CN111504972A - 一种pcr采样检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PCR采样检测装置，包括检测盒、PCR反应预制管、荧光探头、加热装置和采样器，检测盒上端开口，上端内设置有支撑环，PCR反应预制管固定连接在支撑环上且中部下凸出支撑环中心的通孔，荧光探头固定连接在支撑环的下端面且正对PCR反应预制管下凸部分，PCR反应预制管中部下方安装有加热装置，加热装置固定连接在检测盒内，采样器能够盖合在检测盒上端且能将采样试纸上的液体挤入PCR反应预制管内。本发明将采样后的采样器盖合在检测装置后，采样器的采样试纸头上的样品挤入到PCR反应预制管内并进行加热反应，采用荧光探头进行探测，实现PCR快速采样检测，结构大大简化，便于携带，成本大大降低，能够实现定温检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种PCR采样检测一体化装置，属于PCR检测设备技术领域。
背景技术
用于传染病的传染源及其他可能具有对医护人员造成威胁的病原检测手段需要依赖于专业级别的实验室及检验设备，涉及病原采集、存储、转运、处理及检测等系列流程，且需要专业的设备及专业人员进行操作，过程耗时耗力、且安全性保障环节过多，容易出现病原泄漏及其他污染问题，威胁医护人员及检验人员生命安全；传统PCR仪体积庞大，使用需要专业人员进行样本的提前处理与操作，无法实现大众普及领域。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种PCR采样检测装置，以解决上述现有技术中存在的问题。
本发明采取的技术方案为：一种PCR采样检测装置，包括检测盒、PCR反应预制管、荧光探头、加热装置和采样器，检测盒上端开口，上端内设置有支撑环，PCR反应预制管固定连接在支撑环上且中部下凸出支撑环中心的通孔，荧光探头固定连接在支撑环的下端面且正对PCR反应预制管下凸部分，PCR反应预制管中部下方安装有加热装置，加热装置固定连接在检测盒内，采样器能够盖合在检测盒上端且能将采样试纸上的液体挤入PCR反应预制管内。
优选的，上述采样器，包括圆筒、采样试纸头、活塞和推拉杆，圆筒前端为锥形结构的试纸腔，圆筒前端部侧面通孔内设置有采样试剂包，采样试剂包外端设置有刺穿机构，圆筒内弹性密封连接有活塞，推拉杆固定连接在活塞后端部中心，活塞前端部通过连杆固定连接采样试纸头，推拉杆后端伸出圆筒下端。
优选的，上述采样试剂包包括两端开口的柱腔，柱腔密封固定连接在圆筒上，前端设置试剂封口膜，后端设置外凸的弹性按压片，刺穿机构包括锥刺杆，锥刺杆固定连接在弹性按压片中部内侧。
优选的，上述圆筒前端内侧安装有导向环，导向环通过集流斗连接在圆筒内部且位于采样试剂包前方，集流斗为朝向圆筒前端小后端大的锥形结构，导向环侧设置有导流孔，导向环前端设置有喇叭口的挤压部。
优选的，上述活塞后端面设置有拉伸弹簧，拉伸弹簧套接在推拉杆上，上端抵靠在活塞端面，下端抵靠在圆筒后端内侧。
优选的，上述推拉杆尾端穿出圆筒后连接到推拉手柄，推拉手柄活动插入在导向筒内，导向筒前端固定连接在圆筒后端；推拉手柄尾端侧面固定连接有限位杆，限位杆前端设置有限位卡齿，圆筒表面设置有沿圆筒长度方向的多个限位卡槽，推拉限位杆能够将限位卡齿嵌入到限位卡槽内；圆筒侧面设置有刻度线，圆筒采用透明材质。
优选的，上述圆筒前端套接有球形截面的透明保护罩，透明保护罩能够盖合在检测盒上端的环形凸缘上。
优选的，上述圆筒前端部侧面另一通孔内设置有样本销毁试剂包，样本销毁试剂包的结构形状与采样试剂包一致。
优选的，上述PCR反应预制管包括透明材质的反应罐和连接支撑片，反应罐上端开口，开口边缘一周设置连接支撑片，反应罐上端还设置有外凸的弹性弧形挤压片，弹性弧形挤压片中部设置有上大下小的锥形挤压部，锥形挤压部下端开口处设置封口膜。
优选的，上述锥形挤压部四周设置有集流槽。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的效果如下：
