CN112940061B - 核酸萃取装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种核酸萃取装置，包括试剂容纳单元、混合单元及流道单元。试剂容纳单元适于容纳检体、磁珠及萃取用试剂。混合单元包括混合槽及搅拌组件。混合槽包括槽部及管部，搅拌组件包括主体部及延伸部。主体部位于槽部内，管部连接于槽部，延伸部连接于主体部且延伸至管部内。延伸部与管部的内壁在管部的第一方向及第二方向上分别具有第一间隙及第二间隙，第一间隙小于第二间隙。流道单元连接于试剂容纳单元与混合单元之间。检体、磁珠及萃取用试剂适于从试剂容纳单元通过流道单元而移至混合槽并被搅拌组件搅拌混合。本发明的核酸萃取装置可有效率地使磁珠与试剂进行混合。

Description

核酸萃取装置
技术领域
本发明涉及一种萃取装置，且特别是涉及一种核酸萃取装置。
背景技术
核酸分析是现今遗传学、分子生物学或动植物疫病的研究或检测生不可或缺的方法。因此，核酸的分离与萃取相关技术近年来快速发展。一种核酸萃取的方式，是将检体、磁珠及萃取核酸所需的各种试剂依照既定流程及顺序在混合槽中进行混合，使检体的核酸先结合至磁珠，再从磁珠上分离出核酸。核酸分析着重于时效性，例如针对新兴的传染性疾病，若能越快完成其细菌或病毒的核酸分析则能越快研发出相应的疫苗。然而，一般的混合装置无法有效率地让磁珠与试剂进行混合，而大幅增加了核酸萃取及分析所需耗费的时间。
发明内容
本发明是针对一种核酸萃取装置，可有效率地使磁珠与试剂进行混合。
根据本发明的实施例，核酸萃取装置包括试剂容纳单元、混合单元及流道单元。试剂容纳单元适于容纳至少一检体、至少一磁珠及至少一萃取用试剂。混合单元包括混合槽及搅拌组件。混合槽包括槽部及管部，搅拌组件包括主体部及延伸部。主体部位于槽部内，管部连接于槽部，延伸部连接于主体部且延伸至管部内。延伸部与管部的内壁在管部的第一方向上具有第一间隙，延伸部与管部的内壁在管部的第二方向上具有第二间隙，第一间隙小于第二间隙。流道单元连接于试剂容纳单元与混合单元之间。检体、磁珠及萃取用试剂适于从试剂容纳单元通过流道单元而移至混合槽内并被搅拌组件搅拌混合。
在根据本发明的实施例中，管部的内宽小于槽部的内宽。
在根据本发明的实施例中，槽部的至少部分区段的内宽由上往下渐缩，且主体部设置在槽部的相应渐缩位置是翼型。
在根据本发明的实施例中，延伸部的宽度小于主体部的宽度。
在根据本发明的实施例中，管部连接于流道单元与槽部之间。
在根据本发明的实施例中，延伸部在第一方向上具有第一长度且在第二方向上具有第二长度，第一长度大于第二长度。
在根据本发明的实施例中，管部具有圆柱状管道，延伸部位于圆柱状管道内且具有长方形截面。
在根据本发明的实施例中，混合单元包括致动器，致动器连接于搅拌组件且适于驱动搅拌组件旋转。
在根据本发明的实施例中，核酸萃取装置还包括加热装置，其中加热装置设置于混合槽旁，适于加热混合槽。
在根据本发明的实施例中，核酸萃取装置还包括磁吸装置，其中磁吸装置可移动地设置于管部外，适于通过磁吸力而阻止磁珠移离管部。
在根据本发明的实施例中，核酸萃取装置还包括泵，其中泵连接于混合槽且适于驱动检体、磁珠及萃取用试剂移动于试剂容纳单元与混合槽之间。
在根据本发明的实施例中，试剂容纳单元具有多个试剂槽，这些试剂槽适于分别容纳检体、磁珠及萃取用试剂。
在根据本发明的实施例中，萃取用试剂包括裂解液、接合液、洗涤液及洗脱液，部分这些试剂槽适于分别容纳裂解液、接合液、洗涤液及洗脱液。
在本发明的一实施例中，对应容纳磁珠的试剂槽内具有入口及出口，入口的位置高于出口。
在本发明的一实施例中，对应容纳磁珠的试剂槽内具有导引面，导引面从入口往出口倾斜延伸。
