CN108642046A - 一体化生物样品处理和检测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种一体化生物样品处理和检测装置及其方法。一体化生物样品处理和检测装置将核酸提取模块、反应体系构建模块及核酸检测模块置于一个箱体中，通过在相邻模块之间设置双道隔离门和缓冲区来降低交叉污染的概率。在移动生物样品载体时，本发明提出了通过机械臂部件代替人工操作的方式，一方面降低了病样混杂和交叉污染的情况，另一方面有利于优化本装置的整体结构。一体化生物样品处理和检测方法解决了核酸提取模块、反应体系构建模块及核酸检测模块合成一个装置时，因样本件气溶胶、液体飞沫等相互影响造成的交叉污染的技术问题。

Description

一体化生物样品处理和检测装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种生物样品处理和检测技术领域，特别涉及一种一体化生物样品处理和检测装置及其方法。

背景技术

目前，使用试管对生物样品进行处理和检测使用广泛，其中，核酸提取、反应体系构建及核酸检测是对生物样品处理和检测的三个关键步骤。传统的PCR(聚合酶链式反应)试验室需要专用场地，严格分区，操作人员需要具备专业的知识和经过相应训练，需要熟练操作很多手工步骤，配合单独的全自动核酸提取仪、液体工作站和基因扩增仪来完成各个步骤。传统的PCR检测产品及方法，为控制检测质量，对环境和人员的要求均很高，整个程序处理过程繁琐、容易产生污染物且病样容易混淆。而将核酸提取、反应体系构建及核酸检测模块整合成一个装置后，各模块之间容易产生样本间的气溶胶、液体飞沫等，从而相互影响造成的交叉污染。因此，有必要设计一款低污染的、集核酸提取、反应体系构建及核酸检测于一体的生物处理和检测装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种一体化生物样品处理和检测装置，解决了生物样品处理和检测过程中交叉污染的技术问题；

本发明的第二目的在于提供一种一体化生物样品处理和检测方法，解决了生物样品处理和检测过程中交叉污染的技术问题。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是：

一种一体化生物样品处理和检测装置，包括箱体及设于所述箱体上的核酸提取模块、反应体系构建模块及核酸检测模块；

所述核酸提取模块和所述反应体系构建模块之间、所述反应体系构建模块和核酸检测模块之间均采用双道隔离门进行隔离空气，所述双道隔离门中间形成缓冲区。

进一步，所述缓冲区设有使缓冲区成负压状态的负压抽吸单元。

进一步，还包括机械臂部件；所述机械臂部件设于箱体上，用于生物样品载体在不同模块之间的移位。

进一步，所述机械臂部件还设于核酸提取模块或反应体系构建模块或核酸检测模块内部，用于对其所在模块中的生物样本载体进行内部移位和移液。

进一步，所述机械臂部件包括轨道组件和机械臂组件；所述轨道组件设于箱体上，所述机械臂组件与轨道组件滑动连接。

进一步，所述机械臂组件的末端设有用于夹持生物样品载体的夹持机构。

进一步，所述核酸提取模块、反应体系构建模块及核酸检测模块中设有使其对应的模块中成负压状态的负压抽吸单元。

进一步，所述核酸提取模块、反应体系构建模块及核酸检测模块内分别设有消毒单元；所述消毒单元包括高温灭活设备、紫外灭菌消毒设备及等离子灭菌消毒设备。

进一步，所述消毒单元与所述负压抽吸单元之间设有过滤膜。

本申请还提供一种一体化生物样品处理和检测方法，具体是：将核酸提取模块、反应体系构建模块及核酸检测模块置于一个箱体中，所述箱体上还设有机械臂部件，相邻模块之间采用双道隔离门进行空气隔离，所述双道隔离门之间设有可形成负压的缓冲区；

载有生物样品的生物样品载体在不同模块之间移位时，先打开双道隔离门的第一个隔离门，机械臂部件取出生物样品载体并移动至对应的缓冲区，关闭第一个隔离门；接着打开第二个隔离门，将生物样品载体放至合适的位置后回到对应的缓冲区，关闭第二个隔离门，完成移动工作。

相对于现有技术，本申请的有益效果是：

1、一体化生物样品处理和检测装置中，相邻模块之间采用双道隔离门进行隔离空气，双道隔离门之间的缓冲区使相邻模块之间保持合适的距离，因此不同模块之间相互独立，在工作时不会相互影响，因而降低了交叉污染的概率。

