CN113176107A - 一种样品采集及匀质化前处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物学技术领域，特别是涉及一种样品采集及匀质化前处理装置，包括样本均质单元和储液单元，储液内腔包括位于样本均质单元中的第一腔体和位于储液单元的第二腔体，第一腔体和第二腔体之间设有用于分割第一腔体和第二腔体的液封单元，第一腔体内设有定量采样单元；第二腔体内设有用于穿刺液封单元的穿刺单元，还包括用于驱动穿刺单元往复运动的驱动部；样品均质单元远离储液单元的一端设有与第一腔体连通的出液口，第一腔体和出液口之间设有过滤单元。该装置的使用，可比较精准的定量获取匀浆样本、操作极简、使用方便、可最大程度提高样本检测前采样、运输与匀浆前处理的标准化程度。

Description

一种样品采集及匀质化前处理装置

技术领域

本发明涉及生物学技术领域，特别是涉及一种样品采集及匀质化前处理装置。

背景技术

分子生物学相关技术用于基因筛查或诊断因其检测特异性强、灵敏度高、窗口期短等特点已被广泛的使用，尤其已被广泛应用于临床、疾病防控、食品安全检测、进出口检疫检测等多种场景中，每年呈现出20％的迅猛发展。基因筛查或诊断技术主要包括分子杂交、荧光定性/量、一代测序和下一代测序等技术，这些技术主要包括样本采集与前处理、核酸提取与检测等操作过程，特殊的固体样本，如粪便样本检测项目的急速增长给临床检验医师带来了沉重的心里压力，常因为粪便样本的特殊性操作人员体验较差，造成采样操作的不规范、样本采集量或多或少、采样后样本的前处理均质化过程不充分等造成检测结果的显著差异。对于野外采集的土壤或粪便样本，又加上运输过程的干扰，造成实验的标准化、一步法操作难以实现。

一款标准化定量固体样本采集、常温运输和一步法匀质化前处理的器材的引入，可以解决检验中样本采样不均一的现象，避免了采样量不足造成的检测失败的风险，同时也可防止采样量太多，导致下游处理过载的风险；一步法均质化操作极简，有望极大降低样本处理的不良体验；内置的固体样本均质与保存缓冲液也可稳定的进行匀浆样本的室温保存，也便于样本的常温运输。

另外现有方法常使用棉签或小挖勺直接目视采集一定量的样本，之后加入生理盐水或PBS适量，并通过离心取上清或沉淀进行下游实验，难以做到标准化定量采样与一步法样本的前处理。

发明内容

鉴于以上现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种样品采集及匀质化前处理装置，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种样品采集及匀质化前处理装置，包括样本均质单元和储液单元，储液单元可拆卸地盖合于样本均质单元以形成储液内腔，所述储液内腔包括位于样本均质单元中的第一腔体和位于储液单元的第二腔体，所述第一腔体和第二腔体之间设有用于分割第一腔体和第二腔体的液封单元，所述第一腔体内设有定量采样单元；所述第二腔体内设有用于穿刺液封单元的穿刺单元，还包括用于驱动穿刺单元往复运动的驱动部；所述样品均质单元远离储液单元的一端设有与第一腔体连通的出液口，所述第一腔体和出液口之间设有过滤单元。

