CN113174329A - 基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置，该装置包括核酸提取装置、核酸纯化装置和核酸扩增反应装置；核酸提取装置包括加样层和管路层，核酸纯化装置包括超声单元和磁吸单元，核酸扩增反应装置包括温控单元和光学检测单元；核酸提取装置用以对样品进行裂解，得到核酸和蛋白质的混合物；核酸纯化装置用以从混合物中单独分离出核酸；核酸扩增反应装置用以利用温控单元对核酸在指定的温度下进行扩增；加样层设置在管路层的上方，超声单元和磁吸单元均设置在管路层中纯化仓的下方，温控单元设置在管路层中扩增仓的下方，光学检测单元设置在管路层的侧面和上方。该装置实现实验的连续化，过程中无需人工干预，便捷高效。

Description

基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置

技术领域

本发明涉及生物检测领域，尤其涉及一种基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置。

背景技术

核酸的提取、纯化、扩增是核酸检测试验的一项常规操作，也是基因分析过程中十分关键的步骤。基因分析过程中常常需要将特定的核酸片段从混合样品中分离提取出来，用于后续的PCR扩增，因此核酸的纯化回收效果直接影响到整个基因分析过程的进程和结果。

中国专利公开了一种核酸自动检测装置，包括固定座及竖直固定于固定座上的主支撑板、样品反应自动机构及其固定架、核酸检测光路结构及其承载架和控制器；样品反应自动机构固定架固定于主支撑板上，样品反应自动机构的出口向固定架的下方延伸并位于固定架架体之外；核酸检测光路结构承载架位于样品反应自动机构出口的下方并与主支撑板固定连接，核酸检测光路结构的入口与样品反应自动机构的出口连接；控制器设置于固定座上，并分别与样品反应自动机构及核酸检测光路结构电连接。

上述技术方案中，一方面，检测装置对环境要求高，测试精度低，同时，芯片内部管路没有集成化，反应液难以按照预期进行混合及测试，且通常核酸的提取、纯化、扩增需要利用不同的仪器来完成，操作繁琐。

发明内容

为此，本发明提供一种基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置，可以实现实验的连续化，过程中无需人工干预，便捷高效。

为实现上述目的，本发明提供一种基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置，包括：核酸提取装置、核酸纯化装置和核酸扩增反应装置；所述核酸提取装置包括加样层和管路层，所述加样层设置在所述加样层的上方，所述核酸纯化装置包括超声单元和磁吸单元，所述超声单元和所述磁吸单元设置在所述管路层的纯化仓下方，所述核酸扩增反应装置包括激发光源和温控单元；所述激发光源设置在所述管路层的侧面，所述温控单元设置在所述管路层扩增仓的下方；所述核酸提取装置用以对样品进行裂解，得到核酸和蛋白质的混合物；所述核酸纯化装置用以从所述混合物中单独分离出所述核酸；所述核酸扩增反应装置用以利用激发光源对所述核酸在指定的温度下进行扩增；所述加样层设置在所述管路层的上方，所述超声单元和所述磁吸单元均设置在所述管路层中纯化仓的下方，所述激发光源设置在所述设置在所述管路层的侧面，所述温控单元设置在所述管路层中扩增仓的下方；

还包括有中控单元，所述中控单元分别与所述超声单元、磁吸单元和所述温控单元连接，用以控制所述超声单元的实时振动频率F，所述磁吸单元的实时位置L以及所述温控单元的实时温度T；

所述中控单元内设置有标准反应矩阵R0(F0，L0，T0),其中F0表示所述超声单元的标准振动频率，L0表示所述磁吸单元的标准位置，T0表示所述温控单元的标准温度；

所述中控单元根据所述标准反应矩阵R0(F0，L0，T0)控制所述超声单元、所述磁吸单元和所述温控单元；

所述中控单元内还设置有时间矩阵t(t1，t2，t3)，其中t1表示超声单元的振动时间，t2表示当所述超声单元停止振动后启动所述磁吸单元的时间间隔，t3表示所述磁吸单元停止工作后启动所述温控单元的时间间隔；

在反应过程中，若所述超声单元的实时振动频率F低于所述超声单元的标准振动频率F0，则增加所述超声单元的振动时间t11，更新所述中控单元内的时间矩阵t1(t11，t21，t31),所述超声单元的振动时间t11＝t1(1+F/F0)，启动所述磁吸单元的时间间隔可以变更为t21＝t2(1-F/F0)，对应的所述温控单元的时间间隔也可以适应性缩短为t31＝t3(1-F/F0)；

若所述超声单元的实时振动频率高于或等于所述超声单元的标准振动频率F0，则维持所述超声单元的振动时间t1，维持所述中控单元内的时间矩阵t(t1，t2，t3)。

进一步地，该基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置还包括壳体，所述核酸提取装置、所述核酸纯化装置和所述核酸扩增反应装置均设置在所述壳体内，所述壳体包括上壳、下壳，上盖和光源盖板，所述上壳设置有激发光源仓和芯片安装仓，所述激发光源仓内用以放置所述激发光源，所述芯片安装仓内用以放置所述管路层和所述芯片层，所述超声单元、所述磁吸单元均设置在所述上盖和所述下盖之间，所述温控单元设置在所述设置在所述上盖和所述下盖之间；所述光源盖板用以盖住所述激发光源仓，所述上盖用以盖住所述芯片安装仓。

