CN112852611A - 一种核酸提取设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种核酸提取设备及其控制方法，属于核酸提取技术领域。该设备包括支架、试剂管架、移液系统及磁吸装置；试剂管架包括用于悬挂地安装多根环绕第一竖向轴线呈圆周布置的试剂管的旋转支座；在试剂管架上，固设有位于旋转支座的下方侧的混匀振荡装置；该混匀振荡装置包括用于套装在目标试剂管的下端部上的振动传递套座，及振动发生器；移液系统包括可沿竖向往复移动地安装在支架上的吸头接口，用于可拆卸地安装吸头；磁吸装置包括磁吸模块及用于驱使磁吸模块靠近或远离目标试剂管的移位模块。该核酸提取设备不仅能便于对少量样本的核酸进行快速提取，且体积较小而便于构建移动提取平台，可广泛用于新冠状病毒的检测等疫情防控领域中。

Description

一种核酸提取设备及其控制方法

技术领域

本发明涉及核酸提取技术领域，具体地说，涉及一种核酸提取设备及其控制方法。

背景技术

目前针对新型冠状病毒的检测方法主要有两种，具体为快速检测法与PCR检测法；其中，PCR(聚合酶链反应)检测法可用于检测病原体或微生物的遗传物质片段，在疫情开始初期就被用来检测一个人是否被感染，并在国家卫健委发布的《新型冠状病毒肺炎诊断方案(试行第七版)》中将列为RT-PCR检测新型冠状病毒核酸阳性和病毒基因测序同源性作为新冠肺炎的确诊标准；对于基于抗体检测的快速检测法，其能够进行快速检测，且操作方便而被大范围使用，但是其通常需要在感染后1-2周才能检测出结果，并需利用临床症状及影像表现对核酸检测阴性的部分病人做出诊断。

在PCR检测方法中，需对核酸进行分离纯化处理，即需要对核酸进行提取；目前，核酸的提取方式主要有浓盐法、有机溶剂抽提法、密度梯度离心法、吸附材料结合法等；其中，吸附材料结合法主要包括硅质材料法、阴离子交换树脂法与磁珠法，在这些吸附材料接合法中，磁珠法得到较为广泛地应用，其工作机理为利用磁珠微粒包裹特定的基团进而可特异性吸附目标物，然后将磁珠微粒与生物样本分离，以达到提取特定核酸的目的。

基于磁珠法从样品中提取核酸若完全由人工操作则耗时较长，且人工劳动强度大，并需由专业人员操作，而不利于新型冠状病毒的快速检测需求；通常会采用核酸提取设备进行自动提取，从而大大地缩短核酸提取的耗时；例如采用公开号为CN103897987A的专利文献中所公开的核酸自动提取仪，该核酸自动提取仪器包括基座，设于基座上的电机、磁棒、磁棒夹紧机构、搅拌套、搅拌套夹紧机构、深孔板、控制电路与上位机；在工作过程中，通过在深孔板的裂解槽内加入裂解液与样本，磁珠槽内加入磁珠，洗涤槽内加入洗涤液，及洗脱槽内加入洗脱液；接着将搅拌套插入搅拌套夹中；通过驱使深孔板横移，使深孔板内的不同槽携带其上的溶液移至位于搅拌套的正下方侧，基于搅拌套进行搅拌而混匀与提高裂解速度，并在核酸与磁珠结合后，利用套装在搅拌套内的磁棒对磁珠进行吸引，而将核酸从核酸裂解液中提取出来；该核酸提取设备在提取过程中，需要人工加注相关溶液，导致人工工作量大，难以适用于疫情快速检测的要求。

此外，前述设备通常都为对多个样品进行同步提取，而使其体积较为庞大而难以构建移动检测平台，即通常需要在样品采集后再移送至实验室内进行检测，而难以满足疫情检测需求。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种结构改进的核酸提取设备，以提高核酸的提取速率，且可使整体结构较为紧凑而便于构建移动检测平台；

本发明的再一目的是提供一种适于上述核酸提取设备使用的控制方法。

为了实现上述主要目的，本发明提供的一种核酸提取设备，包括支架，至少能用于安装试剂管组的试剂管架，用于在试剂管间移送溶液的移液系统，及磁吸装置；移液系统包括用于可拆卸地安装吸头的吸管接头，及用于驱使吸管接头相对支架升降的升降驱动机构；试剂管架包括旋转支座及旋转驱动器；旋转支座至少用于安装多根环绕第一竖向轴线呈圆周布置的试剂管，并受旋转驱动器驱使而能旋转至其所携带的试剂管逐一地位于吸管接头的正下方；在试剂管架上，固设有位于旋转支座的下方侧且随旋转支座同步转动的混匀振荡装置；混匀振荡装置包括用于套装在目标试剂管的下端部上的振动传递套座，及用于通过振动传递套座向目标试剂管施加振动的振动发生器；磁吸装置包括磁吸模块及移位模块，移位模块用于驱使磁吸模块靠近或远离已旋转至位于吸管接头正下方的目标试剂管的外壁面。

在上述技术方案中，通过将核酸提取所需的样品管、裂解液管、废液管等所组成的试剂管组安装至试剂管架上并使它们环绕第一竖向轴线呈圆周布置，并在提取过程中，利用旋转驱动器驱使试剂管架旋转至目标试剂管位于吸管接头下方，并利用套装在吸管接头上的吸头从该目标试剂管内吸取或向其注入目标溶液，从而完成核酸提取所需的移液工作，基于试剂管组的旋转设置与吸头的升降设置而构建移液过程的相对位置调节，与现有技术相比，能有效地缩小其整体尺寸，且便于对少量样本进行核酸提取；并可基于混匀振荡装置所施加的振动，而能提高提取过程中的裂解/混匀速度，有效地提高核酸提取速度；在废液吸取过程中，利用从试管壁外侧靠近或远离，便于磁吸模块的脱离操作，且移位模块最少可以仅有单个自由度运动而便于定位与控制。

