CN108196076A - 一种试剂盒及其试剂提取机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种试剂盒及其试剂提取机构，用于二代测序中边合成边测序的测序领域。所述试剂盒在为同心圆的两个圆周上均布用于盛放反应试剂和洗液的试剂孔，反应试剂和洗液相间排列，并在外圆周上设限位孔，结构十分紧凑；与其配套使用的试剂提取机构结构合理，用两根可旋转试剂针即可提取六种试剂，减少了整个液路中所需泵阀元件，降低了系统复杂度和成本，简单快速地完成测序所需试剂的自动有序提取和清洗。

Description

一种试剂盒及其试剂提取机构
技术领域
本发明涉及一种用于盛放试剂的试剂盒及其试剂提取机构，属于生物医学检测领域，所述试剂盒及其试剂提取机构尤其适用于二代测序中边合成边测序的测序领域。
背景技术
边合成边测序(sequencing-by-synthesis)的测序手段，通量高、精度高、成本低，已广泛应用于无创产前基因筛查等领域。传统的方法是在测序反应过程中会用不同颜色的荧光标记四种不同的dNTP，当DNA聚合酶合成互补链时，每添加一种dNTP就会释放出不同的荧光，根据捕捉的荧光信号并经过特定的计算机软件算法处理，从而获得待测DNA的序列信息。在测序过程中涉及多种试剂的吸取，提取装置的清洗，并防止试样污染，需要提供一种结构紧凑、易于操控的试剂排布和提取装置，以高效安全地完成测序。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种用于盛放边合成边测序用试剂的试剂盒，第二目的在于提供一种与该试剂盒配套使用的试剂提取机构，简单快速地完成测序所需试剂的自动有序提取和清洗，并有效防止试样污染。
本发明的技术方案如下：
一种生物化学试剂的提取机构，其特征在于，包括第一运动模块，第二运动模块，转盘模块，试剂盒模块，其中，所述第一运动模块带动第二运动模块以及转盘模块上下运动；所述第二运动模块与转盘模块固定在一起，并且为转盘模块的转动提供动力；
所述转盘模块的转盘上固定有试剂针；
所述试剂盒模块在试剂盒的盒体上设有槽孔；
所述槽孔沿着N个同心圆的圆周排布，N为大于等于2的整数。
根据优选的实施方案，所述第一运动模块为丝杠导轨模块，包括丝杆、导轨、丝杆滑块、丝杆与滑块的固定支座，丝杠滑块与第二运动模块以及转盘模块通过滑块连接板连接，进而实现第一运动模块带动第二运动模块以及转盘模块上下运动。
根据优选的实施方案，所述第二运动模块为滚珠花键模块，包括花键轴、花键轴支座、花键滑块，花键滑块上固定有主动带轮，转盘上固定有从动带轮，主动带轮和从动带轮之间通过皮带连接传动，进而实现第二运动模块带动转盘转动。
根据优选的实施方案，所述试剂针有N个，试剂针对应于槽孔所在的N个同心圆的圆周，每个圆周上有一根试剂针。
根据优选的实施方案，所述槽孔为试剂孔，不同圆周上最邻近的两个反应试剂孔为一组，其试剂孔中心的连线不通过圆周圆心。
根据优选的实施方案，试剂盒模块在盒体上设有沿N个同心圆的圆周均匀排布的槽孔，内圆周上n个槽孔，交替放置n组“试剂”，外圆周上共n个槽孔，交替放置n组“试剂”，每个槽孔到同心圆的圆心角相等，n为大于等于3的整数。
根据优选的实施方案，所述试剂盒的盒体上设有沿两个同心圆的圆周均匀排布的槽孔，其中：内圆的圆周上是六个用于盛放试剂或试剂瓶的试剂孔，相邻试剂孔之间的圆心角为60°；外圆的圆周上是六个试剂孔和六个防撞孔，试剂孔和防撞孔相间排列，相邻的试剂孔和防撞孔之间的圆心角为30°；外圆圆周上的六个防撞孔和内圆圆周上的六个试剂孔一一对齐，位于将圆六等分的六条半径上。
