CN107058062B - 一种旋转式核酸提取装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种旋转式核酸提取装置及其控制方法，所述装置包括多通量提取设备、多个提取耗材组件、与多通量提取设备相连的垂直机构和与提取耗材组件相连的水平机构，所述多通量提取设备采用旋转方式进行样本及所需提取试剂的混匀，且本发明装置能够提供核酸提取所需的外力(磁吸、搅拌、加热等)，同时配合垂直和/或水平方向运动，以实现核酸提取的全流程。本发明提高样本及所需提取试剂的混匀效率，降低提取孔间交叉污染率，保证提取产物中核酸片段长度及完整度。

Description

一种旋转式核酸提取装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及核酸的提取和纯化技术领域，尤其是涉及一种旋转式核酸提取装置及其控制方法。

背景技术

核酸是遗传信息的载体，广泛存在于所有动植物细胞、微生物体内，是生命的最基本物质之一。随着分子生物学技术的快速发展，对于核酸的研究与分析在临床诊断、食品安全、环境检测、农林畜牧等领域不断得以推广和应用。

生物细胞中除核酸外，还包括蛋白质、多糖类等其他物质，因此要对核酸进行研究与分析，需要将其从复杂的生物环境中提取、分离出来。因此核酸的提取和纯化几乎是每个分子实验室都必不可少的一项重要工作，主要包括裂解、吸附、洗涤和洗脱等步骤，但实验室常用的手工提取法操作复杂，时间长，易出现错误，全自动、快速、高通量的核酸提取纯化仪器已成为市场的主流需求。

此外，根据化学组成的不同，核酸可分为核糖核酸(简称RNA)和脱氧核糖核酸(简称DNA)两大类，DNA通常以双链形式存在，RNA则多以单链形式存在。核酸提取产物的纯度、片段长度及完整度均为影响下游分析结果的关键因素。

目前，市面上的自动化核酸提取仪器多采用磁棒法，每根磁棒上嵌套有搅拌套，通过磁吸将表面吸附有核酸的磁珠聚集在搅拌套表面，并在不同的反应溶液中进行转移，通过电机带动磁棒/搅拌套上下移动进行液体的快速混匀和搅拌，从而实现包括裂解、吸附、洗涤和洗脱等复杂的核酸提取步骤。但这种方法的混匀速率较低，混匀效果较差；同时由于磁棒/搅拌套的上下移动的混匀方式易产生液体的飞溅，造成磁珠回收率的下降和提取产物间的交叉污染，影响提取产物中核酸的总量及纯度；此外，由于上下移动的混匀方式将对核酸产生强烈震荡，对于长片段DNA和单链RNA的提取，将无法保证提取产物中核酸片段的完整度。因此，开发一种更为高效，并且能够降低孔间交叉污染率、提高核酸产物质量的自动化提取装置和方法势在必行。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种旋转式核酸提取装置及其控制方法，采用旋转方式进行样本及所需提取试剂的搅拌、混匀，并配合其他运动方式(如垂直)，以完成核酸提取纯化的全过程。

为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种旋转式核酸提取装置，包括多通量提取设备、多个提取耗材组件、垂直机构和水平机构，所述多通量提取设备由多个单通量提取模块组成，所述单通量提取模块包括磁棒、旋转结构和嵌套在所述旋转结构内的搅拌套抓取棒，所述磁棒和旋转结构均与垂直机构相连；所述提取耗材组件与水平机构相连，且所述提取耗材组件包括搅拌套、深孔板盖及深孔板，所述搅拌套在初始状态下装配于深孔板盖上，所述深孔板盖盖设在深孔板上，所述深孔板内预封装有核酸提取所需的样本及反应试剂；所述水平机构带动提取耗材组件依次到多通量提取设备的多个位置处，在相应位置处配合垂直机构和/或旋转结构，依次完成搅拌套的抓取、核酸物质的裂解吸附、洗涤、洗脱和搅拌套的放回过程。

优选地，多个单通量提取模块呈直线排布，且排布形成至少一排结构。

优选地，磁棒的上端均固定到一磁棒架上，其下端在初始状态下与搅拌套抓取棒的上端是对齐的，其可以穿过搅拌套抓取棒，下降至搅拌套底部实现磁吸。

优选地，所述旋转结构安装在一搅拌套架上，且所述旋转结构包括上轴承、齿轮和下轴承，搅拌套抓取棒从上至下依次嵌套在上轴承、齿轮、下轴承内。

优选地，多个单通量提取模块的齿轮相互啮合且呈直线排列，形成至少一列齿轮组，一列或多列齿轮组平行排列在同一平面上。

优选地，相邻齿轮的圆心距优选为9mm～18mm。

优选地，单通量提取模块之间相邻的两对轴承则上下交错排布，以在单位面积内安装更多单通量提取模块，并减小相应耗材的提取孔间距。

优选地，所述旋转结构由多个传动齿轮和一旋转电机驱动，所述传动齿轮与旋转电机相连，且所述传动齿轮设置在各列齿轮组之间、齿轮组与旋转电机之间，所述旋转电机能够带动传动齿轮转动，从而带动所有齿轮的旋转，齿轮转动可以带动与其相连的上、下轴承、搅拌套抓取棒以及搅拌套的同步旋转。优选地，一个旋转电机可以带动1～96个通量提取模块的齿轮旋转。

优选地，上轴承、齿轮、下轴承均为中空环状结构，搅拌套抓取棒为中空柱状结构。

优选地，所述垂直机构包括一丝杆和与丝杆相连的磁棒电机和垂直电机，所述磁棒电机位于丝杆的上半部分且与磁棒相连，所述垂直电机位于丝杆的下半部分且与磁棒及旋转结构均相连。

