CN108048315B - 一种基于全自动加样的荧光定量pcr仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于全自动加样的荧光定量PCR仪，包括荧光检测装置、全自动样本处理装置和恒温室装置，全自动样本处理装置和恒温室装置之间设有可从XYZ三轴方向运动的样本运动导轨装置，荧光检测装置设于恒温室装置外部，全自动样本处理装置包括依次连接的进样区、加样清洗部和反应区。由于采用可从XYZ三轴方向运动的样本运动导轨装置连接全自动样本处理装置和恒温室装置，能够实现全自动进行PCR反应的样本前处理，可避免人为操作，从而减少误差，提高准确性并缩短样本扩增检测时间；其中全自动样本处理装置可实现样本自动化进样、加样和加样清洗，避免较差污染，进一步提高样品检测的准确性。

Description

一种基于全自动加样的荧光定量PCR仪

技术领域

本发明涉及生物医学检验领域，具体涉及一种基于全自动加样的荧光定量PCR仪，能够实现加样、压盖密封和切换恒温室扩增检测全自动一体化。

背景技术

聚合酶链式反应简称PCR，已经成为核酸检测的常规技术。其原理是模拟DNA复制过程，即核酸样本在高温90-95℃下变性裂解双链，在相对低温55-64℃下退火、延伸并重新生成两条双链DNA分子，

荧光定量PCR仪是一种为体外模拟DNA复制提供稳定可靠的温度环境的实验仪器，其通过荧光染料或探针对PCR产物进行实时标记跟踪，实现样本核酸的快速扩增和标记检测，从而通过标准曲线法等计算得到原始模板的浓度。具体而言，核酸样本经过裂解、退火、延伸，重新生成两条双链DNA分子时，用外部光源激发荧光染料产生荧光并检测当前循环的荧光信号量。样本在高温环境和低温环境之间进行切换即为PCR的单次循环，经过40个循环左右就可得到了上百万次扩增产物，荧光信号量的变化就直接反映了核酸物质的变化，再通过绘制标准曲线和计算即可得到原始模板浓度，达到相对定量效果。

现有的荧光定量PCR仪所进行的样本前处理都需要手工提纯核酸和加样，人为操作容易引进误差和造成交叉污染，极大程度上影响检测结果，且人为操作耗时较长。对于免提取的检测试剂，也需要手工加样和放入检测室，手工加样精度较低，同样容易出现人为误差。对于样本较大的实验，对人工操作的技术要求较高，只要出现微小误差都会在一定程度上影响最后检测结果的精准性。因此，现有的荧光定量人工加样的PCR仪还有待改进。

针对上述问题，申请号为20171060217的专利文献公开了一种PCR反应体系配制及进样装置，具体包括一个固定组分提供部以及多个可变组分提供器、混合室和进样管，固定组分提供部的出口与每个混合室均连通，每个可变组分提供器的出口与其对应的混合室的入口连通，每个混合室的出口均与一个进样管连接，混合室的出口处设置有出口阀。通过使用该PCR反应体系配制及进样装置，使用者可不再承受配制PDR的繁重工作，通过控制系统指示加入设定量的相应组分，即可实现全自动完成PCR体系配制，配制得到的PCR反应体系通过进样管被直接泵入管式控温装置中，即可完成PCR反应，无需认为参与。该装置虽然能够解决上述人为操作的误差和交叉污染的问题，也可加快加样效率，但是具有造价较高，设备结构较复杂和不便于设备维修的缺点。

发明内容

为解决上述问题，本申请提供一种基于全自动加样的荧光定量PCR仪，该基于全自动加样的荧光定量PCR仪能够实现全自动进行PCR反应的样本前处理，避免人为操作，减少误差，提高准确性。

本发明一实施例中提供一种基于全自动加样的荧光定量PCR仪，包括荧光检测装置、全自动样本处理装置和恒温室装置，全自动样本处理装置和恒温室装置之间设有可从XYZ三轴方向运动的样本运动导轨装置，荧光检测装置设于恒温室装置外部，全自动样本处理装置包括依次连接的进样区、加样清洗部和反应区。