进一步地，所述加样层上侧设置有加样孔，用以向管路层内添加样品，所述加样孔的下方为多个间隔设置的加样仓，在所述加样仓的一侧还设置有加压结构，其包括管壁，在管壁内部设置有活塞，所述活塞沿着所述管壁往复移动，推动其内的试剂向试剂出口流出或抽回。

进一步地，所述加压结构的一端还连接有电机组，所述电机组包括连接件和电机，所述活塞设置在所述连接件的凹槽处，所述电机带动所述连接件转动，进而带动所述活塞沿着所述管壁往复移动。

进一步地，所述超声单元包括下板、上板，在所述上板和下板之间设置有若干导轨，在每个所述导轨上套设有一弹簧，以对上板提供反作用力，还包括一超声变幅杆，所述超声变幅杆穿过所述上板，并且，超声变幅杆的下部通过连接法兰与一超声换能器连接，以改变超声换能器的振幅；所述超声变幅杆在传递及改变振幅过程中，超声变幅杆上下振动；所述导轨，用以限制弹簧被压缩时运动方向，保证超声换能器与管路层的纯化仓接触。

进一步地，所述磁吸单元包括支架、磁铁和磁铁驱动装置，所述磁铁驱动装置驱动所述磁铁在所述支架上的导轨上运动至纯化仓的下方。

进一步地，所述温控装置包括制热单元和散热单元，所述制热单元为半导体制冷片，所述制热单元和所述散热单元均设置在所述芯片安装仓的正下方，并与待安装的芯片接触，散热单元用于对芯片内的扩增仓进行散热，制热单元用于对芯片内的扩增仓加热，以使得扩增仓内的温度处于预设温度范围内；散热单元与控制模块电连接，控制模块用于控制散热单元和制热单元的工作状态。

进一步地，还包括显示模组和工控板，所述工控板设置在所述显示模组内，所述显示模组用以显示工作状态，所述工控板用以控制所述温控装置、所述电机组、所述超声单元以及所述磁吸单元，所述显示模块设置在所述上壳的倾斜面上。

进一步地，所述管路层内还设置有截止阀，用以对管路层内的对应管路的通断进行控制，所述截止阀、输液泵和所述电机组配合实现对裂解液、清洗液以及洗脱液在管路层内的控制，完成相应的核酸的提取、清洗和洗脱。

进一步地，所述激发光源为LED灯或LD灯。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，将核酸的提取、纯化、扩增反应的过程进行了集成，且利用电机进行逻辑控制，使得核酸的提取过程无需人工干预，核酸纯化的过程只需控制超声单元和磁吸单元就可以进行对应的纯化反应，而扩增反应也是控制电机及激发光工作即可完成上述过程，本发明实施例将在一个装置内完成所有的提取、纯化、扩增反应，实现反应的连续性，使得实验设备的集成度较高，实验的连续性较高，提取、纯化、扩增均在一个管路层上就可以实现。

尤其，超声波的能量传递至纯化仓内，作用于纯化仓内的磁珠，将纯化仓内的磁珠在超声波谐振的作用下，磁珠和磁珠之间产生微小的间隙，此时核酸内的磁性物质可以吸附在磁珠的表面上，在振动作用下，纯化仓内的磁珠不接触，便于核酸的吸附，使得吸附的更加均匀。

尤其，本实施例把复杂的实验过程，集成在芯片的管路层，能够控制液体走向，从而能够有效地提高工作效率。

尤其，在磁吸单元将核酸吸附后，就要进行清洗，此时将磁铁驱动装置驱动磁铁沿着导轨运动至纯化仓的下方，当清洗结束后，需要将核酸转移至扩增仓时，要将所述磁铁远离纯化仓，以便于进行后续核酸由纯化仓到扩增仓的转移，保证实验的连续性。

尤其，通过截止阀控制板来控制截止阀的打开或是关闭，进而控制管路层液路的通断，保证在管路层实现提取、纯化和扩增，保证整个实验过程的连续性，高效快捷。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置的爆炸结构示意图；

图2为本发明实施例提供的基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置的前视图；

图3为本发明实施例提供的基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置的侧视图；

图4为本发明实施例提供的基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置的后视图；

图5为本发明实施例的用于核酸检测的检测芯片的立体结构示意图；

图6为本发明实施例的用于核酸检测的检测芯片的爆炸结构示意图；

图7为本发明实施例的加样结构的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1-图4所示，本发明实施例提供的基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置包括核酸提取装置10-1、核酸纯化装置和核酸扩增反应装置，所述核酸提取装置10-1、所述核酸纯化装置和所述核酸扩增反应装置均设置在壳体内，用以对核酸提取装置10-1、核酸纯化装置和核酸扩增反应装置进行保护，防止损伤。其中所述核酸提取装置10-1包括加样装置和管路层，加样装置包括加样层、连接件和电机，所述加样层内设置有若干组试剂管，所述试剂管的一端置于所述连接件的凹槽内，所述电机控制所述连接件转动，进而带动所述试剂管实现推液抽液。加样层的上方设置有加样孔，用以向芯片内添加样品，加样孔连接有第一试剂管，第二电机带动第二连接件将第二试剂管内的裂解液推入管路层，样品和裂解液在管路层混合，完成样品的裂解，使得样品中的核酸和蛋白质进行分离，得到核酸和蛋白质的混合物，进一步地，为了得到纯度较高的核酸，需要对混合物中的蛋白质进行清除，在本发明实施例中，将混合物引流至纯化仓，所述核酸纯化装置包括超声单元90-1和磁吸单元80-1，所述超声单元90-1的振动用以将所述纯化仓内的磁珠打散，使得混合物中的核酸与磁珠接触的更为充分，所述磁吸单元80-1用以将所述核酸和磁珠固定在纯化仓处，此时需要第一试剂管连接的电机向外抽，第二试剂管连接的电机向内推，进而将混合物推至纯化仓内，此时混合物与纯化仓内的磁珠接触，在所述管路层的下方设置有超声单元90-1和磁吸单元80-1，所述超声单元90-1和所述磁吸单元80-1，并排设置；

