CN114276896A - 一种自动化核酸提取系统、方法及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化核酸提取系统、方法及存储介质，其中的自动化核酸提取系统包括多个互相独立的工作站，包括：样本转移工作站、样本存放工作站、产物存放工作站、试剂加样工作站、移液清洗工作站、振荡工作站，各工作站分别与主控装置连接。本发明的自动化核酸提取系统及方法，能够自动化地同时进行多个样本核酸提取操作，提高核酸提取系统的资源利用率，有效提高样本核酸提取效率。

Description

一种自动化核酸提取系统、方法及存储介质

技术领域

本发明涉及核酸提取技术领域，尤其涉及一种自动化核酸提取系统、方法及存储介质。

背景技术

核酸是存储和传递生命信息的一类重要的生物大分子，也是现代生物化学和分子生物学研究的核心分子。随着近年来分子生物学的高速发展，涌现出了一大批以核酸为基础的分子生物学实验，如二代测序、荧光定量PCR、基因芯片、核酸分子杂交等等，而DNA的完整性、RNA的降解程度以及核酸的纯度和浓度等都将对分子生物学实验结果产生或多或少的影响，因此分子生物学实验首先面临的问题就是如何快速、高效地从复杂样本中提取出纯度较高的核酸。

传统实验室中，大多数采用人工手动提取核酸，操作者需利用移液器和试管对核酸提取用到的试剂不断地进行手动注液、移液、混合、排液等操作，操作上具有一定的技术难度且重复性劳动强度大，核酸提取过程易受操作者主观操作可变性的影响，且核酸提取效率低。

为解决上述问题，自动化的核酸提取已逐渐代替手工提取，其中，磁珠分离提取技术为目前主要采用的方法。磁珠是一种新型的功能化固相载体，其表面包被有活性基团，可以与多种生物活性物质发生偶联，兼具有液体的流动性和固体磁性材料等特点，在外磁场的作用下可以定向移动和集中，当撤去外磁场后，稍加振荡或抽吸又可均匀分散于液体中，从而使固相、液相的分离变得十分快捷方便，通过简单的洗脱可以得到纯度很高的靶向物质。磁珠法核酸提取试剂一般由裂解液、磁珠、洗液、洗脱液等组分组成。裂解液是一种蛋白变性剂，可使动植物、微生物的细胞、病毒衣壳裂解，并使与核酸结合的蛋白质变性，核酸游离释放，磁球可以特异地吸附核酸，通过洗液洗涤，去除蛋白质等杂质，再用洗脱液解离吸附在磁珠上的核酸，得到纯度和浓度均很高的核酸，可用于PCR扩增、酶切、分子杂交等。

磁珠分离提取核酸具有简单、快速和准确等特点，得到了人们的普遍认可，已成为目前临床核酸提取的主要手段。但由于实验操作和试剂体系的影响，磁珠法分离提取核酸的结果会出现不确定性，其中，实验操作是最主要的影响因素。磁珠法分离提取核酸过程中会涉及到多种繁琐步骤，而目前大部分的自动提取设备多为单个工作站逐步进行板间转移，处理样本能力体积小、通量低，且在进行板间转移时需要精确的板间定位，因而基本没有获得临床用户的认可，应用极少。

发明内容

本发明公开了一种自动化核酸提取系统、方法及存储介质，用于解决现有技术中核酸提取装置处理样本通量低、自动化水平低的问题。

为了解决上述问题，本发明采用下述技术方案：

提供一种自动化核酸提取系统，所述自动化核酸提取系统包括多个互相独立的工作站，所述工作站包括：样本转移工作站、样本存放工作站、产物存放工作站、试剂加样工作站、移液清洗工作站、振荡工作站，每个所述工作站分别与主控装置连接，其中：

所述样本存放工作站及所述产物存放工作站均包括至少一个样本存放位，所述样本存放位用于存放样本板；

所述试剂加样工作站用于对样本进行一种或多种试剂的加样；

所述移液清洗工作站用于对样本进行核酸提取并转移提取得到的核酸；

所述样本转移工作站包括机械臂组件、夹爪组件、视觉识别组件及运动单元；所述视觉识别组件及所述夹爪组件设置于所述机械臂组件的端部，所述机械臂组件设置于所述运动单元上；所述视觉识别组件用于识别不同的工作站，所述夹爪组件用于夹持样本板，所述运动单元用于带动所述机械臂在各工作站间进行转移。

作为优选的技术方案，所述机械臂组件包括一个或多个旋转单元，所述旋转单元用于改变所述机械臂组件的空间位姿。

作为优选的技术方案，所述运动单元包括移动模块和路径规划模块，所述路径规划模块根据多个所述工作站的位置规划所述运动单元的移动路径，所述移动模块沿所述规划路径在多个所述工作站之间移动。

作为优选的技术方案，所述运动单元包括导向轨道及与所述导向轨道相配合的转运模块，所述机械臂组件设置于所述转运模块上，所述转运模块沿所述导向轨道移动；所述导向轨道设置于地面、墙面或支撑物上。