（1）本发明将采样后的采样器盖合在检测装置后，采样器的采样试纸头上的样品挤入到PCR反应预制管内并进行加热反应，采用荧光探头进行探测，实现PCR快速采样检测，结构大大简化，便于携带，成本大大降低，能够实现定温检测，无需专业人士，操作省时省力，操作安全性高，整个采样检测过程相对密封，大大降低泄露概率，检测盒便于实现便携式结构，结构大大简化；
（2）通过推动采样试纸头进入口腔喉咙处进行采样，采样后采用刺穿机构刺穿试剂包与采样样品进行混合，实现样品的快速收集，省时省力，避免需要转移样品导致的检测不精确，提高检测精确度，活塞推动，起到导向作用，精确定位；
（3）采样试剂包结构简单，密封效果好，推动采样试纸头到封口处，便于将试剂液体流到采样试纸头，刺穿机构简单，按压方便快速；
（4）设置导向环，能够起到推动连杆过程中提高连杆的刚性，避免歪斜，设置集流斗和导流孔，还能够实现试剂快速集流和引流到采样试纸头，设置挤压部，能够实现含有样本的保护液从采样试纸头挤出，避免人工挤压；
（5）设置拉伸弹簧，能够实现活塞的快速复位和采样试纸头的复位，采样操作更方便；
（6）设置推拉手柄并置于导向筒内，起到进一步的导向推动作用，推拉手柄接触面积大，推动更省力；设置限位卡齿和限位卡槽，能够快速实现采样试纸头伸出长度的快速限位，提高采样精确性，设置透明的圆筒和刻度线，能够监测采样试纸头推出的距离；
（7）设置透明保护罩（采用硅胶材质）罩在患者口腔及鼻腔位置，防止飞沫喷出对医务人员造成感染，并且能够清楚观察到采样试纸头到达位置并进行移动接触喉咙处待采样液；
（8）设置样本销毁试剂包，存放样本灭活试剂，能够对采样收集样品后的采样试纸头进行销毁；
（9）采用透明材质的反应罐，反应罐中盛放检测试剂，采用棉签头状的采样试纸头采集样品后并对其采用保护液保护，保护后的采样试纸头推入锥形挤压部刺穿封口膜并进行挤压，将保护样品挤入反应罐反应，能够实现最大量的保护样品挤入反应罐，提高反应效果和检测精确性；
（10）设置集流槽，便于挤压后的保护样品流入反应罐，避免反被吸入采样试纸内。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的PCR检测装置结构示意图；
图3为PCR反应预制管结构示意图；
图4为锥形挤压部俯视截面结构示意图；
图5为本发明的采样器结构示意图；
图6为图5中A部放大结构示意图；
图7为图5中B部放大结构示意图；
图8为导向环俯视结构示意图；
图9为限位卡齿处圆筒截面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
实施例1：如图1-图9所示，一种PCR采样检测装置，包括检测盒1、PCR反应预制管2、荧光探头3、加热装置4和采样器9，检测盒1上端开口，上端内设置有支撑环5，PCR反应预制管2可拆卸地固定连接在支撑环5上且中部下凸出支撑环5中心的通孔，荧光探头3固定连接在支撑环5的下端面且正对PCR反应预制管2下凸部分，PCR反应预制管2中部下方安装有加热装置4，加热装置4固定连接在检测盒1内，采样器9能够盖合在检测盒上端且能将采样试纸上的液体挤入PCR反应预制管内，检测盒1底部设置盒底8，加热装置4固定连接在盒底8上，PCR反应预制管2的可拆卸连接，便于实现PCR反应预制管2的更换，降低设备成本。
优选的，如图5-8所示，上述采样器9包括圆筒901、采样试纸头902、活塞903和推拉杆904，圆筒901前端为锥形结构的试纸腔（为样本预处理试剂仓，试剂释放到该部分后，缓慢滴下，根据样本需要量，按压加样按钮，洗涤试纸上样本，并保护样本），圆筒901前端部侧面通孔内设置有采样试剂包906（内含样本处理液，），采样试剂包906外端设置有刺穿机构，圆筒901内弹性密封连接有活塞903，推拉杆904固定连接在活塞903后端部中心，活塞903前端部通过连杆905固定连接采样试纸头902，推拉杆904后端伸出圆筒901下端；采样试剂包906包括两端开口的柱腔907，柱腔907密封固定连接在圆筒901上，前端设置试剂封口膜908，后端设置外凸的弹性按压片909，刺穿机构包括锥刺杆910，锥刺杆910固定连接