CN107746803B - 可实现自主检测的基因检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可实现自主检测的基因检测系统，为一套集成了采样器、检测试剂盒、基因扩增仪的基因检测系统，该系统轻便易携带、常温保存、操作简便，通过优化和调整各单元结构，降低操作所需要的专业程度，可以由非专业人员在家庭环境、基层医疗机构、移动医疗组织等普通环境中执行基因检测。该系统的样本采集、样本处理、基因扩增、结果判读一站式操作流程均可以由非专业人员个人完成，检验结果有质量控制可以保证检测结果的准确性，用户可以获取准确、直观的检测结果。该系统使基因检测在家庭环境、基层医院等条件不足的环境下实现成为可能。同时提供通过上述系统实现的基因检测方法。

Description

可实现自主检测的基因检测系统及方法

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种可实现自主检测的基因检测系统及方法。

背景技术

基因检测是利用遗传学、分子生物学技术来进行检测、分析，从而发现特定遗传物质异常的过程。近三十年来分子生物学技术高速发展，基因检测已经在临床检验、精准医疗、食品检验检疫、物种鉴别等方面得到了广泛的应用。

通常基因检测以PCR等基因扩增技术为基础，包括PCR-荧光探针法、PCR-杂交法、基因芯片法等。在应用上一般由基因检测试剂生产厂家提供检测试剂盒，由医疗机构检验部门、食品检验检疫等专业机构使用机构的PCR仪等高精度、昂贵的科研设备，配套厂家提供的检测试剂盒执行对待检样品的检测，机构再将检测结构反馈给提交检验申请的用户。

这种检测流程周期长，对检测实验室的专业性有要求(一般在标准的基因扩增检验实验室中进行以防止开放式操作造成的污染)，对基因检测的人员有专业要求(需要熟悉基因检测操作流程，熟练掌握PCR仪、杂交仪、移液器等精密实验室仪器，对要对检测结果进行专业判断)，对于检测仪器有要求(专业检验实验室要面临多样本、多靶标的检测，各个基因检测的体系和反应条件各异，实验室需要高通量的、高控温精度的实验室仪器，这样的实验室仪器造价昂贵，一般在几万到几十万不等)。

上述这些限制，使得基于基因检测的检验项目一般只能在三甲以上的医疗机构、专业的被认证的第三方实验室开展，基层医疗组织和机构、个人用户的家庭环境很难开展基因检测项目。而且传统的基因检测因为需要在医疗机构进行，样本的收集、检测结果的流转都需要在医疗机构系统内，从用户提交检测样本到获取检测报告周期较长，通常在1周左右。

发明内容

为了克服现有的基因检测对专业实验室、专业仪器、专业人员的依赖，检测周期长，检测过程耗时耗力的不足,本发明提供一种可实现自主检测的基因检测系统，为一套集成了采样器、检测试剂盒、基因扩增仪的基因检测系统，该系统轻便易携带、常温保存、操作简便，通过优化和调整各单元结构，降低操作所需要的专业程度，可以由非专业人员在家庭环境、基层医疗机构、移动医疗组织等普通环境中执行基因检测。该系统的样本采集、样本处理、基因扩增、结果判读一站式操作流程均可以由非专业人员个人完成，用户可以获取准确、直观的检测结果。该系统使基因检测在家庭环境、基层医院等条件不足的环境下实现成为可能。同时提供通过上述系统实现的基因检测方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种可实现自主检测的基因检测系统，包括：

一自采样装置，用以供受试者自行提取基因检测样本；

一样本处理及转移装置，具有一转移单元及对基因检测样本进行样本处理的一容纳腔；

一反应装置，具有进行基因扩增反应的反应腔；前述转移单元作为封闭通道将样本处理后的基因检测样本转移至该反应腔；

一便携式基因扩增仪，用以提供样本处理及基因扩增反应的反应条件并输出一可识别反应结果信息。

进一步地，所述自采样装置为带有可脱落的采样刷头的采样刷，所述采样刷头用以携带基因检测样本。

进一步地，所述容纳腔形成于一瓶体，用以容纳携带基因检测样本的采样刷头及样本反应试剂：

所述转移单元封设于所述瓶体的瓶口，具有一顶部，所述顶部设置有一定量移液泵，包括具有常态为闭合态的一移液通道的泵芯，按压所述泵芯时，所述移液通道连通容纳腔与瓶体外部；

连接并用以按压所述泵芯的一按压单元；

安装于所述泵芯的一移液针头。

进一步地，所述反应腔形成于一管体，其通过一管口与外界连通；

所述反应装置还包括：嵌设于前述管口的一内盖，包括一弹性塞体及一盖帽；所述弹性塞体上形成有至少一缺口，该缺口完全被管口内壁封闭时，反应腔与外界隔绝；该缺口部分被管口内壁封闭或未被管口内壁封闭时，反应腔通过该缺口与外界连通；

通过所述移液针头穿刺通过所述弹性塞体可连通反应腔及容纳腔。

进一步地，所述转移单元包括封设于所述瓶口的一移液瓶盖，顶部形成于该移液瓶盖，

所述按压单元具有容纳全部或部分移液瓶盖的一罩体，罩体的一端为开放端，另一端为半封闭端，半封闭端形成有一通道形接口，按压单元通过该通道形接口的位于罩体内部的一端与泵芯扣合连接。