具体的方案为旋转支座用于悬挂地安装试剂管。该技术方案便于核酸提取过程中的试剂管放置与取出，从而能进一步地提高核酸的提取速度。

更具体的方案为旋转支座为圆盘状卡座；在圆盘状卡座的外周缘部上，布设有多个环绕第一竖向轴线布置的试剂管套装口；在圆盘状卡座的中央区域处布设有压紧固连机构，用于对支撑在圆盘状卡座上的试剂管套装盘进行可释放地压紧固连；试剂管套装在该试剂管套装盘上的套装孔内，以悬挂在在试剂管套装盘上。该技术方案能便于试剂管组的一次性安装至试剂管架上及一次性的取出，能进一步地提高核酸提取速度。

进一步的方案为位于振动传递套座的正上方的试剂管套装口的口径大于其他试剂管套装口的口径。该技术方案不仅能为混匀振动过程中目标试剂管的周向振动，及便于整体安装试剂管组过程中的位置对准识别。

进一步的方案为在圆盘状卡座的外周缘部上设有可随圆盘状卡座旋转至位于吸管接头的正下方的吸头套装口，吸头套装口的口径小于试剂管套装口的口径。该技术方案通过在试剂管架上布设吸头，从而能利用吸管接头下压而自动完成吸头的套装连接，有效减少人工工作量与提高核酸提取的自动化程度；及便于整体安装试剂管组过程中的位置对准识别。

进一步的方案为位于振动传递套座的正上方的试剂管套装口的口径大于其他试剂管套装口的口径；在圆盘状卡座的外周缘部上设有可随圆盘状卡座旋转至位于吸管接头的正下方的吸头套装口，吸头套装口的口径小于试剂管套装口的口径。

进一步的方案为在圆盘状卡座的下方间隔预定间距地布设有传动座，在传动座与圆盘状卡座之间支撑有多根用于固连二者的支撑传动柱，旋转驱动器用于驱使传动座绕第一竖向轴线转动。在该技术方案中，通过支撑传动柱连接传动座与圆盘状卡座，不仅能节省材料，且减少对试剂管组件的安装位置的干涉。

进一步的方案为试剂管套装口为布设在圆盘状卡座的外周缘部上的缺口状结构。该技术方案能有效地减少所需材料。

优选的方案为振动发生器包括沿竖向布置的旋转驱动轴及偏心传动轴，偏心传动轴包括固连成一体结构的第一外联轴部与第二外联轴部；第一外联轴部与第二外联轴部的安装圆周面的中心轴线在二者固连处相距预定偏心距离，且两根中心轴线相夹成锐角；第一外联轴部与旋转驱动轴传动连接，第二外联轴部通过轴承而与振动传递套座可转动地套装连接。基于偏心传动轴的设置，从而可使目标试剂管的轴线与旋转驱动轴的轴线间存有偏心间距，且二者不平行布置，从而能有效地提高核酸的提取速度。

更优选的方案为两根中心轴线共面布置。

更优选的方案为第一外联轴部上设有用于套装旋转驱动轴外的轴孔，轴孔的孔周面构成第一外联轴部的安装圆周面；第二外联轴部套装在轴承的内环圈上，传递套座的下端部设有套装在轴承的外圈上的套孔，内环圈的套装圈面构成第二外联轴部的安装圆周面。

更优选的方案为旋转驱动轴为旋转驱动电机的转子轴。

更优选的方案为第二外联轴部与振动传递套座上用于套装目标试剂管的套孔共中心轴线布置。

进一步的方案为两根中心轴线之间的夹角β的取值范围为0＜β≤γ，

其中，R为目标试剂管的内直径，ρ为目标试剂管内物质的平均密度，r为旋转驱动轴驱动转速，t为充分混匀时间，m为预定偏心距离，c为比例常数。

优选的方案为磁吸装置布设在吸头接口正下方的侧旁。该技术方案能有效地简化移位模块的结构。

优选的方案为移位模块用于驱使磁吸模块靠近或远离已旋转至位于吸管接头正下方的目标试剂管的管侧壁旁。该技术方案能便于废液提取过程中废液的抽吸。

更优选的方案为移位模块包括固设在支架上的第一安装支架，可绕第一摆动轴线摆动地安装在第一安装支架上的摆臂，用于驱使摆臂摆动的摆动驱动器，及布设在第一安装支架上且用于对磁吸模块靠近目标试剂管位置与远离目标试剂管位置进行到位检测的触发传感器。该技术方案中移位模块的结构简单，便于控制。

更优选的方案为第一摆动轴线与第一竖向轴线相正交。

优选的方案为移液系统包括卸料机构，用于将套装在吸管接头上的吸头推落，卸料机构包括推料板及用于驱使推料板沿竖向往复移动的直线位移输出装置，推料板具有套装在吸管接头外的套装孔。从而可在完成核酸提取之后，自动地将一次性吸头卸料，进一步地提高核酸提取的自动化程度。

为了实现上述另一目的，本发明提供的核酸提取设备的控制方法包括以下步骤：

吸头上装步骤，控制旋转驱动器驱使试剂管架旋转至悬挂在其上的吸头位于吸管接头的正下方，再控制升降机构驱使吸管接头下降而与吸头的上端口可拆卸地套装固连，接着控制升降机构驱使吸管接头携带吸头上升至避让；

