CN109306322A - 样品处理与移液工作站及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种样品处理与移动工作站及其应用，所述工作站至少包括：工作平台，以及设置在工作平台上的加热模块、制冷模块、若干固定框、固定架、移液模块、控制模块、磁分离板以及防污染系统，所述固定架设置在工作平台上，所述移液模块置于工作平台上方并安装于所述固定架上，所述移液模块可沿着固定架在工作平台上方移动，所述固定框为矩形框架且大小相同，用于固定实验耗材；所述控制模块连接所述移液模块；所述磁分离板位于工作平台的中央位置。本发明同时具备加热模块和制冷模块，可以对试剂进行加热和制冷；防污染系统除菌效果显著，各个功能模块分区合理，移液模块运动路径短等问题。

Description

样品处理与移液工作站及其应用

技术领域

本发明涉及一种自动化样品处理与移液工作站及其应用。

背景技术

分子生物学技术用于基因筛查或诊断因其检测特异性强、灵敏度高、无窗口期等特点已被广泛的使用，尤其已被广泛应用于临床、疾病防控、食品安全检测、进出口检疫检测等多种场景中，每年呈现出20％～50％的迅猛发展。基因筛查或诊断技术主要包括分子杂交、荧光定性/量、一代测序和下一代测序等技术，这些技术主要包括样品核酸提取、PCR反应体系配置、检测等操作过程，其中，样品量的急速扩增给基因检测带来了极大的压力与挑战；另外，基因筛查或诊断中气溶胶产的污染造成的假阳性等问题也极大的困扰着临床检测。

自动化基因检测平台的引入无疑可以极大程度缓解检测医师的压力，并避免人为操作造成的假阴、假阳等实验误差。同时，标准化的机械操作使整个检测的运行时间更短、结果更稳定、通量更高。

然而，现有的自动化工作站设计未体现出分子实验“分区”操作的基因检测要求；同时，制冷器的缺失使得仪器运行时间极大缩短，即最终导致自动化工作站单次运行的通量降低显著，这是由于PCR原料不宜长时间在室温下存储造成的；另外，现有自动化移液工作站缺乏高效过滤系统，在一段时间的运行后，空气中细菌、病毒和粉尘等的进入或实验中气溶胶的累计，必将给后续实验带来严重的污染问题，而且，由于这类型的工作站较密封、集成度较高，使得一旦产生污染，污染的清理去除则变得异常困难。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种样品处理与移动工作站及其应用，用于解决现有技术中工作站无法加热，制冷，布局不合理，防污染效果差等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种样品处理与移动工作站，所述工作站至少包括：工作平台，以及设置在工作平台上的加热模块、制冷模块、若干固定框、固定架、移液模块、控制模块、磁分离板以及防污染系统，所述固定架设置在工作平台上，所述移液模块置于工作平台上方并安装于所述固定架上，所述移液模块可沿着固定架在工作平台上方移动，所述固定框为矩形框架且大小相同，用于固定实验耗材；所述控制模块连接所述移液模块；所述磁分离板位于工作平台的中央位置。

优选地，所述控制模块还连接所述加热模块和所述制冷模块。

优选地，所述工作站还包括弃液槽和废液回收件，所述废液回收件位于工作平台下方，所述弃液槽位于所述工作平台上，所述弃液槽和所述废液回收件连通。

优选地，所述工作站还包括样品信息获取单元，与控制模块相连，所述样品信息记录单元用来获取样品的信息。

优选地，所述防污染系统包括设置在工作平台上的顶板和若干侧板，所述侧板在工作站四周围成工作空间，所述移液模块在工作空间内工作，所述侧板上设置排气风扇、进气滤网和排气滤网，所述排气风扇位于工作空间外部且安装在排气滤网上。

优选地，所述进气滤网和所述排气滤网设置在不同的侧板上。

优选地，所述顶板上设置紫外灯。

优选地，所述进气滤网有两个且位于相对的侧板上。

优选地，所述工作平台分成5个功能区，每个功能区为一列，依次为第一功能区、第二功能区、第三功能区、第四功能区、第五功能区，所述加热模块和所述弃液槽位于第一功能区，实验需要使用的试剂放入第二功能区，磁分离板和第一PCR反应体系位于第三功能区，第二PCR反应体系位于第四功能区，试剂信息获取位于第五功能区。

