CN114933963A - 一种全自动pcr分析仪及核酸检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全自动PCR分析仪及核酸检测方法，其中全自动PCR分析仪，包括壳体和设置在壳体内的控制模块、温升降组件、磁珠拖动组件和荧光通道组件，所述温升降组件包括检测腔和设置在检测腔外的加热区和制冷区，所述磁珠拖动组件设置在检测腔的一侧，所述磁珠拖动组件包括沿所述检测腔的垂直方向移动的磁钢臂，所述荧光通道组件设置在检测腔的另一侧，所述荧光通道组件包括沿所述检测腔底部的水平方向移动的荧光模块。本发明全自动PCR分析仪内部集成度高，各个模块及组件之间布置合理，整体体积小、占用空间小，可实现核酸提取、清洗、洗脱、扩增和检测的全自动连续性操作，操作步骤无需人工进行，减少了样品交叉污染的可能性，检测高效、便捷。

Description

一种全自动PCR分析仪及核酸检测方法

技术领域

本发明涉及核酸提取及检测技术领域，具体涉及一种全自动PCR分析仪及核酸检测方法。

背景技术

核酸提取和PCR扩增检测是分子生物学中研究的重要实验手段，随着工业自动化的发展，在实验科学领域，传统的手工实验越来越多的被自动化设备所取代，自动化设备的可重复性及一致性减少了传统手工实验的误差，提高了实验的可靠性及实验效率。

核酸提取和PCR扩增检测基本包括裂解、洗涤、洗脱、扩增和检测步骤。现有对样品进行核酸提取、核酸扩增和扩增物检测操作过程分开进行，需要专业操作人员进行的操作步骤较多且较繁琐，增加了操作误差，过多的人工操作还易造成样品的交叉污染，出现检测结果的假阳性；而且现有自动化设备为了集合核酸提取、核酸扩增和扩增物检测的功能，设备仪器的体积较为庞大、集成度较低，不仅增加生产成本，也不方便运输和移动；PCR的扩增时间都是以小时计算的，较长的诊断时间是分子诊断分析过程中最让人诟病的，要想实现分析过程的快速化，就必须压缩样本人工前处理和PCR扩增的时间，而影响PCR扩增时间最大的因素是PCR反应体系的升降温速率和温度精度。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

一种全自动PCR分析仪，包括壳体和设置在壳体内的控制模块、温升降组件、磁珠拖动组件和荧光通道组件，所述温升降组件包括检测腔和设置在所述检测腔外的加热区和制冷区，所述磁珠拖动组件设置在所述检测腔的一侧，所述磁珠拖动组件包括沿所述检测腔的垂直方向移动的磁钢臂，所述荧光通道组件设置在所述检测腔的另一侧，所述荧光通道组件包括沿所述检测腔底部的水平方向移动的荧光模块。

本发明进一步设置为所述加热区位于所述检测腔的上部和中部，所述加热区设置有上部区联排块和中部区联排块，所述制冷区位于所述检测腔的下部，所述制冷区包括下部区联排块，所述上部区联排块上设置有第一加热制冷片，所述中部区联排块上设置有第二加热制冷片，所述下部区联排块上设置有第三加热制冷片，所述上部区联排块与所述中部区联排块之间、所述中部区联排块和所述下部区联排块之间均设置有隔热块，所述第一加热制冷片、所述第二加热制冷片和所述第三加热制冷片分别与所述控制模块电连接。

本发明进一步设置为所述温升降组件还包括散热片、散热风道和涡轮风扇，所述散热片设置在所述检测腔的下方，所述涡轮风扇固定在所述散热片的下方，所述散热风道连接在所述涡轮风扇上，所述涡轮风扇与所述控制模块电连接。

