CN111190021B - 一种生物样品处理盒 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种生物样品处理盒，包括样品处理支架、支架移动器、样品处理容器组、密封外壳，所述样品处理支架用于安装生物样品芯片，所述样品处理支架下端设计为尖端，所述样品处理容器组包括多个容器，所述支架移动器用于控制样品处理支架作往复运动进而在样品处理容器组的各个容器中突入或移出，容器的上部开口通过密封膜密封，所述样品处理支架下端的尖端可刺破密封膜进入容器内部，所述支架移动器由密封外壳密封形成一个全密封盒状物。本发明提出了一种由简化机械，预封装液体，针刺移动输送液体及样本的生物样品处理盒，在微型密封盒内，实现了对生物样品的提取、转运、洗涤、结合、合成、杂交、信号产生等诸多功能。

Description

一种生物样品处理盒

技术领域

本发明涉及生物样品的处理和检测领域，具体是一种生物样品处理盒。

背景技术

现在的生物实验工作，虽然已经进步很多，但在很大程度上依然是强度很大，技术要求很高的手工操作。很多公司都致力于改善这个现状：比如，天根生化科技（北京）有限公司推出的“ TGuide M16自动核酸提取仪(OSE-M16)”，可以从全血、病毒、组织、植物、细菌和培养细胞等样本中自动纯化DNA或RNA。Cepheid公司研发的GeneXpert全自动分子诊断平台，能够将样品制备，核酸扩增与实时PCR检测完全整合到一个小小的检测试剂盒中。BioFire公司研发的Filmarray的基于微流控技术的全自动分子诊断平台，采用多重PCR分析技术，可对同一个样品一次进行最多24种靶标的检测。更有iCubate公司的iCubate生物技术平台，采用arm-PCR核心技术，可同时检测50种目标分子，还可以得到半定量的检测结果。

但是还是有需要改进的地方，比如：TGuide M16自动核酸提取仪只是单纯的核酸提取仪；GeneXpert试剂盒一次只能检测3-5个基因；检测Filmarray试剂盒机器的通量不够，一个仪器一次只能检测一个标本，iCubate试剂盒太复杂，成本太高。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种更高效，更简单，更经济的生物样品处理盒。

一种生物样品处理盒，包括样品处理支架、支架移动器、样品处理容器组、密封外壳，所述样品处理支架用于安装生物样品芯片，所述样品处理支架下端设计为尖端，所述样品处理容器组包括多个容器，所述支架移动器用于控制样品处理支架作往复运动进而在样品处理容器组的各个容器中突入或移出，容器的上部开口通过密封膜密封，所述样品处理支架下端的尖端可刺破密封膜进入容器内部，所述支架移动器由密封外壳密封形成一个全密封盒状物。

进一步的，所述样品处理支架是一种在机械、温度或电控方式作用下的可变形复位材料所制成的支架，即该支架由弹性材料制成为弯曲形状，受力后可矫直，外力移去后可自动复位。

进一步的，所述样品处理支架具有位于顶端的外部驱动连接头、与外部驱动连接头连接的可弯曲部及位于底端的导向弯曲头，尖端位于导向弯曲头下部，外部驱动连接头用于配合驱动器实现样品处理支架的驱动。

进一步的，所述样品处理支架中设有电磁装置与移液器，电磁装置用于转运磁粉，移液器用于转运液体至样品处理支架上的生物样品芯片中。

进一步的，所述支架移动器包括水平驱动螺杆、水平驱动轮、垂直驱动杆、垂直驱动轮和齿条，水平驱动螺杆呈横向设置，其上安装有水平驱动轮，齿条呈竖直状态安装于水平驱动轮，齿条的下端连接样品处理支架，垂直驱动杆呈横向设置，其上安装有与齿条啮合的垂直驱动轮，水平驱动螺杆、水平驱动轮带动样品处理支架作水平移动，垂直驱动杆、垂直驱动轮带动样品处理支架垂直移动，带动样品处理支架突破密封膜进入和移出样品处理容器组中的容器。