还包括有中控单元，所述中控单元分别与所述超声单元、磁吸单元和所述温控单元连接，用以控制所述超声单元的实时振动频率F，所述磁吸单元的实时位置L以及所述温控单元的实时温度T；

所述中控单元内设置有标准反应矩阵R0(F0，L0，T0),其中F0表示所述超声单元的标准振动频率，L0表示所述磁吸单元的标准位置，T0表示所述温控单元的标准温度；

所述中控单元根据所述标准反应矩阵R0(F0，L0，T0)控制所述超声单元、所述磁吸单元和所述温控单元；

所述中控单元内还设置有时间矩阵t(t1，t2，t3)，其中t1表示超声单元的振动时间，t2表示当所述超声单元停止振动后启动所述磁吸单元的时间间隔，t3表示所述磁吸单元停止工作后启动所述温控单元的时间间隔；

在反应过程中，若所述超声单元的实时振动频率F低于所述超声单元的标准振动频率F0，则增加所述超声单元的振动时间t11，更新所述中控单元内的时间矩阵t1(t11，t2，t3),所述超声单元的振动时间t11＝t1(1+F/F0)；

若所述超声单元的实时振动频率高于或等于所述超声单元的标准振动频率F0，则维持所述超声单元的振动时间t1，维持所述中控单元内的时间矩阵t(t1，t2，t3)。

具体而言,本发明实施例提供的基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置,通过在中控单元内设置有标准反应矩阵R0(F0，L0，T0)和时间矩阵t(t1，t2，t3),其中F0表示所述超声单元的标准振动频率，L0表示所述磁吸单元的标准位置，T0表示所述温控单元的标准温度,t1表示超声单元的振动时间，t2表示当所述超声单元停止振动后启动所述磁吸单元的时间间隔，t3表示所述磁吸单元停止工作后启动所述温控单元的时间间隔,根据超声单元的实时频率控制所述超声单元的振动时间,若超声单元的实时频率F低于超声单元的标准振动频率F0,则增加所述超声单元的振动时间t11,超声单元的振动时间t11＝t1(1+F/F0),通过比较超声单元的实时振动频率和标准振动频率，并根据比较结果调整超声单元的振动时间，使得在进行反应过程中纯化仓内的磁珠和核酸物质进行充分的接触吸附，吸附效果更好。

具体而言，中控单元可以设置在主板上，还可以设置在其他位置，只要可以实现与超声单元、磁吸单元与温控单元的连接即可，便于更具中控单元内的数据的实时变化改变所述超声单元的振动时间，以及所述磁吸单元和所述温控单元的启动时间，节约实验时间，提高实验效率。

在反应过程中，中控单元控制超声单元的振动频率，并根据实时振动频率与标准振动频率的关系去调整超声单元的振动时间，若是增加了所述超声单元的振动时间，则在超声单元停止振动后启动磁吸单元的时间间隔可以缩短，由于在超声振动过程中，磁珠和核酸物质的吸附效果比较好，则在启动磁吸单元，吸住所述扩增仓的磁珠时，可以更快的启动磁吸单元，利用磁吸单元的磁铁吸附住扩增仓的磁珠，以进行清洗过程，节约反应时间，具体的，启动所述磁吸单元的时间间隔可以变更为t21＝t2(1-F/F0)，对应的所述温控单元的时间间隔也可以适应性缩短为t31＝t3(1-F/F0)。

本发明实施例提供的基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置，通过超声单元的振动频率的变化改变超声单元的振动时间，并根据超声单元的振动时间，进一步控制磁吸单元和温控单元启动的时间间隔，从而加快实验进度，大大缩短实验所需时间，提高实验效率。

在实际应用中，为了预防超声单元90-1和磁吸单元80-1的自重作用，在本发明实施例中还设置了保护架91-1，保护架91-1用以在使用过程中对超声单元90-1和磁吸单元80-1进行保护，同时也可以对超声单元和磁吸单元进行固定，防止其在使用过程中出现位置偏移。所述超声单元90-1的振动用以将所述纯化仓内的磁珠打散，使得混合物中的核酸与磁珠接触的更为充分，进一步地，置于纯化仓内的混合物需要做进一步处理，将混合物中的蛋白质等洗掉，保留核酸。在清洗前，磁吸单元80-1包括支架、磁铁和磁铁驱动装置，所述磁铁驱动装置驱动所述磁铁在所述支架上的导轨上运动至纯化仓的下方，利用磁珠和磁铁的吸引关系，将磁珠和核酸紧紧固定在纯化仓处，此时利用第三试剂管连接的第三电机向内注入清洗液至纯化仓内，需要和第三试剂管配合作用的是第一试剂管和第二试剂管，对应的电机可以向外抽，使得蛋白质等杂质等被抽离纯化仓，将废液存储至加样孔或是第二试剂口，在实际应用中，为了将核酸清洗干净，可多次进行清洗，具体过程可重复上述清洗过程，在此不再赘述。