2、一体化生物样品处理和检测装置中，缓冲区中可设置负压抽气单元，能够使缓冲区呈负压状态，从而进一步降低交叉污染的概率。

3、一体化生物样品处理和检测装置中，可通过机械臂部件实现生物样品载体在不同模块之间的移位问题，及其在同一模块内部的移位、移液等问题，从而进一步降低了交叉污染的风险，并解决了人工操作引起的病样混杂的问题，降低了生物样品处理和检测过程中对操作者的要求。

4、一体化生物样品处理和检测方法中，通过在相邻模块之间设置双道隔离门进行隔离空气，并通过设于双道隔离门之间、可成负压状态的缓冲区使相邻模块之间保持合适距离，从而解决了核酸提取模块、反应体系构建模块及核酸检测模块集合成一个设备时，不同模块之间产生交叉污染的问题。

附图说明

图1为本申请的示意图；

图2为机械臂部件的透视图。

其中，100、箱体，101、第一隔离门，102、第二隔离门，201、水平向轨道，202、前后向轨道，203、竖直向轨道，204、机械臂组件，205、夹持机构。

具体实施方式

以下结合附图举具体实施例加以详细说明。

如图1和图2所示，一种一体化生物样品处理和检测装置，包括箱体100及设于箱体100内的核酸提取模块、反应体系构建模块及核酸检测模块；核酸提取模块和反应体系构建模块之间、反应体系构建模块和核酸检测模块之间均采用双道隔离门进行隔离空气，用于防止工作状态下不同模块之间的空气流通；双道隔离门中间形成缓冲区，为了便于表述，令核酸提取模块和反应体系构建模块之间对应第一缓冲区、第一隔离门101及第二隔离门102，其中第一隔离门101设于核酸提取模块上；令反应体系构建模块和核酸检测模块之间对应第二缓冲区。

本装置通过双道隔离门及缓冲区对不同模块之间进行隔离并保持距离，从而控制不同模块之间产生样本间的气溶胶和液体飞沫，进而解决了交叉污染的技术问题。试验过程中需要对承载有生物样品的载体跨模块进行移位或移液等工作，该工作可人工完成或通过自动化设备实现，为了清晰地表述移位或者移液过程中双道隔离门的工作流程，以下以人工操作为例进行说明：当核酸提取模块工作完成后，第一隔离门101打开，操作者从第一缓冲区进入核酸提取模块，取到生物样品载体后回到第一缓冲区，然后第一隔离门101关闭，第二隔离门102打开，操作者进入反应体系构建模块，并将生物样品载体放置在对应的位置。反应体系构建模块的工作完成后，操作者以同样的方式将生物样品载体移位至核酸检测模块。整个工作流程中，化生物样品处理和检测装置不会同时出现两个隔离门都打开的现象，并且缓冲区使相邻模块之间间隔一定距离，因此极大地降低了生物样品交叉污染的概率。

上述的核酸提取模块、反应体系构建模块以及核酸检测模块为现有技术，以下对其功能进行简述，以便于更好地理解本申请的方案。核酸提取模块用于对各种生物样品进行快速、高通量及自动化提取，提取的核酸可用于PCR扩增、测序等多种下游应用。反应体系构建模块结合核酸提取模块提取的核酸，用于对PCR前后试剂和样本的混匀、分装、精确移液等工作。核酸检测模块通过荧光染料或荧屏标记的特异性的探针，对PCR产物进行标记跟踪，实时在线监控反应过程，结合相应的软件可以对产物进行分析，计算待测样品模板的初始浓度。

具体的，缓冲区设有负压抽吸单元，在试验过程中通过负压抽吸单元使缓冲区保持负压状态，并对各模块的溢出物进行抽离灭菌，从而进一步降低各模块之间的交叉污染。

具体的，在缓冲区、核酸提取模块、反应体系构建模块及核酸检测模块中还设置有通风口和通风单元，用于更换装置内部的空气和调整装置内部的气压。

在一个实施例中，还包括机械臂部件。机械臂部件设于箱体100上，生物样品载体通过机械臂部件从核酸提取模块移位至反应体系构建模块，或从反应体系构建模块移位至核酸检测模块。详细来说，生物样品在核酸提取模块中完成提取工作，然后通过机械臂部件经第一缓冲区移位至反应体系构建模块，并完成反应体系的构建和封膜工作，最后通过机械臂经第二缓冲区移位至核酸检测模块，并进行扩增反应和检测。采用人工操作实现生物样品载体在不同模块之间的移位或移液工作时，一方面对操作者要求较高，如要求操作者熟悉繁琐的试验程序，避免病样混杂；另一方面存在因操作者带来的污染风险。相对来说，采用机械臂部件代替人工操作不仅解决了上述问题，同时更为高效，也提升了本装置的自动化程度，节省了人力劳动和设备空间，便于优化生物样品处理和检测装置的整体结构。