在本发明的一些实施方式中，所述出液口设有与出液口相配合的出液口保护套。

在本发明的一些实施方式中，所述驱动部设有与驱动部相配合的驱动部保护套。

在本发明的一些实施方式中，所述定量采样单元包括采样勺，所述采样勺设于所述第一腔体内，所述采样勺包括槽体，所述槽体的槽侧面与槽底面的夹角为20°～90°。

在本发明的一些实施方式中，所述定量采样单元还包括连接部，所述连接部与所述采样勺通过连接杆连接。

在本发明的一些实施方式中，所述连接部为圆柱体，所述第一腔体为圆柱体，所述连接部的外径与所述第一腔体的内径相配合；

在本发明的一些实施方式中，所述连接部为圆柱体，所述第二腔体为圆柱体，所述连接部的外径与所述第二腔体的内径相配合。

在本发明的一些实施方式中，所述连接部上设有通孔。

在本发明的一些实施方式中，所述穿刺单元远离液封单元的一端与驱动部连接；穿刺单元的运动方向与液封单元的位置相配合。

在本发明的一些实施方式中，所述定量采样单元远离出液口的一端与液封单元连接。

在本发明的一些实施方式中，所述样本均质单元上设有外螺纹，所述储液单元内设有与所述外螺旋相配合的内螺纹。

在本发明的一些实施方式中，所述液封单元选自液封膜。

在本发明的一些实施方式中，所述过滤单元选自过滤器。

本发明的样品采集及匀质化前处理装置，是一种标准化定量固体样本采集、常温运输和一步法匀质化前处理的器材。解决了检验中样本采样不均一的现象，避免了采样量不足造成的检测失败的风险，同时也可防止采样量太多，导致下游处理过载的风险；对于较难前处理的样本，如粪便、淤泥等样本，该装置样本前处理操作极简，样本处理的不良体验极大降低，可快速的处理大量样本；内置的缓冲液可稳定的进行匀浆样本的室温保存，也便于样本的常温运输。首先，该装置的采样勺为挖勺式采样器可定量式的采集固体样本，其次，定量的缓冲液的加入可在最大程度均质化固体样本的同时，稳定的保存样本的组成成分，使得样本的常温远距离运输更便利；再者，驱动部，例如负压装置，在过滤单元8的配合下，可在操作中定量的排出所需体积的已均质化的“匀浆”样本直接使用。综上，该装置的使用，可比较精准的定量获取匀浆样本、操作极简、使用方便、可最大程度提高样本检测前采样、运输与匀浆前处理的标准化程度。

附图说明

图1是本发明的样品采集及匀质化前处理装置的剖面结构示意图。

图2是本发明的样品采集及匀质化前处理装置的主视结构示意图。

图3是本发明一实施例中的定量采样单元与液封单元的剖面结构示意图。

图4是本发明一实施例中的定量采样单元与液封单元的立体结构示意图。

图5是本发明一实施例中的定量采样单元与液封单元的主视结构示意图。

图6是本发明过滤单元的放大结构示意图。

图7是本发明驱动部、穿刺单元、和储液单元的配合结构示意图。

图8是本发明使用过程按压驱动部排出样本状态的结构示意图。

本发明图中的元件标号：

1 样本均质单元

11 第一腔体

2 储液单元

21 第二腔体

3 定量采样单元

31 采样勺

32 连接杆

33 连接部

4 液封单元

5 驱动部

6 穿刺单元

7 出液口

8 过滤单元

9 出液口保护套

10 驱动部保护套

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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。

在本发明的描述中，需要说明的是，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。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本发明的样品采集及匀质化前处理装置，是一种标准化定量固体样本采集、常温运输和一步法匀质化前处理的器材。

如图1所示，本发明实施例提供一种样品采集及匀质化前处理装置，包括样本均质单元1和储液单元2，储液单元2可拆卸地盖合于样本均质单元1以形成储液内腔，所述储液内腔包括位于样本均质单元1中的第一腔体11和位于储液单元2的第二腔体21，所述第一腔体11和第二腔体21之间设有用于分割第一腔体11和第二腔体21的液封单元4，所述第一腔体11内设有定量采样单元3；所述第二腔体21内设有用于穿刺液封单元4的穿刺单元6，还包括用于驱动穿刺单元6往复运动的驱动部5；所述样品均质单元远离储液单元2的一端设有与第一腔体11连通的出液口7，所述第一腔体11和出液口7之间设有过滤单元8。

本发明的样品采集及匀质化前处理装置，在定量采样单元3定量采集固体样本后，将样本均质单元1和储液单元2连接，并通过朝向储液单元2方向按压驱动部5，由于驱动部5与穿刺单元6连接，进而可驱动穿刺单元6会刺破液封单元，使得液体例如缓冲液定量(储液单元中的液体量是定量放入的)的流入样本均质单元1，其后通过简单的振荡混匀，在过滤单元8的配合下，可在操作中定量的排出所需体积的在样本均质单元1已均质化的“匀浆”样本，可直接进行下游检测使用。本申请样本采集科学量化、操作更加简便，可解决固体样本采集时不能标准化、一步法的困难，而且使用体验更佳。

本发明实施例所提供的样品采集及匀质化前处理装置中，如图1和2所示，所述出液口7设有与出液口7相配合的出液口保护套9。所述驱动部5设有与驱动部5相配合的驱动部保护套10。匀质化前处理过程中，需要取下驱动部保护套10，在样本均质单元1定量采集样本后，将样本均质单元1与储液单元2连接后，按压驱动部5使穿刺单元6会刺破液封单元4后，液体例如缓冲液从第二腔体21向下定量流入样本均质单元1的第一腔体11中后，附以适当的颠倒振荡，可便捷的使粪便、土壤、淤泥等固体样本呈均质状态，并可以在室温下较长时间的保持稳定状态，盖上驱动部保护套10，驱动部保护套10和出液口保护套9可保证匀质好的样本在运输中稳定置于样本均质单元1，不会溢出。当样本均质好需要定量排出时，只需打开出液口保护套9和驱动部保护套10，并按压驱动部5，当按压到如图8所示位置时，则刚好可以排出所需体积量的均质化样本，本发明控制的按压排出的均质样本的体积量为200～300微升，但根据后端的检测需要，本发明可不限于这个体积量，可在100～1000微升之间调整。

