CN112175817A - 分子检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分子检测系统。该分子检测系统包括：基体，所述基体上设有固定装置、驱动装置、检测装置和温控装置；其中，所述固定装置适于固定含有待检测样本的容器；所述驱动装置适于驱动所述容器对所述待检测样本进行预处理；所述检测装置适于对经过所述预处理的所述待检测样本进行检测；所述温控装置适于调控所述待检测样本的温度。该分子检测系统可对待检测样本进行全自动化的快速检测。

Description

分子检测系统

技术领域

本发明涉及分子生物学领域，具体而言，本发明涉及一种分子检测系统。

背景技术

生物分子和其他待检物可以通过能与其反应的选择性或特异性探针进行检测。随着分子生物学的发展，对蛋白质、DNA、RNA等生物分子的检测成为疾病诊断与预测的有效手段。分子诊断技术的样品消耗少、诊断结果准确、灵敏度高、通量高等优点使得该技术在现代医学中迅速发展。

目前在分子诊断技术中，最广泛应用的检测方法是荧光标记检测技术。该技术将荧光分子基团作为标记物，通过化学修饰的途径将荧光标记物连接到探针分子或靶标分子上。检测仪器把特定波长的激光照射到待检测样本上，通过检测对应的荧光信号强度便可实现对特定分子的定量检测。然而，现有的分子检测手段仍有待改进。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现而提出的：

现有的分子检测仪器一般都不是直接对样本进行检测，而需要在检测前做大量的辅助工作。例如，需要根据样本的具体情况，对样本中的核酸进行纯化，提取所需要的分子片段，并配制相应的检测试剂，最后再把样本与检测试剂混合放置到检测仪器中进行检测。辅助工作操作繁琐且需要通过不同的仪器或工具来完成，使得分子检测必须在标准规范的实验室环境下由专业人员进行，应用场景受限，检测时间长，效率低下。

鉴于此，本发明提出一种分子检测系统。该分子检测系统可对待检测样本进行全自动化的快速检测。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种分子检测系统。根据本发明的实施例，该分子检测系统包括：基体，所述基体上设有固定装置、驱动装置、检测装置和温控装置；其中，所述固定装置适于固定含有待检测样本的容器；所述驱动装置适于驱动所述容器对所述待检测样本进行预处理；所述检测装置适于对经过所述预处理的所述待检测样本进行检测；所述温控装置适于调控所述待检测样本的温度。

根据本发明实施例的分子检测系统，将含有待检测样本的容器固定于固定装置上，在驱动装置的作用下，待检测样本在容器内流动的同时完成样本中核酸的提取和PCR反应，从而获得适于检测装置进行检测的样本。驱动装置驱动待检测样本在容器内流动的过程中，温控装置可对固定装置中的局部进行加热，从而实现样本中核酸的提取和PCR反应。在PCR反应进行的同时，检测装置可对扩增产物进行实时的荧光测量，根据荧光信号变化的数据获得检测结果。由此，本发明的分子检测系统将样本核酸的纯化、提取等辅助工作整合在一台设备中，并实现了分子检测的全自动化完成，解决了传统分子检测手段受实验条件和工作人员限制而应用场景有限、效率低下等问题。

另外，根据本发明上述实施例的分子检测系统还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述基体包括相连的基座、支架和轴套。

在本发明的一些实施例中，所述固定装置包括卡槽、第一电机、第一螺母、第一夹持构件、第二夹持构件和连接杆；所述第一电机通过所述第一螺母与所述第一夹持构件相连，所述第一夹持构件与所述第二夹持构件通过所述连接杆相连，所述卡槽设在所述第一夹持构件与所述第二夹持构件之间。