作为优选的技术方案，所述导向轨道呈闭环或非闭环的结构。

作为优选的技术方案，多个所述工作站设置于至少两个可连通的独立空间中。

作为优选的技术方案，所述样本存放工作站及所述产物存放工作站均设有样本堆叠架及电动转盘，所述样本堆叠架环设于所述电动转盘之上并由其驱动旋转，每个所述样本堆叠架均包括数个纵向设置的、用于放置样本板的存放板。

作为优选的技术方案，所述试剂加样工作站包括试剂存放装置及与其相连的多通道加样装置，所述试剂存放装置包括多个试剂存放位，用于提供多种试剂的加样。

作为优选的技术方案，所述移液清洗工作站包括磁珠加样装置、磁珠振荡装置、磁力架、吸液装置和清洗装置；

所述磁珠加样装置包括第一移动单元及设置其上的移液单元，所述第一移动单元用于驱动所述移液单元进行Y轴及Z轴方向上的移动，所述移液单元包括一个或多个移液通道；

所述磁珠振荡装置用于放置并振荡磁珠存储容器以防止磁珠沉降；

所述磁力架包括与样本板相适配的数磁吸单元，用于对样本板中的磁珠进行吸附；

所述吸液装置包括第二移动单元及设置其上的吸液单元；所述第二移动单元用于驱动所述吸液单元在X轴、Y轴及Z轴方向上的移动，所述吸液单元包括吸液针和柱塞泵，所述吸液针用于吸弃核酸提取废液，以及转移核酸提取产物，所述柱塞泵与所述吸液针通过硬管连接，用于通过柱塞的移动为所述吸液针提供抽吸和喷吐的动力；

所述清洗装置包括清洗槽和清洗泵；所述清洗槽用于对所述移液单元的移液端进行清洗，和/或对所述吸液针进行清洗。

作为优选的技术方案，所述振荡工作站包括至少一个振荡单元，用于对样本板进行振荡和/或加热。

作为优选的技术方案，所述自动化核酸提取系统还包括扩增检测工作站，用于对提取得到的核酸进行扩增及检测。

本发明还提供了一种自动化核酸提取方法，用于如上任意一项所述的自动化核酸提取系统，包括以下步骤：

S101，接收自动化核酸提取系统中至少一个调度任务的执行请求，每个所述调度任务包括执行样本核酸提取的目标操作序列，所述执行请求包括所述调度任务中当前待执行目标操作对应的所述自动化核酸提取系统中工作站的使用请求；

S102，获取所述自动化核酸提取系统中工作站的使用状态信息；

S103，判断所述自动化核酸提取系统中的工作站是否满足执行至少一个所述调度任务中当前待执行目标操作的条件，若是，分配所述自动化核酸提取系统中对应的工作站完成所述调度任务中当前待执行目标操作；

S104，重复步骤S101至S103，直至每个所述调度任务的目标操作序列执行完成。

作为优选的技术方案，步骤S101之前，还包括：确定执行所述调度任务中每个所述目标操作对应使用的所述工作站，其中，执行每个所述目标操作对应使用至少一个所述工作站。

作为优选的技术方案，所述调度任务中每个所述目标操作对应的工作站使用请求包括对所述工作站的使用参数，所述使用参数包括功能参数、使用时长和/或操作顺序。

作为优选的技术方案，判断执行所述调度任务中当前待执行目标操作所需的工作站是否均满足条件，若是，分配所述自动化核酸提取系统中对应的工作站完成所述调度任务中当前待执行目标操作。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如上所述的自动化核酸提取方法。

本发明采用的技术方案能够达到以下有益效果：

（1）本发明提供的自动化核酸提取系统，包括了多个具有不同功能的工作站，每个工作站相对独立，独自处理核酸提取过程中的一个或多个步骤，多个工作站能够协同运行，使用者可以根据场地需求自由布置工作站的排布而不受限制。

（2）本发明在核酸提取系统中设置了可多轴旋转并夹取样本的样本转移工作站，其余各工作站分散布置；样本转移工作站可以在多个工作站间移动，其上设置有视觉识别装置及夹爪，可以自动化识别样本并调整样本转移工作站的姿态，从而进行准确的抓取。

（3）本发明在自动化核酸提取系统中特别设计了样本存放工作站和产物存放工作站，不仅可以存放大体量的样本板，还能够旋转至不同位置便于样本转移工作站对样本板进行夹取。

（4）除自动化核酸提取系统外，本申请还涉及一种自动化核酸提取方法，用于控制该系统，所述的方法能够使多个核酸自动提取流程并行运行，不仅可以提高整个系统的资源利用率，本方法还进一步协调了多个流程间的操作，避免出现各工作站间的资源冲突。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例1公开的一种优选实施方式中自动化核酸提取系统的结构示意图；