本发明实施例所提供的样品采集及匀质化前处理装置中，如图3～5所示，所述定量采样单元3包括采样勺31，所述采样勺31设于所述第一腔体11内，所述采样勺31包括槽体，所述槽体的槽侧面与槽底面的夹角为20°～90°。所述在一些具体实施例中，所述采样勺31的至少一槽侧面与槽底面的夹角为30°～80°，40°～70°，50°～60°。这样的设计是为了采集后的样本能顺利流出到样品均质单元中。在一些具体实施例中，槽体的一个槽侧面与槽底面的夹角为20°～90°，另外三个槽侧面与槽底面的夹角均为90°。在另一实施例中，槽体的两个槽侧面与槽底面的夹角均为20°～90°，另外两个槽侧面与槽底面的夹角均为90°。在另一实施例中，槽体的三个槽侧面与槽底面的夹角为20°～90°，另外一个槽侧面与槽底面的夹角为90°。在另一实施例中，槽体的四个槽侧面与槽底面的夹角均为20°～90°。前述中，槽侧面中，至少靠近出液口7的槽侧面与槽底面的夹角为20°～90°，由于摇晃时，为防止液体回流，通常是将自上而下摇晃(即自驱动部5端至出液口7端)，所以靠近出液口7的槽侧面与槽底面有倾斜角，会更方便固体样本进入样本均质单元1中。

如图3～5所示，通常情况下，采样勺31的尺寸没有具体限定，可随样本采集量要求的变化将采样勺31的尺寸进行调整，可通过采样勺31尺寸的控制，实现样本采集时对特殊的固定样本，如粪便、土壤、淤泥等样本的半定量式采集。在一具体实施例中，采样勺31的尺寸为口径是0.8cm*0.8cm，深0.75cm，采集量可控制在100～500mg之间。

本发明实施例所提供的样品采集及匀质化前处理装置中，如图3～5所示，所述定量采样单元3还包括连接部33，所述连接部33与所述采样勺31通过连接杆32连接。在一具体实施例中，所述连接部33为圆柱体，所述第一腔体11为圆柱体，所述连接部33的外径与所述第一腔体11的内径相配合，此处相配合具体是指连接部33的外径与所述第一腔体11的内径相等，或者连接部33的外径略大于所述第一腔体11的内径，以使得定量采样单元3通过连接部33与样本均质单元1更好的固定。在另一实施例中，所述连接部33为圆柱体，所述第二腔体21为圆柱体，所述连接部33的外径与所述第二腔体21的内径相配合，此处相配合具体是指连接部33的外径与所述第二腔体21的内径相等，或者连接部33的外径略大于所述第二腔体21的内径，以使得定量采样单元3通过连接部33与储液单元2更好的固定。在另一实施例中，连接部33的形状例如可以由两个不同直径的圆柱体一体连接形成，连接部33中与样本均质单元1接触的部分的外径与第一腔体11的内径相等，或者连接部33的外径略大于所述第一腔体11的内径。连接部33中与储液单元2的部分的外径所述第二腔体21的内径相等，或者连接部33的外径略大于所述第二腔体21的内径。

本发明实施例所提供的样品采集及匀质化前处理装置中，所述连接部33上设有通孔。这样可以使得穿刺单元6刺破液封单元4后，储液单元2的液体可以通过通孔流入到样本均质单元1中，通孔可以防止储液单元2的液体流入样本均质单元1的流速过快，造成液体回流。同时通孔的横截面的大小可以使得液体顺利的从第二腔体21流入到第一腔体11。

本发明实施例所提供的样品采集及匀质化前处理装置中，在一实施例中，定量采样单元3和储液单元2均为圆柱形，定样采用单元的外径略小于与储液单元2连接处的内径，从而使得储液单元2可以盖合于定量采样单元3。更具体的，所述样本均质单元1上设有外螺纹，所述储液单元2内设有与所述外螺旋相配合的内螺纹。样本均质单元1和储液单元2可以通过外螺纹和内螺纹的配合关系可拆卸连接。