本发明进一步设置为所述温升降组件还包括设置在所述加热区和/或所述制冷区上的温度检测模块，所述温度检测模块与所述控制模块电连接。

本发明进一步设置为所述荧光通道组件还包括同步带运动机构，所述同步带运动机构包括通道底板、第一电机和第一滑块座，所述通道底板上设有第一导轨，所述第一滑块座活动连接在所述第一导轨上，所述第一电机连接在所述通道底板的一端，所述第一电机上连接有第一同步轮，所述通道底板的另一端设有第一同步惰轮，所述第一同步轮和所述第一同步惰轮之间连接有第一同步带，所述第一滑块座与所述第一同步带之间通过第一同步带压板连接，所述荧光模块连接在所述第一滑块座上，所述荧光模块上设置有拖链，所述荧光模块通过所述拖链内的导线与所述控制模块电连接，所述通道底板上设置有第一光栅传感器，所述第一光栅传感器位于所述荧光模块移动的路径上，所述第一光栅传感器和所述第一电机分别与所述控制模块电连接。

本发明进一步设置为所述下部区联排块上开设有荧光孔位，所述荧光孔位与所述检测腔相通，所述荧光孔位与所述荧光模块相对设置。

本发明进一步设置为所述磁珠拖动组件包括基板、第二电机和第二滑块座，所述基板上设有第二导轨，所述第二滑块座活动连接在所述第二导轨上，所述第二电机连接在所述基板上，所述第二电机上连接有第二同步轮，所述基板上连接有第二同步惰轮，所述第二同步轮和所述第二同步惰轮之间连接有第二同步带，所述第二滑块座与所述第二同步带之间通过第二同步带压板连接，所述磁钢臂连接在所述第二滑块座上，所述基板上设置有第二光栅传感器，所述第二光栅传感器位于所述磁钢臂移动的路径上，所述第二光栅传感器和所述第二电机分别与所述控制模块电连接。

本发明进一步设置为所述磁钢臂的宽度不小于所述检测腔的宽度。

本发明进一步设置为所述检测腔上设置有翻盖组件，所述翻盖组件包括翻盖基座、翻盖、翻盖检测传感器和翻盖指示灯，所述翻盖检测传感器和所述翻盖指示灯分别设置在所述翻盖基座上，所述翻盖活动连接在所述翻盖基座上，所述翻盖检测传感器和所述翻盖指示灯分别与所述控制模块电连接。

一种全自动PCR分析仪的核酸检测方法，采用上述的全自动PCR分析仪，包括以下步骤：

装置上电，将检测管放置在检测腔内并盖上翻盖进行核酸检测；

控制模块控制第一加热制冷片通电，将上部区联排块升温至第一指定温度，样本在裂解区进行裂解，完成样本中核酸的提取，同时对检测管的裂解区和清洗区之间的蜡块和疏水层进行热熔，控制模块驱动第二电机工作使磁钢臂向下移动，磁钢臂将带有样本的磁珠从裂解区拖动至清洗区进行清洗；

控制模块控制第二加热制冷片通电，将中部区联排块升温至第二指定温度，对检测管的清洗区和扩增区之间的蜡块和疏水层进行热熔，控制模块继续驱动第二电机工作使磁钢臂向下移动，磁钢臂将带有样本的磁珠从清洗区拖动到洗涤区和扩增区；

控制模块控制第三加热制冷片通电，对下部区联排块调节至第三指定温度，实现核酸的扩增；

控制模块控制第一电机工作使荧光模块进行移动，荧光模块透过荧光孔位依次扫描检测腔内的扩增区，荧光模块收集荧光信息并发送至上位机系统，上位机系统根据荧光信息算法拟合得到核酸扩增曲线。

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明技术方案是以授权公告号为CN108796038B的检测试剂管为基础管材的配套使用仪器，PCR分析仪内部集成度高，各个模块及组件之间布置合理，整体体积小、占用空间下，将带有样本的检测管放入检测腔后运行仪器，即可实现核酸提取、清洗、洗脱、扩增全自动连续性操作，操作步骤无需人工进行，减少了样品交叉污染的可能性，同时具有检测高效、便捷的优点，组件本身或组件之间配合的优点具体在实施例中进行说明。