图2为本发明实施例1公开的一种优选实施方式中样本转移工作站的结构示意图；

图3为本发明实施例1公开的一种优选实施方式中样本存放工作站的结构示意图；

图4为本发明实施例1公开的一种优选实施方式中样本存放工作站的俯视图；

图5为本发明实施例1公开的一种优选实施方式中试剂加样工作站的结构示意图；

图6为本发明实施例1公开的一种优选实施方式中移液清洗工作站的结构布局示意图；

图7为本发明实施例1公开的一种优选实施方式中各工作站的排布示意图；

图8为本发明实施例2公开的一种优选实施方式中样本转移工作站的结构示意图；

图9为本发明实施例3公开的自动化核酸提取方法的流程图。

附图标记说明：

样本存放工作站110，电动转盘111，堆叠架112，存放板113；试剂加样工作站120，试剂存放装置121，多通道加样装置122；移液清洗工作站130，磁珠加样装置131，磁珠振荡装置132，磁力架133，吸液装置134，清洗槽135；振荡工作站140；产物存放工作站150；样本转移工作站160，机械臂组件161，夹爪组件162，视觉识别组件163，机械臂底座164，导向轨道165，自行小车166。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为解决现有技术中存在的问题，本申请实施例提供了一种自动化核酸提取系统，所述系统包括多个互相独立的工作站，工作站包括：样本转移工作站、样本存放工作站、产物存放工作站、试剂加样工作站、移液清洗工作站、振荡工作站，各工作站分别与主控装置连接；所述样本转移工作站包括机械臂组件、夹爪组件、视觉识别组件及运动单元，所述样本转移工作站用于自动识别样本，并根据所述主控装置发送的指令对样本在各工作站间进行转移；所述样本存放工作站及所述产物存放工作站均包括电动转盘及数个样本堆叠架；用于存放大体量的样本板并旋转至不同位置，以便于所述样本转移工作站对样本板进行夹取；所述试剂加样工作站用于对样本进行多种试剂的加样；所述移液清洗工作站用于通过磁珠法对样本进行核酸提取并转移提取得到的核酸；所述振荡工作站用于将样本板内的磁珠与样本混合液混匀。通过该系统，可以实现全流程、大通量的核酸自动化提取，样本转移工作站可以对样本进行全自动化识别、夹取，并转移至相应的工作站进行相应操作，使得核酸提取更加准确与高效，更进一步的是，系统内各个工作站相对独立、协同工作，在安装时不受空间场地的制约，使得系统的适用性更高。

实施例1

本实施例1提供了一种自动化核酸提取系统，以解决现有技术中存在的问题。参考附图1-6，该自动化核酸提取系统由多个工作站组成，包括：样本转移工作站160、样本存放工作站110、产物存放工作站150、试剂加样工作站120、移液清洗工作站130和振荡工作站140，每个工作站相对独立且协同运行，且各工作站分别与主控装置连接。优选的，主控装置为工控机或主控计算机，与各工作站通信连接，用来接收、传送各工作站的动作指令并控制其完成相应的动作。

参考图2，在一种优选实施例中，上述样本转移工作站160包括导向轨道165、滑块、机械臂组件161、夹爪组件162及视觉识别组件163。其中，导向轨道165可固定于地面、墙面、天花板或其他支撑物上，具体设置的位置可以根据其他工作站的排布设计进行设置：例如，参考图7，若其他工作站跨越多个实验室或工作区域，在现有实验室无法改变地面或天花板的建筑布局时，可以选择将导向轨道165固定于墙面；若其他工作站在地面排布较紧密无法安装地轨时，可以将导向轨道165设置于天花板上；若其他工作站松散排布于同一空间内时，可以选择将导向轨道165固定于实验室地面或其他支撑物上；需要特别说明的是，导向轨道165的设置位置并不仅局限于前述示例，其具体设置可以根据实际情况进行选择或组合。

在一种优选实施方式中，参考图1，导向轨道165呈直线形固定于地面上，其他各个工作站以核酸提取顺序为依据半围绕地布置于样本转移工作站160的一侧，依次为样本存放工作站110、试剂加样工作站120、移液清洗工作站130、振荡工作站140和产物存放工作站150，以便于样本转移工作站160的夹取，并尽量使得样本的转移路径最短，转移时更加高效；参考图7，在另一种优选实施方式中，除样本转移工作站外，其他各工作站根据实验室布局插空或分散或全部靠墙面或跨实验室排布、可遵循核酸提取的顺序或不遵循核酸提取顺序排布，因此导向轨道165可设置为直线形、不封闭的曲线形或其他封闭形状，如矩形、环形或不规则的地图形等，具体形状可以根据实际情况进行选择设置。在另外一种优选实施例中，除样本转移工作站外的其他各工作站中的一个或多个设置于不同的空间中，如可将样本存放工作站110及产物存放工作站150设置于一个实验室中，而试剂加样工作站120、移液清洗工作站130和振荡工作站140设置于另外一个实验室中，在本实施例中，上述的工作站的排布仅为示例，本领域工作人员可以根据实际需要将全部工作站中的一个或多个设置于同一实验室，其他的工作站设置于其他的一个或多个实验室。