最后，为了将吸附在磁珠上的核酸脱离磁珠，此时利用第五试剂管连接的第五电机向内注入洗脱液至纯化仓，在清洗和洗脱的过程中，磁铁均置于支架的最上端，和纯化仓紧密接触。洗脱之后的核酸在泵阀的作用下，将纯化仓内的核酸引至扩增仓内，最后关闭扩增仓连接的双阀，以待扩增反应。然后，打开设置在上壳40-1的激发光源机构仓内的激发光源20-1，利用激发光源20-1产生的固定波段的激发光照射在扩增仓上，以进行扩增反应，核酸扩增反应装置包括温控单元和光学检测单元，光学检测单元包括激发光源20-1和采光模块控制板11-1，激发光源用以发出激发光，对扩增仓进行照射，核酸物质在激发光的作用下产生出射光，出射光被所述采光模块控制板所采集，并对出射光进行分析，得到核酸物质中是否存在靶向物质，所述温控单元设置在管路层扩增仓的下方，以对扩增反应过程中的温度进行控制。电机组包括第一电机、第二电机、第三电机、第四电机和第五电机，所述电机组和所述磁铁驱动装置均与电机控制板卡电连接，超声单元90-1和磁吸单元80-1的控制信号来自于第一控制板卡81-1，而所有控制信号的发出均来自于工控板100-1，所述工控板100-1设置在显示模组110-1内，显示模组110-1设置在所述上壳40-1的端部倾斜面上，用于显示实验的进度以及对应的实验操作步骤。电源装置120-1用于对所述PCR反应主体和显示模组110-1进行供电，所述电源装置120-1设置在所述PCR反应主体的一侧。本发明实施例提供的基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置自带电源装置，实现超长待机，且便于移动，不受地域限制，将PCR反应可以在任何环境下进行。

本发明实施例提供的基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置，将核酸的提取、纯化、扩增反应的过程进行了集成，且利用电机进行逻辑控制，使得核酸的提取过程无需人工干预，核酸纯化的过程只需控制超声单元和磁吸单元就可以进行对应的纯化反应，而扩增反应也是控制电机及激发光工作即可完成上述过程，本发明实施例将在一个装置内完成所有的提取、纯化、扩增反应，实现反应的连续性，使得实验设备的集成度较高，实验的连续性较高，提取、纯化、扩增均在一个管路层上就可以实现。

具体而言，请参阅图5和6所示，所述加样层3上侧设置有加样孔302，用以向芯片内添加样品，注入芯片内的样品经过核酸提取、纯化、扩增发生反应。其中，本实施例的加样层3与管路层101通过卡条304与设置在管路层101侧部的限位架106活动连接，相应的，在限位架106的内侧设置有第一卡槽107，第一卡槽107通过卡条304相互配合连接，以实现加样层3和管路层101的相对位置切换和固定。相对位置的切换就是指加样层3和管路层101的相对距离的改变，加样层3由第一卡槽107切换为第二卡槽的过程，使得加样层3和管路层101之间的距离变近了，抽掉垫片2后，加样层3和管路层101连通，具体而言，垫片2的主要作用是保护加样层3和管路层101不连通，使用时再将垫片抽出，其中，密封膜104粘贴在管路层101的下侧，以实现密封。组装后的加样层3、垫片2、管路层101和密封膜104构成一个完全封闭的整体，样品内的病毒不会泄漏。

继续参阅图7所示，本实施例的第一卡槽107的下侧的限位架106侧面上还设置有第二卡槽，第二卡槽位于第一卡槽107的下侧，在运输或存储时，加样层3与第一卡槽107连接，在使用进行试剂反应时，将垫片3抽出，向下按压加样层3，使得加样层3和第二卡槽连接，与此同时，设置在管路层101上的刺针刺破设置在加样层3内的试剂，以使试剂和样品进行混合反应，刺针设置在管路层101上，实际应用过程中，管路层101上设置有立柱，刺针设置在立柱的圆心处，立柱的上端面为椭圆形，且立柱的端面的倾斜的，便于其上的刺针和试剂管的尾端进行配合，顺利刺破试剂管，实现试剂的加注。本发明实施例提供的用于核酸检测的检测芯片，通过设置了第一卡槽107和第二卡槽，使得加样层3和管路层101可以在抽取垫片2后进行按压产生相对位置的变化，同时刺针刺破加样层3内的试剂，实现加样，使得样品和试剂进行一系列反应，本发明的检测芯片结构简单，方便实现混合试剂，提高测试精度。

继续参阅图6所示，本发明实施例的垫片2的下侧还设置有滑轨202，相应的，在管路层101的上侧面设置有滑槽108，滑轨202通过与滑槽108配合连接，以实现垫片2与管路层101的滑动连接。本实施例的滑槽108设置在管路层101上的限位架106的内侧。所述垫片2的端部设置若干相间排列的凹口与凸起，其中，所述滑轨202设置在最外侧凸起的底面上。

继续参阅图6所示，本实施例的加样孔302上设置有加样孔盖303，用以进行密封。在加样层3和管路层101还设置卡扣结构，在加样层3的一侧设置有第一卡扣301，第一卡扣301的下侧伸出端伸出所述加样层3的底端，在将加样层3和管路层101配合安装在一起后，通过第一卡扣301卡接在管路层101的侧面上，以防止加样层3和管路层101分离。