进一步的，所述支架移动器包括水平滑块、垂直滑块、左齿轮、右齿轮、上齿轮、下齿轮、齿轮皮带，垂直滑块可在水平滑块内垂直滑动，水平滑块可沿密封外壳的滑槽水平滑动，密封外壳缠绕左、右、上、下齿轮穿过水平滑块中的滑柱呈现为十字型，并与垂直滑块的最下部的一个点连接，左、右齿轮同向转动时使水平滑块左右移动，左右齿轮的异向转动使垂直滑块上下移动，上下移动的垂直滑块的下端连接样品处理支架，从而驱使样品处理支架突入或移出样品处理容器组中的容器。

进一步的，所述支架移动器包括采用常规的直线动力、皮带动力或圆盘动力方式驱动样品处理支架的驱动器及具有运行轨道的导向器，所述导向器为一个内部有多个分叉通道的器件，样品处理支架在导向器内按导向器的运行轨道做相应的上下、前后、左右运动，驱动器驱动样品处理支架沿着分叉通道进入样品处理容器组中的容器。

进一步的，所述导向器为直线导向器，内含可让样品处理支架在其中运行的水平运动滑道、与水平运动滑道连通多个分叉导向口、与分叉导向口连通的出口，出口与样品处理容器组中的一个容器对应，分叉导向口与出口之间构成通向样品处理容器组中不同容器的分叉通道。

进一步的，所述导向器为弧线导向器，内含可让样品处理支架在其中作弧形运行的弧形运动滑道、与弧形运动滑道连通多个分叉导向口、与分叉导向口连通的出口，出口与样品处理容器组中的一个容器对应，分叉导向口与出口之间构成通向样品处理容器组中不同容器的分叉通道。

进一步的，所述导向器为旋转导向器，通过旋转导向器使得样品处理支架可以进入不同组的样品处理容器组。

本发明密封外壳内的样品处理支架，在支架移动器的驱动下，可循序刺破容器上的密封膜，从而进入样品处理容器组中的容器，在上述过程中，通过在样品处理支架上固定生物样品，通过电磁铁、电磁移液器协同一起完成固态或液态物质的输送，从而完成生物样品的各种处理。本发明提出了一种由简化机械，预封装液体，针刺移动输送液体及样本的生物样品处理盒，在微型密封盒内，实现了对生物样品的提取，转运，洗涤，结合，合成，杂交，信号产生等诸多功能。在配置有外围驱动检测装置后，可制作自动样品制备测试仪，用于各种生物样品的制备与测试。

附图说明

图1是本发明样品处理支架其中一个实施例的结构示意图；

图2是本发明样品处理支架中移液器其中一个实施例的结构示意图；

图3是本发明样品处理支架中移液器另外一个实施例的结构示意图；

图4是本发明中样品处理支架与样品处理容器组的结构示意图；

图5是本发明中支架移动器实施例一的结构示意图；

图6是本发明中支架移动器实施例二的结构示意图；

图7（a）和图7（b）是本发明样品处理支架另外一个实施例的不同方向的结构示意图；

图8是本发明中导向器实施例一的结构示意图；

图9是本发明生物样品处理盒实施例一的组装后的剖视图；

图10是本发明中导向器实施例二的结构示意图；

图11（a）和图11（b）是本发明中样品处理支架与样品处理容器组另一种实施例的结构示意图；

图12是本发明导向器实施例三的结构示意图；

图13是本发明生物样品处理盒实施例二的组装后的剖视图；

图14是本发明生物样品处理盒实施例三的组装后的剖视图；

图15是本发明生物样品处理盒实施例三的组装后的立体结构示意图；

图16是图15配合电机使用时的结构示意图；

图17是本发明个生物样品处理盒组装使用时的结构示意图；

图18是本发明进行样本中的核酸扩增检测1时的结构示意图；

图19是本发明进行样本中的核酸扩增检测2时的结构示意图；

图20是本发明样品处理容器组另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图1-19，本发明实施例提供一种生物样品处理盒，包括样品处理支架10、支架移动器、样品处理容器组30、密封外壳40。