进一步地，所述移液瓶盖的顶部上方形成有至少一卡槽，所述罩体内部形成有对应该卡槽的至少一卡板，按压单元与泵芯连接时，所述卡板插入卡槽构成联动结构。

进一步地，所述便携式恒温核酸扩增仪，包括：

一本体及通过枢接结构与本体连接，用以覆盖本体的上表面的一盖体；

所述本体包括一样本处理部、一扩增反应部及结果观察部；

所述样本处理部包括形成于本体上表面的一处理池，位于本体内部的一处理控温单元；

所述扩增反应部包括形成于本体上表面的一反应池，位于本体内部的一反应控温单元；

所述结果观察部包括设置于本体内部位于反应池下方的一光源，设置于本体侧表面对应反应池的观察窗；

所述盖体包括一热盖，盖体覆盖本体上表面时所述热盖覆盖所述反应池。

一种通过上述可实现自主检测的基因检测系统实现的检测方法，包括以下步骤：

提取基因检测样本；

将基因检测样本进行样本处理，得到样本处理液；

将样本处理液封闭转移后进行扩增反应，得到可识别反应结果信息。

通过采取上述技术方案，基因检测的用户可以直接使用本系统，完成采样、样本处理、基因扩增、结果判读的完整操作，操作过程中无需任何工具辅助。整个操作过程在短时间内完成。使得复杂的基因检测操作可以由非专业人士、在非专业环境下独立完成，极大地缩短了获取检测结果的时，在保证检测结果的前提下节约了人力物力。也使得基因检测可以在家庭环境、基层医院、临床科室、移动医疗对等非特定场景中的普及成为可能。