样本吸取步骤，控制旋转驱动器驱使试剂管架旋转至悬挂在其上的样本管位于吸管接头的正下方，再控制升降机构驱使吸头下降而插入样品管，并控制移液泵驱使吸头吸取待提取样本，接着控制升降机构驱使吸头上升避让；

样本注入步骤，控制旋转驱动器驱使试剂管架旋转至悬挂在其上的混匀管位于吸头的正下方，再控制升降机构驱使吸头下降而插入混匀管，并控制移液泵驱使吸头注入样本，接着控制升降机构驱使吸头上升避让；

裂解液吸取步骤，控制旋转驱动器驱使试剂管架旋转至悬挂在其上的裂解液管位于吸头的正下方，再控制升降机构驱使吸头下降而插入裂解液管，并控制移液泵驱使吸头吸取裂解液，接着控制升降机构驱使吸头上升避让；

裂解液注入步骤，控制旋转驱动器驱使试剂管架旋转至悬挂在其上的混匀管位于吸头的正下方，再控制升降机构驱使吸头下降而插入混匀管，并控制移液泵驱使吸头注入裂解液，接着控制升降机构驱使吸头上升避让；

振荡混匀步骤，控制混匀振荡装置的振动发生器向下端部套装在振动传递套座内的混匀管施加预定时长的振动；

废液吸取步骤，控制磁吸装置驱使其磁吸模块靠近混匀管的管外侧壁处，将磁珠磁吸至管内侧壁上；及控制升降机构驱使吸头下降而插入混匀管，并控制移液泵驱使吸头吸取废液；接着控制升降机构驱使吸头上升避让，并驱使磁吸模块远离混匀管；

废液排出步骤，控制旋转驱动器驱使试剂管架旋转至悬挂在其上的废液管位于吸头的正下方，再控制升降机构驱使吸头下降而插入废液管，并控制移液泵驱使吸头注入废液，接着控制升降机构驱使吸头上升避让；

洗脱液吸取步骤，控制旋转驱动器驱使试剂管架旋转至悬挂在其上的洗脱液管位于吸头的正下方，再控制升降机构驱使吸头下降而插入洗脱液管，并控制移液泵驱使吸头吸取洗脱液，接着控制升降机构驱使吸管接头携带吸头上升避让；

洗脱液注入步骤，控制旋转驱动器驱使试剂管架旋转至悬挂在其上的混匀管位于吸头的正下方，再控制升降机构驱使吸头下降而插入混匀管，并控制移液泵驱使吸头注入洗脱液，接着控制升降机构驱使吸头上升避让；

重复步骤，至少依序重复废液吸取步骤、废液排出步骤、洗脱液吸取步骤及洗脱液注入步骤一次，再重复废液吸取步骤与废液排出步骤一次；

成品吸取步骤，控制旋转驱动器驱使试剂管架旋转至悬挂在其上的混匀管位于吸头的正下方，再控制升降机构驱使吸头下降而插入洗混匀管，并控制移液泵驱使吸头吸取磁珠，接着控制升降机构驱使吸头上升避让；

成品注入步骤，控制旋转驱动器驱使试剂管架旋转至悬挂在其上的成品管位于吸头的正下方，再控制升降机构驱使吸头下降而插入成品管，并控制移液泵驱使吸头注入磁珠，接着控制升降机构驱使吸头上升避让。

为了实现上述主要目的，本发明提供的核酸提取设备包括处理器与存储器，存储器存储有计算机程序；其中，计算机程序被处理器执行时，能实现上述技术方案所描述的控制方法。

附图说明

图1为本发明实施例中核酸提取设备的侧视图；

图2为本发明实施例中核酸提取设备的立体图；

图3为本发明实施例中核酸提取设备的俯视图；

图4为本发明实施例中核酸提取设备在略去试剂管架与混匀振荡装置后的立体图；

图5为图4中的A局部放大图；

图6为本发明实施例中磁吸装置的立体图；

图7为本发明实施例中磁吸装置、混匀振荡装置、试剂管架与安装在试剂管架上的多根试剂管与试剂管套装盘的后视图；

图8为本发明实施例中偏心传动轴的立体图；

图9为本发明实施例中磁吸装置、混匀振荡装置、试剂管架与安装在试剂管架上的多根试剂管与试剂管套装盘的侧视图；

图10为本发明实施例中混匀振荡装置、试剂管架与圆盘状卡座的转角检测机构的立体图；

图11为本发明实施例中混匀振荡装置及套装在其振动传递套座内的混匀管的结构图；

图12为本发明实施例中套装有多根试剂管与一根吸头的试剂管套装盘的仰侧视图；

图13为本发明实施例中偏心传动轴的轴向剖视图；

图14为图11中的B局部放大图；

图15为本发明实施例中移液系统的轴向剖视图；

图16为本发明实施例中核酸提取设备与安装在其上的试剂管、吸头、试剂管套装盘的立体图。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

实施例

本发明核酸提取设备基于磁珠法从样品中提取核酸，具体结构如图1至图5及图16所示，该核酸提取设备1包括支架2、外壳、控制单元及布设在该支架2上的试剂管架3、移液系统4、混匀振荡装置5与磁吸装置6。支架2、试剂管架3、移液系统4、混匀振荡装置5与磁吸装置6的大部分表面积都罩盖在前述外壳内，并在该外壳上设有用于保护操作区域的启闭门；控制单元包括处理器及与该处理器电连接的存储器和触控屏，该触控屏安装在外壳上，用于接收操作指令及显示相关参数，例如核酸提取进程等。