所述样品处理支架10用于完成生物样品的转移、输送，也可在其上发生生物反应。如图1所示，所述样品处理支架10其中一个实施例的上部设有生物样品芯片固定部11，其可设计为卡扣式结构，用于安装生物样品芯片12，生物样品芯片12中可以安置蛋白印迹、蛋白点阵库、核酸印迹、核酸点阵库、糖、脂等。所述样品处理支架10的底端设计为尖端13。

同时在样品处理支架10上部设置有电磁装置，还可设置移液器，电磁装置用于转运磁粉，移液器用于转运液体至样品处理支架上的生物样品芯片中。移液器可为图2所示磁控控量移液器15或图3所示步进电机控制移液16，其中磁控控量移液器15包括电磁铁151及与电磁铁151配合的磁吸推杆152，步进电机控制移液16包括步进电机16及与步进电机16配合的螺杆式推杆162。样品处理支架10中设有中空管道14，中空管道14具有上开口和下开口，其下开口位于下部顶端14，上开口连接移液器用于转运液体至样品处理支架10上的生物样品芯片12中。

图4显示样品处理支架10与样品处理容器组30。样品处理容器组30为多个相邻的容器31所构成。其中一个容器31具有加样口32，加样口32可通过容器盖33开启和密封。容器31内可预装液状，或固体状生物试剂。容器31的上部开口通过密封膜34密封，密封膜34可采用塑料或铝箔制成。容器31可根据生物反应的需要为各种形状，内部预装有溶液、或生物样品处理所需材料，外壁为透光材料。样品处理支架10中的尖端13可刺破密封膜34进入容器31内部。

如图5所示的是支架移动器20a、样品处理支架10和样品处理容器组30。图5显示的支架移动器20a包括水平驱动螺杆21 a、水平驱动轮22a、垂直驱动杆23a、垂直驱动轮24a和齿条25a。水平驱动螺杆21a呈横向设置，其上安装有水平驱动轮22a，齿条25a呈竖直状态安装于水平驱动轮22a，齿条25a的下端连接样品处理支架10。垂直驱动杆23a也呈横向设置，其上安装有与齿条25a啮合的垂直驱动轮24a。水平驱动螺杆21a、水平驱动轮22 a带动样品处理支架10作水平移动，垂直驱动杆23a、垂直驱动轮24带动样品处理支架10垂直移动，可带动样品处理支架10突破密封膜34进入和移出样品处理容器组30中的容器31。

图6显示的为一种简化的支架移动器20b，即十字皮带齿轮滑块移动器，其包括水平滑块21b、垂直滑块22b、左齿轮23b、右齿轮24b、上齿轮25b、下齿轮26b、齿轮皮带27b。垂直滑块22b可在水平滑块21b内垂直滑动，图6中水平滑块21b的前面未显示。水平滑块21b可以沿密封外壳40的滑槽（未显示）水平滑动。密封外壳40缠绕左、右、上、下齿轮（23b、24b、25b、26b）穿过水平滑块21b中的滑柱27b呈现为十字型，并与垂直滑块22b的最下部的一个点连接。很明显，左、右齿轮（23b、24b）的同向转动，将会使水平滑块21b左右移动；左、右齿轮（23b、24b）的异向转动，将会使垂直滑块22b上下移动。上下移动的垂直滑块22b的下端连接有样品处理支架10，驱使其突入或移出样品处理容器组30。

为了进一步简化支架移动器，可将样品处理支架10优化为是一种在机械，温度或电控等方式作用下的可变形复位材料所制成的支架。如图7（a）和图7（b）所示，该支架由弹性材料制成为弯曲形状，其受力后可矫直，外力移去后可自动复位。配合下文中将描述的导向器，样品处理支架10可沿导向器的通道进入不同的样品处理容器组30中的容器31。本实施例中样品处理支架10具有位于顶端的外部驱动连接头15、与外部驱动连接头15连接的可弯曲部14及位于底端的导向弯曲头15，尖端13位于导向弯曲头15下部。