在本发明的一些实施例中，所述分子检测系统进一步包括：压簧，所述压簧设在所述卡槽与所述第二夹持构件之间。

在本发明的一些实施例中，所述分子检测系统进一步包括：第一散热组件；所述第一散热组件设在所述卡槽下方。

在本发明的一些实施例中，所述驱动装置包括第二电机、第三电机、顶针和推杆；所述第二电机与所述顶针相连，所述第三电机与所述推杆相连。

在本发明的一些实施例中，所述分子检测系统进一步包括：直线导轨和滑块，所述推杆通过所述滑块设在所述直线导轨上。

在本发明的一些实施例中，所述检测装置包括光路检测单元，所述温控装置包括芯片温度循环控件。

在本发明的一些实施例中，所述检测装置的一端通过所述芯片温度循环控件与所述卡槽相连。

在本发明的一些实施例中，所述分子检测系统进一步包括：控制系统，所述控制系统分别与所述固定装置、所述驱动装置、所述检测装置和所述温控装置相连，且适于控制所述固定装置、所述驱动装置、所述检测装置和所述温控装置协同工作以便对待检测样本进行所述检测。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的分子检测系统的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的分子检测系统的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的分子检测系统另一视角的结构示意图；

图4是根据本发明一个实施例的分子检测系统另一视角的结构示意图；

图5是根据本发明一个实施例的分子检测系统另一视角的结构示意图；

图6是本发明实施例的分子检测系统中固定装置、驱动装置和温控装置中部分组件的结构示意图；

图7是本发明实施例的分子检测系统中检测装置中部分组件的结构示意图；

图8是本发明实施例的分子检测系统中检测装置中部分组件的另一视角结构示意图；

图9是本发明实施例的分子检测系统中固定装置和驱动装置中部分组件的结构示意图；

图10是本发明实施例的分子检测系统中固定装置和驱动装置中部分组件的另一视角结构示意图；

图11是本发明实施例的分子检测系统中固定装置和驱动装置中部分组件的另一视角结构示意图；

图12是根据本发明一个实施例的微流控试剂盒的结构示意图。

附图标记：

100：基体；200：固定装置；300：驱动装置；400：检测装置；500：温控装置；

1：基座；2：支架；3：轴套；4：第一电机；5：第一螺母；

6：卡槽；61：第一散热组件；6-1：样本室；6-2：稀释室；6-3：注射室；6-4：活塞；6-5：PCR室；6-6：缓冲室；6-7：样本密封膜；6-8：稀释密封膜；6-9：微流控管路；6-10：样本控制阀；6-11：稀释控制阀；6-12：第一PCR控制阀；6-13：第二PCR控制阀；

7：温度循环控件；

8：夹持装置；81：第一夹持构件；82：第二夹持构件；83：连接杆；

9：螺钉；10：压簧；11：第二电机；12：顶针；13：第三电机；14：电机支架；

15：第二螺母；16：推杆；17：直线导轨；18：滑块；19：光路检测单元；

20：控制系统。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

发明人在对分子检测仪器的研究中发现，现有的分子检测仪器一般都不是直接对样本进行检测，而需要在检测前做大量的辅助工作。例如，需要根据样本的具体情况，对样本中的核酸进行纯化，提取所需要的分子片段，并配制相应的检测试剂，最后再把样本与检测试剂混合放置到检测仪器中进行检测。辅助工作操作繁琐且需要通过不同的仪器或工具来完成，使得分子检测必须在标准规范的实验室环境下由专业人员进行，应用场景受限，检测时间长，效率低下。

鉴于此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种分子检测系统。根据本发明的实施例，参考图1，该分子检测系统包括：基体100以及设在基体100上的固定装置200、驱动装置300、检测装置400和温控装置500。其中，固定装置200适于固定含有待检测样本的容器；驱动装置300适于驱动容器对待检测样本进行预处理；检测装置400适于对经过预处理的待检测样本进行检测，温控装置500适于调控待检测样本的温度。