进一步地，在导向轨道165上设有可移动的滑块，上述机械臂组件161固定于滑块之上，以保证其可以沿轨道移动至不同的工作站附近，对样本板进行夹取；具体的，在机械臂组件161的下方还设有机械臂底座164，其中内置控制箱等。进一步地，机械臂组件161包括了多个旋转单元，可以在三维空间内多自由度旋转，在机械臂组件161的端部设有视觉识别组件163和夹爪，其中，视觉识别组件163包括了一台摄像机，它可以在一定的拍摄高度范围内识别固定在不同的工作站上的标识码，根据其内置的算法，自动调整机械臂组件161的姿态和位置。在各工作站发生位移或导向轨道165移动精度不足时，能够在视觉识别组件163允许的范围内，使得机械臂组件161能够移动到设定的正确工作位置，这些工作位置与各工作站上的定位标识码位置相对固定，机械臂组件161末端位置相对于工作位置的重复定位精度不低于±0.1mm。进一步地，所述夹爪可以受控制进行开合，以根据核酸提取每一步的操作需求对样本板进行夹取及释放。

参考附图3及图4，上述样本存放工作站110及产物存放工作站150结构相同，在一种优选实施方式中，二者分设于导向轨道165的两端附近，对应着核酸提取的第一步及最后一步；二者的结构中都包含了数个样本堆叠架112及电动转盘111，其中，电动转盘111的驱动电机为步进或伺服电机，带蜗轮蜗杆减速；样本堆叠架112的数量可根据需要进行自由设置，环设于电动转盘111之上并由其驱动进行旋转，优选的，每个样本堆叠架112设有数个纵向排列的存放板113，用于放置样本板，因此样本存放工作站110及产物存放工作站150均可以满足大体量的样本存放需求。

参考附图5，上述试剂加样工作站120包括试剂存放装置121及与其相连的多通道加样装置122，其中试剂存放装置121包括多个试剂存放位，以提供多种试剂的单独加样；进一步地，多通道加样装置122的优选设计为多通道非接触式同时加样。具体的，在试剂加样工作站120上还设有样本托盘，样本板放置于样本托盘上，样本托盘下部由步进电机模组驱动以带动样本板以预设时间间隔进行移动，使得样本板上的样本孔依次移动至多通道加样装置122下方，多通道加样装置122以预设时间间隔向样本孔中注入预设体积的试剂，从而完成样本板全部样本孔的试剂加样工作；样本托盘移动方向的前段设置预喷槽，在进行试剂加样前，通过预喷排出多通道加样装置122管路前端的空气，预喷槽用于容置预喷时随气体流出的少量试剂液体。同时，多通道加样装置122可以包括多个加样单元，每个加样单元用于一种试剂的加样，从而实现对多种试剂的单独加样。在一种优选实施方式中，在试剂存放装置121的每个试剂存放位下方分别布置称重传感器，可输出模拟量信号至主控装置，用于实时显示当前液量比例及提供低液位报警功能。

参考附图6，在移液清洗工作站130中，设有样本板放置位、磁珠存放位、清洗装置、磁珠加样装置131、磁力架133、核酸收集板放置位、磁珠振荡装置132和吸液装置134，该移液清洗工作站130用于通过磁珠法对样本进行核酸提取并转移提取得到的核酸，其中：上述磁珠加样装置131设置于移液清洗工作站130的一侧，安装于中间板上，其结构包括了第一移动单元及设置其上的移液单元；其中，第一移动单元用于驱动移液单元进行Y轴及Z轴方向上的移动，Y轴移动采用龙门式的结构保证运动稳定性，驱动方式为步进电机驱动，主动轴和从动轴间有连接轴，保证运动精度可靠。Z轴移动采用电缸，移液单元具备数个移液通道。活塞在伺服电机带动下可以快速升降，有一定吹打混匀的能力；移液单元的移液端采用移液针或可更换移液头。

上述磁珠振荡装置132设于磁珠存放位，用于防止磁珠沉；

上述磁力架133可设置多组，每组磁力架133由与样本板相适配的数个规则排列的强磁磁力棒组成，用于纯化、洗脱步骤中对磁珠进行吸附，从而可以完全吸取已分离的样本或废液，实现磁珠与液体分离的目的。

上述吸液装置134包括第二移动单元及设置其上的吸液单元；第二移动单元由丝杆电缸和连接结构件组成，用于固定吸液单元并驱动其在X轴、Y轴和Z轴方向上的移动，使其在移液清洗工作站130的各个工作位置之间进行移动；吸液单元包括吸液针和柱塞泵，其中吸液针用于完成吸弃上清液，以及转移核酸提取产物，柱塞泵与所述吸液针通过硬管连接，用于通过柱塞的移动为所述吸液针提供抽吸和喷吐的动力。

在一种优选实施方式中，磁力架133底部设置弹性缓冲机构，磁力架面板与弹性缓冲机构连接，样本板置于磁力架面板上，当吸液单元的吸液针向下移动至样本孔中进行吸液时，吸液针抵至样本孔底部，弹性缓冲机构受力压缩，样本板下移，确保吸液针与样本孔底部接触的同时，减少吸液针的受力，避免吸液针损坏。

