CN116731856B - 一种高通量自动分选装置及其分选方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及分选技术领域，具体为一种高通量自动分选装置及其分选方法，其磁棒套模块的磁棒套可插入多孔板内，升降模块可驱动磁棒模块的磁棒插入磁棒套中，横移模块用于驱动磁棒与磁棒套在异列板孔间移动，磁棒模块与磁棒套模块均安装于背板上，背板上于磁棒套的下方安装防滴模块；防滴模块包括直线驱动件、传动件和挡板，直线驱动件可通过传动件驱动挡板旋转至第一位姿或者第二位姿，其中，第一位姿呈水平状态，第二位姿与第一位姿的夹角为钝角或者直角，挡板旋转时避开与其对应的磁棒套。本发明可防止分选过程中磁棒套上的磁珠和试液滴落于板孔内污染试液和仪器，并且防滴模块的挡板小巧、操作灵活，占用空间小，仪器便携性佳。

Description

一种高通量自动分选装置及其分选方法

技术领域

本发明属于分选技术领域，具体涉及一种高通量自动分选装置及其分选方法。

背景技术

细胞分选(cell sorting)是根据细胞所具有的特性将某种特定的细胞亚群从混合的细胞样品中分离出来的一种技术，是细胞学研究的重要课题，以获得高纯度的目的细胞为前提。常用的细胞分选的方法有两种：流式细胞分选和免疫磁珠细胞分选。

其中免疫磁珠细胞分选是基于细胞表面抗原能与连接有磁珠的特异性抗体结合的特性，在外加磁场中，通过抗体与磁珠相连的细胞被吸附而滞留在磁场中，而无该种表面抗原的细胞由于不能与连接着磁珠的特异性抗体结合不具磁性，从而不在磁场中停留达到细胞分离的目的。

其中，核酸提取方法中对磁珠法分选的研究尤为突出。磁珠法提取步骤可以分为吸取磁珠、裂解、洗涤、洗脱。现有的高通量磁珠分选器通常包括磁棒架、磁棒套架和多孔板，磁棒架与磁棒套架均由横移机构驱动平移，磁棒架与磁棒套架还分别由两组升降机构驱动升降，并且磁棒套架还由直线振动器驱动作上下振动，实现对孔板内试液的裂解、洗涤。此类高通量分选器中各部件均由驱动机构单独驱动，驱动件数量多，驱动结构较复杂。

磁棒套配合磁棒进入试液的内部进行提取，在核酸提取的磁棒套横移过程中，以及到最后需要取出磁套和磁棒时，磁棒套外表面附着的试液易滴落在仪器内部或者其他非目标板孔内，导致核酸提取纯化仪和试液受到污染。例如公告号CN217809353U的实用新型专利公开了一种防滴落组件及采用防滴落组件的核酸提取仪，该防滴落组件包括安装架(1)，在安装架(1)上安装有驱动组件(2)，驱动组件(2)的输出末端上安装有转轴(3)的一端、转轴(3)的另一端安装有防滴落件(4)，驱动组件(2)能够通过转轴(3)带动防滴落件(4)旋转至指定位置；该防滴落组件通过安装架(1)固定安装在核酸提取仪上时，驱动组件(2)能够带动防滴落件(4)转动至核酸提取仪的磁棒(1102)的正下方。该核酸提取仪包括防滴落组件，且优选防滴落组件跟随磁棒套架组件(11)同步移动。该实用新型的防滴落组件适用于较多组水平运行的核酸提取仪，然而该防滴落组件采用防滴落件(4)在水平面内整体旋转的方式，因为防滴落件(4)自身面积较大，在仅有一组或者两组多孔板的分选装置中没有足够的空间供防滴落件(4)在水平面内旋转，因此不适用于小型的核酸提取仪。