附图说明

图1为本发明一实施例中基于基因扩增的自检测系统的组成示意图。

图2为本发明一实施例中子宫颈细胞采样刷的爆炸连接图。

图3为本发明一实施例中子宫颈细胞采样刷中刷筒的结构示意图。

图4为图3中A-A向剖面示意图。

图5为本发明一实施例中子宫颈细胞采样刷中刷杆的结构示意图。

图6是本发明一实施例中具有预处理功能的加样器的结构示意图。

图7是本发明一实施例中具有预处理功能的加样器中移液瓶盖的立体结构图。

图8是本发明一实施例中具有预处理功能的加样器中移液瓶盖的俯视结构图。

图9是本发明一实施例中具有预处理功能的加样器中移液瓶盖的仰视结构图。

图10是图8中B-B向剖面结构示意图。

图11是本发明一实施例中具有预处理功能的加样器中推钮的立体结构图。

图12是本发明一实施例中具有预处理功能的加样器中推钮的另一视角的立体结构图。

图13是本发明一实施例中具有预处理功能的加样器中推钮的主视结构图。

图14是本发明一实施例中具有预处理功能的加样器中推钮的俯体结构图。

图15为图14中C-C向剖面结构示意图。

图16为图15中I部放大示意图。

图17为图15中II部放大示意图。

图18是本发明一实施例中具有预处理功能的加样器中瓶体的立体结构图。

图19是本发明一实施例中具有预处理功能的加样器中瓶体的主视结构图。

图20是本发明一实施例中具有预处理功能的加样器中瓶体的剖面结构示意图。

图21是本发明一实施例中基因扩增反应管的组装结构示意图。

图22是本发明一实施例中基因扩增反应管中管体的结构示意图。

图23是本发明一实施例中基因扩增反应管中内盖的结构示意图。

图24是本发明一实施例中基因扩增反应管中内盖的剖面结构示意图。

图25是本发明一实施例中基因扩增反应管中外盖的剖面结构示意图。

图26是本发明一实施例中基因扩增反应管的内盖塞体部分压入管口时的结构示意图。

图27是本发明一实施例中基因扩增反应管的内盖塞体完全压入管口时的结构示意图。

图28是本发明一实施例中基因扩增反应管的内盖塞体完全压入管口并安装外盖后通过加样器加样时的状态示意图。

图29为本发明一实施例中便携式恒温核酸扩增仪的整体外部结构示意图。

图30为本发明一实施例中便携式恒温核酸扩增仪的正面结构示意图。

图31为本发明一实施例中便携式恒温核酸扩增仪的侧面结构示意图。

图32为本发明一实施例中便携式恒温核酸扩增仪的俯面结构示意图。

图33为图32中E-E向剖面结构示意图。

图34为图32中D-D向剖面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

如图1所示，在一实施例中，提供一种可实现自主检测的基因检测系统，包括：

作为自采样装置的采样刷1，用以供受试者自行提取基因检测样本；

作为样本处理及转移装置的加样器2，具有一转移单元及对基因检测样本进行样本处理的一容纳腔；

作为反应装置的反应管3，具有进行基因扩增反应的反应腔；前述转移单元作为封闭通道将样本处理后的基因检测样本转移至该反应腔；

以及便携式基因扩增仪4，用以提供样本处理及基因扩增反应的反应条件并输出一可识别反应结果信息。

其中，结合图2至图5，采样刷1包括：

具有前开口1204及后开口1205的刷筒1200，其内部形成有靠近后开口1205的限位凸起部1203；

穿过刷筒1200的刷杆1300，包括杆体，杆体的前端设置刷头塞柱1304；后端设有推柄1305；杆体上沿前端指向后端方向依次形成有止动部1301，第一锁止部1302及第二锁止部1303；刷杆向后开口的运动趋势由止动部1301配合限位凸起部1203止动；第一锁止部1302可与限位凸起部1203形成第一锁止配合；第二锁止部1303可与限位凸起部1203形成第二锁止配合。刷筒1200起到扩张阴道的作用，直径约10至13cm，材质选用符合医用使用要求的优质塑料，具体可参考已有同类产品，外表面做光滑处理，由此减小采样刷穿入阴道的不适感。刷杆材质为优质塑料，通过形成两端与杆体一体成型，中部悬空的条形部，使条形部具有弹性，进而在各条形部上形成各锁止结构。

还包括扣合连接于刷头塞柱1304的采样刷头1100。而采样刷头的具体规格、材料均可参考现有技术的采样刷，本申请不再进行赘述。

刷筒内部还形成有靠近前开口1204的解锁特征部1202，用以解除采样刷头1100与刷头塞柱1304的扣合连接。

具体地，刷杆1300具有三个相对于刷筒的位置，分别为第一工位、第二工位及止动位；

其中，处于第一工位时，第一锁止部1302与限位凸起部1203形成可拉脱扣合，此时，采样刷头1100收纳于刷筒1200内靠近前开口；一般采样刷生产厂家装配出厂时，进行无菌处理后将采样刷装配好，保持刷杆处于此工位，此时刷头收在刷筒内，保证用户在采样前，无菌刷头不被污染。

处于第二工位时，第二锁止部1303与限位凸起部1203形成可拉脱扣合，此时，采样刷头1100由前开口伸出刷筒1200；

处于止动位，刷杆1200向后开口运动趋势由止动部1301配合限位凸起部1303止动。

根据使用的顺序，刷杆固定在第一工位时，是采样刷的出厂状态，此时刷头收在刷筒内；采样刷进行采样、侧翼下刷筒完全进入身体后，将推柄向身体的方向推，推至第二工位，该位置是采样状态，此时刷头完全伸出刷筒到达采样位置；采样完毕后将采样刷取出，此时需将刷头与刷体分离进行样本处理，刷杆需要向上提拉，提拉过程经过第二卡位、第一位，到达止动位时，刷杆将被限位无法再向上提拉，防止刷杆抽出刷筒。

结合图3及图4，解锁特征部1202为形成于刷筒的筒壁的弹性舌部，该弹性舌部的根部连接刷筒的筒壁，头部可向刷筒中心方向做弹性位移；采样刷头形成有一环形凸起，向刷筒中心按压前述头部抵压前述环形凸起可止动采样刷头由刷杆带动向后开口的运动趋势。

弹性舌部的位于限位凸起部与前开口之间，当环形凸起处于对应弹性舌部的头部位置时，止动部与限位凸起部之间的距离小于0.6cm。

限位凸起部为一环形凸起，所述止动部为一或多个钩状件，第一锁止部为一或多个卡口，第二锁止部为一或多个具有可与环形凸起接触的导向接触面的块状凸起。刷杆在刷筒内向前开口或后开口移动到相应位置时，该环形凸起与刷杆的第一锁止部、第二锁止部或止动部都可生一个限位扣合或止动接触，可以使该相对位置保持固定，起到限位作用。

刷杆处于第二工位时，刷杆向前开口的运动趋势由所述推柄配合后开口止动。

刷筒内壁还形成有一计数参照部，所述刷杆上还形成有一计数触发部；当刷杆处于第二工位，刷杆沿自身轴线旋转一周，计数触发部与计数参照部接触或接近一次。计数参照部为一固定凸起，所述计数触发部为一弹性凸起，二者接触为干涉性接触且通过摩擦发出声音。

采样过程中，操作规范是将刷杆旋转5～10圈，以确保采集到足够数量的样本，自主采样时为了便于用户进行旋转采样刷计数，在刷杆上设计一处凸起作为计数触发部，在刷筒内壁对应的位置也设计一处凸起作为计数参照部，当刷头到达采样部位时用户旋转刷杆，刷杆处的凸起与刷筒内壁的凸起相互摩擦产生“咔哒”声，相应有微振动被操作者感知，便于采样者进行旋转圈数计数。

刷筒1200的外壁还形成有侧翼1201，侧翼距离前开口1204的距离为入体采样距离。具体而言，在刷筒1200中央靠近前开口的位置设计了一圈(弧面或平面)侧翼，在刷筒外周形成一个与刷杆垂直的弧面或平面，侧翼将刷筒分为入体部分和非入体部分。侧翼的作用是采样时，对刷筒深入体内的长度起到限位作用，避免因操作失误刷筒进入人体过长而引发伤害，即控制前述的入体采样距离，具体距离范围遵循下述规范，侧翼入体部分的长度为5cm至6cm，采样刷头长度3cm至4cm，采样时入体部分的刷筒会完全进入阴道内，此时将采样刷头推出刷筒，侧翼到达刷头顶端的长度为8cm至10cm，这符合普通人的阴道长度数据，可以使刷头充分接触宫颈部位。

