CN109689211A - 用于使dna样品断裂的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于断裂容器(C)中的处于溶解状态的DNA样品(A)的装置(1)，所述装置(1)包括：‑器皿(2)，其用于接收液体(L)，该器皿(2)设置有用于产生超声波的设备(3)，以便使超声波传播穿过液体(L)；和‑第一支撑元件(4)，其放置在器皿(2)上，该装置(1)的特征在于，它还包括第二支撑元件(5)，该第二支撑元件具有设计成接纳容器(C)的通道(50)，第二支撑元件(5)通过形成至少一个旋转接头的至少一个悬挂元件(6)被悬挂，使得容器(C)的下部部分可以浸入液体(L)中。

Description

用于使DNA样品断裂的装置

1.发明领域

本发明涉及DNA断裂领域，DNA断裂包括从包含大量核苷酸碱基的DNA链中获得包含更有限数量核苷酸碱基的链的数个部分。本发明更具体地涉及一种用于使DNA样品断裂的装置。

2.现有技术

用于DNA样品的断裂的装置是已知的，样品在专用容器(container)中处于溶解状态。这种装置通常包括用于接收液体的器皿(vessel)，该器皿设置有用于产生超声波以便使超声波传播通过液体的设备；和支撑元件，该支撑元件放置在设计成接纳容器的器皿上。用于产生超声波的设备设计成在器皿的有限空间中产生具有预定特性的超声波场。这种特性限制了可以在装置中同时断裂的DNA样品的数量。断裂过程平均持续一分钟。目前，这种装置同时断裂样本的最大数量约为八个。然而，样品通常储存在包括一百个孔的板中，以便能够容纳一百个样品。从生产率的角度看，同时使板上的所有样品断裂是受关注的。

此外，用于DNA样品断裂的装置通常需要利用特定的容器，特别是当容器在超声波的产生或传输中发挥作用时。这需要将样品从初始容器转移到特定的容器，这构成了耗时的操作。此外，对使用者而言，这些特定的容器代表了额外成本。

3.发明目的

本发明提出了一种解决方案，旨在克服上面提到的缺点，同时保证这样一种装置，即，其能够以有限的生产成本至少也执行现有的功能，特别是断裂过程的持续时间保持约1分钟，断裂后获得的DNA链长度的均匀性等同于现有的均匀性。本发明提出了一种解决方案，该方案解决了在不使用特定容器的情况下，在包含大量DNA样品的体积中产生大体均匀的超声波场的技术问题。本发明的一个目的是允许在用于断裂DNA样品的装置中使用标准容器，并且特别是使用能够容纳100个样品，甚至更多样品的板，以提高这种装置的生产率。

4.发明概述

本发明涉及一种用于断裂容器中的处于溶解状态中的DNA样品的装置，该装置包括用于接收液体的器皿，该器皿设置有用于产生超声波的设备以使超声波传播通过液体；和放置在器皿上的第一支撑元件，该装置的特征在于，它还包括第二支撑元件，该第二支撑元件包括设计成接纳容器的通道，第二支撑元件通过形成一个旋转接头的至少一个悬挂元件在距所述第一支撑元件一定距离处悬挂在至少一个悬挂元件上，以便允许容器的下部部分浸入液体中。术语旋转接头是指平移时完全连接两个部件，但在旋转时保持该两个部件自由的连接。因此，这种连接包括平移时的三自由度连接和旋转时的三自由度。由于旋转接头的阻尼作用，形成旋转接头的悬挂元件使得可以大体上衰减干扰超声波从第一支撑元件到第二支撑元件的传输。更一般地，该装置设计成尽可能抑制干扰超声波向容器的传输。消除干扰超声波有助于在容器附近产生大体均匀的超声波场。此外，容器不受装置限制，并且容器的各种形状均是合适的。根据有利的实施方案，容器是包括多个孔的板。优选地，该板是通常用于运输和/或处理DNA样品的标准板。

根据特定实施方案，悬挂元件是可变形的，以便限制干扰波在第一支撑元件和第二支撑元件之间的传播。

根据特定实施方案，悬挂元件包括用于调节的设备，该设备布置成改变第一支撑元件和第二支撑元件之间的距离。用于调节的设备使得可以调节第二支撑元件的水平度，以及从而调节容器的水平度，并使得可以调节第二支撑元件相对于器皿底部的位置，并且从而调节容器相对于液体的位置。