进一步地，反应区包括试管架和用于压紧试管盖的压盖装置。

进一步地，压盖装置包括滚轮、滚轮卡槽、滚轮轴承和丝杆，滚轮轴承设于丝杆外，丝杆的一端通过滚轮卡槽与滚轮连接，另一端分别与第一Y轴电机和第一Z轴电机连接。

进一步地，加样清洗部包括用于取样和加样的加样针，以及用于清洗加样针的清洗池，加样针分别与第二Y轴电机和第二Z轴电机连接使得加样针在Y和Z轴方向往复运动。

进一步地，还包括Y轴复位光耦和Z轴复位光耦，第二Y轴电机与Y轴复位光耦对应设置，第二Z轴电机与Z轴复位光耦对应设置。

进一步地，进样区包括用于放置样本的样本区和用于放置试剂的试剂区，样本区和试剂区均与第三Y轴电机连接。

进一步地，恒温室装置设有至少两个恒温室，包括至少一个高温室和一个低温室，每两个恒温室之间以及其中最靠近入口的一恒温室的入口处均设有用于隔离保温的阀门，每个阀门均与电机连接。

进一步地，每个恒温室均设有用于加热样品的加热膜。

进一步地，样本运动导轨装置包括在X轴方向设置的同步带、Y轴导轨和Z轴导轨。

进一步地，同步带设有磁铁块，同步带通过X轴电机的驱动，在磁动力作用下往复运动。

依据上述实施例的基于全自动加样的荧光定量PCR仪，由于采用可从XYZ三轴方向运动的样本运动导轨装置连接全自动样本处理装置和恒温室装置，能够实现全自动进行PCR反应的样本前处理，可避免人为操作，从而减少误差，提高准确性并缩短样本扩增检测时间；其中全自动样本处理装置包括依次连接的进样区、加样清洗部和反应区，可实现样本自动化进样、加样和加样清洗，避免较差污染，进一步提高样品检测的准确性。

附图说明

图1为本发明一种实施例的立体结构示意图；

图2为图1的俯视示意图；

图3为图1中压盖装置的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明一实施例中提供一种基于全自动加样的荧光定量PCR仪，包括荧光检测装置4、全自动样本处理装置、恒温室装置和样本运动导轨装置。全自动样本处理装置和恒温室装置之间通过可从XYZ三轴方向运动的样本运动导轨装置连接，荧光检测装置4设于恒温室装置外部。

样本运动导轨装置包括在X轴方向设置的同步带11、第一Y轴导轨12、第二Y轴导轨13和Z轴导轨14。第一Y轴导轨12、第二Y轴导轨13和Z轴导轨14可通过设置配合的滑块结构或同步链条或同步带进行传输。同步带11设有磁铁块，同步带11通过X轴电机35的驱动，在磁动力作用下往复运动。

其中，全自动样本处理装置包括依次连接的进样区、加样清洗部和反应区。进样区包括用于放置样本的样本区21和用于放置试剂的试剂区22，样本区21和试剂区22安装在第一Y轴导轨12上，样本区21和试剂区22均与第三Y轴电机23连接，通过第三Y轴电机23在Y轴方向前后运动，从而自动运输试剂和样本，避免人为取放试剂和样本容易出现放置错误的问题。试剂区22和样本区21均为常规试管架，并且试剂区22和样本区21为一体成型，单排排列。在本实施例中，试剂区22和样本区21结构均为底部设置支撑板，侧部三面设置挡板，样本和试剂可从侧部开口的一面进入，也可以从顶部开口处进入。在其他实施例中，试剂区22和样本区21也可以独立成型，其结构也可以采用其他常规的试管架结构，排列方式可以两排并列排列，或设置两排以上并列排列。

加样清洗部包括用于取样和加样的加样针25，以及用于清洗加样针25的清洗池24。加样针25分别与第二Y轴电机26和第二Z轴电机27连接使得加样针25沿着第二Y轴导轨13和Z轴导轨14在Y、Z轴方向上往复运动，从而可以到达进样区对试剂和样本进行取液，再移动到反应区精确加样，从而实现自动加样，避免人为操作引起的误差，提高加样的精确度和加快加样效率。还可以连接X轴方向的电机以控制加样针25在X轴方向上运动。加样针25对前一PCR管进行加样后，其针头残留少量液体，若不进行清洗必然会污染下一PCR试管，因此在对下一PCR试管进行加样前需要进行清洗步骤。清洗池24内分别装有强酸和清水，清洗池24可设有喷淋装置。加样针25通过针头吸取清洗池24内装有的强酸后再放液的方式进行强酸清洗，强酸可以是硫酸、盐酸、硝酸等。然后再进行清水冲洗，对加样针25清水冲洗是利用加样针25内壁灌注和外壁喷洒水完成的。采用强酸和水进行分步清洗，可以清洗掉针头上残留的液体，解决了PCR试管之间反应液交叉污染的问题。该方式相对比现有的一次性加样装置，结构简化，便于操作，未消耗一次性吸头，从而进一步节约成本，