根据优选的实施方案，不同圆周上最邻近的两个反应试剂孔为一组，其试剂孔中心的连线不通过圆周圆心，同样的，不同圆周上最邻近的两个洗液试剂孔为一组，其试剂孔中心的连线也不通过圆周圆心，每组试剂孔中心连线与下一组试剂孔中心连线的夹角为60°。
根据优选的实施方案，包括一个丝杆导轨模块和一个滚珠花键模块，所述滚珠花键模块设有转盘，该转盘在随丝杆导轨模块的丝杆滑块上下运动的同时进行同步转动；滚珠花键模块的转盘上设有两根试剂针，分别对应于试剂盒内、外圆周上的试剂孔；转盘上还对称地设有两个防撞柱，对应于试剂盒外圆周上的防撞孔；转盘上的防撞柱比试剂针稍长。
根据优选的是实施方案，所述槽孔包括试剂孔和防撞孔，转盘上设置防撞柱，用于防止试剂针撞到试剂盒。
根据优选的实施方案，所述转盘模块上的试剂针对应于圆周上的槽孔，取样的时候，可以同时在N个同心圆的圆周排布的槽孔中取样。
本发明公开的试剂盒在两个圆周方向均布了反应中所需的各种试剂及洗液，其结构十分紧凑，与其配套使用的试剂提取机构结构合理，可减少整个液路中所需泵阀元件，降低系统复杂度和成本。
传统的提取机构或采用三个电机分别实现试剂针XYZ三个方向的线性运动，结构复杂且尺寸较大；或采用简单的运动机构配合复杂的液路系统，通过泵阀切换控制实现多种试剂的提取。本专利提出一种Z方向运动和圆周运动相结合的提取机构，不仅节省提取机构和试剂盒的空间尺寸，并且使用较少的泵阀元件而使液路系统更加简单。本发明所述提取机构结构简单且模块化，适合用于在有限空间下多种试剂提取的使用要求；电机可与运动部件相对独立，尤其适合运动部件位于冷藏箱内，而发热的电机却位于冷藏箱外的使用要求。
除特殊说明以外，本专利中提到的所有名词均为本领域的常规含义。
本专利中，限位孔和防撞孔为同一概念，限位柱和防撞柱为同一概念。
本专利的试剂提取机构具有以下优点：
(1)由于试剂瓶占据一定的空间体积，试剂瓶排列紧密可以减少试剂盒的总体积。
(2)圆周运动比X,Y方式的运动更加减少了运动部件，降低了系统的复杂程度。
(3)圆周运动比一维直线运动更方便，并且不需要使用长条形的试剂盒。
(4)电机可与运动部件相对独立，尤其适合运动部件位于冷藏箱内，而发热的电机却位
于冷藏箱外的使用要求。
附图说明
图1.本发明实施例所述试剂盒及试剂提取机构示意图；
图2.本发明实施例所述试剂盒中试剂排布说明示意图；
图3.本发明实施例所述试剂盒中荧光标记试剂及洗液的分组排布特点说明图；
图4.本发明实施例所述试剂提取机构的结构示意图；
图5.本发明实施例所述试剂提取机构的转盘及从动带轮被空心轴连接的示意图；
其中：100-试剂盒，200-试剂提取机构，101-引物试剂孔，102-解链试剂孔，111～116-混合荧光试剂孔，121～126-洗液试剂孔，131～136-防撞孔，201-丝杆滑块，202-花键滑块，203-主动带轮，204-从动带轮，205-转盘，206a和206b-固定试剂针，207a和207b-旋转试剂针，208a、208b-防撞柱，209-空心轴，210-背板，211-滑块连接板，230-液位传感器。
具体实施方式
为了进一步说明本发明的核心内容，现将本发明用下面的例子作为说明。实施例是为了进一步解释发明内容部分，并不对于本发明造成限制。
一种试剂盒，其特征在于，在盒体上设有沿两个同心圆的圆周均匀排布的槽孔(参见图2)，其中：内圆的圆周上是六个用于盛放试剂或试剂瓶的试剂孔，相邻试剂孔之间的圆心角为60°；外圆的圆周上是六个试剂孔和六个防撞孔，试剂孔和防撞孔相间排列，相邻的试剂孔和防撞孔之间的圆心角为30°；且外圆圆周上的六个防撞孔和内圆圆周上的六个试剂孔一一对齐，位于将圆六等分的六条半径上；在外圆之外，盒体上还设有引物试剂孔和解链试剂孔，分别用于盛放引物试剂和解链试剂。