如图1至图4所示，支架2包括横向安装底板20及沿竖向布置的竖向安装板21，两者在连接处采用螺栓等紧固件进行固连或采用焊接方式进行固连；在本实施例中，支架2采用多块钢板构件经焊接而成，且竖向安装板21在平行于水平面上的横截面为Z字形结构。包含处理器与存储器的控制电路板10安装在竖向安装板21的后板面上。

如图1至图6所示，移液系统4包括通过导轨滑块机构46而可沿竖向往复升降地安装在竖向安装板21的前板面上的升降台40，固设在升降台40上且用于可拆卸地安装吸头01的吸管接头41，用于驱使升降台40相对支架2升降移动的直线位移输出装置42，用于对可拆卸地套装在吸管接头41上的吸头01进行推出卸料的卸料机构43，用于为吸管接头41提供抽吸力与泵出力的移液泵44，及用于连通吸管接头41与移液泵44的气管45。其中，吸头也称为TI P头，其与吸管接头41之间为过盈配合且可拆卸地套装连接。

升降台40、导轨滑块机构41与直线位移输出装置42一起构成本实施例中的升降驱动机构，用于驱使吸管接头41相对支架2升降移动。其中，直线位移输出装置42可以采用气缸、油缸、直线电机等直线位移输出装置进行构建，或采用旋转驱动电机与齿条或四杆螺母机构配合而构成，在本实施例中，为采用由旋转驱动电机420驱动的丝杆421与丝杆螺母422构建，丝杆螺母422与升降台40固连；导轨滑块机构41可采用线性直线导轨进行构建，也可采用导杆与设置在升降台40上的导孔配合而构建。

移液泵44可采用能吸气与泵气的双向作用泵进行构建，利用采用双向转动的蠕动泵与柔性泵管进行构建；在本实施例中，为采用气筒与直线输出装置442进行构建，气筒包括内置有可移动的活塞的筒体441与用于驱使该活塞在筒体441内移动的活塞杆440；直线输出装置442安装在竖向安装板21的前板面上，具体采用旋转驱动电机与丝杆螺母机构进行构建，活塞杆440的下端固定在横向安装板20上，筒体441与丝杆螺母机构的丝杆螺母固连，且该丝杆螺母通过直线导轨滑块机构而可沿竖向移动地安装在竖向安装板21上。

如图2及图4所示，卸料机构43用于将套装在吸管接头41上的吸头01推落，该卸料机构43具体包括推料板430及驱使该推料板430沿竖向往复移动的直线位移输出装置431；直线位移输出装置431的定子固定在升降台40上，动子4310与推料板430固连；推料板430具有套装在吸管接头41外的套装孔4300；对于直线位移输出装置431的具体结构，可以采用直线电机等进行构建，也可采用电磁铁与衔铁进行构建，衔铁由复位弹簧驱使而朝上移动拉动推料板430上移而退出卸料位置，在电磁铁的作用下而下移进入推料位置，而迫使吸头01从吸管接头41上退出。

如图7、图9、图10、图12及图16所示，试剂管架3包括旋转支座7及旋转驱动器30；在本实施例中，旋转驱动器30为旋转驱动电机，具体可采用伺服电机进行构建，也可采用步进电机进行构建；旋转支座7包括相平行布置的圆盘状卡座70与圆形传动座71，圆形传动座71布设在圆盘状卡座70的下方且间隔预定间距，并在二者间通过多个支撑传动柱72进行固连，以减少对悬挂在其上试剂管与吸头的干涉；圆形传动座71的下端部固设有通过轴承而可转动地安装在门字型安装座22上的转轴73；如图1、图2及图4所示，门字型安装座22固定在横向安装板20上，旋转驱动器30布设在该门字型安装座22内，其转子轴与转轴73固连，或通过联轴器传动连接，或通过减速器传动连接。

在圆盘状卡座70的外周缘部上，布设有多个环绕第一竖向轴线100成圆周布置的试剂管套装口701至708与吸头套装口700，即这些套装口的中心轴线分布在以第一竖向轴线100为中心轴线的圆柱面上，从而可通过旋转圆盘状卡座70，而使悬挂在其上的试剂管与吸头能够逐一地旋转至吸头01的正下方的位置处；其中，在位于混匀振荡装置5的正上方的试剂管套装口701的口径大于其他试剂管套装口的口径；而吸头套装口700的口径小于所有试剂管套装口的口径，从而能够作为将试剂管与吸头套装位置的基准；在本实施例中，试剂管套装口为布设在圆盘状卡座70的外周缘部上的缺口状结构，也可以采用设于圆盘状卡座70上的通孔进行构建。

如图7、图9及图12所示结构，与本发明核酸提取设备1相适配耗材组件02，该耗材组件02包括设有多个套装孔的试剂管套装盘03及套装在这些套装孔内而悬挂在该试剂管套装盘03上的试剂管组与吸头01；在本实施例中，试剂管组包括混匀管041、洗脱液管042、废液管043-045、清洗液管046、成品管047、裂解液管048与样本管049。在将该耗材组件02安装至试剂管架3上的过程中，将混匀管041对准地套装在口径较大的试剂管套装口701内，而将吸头01套装在口径较小的吸头套装口700内，从而使试剂管套装盘03套装地支撑在圆盘状卡座70上，穿过试剂管套装盘03中心孔的紧固连接机构709与设于圆盘状卡座70上卡口配合而将支撑在圆盘状卡座70上的试剂管套装盘03进行可释放地压紧固连；对于紧固连接机构709，可以基于螺纹连接、卡扣结构进行可拆卸的连接。