本发明的另一方面提供了上述的样品处理与移动工作站用于处理样品和移动样品的用途。

如上所述，本发明的样品处理与移动工作站及其应用，具有以下有益效果：

同时具备加热模块和制冷模块，可以对试剂进行加热和制冷；防污染系统除菌效果显著，各个功能模块分区合理，移液模块运动路径短等。

附图说明

图1显示为工作站外壳结构示意图。

图2显示为固定架和移液模块整体结构示意图。

图3显示为移液模块内部结构示意图。

图4显示为图2的俯视图。

图5显示为图3的左右视图。

图6显示为工作平台的结构示意图。

图7显示为第二功能区结构示意图。

图8显示为第一固定卡结构示意图。

图9显示为后侧板以及排气滤网结构示意图。

图10显示为顶板以及紫外灯结构示意图。

图11显示为抓板手结构示意图。

图12显示为试管架结构示意图。

元件标号说明

1 工作平台

11 顶板

111 紫外灯

12 左侧板

121 进气滤网

13 后侧板

131 排气滤网

132 排气风扇

133 插槽

134 固定件

14 抓板手

141 插管

142 抓手

10 第一功能区

101 加热模块

102 弃液槽

103 实验耗材

20 第二功能区

201 试剂提取区

202 固定框

2021 第一固定卡

20211 固定片

20212 折叠部

30 第三功能区

301 第一PCR管托架

302 磁分离板

40 第四功能区

401 第二PCR管托架

402 制冷模块

50 第五功能区

501 样品信息获取单元

502 样品信息获取区

5021 试管架

5022 空格

60 移液模块

601 壳体

70 固定架

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图12。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1～12所示，本发明提供一种样品处理与移动工作站，包括外壳，工作平台1，以及设置在工作平台上的加热模块101、制冷模块402、若干固定框202、固定架70、移液模块60、控制模块、磁分离板302以及防污染系统。

在本实施例中，所述外壳包括若干侧板和顶板11，所述侧板包括前侧板、后侧板、左侧板12、右侧板，四个所述侧板围绕工作平台四周形成工作空间，顶板11位于四个侧板上方。

所述固定架70设置在工作平台1上，所述固定架70包括两个立杆和一个横杆，两个所述立杆分别设置在工作平台的两边，横杆的两端连接分别连接所述立杆顶端。

所述移液模块60置于工作平台1上方并安装于所述固定架70的横杆上，所述移液模块60可沿着横杆70上的滑槽在工作平台1上方移动。在本实施例中，所述移液模块包括壳体601，所述壳体601内设置若干移液枪602和电机，移液枪可在壳体内左右移动且可自动上下伸缩，所述移液枪被电机驱动，齿轮604传动实现上述动作。在本实施例中，所述移液模块可来自市购，例如够自eppendorf。

每个移液枪包枪头603，所述枪头603可用来吸取和加样。本实施例中共设置了8个移液枪。所述控制模块连接所述移液模块60，通过控制电机实现对移液枪的控制。所述控制模块可以利用现有技术中的计算机、集成电路模块、可编程逻辑器件、其它硬件或现有的软件模块来实现。

进一步地，所述移液模块还包括两个抓扳手14，所述抓板手包括插管141和抓手142，所述插管141连接所述抓手142，抓手呈三角形的片状结构。使用时，枪头可插入插管，当两个枪头插入插管后，互相配合，将一个深孔板铲起，夹紧，并移动。

所述工作平台，被划分为五个功能区，每个功能区为一列，依次为第一功能区10、第二功能区20、第三功能区30、第四功能区40、第五功能区50。工作平台上设置若干排列整齐的固定框202，所述固定框202为矩形框架且大小相同，用于固定实验耗材103，例如深孔板。

在本实施例中的固定框，至少包括四个侧面，围成的矩形，每个矩形的大小相同。每个框的高度也相同。在固定框的边上设置了若干第一固定卡2021，例如在矩形的侧面上设置了两个第一固定卡，每个第一固定卡包括固定片20211和折叠部20212，所述固定片连接所述折叠部，由于固定片是具有弹性的，因此当实验耗材放入固定框中时，折叠片会抵紧实验耗材，防止其移动，每个固定框都设置了第一固定卡。在固定框的长边上也设置了第一固定卡除此之外还设置了第二固定卡，所述第二固定卡的结构与第一固定卡的结构类似，但是长度更长。