上述清洗工作站包括两个清洗槽135和清洗泵，其中的两个清洗槽135分别用于对移液单元的移液针或移液头进行清洗，以及对吸液单元中的吸液针进行清洗；进一步地，清洗泵具有超声清洗功能，其连接实验室纯水系统，为清洗槽135提供清洗水源，同时将清洗后产生的废水排出。

在一种优选实施方式中，上述自动化核酸提取系统还包括振荡工作站140，振荡工作站140包括数个相互独立的振荡装置，与上述移液清洗工作站130中的磁珠振荡装置132的结构相同，其振荡频率和温度可调，用于将样本板内磁珠与样本混合液混匀。

在一种优选实施方式中，上述自动化核酸提取系统还包括扩增检测工作站，用于对提取得到的核酸进行PCR扩增及检测。

进一步地，以一个样本板为例，对本实施例的自动化核酸提取系统的使用方法说明如下：

将装载了待提取样本的样本板放置于样本存放工作站110的样本堆叠架112上，样本存放工作站110旋转至待取位置，样本转移工作站160通过其视觉识别组件163特异性识别样本堆叠架112上相应的目标样本板，对其进行夹取并转移至试剂加样工作站120的样本托盘上，加入异丙醇，然后转移样本板至磁珠加样装置131上，各样本板中加入磁珠后，转移样本板至磁珠振荡装置132并振荡，然后转移样本板到磁力架133静置数秒，吸液装置134吸弃样本板中的废液，然后清洗吸液针，将样本板转移到试剂加样工作站120的样本托盘上，加入清洗液，转移样本板至磁珠振荡装置132并振荡，然后转移样本板到磁力架133静置数秒，吸液装置134吸弃样本板中的废液，然后清洗吸液针，将样本板转移到试剂加样工作站120的样本托盘上，加入乙醇后转移样本板至磁珠振荡装置132并振荡，然后转移样本板到磁力架133静置，吸液装置134吸弃样本板中的废液，然后清洗吸液针，在室温条件下对样本板进行干燥后，将样本板转移到试剂加样工作站120的样本托盘上，向样本板中加入洗脱液，转移样本板至振荡工作站140并振荡数分钟，然后转移样本板到磁力架133静置，同时产物存放工作站150旋转至工作位置，转移样本板中洗脱产物至产物存放工作站150的样本堆叠架112上，若还需进行PCR扩增及检测，则将洗脱产物转移至扩增检测工作站进行处理，至此流程结束。

实施例2

参考图8，本实施例2提供了一种自动化核酸提取系统，与实施例1不同的是，在本实施例中，样本转移工作站将机械臂组件161、夹爪组件162及视觉识别组件163直接设置于自行小车166上，同时不再设置导向轨道165，自行小车166具有履带或多个驱动轮，并通过路径规划及导航装置对各工作站进行定位，并行驶至相应的工作站进行样本的转移。

具体地，由于样本转移工作站的移动不再依靠轨道及滑块，因此其他工作站的排布可以更加自由：其他工作站可以以核酸提取顺序为依据进行排布，亦可不按照核酸提取顺序进行排布；可以紧密排布，亦可松散排布；可以设置于同一实验室中，亦可分布在不同实验室中，如图7；可在同一实验室集中排布，以可在同一实验室插空排布；例如前述示例，排布方式可以多样变化，在此不再赘述。

进一步地，在本实施例中，样本转移工作站在将样本板转移至相应的工作站时，通过自行小车166中设置的电磁或光学自动导航装置及特定的定位技术，确定自身及其他工作站的位置，然后通过调度算法规划出到达目标工作站的路径，并驱动电机行走覆盖路径，而不必再依靠轨道进行移动；自行小车166在行驶过程中，可以根据需要动态避障,包括行人和墙体等障碍物，最终到达到达目标工作站。

优选地，样本转移工作站中的自行小车166可通过超宽带（UWB）室内定位技术、射频识别（RFID）技术、WI-FI 技术、蓝牙室内定位技术或超声波室内定位技术等定位技术对自身及其他工作站进行定位。

在一种优选实施方式中，自行小车166通过折叠磁铁陀螺进行引导，具体地，通过在自行小车166上安装磁性位置传感器，在其运行路径沿途的地面上及其他工作站的一侧安装小磁铁，自行小车166依靠位置传感器，感应小磁铁位置，再利用陀螺仪技术连续控制自身的运行方向，从而实现样本转移工作站的转移。

在另一种优选实施方式中，自行小车166通过折叠电磁感应进行引导，具体地，此种方式一般是在地面上沿预先设定的样本转移工作站的行驶路径埋设电线，当高频电流流经导线时，导线周围产生电磁场，自行小车166上左右对称安装有两个电磁感应器，它们所接收的电磁信号的强度差异可以反映AGV偏离路径的程度。自行小车166上的自动控制系统根据这种偏差来控制自身的转向，连续的动态闭环控制能够保证自行小车166对设定路径的稳定自动跟踪。

在其他的实施方式中，自行小车166通过折叠激光进行引导，具体地，在自行小车166上安装有可旋转的激光扫描器，在运行路径沿途的墙壁、支柱或其他工作站上安装有高反光性反射板的激光定位标志，自行小车166依靠激光扫描器发射激光束，然后接受由四周定位标志反射回的激光束，车载计算机计算出样本转移工作站当前的位置以及运动的方向，通过和内置的数字地图进行对比来校正方位，从而实现样本转移工作站的转移。