采样结束后，采样刷取出体外，在进行下一步样本处理前需要将采样刷头与刷杆分离。将采样刷整体竖直或接近竖直把持，前出口向下，捏紧侧翼上方的弹性舌部、持稳刷筒并将弹性舌部向刷筒内推动，另一手向上提拉推柄，带动刷杆、刷头向上提拉，当刷头经过弹性舌部位置时会被压入刷筒内的弹性舌部的头部卡落，掉落入准备好的细胞保存液或样本处理液中。该操作无需接触刷头部分，保证了刷头携带样本的完整性、避免污染。继续往上提拉刷杆，很小的距离，刷杆上的止动部会绊住刷筒内的限位凸起部，以防止刷杆向外抽出。

采样刷头为了配合刷杆下端的圆形塞柱，采用圆柱形刷毛分布。刷头顶端与刷杆塞柱的衔接处，设计一圈凸起。该凸起的作用时在采集了样本的刷头与刷体分离时，与刷筒形成的弹性舌部接触、摩擦，卡落。

此外，还包括一帽体(图未示)，扣合于刷筒1200并封闭前开口1204，从而将刷筒内部与外界隔绝。结构样式可参考注射器针帽。

上述实施例所描述的采样刷至少可以完成部分人体腔道样本的采集，比如宫颈脱落细胞、阴道分泌物、鼻腔分泌物、唾液等。

如图6所示，作为样本处理及转移装置的加样器2包括：瓶体2100，具有容置样本处理试剂的空腔及连通空腔与外界的瓶口；封设于瓶口的移液瓶盖2200，具有一顶部，顶部设置有定量移液泵2400，包括具有常态为闭合态的移液通道的泵芯，按压泵芯时，移液通道连通空腔与瓶体外部；连接并用以按压泵芯的按压单元。

其中，泵芯例如为高精度的定量25ul泵芯，可以实现按压式定量出液，且可以保证25ul的出液精度。

本实施例中，按压单元例如为推钮2300，结合图11至图17所示，推钮具有容纳全部或部分移液瓶盖的罩体，罩体的一端为开放端，另一端为半封闭端，半封闭端形成有一通道形接口，推钮通过该通道形接口的位于罩体内部的一端与泵芯扣合连接。如图17所示，即为通道形接口的位于罩体内部的一端的结构示意。

通道形接口位于罩体外部的一端具有一固定连接结构，推钮通过该固定连接结构连接移液针头2500。具体参考图16，通过与移液针头适配的内螺纹圆锥锁定接头连接移液针头。扣设于移液针头2500的保护帽2600，用以起到安全防护作用及隔离外界防止污染的作用。

中心嵌入了定量泵的移液瓶盖可以与瓶体拧合为密闭容器，支持内容物的混合、加热等样本处理操作。该定量泵中央是一个细长的液体通道，当不按压泵芯的时候内部处于密闭状态，隔绝瓶体内装的液体与外界连接，当按压泵芯时内部密闭腔体的体积变化造成压力变化、使得定量液体从泵芯中央的液体通道留出，该结构是实现定量分液、加样的基础。具体而言，接口形接口与泵芯适配，接口内壁套设泵芯外壁并形成配合，接口具有连通泵芯的通孔的作用，二者连接并形成配合后，此时竖直向下按压推钮、推钮的压力传递给泵芯、通过定量泵的作用可以将瓶内的液体定量泵出、通过泵芯从推钮的上口排出。借助这种结构，可以用加样器本身实现移液，将瓶体内的液体定量移至检测试剂的反应管中，无需通过实验室的移液器实现。

泵入和泵出都是基于空气动力学，挤压泵芯的时候，泵芯内部的挤压体空间被挤压，多余的空气被排出，其内部还是保持1个大气压，当手松开、空间瞬间被拉伸、释放，内部会出现一个瞬间的真空、负压，负压会瞬间吸入定量液体，再次挤压再把这部分液体打出去，再松手、再吸…循环。

而本实施例选用现有产品的定量泵芯，具体的泵芯的定量可以基于不同需求进行调整，在此不再赘述。

如图7至图10所示，移液瓶盖的顶部上方形成有至少一卡槽，推钮的罩体内部形成有对应该卡槽的至少一卡板，推钮的通道形接口与泵芯连接时，卡板插入卡槽构成联动结构。

移液瓶盖通过螺纹结构与瓶体连接封闭瓶口。瓶体结构如图18至图20所示。此外，罩体的外壁形成有防滑纹路，便于通过扭转推钮带动移液瓶盖转动，由此解除移液瓶盖与瓶体的瓶口的螺纹旋合结构。