发明内容

本发明的目的是提供一种高通量自动分选装置，以解决磁棒套外表面附着的试液滴落而污染设备的问题。

一种高通量自动分选装置，包括多孔板、磁棒套模块、磁棒模块、升降模块和横移模块，所述磁棒套模块的磁棒套可插入所述多孔板内，所述升降模块可驱动所述磁棒模块的磁棒插入所述磁棒套中，以及驱动所述磁棒与磁棒套脱离所述多孔板，所述横移模块用于驱动所述磁棒与所述磁棒套在异列板孔间移动，所述背板安装于横移模块上，所述升降模块安装于背板上，所述磁棒模块安装于所述升降模块上，所述背板上于磁棒套的下方安装用于防止磁棒套上的磁珠及试液滴落的防滴模块；所述防滴模块包括直线驱动件、传动件和挡板，所述直线驱动件可通过所述传动件驱动所述挡板旋转至第一位姿或者第二位姿，其中，所述第一位姿呈水平状态且位于目标磁棒套的正下方，所述第二位姿与第一位姿的夹角为钝角或者直角，所述挡板旋转时均避开上方的磁棒套。

优选的，所述传动件包括轴座、转轴、传动杆和凸轮随动器，所述背板上设有弧形的导向槽；

所述轴座安装于所述直线驱动件的输出端，所述轴座内沿Y轴方向安装所述转轴，所述转轴靠近背板的一端沿Z轴方向固接所述传动杆，所述转轴的另一端沿Y轴方向固接所述挡板；

所述传动杆的上端安装与所述导向槽适配的凸轮随动器，当所述直线驱动件驱动所述轴座平移时，所述导向槽通过所述凸轮随动器引导所述传动杆在YZ平面内旋转，进而由所述转轴带动所述挡板在YZ平面内旋转。

优选的，所述挡板内嵌一层磁铁片，所述磁铁片表面固定一层用于吸收试液的吸附层。

优选的，所述背板上沿X轴方向安装用于导向轴座的导向条，所述轴座沿着所述导向条平移。

优选的，所述多孔板卡接于底座上，所述底座上于每列板孔的前方设置用于支撑所述挡板前端的支撑块。

优选的，所述磁棒模块包括水平布置的磁棒架以及安装于所述磁棒架上的多列磁棒，所述磁棒套模块包括水平布置于所述磁棒架下方的套架以及安装于所述套架上的多列磁棒套，同一列内的所述磁棒的间距、所述磁棒套的间距与所述板孔的间距均适配。

作为进一步的改进方案，所述磁棒架与所述套架之间由电磁铁组件一间歇性地固接，所述电磁铁组件一包括固定于所述磁棒架底部的电磁铁一、以及固接于所述套架顶部的铁块一，所述电磁铁一通电时吸引所述铁块一。

优选的，所述背板上沿Z轴方向安装导轨，所述导轨的下侧安装限位块，所述套架的后端面上设置与所述导轨匹配的导槽；

当所述电磁铁一断电时，所述磁棒套模块沿着所述导轨下落后由所述限位块支撑，并且所述磁棒套的底部与所述板孔之间留有振动间距。

优选的，所述底座下方安装用于使上下振动所述多孔板的直线振动器。

本发明的另一目的是提供一种高通量自动分选装置的分选方法，包括以下步骤：

初始状态时，所述磁棒架与所述套架由电磁铁组件一固定连接，并且由所述升降模块顶升至设定高度；将多孔板固定安装于底座上；

所述横移模块与所述升降模块配合，驱动所述磁棒与磁棒套从存有磁珠的板孔内吸取磁珠至存有试液的板孔内；

所述电磁铁一断电，所述套架脱离所述磁棒架，所述升降模块升起所述磁棒架，磁珠被转移于试液中；

振动所述底座以抖动所述多孔板，混匀试液进行裂解；

所述升降模块驱动所述磁棒下行直至插入所述磁棒套底部，所述横移模块与所述升降模块配合将磁珠吸取后转移至另一列板孔的试液内；

所述升降模块再次升起所述磁棒架，再次振动多孔板，混匀试液；

经过混匀后多次清洗、洗脱后弃磁珠完成分选；其中，

在所述横移模块移动所述磁棒架前，所述直线驱动件驱动所述挡板旋转至第一位姿；在所述横移模块移动所述磁棒架后，所述直线驱动件驱动所述挡板旋转至第二位姿。

本发明的有益效果是：

本发明将升降模块、磁棒架、套架和防滴模块均安装于背板上，背板安装于横移模块的滑块上，因此防滴模块会跟随背板上的磁棒和磁棒套一起左右横移，防滴模块采用与每个磁棒套单独配套安装的结构，使挡板结构小巧，挡板旋转时占用的空间更小，提高了仪器的紧凑性和便携性。