继续参阅图6所示，本实施例的管路层101上设置有两个第一单阀102，用以在反应过程中对管路层101内的液体进行截至或流动的控制；在管路层101上还设置有双阀103，用以截断管路内流体的道路或是允许流体通过，双阀103通过管路与扩增仓连通，双阀103用于控制扩增仓的两端同时关闭或者同时开启，以使得其内部形成一密闭的空腔。在图6中，所述垫片2的两侧还设置有把手201，方便对用于核酸检测的检测芯片进行提取。在本发明实施例中，所述扩增仓设置在管路层101的边缘，并且，扩增仓为半椭圆形结构，既能够使反应试剂反应，又能够在使用时，能够通过凸出的半椭圆形结构实现方便定位及安装。

继续参阅图6所示，本实施例的管路层101上设置有一排刺针105，加样层3和垫片2卡合在一起后，作用把手201使垫片2沿着滑槽108滑动，当滑动到无法前进时，抽出垫片2，此时加样层3由第一卡槽107内被按压至第二卡槽内，如此刺针105可以刺破加样层3内的试剂管，进而将刺针105与加样层3内的试剂连通，试剂中标记的荧光序列与对应位置的核酸刺针产生互补匹配时，通过确定荧光强度最强的探针位置，获得一组序列完全互补的探针序列。在所述刺针105的外侧还设置有一挡板，其在加样层3与管路层101配合时，起到阻挡及定位作用。

具体而言，在本发明实施例中，在加样状态时，所述加样层3内设置有若干组试剂管，所述加样层3通过其上的卡条304与第一卡槽107卡接，在初始安装状态时，加样层3自上而下与管路层101配合，通过垫片2将刺针与试剂管内的试剂隔离，防止在运输过程中的振动造成刺针与试剂混合，保护加样层和管路层不连通，避免刺破。在需要进行试验时，将垫片2沿滑槽108向外抽出，垫片2沿滑槽108向外抽出后，向下按压加样层3，使得加样层3上的卡条304与第二卡槽卡接，此时，设置在管路层101上的刺针105与加样层3的试剂混合，将试剂引入管路层101内进行试验。

具体而言，本发明通过设置垫片结构，使得用于核酸检测的检测芯片能够在储存试剂，运输过程中，完好保存，在使用时，只需将垫片抽出并向下按压加样层，即能够将试剂引入管路层中。

参阅图7所示，其为本发明实施例的加样层的结构示意图；在本实施例的加样孔302的下方为加样仓，加样仓能够连接一装载试剂或样品的试剂管，在加样仓的下部设置有试剂出口312，在试剂出口312与加样仓之间设置有密封结构313，用以进行密封，在需要进行试剂加入的时候，刺针105会刺破313，以使试剂沿着试剂口312进入流体管路内。在所述加样仓的一侧还设置有加压结构，其包括管壁305，在管壁305内部设置有活塞308，活塞308向加样仓移动，推动其内的试剂向试剂出口312流出；当然在需要进行抽回试剂的时候，活塞308也可以向外抽出试剂或是其他废液，在所述活塞308的活塞杆端部设置有密封圈311，用以进行密封。

继续参阅图7所示，本实施例的活塞杆上还设置有螺帽307，通过与螺帽307螺纹连接，实现相对旋转运动，相应的，在活塞杆的一端设置有输出结构，如气缸，油缸，也可通过转动输出结构连接活塞杆，如电机、丝杠，此时，活塞杆做旋转运动，只需能够推动试剂向试剂出口流出即可。相应的，在螺帽307的外侧套设有一导向套306，管壁305内侧设置有相应的轴肩，用以对导向套306进行定位及固定；在导向套306的两端外侧还设置有卡环314，用以卡住相应的导向套306。在导向套306的外侧还设置有护套309，用以对活塞杆、螺帽307、以及导向套306进行保护。在对管路层101进行试剂注射时，通过活塞向加样仓移动，增加其内的压力，以推动试剂向试剂出口312流动，实现注入试剂。结合图6所示，本发明实施例设置若干组试剂管，在本实施例中，设置五组试剂管，根据实验需要依次向管路层施加不同或相同的试剂，能够大大提高使用效率。

继续参阅图7所示，在加样层3下方设置第二卡扣310，第二卡扣310设置在与第一卡扣301相对的一侧面上，来防止加样层3滑动。

可以看出，本实施例把复杂的实验过程，集成在芯片管路层，能够控制液体走向，从而能够有效地提高工作效率。

本领域技术人员可以理解的是，在管路层上设置的管路结构在加样层没有和管路层连接时，上述管路结构是无法进行相关核酸检测试验的，因此需要在管路层和加样层接触时，方可进行核酸的提取纯化和扩增反应。

结合本发明实施例中提供的管路层以及加样层的具体结构及管路设置做进一步详细说明，管路层包括第一进样口、第一试剂口、第二试剂口、第三试剂口、第四试剂口、纯化仓和扩增仓，第一进样口和第一试剂口通过第一管路连接，第一管路上设置有第一单阀，纯化仓包括入口和出口，所述第一进样口和所述入口通过第二管路连接，所述第一试剂口和所述出口通过第三管路连接，所述第二试剂口、所述第三试剂口和所述第四试剂口均与所述入口通过第四管路连接；所述扩增仓的第一端设置有双阀的第一部，所述扩增仓的第二端设置有双阀的第二部，所述双阀的第一部通过第五管路和另一单阀连接，所述另一单阀通过第六管路和所述出口连接，双阀第一部和双阀的第二部的作用方式为同时开启同时关闭。