下面参考图1～12进一步对本发明的分子检测系统进行详细描述。其中，图2～5分别为不同视角下该分子检测系统的结构示意图。图6详细显示了固定装置200、驱动装置300和温控装置500中部分组件的相对位置关系。图7和8分别从不同视角详细显示了检测装置400中部分组件的相对位置关系。图9～11分别从不同视角详细显示了固定装置200和驱动装置300中部分组件的相对位置关系。图12为含有待检测样本的容器的结构示意图。

基体100的具体结构并不受特别限制，只要能够为固定装置200、驱动装置300、检测装置400和温控装置500提供支撑，使各装置稳定工作即可。根据本发明的实施例，参考图2～6，基体100包括相连的基座1、支架2和轴套3。基座1、支架2和轴套3共同组成了分子检测系统的支撑结构，为固定装置200、驱动装置300、检测装置400和温控装置500提供支撑。

固定装置200适于固定含有待检测样本的容器，可保证在检测过程中含有待检测样本的容器的位置相对固定，从而保证待检测样本的预处理与检测过程稳定进行。根据本发明的实施例，参考图2～6，固定装置包括卡槽6、第一电机4、第一螺母5和夹持装置8，其中，夹持装置8包括第一夹持构件81、第二夹持构件82和连接杆83；第一电机4通过第一螺母5与第一夹持构件81相连，第一夹持构件81与第二夹持构件82通过连接杆83相连，卡槽6设在第一夹持构件81与第二夹持构件82之间。如图2～6所示，卡槽6设在基座1上，第一电机4设在支架2上，夹持装置8中的连接杆83穿过轴套3连接第一夹持构件81和第二夹持构件82。在检测过程中，含有待检测样本的容器置于卡槽6中，随着第一电机4驱动第一螺母5运动，夹持装置8中的第一夹持构件81和第二夹持构件82可将卡槽6中的容器夹紧，从而保证在检测过程中容器的位置相对固定。

根据本发明的实施例，该分子检测系统还可以进一步包括：压簧10。压簧10设在卡槽6与第二夹持构件82之间，并通过螺钉9松动连接。由此，在夹持装置8运动过程中，通过压簧10的作用将卡槽6中的容器夹紧。

根据本发明的实施例，该分子检测系统还可以进一步包括：第一散热组件61。第一散热组件61设在卡槽6下方。具体的，第一散热组件61可安装在基座1上，并设置在卡槽6的下方。通过在卡槽6的下方设置第一散热组件61，可以更有利于含有待检测样本的容器的散热，从而便于温控装置调控容器温度。第一散热组件61的具体种类并不受特别限制，例如可以采用翅片式散热器、板式散热器等。

驱动装置300适于驱动含有待测样本的容器第待检测样本进行预处理。预处理包括对待测样本中核酸的提取和PCR反应。为了方便理解，下面首先对该含有待测样本的容器结构及工作原理进行详细描述。需要说明的是，在本文中，“含有待测样本的容器”也称为“试剂盒”或“微流控试剂盒”。

参考图12，试剂盒包括样本室6-1、稀释室6-2、注射室6-3、活塞6-4、PCR室6-5、缓冲室6-6、样本密封膜6-7、稀释密封膜6-8、微流控管路6-9、样本控制阀6-10、稀释控制阀6-11、第一PCR控制阀6-12、第二PCR控制阀6-13，各单元通过微流控管路6-9连接形成一个连通的回路。

初始状态下，样本室6-1含有以冻干粉状存在的裂解原料，PCR室6-5含有以冻干粉状存在的反转录酶和PCR原料，稀释室6-2含有适当稀释液。样本室6-1和稀释室6-2与微流控管路6-9连通的部位分别用样本密封膜6-7和稀释密封膜6-8密封住，使样本室6-1的裂解原料与稀释室6-2的稀释液以及PCR室6-5的反转录酶及PCR原料相互隔绝。活塞6-4处于注射室6-3的最顶端(注射室处于活塞填满状态)。