在本发明的一实施例中，对应容纳磁珠的试剂槽的底部具有凹部，出口位于凹部内，凹部适于容纳磁珠。
在根据本发明的实施例中，试剂容纳单元包括容纳结构，这些试剂槽形成于容纳结构，容纳结构的底部具有多个通道，这些通道分别连接于这些试剂槽，各试剂槽通过对应的通道而连通于流道单元。
在根据本发明的实施例中，各通道是毛细管路。
在根据本发明的实施例中，试剂容纳单元还包括多个弹性密封件及底板，这些弹性密封件配置于容纳结构的底部且分别对应于这些通道，底板组装于容纳结构的底部且将各弹性密封件限位于容纳结构与流道单元之间，各弹性密封件具有相对的顶面及底面且具有贯孔，贯孔从顶面延伸至底面，弹性密封件设置在底板中，且顶面及底面分别接触容纳结构及流道单元，贯孔连接于对应的通道。
在根据本发明的实施例中，流道单元具有流道，流道的一端连接于混合槽，试剂容纳单元可转动地配置于流道单元上且适于转动而使任一试剂槽对应于流道的另一端。
基于上述，本发明的混合槽除了既有的槽部之外还具有从槽部延伸出的管部，且搅拌组件相应地具有延伸入管部的延伸部。并且，搅拌组件的延伸部与管部的内壁之间具有大小不同的第一间隙及第二间隙，亦即，延伸部与管部的内壁之间的间隙大小非为均匀。搅拌组件的延伸部与管部之间不均等的间隙使液体产生不均等毛细力，当泵从混合槽上端吸气时液体就会在管部内产生周而复始的上下流动，可将贴附在管壁上的磁珠回溶。
附图说明
图1是本发明一实施例的核酸萃取装置的立体图；
图2是图1的核酸萃取装置的分解图；
图3是图1的核酸萃取装置的剖视图；
图4是图1的混合单元于I-I线的剖视图；
图5是图1的试剂容纳单元的分解图；
图6是图3的核酸萃取装置的局部放大图；
图7是图1的容纳结构的局部放大图；
图8是图1的核酸萃取装置所萃取核酸的对应检测信号的示意图。
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同组件符号在图式和描述中用来表示相同或相似部分。
图1是本发明一实施例的核酸萃取装置的立体图。图2是图1的核酸萃取装置的分解图。图3是图1的核酸萃取装置的剖视图。请参考图1至图3，本实施例的核酸萃取装置100包括试剂容纳单元110、混合单元120及流道单元130。流道单元130例如由上板体132及下板体134相堆栈所组成，且连接于试剂容纳单元110与混合单元120之间。试剂容纳单元110具有多个试剂槽110a～110g，这些试剂槽110a～110g适于分别容纳检体、多个磁珠及多种萃取用试剂。混合单元120包括混合槽122及搅拌组件124。检体、磁珠及萃取用试剂适于依照既定流程及顺序从试剂容纳单元110通过流道单元130而移至混合槽122内并被搅拌组件124搅拌而混合，使检体的核酸先结合至磁珠，再从磁珠上分离出核酸。
在本实施例中，混合槽122包括槽部1221及管部1222，管部1222连接于流道单元130与槽部1221之间，管部1222的内宽小于槽部1221的内宽。要注意的是，在本实施例中管部1222与槽部1221的截面是圆形，故前述的内宽是指内径。搅拌组件124包括主体部1241及延伸部1242，延伸部1242的宽度小于主体部1241的宽度。主体部1241位于槽部1221内，延伸部1242连接于主体部1241且延伸至管部1222内。当搅拌组件124被驱动而作动时，主体部1241对槽部1221内的检体、磁珠及/或萃取用试剂进行搅拌，且延伸部1242对管部1222内的检体、磁珠及/或萃取用试剂进行搅拌。
