CN112048429A - 一种核酸提取仪的高效提取震荡模块及核酸提取仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及核酸提取仪领域，尤其涉及一种核酸提取仪的高效提取震荡模块，包括水平运动模块、竖直运动模块以及用于检测水平运动模块位置的光电传感器，其中竖直运动模块包括一个垂直运动电机以及一个丝杆电机，使得磁棒架以及磁棒套架能够沿竖直方向分别独立运动；水平运动模块包括一个水平运动电机，以及与水平运动电机相配合的传动装置。本发明克服了现有技术中的核酸提取仪在震荡过程中具有负载较大，噪音较大以及裂解效率较低的缺陷，因而具有能够有效降低震荡负载，同时有效降低震荡噪声、提高磁棒套震荡效率的优点。
Description
技术领域
本发明涉及核酸提取仪领域，尤其涉及一种核酸提取仪的高效提取震荡模块及核酸提取仪。
背景技术
核酸提取仪是应用配套的核酸提取试剂来自动完成样本核酸提取工作的仪器。广泛应用在疾病控制中心、临床疾病诊断、输血安全、法医学鉴定、环境微生物检测、食品安全检测、畜牧业和分子生物学研究等多种领域。
目前核酸提取仪按照原理可以分为离心柱法核酸提取仪以及磁珠法核酸提取仪。
其中：离心柱法核酸提取仪主要采用离心机和自动移液装置相结合的方法，通量一般在1-12个样本，操作时间和手工提取差不多，并不能提高实际工作效率，且价格昂贵，不同型号仪器的耗材也不能通用，仅适合经费充足的大型实验室使用。
而磁珠法则是利用磁珠在高盐低PH值下吸附核酸，在低盐高PH值下与核酸分离的原理，再通过移动磁珠或转移液体来实现核酸的整个提取纯化过程。由于其原理的独特性，所以可设计成很多种通量，既可以单管提取，也可以提取8-96个样本，且其操作简单快捷，提取96个样本仅需30-45min，大大提高了实验效率，且成本低廉，因而可以在不同实验室使用，是目前市场上的主流仪器。
磁珠法核酸提取仪一般分为抽吸法和磁棒法两种，其两者的原理和过程相同，只是在磁珠和液体分离的方式有差异。其两者的提取过程通常包括裂解、吸附、洗涤以及洗脱步骤。其中在第一步裂解过程是在样品中加入裂解液，通过强烈的机械震荡及加热实现反应液的混匀及充分反应，使得细胞裂解从而释放核酸。
现有的一些采用磁珠法的核酸提取仪（例如申请号为CN201810058189.8的一种核酸提取仪）通常只有一个垂直电机对整个提取震荡模块进行样品的震荡裂解，因此在震荡过程中磁棒套以及磁棒同时进行震荡，由于磁棒只需要在裂解完成后下降到磁棒套中对核酸进行吸附即可，因此在震荡裂解过程中无需与磁棒套一起运动。否则则会增加电机的负载，导致在震荡过程中由于负载过大而产生较大的噪音，同时震荡的频率则会降低导致震荡效率以及裂解效率大大降低。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中的核酸提取仪在裂解过程中具有负载较大，噪音较大以及裂解效率较低的缺陷。
因此本发明的第一个目的是提供了一种核酸提取仪的高效提取震荡模块，其能够有效降低在样品裂解过程中驱动裂解模块时所承受的负载，从而有效降低噪音提升震荡裂解效率。
此外，本发明的第二个目的在于提供一种含有上述高效提取震荡模块的核酸提取仪。
为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种核酸提取仪的高效提取震荡模块，包括水平运动模块、竖直运动模块以及用于检测水平运动模块位置的光电传感器；
其中竖直运动模块包括一个垂直运动电机以及一个丝杆电机，其两者设置在一块安装板上，所述安装板的一侧还设置有两条竖直且相互平行的竖直导轨，所述竖直导轨上设置有两组横跨两条竖直导轨的滑动模组，其中位于上方的滑动模组与丝杆电机传动连接，且其一侧与磁棒架固定连接，而位于下方的滑动模组与垂直运动电机通过一组同步轮组传动连接，且其一侧与磁棒套架固定连接，从而磁棒架以及磁棒套架能够沿竖直导轨分别独立运动；
水平运动模块包括一个设置在安装板下方的底板，所述底板上设置有两条水平导轨，所述安装板下端与水平导轨滑动连接，所述底板上还设置有一个水平运动电机，所述水平运动电机与安装板传动连接。