根据特定实施方案，用于产生超声波的设备包括将电信号转换成机械信号的至少一个超声转换器。优选地，用于产生超声波的设备包括多个转换器，该多个转换器根据栅格布置，以便在容器附近产生相对均匀的超声波场。

根据特定实施方案，用于产生超声波的设备还包括信号发生器，该信号发生器布置成为转换器提供电信号。

根据特定实施方案，信号发生器包括用于产生周期性信号的模块。例如，信号发生器包括至少一个压电振荡器。

根据特定实施方案，信号发生器还包括信号放大器，该信号放大器使得可以在将由用于生成周期性信号的模块生成的信号传输到转换器之前放大该信号。

根据特定实施方案，信号发生器还包括频率和/或相位扫描模块，以便产生具有预定频带中的独立频率和/或相位的至少两个信号。频率和/或相位扫描使得可以在周期波存在的情况下防止固定波腹和节点在静止操作中出现。

根据特定实施方案，用于产生超声波的设备紧固在器皿的外部下表面上。例如，转换器通过适合于超声波传输的粘合剂粘合到器皿底部，或者焊接到器皿上。用于产生超声波的设备将超声波传输到器皿的下表面，然后器皿的下表面将超声波进而传输到液体。

根据特定实施方案，当装置处于操作位置时，用于产生超声波的设备与第二支撑元件的通道一起大体竖直地放置以便相对于通道居中。竖直界定为重力的方向。在第二支撑元件的通道的竖直方向上并因此在容器的竖直方向上的用于产生超声波的设备的存在有助于经由对称效应在容器附近产生均匀的超声波场。然而，对称性是任选的。

根据特定实施方案，该装置包括用于产生超声波的第二设备，以便主动减少，并甚至消除干扰超声波。

根据特定实施方案，第一支撑元件包括通道，以便允许使用者接近第二支撑元件的通道。接近第二支撑元件的通道使得可以将容器放置在第二支撑元件中或者从其中取出容器。

根据特定实施方案，悬挂元件包括至少三个链条，该至少三个链条与上部板旋转接合，并且与支撑件旋转接合。这三条链分布成以便可以将第二支撑元件保持在水平位置，同时仍然保证旋转接头的活动度。水平界定为垂直于竖直方向。

根据特定实施方案，第二支撑元件与器皿的侧面隔开预定距离，例如10厘米的距离，以便限制容器暴露于侧面附近的边缘效应，该边缘效应由侧面反射超声波产生。该特性有助于容器附近超声波场的均匀性。

根据特定实施方案，该装置还包括外部框架，器皿放置在该外部框架中。该框架使得可以支撑器皿，并可以将外部环境与在容器中传播的超声波隔离开。

根据特定实施方案，该装置包括盖。盖使得器皿的内容物可以与外部环境隔离开，同时考虑到了安全和卫生。

根据特定实施方案，该装置还包括溢流装置，该溢流装置旨在确保器皿中存在预定高度的液体。必要的是，液体高度必须足够高以浸没容器的包含待断裂的DNA样品的部分。然而，优选地，不浸没第二支撑元件，以便防止与超声波在第二支撑元件上的反射相关联的边缘效应，边缘效应将对超声波场的均匀性有害。

根据特定实施方案，溢流装置包括排放通道，以便去除液体的过量部分。

根据特定实施方案，该装置还包括用于调节器皿水平度的设备，以便保证容器的所有孔均匀浸入液体中。

根据特定实施方案，用于调节器皿水平度的设备包括可调节支腿。

根据特定实施方案，用于调节器皿水平度的装置包括气泡水平仪。

5.附图列表

参考附图，其它创新特征和优点将出现在以下的描述中，这些描述是为了提供信息而决非限制，在附图中：

图1a和图1b分别示出了根据本发明第一实施方案和第二实施方案的装置的示意图和横截面；

图2示出了图1a或图1b的装置的透视示意图；以及

图3示出了根据本发明的用于产生超声波的设备的功能图。

6.详细描述

图1a、1b和图2显示了用于使DNA样品断裂的装置1。待断裂的DNA样品放置在溶液S中处于溶解状态，并放置在容器C中。例如，断裂装置1使得可以从包含约30亿个核苷酸碱基的基因组中获得包含大体上约400个碱基的数个链部分。使用的溶液S通常是水或水凝胶。优选地，容器C是标准容器，例如包括多个孔的板或者一行试管，该多个孔根据栅格图案布置。