在弹性按压片909中部内侧；试纸腔前端设置封口膜911；圆筒901前端内侧安装有导向环912，导向环912通过集流斗913连接在圆筒901内部且位于采样试剂包906前方，集流斗913为朝向圆筒前端小后端大的锥形结构，导向环912内侧设置有导流孔914，导向环912前端设置有喇叭口的挤压部923；活塞903后端面设置有拉伸弹簧915，拉伸弹簧915套接在推拉杆904上，上端抵靠在活塞903端面，下端抵靠在圆筒901后端内侧；推拉杆904尾端穿出圆筒901后连接到推拉手柄916，推拉手柄916活动插入在导向筒917内，导向筒917前端固定连接在圆筒901后端；推拉手柄916尾端侧面固定连接有限位杆922，限位杆922前端设置有限位卡齿918，圆筒901表面设置有沿圆筒长度方向的多个限位卡槽919，推拉限位杆922能够将限位卡齿918嵌入到限位卡槽919内，多个限位卡槽919位于导向凹槽上，导向凹槽设置在圆筒1长度方向的表面，采用导向凹槽，便于限位卡齿定向移动，快速实现定位，提高检测效率和检测精确性；圆筒901前端套接有球形截面的透明保护罩920，透明保护罩920能够盖合在检测盒上端的环形凸缘上，实现与检测盒的快速定位对接，避免采样试纸头伸出；圆筒901前端部侧面另一通孔内设置有样本销毁试剂包921，样本销毁试剂包921的结构形状与采样试剂包906一致；圆筒901侧面设置有刻度线，圆筒901采用透明材质。
上述采样器具有如下优点：
（1）通过推动采样试纸头进入口腔喉咙处进行采样，采样后采用刺穿机构刺穿试剂包与采样样品进行混合，实现样品的快速收集，省时省力，避免需要转移样品导致的检测不精确，提高检测精确度，活塞推动，起到导向作用，精确定位；
（2）采样试剂包结构简单，密封效果好，推动采样试纸头到封口处，便于将试剂液体流到采样试纸头，刺穿机构简单，按压方便快速；
（3）采样封口膜，未使用状态下密封完好，起到防尘、防污染的作用；
（4）设置导向环，能够起到推动连杆过程中提高连杆的刚性，避免歪斜，设置集流斗和导流孔，还能够实现试剂快速集流和引流到采样试纸头，设置挤压部，能够实现含有样本的保护液从采样试纸头挤出，避免人工挤压；
（5）设置拉伸弹簧，能够实现活塞的快速复位和采样试纸头的复位，采样操作更方便；
（6）设置推拉手柄并置于导向筒内，起到进一步的导向推动作用，推拉手柄接触面积大，推动更省力；
（7）设置限位卡齿和多个限位卡槽，能够快速实现采样试纸头伸出长度的快速限位，提高采样精确性；
（8）设置透明保护罩（采用硅胶材质）罩在患者口腔及鼻腔位置，防止飞沫喷出对医务人员造成感染，并且能够清楚观察到采样试纸头到达位置并进行移动接触喉咙处待采样液，凸缘盖合限位，实现与检测盒的快速定位对接，避免采样试纸头伸出；
（9）设置样本销毁试剂包，存放样本灭活试剂，能够对采样收集样品后的采样试纸头进行销毁；
（10）设置透明的圆筒和刻度线，能够监测采样试纸头推出的距离。
优选的，上述PCR反应预制管2包括透明材质的反应罐201和连接支撑片202，反应罐201上端开口，开口边缘一周设置连接支撑片202，反应罐201上端还设置有外凸的弹性弧形挤压片203，弹性弧形挤压片203中部设置有上大下小的锥形挤压部204，锥形挤压部204下端开口处设置封口膜205，锥形挤压部4四周设置有集流槽206，反应罐201呈上小下大的锥形，反应罐201采用透明的聚乙烯塑料，采用透明材质的反应罐，反应罐中盛放检测试剂，采用棉签头状的采样试纸头207采集样品后并对其采用保护液保护，保护后的采样试纸头推入锥形挤压部刺穿封口膜并进行挤压，将保护样品挤入反应罐反应，能够实现最大量的保护样品挤入反应罐，提高反应效果和检测精确性，设置集流槽，便于挤压后的保护样品流入反应罐，避免反被吸入采样试纸内，呈上大下小的锥形结构，方便微量液滴混合，提高检测精度，。
优选的，上述加热装置4出口处安装有温度传感器6，加热装置4包括上端开口的盒体和安装在盒体内的半导体加热片，荧光探头3采用两个，从盒体上端侧面的通孔伸入对准反应罐201，设置温度传感器，能够精确监测加热温度，提高检测精确性，便于实现定温检测。