本发明的防滴模块包括直线驱动件、传动件和挡板，直线驱动件可通过传动件驱动挡板分别旋转至水平状态的第一位姿或者近似竖直的第二位姿，并且由于直线驱动件、传动件、挡板与导向槽之间的特殊配合结构，使挡板在旋转至第二位姿的同时，在直线驱动件的作用下向远离磁棒套的方向平移，从而在旋转过程中始终避开与其对应的磁棒套，因此不会与磁棒套之间产生干涉。而在挡板需要复位至第一位姿时，可在磁棒套下降至接近挡板之前就开始复位挡板，因此通过灵活地操作挡板，使其始终不会与磁棒套之间有干涉现象。

本发明的磁棒架与套架之间通过电磁铁组件一可拆卸地连接，减少了一组套架升降驱动机构，简化了设备的结构，同时将直线振动器安装于底座上，通过振动多孔板来混匀试液。背板的导轨对磁棒套的上下移动导向，另一方面在导轨的下侧安装限位块，对磁棒套的下行行程限位，使磁棒套底部至板孔的底部之间留有振荡间距，从而使多孔板实现有效的振荡，提高了分选效率。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的内部结构示意图；

图2是本发明的背板上各部件的主视结构示意图；

图3是本发明的磁棒架脱离套架时的主视结构示意图；

图4是本发明的挡板处于第一位姿时的局部主视示意图；

图5是本发明的挡板处于第二位姿时的局部主视示意图；

图6是本发明的挡板处于第二位姿时的俯视示意图；

图7是本发明的挡板处于第一位姿时的俯视示意图；

图8是本发明的挡板的横截面示意图。

图中标记为：1、工作仓；2、多孔板；3、板孔；4、横移模块；5、升降模块；6、背板；7、磁棒架；8、磁棒；9、磁棒套；10、套架；11、电磁铁一；12、铁块一；13、导轨；14、限位块；15、电磁铁二；16、电磁铁三；17、减重孔；18、直线驱动件；19、挡板；20、第一位姿；21、第二位姿；22、导向槽；23、轴座；24、转轴；25、传动杆；26、凸轮随动器；27、导向条；28、磁铁片；29、吸附层；30、支撑块；31、底座。

具体实施方式

实施例1

请参考图1，本实施例提供一种高通量自动分选装置，包括工作仓1，工作仓1的前侧设有可以开启的仓门，工作仓1的底座上安装多组与多孔板2适配的卡槽，本实施例以两组多孔板2为例进行说明，多孔板2内阵列有纵横分布的若干个板孔3，板孔3内可注入试验用的试液或者磁珠，并且同一列板孔内注入的物质相同，便于实现高通量分选。打开仓门后，可将多孔板2卡紧固定于卡槽内。底座下方安装直线振动器(未示出)，用于驱动底座及其上方的多孔板2作高频的上下往复振动，从而混匀试液，直线振动器为公知技术，因此不再赘述。

请参考图1至图3，工作仓1内还沿X轴方向安装横移模块4，横移模块4的滑台上安装背板6，背板6呈直立式安装，背板6上安装升降模块5，横移模块4与升降模块5均可选用直线模组或者丝杆，以实现高精度的平移驱动。升降模块5的滑台上螺接固定有位于XY平面内的磁棒架7，磁棒架7上沿X轴方向间隔地分布有多列磁棒8，例如本实施例中设有四列磁棒8。升降模块5可以将磁棒插入磁棒套9内，从而将板孔3中的磁珠吸附于磁棒套9的外壁上；升降模块5也可同时升起磁棒8与磁棒套9，将它们从多孔板2中分离，进而与横移模块4配合转移磁珠。

套架10上间隔地安装多列磁棒套9，每列磁棒套9与每列磁棒8是一一对应的，并且同一列中的磁棒间距、磁棒套9间距以及下方的板孔3间距都是相适配的，因此磁棒与磁棒套9可以插入相应的板孔3内。