优选地，所述搅拌套抓取棒通过相应的定位结构抓取搅拌套。

优选地，所述定位结构采用相配合的定位凹槽和定位筋结构。

优选地，所述定位凹槽设置在搅拌套抓取棒下端外侧壁上，所述定位筋设置在搅拌套内壁临近上端开口处。

优选地，所述搅拌套整体呈上端开口下端封闭的中空圆柱体。

优选地，所述搅拌套上粗下细。

优选地，所述搅拌套上端开口处设有至少一个缺口。

优选地，所述搅拌套上端开口处设有多个加强筋。

优选地，所述搅拌套上端和下端的连接处设有至少一个限位筋。

优选地，所述搅拌套通过一搅拌套夹放置在深孔板盖上。

优选地，所述搅拌套夹由两个相对称的第一套夹和第二套夹组成，第一套夹的内侧面上设置有至少一个半圆形的开口，第二套夹与第一套夹的内侧面相对的侧面上同样设置至少一个半圆形的开口，两者上的开口位置对应且两个开口配合形成一完整的夹孔；且所述第一套夹和第二套夹相对的两内侧面上还设有卡扣。

优选地，深孔板盖盖设在深孔板上方，且深孔板的每个孔位在深孔板盖上均有相对应的圆孔。

优选地，所述深孔板各孔位中所适用的液体体积为50ul～1ml。

优选地，提取耗材组件均安装在一提取耗材加载台上。

优选地，提取耗材加载台上对应深孔板相应列的孔位设置有加热条，提供核酸提取过程中裂解和洗脱等步骤所需的加热温度。

优选地，提取耗材加载台上还设有提取耗材的固定卡扣，用于将提取耗材组件装配到提取耗材加载台上。

优选地，水平机构包括水平电机及与水平电机相连的加载台托带，所述加载台托带与提取耗材组件相连，其在水平电机的驱动下带动提取耗材组件进行水平方向的运动。

本发明还提出了另外一种技术方案：一种旋转式核酸提取装置的控制方法，包括以下步骤：

S1，水平机构带动提取耗材组件到第一位置处，使得深孔板装有搅拌套的孔位与单通量提取模块上的磁棒相对应，配合垂直机构完成搅拌套的抓取并带动抓取的搅拌套脱离深孔板；

S2，水平机构带动提取耗材组件到第二位置处，使得深孔板装有裂解液、磁珠和样本的孔位与单通量提取模块上抓取的搅拌套相对应，在第二位置处，垂直机构、旋转机构配合作用于单通量提取模块，释放样本细胞中的核酸物质，并将吸附有核酸物质的磁珠聚集到搅拌套上，之后将聚集有磁珠的搅拌套脱离深孔板；

S3，水平机构带动提取耗材组件到第三位置，使得深孔板装有洗涤液的孔位与单通量提取模块上吸附有核酸物质的搅拌棒相对应，在第三位置处垂直机构和旋转结构配合，将搅拌套上吸附有核酸的磁珠释放到深孔板内进行洗涤纯化，并将吸附有纯化后的核酸的磁珠再聚集到搅拌套上，之后将聚集有磁珠的搅拌套脱离深孔板；

S4，水平机构带动提取耗材组件到第四位置，使得深孔板装有洗脱液的孔位与单通量提取模块上吸附有纯化后的核酸物质的搅拌棒相对应，在第四位置处垂直机构和旋转结构配合，将搅拌套上吸附有纯化后的核酸的磁珠释放到深孔板的洗脱溶液中，并将洗脱掉核酸的磁珠再聚集到搅拌套上，之后将聚集有磁珠的搅拌套脱离深孔板；

S5，水平机构带动提取耗材组件到所述第一位置处，使得深孔板用于装搅拌套的孔位与单通量提取模块上聚集有洗脱掉核酸后的磁珠的搅拌套相对应，配合垂直机构完成搅拌套与搅拌套抓取棒的脱离，并将搅拌套放置回深孔板的相应孔位上。

优选地，在步骤S1之前，还包括：

A1，完成提取耗材组件的装配及加载。

优选地，所述A1具体包括：

A11，在深孔板的相应孔位上分别预封装裂解液和磁珠、洗涤液和洗脱液，并在封装有裂解液和磁珠的孔位内添加样本；

A12，将深孔板盖板盖在深孔板上方；

A13，将搅拌套夹夹起的搅拌套插入深孔板盖板的相应孔位中，打开搅拌套夹两端的卡扣，搅拌套上端和下端的连接处的限位筋，使搅拌套竖立在深孔板盖上；

A14，将装配好的提取耗材组件加载到提取耗材加载台上。

优选地，S1中，所述配合垂直机构完成搅拌套的抓取并带动抓取的搅拌套脱离深孔板的过程具体包括：

所述S1中，所述配合垂直机构完成搅拌套的抓取并带动抓取的搅拌套脱离深孔板的过程具体包括：

S11，垂直机构带动磁棒和搅拌套抓取棒同步下降，使搅拌套抓取棒从搅拌套上端开口进入搅拌套，实现搅拌套的自动抓取；

S12，在完成搅拌套的抓取后，垂直机构带动磁棒和搅拌套抓取棒同步上升，从而带动抓取的搅拌套上升并离开深孔板。

优选地，所述S2中，在第二位置处，垂直机构、旋转机构配合作用于单通量提取模块，释放样本细胞中的核酸物质，并将吸附有核酸物质的磁珠聚集到搅拌套上，之后将聚集有磁珠的搅拌套脱离深孔板的过程包括：

S21，垂直机构带动磁棒和抓取有搅拌套的搅拌套抓取棒同步下降，搅拌套下端穿过深孔板盖，深入深孔板装有裂解液、磁珠和样本的孔位底部；

S22，旋转结构带动至少一个单通量提取模块的搅拌套抓取棒、搅拌套同步旋转，搅拌、混匀深孔板内的样本及裂解溶液，释放出样本细胞中的核酸物质，并被吸附在磁珠表面；

S23，垂直机构带动磁棒下降，使磁棒抵达搅拌套底部进行磁吸，深孔板混合溶液中的磁珠将被聚集在搅拌套底部；

S24，垂直机构带动磁棒和搅拌套抓取棒同步上升，带动搅拌套上升并离开深孔板。

优选地，S22中，所述搅拌套的旋转转速为300rpm～3000rpm。

优选地，所述S3中，在第三位置处垂直机构和旋转结构配合，将搅拌套上吸附有核酸的磁珠释放到深孔板内进行洗涤纯化，并将吸附有纯化后的核酸的磁珠再聚集到搅拌套上，之后将聚集有磁珠的搅拌套脱离深孔板的过程包括：