本发明中的核酸提取仪的高效提取震荡模块采用水平运动模块以及竖直运动模块相结合的方式。其中的竖直运动模块主要是用于对装载样品的磁棒套架进行高频震荡，从而达到裂解的作用以及提取裂解后游离的核酸的作用。而水平运动模块的作用则是将提取后的核酸进行转移运送的作用，从而方便裂解后的核酸的进一步提纯以及洗脱步骤。
本发明中的竖直运动模块与传统的核酸提取仪的不同之处在于，本发明中的磁棒套架采用两套独立的驱动装置分别对磁棒架以及磁棒套架进行竖直位置的驱动，从而相较于单一驱动装置的核酸提取仪而言，每一套驱动装置所承受的负载则大大降低，从而能够有效减少在震荡过程中产生的噪音，同时还能够提高磁棒套架的震荡效率，从而为样品的裂解提升了效率。
现有技术中虽然也有一部分方案采用的是两套独立的驱动装置，但是其通常都是采用两套相同的电机搭配丝杆进行驱动，因此其在安装过程中需要刻意为两根丝杆留出空隙，导致整体的体积相对本发明中的技术方案而言更大，因而不利于核酸提取仪的微型化以及轻量化。此外，相较于电机+丝杆的方式，采用竖直电机+同步轮组的方式其在震荡过程中的噪音更小，因而运行过程中更加静音。同时，由于丝杆的成本相较于本发明中的同步轮组方式较高，因而在能达到设计性能指标和寿命要求的基础上，采用本发明中的这一技术方案能够有效降低成本。
此外，由于丝杆呈刚性，因此如果采用丝杆作为竖直传动装置的话，磁棒套架在上下迅速震荡过程中的上下位置变换更加迅猛，导致磁棒套架上架设的磁棒套对样品溶液的冲击更加剧烈，从而在震荡过程中液体很容易随着磁棒套内飞溅至外部，从而稳定性不足甚至会污染样品。但是本发明中的采用轮组的方式由于其轮组中的皮带为柔性的，因此能够在上下震荡过程中为磁棒套架起到一定的减震缓冲作用，因而填充在磁套棒内部的液体不容易向外部飞溅，因而稳定性更高，更不会污染样品。
作为优选，所述滑动模组包括两个与竖直导轨相配合的竖直滑块，所述两个竖直滑块之间通过一块导轨辅助支撑板相互连接。
本发明中的滑动模组由两个与竖直导轨相配合的竖直滑块构成，相较于单独的一个竖直滑块做组成的滑动模组而言，两个竖直滑块所构成的滑动模组的稳定性更高，且其承载能力更高，其能够保证在磁棒套架装载满磁套棒的震荡过程中的稳定性。
作为优选，所述同步轮组包括设置在安装板上的一个竖直主动轮以及一个竖直从动轮，其两者之间通过竖直传动皮带相连接，其中竖直主动轮与垂直运动电机的输出端相连接，所述与磁棒套架固定连接的滑动模组一侧与竖直传动皮带固定连接，使得垂直运动电机在工作过程中能够通过竖直传动皮带带动磁棒套架的竖直运动。
作为优选，所述与磁棒套架固定连接的滑动模组的其中一个竖直滑块侧边还设置有用于与竖直传动皮带相固定连接的第一固定块。
作为优选，所述丝杆电机的输出端设置有一根丝杆，所述丝杆上设置有一个丝杆螺母，所述与磁棒架固定连接的滑动模组一侧与丝杆螺母固定连接，使得丝杆电机在工作过程中能够丝杆带动磁棒架的竖直运动。
本发明在磁棒架的这一侧采用丝杆电机+丝杆的结构模式，其原因在于磁棒架只需要在磁棒套架震荡完成之后开始运行，将磁棒探入到磁棒套内部，从而将核酸通过磁棒套吸附，进而转移至其他的处理工位进行洗涤等处理，因此无需高频使用，因此此时采用丝杆的方式既能够保证上下运动的灵敏性，又能够将噪音控制在一定的可接受范围内。同时无需在安装板配置两套同步轮组，从而缩小了预留的安装体积，从而使得整体仪器的体积大大降低，实现了轻量化以及微型化。
作为优选，还包括一块与安装板垂直设置的移动遮板，所述移动遮板中部设置有一个用于容纳磁棒架以及磁棒套架与滑动模组连接处的活动通槽。
本发明中还设置了移动遮板，其能够阻挡在震荡以及转移过程中的飞溅而出的样品，从而便于设备的清理，从而降低了污染事件的发生概率。
作为优选，所述安装板底部侧边固定设置有一个水平运动底座，所述水平运动底座底部设置有用于与水平导轨相配合的水平滑块；
所述底板上设置有一个水平主动轮以及水平从动轮，其两者之间通过水平传动皮带相连接，所述水平主动轮与水平运动电机的输出端相连接；
所述水平运动底座侧边设置有一个用于与水平传动皮带相连接第二固定块。
一种高效核酸提取仪，所述核酸提取仪中包含上述的提取震荡模块。