套架10可拆卸地安装在磁棒架7的下方，即：磁棒架7与套架10之间可以固定连接，也可以分离，这是通过电磁铁组件实现的，具体结构为：磁棒架7的底部安装电磁铁一11，电磁铁一11由电源供电，套架10的顶部安装铁块一12。当电磁铁一11通电时吸引铁块一12，使磁棒架7与套架10之间固定连接，实现同步上行；请参考图3，当电磁铁一11断电时，套架10与磁棒架7分离，继而当升降模块升起磁棒8时，磁棒套9继续停留在多孔板2内。

为了使套架10与磁棒架7之间更可靠地分离，在套架10与磁棒架7上还对应地安装同名磁极的电磁铁二15与电磁铁三16，当升降模块5升起磁棒架7时，电磁铁二15与电磁铁三16通电后相斥，使套架10快速脱离磁棒架7。

请参考图2和图3，为了使磁棒套9准确地插入对应的板孔3内，在背板6上沿竖直方向安装导轨13，套架10的后端面上设置与导轨13匹配的导槽，导轨13对套架10的上下滑动进行导向。导轨13的下侧安装沿Y轴方向凸出的限位块14。当套架10沿着导轨13下行，直到落至限位块14上以后不再下降，此时磁棒套9基本插入板孔3内，并且磁棒套9的底部距离板孔3的底部还留有一段距离，给多孔板2的上下振动提供了活动空间，该段距离还使压在限位块14上的套架10基本上不会跟随多孔板2作同步的上下振动，保证了试液的混匀效果。优选限位块14为磁铁块，并且其磁吸力小于电磁铁一对铁块一的磁吸力，限位块14将套架10可靠地吸引固定，防止套架10受多孔板2的冲击而出现轻微的振动。

更具体地，套架10上设有多列插槽，磁棒套9是插接固定于插槽内的，便于更换磁棒套9。

为了减少升降模块5和横移模块4的能源消耗，背板6、磁棒架7和套架10上均可设置减重孔17。

本实施例的工作过程为：

初始状态时，磁棒架7与套架10由电磁铁组件一固定连接，并且由升降模块5顶升至设定的高度上；

打开仓门，将配好试液和磁珠的两组多孔板2分别卡接固定于底座上的左右两组卡槽内，对两组多孔板同时分选，提高分选效率；

横移模块4与升降模块5配合，驱动磁棒与磁棒套9插入存有磁珠的板孔内，吸取磁珠，然后升降模块5升起磁棒与磁棒套9，横移模块4再将它们横移至另一列存有试液的板孔上方，升降模块5再将磁棒与磁棒套9压入该列板孔内；

电磁铁一11断电，升降模块5升起磁棒架7，磁棒架7脱离套架10，即磁棒逐渐脱离磁棒套9，而磁棒套9仍留在板孔3内，因此磁棒套9外的磁珠被转移于该板孔的试液中；

启动直线振动器，振动底座以上下抖动多孔板2，混匀试液进行裂解；

升降模块5驱动磁棒下行，直至磁棒再次插入磁棒套9底部，将板孔3内的磁珠吸附于磁棒套9的外壁上；横移模块4与升降模块5配合将磁棒套9与磁棒一同转移至另一列板孔内；

电磁铁一11再次断电，升降模块5升起磁棒架7，磁棒架7脱离套架10，即磁棒逐渐脱离磁棒套9，而磁棒套9仍留于板孔3内，因此磁棒套9外的磁珠被转移于该列板孔的试液中，准备清洗；

启动直线振动器，振动底座以上下抖动多孔板2，混匀试液；

经过多次混匀清洗、洗脱后弃磁珠，完成分选工作。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上，进一步增加防滴落结构，避免磁棒套上的磁珠及试液在各列板孔上方横移时滴落于非目标板孔中而污染试液的问题。