在另一实施例中，对上一实施例进行了进一步优化，具体来说，机械臂部件还设于核酸提取模块或反应体系构建模块或核酸检测模块内部，用于对其所在模块中的生物样本载体进行内部移位。根据试验需求在相应的模块中设置机械臂部件，实现生物样本载体在单个模块内部的移位、移液等操作。尤其在反应体系构建模块中，使用不同的TIP头对酶、引物、反应液、模板等移液至PCR板等进行移位操作，若由人工完成可能会产生病样混杂和污染风险，故本实施例中采用在模块内部设置机械臂部件，以解决上述问题，提高试验质量和精度。

在另一实施例中，在机械臂部件上对上述任一实施例进行了优化，机械臂部件包括轨道组件和机械臂组件204，机械臂组件204与轨道组件滑动连接。对于控制生物样品载体在不同模块之间移位的机械臂部件，轨道组件设置在箱体100上；对于控制生物样品载体在同一模块内部的移液和移位操作的机械臂部件，轨道组件固定在其所在模块的内壁上。

为了较为清晰地表述机械臂部件的工作流程，本实施例以控制生物样品载体在不同模块之间移位的机械臂部件为例进行说明。该轨道组件包括水平向轨道201、前后向轨道202及竖直向轨道203。其中，水平向轨道201以可拆卸或者固接的方式固定在箱体100上；前后向轨道202设置在水平向轨道201的上部，并可沿水平向轨道201水平运动；竖直向轨道203设置在前后向轨道202上，并可沿前后向轨道202前后运动；机械臂组件204设置在竖直向轨道203上，并可沿竖直向轨道203上下运动。机械臂组件204可以是折叠式、伸缩式等，本申请不对此做具体限定；机械臂组件204的末端安装有夹持生物样品载体的夹持机构205，夹持机构205可固定设置，也可与机械臂组件204的其它部分滑动连接等；夹持机构205的具体结构根据需要进行确定，考虑到本申请欲保护的方案不在于此，故不在此详细表述。

当核酸提取模块的工作完成后，前后向轨道202沿水平向轨道201运动，使机械臂组件204位于第一缓冲区的位置；接着，打开第一隔离门101，调整轨道组件和机械臂组件204，使机械臂组件204通过夹持机构205获取生物样品载体后回到第一缓冲区，关闭第一隔离门101，此时第一缓冲区通过负压抽吸装置保持负压状态，并将核酸提取模块的溢出物抽离出去；然后，打开第二隔离门102，调整机械臂部件，通过夹持机构205将生物样品载体放置在反应体系构建模块中的合适位置后，机械臂部件回到第一缓冲区，关闭第二隔离门102，第一缓冲区通过负压抽吸装置将反应体系构件模块中的溢出物抽离出去；生物样品载体从核酸提取模块移位到反应体系构建模块的工作完成。生物样品载体从反应体系构建模块移位到核酸检测模块的工作以同样的方式实现。

在另一实施例中，对上述任一实施例进行了优化，即核酸提取模块、反应体系构建模块及核酸检测模块中设有负压抽吸单元和消毒单元，其中，消毒单元包括高温灭活设备、紫外灭菌消毒设备及等离子灭菌消毒设备。负压抽吸单元安装在箱体100的一侧，用于调整其对应的模块内的气压，降低交叉污染的概率；紫外灭菌消毒设备在非工作状态下根据需求进行消毒；高温灭活设备一方面用于消毒，另一方面用于使不同模块之间产生温度梯度来控制空气流动，从而降低生物样品间气溶胶、液体飞沫等相互影响的问题；一般不同模块在工作状态下和非工作状态下对高温灭活设备和等离子灭菌消毒设备的要求有所不同，因此在控制方面，两种设备因需起停。