附图说明

图1为本发明实施例内部机芯立体图。

图2为本发明实施例另一角度内部机芯立体图。

图3为本发明实施例温升降组件立体图。

图4为本发明实施例另一角度温升降组件立体图。

图5为本发明实施例磁珠拖动组件立体图。

图6为本发明实施例荧光通道组件立体图。

图7为本发明实施例翻盖组件立体图。

图8为本发明实施例内部机芯剖视图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。

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，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。

实施例1

结合附图1至附图8，本发明技术方案是一种全自动PCR分析仪，包括壳体和设置在壳体内的控制模块100、温升降组件200、磁珠拖动组件300和荧光通道组件400，所述温升降组件200包括检测腔201和设置在所述检测腔201外的加热区和制冷区，所述磁珠拖动组件300设置在所述检测腔201的一侧，所述磁珠拖动组件300包括沿所述检测腔201的垂直方向移动的磁钢臂301，所述荧光通道组件400设置在所述检测腔201的另一侧，所述荧光通道组件400包括沿所述检测腔201底部的水平方向移动的荧光模块401。

在本实施例中，核心在于壳体内的机芯结构，因此附图中并未示出壳体。

在本实施例中，本发明全自动PCR分析仪是针对授权公告号为CN108796038B的检测试剂管为基础管材的配套使用仪器，其中所述检测腔201用于放置待测的检测试剂管，所述温升降组件200用于对待测的检测试剂管进行加热制冷以满足裂解、清洗、洗脱、扩增和检测的温度需求，同时可对裂解区、清洗区、扩增区之间的蜡块和疏水层进行热熔；所述磁珠拖动组件300用于将带样本的磁珠从裂解区拖动到清洗区及从清洗区拖动到洗涤区和扩增区，完成带样本的磁珠的转移；所述荧光通道组件400用于扫描检测腔内的扩增区，收集荧光信息并发送至控制模块，从而使控制模块根据荧光信息拟合得到核酸扩增曲线。

在本实施例中，所述加热区位于所述检测腔201的上部和中部，所述加热区设置有上部区联排块202和中部区联排块203，所述制冷区位于所述检测腔201的下部，所述制冷区包括下部区联排块204，所述上部区联排块202上设置有第一加热制冷片205，所述中部区联排块203上设置有第二加热制冷片206，所述下部区联排块204上设置有第三加热制冷片207，所述上部区联排块202与所述中部区联排块203之间、所述中部区联排块203和所述下部区联排块204之间均设置有隔热块208，所述第一加热制冷片205、所述第二加热制冷片206和所述第三加热制冷片207分别与所述控制模块100电连接。所述上部区联排块202由所述第一加热制冷片205加热供热，所述中部区联排块203由所述第二加热制冷片206加热供热，所述下部区联排块204由所述第三加热制冷片207进行制冷，所述隔热块208的作用在于防止各区域温度相互窜扰。

在本实施例中，所述第一加热制冷片205、所述第二加热制冷片206和所述第三加热制冷片207都由所述控制模块100控制进行加热或制冷，在另外的实施例中，也可以是由独立的温升降控制器进行控制。

在本实施例中，所述温升降组件200还包括散热片209、散热风道210和涡轮风扇211，所述散热片209设置在所述检测腔201的下方，所述涡轮风扇211固定在所述散热片209的下方，所述散热风道210连接在所述涡轮风扇211上，所述涡轮风扇211与所述控制模块100电连接。由散热片、散热风道和涡轮风扇构成的散热系统能提高机芯内部的散热性能，设置在制冷区下方，更能有效地保证核酸扩增时的控温精度，以此提高核酸扩增速率、压缩核酸扩增时间。

在本实施例中，所述温升降组件200还包括设置在所述加热区和/或所述制冷区上的温度检测模块212，所述温度检测模块12与所述控制模块100电连接。温度检测模块用于采集加热区或制冷区的温度，发生过温时能及时中断加热。