具体而言，本发明实施例还包括壳体，所述核酸提取装置、所述核酸纯化装置和所述核酸扩增反应装置均设置在所述壳体内，所述壳体包括上壳40-1、下壳30-1，上盖50-1和光源盖板60-1，所述上壳40-1设置有激发光源仓42-1和芯片安装仓41-1，所述激发光源仓42-1内用以放置所述激发光源，所述芯片安装仓41-1内用以放置所述管路层和加样层，所述超声单元90-1、所述磁吸单元80-1均设置在所述上壳40-1和所述下壳30-1之间，所述温控装置设置在所述上壳40-1和所述下壳30-1间；所述光源盖板60-1用以盖住所述激发光源仓42-1，所述上盖50-1用以盖住所述芯片安装仓41-1。将核酸提取装置10-1、核酸纯化装置和所述核酸扩增反应装置均设置在所述壳体内，实现对壳体内部结构的有效保护，另外在实验过程中，上壳40-1内的激发光源在工作过程中会产生一定的热量，影响激发光源仓42-1的温度，可选的，在激发光源仓42-1的下方设置进风风扇31-1，实现对激发光源仓42-1内热量的释放。

具体而言，核酸提取装置10-1包括加样层和管路层，其置于芯片安装仓41-1内，在核酸提取装置10-1上还设置有阀门控制板12-1，采光模块控制板11-1设置在上盖50-1的下方，采光模块控制板11-1用以将激发光射至扩增仓内的核酸物质，并将扩增仓内产生的荧光经过上盖50-1上的玻璃口传至图像采集装置，阀门控制板12-1用以控制管路层上的阀门的通断，进而控制管路层上液路内液体的流向。上盖50-1的一段设置有连接耳，连接耳和上壳40-1上的连接孔配合，实现上盖50-1和上壳40-1的可活动连接。而上盖50-1和上壳40-1卡接实现将核酸提取装置10-1固定在芯片安装仓41-1内。

具体而言，超声单元90-1包括下板、上板，在所述上板和下板之间设置有若干导轨，在每个所述导轨上套设有一弹簧，以对上板提供反作用力，还包括一超声变幅杆，所述超声变幅杆穿过所述上板，并且，超声变幅杆的下部通过连接法兰与一超声换能器连接，超声换能器设置在上板与下板之间，以与超声换能器连接，改变换能器的振幅。所述超声变幅杆在传递及改变振幅过程中，超声变幅杆上下振动；所述导轨，用以限制弹簧被压缩时运动方向，保证超声换能器与被超声芯片之间接触良好，超声能量传递的有效性。在本发明实施例中，被超声芯片具体就是指管路层的纯化仓。本发明实施例的超声换能器与超声振幅杆在工作过程中，产生纵向及横向的振幅，随着振幅的不断变化，带动上板产生移动一定的振幅，在振幅足够大的时候，若限位杆仍在预设的位置，则会停止上板及法兰的上下移动，造成振幅输出动作停止。为此，本发明实施例还能够对限位杆的限位位置进行调整。本实施例的下侧板设置有若干限位杆，在上板上设置有若干与限位杆配合，用以使限位杆通过的限位孔，在超声换能器与超声变幅杆工作时，产生上下的振幅，通过限位杆使得两者能够在预设的竖向方向上移动，避免产生偏差；同时，本实施例采用限位杆与通孔结合方式，还能够避免超声变幅杆在径向方向也即横向方向的偏差，在产生横向方向的偏差时，限位杆不能够穿过限位孔。超声波的能量传递至纯化仓内，作用于纯化仓内的磁珠，将纯化仓内的磁珠在超声波谐振的作用下，磁珠和磁珠之间产生微小的间隙，此时核酸内的磁性物质可以吸附在磁珠的表面上，在振动作用下，纯化仓内的磁珠不接触，便于核酸的吸附，使得吸附的更加均匀。

具体而言，所述加样层上侧设置有加样孔，用以向管路层内添加样品，所述加样孔的下方为多个间隔设置的加样仓，在所述加样仓的一侧还设置有加压结构，其包括管壁，在管壁内部设置有活塞，所述活塞沿着所述管壁往复移动，推动其内的试剂向试剂出口流出或抽回。所述加压结构的一端还连接有电机组，所述电机组包括连接件和电机，所述活塞设置在所述连接件的凹槽处，所述电机带动所述连接件转动，进而带动所述活塞沿着所述管壁往复移动。电机组内的电机在正转或是反转的过程中，会产生一定量的角度位移的偏转，本发明实施例中还提供了零点复位板13-1，用以控制电机组内电机进行零点复位，进而更为精准的控制电机转动，实现对活塞的精准控制，对试剂的用量进行把控。

具体而言，在对管路层进行试剂注射时，通过活塞向加样仓移动，增加其内的压力，以推动试剂向试剂出口流动，实现注入试剂。本发明实施例设置若干组试剂管，在本实施例中，设置五组试剂管，根据实验需要依次向管路层施加不同或相同的试剂，能够大大提高使用效率。且利用电机组带动连接件实现对活塞的控制，便捷高效。