请参考图1至图7，本实施例的结构为：背板6上于磁棒套9的下方安装多个防滴模块，每组防滴模块对应一列磁棒套9。防滴模块包括直线驱动件18、传动件和挡板19，直线驱动件18可选择但不限于气缸，直线驱动件18可通过传动件驱动挡板19分别旋转至第一位姿20或者第二位姿21，其中，第一位姿20呈水平状态，用于使挡板接住磁棒套9上滴落的磁珠或者试液；第二位姿21与第一位姿20的夹角为钝角或者直角，即第二位姿21呈略微外倾或者竖直状态，并且挡板19在旋转至第二位姿21时避开与其对应的磁棒套9，因此不会与磁棒套9之间产生干涉。

另一方面，挡板由第一位姿调整为第二位姿时，挡板的右端向上移动，左端保持在原来的高度不变，使得挡板不会与其下方的多孔板产生干涉，适用于紧凑空间内的位置调整。

其中，背板6上设有弧形的导向槽22。传动件包括轴座23、转轴24、传动杆25和凸轮随动器26，凸轮随动器26可沿着导向槽22滚动。

请重点参考图4至图7，具体地，直线驱动件18沿X轴方向安装于背板6上，直线驱动件18的输出端固定安装轴座23；在一个实施例中，背板6上还可以沿X轴方向安装用于导向轴座23的导向条27，使轴座23平稳地沿着导向条27平移。轴座23内沿Y轴方向安装转轴24，转轴24可在轴座23内旋转。转轴24靠近背板6的一端沿Z轴方向固接传动杆25，转轴24的另一端固接挡板19，挡板19沿着Y轴方向延伸。传动杆25与挡板19在YZ平面内的投影呈直角、或者接近直角的锐角或钝角。

传动杆25的上端安装与导向槽22适配的凸轮随动器26，当直线驱动件18驱动轴座23平移时，传动杆25也发生平移，同时导向槽22通过凸轮随动器26引导传动杆25在YZ平面内旋转，进而带动转轴24旋转，转轴24带动挡板19在YZ平面内旋转，使挡板19调整至第一位姿20或者第二位姿21。由于挡板19旋转至第二位姿21的同时是向远离磁棒套9的方向移动的，正好使挡板19避开了其上方的磁棒套9，避免了旋转过程中与磁棒套的干涉现象；此外，在挡板19旋转至第二位姿21的同时，还可以降下磁棒套9，使分选节拍更加紧凑。

本实施例由背板上的多个防滴模块分别实现相应磁棒套的防滴落功能，相对于用一整块隔板横插于整个多孔板上方的方案而言，本实施例的挡板活动空间小，操作灵活迅速，提高了设备的紧凑性和便携性。

请参考图8，作为更优选的方案，挡板19内嵌一层磁铁片28，用于吸引固定掉落的磁珠。磁铁片28表面固定一层用于吸收试液的吸附层29，防止试液滴落至非目标板孔3内。

请重点参考图6和图7，挡板19为刚性不易变形的材质，然而为了进一步提高挡板19工作的可靠性，在底座上于每列板孔3的前方设置支撑块30，用于支撑挡板19的前端，避免长期使用后挡板19的前端下沉。

工作仓1的背面安装控制器，前面板安装与控制器通信连接的触摸屏，它们互相配合来控制直线振动器、升降模块5、横移模块4以及直线驱动件18按设定的时序动作。

本实施例的其他结构与实施例1相同。

本实施例的工作原理为：

在横移模块4每次移动磁棒架7前，直线驱动件18均驱动挡板19旋转至第一位姿20，此时挡板19位于磁棒套9下方，接住可能滴落的磁珠和试液，并且防滴模块整体随着背板6和磁棒套9一起横移；在横移模块4移动磁棒架7至目标板孔3的上方之后，直线驱动件18驱动挡板19旋转至第二位姿21，即基本呈竖直状态，以避开磁棒套9。升降模块5再降下磁棒套9和磁棒，磁棒套9插入板孔3内，升降模块5再升起磁棒，振动多孔板2，进行清洗与分选工作。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (7)