作为优选，高效核酸提取仪还包括外壳体，所述外壳体内部位于底板上设置有由陶瓷加热片构成的加热模块，所述底板上端还罩设有一个提取仓罩壳，从而使得提取仓罩壳以及底板之间形成一个提取仓，磁棒架以及磁棒套架设置在提取仓内部。
作为优选，所述提取仓罩壳上端还设置有一支LED照明灯以及一支紫外灭菌灯。
因此，本发明具有以下有益效果：
（1）能够有效降低震荡负载；
（2）能够有效降低震荡噪声；
（3）提高磁棒套震荡效率。
附图说明
图1为本发明中的高效核酸提取仪的一种整体外观结构示意图。
如图2是图1中的核酸提取仪除去外壳体之后的状态图。
图3 是图2的另一个角度的示意图。
图4是图2的一种爆炸图。
图5是本发明的核酸提取震荡模块的一种结构示意图。
其中：外壳体100、反应仓101、上盖板102、亚克力视窗103、显示屏104、底板105、提取仓罩壳106、磁棒架107、磁棒套架108、LED照明灯109、紫外灭菌灯110、侧盖板111、舱门112、加热模块200、陶瓷加热板201、隔热盖板202、提取试剂盒203、试剂盒孔位204、夹持件205、核酸提取震荡模块300、水平运动模块301、竖直运动模块302、垂直运动电机303、丝杆电机304、安装板305、竖直导轨306、滑动模组307、竖直滑块308、导轨辅助支撑板309、丝杆310、丝杆螺母311、同步轮组312、竖直主动轮313、竖直从动轮314、竖直传动皮带315、第一固定块316、光电传感器317、移动遮板318、拼接板319、活动通槽320、水平导轨321、水平运动底座322、水平滑块323、水平运动电机324、水平主动轮325、水平从动轮326、水平传动皮带327、第二固定块328。
具体实施方式
下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明做进一步描述。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
图1为本发明中的高效核酸提取仪的一种整体外观结构示意图。从图中可知，本发明中的核酸提取仪包括外壳体100以及设置在外壳体100内部的反应仓101。其中外壳体100包括设置在四周的侧盖板111，以及设置在顶部的上盖板102，在外壳体100的前端设置有一个与外壳体100底部铰接且可向下翻转的舱门112，舱门的中部设置有一块能够用于观察反应仓101内部情况的透明亚克力视窗103，而位于反应仓101的顶部设置有一个用于控制以及显示核酸提取仪工作状态的显示屏104。
如图2是图1中的核酸提取仪除去外壳体100之后的状态图；图3 是图2的另一个角度的示意图；图4是图2的一种爆炸图。结合图2~4，本发明反应仓101内部主要由设置在底部的底板105上的加热模块200以及核酸提取震荡模块300组成，底板105上端还罩设有一个提取仓罩壳106，从而将磁棒架107以及磁棒套架108罩设在反应仓101内部。在提取仓罩壳106的顶部还设置有一支为反应仓101内部起到照明作用的LED照明灯109以及一支反应仓内部起到杀菌作用的紫外灭菌灯110。
加热模块200包括设置在底板105前端的一块陶瓷加热板201以及覆盖在陶瓷加热板201上端的隔热盖板202，隔热盖板202上设置有用于固定提取试剂盒203的试剂盒孔位204，使得提取试剂盒203的底部能够直接与陶瓷加热板201相接触，从而为提取试剂盒203起到加热作用，而位于试剂盒孔位204的侧边还设置有用于对提取试剂盒203起到夹持作用的夹持件205，从而在固定提取过程中能够保证提取试剂盒203的位置保持稳定。
核酸提取震荡模块300，其可以分为水平运动模块301以及竖直运动模块302。
其中：图5是本发明的核酸提取震荡模块的一种结构示意图，从图5可知竖直运动模块301包括一个垂直运动电机303以及一个丝杆电机304，其两者设置在一块安装板305上的两个不同端面上，其中安装板的位于靠近丝杆电机304的一侧还设置有两条竖直且相互平行的竖直导轨306。竖直导轨306上设置有两组横跨两条竖直导轨306的滑动模组307，每一组滑动模组307包括两个分别与左右两条竖直导轨306相配合的竖直滑块308，两个竖直滑块308之间通过一块导轨辅助支撑板309相互连接。其中位于上方的滑动模组307与丝杆电机304输出轴下端延伸出的丝杆310上的丝杆螺母311固定连接，使得这一组滑动模组307能够在丝杆电机的工作过程中沿着丝杆310竖直运动，在这一组滑动模组307的侧边还固定设置有一个磁棒架107，从而使得丝杆能够带动磁棒架107的竖直运动。