S31，垂直机构带动磁棒和搅拌套抓取棒同步下降，搅拌套下端穿过提取深孔板盖，深入深孔板装有洗涤液的孔位底部；

S32，垂直机构带动磁棒上升，使磁棒与搅拌套抓取棒恢复初始相对位置，搅拌套下端聚集的吸附有核酸的磁珠将被释放到深孔板的洗涤溶液中；

S33，旋转结构带动至少一个单通量提取模块的搅拌套抓取棒、搅拌套同步旋转，搅拌、混匀深孔板中的磁珠及洗涤溶液，洗涤、纯化核酸，纯化后的核酸被吸附在磁珠表面；

S34，垂直机构带动磁棒架下降，使磁棒抵达搅拌套底部进行磁吸，深孔板洗涤溶液中的磁珠被聚集在搅拌套底部；

S35，垂直机构带动磁棒架和搅拌套架同步上升，从而带动搅拌套上升并离开深孔板。

优选地，所述S4中，在第三位置处垂直机构和旋转结构配合，将搅拌套上吸附有纯化后的核酸的磁珠释放到深孔板的洗脱溶液中，并将洗脱掉核酸的磁珠再聚集到搅拌套上，之后将聚集有磁珠的搅拌套脱离深孔板的过程包括：

S41，垂直机构带动磁棒和搅拌套抓取棒同步下降，搅拌套下端穿过提取深孔板盖，深入深孔板装有洗脱液的孔位底部；

S42，垂直机构带动磁棒架上升，使磁棒与搅拌套抓取棒恢复初始相对位置，搅拌套下端聚集的吸附有纯化后的核酸的磁珠被释放到深孔板的洗脱溶液中；

S43，旋转结构带动至少一个单通量提取模块的搅拌套抓取棒、搅拌套同步旋转，搅拌、混匀深孔板中的磁珠及洗脱溶液，将纯化后的核酸释放到洗脱溶液中；

S44，垂直机构带动磁棒下降，使磁棒抵达搅拌套底部进行磁吸，深孔板洗脱溶液中的磁珠被聚集在搅拌套底部；

S45，垂直机构带动磁棒架和搅拌套架同步上升，从而带动搅拌套上升并离开深孔板。

优选地，S43中，提取模块的旋转结构在进行旋转运动的同时，垂直电机带动磁棒架和搅拌套架做同步垂直运动，使搅拌套在未离开深孔板液面的前提下，一边旋转一边上下运动。

优选地，S43中，提取模块在进行混匀的同时，提取设备加热条将进行加热，提供深孔板相应列孔位中洗脱步骤所需的加热温度。

优选地，所述S5包括：

S51，垂直电机带动磁棒架和搅拌套架同步下降，搅拌套下端将穿过深孔板盖，深入提取深孔板用于装搅拌套的孔位底部；

S52，磁棒电机带动磁棒架缓慢下降，在下降过程中，磁棒下端将顶住搅拌套下端封闭端，迫使搅拌套脱离搅拌套抓取棒，最终使用过的搅拌套和磁珠将被遗弃在深孔板用于装搅拌套的孔位中。

优选地，所述S22和S43中，提取模块在进行混匀的同时，提取设备加热条将进行加热，提供深孔板相应列孔位中洗脱步骤所需的加热温度。

优选地，所述S22、S33和S43中，提取模块的旋转结构在进行旋转运动的同时，垂直电机带动磁棒架和搅拌套架做同步垂直运动，使搅拌套在未离开深孔板液面的前提下，一边旋转一边上下运动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、采用旋转方式进行样本及所需提取试剂的混匀，且在进行高速旋转运动的同时，可以伴随搅拌套架一起做垂直运动，使搅拌套一边旋转、一边上下运动，以加快反应溶液的混匀速率、提高反应溶液的混匀效果；且采用旋转方式混匀，有利保证提取产物中核酸片段长度及完整度。

2、提取深孔板上方设有提取深孔板盖，以避免由于混匀过程中产生的液体飞溅而造成的孔间交叉污染，降低提取孔间交叉污染率。

3、本发明的多通量提取设备能够提供核酸提取所需的外力(磁吸、搅拌、加热等)，同时配合旋转、垂直和水平运动，以实现核酸提取的全流程。

附图说明

图1a是本发明实施例24通量旋转式核酸提取装置的立体结构示意图；

图1b是图1的俯视结构示意图；

图2是本发明一排单通量提取模块的立体结构示意图；

图3是本发明提取耗材组件的立体结构示意图；

图4是本发明搅拌套的立体结构示意图；

图5是本发明24通量提取模块的背面立体结构示意图；

图6是本发明48通量提取模块的俯视结构示意图；

图7是本发明实施例PCR定量检测结果示意图。

附图标记：

1、单通量提取模块，2、磁棒，3、搅拌套抓取棒，31、定位凹槽，4、齿轮，5、上轴承，6、下轴承，7、磁棒架，8、搅拌套，81、定位筋，82、搅拌套缺口，83、搅拌套加强筋，84、搅拌套限位筋，9、搅拌套夹，91、搅拌套夹孔，92、搅拌套夹卡扣，93、第一套夹，94、第二套夹，10、深孔板盖，101、深孔板盖圆孔，11、深孔板，12、搅拌套架，13、提取耗材加载平台，131、提取耗材的固定卡扣，14、旋转电机，15、传动齿轮，16、齿轮组，17、丝杆，18、磁棒电机，19、垂直电机，20、加载台托带，21、水平电机。