图4是图1的混合单元于I-I线的剖视图。请参考图4，进一步而言，本实施例的延伸部1242与管部1222的内壁在管部1222的第一方向RD1(即垂直于管部1222的轴向AD的径向)上具有第一间隙G1，延伸部1242与管部1222的内壁在管部1222的第二方向RD2(即垂直于管部1222的轴向AD的另一径向)上具有第二间隙G2，第一间隙G1小于第二间隙G2。亦即，延伸部1242与管部1222的内壁之间的间隙大小非为均匀。由此，延伸部1242与管部1222的内壁之间的毛细力不均等，从而当试剂因泵160的驱动及/或搅拌组件124的搅拌而在混合槽122内流动时，管部1222内不同位置的试剂有不同的流速，使得气泡容易形成于管部1222内，进而可通过搅拌组件124的搅拌以及气泡的扰动而加速磁珠与试剂的混合。
具体而言，本实施例的管部1222具有圆柱状管道1222a，延伸部1242位于圆柱状管道1222a内。延伸部1242具有长方形截面，使得延伸部1242在第一方向RD1上具有第一长度L且在第二方向RD2上具有第二长度W，第一长度L大于第二长度W。由此，可如上述般使延伸部1242与管部1222的内壁之间的间隙大小非为均匀。在其他实施例中，管部1222可具有其他截面形状的管道，且延伸部1242可具有其他形状的截面，而使延伸部1242与管部1222的内壁之间的间隙大小非为均匀，例如管部1222具有矩形管道，延伸部1242位于矩形管道内且具有圆形截面，同样可以产生非均匀的间隙，本发明不对其具体形状加以限制。
请参考图3，本实施例的混合单元120包括致动器126及盖体128。盖体128覆盖于混合槽122的槽部1221，搅拌组件124还包括连接部1243，连接部1243可穿过盖体128而部分地突伸至混合槽122外部并连接于致动器126。致动器126例如是马达且适于驱动搅拌组件124旋转以进行所述搅拌。在其他实施例中，致动器126可为其他种类的驱动装置，本发明不对此加以限制。此外，混合单元120可不包含致动器126，而是由外接的其他设备所包含的致动器来驱动搅拌组件124作动。
本实施例的核酸萃取装置100如图3所示还包括加热装置140、磁吸装置150及泵160。加热装置140设置于混合槽122旁，适于加热混合槽122，以加速检体与试剂的反应速率。磁吸装置150可移动地设置于管部1222外，适于通过磁吸力而限制磁珠的位置，以阻止磁珠因试剂的流动而非预期地移离管部1222。泵160连接于混合槽122且适于驱动检体、磁珠及/或萃取用试剂移动于试剂容纳单元110与混合槽122之间。加热装置140及磁吸装置150可如图3所示分别配置于邻近槽部1221及管部1222的位置，然而本发明不以此为限，核酸萃取装置100可不包含加热装置140及/或磁吸装置150，而是由外接的其他设备所包含的加热装置及磁吸装置来进行所述加热及磁吸。当不需要通过加热装置140及/或磁吸装置150执行加热/磁吸时，可驱动加热装置140及/或磁吸装置150移离混合槽122或是关闭加热装置140及/或磁吸装置150。此外，核酸萃取装置100也可不包含泵160，而是由外接的其他设备所包含的泵来驱动检体、磁珠及/或萃取用试剂移动。
在本实施例中，所述萃取用试剂可包括裂解液(lysis buffer)、接合液(bindingbuffer)、洗涤液(washing buffer)及洗脱液(elution buffer)。图1所示的试剂槽110a用以容纳检体，试剂槽110b用以容纳裂解液，试剂槽110c用以容纳接合液，试剂槽110d用以容纳磁珠，试剂槽110e、110f用以容纳洗涤液，试剂槽110g用以容纳洗脱液。