在本实施例中，所述荧光通道组件400还包括同步带运动机构，所述同步带运动机构包括通道底板402、第一电机403和第一滑块座404，所述通道底板402上设有第一导轨405，所述第一滑块座404活动连接在所述第一导轨405上，所述第一电机403连接在所述通道底板402的一端，所述第一电机403上连接有第一同步轮406，所述通道底板402的另一端设有第一同步惰轮407，所述第一同步轮406和所述第一同步惰轮407之间连接有第一同步带408，所述第一滑块座404与所述第一同步带408之间通过第一同步带压板409连接，所述荧光模块401连接在所述第一滑块座404上，所述荧光模块401上设置有拖链410，所述荧光模块401通过所述拖链410内的导线与所述控制模块100电连接，所述通道底板402上设置有第一光栅传感器411，所述第一光栅传感器411位于所述荧光模块401移动的路径上，所述第一光栅传感器411和所述第一电机403分别与所述控制模块100电连接。荧光模块受第一电机驱动在通道底板上进行水平方向的移动，荧光模块依次对待测的检测试剂管进行荧光检测。

在本实施例中，所述第一同步带压板409随所述荧光模块401移动，所述第一同步带压板409上设有挡片，所述第一光栅传感器411位于挡片移动的路径上，所述第一光栅传感器411用于检测所述荧光模块401的复位信号；在另外的实施例中，也可以是其他部件上设置有挡片，例如第一滑块座404。

在本实施例中，所述下部区联排块204上开设有荧光孔位2041，所述荧光孔位2041与所述检测腔201相通，所述荧光孔位2041与所述荧光模块401相对设置。所述荧光孔位2041用来所述荧光模块401直接对待测检测试剂管的扩增区进行荧光检测。

在本实施例中，所述磁珠拖动组件300包括基板302、第二电机303和第二滑块座304，所述基板302上设有第二导轨305，所述第二滑块座304活动连接在所述第二导轨305上，所述第二电机303连接在所述基板302上，所述第二电机303上连接有第二同步轮306，所述基板302上连接有第二同步惰轮307，所述第二同步轮306和所述第二同步惰轮307之间连接有第二同步带308，所述第二滑块座304与所述第二同步带308之间通过第二同步带压板309连接，所述磁钢臂301连接在所述第二滑块座304上，所述基板302上设置有第二光栅传感器310，所述第二光栅传感器310位于所述磁钢臂301移动的路径上，所述第二光栅传感器310和所述第二电机303分别与所述控制模块100电连接。磁钢臂受第二电机驱动在基板上进行垂直方向的移动，磁钢臂对待测检测试剂管中的磁珠进行磁吸，将带有样本的磁珠进行转移。

在本实施例中，所述第二滑块座304随所述磁钢臂301移动，所述第二滑块座304上设有挡片，所述第二光栅传感器310位于挡片移动的路径上，所述第二光栅传感器310用于检测所述磁钢臂301的复位信号；在另外的实施例中，也可以是其他部件上设置有挡片，例如第二同步带压板309。

在本实施例中，所述磁钢臂301的宽度不小于所述检测腔201的宽度，能保证磁钢臂301能覆盖所述检测腔201内的所有待测检测试剂管。

在本实施例中，所述检测腔201上设置有翻盖组件500，所述翻盖组件500包括翻盖基座501、翻盖502、翻盖检测传感器503和翻盖指示灯504，所述翻盖检测传感器503和所述翻盖指示灯504分别设置在所述翻盖基座501上，所述翻盖502活动连接在所述翻盖基座501上，所述翻盖检测传感器503和所述翻盖指示灯504分别与所述控制模块100电连接。翻盖检测传感器用于检测翻盖是否盖好，防止仪器开盖进行检测，切断检测过程中检测腔与外界的联系；翻盖指示灯能向工作人员指示翻盖的状态。

在本实施例中，本发明的全自动PCR分析仪内部核心机芯结构能紧凑地安装于外壳中，使整机的尺寸规格小巧，当外壳中只安装一组温升降组件、一组磁珠拖动组件，即只设置有单排检测腔时，PCR分析仪的实际尺寸不超过350mm*350mm*350mm。