从而在工作过程中，旋转支座7至少用于安装多根环绕第一竖向轴线100呈圆周布置的试剂管，并受旋转驱动器30驱使而能旋转至其所携带的试剂管逐一地位于吸管接头41的正下方，在这过程，为了提高定位准确性，在门字型安装座22上固设有光电传感器15，而在圆形传动座71上固设用于遮挡光电传感器15的光路的遮挡片16，从而在每周运动中用于对旋转支座7旋转位置进行定位，并可基于对电机转动的控制而达到定位功能，也可以基于布设在转轴上的编码器进行更精确地定位；且该旋转支座7具体为用于悬挂地安装试剂管，从而便于耗材组件02的一次性安装与一次性地取出。其中，试剂管组与吸头01一起组成本实施例中的管组，该管组环绕第一竖向轴线100呈圆周布置，即它们的中心轴线位于以第一竖向轴线100为中心轴线的圆筒面上；从而在工作过程中，旋转支座7受旋转驱动器30驱使而能旋转至其所携带的管组逐一地位于吸管接头41的正下方。

如图1、图2及如图10所示结构，混匀振荡装置5包括布设在旋转支座7的下方侧且能随该旋转支座7同步转动，具体为将混匀振荡装置5固设在圆形传动座71上，且位于试剂管套装口701的正下方，以用于对混匀管041施加振动，从而促进混匀与裂解过程，而提高核酸提取速度。

如图8、图10、图11、混匀振荡装置5包括用于套装在混匀管041这一目标试剂管的下端部上的振动传递套座50，及用于通过振动传递套座50向混匀管041施加振动的振动发生器51。在本实施例中，振动传递套座50为圆筒体结构，其套装在混匀管041下端部上，并对其形成托管支撑，从而能够传递多角度的振动。

振动发生器51包括沿竖向布置的旋转驱动电机52及偏心传动轴53；其中，旋转驱动电机52的转子轴5200构成本实施例中的旋转驱动轴。偏心传动轴53包括固连成一体结构的第一外联轴部54与第二外联轴部55；第一外联轴部54与第二外联轴部55的安装圆周面的中心轴线542与中心轴线550在二者固连处相距预定偏心距离m，且中心轴线542与中心轴线550相夹成锐角β，即不相平行布置，在本实施例中，中心轴线542与中心轴线550共面布置；在第一外联轴部54上设有用于套装旋转驱动电机52的转子轴外的轴孔540，并通过穿过销孔541的销钉对二者间的连接关系进行固连，此外，还可采用键槽结构进行固连，从而使第一外联轴部54与旋转驱动轴传动连接；第二外联轴部55套装在轴承56的内环圈上，传递套座50的下端部设有套装在轴承56的外圈上的套孔500，从而使第二外联轴部55通过轴承56而与振动传递套座50可转动地套装连接。

在完成装配之后，第二外联轴部55与振动传递套座50上用于套装目标试剂管的套孔共中心轴线布置。

在本实施例中，两根中心轴线之间的夹角β的取值范围为0＜β≤γ，γ＝c*

其中，R为目标试剂管的内直径，单位mm；ρ为目标试剂管内物质的平均密度，单位g/L；r为旋转驱动轴驱动转速，单位转/min；t为充分混匀时间，单位s；m为预定偏心距离，单位mm；c为比例常数，与振荡装置及混匀管质量有关。

申请人经过仿真与实验，结果表明在其它条件相同的情况下，具体如下表1所示，当夹角β大于零的角度后，充分混匀时间明显缩短，应当指出的是当角度γ大于3.6°时，时间未明显缩短，主要是因为用于测试充分混匀时间的方法学存在最低检测限，详见下表2。

表1 实验参数设置

其中，M1为混匀管01的质量；V为混匀管内液体体积。

表2 随夹角变化的混匀时间

β(度)	t(s)	β(度)	t(s)
				0	76	2.4	6
0.3	51	2.7	6
				0.6	26	3	5
0.9	17	3.3	5
				1.2	13	3.6	4
1.5	10	3.9	4
				1.8	9	4.2	4
2.1	7	4.5	4

本发明人通过大量实验及创造性设想发现，在充分混匀时间一定的情况下，预定角度β与混匀管内直径R、混匀管内物质的平均密度ρ正相关，与电机转速r、电机转轴与混匀管在竖直方向上的偏心距m负相关。如下表3，当充分混匀时间t＝10s时，R、ρ、r、m、γ均为实际测量得到，通过分析得到如下关系式

表3：γ1与γ计算结果

从上表可知，γ＝1.3*γ1。

同时本发明人做进一步验证时发现，如表4所示，当允许的充分混匀时间逐步增加时，根据实测的R、ρ、r、m计算得出值γ1仍然满足

且与实测值γ存在γ＝1.3*γ1关系。

表4

基于实验结果，两中心轴线之间的夹角β满足0＜β≤3.6°，在此条件下成本及混匀效率均较高，优选为β＝1.5°。

如图5、图7、图9及图15所示，磁吸装置6固设在门字型安装座22上，包括磁吸模块63及用于驱使磁吸模块63靠近或远离已旋转至位于吸管接头正下方的目标试剂管的移位模块，在本实施例中，磁吸模块63采用永磁铁块进行构建；而移位模块包括与门字型安装座22固连的L型的第一安装支架60，可绕第一摆动轴线6000摆动地安装在第一安装支架60上的摆臂61，用于驱使摆臂61摆动的摆动驱动器62，及布设在第一安装支架60上且用于对磁吸模块63的靠近目标试剂管位置与远离目标试剂管位置进行到位检测的触发传感器64、65，其中，触发传感器64与触发传感器65采用行程开关进行构建；在本实施例中，第一摆动轴线6000与第一竖向轴线100相正交，即第一摆动轴线6000沿水平方向布置。