进一步地，当自行小车166到达目标工作站后，机械臂组件161开始工作，通过机械臂组件161端部的视觉识别组件163拍摄识别固定在不同工作站上的定位标识码，在识别确认完成后自动调整机械臂组件161的姿态和位置，以保证在其他工作站发生位移或自行小车166移动精度不足时，能够在视觉识别组件163允许的范围内，使得机械臂组件161能够移动到设定的正确工作位置，进行样本板的夹取及释放。

在本实施例中，该自动化核酸提取系统的工作流程可参考上述实施例1，除样本转移工作站的在移动时的具体路线不同外，其余设置相同。

实施例3

在实施例1或2的基础上，本发明还提供了一种自动化核酸提取方法，用于控制实施例1或2中提到的自动化核酸提取系统，以提高自动化核酸提取的效率。

在一种实施方式中，该自动化核酸提取方法控制如实施例1或2所述的自动化核酸提取系统依次完成每一个样本板的核酸提取流程，具体地，一个样本板的核酸提取流程，从控制样本存放工作站110旋转、样本转移工作站夹取第一个样本板开始，直至样本转移工作站将第一个样本板中完成全部核酸提取操作流程后的洗脱产物转移至产物存放工作站150的样本堆叠架112上结束。在此过程中，只有该样本板参与样本核酸提取操作。当对第一个样本板的样本核酸提取操作执行完成后，该控制方法控制执行对第二个样本板的样本核酸提取流程，依此类推，直至完成全部预设数量的样本板的样本核酸提取操作，流程结束。显然地，该控制方法能够实现核酸提取的自动化过程，但由于下一个样本板必须等待上一个样本板完成全部核酸提取流程后方可执行核酸提取操作，样本核酸提取的过程中存在系统资源空闲的情况，无法实现系统资源的充分利用，使得核酸提取的效率不高。

针对上一实施方式中的缺陷，进一步地提出了一种优选的实施方式，在本实施方式中，公开了一种自动化核酸提取方法，参考图9，包括以下步骤：

S101：接收自动化核酸提取系统中至少一个调度任务的执行请求，每个所述调度任务包括执行样本核酸提取的目标操作序列，所述执行请求包括所述调度任务中当前待执行目标操作对应的所述自动化核酸提取系统中工作站的使用请求。

在该技术方案中，每一个样本板对应一个调度任务，每个调度任务包括自动化核酸提取系统对该样本板中的样本进行核酸提取的目标操作序列。具体地，每种待提取样本具有对应的核酸提取操作流程，首先，根据样本对应的核酸提取操作流程预先确定自动化核酸提取系统中各工作站对该样本进行核酸提取的目标操作序列；通常地，对样本板中的样本进行核酸提取的目标操作包括：装载装有待提取样本的样本板、工作站间转移样本板、加结合液、加清洗液、加洗脱液、加磁珠、振荡混匀、吸附磁珠、吸弃废液、装载提取得到的核酸等。进一步地，每一个目标操作可以分解成一个或多个可执行动作，由一个或多个工作站完成上述可执行动作，进而完成该目标操作。

然后，在进行核酸提取操作时，根据样本板中装入的样本，确定自动化核酸提取系统中各工作站对样本板中的样本执行的对应目标操作序列，接收样本板对应的调度任务中当前待执行目标操作的执行请求。需要说明的是，核酸提取操作过程中，不同的样本板对应执行的目标操作序列可以相同，也可以不同。通过依次执行目标操作序列中的目标操作，从而完成样本板中样本的核酸提取操作。

进一步地，当有多个样本板同步进行核酸提取操作时，本实施例的自动化核酸提取方法为每个样本板对应分配一个调度任务，获取每个调度任务根据样本板对应的目标操作序列依次提出的目标操作执行请求，根据自动化核酸提取系统中工作站的使用状态响应目标操作执行请求，直至每个调度任务的目标操作序列执行完成，从而完成多个样本板的核酸提取操作。

在该技术方案中，预先确定执行调度任务中每个所述目标操作对应使用的所述工作站，其中，执行每个目标操作对应使用至少一个工作站。对应地，调度任务执行请求包括调度任务中当前待执行目标操作对应的工作站的使用请求。

S102：获取所述自动化核酸提取系统中工作站的使用状态信息。

在该技术方案中，自动化核酸提取系统包括一个或多个工作站，获取各个工作站的当前使用状态信息，其中，使用状态信息包括工作站的占用或空闲状态、工作站运行是否正常以及工作站中耗材、试剂或废液的存储状态，还可以包括工作站完成当前正在执行的任务所需的剩余时间。从而监测工作站的工作状况，以及根据工作站的使用情况进一步判断自动化核酸提取系统当前是否能够响应一个或多个调度任务的执行请求。

S103：判断所述自动化核酸提取系统中的工作站是否满足执行至少一个所述调度任务中当前待执行目标操作的条件，若是，分配所述自动化核酸提取系统中对应的工作站完成所述调度任务中当前待执行目标操作。