具体的，消毒单元和负压抽吸单元之间设置有过滤膜。从上述可知，本实施例中，三个模块以及两个缓冲区上都设置有负压抽吸单元，负压抽吸单元通过将本装置内的空气排到装置外，从而使装置内呈负压状态，考虑到装置内的气体中含有的微生物等可能会影响到外界空气的平衡或对外界空气造成污染，因此，本实施例中，在负压抽吸单元吸气的一侧设置有过滤膜。在零部件的布置上，如图1所示，过滤膜设置在等离子灭菌消毒模块与负压抽吸单元之间。

本申请还提供了一种一体化生物样品处理和检测方法，可通过上述任一实施例中的处理和检测装置来实现。本方法具体是：将核酸提取模块、反应体系构建模块及核酸检测模块置于一个箱体中，在核酸提取模块中完成核酸提取工作，然后将承载有生物样品的生物样品载体移动至和酸反应体系构建模块中，并完成反应体系的构建和封膜工作，然后将生物样品载体移动至核酸检测模块进行扩增反应和检测工作。

相邻模块之间采用双道隔离门进行空气隔离，双道隔离门之间形成缓冲区，以确保相邻模块之间具有一定距离。箱体在缓冲区处设置有负压抽吸单元，当生物样品载体移动至缓冲区时，负压抽吸单元保证该缓冲区成负压状态，从而进一步降低交叉污染的情况。

生物样品载体在不同模块之间的移位动作通过机械臂部件完成，解决了人工操作带来的病样混杂和污染问题，同时有利于降低试验对操作者的要求。机械臂部件设置在箱体上，当需要在不同模块之间移动生物样品载体时，先打开双道隔离门的第一个隔离门，取出生物样品载体并移动至对应的缓冲区；接着关闭第一个隔离门，打开第二个隔离门，将生物样品载体放至合适的位置后回到对应的缓冲区；然后关闭第二个隔离门，完成移动工作。

以上公开的仅为本申请的部分具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种一体化生物样品处理和检测装置，其特征在于，包括箱体及设于所述箱体上的核酸提取模块、反应体系构建模块及核酸检测模块；

所述核酸提取模块和所述反应体系构建模块之间、所述反应体系构建模块和核酸检测模块之间均采用双道隔离门进行隔离空气，所述双道隔离门中间形成缓冲区。

2.如权利要求1所述的生物样品处理和检测装置，其特征在于，所述缓冲区设有使缓冲区成负压状态的负压抽吸单元。

3.如权利要求1所述的生物样品处理和检测装置，其特征在于，还包括机械臂部件；

所述机械臂部件设于箱体上，用于生物样品载体在不同模块之间的移位。

4.如权利要求3所述的生物样品处理和检测装置，其特征在于，所述机械臂部件还设于核酸提取模块或反应体系构建模块或核酸检测模块内部，用于对其所在模块中的生物样本载体进行内部移位和移液。

5.如权利要求3所述的生物样品处理和检测装置，其特征在于，所述机械臂部件包括轨道组件和机械臂组件；

所述轨道组件设于箱体上，所述机械臂组件与轨道组件滑动连接。

6.如权利要求5所述的生物样品处理和检测装置，其特征在于，所述机械臂组件的末端设有用于夹持生物样品载体的夹持机构。

7.如权利要求1所述的生物样品处理和检测装置，其特征在于，所述核酸提取模块、反应体系构建模块及核酸检测模块中设有使其对应的模块中成负压状态的负压抽吸单元。

8.如权利要求7所述的生物样品处理和检测装置，其特征在于，所述核酸提取模块、反应体系构建模块及核酸检测模块内分别设有消毒单元；

所述消毒单元包括高温灭活设备、紫外灭菌消毒设备及等离子灭菌消毒设备。

9.如权利要求8所述的生物样品处理和检测装置，其特征在于，所述消毒单元与所述负压抽吸单元之间设有过滤膜。

10.一种一体化生物样品处理和检测方法，其特征在于，将核酸提取模块、反应体系构建模块及核酸检测模块置于一个箱体中，所述箱体上还设有机械臂部件，相邻模块之间采用双道隔离门进行空气隔离，所述双道隔离门之间设有可形成负压的缓冲区；

载有生物样品的生物样品载体在不同模块之间移位时，先打开双道隔离门的第一个隔离门，机械臂部件取出生物样品载体并移动至对应的缓冲区，关闭第一个隔离门；接着打开第二个隔离门，将生物样品载体放至合适的位置后回到对应的缓冲区，关闭第二个隔离门，完成移动工作。