在本实施例中，磁吸装置6布设在吸头接口41正下方的侧旁，从而在工作过程中，移位模块能驱使磁吸模块靠近或远离已旋转至位于吸管接头41正下方的目标试剂管的管侧壁旁，从而对装载在该目标试剂管内的磁珠吸引至管壁上，而便于将吸头01将液体吸出，而不带走磁珠及特性吸附于在该磁珠上的核酸。

基于上述结构的核酸提取设备1，其提取过程中的控制方法包括以下步骤，即在控制单元的存储器内存储有计算机程序，该计算机程序被控制单元的处理器执行时，能实现以下步骤：

吸头上装步骤S1，控制旋转驱动器30驱使旋转支座7绕第一竖向轴线100旋转至悬挂在其上的吸头01位于吸管接头41的正下方，再控制升降机构驱使吸管接头41下降而与吸头01的上端口可拆卸地套装固连，接着控制升降机构驱使吸管接头41携带吸头01上升至位于旋转支座7的上方侧，即上升至避让试管架3旋转过程的位置。

样本吸取步骤S2，控制旋转驱动器30驱使旋转支座7绕第一竖向轴线100旋转至悬挂在其上的样本管049位于吸管接头41的正下方，再控制升降机构驱使吸管接头41携带吸头01下降而使吸头插入样品管049，并控制移液泵44通过吸头01而吸取待提取样本，接着控制升降机构驱使吸管接头41携带吸头01上升至位于旋转支座7的上方侧。

样本注入步骤S3，控制旋转驱动器驱使旋转支座7绕第一竖向轴线100旋转至悬挂在其上的混匀管041位于吸管接头41的正下方，再控制升降机构驱使吸管接头41携带吸头01下降而使吸头插入混匀管，并控制移液泵44通过吸头注入样本，接着控制升降机构驱使吸管接头41携带吸头上升至位于旋转支座7的上方侧。

裂解液吸取步骤S4，控制旋转驱动器驱使旋转支座7绕第一竖向轴线100旋转至悬挂在其上的裂解液管048位于吸管接头41的正下方，再控制升降机构驱使吸管接头41携带吸头01下降而使吸头01插入裂解液管048，并控制移液泵44通过吸头01吸取裂解液，接着控制升降机构驱使吸管接头41携带吸头01上升至位于旋转支座7的上方侧。

裂解液注入步骤S5，控制旋转驱动器驱使旋转支座7绕第一竖向轴线100旋转至悬挂在其上的混匀管041位于吸管接头41的正下方，再控制升降机构驱使吸管接头41携带吸头01下降而使吸头01插入混匀管041，并控制移液泵44通过吸头01注入裂解液，接着控制升降机构驱使吸管接头41携带吸头01上升至位于旋转支座7的上方侧。

振荡混匀步骤S6，控制混匀振荡装置5的振动发生器向下端部套装在振动传递套50座内的混匀管041施加预定时长的振动。

废液吸取步骤S7，控制磁吸装置6驱使其磁吸模块63靠近混匀管041的管侧壁处，将磁珠磁吸至管侧壁上；及控制升降机构驱使吸管接头41携带吸头01下降而使吸头01插入混匀管041，并控制移液泵44通过吸头01吸取废液；接着控制升降机构驱使吸管接头41携带吸头01上升至位于旋转支座7的上方侧，并控制磁吸模块远离混匀管。

废液排出步骤S8，控制旋转驱动器驱使旋转支座7绕第一竖向轴线100旋转至悬挂在其上的废液管位于吸管接头41的正下方，再控制升降机构驱使吸管接头41携带吸头01下降而使吸头01插入废液管，并控制移液泵44通过吸头01注入废液，接着控制升降机构驱使吸管接头41携带吸头01上升至位于旋转支座7的上方侧。

清洗步骤S9，控制旋转驱动器驱使旋转支座7绕第一竖向轴线100旋转至悬挂在其上的清洗液管046位于吸管接头41的正下方，再控制升降机构驱使吸管接头41携带吸头01下降而使吸头01插入清洗液管046，并控制移液泵44通过吸头01吸取清洗液，接着控制升降机构驱使吸管接头41携带吸头01上升至位于旋转支座7的上方侧；并待废液管旋转其正下方时，排入废液管内，完成对吸头的清洗。

洗脱液吸取步骤S10，控制旋转驱动器驱使旋转支座7绕第一竖向轴线100旋转至悬挂在其上的洗脱液管042位于吸管接头41的正下方，再控制升降机构驱使吸管接头41携带吸头01下降而使吸头01插入洗脱液管042，并控制移液泵44通过吸头01吸取洗脱液，接着控制升降机构驱使吸管接头41携带吸头01上升至位于旋转支座7的上方侧。

洗脱液注入步骤S11，控制旋转驱动器驱使旋转支座7绕第一竖向轴线100旋转至悬挂在其上的混匀管041位于吸管接头41的正下方，再控制升降机构驱使吸管接头41携带吸头01下降而使吸头01插入混匀管041，并控制移液泵44通过吸头01注入洗脱液，接着控制升降机构驱使吸管接头41携带吸头01上升至位于旋转支座7的上方侧。