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。

本发明所揭示的一种旋转式核酸提取装置及其控制方法，采用旋转方式进行样本及所需提取试剂的混匀，并同时配合垂直和水平方向运动，以提高混匀效率，降低提取孔间交叉污染率，保证提取产物中核酸片段长度及完整度。

结合图1a和图1b所示，本发明实施例所揭示的一种旋转式核酸提取装置，包括多通量提取设备、多个提取耗材组件、垂直机构和水平机构，其中，多通量提取设备采用旋转方式也可配合其他运动方式(如垂直)进行样本及所需提取试剂的搅拌、混匀。结合图1和图2所示，多通量提取设备由多个单通量提取模块1组成，多个单通量提取模块1呈直线排布，且排布形成至少一排结构。每个单通量提取模块1包括磁棒2、搅拌套抓取棒3、上轴承5、齿轮4和下轴承6，其中，磁棒2的上端均固定到一磁棒架7上，其下端在初始状态下与搅拌套抓取棒3的上端是对齐的，其可以穿过搅拌套抓取棒3，下降至下述搅拌套8底部以实现磁吸。本实施例中，磁棒2为永磁体，其磁力能够将吸附有核酸的磁珠聚集在搅拌套8表面、并实现磁珠在不同反应溶液中进行转移。

上轴承5、齿轮4和下轴承6三者从上往下依次分布，且三者构成了单通量提取模块的旋转结构，该旋转结构的旋转可以带动搅拌套抓取棒3同步旋转。其中，上轴承5、齿轮4、下轴承6均为中空环状结构，上、下两个轴承5、6分别安装齿轮4的上下两侧。搅拌套抓取棒3从上至下依次嵌套在上轴承5、齿轮4、下轴承6内，本实施例中，搅拌套抓取棒3为中空柱状结构，因此，磁棒2可以穿过搅拌套抓取棒3的中空柱状结构进行垂直运动。且搅拌套抓取棒3和旋转结构组装后安装在一搅拌套架12上。

优选地，单通量提取模块1之间相邻两个齿轮4位于同一平面上、呈直线排列且相互啮合；相邻的两对轴承则上下交错排布(即相邻的两个上轴承5、相邻的两个下轴承6均上下交错排布)，以在单位面积内安装更多单通量提取模块1，并减小相应耗材的提取孔间距。本实施例中，相邻齿轮4的圆心距优选为9mm～18mm。

更进一步地，单通量提取模块1的旋转结构由多个传动齿轮15和一旋转电机14驱动，由于多个单通量提取模块1的齿轮4呈直线排列，从而可形成至少一列齿轮组16，多列齿轮组16平行排列在同一平面上，传动齿轮15则设置在各列齿轮组16之间、齿轮组16与旋转电机14之间，旋转电机14与传动齿轮15相连，传动齿轮15则和齿轮组16相连，这样，旋转电机14能够带动传动齿轮组16转动，从而带动所有齿轮4的旋转，齿轮4转动可以带动与其相连的上、下轴承5、6、搅拌套抓取棒3以及搅拌套8的同步旋转。本实施例中，一个旋转电机14可以带动1～96个通量提取模块的齿轮4旋转。

如图3所示，提取耗材组件包括搅拌套8、深孔板盖10以及深孔板11，搅拌套8在初始状态下竖直放置于深孔板盖10上。结合图4所示，搅拌套8整体呈上端开口下端封闭的中空圆柱体，搅拌套抓取棒3通过相应的定位结构抓取搅拌套8，以实现搅拌套抓取棒3在抓取搅拌套8的过程中定位搅拌套8。本实施例中，定位结构采用相配合的定位凹槽31和定位筋81结构，具体地，搅拌套抓取棒3下端外侧壁上设有环状定位凹槽31，搅拌套8内壁临近上端开口处则设有环形定位筋81，搅拌套抓取棒3在抓取搅拌套8的过程中当其环状定位凹槽31与搅拌套8上的环形定位筋81相卡扣时，则抓取住搅拌套8。当然搅拌套8和搅拌套抓取棒3之间的定位结构不限于这里所介绍的定位凹槽31和定位筋81结构，其他可实现两者相连的定位结构也适用于本发明。

优选地，搅拌套8上粗下细，其中，上端较粗，以便搅拌套抓取棒3从上端开口进入搅拌套8；下端较细，以便于搅拌套8下端在下降过程中准确穿过深孔板盖10上的圆孔深入深孔板11进行混匀。更进一步地，搅拌套8上端开口处设有至少一个缺口82，使其具有一定的张力，以使搅拌套抓取棒3在下降过程中更易于抓取搅拌套8；搅拌套8上端开口处设有加多个加强筋83，以避免搅拌套8在抓取过程中断裂或破损；搅拌套8上端和下端的连接处设有至少一个限位筋84，使搅拌套8能够垂直、平稳的放置在深孔板盖10上，以便于搅拌套抓取棒3在下降过程中成功抓取搅拌套8。在本实施例中，搅拌套8在其上端开口处设置3个缺口82，搅拌套8在其上端和下端的连接处设有4个限位筋84。

本发明搅拌套8通过搅拌套夹9垂直、平稳的放置在深孔板盖10上。具体地，搅拌套夹9由两个相对称的第一套夹93和第二套夹94组成，第一套夹93的内侧面上设置有至少一个半圆形的开口，第二套夹94与第一套夹93的内侧面相对的侧面上同样设置至少一个半圆形的开口，两者上的开口位置对应且两个开口配合形成一完整的夹孔91。本实施例中，第一套夹93和第二套夹94上配合形成八个搅拌套夹孔91，可以一次性夹起八根搅拌套8。更进一步地，第一套夹93和第二套夹94相对的两内侧面上设有卡扣92，将搅拌套8下端插入深孔板盖10后，打开搅拌套夹9两端的卡扣92可以将多根搅拌套8竖直放置在深孔板盖10上。