如图8所示的导向器50a为直线导向器，内含可让样品处理支架10在其中运行的水平运动滑道51a、与水平运动滑道51 a连通多个分叉导向口52a、与分叉导向口52a连通的出口53a，出口与样品处理容器组30中的一个容器31对应。分叉导向口52a与出口53a之间构成通向样品处理容器组30中不同容器31的分叉通道。

如图9所示，样品处理支架10经连杆54、连杆外接头55在导向器50内做往复运动。当样品处理支架10的下部顶端运行到分叉导向口52时，因为样品处理支架10会有弹性的自然弯曲使其下部顶端（导向弯曲头15）向下，所以样品处理支架10会选择性的进入向下的出口53。随着样品处理支架10不断的往复运动，不断的退移，样品处理支架10可依次进入样品处理容器组30中的容器31，并在其中做往复运动。

同理，图10中的导向器50b为弧线导向器，内含可让样品处理支架10在其中作弧形运行的弧形运动滑道51b、与弧形运动滑道51b连通多个分叉导向口52b、与分叉导向口52b连通的出口53b，出口53b与样品处理容器组30中的一个容器31对应。分叉导向口52b与出口53b之间构成通向样品处理容器组30中不同容器31的分叉通道，导向器50b配合竖立的样品处理容器组30工作。进一步的，如图11（a）和图11（b）所示，采用做旋转运动的弧状的样品处理支架10a和10b，配合围绕圆心排列的样品处理容器31，也会有相同的功效，其中标号52表示分叉导向口。

进一步的，如图12所示，导向器可设计为旋转导向器50c，通过旋转导向器50c使得样品处理支架10可以进入不同组的样品处理容器组30。

作为进一步的优化，如图13所示，样品处理支架10可通过无接触的电磁驱动，样品处理支架10中的外部驱动连接头15设计为可被磁铁吸引的材料制成，导向器的外壳部分设置可驱动沿着外壳移动的磁铁100，随着磁铁100的移动即可带动外部驱动连接头15，进而带动样品处理支架10在导向器的运动滑道中移动；样品处理支架10也可进一步的优化为图15所示的皮带轮110驱动，其皮带两个皮带轮110上卷绕皮带120组成驱动样品处理支架10移动的驱动装置，样品处理支架10中的外部驱动连接头15与皮带120底部连接，两个皮带轮110驱动皮带120带动外部驱动连接头15，进而带动样品处理支架10在导向器的运动滑道中移动。

按图14中显示的结构，加上密封外壳40，外设一个外齿轮41与右皮带轮110同轴并密封，就可以得到一种全密封的生物样品处理盒（如图15所示）。

很明显，采用这种生物样品处理盒，用一个电机42，配备电机齿轮驱动轴43与外齿轮41驱动连接，作简单的往复运动编程，就可制成单个的（图16所示）或多个（图17所示）这种生物样品处理盒的驱动器。很明显，可将产生驱动动力的微型步进电机封入生物样品处理盒中，通过导线的接触电极，生物样品处理盒就可被主机控制运行。

如图20所示，在另一实施例中，样品的采集可以由一个外置的单独采样管35完成，采样时将定量的样品加入含有相应的试剂的采样管35中。 在实验室，将采样管35封入生物样品处理盒完成操作。 对应的，所述样品处理容器组30中的容器31可设计为采样管容纳腔，采样管35装入试剂和样品后，采样管35的上端开口使用密封膜36密封，然后装入赌赢的采样管容纳腔，密封膜36可被处理支架10中的尖端13刺破。

实施实例：

（1）血液中的抗体检测：

机体会产生抗体来与病原作斗争。一种特殊的疾病，会导致体内产生不同的抗体去识别不同的抗原。比如说，一种病毒感染，体内就会产生一组特征性的抗体，分别来识别相应病毒的相应抗原。当检测到这一组特征性的抗体，就可推断出机体曾经遭遇过这种病毒入侵。相对于SARS病毒，其抗原表达及检测原理可参见Dr. WeiFeng Chen的文章：Detection of antibodies against SARS-CoV in serum from SARS-infected donorswith ELISA and Western blot，Clinical Immunology 113 (2004) 145–150）。