所述加热模块101和所述弃液槽102位于第一功能区10，加热模块和弃液槽之间设有两个固定框。所述加热模块主要用来加热，在本实施例中使用的加热模块是采用振荡加热器，主要包括加热板和振荡器，其中，加热板为导热性能良好的材料(如铝)，厚0.5-1cm，加热速度可达3℃/s，极大缩减了升温时间，加热范围为0～100℃。振荡器是一种可控速的涡旋式装置，最高振速1500rpm/s，加热板安装于振荡器的上方，并与振荡器固定在一起，这两者中间有0.5cm的间隙，保证风扇鼓风的通过，风扇安装于加热板和振荡器的侧面。另外，该振荡加热器内置了防尘风扇。在本实施例中所述震荡加热器可以来自市购，例如购自ROCHE。优选地，所述震荡加热器还连接所述控制模块，所述控制模块可以控制震荡加热器的运行。

所述弃液槽102为顶部设有若干圆孔的盒状体，设置在工作平台1上，所述工作平台1下方设置了废液回收件图中未示出，所述废液回收件为塑料桶或者塑料盒，与所述弃液槽底部连通。

实验需要使用的试剂(核酸提取试剂等)放入第二功能区20中的试剂提取区201。这一列共设有4个固定框，其中试剂提取区201位于最前端的固定框，用以放置核酸提取时所需使用的试剂。

磁分离板302和第一PCR反应体系位于第三功能区30，这一列共设置2个固定框。所述磁分离板的面积、第一PCR管托架301的面积与所述固定框的面积相同。磁分离板一侧设置第一PCR管托架301，另外一侧设置两个固定框。所述磁分离板，位于工作平台的中央位置。由于磁分离板是样品处理过程中会多次使用的部件，因此设置在工作平台的中央位置，减少了移液模块的运行路径。

第二PCR反应体系、2个固定框和制冷模块位于第四功能区40，其中最前端为第二PCR管托架401，第二PCR管托架401、两个固定框以及制冷模块依次排列。在本实施中，所述制冷模块采用制冷器，所述制冷器与普通的冰箱结构类似，主要目的为了制冷使用的。在本实施例中，可以来自市购，例如购自ROCHE。进一步地，所述制冷模块也连接控制模块，控制模块控制制冷模块的运行。

上述第一PCR管托架和第二PCR管托架可来放置PCR管。核酸提取在磁分离板上完成，提取获得核酸后转移到PCR管中，再加入PCR扩增时需要的酶和底物等制成PCR反应体系。

第五功能区50的主要作用是获取每个样品的信息。试剂信息获取单元501在本实施例中包括扫码器。每个原始样品可以人工贴上条形码或者二维码，然后利用扫码器对其进行扫描。所述扫码器固定设置在工作平台的一端。使用时，样品信息获取区502上可以摆放试管架5021。参见图12，为试管架的俯视图，在本实施例中每个试管架包括16个插孔，每个插孔的一侧形成缺口。试管架中间形成一个空格5022。当试管贴好条形码或者二维码之后插入试管架，移液枪头插入空格5022并左右移动，带动试管架移动，当向左移动后，右边8个试管依次通过空格502，而被扫码器扫描，同理向右移动后，左边的试管架向右移动通过空格5022，而被扫码器扫描。

在本发明中，废液槽位于一端，而样品位于另外一端，避免样品被污染，PCR扩增时需要使用的酶和底物可以放置在制冷器中。制冷模块、加热模块由于体积较大位于整个工作平台的一侧，而较经常使用的核酸提取试剂和PCR托架放置在另一侧，磁分离板位于中央位置，本发明对将每个工作单元放置在工作平台上的不同位置，对其进行功能分区，避免交叉感染，同时又考虑到运行路径，保证运行路径最短。

例如在获得原始样品后，先将样品在样品信息获取区进行信息记录，然后将其转移到磁分离板上，采用磁珠法对其进行核酸提取，提取核酸所取的试剂从试剂提取区201获得，获得的核酸分别放置在第一PCR管托架和第二PCR管托架上的PCR管中，再配制成PCR反应体系。

进一步的，所述工作还包括空气防污染系统，所述工作站还包括防污染系统，所述防污染系统包括设置在工作平台上的顶板11和侧板，所述后侧板上设置排气滤网131，所述排气风扇132位于工作空间外部且安装在排气滤网121上。左侧板和右侧板上分别设置进气滤网121。所述顶板11上设置紫外灯111。进气滤网和排气滤网都采用HEPA高效滤网为矩形。每个HEPA高效滤网可插入插槽中，所述插槽包括三个面围成的凹槽，使用时将HEPA高效滤网插入凹槽中，然后利用螺母等固定件固定在侧板上。

使用时，当工作站运行维护时，工作站舱门(前侧板)关闭，两个风扇同时开启向外抽气，速度3000-5000转/min，左、右侧板上的滤网用于进气过滤，这样整个系统会形成一个封闭的空气循环通路。待30min抽吸结束后，工作站中残留的固体颗粒物、细菌及气溶胶等污染物可被清除干净。