优选的，上述检测盒1上端盖合有盒盖7，设置盒盖，便于进行检测盒的保护。
优选的，上述荧光探头3和加热装置4连接到控制器，控制器连接有温度传感器6，采用控制器进行温度控制和荧光信号检测，实现PCR结果的自动化温度控制检测，当达到设定温度是，停止进行加热。
优选的，上述控制器通过蓝牙模块连接到用户终端，用户终端连接到云端服务器，云端服务器连接到管理机构终端，采用蓝牙模块连接到用户终端，实现数据的自动接收和监测，并将数据上端到云端服务器，管理机构终端接收数据后，若检测结果为阳性，自动进行报警提示，便于管理机构及时作出防控措施。
本发明具有如下优点：
1）以新冠病毒检测为契机，结合采样、样本处理、样本检测、样本销毁系列流程，实施封闭式一体化设计，最大限度减少了采样、样本运输、样本处理、样本检测中可能涉及的样本泄漏。该设计包含采样设备、反应体系、便携式PCR仪；
2）采样设备基于传统采样试纸及棉签无法对医护人员形成有效保护问题研发，该设备含有保护罩、可伸缩采样棉签、样本处理试剂、样本销毁试剂。设备使用中将面罩罩于被采样者采样部位，伸缩采样棉签进行采样，按压释放样本处理按钮后，进入反应体系；反应完成后，释放销毁按钮，对样本进行灭活处理。采样棉签有暂存仓体，采样完成后可以短暂保存，最大限度避免样本在转运、存储及预处理中可能涉及的泄露问题；棉签伸缩仓具有可控的刻度，对采样深度实现精准控制；销毁仓预设销毁试剂，可对反应体系灭活处理；
3）便携式PCR仪基于传统PCR研发，该体系包含温控芯片、荧光检测探头、蓝牙通讯模块、移动电源模块等组成，结合移动客户端APP实现精准控制，检测内容选择及检测数据的及时共享至中央服务器，实现疫病的实时监测，可配合基层不具备实验室条件的组织团体、军队、学校等使用，具有快速检测特性；
4）预制PCR管依托于新型冠状病毒检测设计引物，替换不同引物可用于其他疾病及病原检测；该预制管特制关口实现了采样面前的挤脱功能，实现采样器中预处理样本洗脱，反应完成后，可与采样器一体化，接受灭活试剂，销毁反应体系；
5）该体系属完整体系结构，将采样器采样完成后，直接扣于PCR仪上部，按压推拉手柄（采样按钮），可实现棉签中样本预处理混合液体在PCR预制管挤脱，挤脱之后进入反应体系，移动客户端APP发送指令实现检测，检测完成后，按压销毁按钮释放销毁试剂，试剂进入采样端体系、进入反应体系，对样本进行销毁；
6）该体系整个过程在封闭环境中进行，采样、检测、销毁、数据处理一次完成，可实现疾病的快速检测，网络功能实现数据的及时共享进行疫病监测、防控。
PCR反应预制管（快速检测试剂盒）使用预制混合，工厂化生产样品混合按照顺序在氮气封闭的气体系统中进行，冷链运输保存方式。试剂使用PCR管预制分装，将引物、dNTP、Taq DNA 聚合酶、反应缓冲液体系组成，根据各成分保质期，目前研发20μL反应体系及31μL反应体系，具体成分及组成如下表：
表1：20μL预制PCR反应管成分表
表2: 26μL预制PCR反应管成分表
目前，用于新型冠状病毒检测的引物采用推荐引物，序列如下：
靶标一（ORF1ab）:
正向引物（F）：CCCTGTGGGTTTTACACTTAA
反向引物（R）：ACGATTGTGCATCAGCTGA
荧光探针（P）：5'-FAM-CCGTCTGCGGTATGTGGAAAGGTTATGG-BHQ1-3'
靶标二（N）:
正向引物（F）：GGGGAACTTCTCCTGCTAGAAT
反向引物（R）：CAGACATTTTGCTCTCAAGCTG
荧光探针（P）：5'-FAM-TTGCTGCTGCTTGACAGATT-TAMRA-3'
由于PCR管为预制管，其有效期是目前实验的重点内容。将预制PCR管置于液氮速冻后转入-20℃长期保存，进行有效期试验及稳定性试验。
本发明的预制管便于配合加热芯片及荧光设备进行检测，并具有便携性，该预制管用于反应液体预制保存及便于样本加入后的充分混合。