采用本发明的生物样本处理盒，很容易实现一个微型的蛋白印迹自动检测。

如图9所示，可在样品处理支架10上由厂家预先设置含有特征性抗原，且被封闭的蛋白印迹膜。在样品处理容器组30相应的容器之中，预先灌注所需的试剂。比如：第1个容器中灌注封闭液；第2-4个容器中灌注洗涤液；第5个容器中灌注显色或荧光标记的抗人第二抗体；第6-9个容器中灌注洗涤液；第10个容器空置。整个生物样本处理盒全密封包裹，往复运动的连杆外接头55与盒体之间，有可伸缩密封罩56密封。

检测时，将一定量的待检血样品加入样品处理容器组30的容器1之中。用容器盖33密封后，就可安置到机器上，让机器完成余下的工作。

机器会根据程序，让样品处理支架10前行，经导向器（50a）指引，刺破容器1上方的密封膜34，继而在容器1中往复运动一段时间，使抗体与样品处理支架10上的抗原样品孵育结合。孵育结合完成后，样品处理支架10会进入容器2-4，完成3次洗涤。然后进入容器5作第二抗体孵育，继而完成4次洗涤。最后，样品处理支架10位于样品处理容器组30的限位槽中。人工取出后，就可读出显色的信号，或者由机器读出荧光信号。

（2）核酸纯化：

如图10所示，含有质粒的E.coli混悬液，被加入容器s1中裂解。一段时间后，杂质被磁粉被外部的电磁装置吸引而沉淀。裂解液被样品处理支架10上的电磁移液器转移至容器s2。所需的质粒与容器s2中的磁粉混合后结合后，样品处理支架10上的电磁铁启动，将磁粉连同质粒一起带入容器3中洗涤。洗涤结束后，磁粉和质粒被带入容器4。在容器4中质粒被释放到低盐容液中，这样就获得纯化的质粒。

（3）样本中的核酸扩增检测1：

核酸样品的检测要求完美整合“提取，扩增，检测，多重，自动，封闭”六个要素。

采用本发明的生物样本处理盒能够最大的满足上述核酸的检测的基本要求。比如对各种感冒病毒，各种腹泻病原的检测。这里展示核酸提取，放大，定点二次放大的实施方案。

如图18所示，生物样本处理盒预先置入各种所需的生物试剂。

检测时，将病原样本置入容器a，密封。

机器启动，样品处理支架10前行，经导向器（50a）指引，刺破容器a上方的密封膜，继而在容器a中往复运动一段时间，核酸被裂解，被溶液中的磁粉吸附。样品处理支架10上的电磁铁启动。核酸磁粉一起被带入容器b中将非特异性的杂质洗掉，继而在容器c中将核酸洗脱到溶液之中。这时样品处理支架10上的电磁移液器启动，将提纯的核酸转移到容器d中实施反转录。反转录的产物继而转移到容器e中进行多组引物的第一次PCR放大。当然，DNA病毒检测也可不需要上面这一步，直接将提出的DNA进行多组引物的第一次PCR多重放大。放大后的产物被移入容器f内实施核酸的二次扩增。在容器f内含有多个PCR反应点，每一个点都含有的特定序列引物。扩增完成，机器就可检测每一个点的信号，获取多达几十种的核酸的检测结果。