细菌或核酸气溶胶清除实验：

(1)取8管各10uL无菌去离子水敞口放置于自动化工作站平台上，关闭舱门，室温放置3小时后(组1)，取其中4uL，加入36uL 16SrDNA荧光检测试剂(Taqman法，特异性检测细菌核酸片段)，用Bio-rad检测看是否有细菌或气溶胶污染；

(2)利用唾液总核酸处理自动化核酸提取与移液工作站，并造成分子实验室常见的气溶胶污染现象，利用16SrDNA荧光检测试剂检测确认自动化平台已被污染(组2)。关闭舱门，打开自动化核酸提取与移液工作站防污染过滤系统，运行维护30min后，取新的8管各10uL无菌去离子水敞口放置于自动化工作站平台上，关闭舱门，室温放置3小时后(组3)，取其中4uL，加入36uL 16SrDNA荧光检测试剂，用Bio-rad检测是否有细菌污染的结果。

表1自动化核酸提取与移液工作站样本处理、防污染处理前后结果(单位Ct值)

(3)结果表1可以看出，利用16SrDNA荧光检测试剂(Taqman法)检测时，组1全为阴性，说明初始自动化核酸提取与移液工作站处于无污染状态；当引入阳性核酸主动污染后，组2检测结果呈现出Ct值从27.80～33.50的污染状态；当进行工作站维护后，组3显示各组结果均为阴性，说明利用该防污染过滤系统，自动化核酸提取与移液工作站可以保持无核酸气溶胶、无细菌污染状态。

阳性污染检测为阳性；滤膜去除处理后，检测为95％阴性或全阴。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种样品处理与移动工作站，其特征在于，所述工作站至少包括：工作平台(1)，以及设置在工作平台上的加热模块(101)、制冷模块(402)、若干固定框(202)、固定架(70)、移液模块(60)、控制模块、磁分离板(302)以及防污染系统，

所述固定架(70)设置在工作平台(1)上，

所述移液模块(60)置于工作平台(1)上方并安装于所述固定架(70)上，所述移液模块(60)可沿着固定架(70)在工作平台(1)上方移动，

所述固定框(202)为矩形框架且大小相同，用于固定实验耗材(103)；

所述控制模块连接所述移液模块(60)；

所述磁分离板(302)位于工作平台(1)的中央位置。

2.根据权利要求1所述的样品处理与移动工作站，其特征在于，所述控制模块还连接所述加热模块(101)和所述制冷模块(402)。

3.根据权利要求1所述的样品处理与移动工作站，其特征在于：所述工作站还包括弃液槽(102)和废液回收件，所述废液回收件位于工作平台(1)下方，所述弃液槽(102)位于所述工作平台(1)上，所述弃液槽和所述废液回收件连通。

4.根据权利要求1所述的样品处理与移动工作站，其特征在于：所述工作站还包括样品信息获取单元(501)，与控制模块相连，所述样品信息记录单元用来获取样品的信息。

5.根据权利要求1所述的样品处理与移动工作站，其特征在于：所述防污染系统包括设置在工作平台上的顶板(11)和若干侧板，所述侧板在工作站四周围成工作空间，所述移液模块在工作空间内工作，所述侧板上设置排气风扇(132)、进气滤网(121)和排气滤网(131)，所述排气风扇(132)位于工作空间外部且安装在排气滤网(121)上。

6.根据权利要求5所述的样品处理与移动工作站，其特征在于：所述进气滤网(121)和所述排气滤网(131)设置在不同的侧板上。

7.根据权利要求5所述的样品处理与移动工作站，其特征在于：所述顶板(11)上设置紫外灯(111)。

8.根据权利要求5所述的样品处理与移动工作站，其特征在于：所述进气滤网(121)有两个且位于相对的侧板上。

9.根据权利要求1所述的样品处理与移动工作站，其特征在于：所述工作平台分成5个功能区，每个功能区为一列，依次为第一功能区(10)、第二功能区(20)、第三功能区(30)、第四功能区(40)、第五功能区(50)，所述加热模块(101)和所述弃液槽(102)位于第一功能区(10)，实验需要使用的试剂放入第二功能区(20)，磁分离板(302)和第一PCR反应体系位于第三功能区(30)，第二PCR反应体系位于第四功能区(40)，试剂信息获取位于第五功能区(50)。

10.如权利要求1～9任意项所述的样品处理与移动工作站用于处理样品和移动样品的用途。