上述试剂盒上共有14个试剂孔和6个防撞孔，14个试剂孔用于盛放反应试剂(或试剂瓶)和洗液(或洗液瓶)，反应试剂包括六种混合荧光试剂、引物试剂和解链试剂，用于判断待测DNA的序列信息；洗液用于清洗提取用的试剂针。内圆圆周上的六个试剂孔中三个为用于盛放混合荧光试剂或试剂瓶的反应试剂孔，三个为用于盛放洗液或洗液瓶的洗液试剂孔，反应试剂孔和洗液试剂孔相间排列；外圆圆周上的六个试剂孔中三个为用于盛放混合荧光试剂或试剂瓶的反应试剂孔，三个为用于盛放洗液或洗液瓶的洗液试剂孔，反应试剂孔和洗液试剂孔之间为防撞孔。
试剂和洗液的位置布局如下：引物试剂和解链试剂位于外圆之外的两个试剂孔中，而六种荧光试剂中的三种和三瓶洗液相间排列于内圆圆周的六个试剂孔中，另外三种荧光试剂和三瓶洗液相间排列于外圆圆周的六个试剂孔中。这样，每个圆周上各有3瓶混合荧光试剂和3瓶洗液，同一圆周上的每两瓶混合荧光试剂之间必有洗液。不同圆周上最邻近的两个盛放混合荧光试剂的反应试剂孔为一组，其试剂孔中心的连线是不通过圆周圆心的，同样的，不同圆周上最邻近的两个洗液试剂孔为一组，其试剂孔中心的连线也不通过圆周圆心，每组试剂孔中心连线与下一组试剂孔中心连线的夹角为60°。这样的排布使试剂盒的结构十分紧凑。
本发明还提供了一种与上述试剂盒配套使用的试剂提取机构，包括一个丝杆导轨模块和一个滚珠花键模块，其特征在于，滚珠花键模块设有转盘，该转盘在随丝杆导轨模块的丝杆滑块上下运动的同时进行同步转动；所述丝杆导轨模块的丝杆滑块上固定有两根试剂针，分别对应试剂盒上的引物试剂孔和解链试剂孔；滚珠花键模块的转盘上设有两根试剂针，分别对应于试剂盒内、外圆周上的试剂孔；转盘上还对称地设有两个防撞柱，对应于试剂盒外圆周上的防撞孔；转盘上的防撞柱比试剂针稍长。
上述丝杆导轨模块实现试剂针的上下运行，滚珠花键模块实现试剂针在上下运行的过程中同步进行旋转运动。对应于试剂盒上引物试剂孔和解链试剂孔的两根试剂针直接固定在丝杠滑块上，仅实现上下运动；而转盘上对应于内、外圆周上试剂孔的两根试剂针既可以上下运动又可以旋转运动。转盘旋转时依次在六个位置上停留，完成第一和第二种混合荧光试剂提取→清洗试剂针→第三和第四种混合荧光试剂提取→清洗试剂针→第五和第六种混合荧光试剂提取→清洗试剂针，仅用两根可旋转试剂针，可提取六种试剂，减少了后续液路中泵阀的个数，降低液路复杂度。
进一步的，所述丝杆导轨模块包括丝杆、导轨、丝杆滑块以及丝杆与滑块的固定支座；所述滚珠花键模块包括花键轴、花键轴支座、花键滑块和转盘；丝杆与滑块的固定支座和花键轴支座固定在同一背板上；丝杠滑块、花键滑块和转盘通过滑块连接板连接，实现三者固定且同时上下运动；花键滑块上固定有主动带轮，转盘上固定有从动带轮，主动带轮和从动带轮之间通过皮带连接传动。
优选的，所述转盘和从动带轮的中心轴为空心轴，转盘上的液体管路和电线从该空心轴中穿过，防止转盘旋转过程中发生绕管绕线的情况。
进一步的，在滑块连接板上固定有液位传感器，反馈试剂针与试剂(或洗液)液面的相对距离。
优选的，试剂针为金属材质，其与液位传感器相连，配合提取装置上下运动机构，实现试剂针随液面降低而降低，仅有试剂针针头小部分与试剂接触，降低携带污染率。
实施例1
下面结合附图，通过实施例进一步说明本发明的技术方案，但不以任何方式限制本发明的范围，本发明的保护范围由所附权利要求书界定。