1.一种高通量自动分选装置，包括多孔板、磁棒套模块、磁棒模块、升降模块和横移模块，所述磁棒套模块的磁棒套可插入所述多孔板内，所述升降模块可驱动所述磁棒模块的磁棒插入所述磁棒套中，以及驱动所述磁棒与磁棒套脱离所述多孔板，所述横移模块用于驱动所述磁棒与所述磁棒套在异列板孔间移动，其特征在于，所述升降模块安装于背板上，所述磁棒模块安装于所述升降模块上，所述背板上于磁棒套的下方安装用于防止磁棒套上的磁珠及试液滴落的防滴模块；所述防滴模块包括直线驱动件、传动件和挡板，所述直线驱动件可通过所述传动件驱动所述挡板旋转至第一位姿或者第二位姿，其中，所述第一位姿呈水平状态且位于目标磁棒套的正下方，所述第二位姿与第一位姿的夹角为钝角或者直角，所述挡板旋转时均避开上方的磁棒套；所述传动件包括轴座、转轴、传动杆和凸轮随动器，所述背板上设有弧形的导向槽；

所述轴座安装于所述直线驱动件的输出端，所述轴座内安装所述沿Y轴方向延伸的转轴，所述转轴靠近背板的一端沿Z轴方向固接所述传动杆，所述转轴的另一端沿Y轴方向固接所述挡板；

所述传动杆的上端安装与所述导向槽适配的凸轮随动器，当所述直线驱动件驱动所述轴座平移时，所述导向槽通过所述凸轮随动器引导所述传动杆在YZ平面内旋转，进而由所述转轴带动所述挡板在YZ平面内旋转；所述挡板内嵌一层磁铁片，所述磁铁片表面固定一层用于吸收试液的吸附层；所述背板上沿X轴方向安装用于导向轴座的导向条，所述轴座沿着所述导向条平移。

2.根据权利要求1所述的高通量自动分选装置，其特征在于，所述多孔板卡接于底座上，所述底座上于每列板孔的前方设置用于支撑所述挡板前端的支撑块。

3.根据权利要求2所述的高通量自动分选装置，其特征在于，所述磁棒模块包括水平布置的磁棒架以及安装于所述磁棒架上的多列磁棒，所述磁棒套模块包括水平布置于所述磁棒架下方的套架以及安装于所述套架上的多列磁棒套，同一列内的所述磁棒的间距、所述磁棒套的间距与所述板孔的间距均适配。

4.根据权利要求3所述的高通量自动分选装置，其特征在于，所述磁棒架与所述套架之间由电磁铁组件一间歇性地固接，所述电磁铁组件一包括固定于所述磁棒架底部的电磁铁一、以及固接于所述套架顶部的铁块一，所述电磁铁一通电时吸引所述铁块一。

5.根据权利要求4所述的高通量自动分选装置，其特征在于，所述背板上沿Z轴方向安装导轨，所述导轨的下侧安装限位块，所述套架的后端面上设置与所述导轨匹配的导槽；

当所述电磁铁一断电时，所述磁棒套模块沿着所述导轨下落后由所述限位块支撑，并且所述磁棒套的底部与所述板孔之间留有振动间距。

6.根据权利要求5所述的高通量自动分选装置，其特征在于，所述底座下方安装用于使上下振动所述多孔板的直线振动器。

7.一种使用权利要求4至6中任一项所述高通量自动分选装置的分选方法，其特征在于，包括以下步骤：

初始状态时，所述磁棒架与所述套架由电磁铁组件一固定连接，并且由所述升降模块顶升至设定高度；将多孔板固定安装于底座上；

所述横移模块与所述升降模块配合，驱动所述磁棒与磁棒套从存有磁珠的板孔内吸取磁珠至存有试液的板孔内；

所述电磁铁一断电，所述套架脱离所述磁棒架，所述升降模块升起所述磁棒架，磁棒套上的磁珠被转移于试液中；

振动所述底座以抖动所述多孔板，混匀试液进行裂解；

所述升降模块驱动所述磁棒下行直至插入所述磁棒套底部，所述横移模块与所述升降模块配合将磁珠吸取后转移至另一列板孔的试液内；

所述电磁铁一断电，所述升降模块再次升起所述磁棒架；再次振动多孔板，混匀试液；

经过混匀后多次清洗、洗脱后弃磁珠完成分选；其中，

在所述横移模块每次移动所述磁棒架之前，所述直线驱动件驱动所述挡板旋转至第一位姿；在所述横移模块移动所述磁棒架之后，所述直线驱动件驱动所述挡板旋转至第二位姿。