（4）样本中的核酸扩增检测2：

同理，采用本发明的生物样本处理盒还可以实施在核酸放大后，进行杂交检测。

如图19所示，生物样本处理盒预先置入各种所需的生物试剂；特别的是，在样品处理支架10上会预置杂交用核酸阵列。

检测时，将病原样本置入容器A，密封。

机器启动，样品处理支架10前行，经导向器（50a）指引，刺破容器A上方的密封膜，继而在容器A中往复运动一段时间，核酸被裂解，被溶液中的磁珠吸附。样品处理支架10上的电磁铁启动。核酸磁珠一起被带入容器B中将非特异性的杂质洗掉，继而在容器C中将核酸洗脱到溶液之中。这时样品处理支架10上的电磁移液器启动，将提纯的核酸转移到容器D中实施第一次多重PCR。很明显，如果是RNA样品，在此之前还得进行反转录。放大的产物被移入容器E，进行核酸二次扩增。扩增完成后的产物被移入容器F中，与在样品处理支架10上的核酸阵列上的核酸杂交。继而在容器G，H，I中洗除非特异性的杂质。最后移入容器J中，借助外部的荧光读取仪器，检测出多达几十种的病原体的核酸。

（5）样本中的糖，脂检测：

同理，采用本发明的生物样本处理盒，将需要检测的糖，脂样品，安置在样品处理支架10上，采用适当的方法，就可完成检测。

综上所述，本发明采用简洁的密封盒内驱动方案，利用可被刺穿开启密封膜进入多槽的方法，辅以电磁铁，电磁移液器，完成固态，和液态物质的输送；同时实现预置在样品处理支架10生物样品的在不同槽中的洗涤，孵育，物理生物化学反应。将具有上述特点的生物样本处理盒与现有的生物技术结合，可以很方便用于蛋白的印迹诊断，核酸的提纯，核酸的放大，制成各种诊断试剂盒。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种生物样品处理盒，其特征在于：包括样品处理支架、支架移动器、样品处理容器组、密封外壳，所述样品处理支架用于安装生物样品芯片，所述样品处理支架下端设计为尖端，所述样品处理容器组包括多个容器，所述支架移动器用于控制样品处理支架作往复运动进而在样品处理容器组的各个容器中突入或移出，容器的上部开口通过密封膜密封，所述样品处理支架下端的尖端可刺破密封膜进入容器内部，所述支架移动器由密封外壳密封形成一个全密封盒状物；所述样品处理支架是一种在机械方式作用下的可变形复位材料所制成的支架，该支架由弹性材料制成为弯曲形状，受力后可矫直，外力移去后可自动复位；所述样品处理支架具有位于顶端的外部驱动连接头、与外部驱动连接头连接的可弯曲部及位于底端的导向弯曲头，尖端位于导向弯曲头下部，外部驱动连接头用于配合驱动器实现样品处理支架的驱动；所述支架移动器包括采用常规的直线动力、皮带动力或圆盘动力方式驱动样品处理支架的驱动器及具有运行轨道的导向器，所述导向器为一个内部有多个分叉通道的器件，样品处理支架在导向器内按导向器的运行轨道做相应的上下、前后运动，驱动器驱动样品处理支架沿着分叉通道进入样品处理容器组中的容器；所述导向器为直线导向器，内含可让样品处理支架在其中运行的水平运动滑道、与水平运动滑道连通多个分叉导向口、与分叉导向口连通的出口，出口与样品处理容器组中的一个容器对应，分叉导向口与出口之间构成通向样品处理容器组中不同容器的分叉通道；或者，所述导向器为弧线导向器，内含可让样品处理支架在其中作弧形运行的弧形运动滑道、与弧形运动滑道连通多个分叉导向口、与分叉导向口连通的出口，出口与样品处理容器组中的一个容器对应，分叉导向口与出口之间构成通向样品处理容器组中不同容器的分叉通道；当样品处理支架的下部顶端运行到分叉导向口时，由于样品处理支架由弹性材料制成为弯曲形状，会有弹性的自然弯曲使其下部顶端向下，样品处理支架会选择性的进入向下的出口，随着样品处理支架不断的往复运动，不断的退移，样品处理支架依次进入样品处理容器组中的容器，并在其中做往复运动。

2.如权利要求1所述的生物样品处理盒，其特征在于：所述样品处理支架中设有电磁装置与移液器，电磁装置用于转运磁粉，移液器用于转运液体至样品处理支架上的生物样品芯片中。