如图1所示，本发明提出一种试剂盒100和其试剂提取机构200。
如图2所示，试剂盒中设置有用于装放测序过程中必须的引物试剂和解链试剂(或试剂瓶)的引物试剂孔101和解链试剂孔102，分别装放6种不同的混合荧光试剂(或试剂瓶)的混合荧光试剂孔111～116，以及装放洗液(或洗液瓶)的洗液试剂孔121～126，还设置了防撞孔131～136，防撞孔131～136为工艺孔，与试剂提取机构中的防撞柱208配合，用于转盘205限位，即可以防止转盘205运行位置过低，也可以防止转盘205转角位置错误，进而保护试剂针207a和207b。混合荧光试剂孔112、114、116与洗液试剂孔122、124、126交替布置在内圆周上，混合荧光试剂孔111、113、115与洗液试剂孔121、123、125与防撞孔131～136交替布置在外圆周上，内外圆周同心。
如图3所示，不同圆周上最接近的两个试剂孔为1组，不同圆周上最接近的两个洗液孔为1组，共分为六组，对应图中的位置1～6。每组两试剂孔的连线并不通过圆周的圆心，且每组角度相差60°。如此不与圆周同心的排布，极大地提高了试剂盒试剂排放的紧凑性。试剂提取机构的转盘205共有6个工位，依次对应图中的位置1～6，6个工位上依次实现：混合荧光试剂1和2的提取→清洗试剂针→混合荧光试剂3和4的提取→清洗试剂针→混合荧光试剂5和6的清洗→清洗试剂针。
如图4所示，试剂提取结构如下：丝杠导轨模块包括丝杠、导轨、丝杠滑块201、丝杠与导轨的固定支座；滚珠花键模块包括花键轴、花键轴支座、花键滑块202和转盘205。丝杠与导轨的固定支座和花键轴支座固定在同一背板210上。丝杠滑块201、花键滑块202、转盘205通过滑块连接板211连接，实现三者固定同时上下运动。花键滑块202上固定主动带轮203，转盘205上固定从动带轮204，通过皮带传动，实现花键轴与转盘205同步转动。
固定试剂针206a与206b固定在丝杠滑块201上，仅实现与丝杠滑块201同步上下运动。为了防止断电时试剂针下滑，丝杠采用梯形丝杠提供自锁功能。旋转试剂针207a与207b、防撞柱208a与208b固定在转盘205上，实现与丝杠滑块201同步上下运动，并且与花键轴同步旋转。旋转工位共有6个，对应图3中的位置1～6。该试剂提取机构同时进行直线和旋转运动，代替传统的仅直线运动，用两根试剂针实现6种试剂的提取，可减少系统后续液路的泵阀原件，降低液路的复杂程度。
液位传感器230固定在滑块连接板211上，反馈试剂针与液面的相对距离。试剂针为金属材质，其与液位传感器230连接，可实现试剂液面下降多少，试剂针也向下多少的跟随运动，降低污染率。
如图5所示，转盘205与从动带轮204之间，通过空心轴209连接。转盘上的液体管路和电线穿过该孔，这样转盘205旋转也不会使线路扭曲。
实施例2
如若提取机构为XYZ方向运动的结构，而非转盘旋转结构。则实施例1中对应的试剂盒12个圆周布置槽孔将改为每行3个槽孔共6行的矩阵布置槽孔，其中每行中的3个槽孔分别为试剂、洗液、防撞孔，合计18个槽孔。试剂瓶尺寸相同的情况下，试剂盒的长度尺寸增加。此外，提取机构需要实现XYZ三个方向的线性运动，增大了提取机构复杂程度。
实施例3
Illumina等试剂提取机构(专利US20160319350A1)，虽然只有XZ轴运动，多根试剂针同时插入试剂盒进行试剂提取，提取结束后所有试剂针全部抬起并移动后进行试剂针和管路清洗。与实施例1，同样是两者轴运动，但前者需要更多的试剂针、管路、切换阀等元件，使测序仪原本复杂的液路更加复杂。
实施例4