本发明实施例所提供的样品采集及匀质化前处理装置中，液封单元4与储液单元2的内径相配合，在一具体实施例中，储液单元2的第二腔体21为圆柱体，所述液封单元4的外径可以与第二腔体21的内径相等，或者液封单元4的外径略大于第二腔体21的内径，从而使得第一腔体11和第二腔体21更好的分割，在液封单元4刺破前，两个腔室之间液体不通过，相互不受影响。在一具体实施例中，所述液封单元4选自液封膜，液封膜的直径例如可以是1.2-1.8cm。在一具体实施例中，为了方便，可以将述定量采样单元3远离出液口7的一端与液封单元4连接，具体的，可以将连接部33与液封单元4连接，优选的，为了安装方便，可以直接将连接部33远离出液口7的一端与液封单元4一体设置。

本发明实施例所提供的样品采集及匀质化前处理装置中，如图6，所述过滤单元8选自过滤器，过滤器的孔径通常没有限定，是为了过滤残渣的，在一具体实施例中，孔径例如可以是0.8～1.2mm*0.8～1.2mm，过滤器例如型号是GL001。可以将在样本均质单元1混合后的匀浆进一步过滤后通过出液口7排出。

本发明实施例所提供的样品采集及匀质化前处理装置中，所述驱动部5为负压装置，例如是空气置换式负压装置，更可以是上海之江生物的型号为FY001的空气置换式负压装置。所述驱动部5可根据螺纹的数目和内部腔体的体积可以控制液体的排出量。图7所示为正常情况下的空气置换式负压装置，当从顶部给一个压力时，第二腔体21中的穿刺单元6刺破样液封单元4后，缓冲液从第二腔体21中向下定量化的流入样本均质单元1中，随后可与定量采集的样本在振荡时混匀，此时在负压的作用下，驱动部5自动回到初始位置(如图7)。

本发明实施例所提供的样品采集及匀质化前处理装置中，穿刺单元6，例如是柱体结构的穿刺器，穿刺器与液封单元例如液封膜的接触端为尖头，利于刺破液封膜。穿刺单元6的运动方向与液封单元4的位置相配合，穿刺单元6可以将液封单元4刺破。穿刺单元6的除尖头外，与尖头连接的部分具有一定的横截面积，可以在穿刺液封单元例如液封膜的时候穿刺足够大小的孔，以保证第二腔体21的液体流入第一腔体11，通常情况下，穿刺单元6的尖头刺破时，由于液体表面张力，液体可能不能从第二腔体21流入第一腔体11，就需要是驱动部5(例如负压装置)往复运动，克服液体表面张力，使液体很好的从第二腔体21流入第一腔体11中。

本发明实施例所提供的样品采集及匀质化前处理装置中，所述穿刺单元6远离液封单元2的一端与驱动部5连接。

本发明实施例所提供的样品采集及匀质化前处理装置中，在一实施例中，穿刺单元6为柱体，储液腔为柱体，穿刺单元6的轴向延伸方向与储液腔的轴向延伸方向一致。

需要说明的是，通常情况下，第二腔体21的液体是在装置安装时，直接装入储液单元2中的，一次性使用。

本发明的样品采集及匀质化前处理装置的使用方法如下：

1、以定量采集粪便样品后核酸提取为例：

本实施例可通过不同采样量对应的固定样本存储液来“均一化”处理样本。

1)利用定量采样单元3采集样本，可得粪便样本100mg～500mg；

2)按压驱动部5，刺破液封单元4的同时，连续按压会将1.5mL定量的缓冲液流出到固体样本均质单元1中；

3)上下颠倒混匀或振荡混匀，使得100mg～500mg粪便样本与1.5mL定量的样本均质与保存缓冲液一步法匀质化；

4)单次按压驱动部5，附以过滤单元8，可以定量的排出250±50微升均质样本，直接加入预装板核酸提取试剂中，进行核酸提取。

2、以定量采集土壤样本、常温运输3～5天后进行核酸提取为例：

本实施例可通过标准化采样量对应的固定样本存储液来“均一化”处理样本，并使用样本常温保存液，可在室温下稳定保存7天以上，运输完的样本直接进行核酸提取。

1)利用定量采样单元3采集样本，可得粪便样本100mg～500mg；

2)按压驱动部5，刺破液封单元4的同时，连续按压会将1.5mL定量的缓冲液流出到样本均质单元1中；

3)对定量的缓冲液保存的样本常温批量运输3～5天；

4)运输后，上下颠倒混匀或振荡混匀，使得100mg～500mg粪便样本与1.5mL定量的样本均质与保存缓冲液一步法匀质化；

5)单次按压驱动部5，附以过滤单元8，可以定量的排出250±50微升均质样本，直接加入预装板核酸提取试剂中，进行核酸提取。

以上两个具体的使用方法中，缓冲液例如可以是样本均质与保存缓冲液，使用的EDTA可以用作金属离子的螯合剂，作为缓冲液的稳定剂，消除微量重金属导致的下游酶催化反应中的抑制作用。使用的氯化钠和氯化钾可以协调样本中细胞膜内外离子平衡来对细胞起保护作用，适量的Tris-HCl可保证样本中存储运输时pH值的稳定，免于细胞的破裂；磷酸盐和氯化钾在一定配比下可以降低强酸强碱环境对样本中细胞的损伤作用，从而保证细胞的稳定状态；特殊抗性物质的添加也可组织微生物的繁殖，使样本保存更加稳态。