以下对本实施例的核酸萃取装置100的具体操作流程进行说明。首先，试剂槽110a中的检体及试剂槽110b中的裂解液通过泵160的驱动而从试剂容纳单元110通过流道单元130而移至混合槽122内。加热装置140对混合槽122加热且搅拌组件124对混合槽122内的检体及裂解液进行搅拌，以通过裂解液破坏检体的细胞膜来析出核酸。接着，试剂槽110c中的接合液及试剂槽110d中的磁珠通过泵160的驱动而依序从试剂容纳单元110通过流道单元130移至混合槽122内。加热装置140对混合槽122加热且搅拌组件124对混合槽122内的检体、磁珠及接合液进行搅拌，以通过接合液使检体的核酸接合至磁珠。然后，通过磁吸装置150的磁吸力阻止磁珠移动，并利用泵160驱动混合槽122内经检体与试剂反应产生的废液通过流道单元130而往试剂容纳单元110排出，其中试剂容纳单元110可包含废液槽或利用既有的试剂槽来容纳此废液。
接着，试剂槽110e中的洗涤液通过泵160的驱动而从试剂容纳单元110通过流道单元130而移至混合槽122内。搅拌组件124对混合槽122内的磁珠及洗涤液进行搅拌，以通过洗涤液对磁珠进行第一次洗涤。通过磁吸装置150的磁吸力阻止磁珠移动，并利用泵160驱动混合槽122内经所述第一次洗涤所产生的废液通过流道单元130而往试剂容纳单元110排出，其中试剂容纳单元110可包含废液槽或利用既有的试剂槽来容纳此废液。然后，试剂槽110f中的洗涤液通过泵160的驱动而从试剂容纳单元110通过流道单元130而移至混合槽122内。搅拌组件124对混合槽122内的磁珠及洗涤液进行搅拌，以通过洗涤液对磁珠进行第二次洗涤。通过磁吸装置150的磁吸力阻止磁珠移动，并利用泵160驱动混合槽122内经所述第二次洗涤所产生的废液通过流道单元130而往试剂容纳单元110排出，其中试剂容纳单元110可包含废液槽或利用既有的试剂槽来容纳此废液。试剂槽110g中的洗脱液通过泵160的驱动而从试剂容纳单元110通过流道单元130而移至混合槽122内。搅拌组件124对混合槽122内的磁珠及洗脱液进行搅拌，以通过洗脱液使核酸分离于磁珠，从而萃取出核酸。
在上述操作流程的不同步骤中，混合槽122内的试剂的量可能不同。为了使混合槽122可以适用于各种不同量的试剂，其槽部1221在与管部1222的连接端可设计为如图1至图3所示的漏斗状，而使槽部1221部分区段的内宽由上往下渐缩。由此，当混合槽122内的试剂的量较多时，其具有较大内宽的区段提供足够的空间来容纳试剂，而当混合槽122内的试剂的量较少时，其具有较小内宽的区段使试剂不致因混合槽122内宽过大而在水平方向上过于分散，以降低残留在槽部1221死角的机会。相应的，搅拌组件124的主体部1241设置在槽部1221中漏斗状区域的形状也可对应地做变化。详细来说，搅拌组件124的主体部1241设置在槽部1221的相应渐缩位置可设计为翼型，并朝向延伸部1242方向渐缩，以使在少量试剂时，仍能够有良好的搅拌效果。
图5是图1的试剂容纳单元的分解图。请参考图3及图5，本实施例的试剂容纳单元110包括容纳结构112。试剂槽110a～110g形成于容纳结构112，容纳结构112的底部具有多个通道112a，这些通道112a分别连接于这些试剂槽110a～110g，各试剂槽110a～110g通过对应的通道112a而连通于流道单元130。
进一步而言，试剂容纳单元110还包括多个弹性密封件114及底板116。这些弹性密封件114配置于容纳结构112的底部且分别对应于这些通道112a，底板116例如以螺锁的方式组装于容纳结构112的底部且将各弹性密封件114限位于容纳结构112与流道单元130之间。图6是图3的核酸萃取装置100的局部放大图。请参考图6，各弹性密封件114具有相对的顶面114a及底面114b且具有贯孔114c，贯孔114c从顶面114a延伸至底面114b。各弹性密封件114设置在底板116中且各弹性密封件114的顶面114a及底面114b分别接触容纳结构112及流道单元130。贯孔114c连接于对应的通道112a，使各试剂槽110a～110g能够通过对应的通道112a及对应的贯孔114c而连接至流道单元130。各弹性密封件114的材质可为橡胶或其他适当的弹性材料，而可在容纳结构112与流道单元130之间进行密封，避免试剂在此处发生非预期的渗漏。此外，容纳结构112的各通道112a例如是毛细管路，而可藉其毛细阻力进一步避免试剂渗漏。