重复步骤S12，至少依序重复清洗步骤S9、废液吸取步骤S7、废液排出步骤S8、洗脱液吸取步骤S10及洗脱液注入步骤S11一次，再重复废液吸取步骤S7、废液排出步骤S8与清洗步骤S9一次。

成品吸取步骤S13，控制旋转驱动器驱使旋转支座7绕第一竖向轴线100旋转至悬挂在其上的混匀管041位于吸管接头41的正下方，再控制升降机构驱使吸管接头41携带吸头01下降而使吸头01插入洗混匀管，并控制移液泵44通过吸头01吸取磁珠，接着控制升降机构驱使吸管接头41携带吸头01上升至位于旋转支座7的上方侧。

成品注入步骤S14，控制旋转驱动器驱使旋转支座7绕第一竖向轴线100旋转至悬挂在其上的成品管047位于吸管接头41的正下方，再控制升降机构驱使吸管接头41携带吸头01下降而使吸头01插入成品管，并控制移液泵44通过吸头01注入磁珠，接着控制升降机构驱使吸管接头41携带吸头01上升至位于旋转支座7的上方侧。

吸头01卸下步骤S15，控制旋转驱动器驱使旋转支座7绕第一竖向轴线100旋转至悬挂在其上的吸头01位于吸管接头41的正下方，再控制升降机构驱使吸管接头41下降而与吸头01的上端口可拆卸地套装固连，接着控制升降机构驱使吸管接头41携带吸头01上升至位于旋转支座7的上方侧。

从上述各个步骤可知，在工作过程中，移液系统4用于在各个试剂管之间移送目标溶液。

在上述实施例中，“第一外联轴部54的中心轴线与第二外联轴部55的中心轴线之间的夹角β”被配置为两根中心轴线在竖向平面内投影中投影夹角中最大的一者，该“竖向”为旋转驱动轴的延伸布置方向；当二者共面时，为二者在该共面平面上的夹角。

Claims (10)

1.一种核酸提取设备，包括支架，至少能用于安装试剂管组的试剂管架，用于在试剂管间移送溶液的移液系统，及磁吸装置，其特征在于：

所述移液系统包括用于可拆卸地安装吸头的吸管接头，及用于驱使所述吸管接头相对所述支架升降的升降驱动机构；

所述试剂管架包括旋转支座及旋转驱动器；所述旋转支座至少用于安装多根环绕第一竖向轴线呈圆周布置的试剂管，并受所述旋转驱动器驱使而能旋转至其所携带的试剂管逐一地位于所述吸管接头的正下方；

在所述试剂管架上，固设有位于所述旋转支座的下方侧且随所述旋转支座同步转动的混匀振荡装置；所述混匀振荡装置包括用于套装在目标试剂管的下端部上的振动传递套座，及用于通过所述振动传递套座向目标试剂管施加振动的振动发生器；

所述磁吸装置包括磁吸模块及移位模块，所述移位模块用于驱使所述磁吸模块靠近或远离已旋转至位于所述吸管接头正下方的目标试剂管的外壁面。

2.根据权利要求1所述的核酸提取设备，其特征在于：

所述旋转支座包括圆盘状卡座；在所述圆盘状卡座的外周缘部上，布设有多个环绕所述第一竖向轴线布置的试剂管套装口；在所述圆盘状卡座的中央区域处布设有压紧固连机构，用于对支撑在所述圆盘状卡座上的试剂管套装盘进行可释放地压紧固连；所述试剂管套装在所述试剂管套装盘上的套装孔内，以悬挂在所述试剂管套装盘上。

3.根据权利要求2所述的核酸提取设备，其特征在于：

位于所述振动传递套座的正上方的试剂管套装口的口径大于其他试剂管套装口的口径；

在所述圆盘状卡座的外周缘部上设有可随所述圆盘状卡座旋转至位于所述吸管接头的正下方的吸头套装口，所述吸头套装口的口径小于试剂管套装口的口径；

在所述圆盘状卡座的下方间隔预定间距地布设有传动座，在所述传动座与所述圆盘状卡座之间支撑有多根用于固连二者的支撑传动柱，所述旋转驱动器用于驱使所述传动座绕所述第一竖向轴线转动；

试剂管套装口为布设在所述圆盘状卡座的外周缘部上的缺口状结构。

4.根据权利要求1至3任一项权利要求所述的核酸提取设备，其特征在于：

所述振动发生器包括沿竖向布置的旋转驱动轴及偏心传动轴，所述偏心传动轴包括固连成一体结构的第一外联轴部与第二外联轴部；所述第一外联轴部与所述第二外联轴部的安装圆周面的中心轴线在二者固连处相距预定偏心距离，且两根中心轴线相夹成锐角；所述第一外联轴部与所述旋转驱动轴传动连接，所述第二外联轴部通过轴承而与所述振动传递套座可转动地套装连接。

5.根据权利要求4所述的核酸提取设备，其特征在于：

所述两根中心轴线共面布置；

所述第一外联轴部上设有用于套装所述旋转驱动轴外的轴孔，所述轴孔的孔周面构成所述第一外联轴部的安装圆周面；所述第二外联轴部套装在所述轴承的内环圈上，所述传递套座的下端部设有套装在所述轴承的外圈上的套孔；所述内环圈的套装圈面构成所述第二外联轴部的安装圆周面；

