1A一次性成型，在侧面不使用传统的直角相交，而采用弧度相交，最大限度地减少消毒死角。在正反面及左右两侧采取透明聚碳透明边窗，增加采光性能。在聚碳透明侧壁1A内侧涂抹抗菌涂层可抑制细菌在柜体表面滋生。因为，聚碳材料耐受紫外线能力强，可保证外观不变。3-10毫米厚的透明聚碳板是一种有效的β辐射屏蔽，阻挡P-32同位素发射的β射线，同时也起到一个呼吸保护作用，确保工作人员安全。优选地，可以使用5毫米厚的透明聚碳板。 

聚碳透明侧壁1A正面安装有双层折叠式的安全前窗与紫外线联锁系统，前挡板合页12A，以及前挡板紫外线开关13A确保了操作者的安全。 

聚碳透明侧壁1A正面还可以安装有一层折叠式前窗，即只含有1级前挡板合页。 

在聚碳透明侧壁1A的垂直面上还可以包括进手口(见图3、4)，方便实验人员的操作。 

通道4连接在聚碳透明侧壁1A的面上，如垂直面，并且根据不同场合的应用，可以连接2个、3个或者更多个通道。通道的材质有多种选择，举例而言，可以采用与聚碳透明侧壁1A相同的材料，也可以采用不透明的钢板或者高分子材料，以保证密闭性为原则，不限制具体的材质。通道与聚碳透明侧壁1A的连接方式可以采用一体成型，或者通过焊接、铆钉物理连接等方式，以保证密闭性为宜。 

如图5所示，聚碳透明侧壁1A内安装有LED灯4A，用于照明；安装有紫外灯5A，用于消毒。在反应准备过程中，部分的反应混合物暴露于UV光之下，从而净化任何可能被污染的反应组分。由于该光照射整个空间和放置在其中的物品，他们会在同一时间被“洁净”。通过保持前门在闭锁状态，封闭室和用品处于准备好状态，以备下次使用。 

所述紫外灯5A为UV C波段灯管，即254nm灯管，该灯管发射紫外光到 微生物DNA链中邻近的胸腺嘧啶(Thymine)碱基，使其进行相互结合，导致它不能再生繁殖，因而起到消除DNA污染的作用。 

根据现场条件过滤组件3A中安装有如下装置之一或它们的组合(未示出)：紫外线传感器、压差传感器、臭氧传感器和负离子传感器、紫外线电源、报警器、蜂鸣器、臭氧发生器、氢氧离子发生器及臭氧催化物质。上述装置连接到控制组件，并被其控制。 

工作台面40A为整块不锈钢也可以是理化板，无接缝。具备耐用而易于清洁的优点。在工作台面的下面还可以包括支架用于支撑台面，支架上可以包括滚轮。 

过滤组件3A用于过滤进入反应工作站的风流，其包括预过滤器，风机，高效过滤器。预过滤器采用本领域常用的过滤材质，对进入空气进行常规过滤；风机驱动风流进入过滤装置；高效过滤器可以根据实验对象的不同，采取如下滤芯或者装置，或者它们的组合： 

活性炭滤芯，滤除空气中的污染粒子及不良气味； 

臭氧催化滤滤芯，滤除工作站中的臭氧发生器所产生的臭氧及其它不良气味。该臭氧催化滤芯中具有加热装置，可以在线加热到350摄氏度及以上，以便周期性的活化催化剂和除去臭氧。所述臭氧催化滤材为贵金属氧化物或其混合物。 

氢氧离子发生装置，将进入工作站中的空气离子化，以便发挥重要的氧化消毒、灭菌等效应。 

本发明所提供的聚合酶链式反应工作站不限于PCR实验，用于医院、疾控中心、科研单位的PCR实验。还可用于净化工作台、生物安全柜、隔离间、无菌工作间、灌装间、净化工程及健康相关行业领域等需要对空气及无菌等指标需要进行控制和检测的任何地方。 

Claims (12)

1.聚合酶链式反应工作站的组合，包括两个以上的工作站，各个工作站通过通道(4)连接，通过所述通道(4)进行物品的传递；

所述工作站为封闭体，包括：

聚碳透明侧壁(1A)，侧面相交处为弧度相交；

工作台面(40A)；

过滤组件(3A)，用于过滤进入及排出聚合酶链式反应工作站的空气；

一个以上的所述通道(4)，连接在聚碳透明侧壁(1A)的面上，通道内具有消毒装置。

2.如权利要求1所述的聚合酶链式反应工作站的组合，其特征在于：所述工作站中包括进气口和排气口，通过进风量和排气量的差值实现工作站内气压的控制。

3.如权利要求2所述的聚合酶链式反应工作站的组合，其特征在于：所述工作站中进风量小于排气量，减小工作站内的气压。

4.如权利要求2所述的聚合酶链式反应工作站的组合，其特征在于：工作台面上有多个通气孔，通气孔与换气管相连，换气管将风流导入过滤组件，实现风流的闭合。

5.如权利要求1所述的聚合酶链式反应工作站的组合，其特征在于：所述通道(4)的两端具有门，用于阻断通道内与工作站之间的气体。

6.如权利要求5所述的聚合酶链式反应工作站的组合，其特征在于：所述通道(4)的两端的门，打开一扇门的时候，另一扇门自动上锁。

7.如权利要求1所述的聚合酶链式反应工作站的组合，其特征在于：所述通道(4)中具有消毒装置，能够产生紫外线、臭氧或者光氢离子。

8.如权利要求1所述的聚合酶链式反应工作站的组合，其特征在于：该组合中的一个工作站通过通道与准备工作站相连，所述准备工作站通过门(7)排气，样品通过门(7)进入准备工作站。

9.如权利要求1所述的聚合酶链式反应工作站的组合，其特征在于：所述工作站还包括控制组件(11A)，用于接收控制过滤组件(3A)中所安装的多种传感器，通过控制组件内的处理器进行数据处理，将结果显示在显示器(10A)上，同时对所连接的组件进行控制。

10.如权利要求1所述的聚合酶链式反应工作站的组合，其特征在于：所述聚碳透明侧壁(1A)为3-10毫米厚聚碳实心板，所述工作台面为无接缝的整块不锈钢或者理化板；所述通道(4)为紫外消毒传递窗；所述过滤组件(3A)依照空气流动的方向顺次包括预过滤器，风机，高效过滤器；预过滤器采用过滤滤芯，用于过滤较大颗粒的污染物质；风机驱动风流进入过滤装置；高效过滤器，用于过滤较小颗粒的污染物质。

11.如权利要求10所述的聚合酶链式反应工作站的组合，其特征在于：所述预过滤器采用如下滤芯或者装置，或者它们的组合：

活性炭滤芯，滤除空气中的污染粒子及不良气味；

臭氧催化滤芯，滤除工作站中的紫外线所产生的臭氧；

氢氧离子发生装置，将进入工作站中的空气离子化，使其发挥更好的DNA灭活作用。

12.如权利要求1所述的聚合酶链式反应工作站的组合，其特征在于：在工作台面(40A)的下面有支架，支架上有滚轮；在聚碳透明侧壁(1A)的垂直面上还可以包括进手口。