更详细而言，各弹性密封件114配置于底板116的开孔116a内，且各弹性密封件114如图6所示具有阶梯状的外形，而可被开孔116a内的凸缘116b限位在容纳结构112的底部。各弹性密封件114的贯孔114c适于连通于流道单元130的上板体132与下板体134之间的流道130a(标示于图2及图3)的末端130a1(标示于图6)。
在本实施例中，流道单元130例如仅具有单一流道130a，流道130a的一端连接于混合槽122。试剂容纳单元110沿转动轴线RA(绘示于图1)可转动地配置于流道单元130上且适于转动而使任一试剂槽110a～110g对应于流道130a的另一端(即图6所示的末端130a1)，从而使试剂槽110a～110g的其中之一连通于混合槽122。在本实施例中，例如是通过马达或其他适当的驱动器来驱动试剂容纳单元110转动。在其他实施例中，可通过其他适当方式及结构来切换各试剂槽110a～110g与混合槽122之间的连通，本发明不对此加以限制。
图7是图1的容纳结构的局部放大图。请参考图7，在本实施例中，对应容纳磁珠的试剂槽110d内具有入口110d1、出口110d2及导引面110d3，且试剂槽110d的底部具有凹部110d4。出口110d2位于凹部110d4内，凹部110d4适于容纳磁珠。入口110d1的位置高于出口110d2，导引面110d3从入口110d1往出口110d2倾斜延伸。当欲将磁珠移至图1所示的混合槽122时，可驱使适当的试剂从入口110d1进入试剂槽110d以由此试剂带动磁珠从出口110d2移离试剂槽110d，并通过流道单元130而往混合槽122移动。由于磁珠是预先集中于下方的凹部110d4处，且所述试剂是从高于出口110d2位置的上方的入口110d1处往下流动而带动磁珠通过出口110d2移离试剂槽110d，故可避免磁珠因所述试剂的冲击而喷溅至试剂槽110d外。
图8绘示图1的核酸萃取装置所萃取核酸的对应检测信号。如图8所示，核酸长度在150～200bp之间出现了明显的检测信号，表示本实施例的核酸萃取装置100可确实从检体萃取出核酸。
综上所述，本发明的混合槽除了既有的槽部之外还具有从槽部延伸出的管部，且搅拌组件相应地具有延伸入管部的延伸部。并且，搅拌组件的延伸部与管部的内壁之间具有大小不同的第一间隙及第二间隙，亦即，延伸部与管部的内壁之间的间隙大小非为均匀。搅拌组件的延伸部与管部之间不均等的间隙使液体产生不均等毛细力，当泵从混合槽上端吸气时液体就会在管部内产生周而复始的上下流动，可将贴附在管壁上的磁珠回溶。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (18)

1.一种核酸萃取装置，其特征在于，包括：
试剂容纳单元，适于容纳至少一检体、至少一磁珠及至少一萃取用试剂；
混合单元，包括混合槽及搅拌组件，其中所述混合槽包括槽部及管部，所述搅拌组件包括主体部及延伸部，所述主体部位于所述槽部内，所述管部连接于所述槽部，所述延伸部连接于所述主体部且延伸至所述管部内，所述管部具有圆柱状管道，所述延伸部位于所述圆柱状管道内且具有长方形截面，所述延伸部与所述管部的内壁在所述管部的第一方向上具有第一间隙，所述延伸部与所述管部的内壁在所述管部的第二方向上具有第二间隙，所述第一间隙小于所述第二间隙，其中所述第一间隙及所述第二间隙位于同一平面，所述平面垂直于所述管部的轴向；以及