本发明全自动PCR分析仪以温升降组件为主体，在温升降组件的一侧设置有磁珠拖动组件，在温升降组件的另一侧设置有荧光通道组件，磁珠拖动组件实现对带有样本的磁珠进行转移，从而进行裂解、清洗、洗脱、扩增的步骤，荧光通道组件实现对扩增区的核酸荧光检测，磁珠拖动组件和荧光通道组件相互之间不受影响，完全可以实现从样本到核酸检测结果的全自动检测，而且使机芯内部结构集成度高，整体体积小、占用空间小、重量小，便于在移动式核酸检测站使用。

实施例2

结合附图1至附图8，本发明技术方案是一种全自动PCR分析仪的核酸检测方法，采用实施例1所述的全自动PCR分析仪，包括以下步骤：

装置上电，将检测管放置在检测腔内并盖上翻盖进行核酸检测；

控制模块控制第一加热制冷片通电，将上部区联排块升温至第一指定温度，样本在裂解区进行裂解，完成样本中核酸的提取，同时对检测管的裂解区和清洗区之间的蜡块和疏水层进行热熔，控制模块驱动第二电机工作使磁钢臂向下移动，磁钢臂将带有样本的磁珠从裂解区拖动至清洗区进行清洗；

控制模块控制第二加热制冷片通电，将中部区联排块升温至第二指定温度，对检测管的清洗区和扩增区之间的蜡块和疏水层进行热熔，控制模块继续驱动第二电机工作使磁钢臂向下移动，磁钢臂将带有样本的磁珠从清洗区拖动到洗涤区和扩增区；

控制模块控制第三加热制冷片通电，对下部区联排块调节至第三指定温度，实现核酸的扩增；

控制模块控制第一电机工作使荧光模块进行移动，荧光模块透过荧光孔位依次扫描检测腔内的扩增区，荧光模块收集荧光信息并发送至上位机系统，上位机系统根据荧光信息算法拟合得到核酸扩增曲线。

本发明全自动PCR分析仪的核酸检测方法可以实现核酸的提取、清洗、洗脱、扩增和检测步骤全自动进行，实时进行荧光的扫描，在扩增结束后对荧光数据进行处理分析，得到核酸扩增曲线，有效避免了检测过程的交叉污染。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种全自动PCR分析仪，其特征在于，包括壳体和设置在壳体内的控制模块、温升降组件、磁珠拖动组件和荧光通道组件，所述温升降组件包括检测腔和设置在所述检测腔外的加热区和制冷区，所述磁珠拖动组件设置在所述检测腔的一侧，所述磁珠拖动组件包括沿所述检测腔的垂直方向移动的磁钢臂，所述荧光通道组件设置在所述检测腔的另一侧，所述荧光通道组件包括沿所述检测腔底部的水平方向移动的荧光模块。

2.根据权利要求1所述的一种全自动PCR分析仪，其特征在于，所述加热区位于所述检测腔的上部和中部，所述加热区设置有上部区联排块和中部区联排块，所述制冷区位于所述检测腔的下部，所述制冷区包括下部区联排块，所述上部区联排块上设置有第一加热制冷片，所述中部区联排块上设置有第二加热制冷片，所述下部区联排块上设置有第三加热制冷片，所述上部区联排块与所述中部区联排块之间、所述中部区联排块和所述下部区联排块之间均设置有隔热块，所述第一加热制冷片、所述第二加热制冷片和所述第三加热制冷片分别与所述控制模块电连接。

3.根据权利要求2所述的一种全自动PCR分析仪，其特征在于，所述温升降组件还包括散热片、散热风道和涡轮风扇，所述散热片设置在所述检测腔的下方，所述涡轮风扇固定在所述散热片的下方，所述散热风道连接在所述涡轮风扇上，所述涡轮风扇与所述控制模块电连接。