而位于下方的滑动模组307与垂直运动电机303通过一组同步轮组312传动连接，该同步轮组312包括设置在安装板305上的一个竖直主动轮313以及一个竖直从动轮314，其两者之间通过竖直传动皮带315相连接，其中竖直主动轮313与垂直运动电机303的输出端相连接，从而可以通过垂直运动电机303的转动带动竖直主动轮313的转动，进而带动竖直传动皮带315的运动，同时由于该组滑动模组307的其中一个竖直滑块308侧边还设置有用于与竖直传动皮带315相固定连接的第一固定块316，因此随着直运动电机303的运行能够带动滑动模组307沿着竖直导轨306的上下运动。此外，该组滑动模组307其一侧与一个磁棒套架108固定连接，因此垂直运动电机303在工作过程中能够通过竖直传动皮带315带动磁棒套架108的竖直运动。
因此，本发明中的磁棒架107以及磁棒套架108能够沿竖直导轨分别独立运动，从而相较于单一驱动装置的核酸提取仪而言，每一套驱动装置所承受的负载则大大降低，从而能够有效减少在震荡过程中产生的噪音，同时还能够提高磁棒套架的正当速率，为样品的裂解提升了效率。
同时与现有技术中采用两套相同的丝杆电机进行驱动的方案相比，本发明中的这一技术方案不需要在安装过程中需要刻意为两根丝杆留出较大空隙，可以在同步轮组312的侧边安装丝杆310，因而有效整合了两者的体积，有利于核酸提取仪的微型化以及轻量化。此外，相较于丝杆电机+丝杆的方式，采用竖直电机+同步轮组的方式其在震荡过程中的噪音更小，因而震荡运行过程中更加静音。同时，由于丝杆310的成本相较于本发明中的同步轮组方式较高，因而在能达到设计性能指标和寿命要求的基础上，采用本发明中的这一技术方案能够有效降低成本。
此外，由于相较于现有的某一些技术中在震荡模块中使用丝杆作为传动机构，由于丝杆呈刚性，因此如果采用丝杆作为竖直传动装置的话，磁棒套架108在上下迅速震荡过程中的上下位置变换更加迅猛，导致磁棒套架108上架设的磁棒套对提取试剂盒203中样品溶液的冲击更加剧烈，从而在震荡过程中液体很容易随着磁棒套内飞溅至外部，使得稳定性不足更严重甚至会污染样品。但是由于本方案中对磁棒套架108起到传动作用的竖直传动皮带315为柔性的，因此能够在上下震荡过程中在改变运动方向的一瞬间为磁棒套架108起到一定的减震缓冲作用，因而样品溶液不容易向外部飞溅，因而稳定性更高，更不会污染样品。
此外，虽然本发明已经具有良好的防样品溶液飞溅的效果，但是为了防止在震荡过程中由于操作不当所造成的样品飞溅，本发明还设置有一块与安装板305垂直设置的移动遮板318，其由两块一侧边缘中部设置有凹槽的拼接板319拼接而成，使得移动遮板中部设置有一个用于容纳磁棒架107以及磁棒套架108与滑动模组307连接处的活动通槽320。
再次结合图4所示，水平运动模块302包括一个设置在底板105上设置有两条水平导轨321，安装板305底部侧边固定设置有一个水平运动底座322，水平运动底座322底部设置有用于与水平导轨相配合的水平滑块323，所述底板上还设置有一个水平运动电机324，以及一个水平主动轮325以及水平从动轮326，水平主动轮325以及水平从动轮326之间通过水平传动皮带327相连接，水平运动底座322侧边设置有一个用于与水平传动皮带327相连接第二固定块328，从而当水平运动电机324运行时能够带动水平传动皮带327进而带动整个水平运动模块302进行水平运动。为了更加准确的判定水平运动的位置，本发明还在水平导轨321的端部以及丝杆电机304的侧面设置有用于检测水平运动模块位置的光电传感器317。