可以看出，本实施例把复杂的实验过程，集成在芯片的管路层，能够控制液体走向，从而能够有效地提高工作效率。

具体而言，所述磁吸单元80-1包括支架、磁铁和磁铁驱动装置，所述磁铁驱动装置驱动所述磁铁在所述支架上的导轨上运动至纯化仓的下方。在进行纯化反应过程中，为了防止利用清洗液清洗核酸时，在超声单元将核酸吸附后，就要进行清洗，此时将磁铁驱动装置驱动磁铁沿着导轨运动至纯化仓的下方，当清洗结束后，需要将核酸转移至扩增仓时，要将所述磁铁远离纯化仓，以便于进行后续核酸由纯化仓到扩增仓的转移，保证实验的连续性。

具体而言，所述温控装置70-1包括制热单元和散热单元，所述制热单元为半导体制冷片，所述制热单元和所述散热单元均设置在所述芯片安装仓41-1的正下方，并与待安装的芯片接触，散热单元用于对芯片内的扩增仓进行散热，制热单元用于对芯片内的扩增仓加热，以使得扩增仓内的温度处于预设温度范围内；散热单元与控制模块电连接，控制模块用于控制散热单元和制热单元的工作状态。

在实验过程中，当进行扩增反应时，温控装置70-1的制热单元开始执行第一预加热操作；再检测到待检测芯片后，对待检测芯片进行第二预加热操作；对待检测芯片进行加热；在检测到待检测芯片到达预设检测位置后，对待检测芯片持续加热，以将其加热至预设反应温度；在加热过程中，若待检测芯片的温度超过预设检测温度时，启动散热单元进行第一散热操作；当待检测芯片到达预设检测位置且处于预设检测温度范围内时，芯片检测装置对待检测芯片进行图像采集，以进行芯片检测。当反应结束后，散热单元对芯片进行完全散热，以便于快速更换芯片。通过制热单元和散热单元，保证待检测芯片在扩增反应过程中处于合适的温度范围内，防止温度过低或过高影响扩增反应的进度，提高实验效率，保证实验的连续性。而下壳30-1上还设置有散热孔32-1和散热风扇，在基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置进行工作过程中，激发光源仓42-1的下方设置进风风扇31-1和散热风扇以及散热孔32-1构成了本发明实施例提供的基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置中的单向散热通道，实现对产生热量的激发光源以及扩增仓进行及时散热。

具体而言，本发明实施例提供的基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置包括第一主板130-1，第二主板140-1和按键板150-1，第一主板130-1设置在下壳30-1内，其上设置有对进风风扇31-1以及散热风扇的控制电路，其中散热风扇是设置在下壳30-1的两侧壁上的，散热孔32-1设置在散热风扇的下方。第一主板130-1和第二主板140-1上均设置有通孔，温控装置70-1依次穿过所述第二主板140-1和第一主板130-1上的通孔，使得温控装置70-1和散热风扇及散热孔的位置靠近，便于散热。按键板150-1上设置有一按键，用以对与该按键对应的装置进行控制。具体而言，该按键可以用于控制电源装置120-1。

可以看出，上述实施方式，能够快速便捷的进行芯片检测操作。并且，通过设置温控单元以对芯片进行加热，通过模拟芯片的工作温度，以进行芯片的检测，不仅能够提高芯片的检测效率，还极大地提高了芯片检测时的准确性。

具体而言，在实验过程中，为了清晰了解当前的实验阶段，还包括显示模组110-1和工控板100-1，所述工控板100-1设置在所述显示模组110-1内，所述显示模组110-1用以显示工作状态，所述工控板100-1用以控制所述温控装置70-1、所述电机组、所述超声单元90-1以及所述磁吸单元80-1，所述显示模块设置在所述上壳40-1的倾斜面上。显示模组显示实验阶段和实验过程中的参数，使得实验人员清楚了解实验过程中的进度，并根据实验参数及实验结果修正之后的实验过程，工控板100-1连接温控装置70-1、所述电机组、所述超声单元90-1以及所述磁吸单元80-1，整体把握实验过程中各种设备的工作运行情况，使得实验过程有序进行，实验过程连续且可视化。

所述管路层内还设置有泵阀，用以对管路层内的对应管路的通断进行控制，所述泵阀和所述电机组配合实现对裂解液、清洗液以及洗脱液在管路层内的控制，完成相应的混合、清洗和洗脱。通过泵阀控制板来控制泵阀的打开或是关闭，进而控制管路层液路的通断，保证在管路层实现提取、纯化和扩增，保证整个实验过程的连续性，高效快捷。

所述激发光源为LED灯或LD灯。LED灯或LD灯具有启动时间短、亮度高、能耗低、体积小、寿命长、安全性高、成本低等优点，在照明领域获得了广泛的应用。且目前多种颜色的单色高效能LED灯的制造技术已经成熟并广泛应用。LED光源驱动电压低(2～5V)、体积小、输出光强稳定，便于激发光源装置的小型化。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置，其特征在于，包括：核酸提取装置、核酸纯化装置和核酸扩增反应装置，所述核酸提取装置用以对样品进行裂解，得到核酸和蛋白质的混合物，所述核酸纯化装置用以从所述混合物中单独分离出所述核酸，所述核酸扩增反应装置用以利用温控单元对所述核酸在指定的温度下进行扩增；