在该技术方案中，根据调度任务执行请求，结合自动化核酸提取系统中工作站的使用状态信息，判断当前自动化核酸提取系统中的工作站是否满足执行至少一个所述调度任务中当前待执行目标操作的条件。具体地，根据调度任务执行请求中当前待执行目标操作的工作站使用请求，判断自动化核酸提取系统中的工作站当前的使用状态是否满足响应该请求的条件，例如，判断所述工作站是否处于空闲状态，或所述工作站运行所使用的试剂耗材是否足量。其中，工作站使用请求包括对所述工作站的使用参数，所述使用参数包括功能参数、使用时长和/或操作顺序。

进一步地，当多个调度任务并行运行时，可以在接收到多个调度任务的执行请求后，根据执行请求到达的时序依次判断是否满足对应调度任务中待执行目标操作的执行条件，若满足，则分配所述自动化核酸提取系统中对应的工作站完成所述调度任务中当前待执行目标操作。若不满足，则继续对下一调度任务的执行请求进行判断，依此类推。

同样地，当多个调度任务并行运行时，还可以根据自动化核酸提取系统中的工作站当前的使用状态，按照预设的时间间隔对接收到的多个调度任务执行请求进行轮询，当确定其中一个调度任务的执行请求可以被响应，即自动化核酸提取系统中的工作站当前的使用状态满足该调度任务中待执行目标操作的执行条件，则分配所述自动化核酸提取系统中对应的工作站完成所述调度任务中当前待执行目标操作。若本次轮询中没有调度任务的执行请求可以被响应，则本次轮询结束，在下次轮询时重复执行上述步骤，依此类推。

另外地，当多个调度任务并行运行时，可以在接收到多个调度任务的执行请求后，根据自动化核酸提取系统中的工作站当前的使用状态，通过全局最优算法或局部最优算法，选择响应至少一个调度任务的执行请求，分配所述自动化核酸提取系统中对应的工作站完成所述调度任务中当前待执行目标操作。

S104：重复步骤S101至S103，直至每个所述调度任务的目标操作序列执行完成。

在该技术方案中，重复步骤S101至S103，每个调度任务分别依次执行目标操作序列中的每一目标操作，直至该调度任务的目标操作序列执行完成，从而完成对应样本板中样本的核酸提取操作。对应地，所有调度任务的目标操作序列执行完成，则全部样本板中样本的核酸提取操作完成。

在上述技术方案中，根据核酸提取操作的实际需求，可以将预设数量的装有样本的样本板划分为一组，自动化核酸提取系统为以一组样本板为单位，参照步骤S101至步骤S104执行核酸提取操作，直到一组样本板中的样本完成核酸提取，执行下一组样本板中样本的自动化核酸提取操作，依此类推。具体地，可以根据自动化核酸检测系统中耗材及试剂最大可支持的样本核酸提取数量确定预设分组中样本板的数量。

实施例4

在一个可能的设计中，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如实施例3所述的自动化核酸提取方法或实现如实施例1或2所述的自动化核酸提取系统所能够实现的功能。

本发明具有以下优点：

（1）本发明提供的自动化核酸提取系统，包括了多个具有不同功能的工作站，每个工作站相对独立，独自处理核酸提取过程中的一个或多个步骤，多个工作站能够协同运行，使用者可以根据场地需求自由布置工作站的排布而不受限制。

（2）本发明在核酸提取系统中设置了可多轴旋转并夹取样本的样本转移工作站，其余各工作站分散布置；样本转移工作站可以在多个工作站间移动，其上设置有视觉识别装置及夹爪，可以自动化识别样本并调整样本转移工作站的姿态，从而进行准确的抓取。

（3）本发明在自动化核酸提取系统中特别设计了样本存放工作站和产物存放工作站，不仅可以存放大体量的样本板，还能够旋转至不同位置便于样本转移工作站对样本板进行夹取。

（4）除自动化核酸提取系统外，本申请还涉及一种自动化核酸提取方法，用于控制该系统，所述的方法能够使多个核酸自动提取流程并行运行，不仅可以提高整个系统的资源利用率，本方法还进一步协调了多个流程间的操作，避免出现各工作站间的资源冲突。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (16)

1.一种自动化核酸提取系统，其特征在于，所述系统包括多个互相独立的工作站，所述工作站包括：样本转移工作站、样本存放工作站、产物存放工作站、试剂加样工作站、移液清洗工作站、振荡工作站，每个所述工作站分别与主控装置连接，其中：

所述样本存放工作站及所述产物存放工作站均包括至少一个样本存放位，所述样本存放位用于存放样本板；

所述试剂加样工作站用于对样本进行一种或多种试剂的加样；

所述移液清洗工作站用于对样本进行核酸提取并转移提取得到的核酸；

所述样本转移工作站包括机械臂组件、夹爪组件、视觉识别组件及运动单元；所述视觉识别组件及所述夹爪组件设置于所述机械臂组件的端部，所述机械臂组件设置于所述运动单元上；所述视觉识别组件用于识别不同的工作站，所述夹爪组件用于夹持样本板，所述运动单元用于带动所述机械臂在各工作站间进行转移。