装置1包括器皿2、用于产生超声波的设备3、第一支撑元件4、第二支撑元件5、悬挂元件6、框架7、盖8和用于调节器皿水平度的设备9。

器皿2是密封的容器，设计成用来接纳液体L，液体L通常是水。器皿2有利地由金属制成，并且更具体地由不锈钢制成，以防止器皿2与水接触时氧化，并便于出于卫生考虑对其进行清洁。器皿2具有例如平行六面体形状，并且包括下表面和四个侧面。从尺寸的角度来看，并纯粹为了说明的目的，下表面是基本上矩形形状的，并且其边长在25厘米到35厘米之间。侧面具有约10厘米的竖直尺寸，竖直方向由重力的方向界定。

器皿2放置在框架7中。框架是能够将外部环境与在器皿2中传播的超声波隔离的容器。框架7有利地由金属制成，并且更具体地由不锈钢制成。框架7具有例如平行六面体形状，并且包括下表面和四个侧面。从尺寸的角度来看，并纯粹为了说明的目的，下表面是大体上矩形形状的，并且其边长约40厘米。侧面具有约20厘米的竖直尺寸。

器皿2的侧面包括上边缘，上边缘放置在框架7的侧面上，使得在器皿2的外部下表面和框架7的内部下表面之间存在空间。有利地，器皿2的上边缘和框架7的侧面之间的界面包括限制干涉波在器皿2和框架7之间传播的接头10。

第一支撑元件4大体上具有例如包括边缘的板的形状。从尺寸角度来看，并纯粹为了说明的目的，该板大体上是矩形形状的，并且其边长在25到35厘米之间。第一支撑元件4可移除地嵌套在器皿的侧面的边缘上以便确保第一支撑元件4相对于器皿2的大体固定的位置。有利地，第一支撑元件4与器皿的嵌套具有例如填充有阻尼接头10的间隙，该阻尼接头10限制干涉波在器皿2和第一支撑元件4之间传播。第一支撑元件4包括大体上位于其中心的通道40。从尺寸的角度来看，并纯粹为了说明的目的，通道40是大体上矩形形状的，并且其边长约15厘米。第一支撑元件4有利地由金属制成，并且更具体地由不锈钢制成，以便防止其与水接触时氧化并且便于其清洁。第一支撑元件4有利地包括便于其操作的把手41。例如，把手41是第一支撑元件中的两组通道，其布置成通过将两个手指分别插入通道中以夹持第一支撑元件4来抓握第一支撑元件。

第二支撑元件5大体上具有例如板形状。从尺寸的角度来看，并纯粹为了说明的目的，板是大体上矩形形状的，并且其边长约15厘米。第二支撑元件5包括大体上位于其中心的通道50。从尺寸的角度来看，并纯粹为了说明的目的，通道50是大体上矩形形状的，并且其边长约10厘米。第二支撑元件5有利地由金属制成，并且更具体地由不锈钢制成，以便防止其与水接触时氧化并且便于其清洁。

第二支撑元件5通过形成旋转接头的悬挂元件6悬挂在第一支撑元件4上。悬挂元件6有利地包括四个链条61，其分别将支撑元件4的在通道40的四个拐角附近的四个点连接到支撑元件5的在支撑元件5的四个拐角附近的四个点。每个链条61包括两个端部，第一端部作为与第一支撑元件4的旋转接头，并且第二端部作为与第二支撑元件5的旋转接头。根据其它实施方案，链条61被杆、环或绳代替。这种可以变形的悬挂元件6在第一支撑元件4和第二支撑元件5之间按照例如约四厘米的长度延伸，并且使得可以将第二支撑元件大体上保持处于水平位置的容器中心，水平方向界定为垂直于竖直方向，同时由于旋转接头所赋予的阻尼特性，仍然限制超声波穿过悬挂元件6的传输。