瓶体的材质要求能够承受一定加热不产生形变、质变，例如为耐热聚合材料，例如PP材料。当然其他具有耐热性的稳定材料也可以根据需要选用，在此不再赘述。

上述实施例所描述的加样器的实际应用主要体现在两个场景中，分别为检测试剂生产厂家的预装试剂场景和检测试剂执行检验的场景。

在预装试剂的场景中，操作人员将加样器的推钮向上瓶体向下固定于操作台，将推钮逆时针旋转，推钮顶端内部卡位竖直卡在移液瓶盖上端卡槽内，使推钮主体与移液瓶盖联动，推钮旋转会带动移液瓶盖旋转，从而将连接在瓶体上的移液瓶盖打开，即以进行后续的试剂灌装。试剂灌装完成后，再顺时针将推钮连同移液瓶盖拧合在螺口瓶体上。

在检测场景中，检验人员首先进行样本处理，采用与上述灌装开盖的方式相同的操作打开瓶盖，将采集的样本加入瓶体内部空腔中的预装试剂中，按照上述闭盖方式闭盖。之后可以进行混匀，也可以放入与瓶体适配的金属浴、水浴等仪器中做加热处理。预处理结束后进行第二部样本处理液移液，直接将本加样器倒置，注射针朝下，按压推钮数次将前端空气排出，待能均匀出液后，对应于反应体系，逐次充分向下按压推钮，推钮向下按压时，因推钮内部的通道形接口与定量泵泵芯紧配合，压力传递给泵芯，将内装的样本处理液定量泵出，泵出的定量液体通过泵芯与推钮的连接通道排出。上述操作可以直接实现向检测体系中定量加样，参与到后续的检验反应中，无需再使用实验室移液器。

上述的检测反应场景，如果后续检测试剂的包材为丁基胶塞、硅胶等软性管盖，可以在推钮上的内螺纹圆锥锁定接头上安装移液针头，加样器可以利用针头的穿透性直接穿入检测试剂的包材内部，按压推钮完成定量加样。样品加入检测试剂中后，可以按常规操作完成检测反应。可以避免反复开闭盖的繁琐操作。

如图21所示，反应管3包括：管体3100，其内部形成有一反应腔，该反应腔通过管口与外界连通；外部形成有一平稳支撑平面；具体结合图22，管体包括与管口3103连接的双层结构，内层结构为底部封闭的锥形管3101，外部结构为底部开口的立管3102；前述反应腔形成于锥形管3101内部；锥形管3101底部与立管3102底部的底面齐平，二者的底面共同构成平稳支撑平面。

嵌设于前述管口的内盖3200，结合图23及图24，其包括塞体3202及盖帽3201；塞体3202上形成有至少一缺口3203，该缺口3203完全被管口内壁封闭时，反应腔与外界隔绝；该缺口部分被管口内壁封闭或未被管口内壁封闭时，反应腔通过该缺口与外界连通。缺口数量不限于附图描绘的一个，可以是单个、两个，或者更多；例如，在其他一些实施例中，可直接选自成品的二叉丁基胶塞、三叉丁基胶塞或四叉丁基胶塞等作为内盖，上述产品本身即具有相应数量的缺口。当然，也可以根据需要选用橡胶材料制作。缺口的形状也不限于贯穿至塞体下边的长槽，可以是开设在具有空腔的塞体的一个通孔。

还包括设置于内盖3200外部的外盖3300，如图25所示，其顶部形成有开口3301。

结合附图外盖旋合于管口3103的外部。在另外的实施例中，也可以采用扣合的方式连接，为了方便安装，可在外盖的侧壁上形成防滑纹路(图未示)。当内盖的塞体塞入管口，外盖在内盖外部包裹胶塞旋在管体的螺口上，一是胶塞本身是塞住的、运输过程中容易脱落、脱落密封状态，加上外旋盖可以紧固胶塞；

为了确保密封，塞体3202的外壁形成有密封结构。该密封结构为环形或螺旋形凸起。可根据需要将环形或螺旋形凸起设置为连续或间断结构。

以冻干型基因扩增试剂的生产和使用为例。配制好的液体扩增试剂先灌装到管体3100的反应腔中，将内盖3200的塞体部分压入管口中，参考图26，此时缺口未完全封闭(为方便理解，图26的剖视方向调整为可以看到缺口的方向，其他剖视图均看到不到缺口，但缺口仍然是存在的)，保持管体内外空气可流通。预装了试剂的反应管转移至冻干机中，启动冻干程序。冻干过程中，因试剂内管形锥管的底面可以直接接触冻干机的板层，因此可以有效进行热传递，未完全封闭结构也保证试剂的水份畅通地蒸发、被冻干机捕获。冻干结束后，在冻干机内利用板层下降将内盖的塞体全部压入管口，参考图27，此时，缺口完全被管口内壁封闭，保证冻干试剂与外部空气隔绝。之后将冻干管出箱，将外盖与管口的外壁通过螺纹结构旋紧。

当冻干试剂应用于基因扩增检测的时候，需要加入样本复溶冻干试剂、构建反应体系。可以使用注射针、进样针等类似结构的加样器，参考图28，注射针刺穿外盖顶部开口处的内盖中部，将定量样本注入冻干试剂中，拔走加样器，注射针形成的刺穿孔因为材质的特性会自行回缩密闭，随后该反应管可直接用于扩增反应。从而实现免开盖加样。