当样本室6-1添加了样本后，微流控试剂盒开始工作。首先，通过样本密封膜6-7和稀释密封膜6-8被刺穿，从而使各室和微流孔管路之间处于连通状态。第二，关闭样本控制阀6-10、第一PCR控制阀6-12、第二PCR控制阀6-13，移动活塞6-4向外拉动到一定位置，从而使稀释室6-2的稀释液通过稀释控制阀6-11流向注射室6-3。第三，关闭稀释控制阀6-11，打开样本控制阀6-10，往复移动活塞6-4，使注射室6-3的稀释液通过样本控制阀6-10进入到样本室6-1，在往复移动活塞6-4的过程中，充分将样本室6-1的裂解冻干粉与稀释液及加入的样本混合均匀。第四，开始对样本室6-1进行加热升温到设定温度，使得样本室6-1中的样本在设定的温度下进行充分裂解。第五，裂解完成后，移动活塞6-4向外拉动到一定位置，从而使样本室6-1的已裂解的样本混合液通过样本控制阀6-10流向注射室6-3。第六，关闭样本控制阀6-10与稀释控制阀6-11，打开第一PCR控制阀6-12与第二PCR控制阀6-13，往复移动活塞6-4，将注射室6-3的样本混合液通过第一PCR控制阀6-12进入到PCR室6-5，在往复移动活塞6-4的过程中，充分将已裂解的样本混合液与PCR室6-5的反转录酶及PCR原料冻干粉混合均匀。第九，开始对PCR室6-5进行PCR温度加热控制，在PCR扩增中激活酶的前期恒温段，PCR室6-5中的混合液会因为高温而产生膨胀，膨胀过程中的液体溢出可经过第二PCR控制阀6-13流到缓冲室6-6中，恒温段结束后，关闭第一PCR控制阀6-12与第二PCR控制阀6-13，开始对PCR室6-5进行温度循环控制，最终完成样本中核酸的扩增。

根据本发明的实施例，参考图9～11，驱动装置300包括第二电机11、第三电机13、顶针12和推杆16；第二电机11为直线电机，第三电机13为丝杆电机，第二电机11直接与顶针12相连，第三电机13通过第二螺母15与推杆16相连。第二电机11和顶针12可直接安装在基座1上，第二电机13可通过电机支架14安装在基座1上。通过将含有待检测样本的试剂盒固定于卡槽6中，上述试剂盒中的样本密封膜6-7和稀释密封膜6-8位置分别与一个顶针12相对，进而通过第二电机11驱动顶针12做直线运动，可以实现样本密封膜6-7和稀释密封膜6-8的刺破，从而使试剂盒中的微流控管路连通。而第三电机13可以通过第二螺母15驱动推杆16直线运动来控制试剂盒中的活塞6-4的往复运动，从而使试剂盒中的样本在试剂盒中的微流控管路内流动。

需要说明的是，在试剂盒的微流控管路内部设置有凸起的刺穿件(附图中未示出)，该刺穿件具有尖端部。刺穿件设置在与样本密封膜6-7和稀释密封膜6-8相对的位置，且刺穿件的尖端部朝向样本密封膜6-7和稀释密封膜6-8。由此，顶针12可以在不与样本直接接触的条件下，通过挤压刺穿件来将样本密封膜6-7和稀释密封膜6-8刺破，而微流控管路始终与外部(设备)处于隔绝状态，从而有效避免了样本对设备的污染。另外，试剂盒中的PCR反应均在密封的PCR反应室中进行，不会出现传统PCR实验过程中产物通过气溶胶挥发到设备腔体内的情况。

根据本发明的实施例，如图11所示，该分子检测系统还可以进一步包括：直线导轨17和滑块18，推杆16通过滑块18设在直线导轨17上。推杆16和滑块18可通过第二螺母15来固定。由此，在第三电机13的驱动下，推杆16在直线导轨17上做直线运动，从而控制活塞6-4的伸缩。