根据图1b中所示的特定实施方案，悬挂元件6包括用于调节的设备，该设备布置成改变第一支撑元件4和第二支撑元件5之间的距离。用于调节的设备包括大体垂直于链条61的两个横向构件63和将第一支撑元件4连接到横向构件63的四个螺钉62。通过旋紧或旋松螺钉62，第一支撑元件4和横向构件63之间的距离被改变。有利地，四个螺钉62在通道40的四个拐角附近在支撑元件4的四个点处分别插入到第一支撑元件4中。两个相邻的螺钉分别旋拧到第一横向构件的两个端部，其它螺钉分别旋拧到第二横线钢构件的两个端部。在支撑元件5的四个拐角附近的第二支撑元件5的四个拐角通过大体上在螺钉62的延伸方向上的链条61分别连接到两个横向构件的四个端部。

第二支撑元件5旨在接纳容器C，通常是包括多个孔的板，该多个孔用于接纳DNA样品。容器C被放置成使孔位于通道50中，并且孔的延伸方向是竖直的，容器的位于该多个孔的外围处的端部放置在第二支撑元件5上。

第二支撑元件5与器皿的侧面隔开预定距离，例如10厘米的距离，以便限制容器C暴露于侧面附近的边缘效应，该边缘效应由侧面反射超声波产生。

器皿2填充有液体L，以便浸没孔的远侧端部，并将第二支撑元件5留在开放空间中，以便防止在液体L中传播的超声波通过支撑元件5反射。器皿2包括例如5厘米至7厘米的液体L。在器皿2的填充操作期间，第一支撑元件和第二支撑元件从器皿2移除以便将液体L倒入到器皿2中。液体L的高度是预先确定的，并且必须精确到最接近的毫米。为了精确控制器皿2中的液体L的高度，器皿2包括溢流装置21。根据所示的实施方案，溢流机构包括排放通道210，其位于容器侧面，在对应于所需的液体的高度的位置处。过量的液体通过导管211移除。导管211使过量的液体穿过框架7中的通道输送到框架7的外部。根据未示出的实施方案，过量的液体被收集在紧固到框架7的容器中。根据未示出的另一个实施方案，溢流装置21包括限定器皿2中的密封隔室的壁，该壁布置成使得过量液体越过壁的上边缘。

盖8覆盖框架7，并且出于安全和卫生的考虑，使器皿2的内容物与外部环境隔离开。有利地，盖8在盖8和第一支撑元件4之间的界面处或者盖8和器皿2之间包括接头10，以便限制干扰波在这些界面上传播。

用于调节器皿的水平度的设备9包括可调节支腿91和气泡水平仪92。在所示的实施方案中，可调节支腿91和气泡水平仪92紧固在框架7的外部下表面上。

用于产生超声波的设备3包括多个转换器31，例如6个转换器，这些转换器按照包括两行每行三个转换器的栅格布置，以便在容器C附近产生相对均匀的超声波场。转换器将电信号转换成产生超声波的机械信号。转换器固定到器皿2的外表面，例如，转换器通过适合于超声波传输的粘合剂被粘合，或者转换器被焊接。有利地，转换器紧固在容器的外部下表面上，与第二支撑元件5的通道50一起是竖直的。

图3示出了用于产生超声波的设备3。信号发生器32为转换器31提供电信号。有利地，信号发生器32包括用于产生周期性信号的模块322，例如压电振荡器，并且包括信号调节和功率电子模块321，其放大由用于产生周期性信号的模块322产生的信号。有利地，为了在容器附近产生大体均匀的超声波场，并且特别是以便防止在静止操作中出现波腹和波节，信号发生器32包括频率扫描模块323，以便产生具有预定频带(例如24kHz和28kHz之间的频带)中的独立频率的至少两个信号。有利地，信号发生器32还包括用于调节对幅度和相位的调制的模块，以便能够改变所产生的信号的幅度和相位，仍然具有防止波腹和节点的出现的目的。

本发明在上文中被描述为一个示例。应当理解，本领域的技术人员能够通过关联，例如上文独立呈现或组合地呈现的各种特征来实施本发明的不同可选实施方案，然而并不脱离本发明的范围。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于断裂DNA样品(A)的装置(1)，所述DNA样品(A)在容器(C)中处于溶解状态，所述装置(1)包括：