流道单元，连接于所述试剂容纳单元与所述混合单元之间，所述管部连接于所述流道单元与所述槽部之间，其中所述至少一检体、所述至少一磁珠及所述至少一萃取用试剂适于从所述试剂容纳单元通过所述流道单元而移至所述混合槽内并被所述搅拌组件搅拌混合。
2.根据权利要求1所述的核酸萃取装置，其特征在于，所述管部的内宽小于所述槽部的内宽。
3.根据权利要求1所述的核酸萃取装置，其特征在于，所述槽部的至少部分区段的内宽由上往下渐缩，且所述主体部设置在所述槽部的相应渐缩位置是翼型。
4.根据权利要求1所述的核酸萃取装置，其特征在于，所述延伸部的宽度小于所述主体部的宽度。
5.根据权利要求1所述的核酸萃取装置，其特征在于，所述延伸部在所述第一方向上具有第一长度且在所述第二方向上具有第二长度，所述第一长度大于所述第二长度。
6.根据权利要求1所述的核酸萃取装置，其特征在于，所述混合单元包括致动器，所述致动器连接于所述搅拌组件且适于驱动所述搅拌组件旋转。
7.根据权利要求1所述的核酸萃取装置，其特征在于，还包括加热装置，其中所述加热装置设置于所述混合槽旁，适于加热所述混合槽。
8.根据权利要求1所述的核酸萃取装置，其特征在于，还包括磁吸装置，其中所述磁吸装置可移动地设置于所述管部外，适于通过磁吸力而阻止所述至少一磁珠移离所述管部。
9.根据权利要求1所述的核酸萃取装置，其特征在于，还包括泵，其中所述泵连接于所述混合槽且适于驱动所述至少一检体、所述至少一磁珠及所述至少一萃取用试剂移动于所述试剂容纳单元与所述混合槽之间。
10.根据权利要求1所述的核酸萃取装置，其特征在于，所述试剂容纳单元具有多个试剂槽，所述多个试剂槽适于分别容纳所述至少一检体、所述至少一磁珠及所述至少一萃取用试剂。
11.根据权利要求10所述的核酸萃取装置，其特征在于，所述至少一萃取用试剂包括裂解液、接合液、洗涤液及洗脱液，部分所述多个试剂槽适于分别容纳所述裂解液、所述接合液、所述洗涤液及所述洗脱液。
12.根据权利要求10所述的核酸萃取装置，其特征在于，对应容纳所述至少一磁珠的所述试剂槽内具有入口及出口，所述入口的位置高于所述出口。
13.根据权利要求12所述的核酸萃取装置，其特征在于，对应容纳所述至少一磁珠的所述试剂槽内具有导引面，所述导引面从所述入口往所述出口倾斜延伸。
14.根据权利要求12所述的核酸萃取装置，其特征在于，对应容纳所述至少一磁珠的所述试剂槽的底部具有凹部，所述出口位于所述凹部内，所述凹部适于容纳所述至少一磁珠。
15.根据权利要求10所述的核酸萃取装置，其特征在于，所述试剂容纳单元包括容纳结构，所述多个试剂槽形成于所述容纳结构，所述容纳结构的底部具有多个通道，所述多个通道分别连接于所述多个试剂槽，各所述试剂槽通过对应的通道而连通于所述流道单元。
16.根据权利要求15所述的核酸萃取装置，其特征在于，各所述通道是毛细管路。
17.根据权利要求15所述的核酸萃取装置，其特征在于，所述试剂容纳单元更包括多个弹性密封件及底板，所述多个弹性密封件配置于所述容纳结构的底部且分别对应于所述多个通道，所述底板组装于所述容纳结构的底部且将各所述弹性密封件限位于所述容纳结构与所述流道单元之间，各所述弹性密封件具有相对的顶面及底面且具有贯孔，所述贯孔从所述顶面延伸至所述底面，各所述弹性密封件设置在所述底板中，且所述顶面及所述底面分别接触所述容纳结构及所述流道单元，所述贯孔连接于对应的所述通道。
18.根据权利要求10所述的核酸萃取装置，其特征在于，所述流道单元具有流道，所述流道的一端连接于所述混合槽，所述试剂容纳单元可转动地配置于所述流道单元上且适于转动而使任一所述试剂槽对应于所述流道的另一端。
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