反应区包括试管架29和用于压紧PCE试管的试管盖的压盖装置28。试管架29上的PCR试管卡位为单排排列，通常设置8-12个卡位。试管架29采用常规的试管架。压盖装置28与样本运动导轨装置连接。请见图3，在本实施例中，压盖装置28包括滚轮281、滚轮卡槽282、滚轮轴承283和丝杆284，滚轮轴承283设于丝杆284外，丝杆284的一端通过滚轮卡槽282与滚轮281连接，另一端分别与第一Y轴电机和第一Z轴电机286（见图1）连接。滚轮281在第一Y轴电机和第一Z轴电机286的带动下可以在Y轴和Z轴方向运动，滚轮281与加样针25共用第二Y轴导轨13和Z轴导轨14，该结构简单，使用便捷，占用空间小。压盖具体过程为：PCR试管的试管盖与本体是一体成型的，打开时试管盖时滚轮281位于试管盖后方并与PCR试管成一个钝角，滚轮281向前移动一段距离后将试管盖提起，然后下行逐步盖上试管盖，最后滚轮281在试管盖上前后滑动以压紧试管盖，确保PCR试管的密闭性，实现PCR试管的自动压盖密封。相对于现有技术而言，该压盖装置28实现自动压盖，免去人为操作可能会造成的反应液交叉污染的问题，同时也提高了盖合PCR试管的效率，从而加快整个PCR检测的效率，节约时间成本。

在本实施例中，为了对加样针25当前位置进行复位归零和防止加样针25上升撞倒导轨，设置了Y轴复位光耦261和Z轴复位光耦，第二Y轴电机26与Y轴复位光耦261对应设置，第二Z轴电机27与Z轴复位光耦对应设置。

恒温室装置设有至少两个恒温室，包括至少一个高温室和一个低温室。在本实施例中，设有一高温室31和低温室32。每两个恒温室之间以及其中最靠近入口的一恒温室的入口处均设有用于隔离保温的阀门33，每个阀门33均与电机连接。阀门33为隔热电木材料，使得两个恒温室独立分开，实现隔热。本实施例中两个恒温室均为槽型铝块，底部各设有加热膜加热控制，两个加热槽位于同一个导轨上，中间为隔空槽。导轨外侧的电机控制阀门33沿着Y轴方向的丝杆284进入隔空槽。阀门33关闭时，阀门33正好卡在两个恒温槽中间，阀门33打开时，试管架可以通过悬挂在两个恒温槽上方设有的隔板在导轨上切换于两个恒温室。本实施例由于采用一导轨上通过X轴电机35驱动同步带从而带动PCE试管切换恒温室的方式自动温育，可分别设定不同恒温室的温育时间，可操作性强，应用面广。

荧光检测装置4，包括激发光源单色激光器，激发波长根据荧光检测项目的激发波长进行设置，还包括二向色镜，透镜、滤光片和信号检测处理电路板，荧光检测装置4采用光电池元件，检测波长波峰在565nm-630nm，优选为585nm。荧光检测装置4与低温室32连接。低温室32右下角开有圆形通孔，激光器发出的光源经二向色镜反射后通过透镜聚焦于低温室32圆孔处，PCR试管在离开低温室32时依次通过圆孔处光源，底部PCR反应产物被激发产生的荧光透过透镜和二向色镜聚焦于光电池元件被检测。