-器皿(2)，其用于接收液体(L)，所述器皿(2)设置有用于产生超声波的设备(3)，以便使超声波传播穿过所述液体(L)；和

-第一支撑元件(4)，其放置在所述器皿(2)上，

所述装置(1)的特征在于，它还包括第二支撑元件(5)，所述第二支撑元件(5)包括设计成接纳所述容器(C)的通道(50)，所述第二支撑元件(5)通过形成至少一个旋转接头的至少一个悬挂元件(6)在距离所述第一支撑元件(4)一距离处悬挂在至少一个悬挂元件(4)上，从而允许所述容器(C)的下部部分浸入所述液体(L)中。

2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述悬挂元件(6)是可变形的。

3.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述悬挂元件(6)包括用于调节的设备(62-63)，所述用于调节的设备(62-63)布置成改变所述第一支撑元件(4)和所述第二支撑元件(5)之间的距离。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置(1)，其特征在于，用于产生超声波的设备(3)包括至少一个超声波转换器(31)。

5.根据权利要求4所述的装置(1)，其特征在于，所述用于产生超声波的设备(3)还包括信号发生器(32)，所述信号发生器布置成为所述转换器提供电信号。

6.根据权利要求5所述的装置(1)，其特征在于，所述信号发生器(32)包括用于产生周期性信号的模块(322)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，用于产生超声波的设备(3)紧固在所述器皿(2)的外部下表面上。

8.根据权利要求7所述的装置(1)，其特征在于，所述用于产生超声波的设备(3)与所述第二支撑元件(5)的所述通道(50)一起大体上竖直地放置。

9.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述第一支撑元件(4)包括通道(40)，以便允许使用者接近所述第二支撑元件(5)的所述通道(50)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述第二支撑元件(5)与所述器皿(2)的侧面隔开预定距离，以便限制所述容器(C)暴露于所述侧面附近的边缘效应，所述边缘效应由所述侧面反射超声波而产生。

Claims (10)

1.一种用于断裂DNA样品(A)的装置(1)，所述DNA样品(A)在容器(C)中处于溶解状态，所述装置(1)包括：

-器皿(2)，其用于接收液体(L)，所述器皿(2)设置有用于产生超声波的设备(3)，以便使超声波传播穿过所述液体(L)；和

-第一支撑元件(4)，其放置在所述器皿(2)上，

所述装置(1)的特征在于，它还包括第二支撑元件(5)，所述第二支撑元件(5)包括设计成接纳所述容器(C)的通道(50)，所述第二支撑元件(5)通过形成至少一个旋转接头的至少一个悬挂元件(6)在距离所述第一支撑元件(4)一定距离处悬挂在至少一个悬挂元件(4)上，从而允许所述容器(C)的下部部分浸入所述液体(L)中。

2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述悬挂元件(6)是可变形的。

3.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述悬挂元件(6)包括用于调节的设备(62-63)，所述用于调节的设备(62-63)布置成改变所述第一支撑元件(4)和所述第二支撑元件(5)之间的距离。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置(1)，其特征在于，用于产生超声波的设备(3)包括至少一个超声波转换器(31)。

5.根据权利要求4所述的装置(1)，其特征在于，所述用于产生超声波的设备(3)还包括信号发生器(32)，所述信号发生器布置成为所述转换器提供电信号。

6.根据权利要求5所述的装置(1)，其特征在于，所述信号发生器(32)包括用于产生周期性信号的模块(322)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，用于产生超声波的设备(3)紧固在所述器皿(2)的外部下表面上。

8.根据权利要求7所述的装置(1)，其特征在于，所述用于产生超声波的设备(3)与所述第二支撑元件(5)的所述通道(50)一起大体上竖直地放置。

9.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述第一支撑元件(4)包括通道(40)，以便允许使用者接近所述第二支撑元件(5)的所述通道(50)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的装置(1)，其特征在于，所述第二支撑元件(5)与所述器皿(2)的侧面隔开预定距离，以便限制所述容器(C)暴露于所述侧面附近的边缘效应，所述边缘效应由所述侧面反射超声波而产生。