2.根据权利要求1所述的自动化核酸提取系统，其特征在于，所述机械臂组件包括一个或多个旋转单元，所述旋转单元用于改变所述机械臂组件的空间位姿。

3.根据权利要求2所述的自动化核酸提取系统，其特征在于，所述运动单元包括移动模块和路径规划模块，所述路径规划模块根据多个所述工作站的位置规划所述运动单元的移动路径，所述移动模块沿所述规划路径在多个所述工作站之间移动。

4.根据权利要求2所述的自动化核酸提取系统，其特征在于，所述运动单元包括导向轨道及与所述导向轨道相配合的转运模块，所述机械臂组件设置于所述转运模块上，所述转运模块沿所述导向轨道移动；所述导向轨道设置于地面、墙面或支撑物上。

5.根据权利要求4所述的自动化核酸提取系统，其特征在于，所述导向轨道呈闭环或非闭环的结构。

6.根据权利要求3或4所述的自动化核酸提取系统，其特征在于，多个所述工作站设置于至少两个可连通的独立空间中。

7.根据权利要求1所述的自动化核酸提取系统，其特征在于，所述样本存放工作站及所述产物存放工作站均设有样本堆叠架及电动转盘，所述样本堆叠架环设于所述电动转盘之上并由其驱动旋转，每个所述样本堆叠架均包括数个纵向设置的、用于放置样本板的存放板。

8.根据权利要求1所述的自动化核酸提取系统，其特征在于，所述试剂加样工作站包括试剂存放装置及与其相连的多通道加样装置，所述试剂存放装置包括多个试剂存放位，用于提供多种试剂的加样。

9.根据权利要求1所述的自动化核酸提取系统，其特征在于，所述移液清洗工作站包括磁珠加样装置、磁珠振荡装置、磁力架、吸液装置和清洗装置；

所述磁珠加样装置包括第一移动单元及设置其上的移液单元，所述第一移动单元用于驱动所述移液单元进行Y轴及Z轴方向上的移动，所述移液单元包括一个或多个移液通道；

所述磁珠振荡装置用于放置并振荡磁珠存储容器以防止磁珠沉降；

所述磁力架包括与样本板相适配的数磁吸单元，用于对样本板中的磁珠进行吸附；

所述吸液装置包括第二移动单元及设置其上的吸液单元；所述第二移动单元用于驱动所述吸液单元在X轴、Y轴及Z轴方向上的移动，所述吸液单元包括吸液针和柱塞泵，所述吸液针用于吸弃核酸提取废液以及转移核酸提取产物，所述柱塞泵与所述吸液针通过硬管连接，用于通过柱塞的移动为所述吸液针提供抽吸和喷吐的动力；

所述清洗装置包括清洗槽和清洗泵；所述清洗槽用于对所述移液单元的移液端进行清洗，和/或对所述吸液针进行清洗。

10.根据权利要求1所述的自动化核酸提取系统，其特征在于，所述振荡工作站包括至少一个振荡单元，用于对样本板进行振荡和/或加热。

11.根据权利要求1所述的自动化核酸提取系统，其特征在于，所述系统还包括扩增检测工作站，用于对提取得到的核酸进行扩增及检测。

12.一种自动化核酸提取方法，用于如权利要求1-11中任一项所述的自动化核酸提取系统，其特征在于，包括以下步骤：

S101，接收自动化核酸提取系统中至少一个调度任务的执行请求，每个所述调度任务包括执行样本核酸提取的目标操作序列，所述执行请求包括所述调度任务中当前待执行目标操作对应的所述自动化核酸提取系统中工作站的使用请求；

S102，获取所述自动化核酸提取系统中工作站的使用状态信息；

S103，判断所述自动化核酸提取系统中的工作站是否满足执行至少一个所述调度任务中当前待执行目标操作的条件，若是，分配所述自动化核酸提取系统中对应的工作站完成所述调度任务中当前待执行目标操作；

S104，重复步骤S101至S103，直至每个所述调度任务的目标操作序列执行完成。

13.根据权利要求12所述的自动化核酸提取方法，其特征在于，所述步骤S101之前，还包括：确定执行所述调度任务中每个所述目标操作对应使用的所述工作站，其中，执行每个所述目标操作对应使用至少一个所述工作站。

14.根据权利要求13所述的自动化核酸提取方法，其特征在于，所述调度任务中每个所述目标操作对应的工作站使用请求包括对所述工作站的使用参数，所述使用参数包括功能参数、使用时长和/或操作顺序。

15.根据权利要求13所述的自动化核酸提取方法，其特征在于，当执行所述调度任务当前待执行目标操作需要使用多个工作站时，所述S103，具体为：

判断执行所述调度任务中当前待执行目标操作所需的工作站是否均满足条件，若是，分配所述自动化核酸提取系统中对应的工作站完成所述调度任务中当前待执行目标操作。

16.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求12-15任意一项所述的自动化核酸提取方法。

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