下面说明本实施例的工作过程。

将装有样本的试管打开盖子放置在样本区21，将装有试剂的试管打开盖子后放置于试剂区22，第二Y轴电机26驱动样本区21和试剂区22沿着第一Y轴导轨12运动往反应区的方向运动。加样针25由第二Y轴电机26和第二Z轴电机27驱动从而运动至样本区21或试剂区22，并伸入试管中吸取定量的溶液；加样针25吸取溶液后，第二Y轴电机26和第二Z轴电机27驱动加样针25使其运动至反应区，往打开盖子的PCR试管中释放溶液；接着驱动加样针25至清洗区，对针头依次进行强酸清洗和清水冲洗；清洗完成后加样针25返回试剂区22或样本区21进行吸液，再运动至反应区，往同一PCR试管中释放溶液，此时两种溶液混合形成反应液，最后加样针25返回至清洗区进行强酸清洗和清水冲洗，完成一PCR试管的加样操作。强酸清洗可以保证加样针25上残余前一个核酸样本或试剂被彻底破坏并清洗干净，不会造成交叉污染。对其他PCR试管进行上述加样操作，直至全部PCR试管加样完成。完成加样后，以其中一PCR试管为例说明自动压盖过程：第一Y轴电机和第一Z轴电机286驱动滚轮281向前移动一段距离后将PCR试管的试管盖提起，然后下行逐步盖上试管盖，最后滚轮281在试管盖上前后滑动以压紧试管盖，确保PCR试管的密闭性。所有PCR管完成压盖后X轴电机35驱动同步带11带动装有若干PCR试管的试管架移动至恒温室进行温育。首先，X轴电机35驱动试管架29往恒温室的方向移动。恒温室的高温室31和低温室32为并排排列，高温室31和低温室32之间设有一阀门33，靠近反应区方向的为高温室31，高温室31的入口处设有一阀门33。阀门33闭合保证了高温室31和低温室32的独立和隔热。当试管架运动至高温室31入口的阀门33前，电机驱动阀门33打开，试管架通过阀门33后进入高温室31，电机驱动阀门33关闭。进入高温室31后，PCR试管内的反应液进行升温至预定的温度。当经过预定的时间后，X轴电机35驱动同步带11带动试管架往低温室32方向移动，电机驱动高温室31与低温室32之间的阀门33打开，试管架通过阀门33进入低温室32，电机驱动阀门33关闭。PCR试管在低温室32内温育预定的时间后，打开阀门33，若干PCR管依次离开低温室32，并且通过低温室32侧部设有的光学检测装置时产生荧光并被检测记录在当前循环中。试管架连同PCR试管进入高温室31进行温育，如此进行35-40次循环，即可得到每个PCR管35-40次循环的荧光信号值，再通过计算机绘制荧光信号图和标准曲线图，通过标准曲线法的对比即可得到该待测样本的原始浓度，达到相对定量的效果。

本发明实现了取样、加样、混合、清洗、压盖密封试管和恒温室切换温育的全自动化，并实现多通道样本的实时荧光检测，全程无需人工操作，极大减少人为误差和交叉污染的概率，并缩短了整个检测项目的时间周期，提高了效率。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (7)

1.一种基于全自动加样的荧光定量PCR仪，包括荧光检测装置，其特征在于，还包括全自动样本处理装置和恒温室装置，所述全自动样本处理装置和恒温室装置之间设有可从XYZ三轴方向运动的样本运动导轨装置，所述荧光检测装置设于恒温室装置外部，所述全自动样本处理装置包括依次连接的进样区、加样清洗部和反应区；所述反应区包括试管架和用于压紧试管盖的压盖装置，所述压盖装置包括滚轮、滚轮卡槽、滚轮轴承和丝杆，所述滚轮轴承设于所述丝杆外，所述丝杆的一端通过滚轮卡槽与滚轮连接，另一端分别与第一Y轴电机和第一Z轴电机连接；所述加样清洗部包括用于取样和加样的加样针，以及用于清洗所述加样针的清洗池，所述加样针分别与第二Y轴电机和第二Z轴电机连接使得加样针在Y和Z轴方向上往复运动。

2.根据权利要求1所述的基于全自动加样的荧光定量PCR仪，其特征在于，还包括Y轴复位光耦和Z轴复位光耦，所述第二Y轴电机与Y轴复位光耦对应设置，所述第二Z轴电机与Z轴复位光耦对应设置。

3.根据权利要求1所述的基于全自动加样的荧光定量PCR仪，其特征在于，所述进样区包括用于放置样本的样本区和用于放置试剂的试剂区，所述样本区和试剂区均与第三Y轴电机连接。

4.根据权利要求1所述的基于全自动加样的荧光定量PCR仪，其特征在于，所述恒温室装置设有至少两个恒温室，包括至少一个高温室和一个低温室，每两个恒温室之间设有用于隔离保温的阀门，所述阀门与电机连接。

5.根据权利要求4所述的基于全自动加样的荧光定量PCR仪，其特征在于，每个所述恒温室均设有用于加热样品的加热膜。

6.根据权利要求1所述的基于全自动加样的荧光定量PCR仪，其特征在于，所述样本运动导轨装置包括在X轴方向设置的同步带、Y轴导轨和Z轴导轨。

7.根据权利要求6所述的基于全自动加样的荧光定量PCR仪，其特征在于，所述同步带设有磁铁块，所述同步带通过X轴电机的驱动，在磁动力作用下往复运动。

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