4.根据权利要求2所述的一种全自动PCR分析仪，其特征在于，所述温升降组件还包括设置在所述加热区和/或所述制冷区上的温度检测模块，所述温度检测模块与所述控制模块电连接。

5.根据权利要求2所述的一种全自动PCR分析仪，其特征在于，所述荧光通道组件还包括同步带运动机构，所述同步带运动机构包括通道底板、第一电机和第一滑块座，所述通道底板上设有第一导轨，所述第一滑块座活动连接在所述第一导轨上，所述第一电机连接在所述通道底板的一端，所述第一电机上连接有第一同步轮，所述通道底板的另一端设有第一同步惰轮，所述第一同步轮和所述第一同步惰轮之间连接有第一同步带，所述第一滑块座与所述第一同步带之间通过第一同步带压板连接，所述荧光模块连接在所述第一滑块座上，所述荧光模块上设置有拖链，所述荧光模块通过所述拖链内的导线与所述控制模块电连接，所述通道底板上设置有第一光栅传感器，所述第一光栅传感器位于所述荧光模块移动的路径上，所述第一光栅传感器和所述第一电机分别与所述控制模块电连接。

6.根据权利要求5所述的一种全自动PCR分析仪，其特征在于，所述下部区联排块上开设有荧光孔位，所述荧光孔位与所述检测腔相通，所述荧光孔位与所述荧光模块相对设置。

7.根据权利要求1所述的一种全自动PCR分析仪，其特征在于，所述磁珠拖动组件包括基板、第二电机和第二滑块座，所述基板上设有第二导轨，所述第二滑块座活动连接在所述第二导轨上，所述第二电机连接在所述基板上，所述第二电机上连接有第二同步轮，所述基板上连接有第二同步惰轮，所述第二同步轮和所述第二同步惰轮之间连接有第二同步带，所述第二滑块座与所述第二同步带之间通过第二同步带压板连接，所述磁钢臂连接在所述第二滑块座上，所述基板上设置有第二光栅传感器，所述第二光栅传感器位于所述磁钢臂移动的路径上，所述第二光栅传感器和所述第二电机分别与所述控制模块电连接。

8.根据权利要求7所述的一种全自动PCR分析仪，其特征在于，所述磁钢臂的宽度不小于所述检测腔的宽度。

9.根据权利要求1所述的一种全自动PCR分析仪，其特征在于，所述检测腔上设置有翻盖组件，所述翻盖组件包括翻盖基座、翻盖、翻盖检测传感器和翻盖指示灯，所述翻盖检测传感器和所述翻盖指示灯分别设置在所述翻盖基座上，所述翻盖活动连接在所述翻盖基座上，所述翻盖检测传感器和所述翻盖指示灯分别与所述控制模块电连接。

10.一种全自动PCR分析仪的核酸检测方法，其特征在于，采用权利要求1至9中任意一项所述的全自动PCR分析仪，包括以下步骤：

装置上电，将检测管放置在检测腔内并盖上翻盖进行核酸检测；

控制模块控制第一加热制冷片通电，将上部区联排块升温至第一指定温度，样本在裂解区进行裂解，完成样本中核酸的提取，同时对检测管的裂解区和清洗区之间的蜡块和疏水层进行热熔，控制模块驱动第二电机工作使磁钢臂向下移动，磁钢臂将带有样本的磁珠从裂解区拖动至清洗区进行清洗；

控制模块控制第二加热制冷片通电，将中部区联排块升温至第二指定温度，对检测管的清洗区和扩增区之间的蜡块和疏水层进行热熔，控制模块继续驱动第二电机工作使磁钢臂向下移动，磁钢臂将带有样本的磁珠从清洗区拖动到洗涤区和扩增区；

控制模块控制第三加热制冷片通电，对下部区联排块调节至第三指定温度，实现核酸的扩增；

控制模块控制第一电机工作使荧光模块进行移动，荧光模块透过荧光孔位依次扫描检测腔内的扩增区，荧光模块收集荧光信息并发送至上位机系统，上位机系统根据荧光信息算法拟合得到核酸扩增曲线。

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