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，任何熟悉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以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种PCR采样检测装置，其特征在于：包括检测盒（1）、PCR反应预制管（2）、荧光探头（3）、加热装置（4）和采样器（9），检测盒（1）上端开口，上端内设置有支撑环（5），PCR反应预制管（2）固定连接在支撑环（5）上且中部下凸出支撑环（5）中心的通孔，荧光探头（3）固定连接在支撑环（5）的下端面且正对PCR反应预制管（2）下凸部分，PCR反应预制管（2）中部下方安装有加热装置（4），加热装置（4）固定连接在检测盒（1）内，采样器（9）能够盖合在检测盒（1）上端且能将采样试纸上的液体挤入PCR反应预制管（2）内。
2.根据权利要求1所述的一种PCR采样检测装置，其特征在于：采样器（9）包括圆筒（901）、采样试纸头（902）、活塞（903）和推拉杆（904），圆筒（901）前端为锥形结构的试纸腔，圆筒（901）前端部侧面通孔内设置有采样试剂包（906），采样试剂包（906）外端设置有刺穿机构，圆筒（901）内弹性密封连接有活塞（903），推拉杆（904）固定连接在活塞（903）后端部中心，活塞（903）前端部通过连杆（905）固定连接采样试纸头（902），推拉杆（904）后端伸出圆筒（901）下端。
3.根据权利要求2所述的一种PCR采样检测装置，其特征在于：采样试剂包（6）包括两端开口的柱腔（907），柱腔（907）密封固定连接在圆筒（901）上，前端设置试剂封口膜（908），后端设置外凸的弹性按压片（909），刺穿机构包括锥刺杆（910），锥刺杆（910）固定连接在弹性按压片（909）中部内侧。
4.根据权利要求2所述的一种PCR采样检测装置，其特征在于：圆筒（901）前端内侧安装有导向环（912），导向环（912）通过集流斗（913）连接在圆筒（901）内部且位于采样试剂包（906）前方，集流斗（913）为朝向圆筒前端小后端大的锥形结构，导向环（912）内侧设置有导流孔（914），导向环（912）前端设置有喇叭口的挤压部（923）。
5.根据权利要求2所述的一种PCR采样检测装置，其特征在于：活塞（903）后端面设置有拉伸弹簧（915），拉伸弹簧（915）套接在推拉杆（904）上，上端抵靠在活塞（903）端面，下端抵靠在圆筒（901）后端内侧。
6.根据权利要求2所述的一种PCR采样检测装置，其特征在于：推拉杆（904）尾端穿出圆筒（901）后连接到推拉手柄（916），推拉手柄（916）活动插入在导向筒（917）内，导向筒（917）前端固定连接在圆筒（901）后端；推拉手柄（916）尾端侧面固定连接有限位杆（922），限位杆（922）前端设置有限位卡齿（918），圆筒（901）表面设置有沿圆筒长度方向的多个限位卡槽（919），推拉限位杆（922）能够将限位卡齿（918）嵌入到限位卡槽（919）内，圆筒（901）侧面设置有刻度线，圆筒（901）采用透明材质。
7.根据权利要求2所述的一种PCR采样检测装置，其特征在于：圆筒（901）前端套接有球形截面的透明保护罩（920），透明保护罩（920）能够盖合在检测盒上端的环形凸缘上。
8.根据权利要求2所述的一种PCR采样检测装置，其特征在于：圆筒（901）前端部侧面另一通孔内设置有样本销毁试剂包（921），样本销毁试剂包（921）的结构形状与采样试剂包（906）一致。
9.根据权利要求1所述的一种PCR采样检测装置，其特征在于：PCR反应预制管（2）包括透明材质的反应罐（201）和连接支撑片（202），反应罐（201）上端开口，开口边缘一周设置连接支撑片（202），反应罐（201）上端还设置有外凸的弹性弧形挤压片（203），弹性弧形挤压片（203）中部设置有上大下小的锥形挤压部（204），锥形挤压部（204）下端开口处设置封口膜（205）。
10.根据权利要求9所述的一种PCR采样检测装置，其特征在于：锥形挤压部（4）四周设置有集流槽（206）。
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