本发明中的核酸提取仪的工作原理为，控制电路接收到加热命令后输出对应工作电信号控制陶瓷加热片以对应的要求工作，同时将热敏电阻反馈的温度信息反馈到控制电路中，进行动态调节，控制陶瓷加热片的输出功率以达到控制产生热量快慢，通过不间断的反馈调节最终保持加热模块以恒定的温度，为核酸反应体系提供保障。紫外灭菌灯是用于试验前与试验后为提取仪仓内灭菌的部分，目的在于消除实验员操作过程中带入的或空气中残存的潜在背景污染，保证核酸制备的准确性与安全性。
磁棒套在电机的带动下快速上下运动，使反应室中的磁珠和液体充分混合接触，配合陶瓷加热片的温度输出，使反应液温度可以保持在预期要求的范围内，核酸提取每一步反应结束后，都是电机带动磁棒下行，吸引磁珠吸附在磁棒套表面，将磁珠与反应液分离，通过水平方向运动将磁珠转移至下一步反应室，达到核酸裂解混合清洗洗脱等步骤，最终实现核酸混合与转移的要求，完成核酸提取。
Claims (10)
1.一种核酸提取仪的高效提取震荡模块，其特征在于，包括水平运动模块、竖直运动模块以及用于检测水平运动模块位置的光电传感器；
其中竖直运动模块包括一个垂直运动电机以及一个丝杆电机，其两者设置在一块安装板上，所述安装板的一侧还设置有两条竖直且相互平行的竖直导轨，所述竖直导轨上设置有两组横跨两条竖直导轨的滑动模组，其中位于上方的滑动模组与丝杆电机传动连接，且其一侧与磁棒架固定连接，而位于下方的滑动模组与垂直运动电机通过一组同步轮组传动连接，且其一侧与磁棒套架固定连接，从而磁棒架以及磁棒套架能够沿竖直导轨分别独立运动；
水平运动模块包括一个设置在安装板下方的底板，所述底板上设置有两条水平导轨，所述安装板下端与水平导轨滑动连接，所述底板上还设置有一个水平运动电机，所述水平运动电机与安装板传动连接。
2.根据权利要求1所述的一种核酸提取仪的高效提取震荡模块，其特征在于，所述滑动模组包括两个与竖直导轨相配合的竖直滑块，所述两个竖直滑块之间通过一块导轨辅助支撑板相互连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种核酸提取仪的高效提取震荡模块，其特征在于，所述同步轮组包括设置在安装板上的一个竖直主动轮以及一个竖直从动轮，其两者之间通过竖直传动皮带相连接，其中竖直主动轮与垂直运动电机的输出端相连接，所述与磁棒套架固定连接的滑动模组一侧与竖直传动皮带固定连接，使得垂直运动电机在工作过程中能够通过竖直传动皮带带动磁棒套架的竖直运动。
4.根据权利要求3所述的一种核酸提取仪的高效提取震荡模块，其特征在于，所述与磁棒套架固定连接的滑动模组的其中一个竖直滑块侧边还设置有用于与竖直传动皮带相固定连接的第一固定块。
5.根据权利要求1或2或4所述的一种核酸提取仪的高效提取震荡模块，其特征在于，所述丝杆电机的输出端设置有一根丝杆，所述丝杆上设置有一个丝杆螺母，所述与磁棒架固定连接的滑动模组一侧与丝杆螺母固定连接，使得丝杆电机在工作过程中能够丝杆带动磁棒架的竖直运动。
6.根据权利要求1所述的一种核酸提取仪的高效提取震荡模块，其特征在于，还包括一块与安装板垂直设置的移动遮板，所述移动遮板中部设置有一个用于容纳磁棒架以及磁棒套架与滑动模组连接处的活动通槽。
7.根据权利要求1所述的一种核酸提取仪的高效提取震荡模块，其特征在于，所述安装板底部侧边固定设置有一个水平运动底座，所述水平运动底座底部设置有用于与水平导轨相配合的水平滑块；
所述底板上设置有一个水平主动轮以及水平从动轮，其两者之间通过水平传动皮带相连接，所述水平主动轮与水平运动电机的输出端相连接；
所述水平运动底座侧边设置有一个用于与水平传动皮带相连接第二固定块。
8.一种高效核酸提取仪，其特征在于，所述核酸提取仪中包含如权利要求1~7中所述的提取震荡模块。
9.根据权利要求8所述的一种高效核酸提取仪，其特征在于，还包括外壳体，所述外壳体内部位于底板上设置有由陶瓷加热片构成的加热模块，所述底板上端还罩设有一个提取仓罩壳，从而使得提取仓罩壳以及底板之间形成一个反应仓，磁棒架以及磁棒套架设置在反应仓内部。
10.根据权利要求9所述的一种高效核酸提取仪，其特征在于，所述提取仓罩壳上端还设置有一支LED照明灯以及一支紫外灭菌灯。
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