所述旋转驱动轴为旋转驱动电机的转子轴；

所述第二外联轴部与所述振动传递套座上用于套装目标试剂管的套孔共中心轴线布置。

6.根据权利要求4或5所述的核酸提取设备，其特征在于：

所述两根中心轴线之间的夹角β的取值范围为0＜β≤γ，

其中，R为目标试剂管的内直径，ρ为目标试剂管内物质的平均密度，r为所述旋转驱动轴驱动转速，t为充分混匀时间，m为所述预定偏心距离，c为比例常数。

7.根据权利要求1至6任一项权利要求所述的核酸提取设备，其特征在于：

所述磁吸装置布设在所述吸头接口正下方的侧旁；

所述移位模块用于驱使所述磁吸模块靠近或远离已旋转至位于所述吸管接头正下方的目标试剂管的管侧壁旁；

所述移位模块包括固设在所述支架上的第一安装支架，可绕第一摆动轴线摆动地安装在所述第一安装支架上的摆臂，用于驱使所述摆臂摆动的摆动驱动器，及布设在所述第一安装支架上且用于对所述磁吸模块靠近目标试剂管位置与远离目标试剂管位置进行到位检测的触发传感器；所述第一摆动轴线与所述第一竖向轴线相正交。

8.根据权利要求1至7任一项权利要求所述的核酸提取设备，其特征在于：

所述移液系统包括卸料机构，用于将套装在所述吸管接头上的吸头推落，所述卸料机构包括推料板及用于驱使所述推料板沿竖向往复移动的直线位移输出装置，所述推料板具有套装在所述吸管接头外的套装孔。

9.一种核酸提取设备的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

吸头上装步骤，控制旋转驱动器驱使试剂管架旋转至悬挂在其上的吸头位于吸管接头的正下方，再控制升降机构驱使所述吸管接头下降而与所述吸头的上端口可拆卸地套装固连，接着控制所述升降机构驱使所述吸管接头携带所述吸头上升至避让；

样本吸取步骤，控制所述旋转驱动器驱使所述试剂管架旋转至悬挂在其上的样本管位于所述吸管接头的正下方，再控制所述升降机构驱使所述吸头下降而插入所述样品管，并控制移液泵驱使所述吸头吸取待提取样本，接着控制所述升降机构驱使所述吸头上升避让；

样本注入步骤，控制所述旋转驱动器驱使所述试剂管架旋转至悬挂在其上的混匀管位于所述吸头的正下方，再控制所述升降机构驱使所述吸头下降而插入所述混匀管，并控制移液泵驱使所述吸头注入样本，接着控制所述升降机构驱使所述吸头上升避让；

裂解液吸取步骤，控制所述旋转驱动器驱使所述试剂管架旋转至悬挂在其上的裂解液管位于所述吸头的正下方，再控制所述升降机构驱使所述吸头下降而插入所述裂解液管，并控制移液泵驱使所述吸头吸取裂解液，接着控制所述升降机构驱使所述吸头上升避让；

裂解液注入步骤，控制所述旋转驱动器驱使所述试剂管架旋转至悬挂在其上的混匀管位于所述吸头的正下方，再控制所述升降机构驱使所述吸头下降而插入所述混匀管，并控制移液泵驱使所述吸头注入裂解液，接着控制所述升降机构驱使所述吸头上升避让；

振荡混匀步骤，控制混匀振荡装置的振动发生器向下端部套装在振动传递套座内的所述混匀管施加预定时长的振动；

废液吸取步骤，控制磁吸装置驱使其磁吸模块靠近所述混匀管的管外侧壁处，将磁珠磁吸至管内侧壁上；及控制所述升降机构驱使所述吸头下降而插入所述混匀管，并控制移液泵驱使所述吸头吸取废液；接着控制所述升降机构驱使所述吸头上升避让，并驱使所述磁吸模块远离所述混匀管；

废液排出步骤，控制所述旋转驱动器驱使所述试剂管架旋转至悬挂在其上的废液管位于所述吸头的正下方，再控制所述升降机构驱使所述吸头下降而插入所述废液管，并控制移液泵驱使所述吸头注入废液，接着控制所述升降机构驱使所述吸头上升避让；

洗脱液吸取步骤，控制所述旋转驱动器驱使所述试剂管架旋转至悬挂在其上的洗脱液管位于所述吸头的正下方，再控制所述升降机构驱使所述吸头下降而插入所述洗脱液管，并控制移液泵驱使所述吸头吸取洗脱液，接着控制所述升降机构驱使所述吸管接头携带所述吸头上升避让；

洗脱液注入步骤，控制所述旋转驱动器驱使所述试剂管架旋转至悬挂在其上的混匀管位于所述吸头的正下方，再控制所述升降机构驱使所述吸头下降而插入所述混匀管，并控制移液泵驱使所述吸头注入洗脱液，接着控制所述升降机构驱使所述吸头上升避让；

重复步骤，至少依序重复所述废液吸取步骤、所述废液排出步骤、所述洗脱液吸取步骤及所述洗脱液注入步骤一次，再重复所述废液吸取步骤与所述废液排出步骤一次；

成品吸取步骤，控制所述旋转驱动器驱使所述试剂管架旋转至悬挂在其上的混匀管位于所述吸头的正下方，再控制所述升降机构驱使所述吸头下降而插入所述洗混匀管，并控制移液泵驱使所述吸头吸取磁珠，接着控制所述升降机构驱使所述吸头上升避让；

成品注入步骤，控制所述旋转驱动器驱使所述试剂管架旋转至悬挂在其上的成品管位于所述吸头的正下方，再控制所述升降机构驱使所述吸头下降而插入所述成品管，并控制移液泵驱使所述吸头注入磁珠，接着控制所述升降机构驱使所述吸头上升避让。

10.一种核酸提取设备，包括处理器与存储器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于：

所述计算机程序被所述处理器执行时，能实现权利要求9所述的控制方法。

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