检测装置400适于对经过预处理的所述待检测样本进行检测，温控装置500适于调控待检测样本的温度。具体的，检测装置中包括光路检测单元19，温控装置500中包括芯片温度循环控件7。在温控装置500对PCR室6-5中样本进行温度循环控制的同时，检测装置400可对PCR室6-5中的扩增产物进行实时的测量，获取扩增产物的荧光信号，由于PCR室中预先布有探针，扩增产物可以与探针进行杂交，释放出荧光基团，随着扩增产物的增加，荧光基团也随之不断增加，从而导致荧光信号不断增强，并最终到达检测装置400的灵敏度范围，使得检测到的数据发生显著的变化，通过分析软件将这种数据发生显著变化的对应扩增的循环数定义为CT值，将CT值出现在某个区域内的检测结果分别定义为阳性，其余定义为阴性，从而将荧光信号变化的数据转化为阴阳性判断的检测结果。根据本发明的一个具体示例，可通过对细菌16S rRNA的PCR反应来获得检测结果。PCR反应中采用的引物包括正向引物63f(5’-CAGGCC TAA CAC ATG CAA GTC-3’)和反向引物1387r(5’-GGG CGG TGT GTA CAAGGC-3’)。

根据本发明的实施例，检测装置的一端通过温控装置与卡槽相连。如图7和8所示，通过将试剂盒固定在卡槽6中，试剂盒中的PCR室6-5邻近温控装置中的温度循环控件7，以便于温控装置对PCR室6-5的温度控制。

根据本发明的实施例，如图2所示，该分子检测系统还包括控制系统20。控制系统分别与固定装置、驱动装置、检测装置和温控装置相连，且适于控制固定装置、驱动装置、检测装置和温控装置协同工作以便对待检测样本进行检测。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种分子检测系统，其特征在于，包括：

基体，所述基体上设有固定装置、驱动装置、检测装置和温控装置；

其中，

所述固定装置适于固定含有待检测样本的容器；

所述驱动装置适于驱动所述容器对所述待检测样本进行预处理；

所述检测装置适于对经过所述预处理的所述待检测样本进行检测；

所述温控装置适于调控所述待检测样本的温度。

2.根据权利要求1所述的分子检测系统，其特征在于，所述基体包括相连的基座、支架和轴套。

3.根据权利要求2所述的分子检测系统，其特征在于，所述固定装置包括卡槽、第一电机、第一螺母、第一夹持构件、第二夹持构件和连接杆；所述第一电机通过所述第一螺母与所述第一夹持构件相连，所述第一夹持构件与所述第二夹持构件通过所述连接杆相连，所述卡槽设在所述第一夹持构件与所述第二夹持构件之间。

4.根据权利要求3所述的分子检测系统，其特征在于，进一步包括：压簧，所述压簧设在所述卡槽与所述第二夹持构件之间。

5.根据权利要求3或4所述的分子检测系统，其特征在于，进一步包括：第一散热组件；所述第一散热组件设在所述卡槽下方。

6.根据权利要求2所述的分子检测系统，其特征在于，所述驱动装置包括第二电机、第三电机、顶针和推杆；所述第二电机与所述顶针相连，所述第三电机与所述推杆相连。

7.根据权利要求6所述的分子检测系统，其特征在于，进一步包括：直线导轨和滑块，所述推杆通过所述滑块设在所述直线导轨上。

8.根据权利要求3所述的分子检测系统，其特征在于，所述检测装置包括光路检测单元，所述温控装置包括芯片温度循环控件。

9.根据权利要求8所述的分子检测系统，其特征在于，所述检测装置的一端通过所述芯片温度循环控件与所述卡槽相连。

10.根据权利要求2所述的分子检测系统，其特征在于，进一步包括：控制系统，所述控制系统分别与所述固定装置、所述驱动装置、所述检测装置和所述温控装置相连，且适于控制所述固定装置、所述驱动装置、所述检测装置和所述温控装置协同工作以便对待检测样本进行所述检测。

Images