深孔板盖10盖设在深孔板11上方，其可以防止提取模块在旋转过程中造成的孔间液体飞溅，以及搅拌套8在移动过程的孔间液体滴漏，大大降低了提取孔间交叉污染的产生率。其中，深孔板11内装有提取所需的样本和试剂，深孔板11的每个孔位在深孔板盖10上均有相对应的圆孔101，以便于在实验开始前放置搅拌套8，以及在实验过程中搅拌套8下端可以下降、并穿过深孔板盖上的圆孔101进入深孔板11。在本实施例中，深孔板11各孔位中所适用的液体体积为50ul～1ml。需要说明的是，本发明提供的所有提取耗材组件需要在实验开始前装配完毕。

本发明的提取耗材组件均安装在一提取耗材加载台13上。优选地，提取耗材加载台13上对应深孔板11相应列的孔位设置有加热条(图未示)，提供核酸提取过程中裂解和洗脱等步骤所需的加热温度。另外，提取耗材加载台13上还设有提取耗材的固定卡扣131，用于将提取耗材组件装配到提取耗材加载台13上。

由于本发明采用旋转方式进行样本及所需提取试剂的混匀，能够提供更高的混匀速率及更好的混匀效果，提取设备对所需反应体积的要求也更小。

结合图5所示，垂直机构包括第一驱动机构、上述磁棒架7及搅拌套架12，磁棒架7及搅拌套架12与第一驱动机构均相连，且在第一驱动机构下，带动磁棒架7、搅拌套架12及两者上的其他结构同步进行竖直运动。本实施例中，第一驱动机构包括一丝杆17和与丝杆17相连的磁棒电机18和垂直电机19，其中，磁棒电机18位于丝杆17的上半部分且与磁棒架7相连，垂直电机19位于丝杆17的下半部分且与磁棒架7及搅拌套架12均相连，丝杆17上半部分的磁棒电机18可以控制磁棒架7的垂直运动，使磁棒2可以穿过搅拌套抓取棒3的中空结构上下移动，实现磁珠在搅拌套8底部的富集及释放；丝杆17下半部分的垂直电机19可以同时控制磁棒架7和搅拌套架12一起垂直运动，使搅拌抓取棒3可以完成搅拌套8的自动抓取、并实现搅拌套8在深孔板11中的垂直运动。也就是说磁棒架7及搅拌套架3的垂直运动由一根丝杆17上的两个电机控制完成。

优选地，单个或多个单通量提取模块1在进行高速旋转运动的同时，可伴随搅拌套架3一起做垂直运动，使搅拌套8一边旋转、一边上下运动，以加快反应溶液的混匀速率、提高反应溶液的混匀效果。

结合图1a所示，水平机构包括上述提取耗材加载台13、加载台托带20及水平电机21，加载台托带20与水平电机21相连，其在水平电机21的驱动下带动提取耗材加载台13进行水平方向的运动。且配合多通量提取设备的相应动作，使聚集在搅拌套8表面的磁珠在不同的反应溶液中转移，从而实现包括裂解、吸附、洗涤和洗脱等复杂的核酸提取步骤。

本发明所提供的旋转式核酸提取装置，通过控制其旋转、垂直和水平三种机械运动，配合提取耗材、耗材中的样本及反应试剂，在完成核酸提取的全流程的同时，能够降低空间交叉污染率，同时提高提取效率，保证提取产物中核酸片段长度及完整度。另外，本发明所提的旋转式核酸提取装置，能够灵活面对多种通量需求，常见24通量装置、48通量装置及96通量装置。

其中，24通量旋转式核酸提取装置包含24个单通量提取模块1(共3排、每排8个)，24根磁棒2安装在磁棒架7上，24组单通量旋转结构安装在搅拌套架12上；相应地提取耗材加载平台13上，加载了24个通量的提取耗材组件。24通量提取设备的俯视图如图5所示，旋转电机14可以带动传动齿轮15转动，从而带动3组齿轮组16同时转动，以实现24个单通量提取模块旋转结构的同时旋转。

同理，如图6所示，48通量旋转式核酸提取装置包含48个单通量提取模块1(共6排、每排8个)，48根磁棒2安装在磁棒架7上，48组单通量旋转结构安装在搅拌套架12上；相应地提取耗材加载平台13上，加载了24个通量的提取耗材组件。96通量旋转式核酸提取装置以此类推。

基于上述旋转式核酸提取装置，本发明所揭示的一种旋转式核酸提取装置的控制方法，包括以下步骤：

A1，首先完成提取耗材组件的装配及加载。

具体地，以上述24通量旋转式核酸提取装置为例，来具体介绍本发明所揭示的一种旋转式核酸提取装置的控制方法的工作流程。

在该实施列中，深孔板11第1、5、9列孔位中预封装有裂解液和磁珠，第2、6、10列孔位中预封装有洗涤液，第3、7、11列孔位中预封装有洗脱液。首先将深孔板11密封膜揭开，在深孔板11第1、5、9列孔位中添加适量样本，并将深孔板盖10盖在深孔板11上方。将3组由搅拌套夹9夹起的8根搅拌套8插入深孔板盖板10第4、8、12列圆孔中，打开搅拌套夹9两端的卡扣92，搅拌套8上端和下端的连接处的限位筋84，能够使搅拌套8垂直、平稳的竖立在深孔板盖10上，至此提取耗材装配已完毕，完成装配的提取耗材如图3所示。最后将装配好的提取耗材加载到提取耗材加载台13上。

S1，水平机构带动提取耗材组件到第一位置处，使得深孔板装有搅拌套的孔位与单通量提取模块上的磁棒相对应，配合垂直机构完成搅拌套的抓取并带动抓取的搅拌套脱离深孔板。

具体地，在未开启电源时，提取装置处于初始状态，即提取耗材加载台13的初始位置在提取装置的最远端，磁棒2与搅拌套抓取棒3的初始相对位置为磁棒2下端与搅拌套抓取棒3上端对齐，开启提取装置电源即可开始核酸提取的核酸提取流程。