试剂盒的尺寸越小，则试剂仓的尺寸可越小。试剂仓往往需要制冷，则体积越小的试剂仓制冷速度越快。在试剂瓶的尺寸确定的情况下，若各试剂瓶瓶身均相切放置则试剂盒尺寸最小。如图3所示，在实施例1中位置1两槽孔所在直线并未通过同心圆的圆心，此时放入槽孔111与槽孔112的试剂瓶瓶身相切。若该直线通过该圆心则瓶身间距增大，进而使试剂盒尺寸增大。

Claims (11)

1.一种生物化学试剂的提取机构，其特征在于，
包括第一运动模块，
第二运动模块，
转盘模块，
试剂盒模块，
其中，所述第一运动模块带动第二运动模块以及转盘模块上下运动；
所述第二运动模块与转盘模块固定在一起，并且为转盘模块的转动提供动力；
所述转盘模块的转盘上固定有试剂针；
所述试剂盒模块在试剂盒的盒体上设有槽孔；
所述槽孔沿着N个同心圆的圆周排布，N为大于等于2的整数。
2.根据权利要求1所述的机构，其特征在于，所述第一运动模块为丝杠导轨模块，包括丝杆、导轨、丝杆滑块、丝杆与滑块的固定支座，丝杠滑块与第二运动模块以及转盘模块通过滑块连接板连接，进而实现第一运动模块带动第二运动模块以及转盘模块上下运动。
3.根据前面任一项权利要求所述的机构，其特征在于，所述第二运动模块为滚珠花键模块，包括花键轴、花键轴支座、花键滑块，花键滑块上固定有主动带轮，转盘上固定有从动带轮，主动带轮和从动带轮之间通过皮带连接传动，进而实现第二运动模块带动转盘转动。
4.根据前面任一项权利要求所述的机构，其特征在于，所述试剂针有N个，试剂针对应于槽孔所在的N个同心圆的圆周，每个圆周上有至少一根试剂针。
5.根据前面任一项权利要求所述的机构，其特征在于，所述槽孔为试剂孔，不同圆周上最邻近的两个反应试剂孔为一组，其试剂孔中心的连线不通过圆周圆心。
6.根据前面任一项权利要求所述的机构，其特征在于，试剂盒模块在盒体上设有沿N个同心圆的圆周均匀排布的槽孔，内圆周上n个槽孔，交替放置n组“试剂”，外圆周上共n个槽孔，交替放置n组“试剂”，每个槽孔到同心圆的圆心角相等，n为大于等于3的整数。
7.根据权利要求1或5所述的机构，其特征在于，所述试剂盒的盒体上设有沿两个同心圆的圆周均匀排布的槽孔，其中：内圆的圆周上是六个用于盛放试剂或试剂瓶的试剂孔，相邻试剂孔之间的圆心角为60°；外圆的圆周上是六个试剂孔和六个防撞孔，试剂孔和防撞孔相间排列，相邻的试剂孔和防撞孔之间的圆心角为30°；外圆圆周上的六个防撞孔和内圆圆周上的六个试剂孔一一对齐，位于将圆六等分的六条半径上。
8.根据权利要求7所述的机构，其特征在于，不同圆周上最邻近的两个反应试剂孔为一组，其试剂孔中心的连线不通过圆周圆心，同样的，不同圆周上最邻近的两个洗液试剂孔为一组，其试剂孔中心的连线也不通过圆周圆心，每组试剂孔中心连线与下一组试剂孔中心连线的夹角为60°。
9.根据权利要求1所述的机构，其特征在于，所述第二运动模块包括一个丝杆导轨模块和一个滚珠花键模块，所述滚珠花键模块设有转盘，该转盘在随丝杆导轨模块的丝杆滑块上下运动的同时进行同步转动；滚珠花键模块的转盘上设有两根试剂针，分别对应于试剂盒内、外圆周上的试剂孔；转盘上还对称地设有两个防撞柱，对应于试剂盒外圆周上的防撞孔；转盘上的防撞柱比试剂针稍长。
10.根据权利要求1所述的机构，其特征在于，所述槽孔包括试剂孔和防撞孔，转盘上设置防撞柱，用于防止试剂针撞到试剂盒。
11.根据权利要求6所述的机构，其特征在于，所述转盘模块上的试剂针对应于圆周上的槽孔，取样的时候，可以同时在N个同心圆的圆周排布的槽孔中取样。
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