如上所述，采用外圆周立管、内锥形管的双层结构，可以实现无需管架承托的批量化灌装。相对传统可立管，改变外围圆周立管相对于内管锥底的相对尺寸，使内管锥底与外围立管的圆周底面齐平，即当管体站立在一个平面上时内管锥底可以接触底面。在冻干时试剂管底即可直接接触冻干板层，提高热交换效率。在冻干试剂的工艺中，管体灌装液体后，先将带缺口的塞体部分压入管体，保持缺口处内外部联通，冻干时便于水份蒸发排出。冻干结束后可以利用冻干机板层下降施压，批量将整层反应管的内盖塞体压紧，塞体隔绝了外部空气，反应管出箱后再将外盖旋紧或扣紧，对塞体密封起到加固的作用。在后续的基因扩增反应中，无需打开外盖和胶塞即可完成模板样本加入。可使用注射针、进样针等基于注射针头结构的进样器，针头从外盖顶部中空的位置穿透胶塞，将定量的模板样本注入反应管。将进样器拔出后，丁基胶塞因穿刺留下的针孔会自行闭合，仍然能保证扩增反应体系在一个密闭的空间中，不会造成气溶胶污染。

加样器及反应管均可通过标准化的基因检测试剂盒提供，预装的试剂的主要组分是样本处理液和基因扩增反应试剂。该样本处理液例如为支持热裂解法为基础的样本处理方式，包含了细胞碎片、杂蛋白吸附的组分，可以通过一步热裂解完成有效的核酸提取。也可以考虑选用一步法的样本处理方法，具体就是针对碎细胞，吸附杂质，使释放出的DNA得到纯化。

反应管中进行的基因扩增反应的原理为等温扩增，该技术原理可以支持单一温度一个步骤完成基因扩增，扩增反应试剂例如可包含荧光染料，以便使扩增结果目视可判。等温扩增的反应试剂应为冻干剂型，冻干型试剂可以在常温下保藏和运输，大大提高了试剂的运输、保藏便利性，而且核酸提取物即可作为试剂的复溶液，可以一步完成复溶、样本加样。因为反应体系一般是25ul、50ul甚至100ul，这降低了对移液器的分液精度要求。

冻干型试剂在目前市面上的检测试剂中并不是主流剂型，因此保质期短、且运输、储存都需要4度和-20℃。而进行冻干的话，可以简化运输和保藏条件，保质期也有保证。

加样器除了作为样本处理液的容器外，兼具微量定量分液、加样的功能。每次加样量可以选择25ul～100ul，单次出液不精确度在10％-15％范围内，对于25ul以上的等温扩增反应体系来说在允差范围内。

加样器除了前面描述的结构之外，还可以采用例如下文描述的结构，具体而言：

加样器的主体结构为瓶体、瓶盖、独立注射针。瓶体采用硬质稍有弹性的材质，瓶体下端设计为可与注射针连接的圆锥锁定接头，瓶盖与锁定接头适配的密封盖。试剂盒出厂时加样器瓶体、瓶盖形成密闭容器，内装样本处理液。到基因检测环节，检测人员只需将试剂盒配备的注射针将瓶盖置换掉，即可完成样本处理液加样器的准备工作

在加样时，操作者挤压硬质弹性瓶体，可将液体排出。由于瓶体外部圆锥锁定接头的内径的限制，使得每次出液的液滴体积是一致的，瓶体硬质的特点使得难易连续挤压，从而避免连续出液使单次出液量偏多的问题。可以根据出液量需求设计圆锥锁定接头的内径，以保证出液体积的精确度。

若为同一样本的多靶标检测，还提供一种反应管托架，该托架为硬质，形成与反应管尺寸匹配的多孔，可以将多个反应管固定其上，在进行后续转移、上机操作时可以一次转移、上机。