首先，水平电机21带动加载台拖带20，将提取耗材加载台13水平移动至第一位置，使深孔板11第4、8、12列孔位与提取设备的三排磁棒2相对应，垂直电机19带动磁棒架7和搅拌套架12同步缓慢下降，使搅拌套抓取棒3从搅拌套8上端开口进入搅拌套8，搅拌套8内壁临近上端开口的环形定位筋81将嵌套在搅拌套抓取棒下端的定位凹槽31上，一次性实现24个搅拌套8的自动抓取。

在完成搅拌套8自动抓取后，垂直电机19带动磁棒架7和搅拌套架12同步上升，从而带动抓取的搅拌套8上升并离开深孔板11。

S2，水平机构带动提取耗材组件到第二位置处，使得深孔板装有裂解液、磁珠和样本的孔位与单通量提取模块上抓取的搅拌套相对应，在第二位置处，垂直机构、旋转机构配合作用于单通量提取模块，释放样本细胞中的核酸物质，并将吸附有核酸物质的磁珠聚集到搅拌套上，之后将聚集有磁珠的搅拌套脱离深孔板。

具体地，水平电机21带动加载台拖带20，将提取耗材加载台13水平移动至适当位置，使深孔板第1、5、9列孔位与提取设备的三排磁棒8相对应。垂直电机19带动磁棒架7和搅拌套架12同步下降，搅拌套8下端将准确穿过提取深孔板盖10上的圆孔101，深入深孔板11第1、5、9列孔位底部。旋转电机14带动传动齿轮15转动，从而带动24个单通量提取模块1的齿轮4、及与其相连的轴承5、搅拌套抓取棒3、搅拌套8同步旋转，搅拌、混匀深孔板第1、5、9列孔位中的样本及裂解溶液。

优选地，提取模块在进行混匀的同时，提取设备加热条将进行加热，提供深孔板相应列孔位中应步骤所需的加热温度。在本实施例中，提取模块在进行深孔板第1、5、9列孔位中的样本及裂解溶液搅拌、混匀的同时，提取耗材加载台上第1、5、9列加热条将进行加热，提供深孔板相应列孔位中裂解反应所需的温度。

优选地，提取模块的旋转结构在进行旋转运动的同时，垂直电机19可以带动磁棒架7和搅拌套架12做同步垂直运动，使搅拌套8在未离开深孔板11液面的前提下，一边旋转一边上下运动，以加快反应溶液的混匀速率、提高反应溶液的混匀效果。搅拌套8的旋转转速可为300rpm～3000rpm，以控制反应溶液的混匀速率。在本实施例中，搅拌套8在未离开深孔板11第1、5、9列孔位中液面前提下，一边旋转一边上下运动，以加快样本及裂解溶液的混匀速率、提高反应溶液的混匀效果。

在完成提取深孔板11第1、5、9列孔位中反应溶液及样本的混合及加热后，样本细胞中的核酸物质将被释放出来，并被吸附在磁珠表面。

此时，磁棒电机18带动磁棒架7缓慢下降，使磁棒2抵达搅拌套8底部进行磁吸，深孔板第1、5、9列孔位混合溶液中的磁珠将被聚集在搅拌套8底部。垂直电机19带动磁棒架7和搅拌套架12同步上升，从而带动搅拌套8上升并离开深孔板11。

S3，水平机构带动提取耗材组件到第三位置，使得深孔板装有洗涤液的孔位与单通量提取模块上吸附有核酸物质的搅拌棒相对应，在第三位置处垂直机构和旋转结构配合，将搅拌套上吸附有核酸的磁珠释放到深孔板内进行洗涤纯化，并将吸附有纯化后的核酸的磁珠再聚集到搅拌套上，之后将聚集有磁珠的搅拌套脱离深孔板。

具体地，水平电机21带动加载台拖带20，将提取耗材加载台13水平移动至适当位置，使深孔板第2、6、10列孔位与提取设备的三排磁棒8相对应。垂直电机19带动磁棒架7和搅拌套架12同步缓慢下降，搅拌套8下端将准确穿过提取深孔板盖10上的圆孔101，深入深孔板第2、6、10列孔位底部。磁棒电机18带动磁棒架7缓慢上升，使磁棒2与搅拌套抓取棒3的恢复初始相对位置，搅拌套8下端聚集的吸附有核酸的磁珠将被释放到深孔板第2、6、10列孔位的洗涤溶液中。旋转电机14带动传动齿轮15转动，从而带动24个单通量提取模块1的齿轮4、及与其相连的轴承5、搅拌套抓取棒3、搅拌套8同步旋转，搅拌、混匀深孔板第2、6、10列孔位中的磁珠及洗涤溶液，同时垂直电机19带动磁棒架7和搅拌套架12做同步垂直运动，使搅拌套8在未离开液面的前提下，一边旋转一边上下运动，以加快反应溶液的混匀速率、提高反应溶液的混匀效果。

在完成提取深孔板第2、6、10列孔位中洗涤溶液混合后，样本中除核酸以外的杂质将被洗涤，纯化后的核酸仍被吸附在磁珠表面。磁棒电机18带动磁棒架7缓慢下降，使磁棒2抵达搅拌套8底部进行磁吸，深孔板第2、6、10列孔位洗涤溶液中的磁珠将聚集在搅拌套8底部。垂直电机19带动磁棒架7和搅拌套架12同步上升，从而带动搅拌套8上升并离开深孔板11。

S4，水平机构带动提取耗材组件到第四位置，使得深孔板装有洗脱液的孔位与单通量提取模块上吸附有纯化后的核酸物质的搅拌棒相对应，在第三位置处垂直机构和旋转结构配合，将搅拌套上吸附有纯化后的核酸的磁珠释放到深孔板的洗脱溶液中，并将洗脱掉核酸的磁珠再聚集到搅拌套上，之后将聚集有磁珠的搅拌套脱离深孔板。