所述核酸提取装置包括加样层和管路层，所述加样层设置在所述管路层的上方，所述核酸纯化装置包括超声单元和磁吸单元，所述超声单元和所述磁吸单元设置在所述管路层的纯化仓下方，所述核酸扩增反应装置包括温控单元；所述温控单元设置在所述管路层扩增仓的下方；

还包括有中控单元，所述中控单元分别与所述超声单元、磁吸单元和所述温控单元连接，用以控制所述超声单元的实时振动频率F，所述磁吸单元的实时位置L以及所述温控单元的实时温度T；

所述中控单元内设置有标准反应矩阵R0(F0，L0，T0),其中F0表示所述超声单元的标准振动频率，L0表示所述磁吸单元的标准位置，T0表示所述温控单元的标准温度；

所述中控单元根据所述标准反应矩阵R0(F0，L0，T0)控制所述超声单元、所述磁吸单元和所述温控单元；

所述中控单元内还设置有时间矩阵t(t1，t2，t3)，其中t1表示超声单元的振动时间，t2表示当所述超声单元停止振动后启动所述磁吸单元的时间间隔，t3表示所述磁吸单元停止工作后启动所述温控单元的时间间隔；

在反应过程中，若所述超声单元的实时振动频率F低于所述超声单元的标准振动频率F0，则增加所述超声单元的振动时间t11，更新所述中控单元内的时间矩阵t1(t11，t21，t31),所述超声单元的振动时间t11＝t1(1+F/F0)，启动所述磁吸单元的时间间隔为t21＝t2(1-F/F0)，所述温控单元的时间间隔为t31＝t3(1-F/F0)；

若所述超声单元的实时振动频率高于或等于所述超声单元的标准振动频率F0，则维持所述超声单元的振动时间t1，维持所述中控单元内的时间矩阵t(t1，t2，t3)。

2.根据权利要求1所述的基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置，其特征在于，所述核酸扩增反应装置还包括有光学检测单元，所述光学检测单元包括激发光源和光谱仪传感器，所述激发光源设置在所述扩增仓的侧面，所述光谱仪传感器设置在所述扩增仓的上方，还包括壳体，所述核酸提取装置、所述核酸纯化装置和所述核酸扩增反应装置均设置在所述壳体内，所述壳体包括上壳、下壳，上盖和光源盖板，所述上壳设置有激发光源仓和芯片安装仓，所述激发光源仓内用以放置所述激发光源，所述芯片安装仓内用以放置所述管路层和所述加样层，所述超声单元、所述磁吸单元均设置在所述上壳和所述下壳之间，所述温控单元设置在所述上壳和所述下壳之间；所述光源盖板用以盖住所述激发光源仓，所述上盖用以盖住所述芯片安装仓。

3.根据权利要求2所述的基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置，其特征在于，所述加样层上侧设置有加样孔，用以向管路层内添加样品，所述加样孔的下方为多个间隔设置的加样仓，在所述加样仓的一侧还设置有加压结构，其包括管壁，在管壁内部设置有活塞，所述活塞沿着所述管壁往复移动，推动其内的试剂经由试剂出口流出或抽回。

4.根据权利要求3所述的基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置，其特征在于，所述加压结构的一端还连接有电机组，所述电机组包括连接件和电机，所述活塞设置在所述连接件的凹槽处，所述电机带动所述连接件转动，进而带动所述活塞沿着所述管壁往复移动。

5.根据权利要求1所述的基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置，其特征在于，所述超声单元包括下板、上板，在所述上板和下板之间设置有若干导轨，在每个所述导轨上套设有一弹簧，以对上板提供反作用力，还包括一超声变幅杆，所述超声变幅杆穿过所述上板，并且，超声变幅杆的下部通过连接法兰与一超声换能器连接，以改变超声换能器的振幅；所述超声变幅杆在传递及改变振幅过程中，超声变幅杆上下振动；所述导轨，用以限制弹簧被压缩时运动方向，保证超声换能器与管路层的纯化仓接触。

6.根据权利要求5所述的基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置，其特征在于，所述磁吸单元包括支架、磁铁和磁铁驱动装置，所述磁铁驱动装置驱动所述磁铁在所述支架上的导轨上运动至纯化仓的下方。

7.根据权利要求6所述的基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置，其特征在于，所述温控装置包括制热单元和散热单元，所述制热单元为半导体制冷片，所述制热单元和所述散热单元均设置在所述芯片安装仓的正下方，并与待安装的芯片接触，散热单元用于对制热单元进行散热，制热单元用于对芯片内的扩增仓加热或制冷，以使得扩增仓内的温度处于预设温度范围内；散热单元与控制模块电耦合，控制模块用于控制散热单元和制热单元的工作状态。

8.根据权利要求7所述的基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置，其特征在于，还包括显示模组和工控板，所述工控板设置在所述显示模组内，所述显示模组用以显示工作状态，所述工控板用以控制所述温控装置、所述电机组、所述超声单元以及所述磁吸单元，所述显示模块设置在所述上壳的倾斜面上。

9.根据权利要求8所述的基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置，其特征在于，所述管路层内还设置有截止阀，用以对管路层内的对应管路的通断进行控制，所述截止阀、输液泵和所述电机组配合实现对裂解液、清洗液以及洗脱液在管路层内的控制，完成相应的提取、清洗和洗脱。

10.根据权利要求2所述的基于核酸提取、纯化、扩增的连续反应装置，其特征在于，所述激发光源为LED灯或LD灯。

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