如图29至图34所示，便携式恒温核酸扩增仪，包括：

本体4100及通过枢接结构与本体4100连接，用以覆盖本体4100的上表面的盖体4200；

其中，本体4100包括样本处理部、扩增反应部及结果观察部；

样本处理部包括形成于本体4100上表面的处理池4101，位于本体4100内部的处理控温单元；

扩增反应部包括形成于本体4100上表面的反应池4104，位于本体4100内部的反应控温单元；

结果观察部包括设置于本体4100内部位于反应池4101下方的作为光源的紫外光源4111，设置于本体4100侧表面对应反应池4104的观察窗4108；

盖体包括热盖4202，盖体4200覆盖本体4100上表面时热盖4202覆盖反应池4104。

其中，扩增的过程是加热控温的过程，反应体系的液体会有蒸发，蒸发会造成体系内成分浓度的变化，热盖能够防止蒸发，并同时在反应池上部进行加热。

处理控温单元包括处理金属加热块4109，处理池4101为开设于处理金属加热块4109的容置腔，以及附设于金属加热块4109的散热风扇(图未示)。

反应控温单元包括反应金属加热块(图未示)，同理，反应池4104为开设于反应金属加热块的容置架体结构。

容置腔用以容纳盛装样本处理液的容器；容置架体结构用以支撑盛装样本处理液及扩增试剂的容器。

此外，扩增仪还包括控制单元，电源/电源接口、处理传感单元、反应传感单元及指示灯组。

控制单元用以控制电源驱动处理金属加热块、反应金属加热块加热，驱动散热风扇，驱动指示灯组；还用以接收处理传感单元及反应传感单元发出的传感信号。

其中，处理传感单元例如为设置于处理池中的红外传感器4110。

反应传感单元例如为设置于盖体覆盖本体的面的霍尔感应传感器。霍尔感应传感器与盖体关联，盖体覆盖本体时触发霍尔感应传感器。

光源例如为确定波长的紫外光源，光源的波长对应样本处理试剂中的染色剂类型。

反应池与观察窗口之间设有一滤光片。

除此之外，扩增仪还包括锁定结构，包括设置于盖体的第一锁定件4203，设置于本体的第二锁定件，用以解除第一锁定件与第二锁定件形成的锁定扣合的解锁开关4105。

扩增仪还包括形成于本体上表面的处理液容器放置槽4106。

具体而言，样本处理部可以预设处理温度例如至100℃，恒温扩增反应部的温度可预设为例如为65℃±5℃范围内的某一确定温度。热盖亦维持一个恒定的温度。3个温控模块的温度和时间条件根据相应样本适用的试剂盒的最佳反应条件预先设定。在用户进行扩增仪操作时无需进行程序参数的设定。

恒温扩增的核心反应条件是维持确定的恒温，无需快速升降温改变温控参数，整机功率需求低。本实施例提供的扩增仪的内部开关电源等元器件均根据所需检测功能选择适宜其整机功率的型号，且内部结构采用紧凑型设计，使得产品外观小巧、便携。

样本处理模块的结构中的触发式启动开关(型号例如为：红外发射管型号：IR204-A,接收管PT204-6B)，当用户将样本处理液插入样本池中时，则会触发启动开关、自动开始运行加载于控制单元中的既定样本处理程序。

恒温扩增反应模块的结构中的霍尔感应传感器，即磁传感器(型号例如为：UHE4913G-AE3-R或OH34N。)，当用户将扩增反应池插入反应池中、关闭热盖时，触发磁传感器、扩增程序自动运行。磁铁安装在上盖(紧贴下表面)，磁传感器安装在下壳体(紧贴上表面)，当上盖合上后，磁传感器感应到上盖的磁铁，触发计时、控温。

内部结构中导热金属块的下方设置了尺寸适配的确定波长的光源，扩增反应模块的导热金属块的下端开狭缝，使得下方的激发光可以从底部透射反应池。

例如，试剂中的荧光染色剂对应的波长为365nm，即采用365nm的紫外光源，当荧光染色剂有所变化时，光源波长可做适应性调整。相应在外壳的正前方，即反应池的前方(与底部激发光方向呈90°)设置观察窗，该观察窗的开孔位置使反应池中反应液充分暴露，且观察窗采用滤波片，使阳性扩增的反应体系在365nm紫外(底部激发)的激发下显黄绿色荧光，阴性反应也会有弱黄绿色荧光。

为了使目视阴阳性的色差更明显，在一些优选的实施例中，还可以在反应视窗前加一层滤色片，将黄绿色之外的其他干扰波段过滤掉，使黄绿色更加清晰。使得反应结果阴阳性颜色的辨识度更高。相应的扩增反应模块的导热金属块正前方要相应开孔，使得检测人从扩增仪外部前方可以直接看到反应池中的反应结果。

其具体工作过程：

打开控制电源的开关向各组成模块供电后，控制单元先实施整机自检，自检通过后，控制单元会使样本处理模块的加热膜开始加热，同时控制样本池旁边的指示灯亮红灯(表示加热进行中)，当加热到目标温度的时候，贴在样本处理模块上的温度传感器会实时反馈实测温度给控制单元，控制单元判断其到达控制温度上限后，会停止加热，其后模块温度会缓慢下降，当传感器反馈其温度到达控制温度下限时，控制单元会通知模块再加热…..如此通过动态控制，使样本处理模块维持在一个恒定的温度(上下围绕一条基线波动)。

当到达目标温度稳定一小段时间(例如1-2min)后，控制单元会控制指示灯变为绿色闪烁状态，通知操作人可以将盛装样本处理液的加样器插入样本池。

当加样器插入样本池后，会触发红外开关，控制单元会自动执行计时、控温(样本处理程序)，样本处理结束后，同时开始两个程序：1)风扇自动开启、降温；2)反应池及热盖开始预热，同上，预热过程反应池的指示灯呈红色。

当样本池的温度降到设定温度(安全温度)时，风扇停止工作，指示灯绿灯闪烁，提示可以取出加样器。当加样器取出后，指示灯自动熄灭，停止提示。

此时，用户手动操作移液，将经过处理的样本处理液移送至扩增反应管，移液完成后，即反应池准备完毕。

此时，反应池预热到达目标温度后，反应池模块的温度传感器将实测温度反馈给控制单元，使其停止加热，动态启停以使其维持在目标温度(过程同样本处理的控温过程)。在目标温度稳定1-2Min后，指示灯会绿灯闪烁，提示操作者将扩增反应容器加入反应池。