具体地，水平电机21带动加载台拖带20，将提取耗材加载台13水平移动至适当位置，使深孔板第3、7、11列孔位与提取设备的三排磁棒8相对应。垂直电机19带动磁棒架7和搅拌套架12同步缓慢下降，搅拌套8下端将准确穿过深孔板盖10上的圆孔101，深入提取深孔板第3、7、11列孔位底部。磁棒电机18带动磁棒架7上升，使磁棒2与搅拌套抓取棒3的恢复初始相对位置，搅拌套8下端聚集的吸附有纯化核酸的磁珠将被释放到深孔板第3、7、11列孔位的洗脱溶液中。旋转电机14带动传动齿轮15转动，从而带动24个单通量提取模块1的齿轮4、及与其相连的轴承5、搅拌套抓取棒3、搅拌套8同步旋转搅拌、混匀深孔板第3、7、11列孔位中的磁珠及洗脱溶液，同时垂直电机19带动磁棒架7和搅拌套架12做同步垂直运动，使搅拌套8在未离开液面的前提下，一边旋转一边上下运动，以加快反应溶液的混匀速率、提高反应溶液的混匀效果。此外，单通量提取模块1在进行搅拌、混匀的同时，加载台第3、7、11列加热条将进行加热，提供深孔板第3、7、11列孔位中洗脱反应步骤所需的温度。

在完成深孔板第3、7、11列孔位中洗脱溶液混合及加热后，磁珠上吸附的纯化核酸将被释放到洗脱溶液中。此时，磁棒电机18带动磁棒架7缓慢下降，使磁棒2抵达搅拌套8底部进行磁吸，深孔板第3、7、11列孔位洗涤溶液中的磁珠将聚集在搅拌套8底部。垂直电机19带动磁棒架7和搅拌套架12同步上升，从而带动搅拌套8上升并离开深孔板11。

S5，水平机构带动提取耗材组件到所述第一位置处，使得深孔板用于装搅拌套的孔位与单通量提取模块上吸附后洗脱纯化后的核酸物质的搅拌套相对应，配合垂直机构完成搅拌套与搅拌套抓取棒的脱离，并将搅拌套放置回深孔板的相应孔位上。

具体地，水平电机20带动加载台拖带21，将提取耗材加载台13水平移动至适当位置，使深孔板第4、8、12列孔位与提取设备的三排磁棒2相对应。垂直电机19带动磁棒架7和搅拌套架12同步缓慢下降，搅拌套8下端将准确穿过深孔板盖10上的圆孔101，深入提取深孔板第4、8、12列孔位底部。磁棒电机18带动磁棒架7缓慢下降，在下降过程中，磁棒2下端将顶住搅拌套8下端封闭端，迫使搅拌套8脱离搅拌套抓取棒3，最终使用过的搅拌套8和磁珠将被遗弃在深孔板第4、8、12列孔位中。深孔板第3、7、11列孔位中的核酸提取产物讲可以应用于PCR、杂交、测序等下游核酸分析实验。

本发明另一实施例将96通量旋转式核酸提取装置用于进行孔间交叉污染验证实验。具体操作如下，在四块深孔板中将高浓度HBV阳性样品(P)和HBV阴性样品(N)按照“P、N、P、N、P、N…”的顺序间隔加样，并按照上述方法进行整板提取，提取结束后，选用配套的HBVPCR检测试剂对所有提取产物进行PCR定量检测，PCR结果如图7所示，其阴阳性样本检测符合率为100％，证明本发明所提供旋转式核酸提取装置及控制方法，能够有效地避免或降低孔间提取交叉污染。

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 (10)

1.一种旋转式核酸提取装置，其特征在于，包括：多通量提取设备、多个提取耗材组件、垂直机构和水平机构，所述多通量提取设备由多个单通量提取模块组成，所述单通量提取模块包括磁棒、旋转结构和嵌套在所述旋转结构内的搅拌套抓取棒，所述磁棒和旋转结构均与垂直机构相连；所述提取耗材组件与水平机构相连，且所述提取耗材组件包括搅拌套、深孔板盖及深孔板，所述搅拌套在初始状态下装配于深孔板盖上，所述深孔板盖盖设在深孔板上，所述深孔板内预封装有核酸提取所需的样本及反应试剂；所述水平机构带动提取耗材组件依次到多通量提取设备的多个位置处，在相应位置处配合垂直机构和/或旋转结构，依次完成搅拌套的抓取、核酸物质的裂解吸附、洗涤、洗脱和搅拌套的放回过程；所述旋转结构包括从上至下依次分布的上轴承、齿轮和下轴承，多个单通量提取模块的齿轮相互啮合且呈直线排列，形成至少一列齿轮组，一列或多列齿轮组平行排列在同一平面上；所述单通量提取模块之间相邻的轴承上下交错排布，所述旋转结构由多个传动齿轮和一旋转电机驱动，所述传动齿轮与旋转电机相连，且所述传动齿轮设置在各列齿轮组之间、齿轮组与旋转电机之间，所述旋转电机带动传动齿轮转动，从而带动所有齿轮的旋转，齿轮转动带动与其相连的上、下轴承、搅拌套抓取棒的同步旋转。

2.根据权利要求1所述的旋转式核酸提取装置，其特征在于，所述垂直机构包括一丝杆和与丝杆相连的磁棒电机和垂直电机，所述磁棒电机位于丝杆的上半部分且与磁棒相连，所述垂直电机位于丝杆的下半部分且与磁棒及旋转结构均相连。

3.根据权利要求1所述的旋转式核酸提取装置，其特征在于，所述水平机构包括水平电机及与水平电机相连的加载台托带，所述加载台托带与提取耗材组件相连，其在水平电机的驱动下带动提取耗材组件进行水平方向的运动。

4.一种基于上述权利要求1～3任意一项所述的旋转式核酸提取装置的控制方法，包括以下步骤：

S1，水平机构带动提取耗材组件到第一位置处，使得深孔板装有搅拌套的孔位与单通量提取模块上的磁棒相对应，配合垂直机构完成搅拌套的抓取并带动抓取的搅拌套脱离深孔板；

S2，水平机构带动提取耗材组件到第二位置处，使得深孔板装有裂解液、磁珠和样本的孔位与单通量提取模块上抓取的搅拌套相对应，在第二位置处，垂直机构、旋转机构配合作用于单通量提取模块，释放样本细胞中的核酸物质，并将吸附有核酸物质的磁珠聚集到搅拌套上，之后将聚集有磁珠的搅拌套脱离深孔板；