综上，本发明的样品采集及匀质化前处理装置是标准化定量固体样本采集装置，也是一种兼容后续样本常温运输和一步法匀质化前处理的器材。采集量可控制在100～500mg之间；为了采集后的样本能顺利流出到样本均质单元1中，定量采样单元的底部被设计成一种带倾角的面，该面的角度可在20°～90°之间调整。解决了检验中样本采样不均一的现象，避免了采样量不足造成的检测失败的风险，同时也可防止采样量太多，导致下游处理过载的风险；储液单元2刚好可以排出所需体积量的均质化样本，本发明中控制的按压排出的均质样本的体积量为250±50微升。对于较难前处理的样本，如粪便、淤泥等样本，该器材样本前处理操作极简，样本处理的不良体验极大降低，可快速一步法的处理大量样本；内置的缓冲液可稳定的进行匀浆样本的室温保存，也便于样本的常温运输。该装置的使用，可比较精准的定量获取匀浆样本、操作极简、使用方便、可最大程度提高样本检测前采样、运输与匀浆前处理的标准化程度。

综上，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种样品采集及匀质化前处理装置，其特征在于，包括样本均质单元(1)和储液单元(2)，储液单元(2)可拆卸地盖合于样本均质单元(1)以形成储液内腔，所述储液内腔包括位于样本均质单元(1)中的第一腔体(11)和位于储液单元(2)的第二腔体(21)，所述第一腔体(11)和第二腔体(21)之间设有用于分割第一腔体(11)和第二腔体(21)的液封单元(4)，所述第一腔体(11)内设有定量采样单元(3)；所述第二腔体(21)内设有用于穿刺液封单元(4)的穿刺单元(6)，还包括用于驱动穿刺单元(6)往复运动的驱动部(5)；所述样品均质单元远离储液单元(2)的一端设有与第一腔体(11)连通的出液口(7)，所述第一腔体(11)和出液口(7)之间设有过滤单元(8)。

2.如权利要求1所述的样品采集及匀质化前处理装置，其特征在于，所述出液口(7)设有与出液口(7)相配合的出液口保护套(9)。

3.如权利要求1所述的样品采集及匀质化前处理装置，其特征在于，所述驱动部(5)设有与驱动部(5)相配合的驱动部保护套(10)。

4.如权利要求1所述的样品采集及匀质化前处理装置，其特征在于，所述定量采样单元(3)包括采样勺(31)，所述采样勺(31)设于所述第一腔体(11)内，所述采样勺(31)包括槽体，所述槽体的槽侧面与槽底面的夹角为20°～90°。

5.如权利要求4所述的样品采集及匀质化前处理装置，其特征在于，所述定量采样单元(3)还包括连接部(33)，所述连接部(33)与所述采样勺(31)通过连接杆(32)连接。

6.如权利要求5所述的样品采集及匀质化前处理装置，其特征在于，所述连接部(33)为圆柱体，所述第一腔体(11)为圆柱体，所述连接部(33)的外径与所述第一腔体(11)的内径相配合。

7.如权利要求5所述的样品采集及匀质化前处理装置，其特征在于，所述连接部(33)为圆柱体，所述第二腔体(21)为圆柱体，所述连接部(33)的外径与所述第二腔体(21)的内径相配合。

8.如权利要求5所述的样品采集及匀质化前处理装置，其特征在于，所述连接部(33)上设有通孔。

9.如权利要求1所述的样品采集及匀质化前处理装置，其特征在于，所述穿刺单元(6)远离液封单元(2)的一端与驱动部(5)连接；所述穿刺单元(6)的运动方向与液封单元(4)的位置相配合。

10.如权利要求1所述的样品采集及匀质化前处理装置，其特征在于，还包括如下特征的一项或多项：

A1)所述定量采样单元(3)远离出液口(7)的一端与液封单元(4)连接；

A2)所述样本均质单元(1)上设有外螺纹，所述储液单元(2)内设有与所述外螺旋相配合的内螺纹；

A3)所述液封单元(4)选自液封膜；

A4)所述过滤单元(8)选自过滤器。

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