当加入反应池后，随即关闭上盖。当上盖闭合后，会触发霍尔开关，启动计时、控温(反应程序)，同时指示灯变为红色，表示正在加热.当反应程序完成后，主动板自动停止反应模块加热，同时命令开启紫外灯，同时紫外灯旁的指示灯闪烁，提示可以观察结果。观察完毕后，关闭电源开关。

上述实施例所描述的扩增仪外观小巧、便携，且操作简便，无需复杂的程序设定，一键开机即可顺序完成操作，结果直观呈现。该扩增仪根据检测靶标预先设定了确定的反应程序和反应条件，

综上，结合上述实施例所描述的整套检测系统的各个组分部分，具体实现自采样的操作流程如下：

1)诊断试剂生产厂家提供如上一整套包含采样器、基因检测试剂盒、扩增仪在内的检测套装。

2)用户使用自采样器完成自采样；

3)将试剂盒中预装了样本处理液的加样器外盖打开，将采样刷的刷头掉落入样本处理液中，关闭外盖；

4)将样本处理液加样器置于扩增仪上，一键开机，自动开始样本处理加热；

5)样本处理结束后，加样器前端的注射针刺穿预装检测试剂的反应管，将定量的液体注入检测试剂中；

6)将反应管插入扩增仪的反应区的样品池，扩增仪自动检测到样品加入开始计时控温反应；

7)反应结束后，仪器底部的光源自动开启，反应结果可以通过仪器前部的观察窗观察，阴阳性可以直接根据颜色判定。

显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种可实现自主检测的基因检测系统，其特征在于，包括：

一自采样装置，用以供受试者自行提取基因检测样本；

一样本处理及转移装置，具有一转移单元及对基因检测样本进行样本处理的一容纳腔；所述容纳腔形成于一瓶体，用以容纳携带基因检测样本的采样刷头及样本反应试剂；所述转移单元封设于所述瓶体的瓶口，具有一顶部，所述顶部设置有一定量移液泵，包括具有常态为闭合态的一移液通道的泵芯，按压所述泵芯时，所述移液通道连通容纳腔与瓶体外部；连接并用以按压所述泵芯的一按压单元；安装于所述泵芯的一移液针头；

一反应装置，具有进行基因扩增反应的反应腔，所述反应腔形成于一管体，其通过一管口与外界连通，所述反应腔中预装有基因扩增反应试剂，所述基因扩增反应试剂为冻干试剂；嵌设于前述管口的一内盖，包括一弹性塞体及一盖帽；所述弹性塞体上形成有至少一缺口，该缺口完全被管口内壁封闭时，反应腔与外界隔绝，该缺口部分未被管口内壁封闭时，反应腔通过该缺口与外界连通；通过所述移液针头穿刺通过所述弹性塞体可连通反应腔及容纳腔，使前述转移单元作为封闭通道将样本处理后的基因检测样本转移至该反应腔；

一便携式基因扩增仪，用以提供样本处理及基因扩增反应的反应条件并输出一可识别反应结果信息；

所述便携式恒温核酸扩增仪，包括：

一本体及通过枢接结构与本体连接，用以覆盖本体的上表面的一盖体；

所述本体包括一样本处理部、一扩增反应部及结果观察部；

所述样本处理部包括形成于本体上表面的一处理池，位于本体内部的一处理控温单元；

所述扩增反应部包括形成于本体上表面的一反应池，位于本体内部的一反应控温单元；

所述结果观察部包括设置于本体内部位于反应池下方的一光源，设置于本体侧表面对应反应池的观察窗；

所述盖体包括一热盖，盖体覆盖本体上表面时所述热盖覆盖所述反应池。

2.如权利要求1所述的可实现自主检测的基因检测系统，其特征在于，所述自采样装置为带有可脱落的采样刷头的采样刷，所述采样刷头用以携带基因检测样本。

3.如权利要求1所述的可实现自主检测的基因检测系统，其特征在于，所述转移单元包括封设于所述瓶口的一移液瓶盖，顶部形成于该移液瓶盖，

所述按压单元具有容纳全部或部分移液瓶盖的一罩体，罩体的一端为开放端，另一端为半封闭端，半封闭端形成有一通道形接口，按压单元通过该通道形接口的位于罩体内部的一端与泵芯扣合连接。

4.如权利要求3所述的可实现自主检测的基因检测系统，其特征在于，所述移液瓶盖的顶部上方形成有至少一卡槽，所述罩体内部形成有对应该卡槽的至少一卡板，按压单元与泵芯连接时，所述卡板插入卡槽构成联动结构。

5.一种通过权利要求1至4任一项所述可实现自主检测的基因检测系统实现的检测方法，包括以下步骤：

通过自采样装置提取基因检测样本；

通过样本处理及转移装置将基因检测样本放置于便携式基因扩增仪进行样本处理，得到样本处理液；

将样本处理液通过样本处理及转移装置封闭转移至反应装置后，将反应装置放置于便携式基因扩增仪进行扩增反应，得到可识别反应结果信息。

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