S3，水平机构带动提取耗材组件到第三位置，使得深孔板装有洗涤液的孔位与单通量提取模块上吸附有核酸物质的搅拌棒相对应，在第三位置处垂直机构和旋转结构配合，将搅拌套上吸附有核酸的磁珠释放到深孔板内进行洗涤纯化，并将吸附有纯化后的核酸的磁珠再聚集到搅拌套上，之后将聚集有磁珠的搅拌套脱离深孔板；

S4，水平机构带动提取耗材组件到第四位置，使得深孔板装有洗脱液的孔位与单通量提取模块上吸附有纯化后的核酸物质的搅拌棒相对应，在第四位置处垂直机构和旋转结构配合，将搅拌套上吸附有纯化后的核酸的磁珠释放到深孔板的洗脱溶液中，并将洗脱掉核酸的磁珠再聚集到搅拌套上，之后将聚集有磁珠的搅拌套脱离深孔板；

S5，水平机构带动提取耗材组件到所述第一位置处，使得深孔板用于装搅拌套的孔位与单通量提取模块上聚集有洗脱掉核酸后的磁珠的搅拌套相对应，配合垂直机构完成搅拌套与搅拌套抓取棒的脱离，并将搅拌套放置回深孔板的相应孔位上。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述S1中，所述配合垂直机构完成搅拌套的抓取并带动抓取的搅拌套脱离深孔板的过程具体包括：

S11，垂直机构带动磁棒和搅拌套抓取棒同步下降，使搅拌套抓取棒从搅拌套上端开口进入搅拌套，实现搅拌套的自动抓取；

S12，在完成搅拌套的抓取后，垂直机构带动磁棒和搅拌套抓取棒同步上升，从而带动抓取的搅拌套上升并离开深孔板。

6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述S2中，在第二位置处，垂直机构、旋转机构配合作用于单通量提取模块，释放样本细胞中的核酸物质，并将吸附有核酸物质的磁珠聚集到搅拌套上，之后将聚集有磁珠的搅拌套脱离深孔板的过程包括：

S21，垂直机构带动磁棒和抓取有搅拌套的搅拌套抓取棒同步下降，搅拌套下端穿过深孔板盖，深入深孔板装有裂解液、磁珠和样本的孔位底部；

S22，旋转结构带动至少一个单通量提取模块的搅拌套抓取棒、搅拌套同步旋转，搅拌、混匀深孔板内的样本及裂解溶液，释放出样本细胞中的核酸物质，并被吸附在磁珠表面；

S23，垂直机构带动磁棒下降，使磁棒抵达搅拌套底部进行磁吸，深孔板混合溶液中的磁珠将被聚集在搅拌套底部；

S24，垂直机构带动磁棒和搅拌套抓取棒同步上升,带动搅拌套上升并离开深孔板。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述S3中，在第三位置处垂直机构和旋转结构配合，将搅拌套上吸附有核酸的磁珠释放到深孔板内进行洗涤纯化，并将吸附有纯化后的核酸的磁珠再聚集到搅拌套上，之后将聚集有磁珠的搅拌套脱离深孔板的过程包括：

S31，垂直机构带动磁棒和搅拌套抓取棒同步下降,搅拌套下端穿过提取深孔板盖，深入深孔板装有洗涤液的孔位底部；

S32，垂直机构带动磁棒上升，使磁棒与搅拌套抓取棒恢复初始相对位置，搅拌套下端聚集的吸附有核酸的磁珠将被释放到深孔板的洗涤溶液中；

S33，旋转结构带动至少一个单通量提取模块的搅拌套抓取棒、搅拌套同步旋转，搅拌、混匀深孔板中的磁珠及洗涤溶液，洗涤、纯化核酸，纯化后的核酸被吸附在磁珠表面；

S34，垂直机构带动磁棒架下降，使磁棒抵达搅拌套底部进行磁吸，深孔板洗涤溶液中的磁珠被聚集在搅拌套底部；

S35，垂直机构带动磁棒架和搅拌套架同步上升，从而带动搅拌套上升并离开深孔板。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述S4中，在第四位置处垂直机构和旋转结构配合，将搅拌套上吸附有纯化后的核酸的磁珠释放到深孔板的洗脱溶液中，并将洗脱掉核酸的磁珠再聚集到搅拌套上，之后将聚集有磁珠的搅拌套脱离深孔板的过程包括：

S41，垂直机构带动磁棒和搅拌套抓取棒同步下降,搅拌套下端穿过提取深孔板盖上的孔位，深入深孔板装有洗脱液的孔位底部；

S42，垂直机构带动磁棒架上升，使磁棒与搅拌套抓取棒恢复初始相对位置，搅拌套下端聚集的吸附有纯化后的核酸的磁珠被释放到深孔板的洗脱溶液中；

S43，旋转结构带动至少一个单通量提取模块的搅拌套抓取棒、搅拌套同步旋转，搅拌、混匀深孔板中的磁珠及洗脱溶液，将纯化后的核酸释放到洗脱溶液中；

S44，垂直机构带动磁棒下降，使磁棒抵达搅拌套底部进行磁吸，深孔板洗脱溶液中的磁珠被聚集在搅拌套底部；

S45，垂直机构带动磁棒架和搅拌套架同步上升,从而带动搅拌套上升并离开深孔板。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述S22和S43中，提取模块在进行混匀的同时，提取设备加热条将进行加热，提供深孔板相应列孔位中洗脱步骤所需的加热温度。

10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述S22、S33和S43中，提取模块的旋转结构在进行旋转运动的同时,垂直电机带动磁棒架和搅拌套架做同步垂直运动，使搅拌套在未离开深孔板液面的前提下，一边旋转一边上下运动。

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