CN117247834B - 高通量全自动核酸检测仪器及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种高通量全自动核酸检测仪器及方法，该高通量全自动核酸检测仪器包括：底座；中转模块设置于底座上；移液模块用于将检测样本添加至中转模块上的核酸提取板上的多个板孔内；核酸提取模块包括多个磁头组件，磁头组件包括驱动装置、套管、磁棒以及磁珠，驱动装置用于驱动磁棒伸入或拔出套管，磁棒用于吸附或释放磁珠，当磁棒伸入套管时，磁珠被吸附于套管的外壁，磁珠跟随套管在板孔之间转移；当磁棒拔出套管时，吸附有核酸的磁珠被释放在板孔内，从而将核酸转移；PCR检测模块用于对添加有核酸的PCR检测板进行PCR检测。各模块根据核酸检测流程进行区域划分和压力控制，通过可关闭的舱门和负压系统防治PCR检测区域污染泄露。
Description
技术领域
本申请涉及核酸检测技术领域，具体涉及一种高通量全自动核酸检测仪器及方法。
背景技术
随着核酸检测技术的发展，核酸检测已经普遍应用于病原诊断、科学研究、环境监测等各领域中。尤其是近年来随着血液安全领域核酸检测技术的推广，荧光PCR技术更是得到了广泛应用。
目前应用较广泛的核酸检仪器有半自动化仪器，分为核酸提取仪和荧光PCR仪，两者搭配使用，不能自动进行PCR反应管的封闭、转移和检测结果分析，需要手工进行并操作多台设备。也有少量的全自动的核酸检测仪器将核酸提取和PCR扩增检测简单连接在一起使用。但检测通量和检测速度不能满足大样本量和快速检测的需求，同时共用一套移液针进行样本加样、核酸提取、PCR反应液的配制，会造成样本检测的交叉污染。
现有技术方案不能实现大样本量快速检测、且容易造成交叉污染的主要制约因素为：核酸提取环节为关键环节，耗时长，容易造成交叉污染。现有方案虽实现了核酸提取自动化，但已有实现方式多使用移液装置或震荡装置模拟手工操作形式进行核酸提取。主要有以下两种方式。已有方式1：核酸提取采用吸头重复吹吸样本和核酸提取试剂进行混匀，在核酸提取管或板等容器外部利用磁性模块进行磁珠的分离，再用吸头吸弃各核酸提取液。该方式的缺陷在于使用加样针及吸头多次吸弃废液容易产生气溶胶污染，造成检测结果假阳性。同时因吸弃废液多次使用有限数量的移液针，所需时间长，提取速度慢，另外提取液在管壁上的残留影响核酸提取纯度。已有方式2：利用温控震荡模块对提取板进行敞口震荡混匀，该方式很容易造成液体飞溅和气溶胶污染。另外该方式也在核酸提取管或板等容器外部利用磁性模块进行磁珠的分离，再用吸头吸弃各核酸提取液。该方式缺陷在于使用加样针及吸头多次吸弃废液容易产生气溶胶污染，造成检测结果假阳性。同时因吸弃废液多次使用有限数量的移液针，所需时间长，提取速度慢，另外提取液在管壁上残留影响核酸提取纯度。
发明内容
本申请旨在提供一种高通量全自动核酸检测仪器及方法，旨在解决现有技术中使用加样针及吸头反复吹吸样本混匀和吸弃废液容易产生的气溶胶污染和吸弃废液所需时间长、提取速度慢、提取液在管壁上残留影响核酸提取纯度的问题。
一方面，本申请提供一种高通量全自动核酸检测仪器，所述高通量全自动核酸检测仪器包括：
底座；
中转模块，所述中转模块设置于所述底座上，所述中转模块用于承载核酸提取板、核酸释放板以及PCR检测板，其中，所述核酸提取板、所述核酸释放板以及PCR检测板上均设有多个板孔，所述核酸提取板和核酸释放板的板孔用于收容提取试剂，所述PCR检测板的板孔用于收容PCR反应液；
机械抓手，所述机械抓手用于转运所述核酸提取板、核酸释放板和PCR检测板；
移液模块，所述移液模块用于将检测样本添加至所述中转模块上的核酸提取板和核酸释放板上的多个板孔内；
核酸提取模块，所述核酸提取模块包括多个磁头组件，所述磁头组件包括驱动装置、套管、磁棒以及磁珠，所述驱动装置用于驱动所述磁棒伸入或拔出所述套管，所述磁棒用于吸附或释放所述磁珠，所述磁珠用于吸附核酸，当所述磁棒伸入所述套管时，所述磁珠被吸附于所述套管的外壁，所述磁珠跟随所述套管在板孔之间转移；当所述磁棒拔出所述套管时，吸附有核酸的所述磁珠被释放在板孔内，从而将核酸转移；
PCR检测模块，所述PCR检测模块设置于所述底座，所述PCR检测模块用于对添加有核酸的所述PCR检测板进行PCR检测，得到检测结果。
可选地，机械抓手的数量可以为一个或多个。在本申请的一个优选实施例中，机械抓手包括第一机械抓手和第二机械抓手，其中，第一机械抓手用于转运核酸提取板和核酸释放板，第二机械抓手用于转运PCR检测板。
可选地，所述驱动装置驱动所述套管转动以及搅拌板孔内的溶液，所述套管的外侧壁设有波纹。
本申请中，通过在套管的外侧壁上设置波纹，一方面可以防止搅拌过程中的液体飞溅，另一方面可以使集中在管底的小体积溶液搅拌得更加均匀。
可选地，所述底座包括核酸提取区域、PCR检测区域以及隔离门，所述隔离门设置在所述核酸提取区域和所述PCR检测区域之间，所述移液模块和所述核酸提取模块位于所述核酸提取区域，所述PCR检测模块位于所述PCR检测区域。
可选地，所述底座上设有封膜模块，所述封膜模块设置在所述PCR检测区域内，所述封膜模块用于对所述机械抓手转运来的添加有核酸的所述PCR检测板进行封膜；所述PCR检测模块用于对封膜后的所述PCR检测板进行检测。
可选地，所述PCR检测模块和所述核酸提取模块之间设有传输模块，所述传输模块穿过所述隔离门，所述隔离门在关闭时截断所述传输模块，所述隔离门在开启时，所述传输模块将添加有核酸的所述PCR检测板从所述核酸提取模块移动至所述PCR检测模块。
可选地，所述底座的边沿竖立设置有防护后板和防护侧板，所述防护后板和所述防护侧板包围所述底座上的各个器件。
可选地，所述机械抓手以及所述移液模块设置于所述防护后板上，所述底座上设有条码扫描模块、样本模块、耗材承载位以及试剂模块，所述样本模块位于所述移液模块的下方，所述样本模块用于承载检测样本，所述条码扫描模块用于对所述样本模块、所述中转模块、所述试剂模块、所述耗材承载位中的检测样本、试剂以及耗材进行条码扫描。
可选地，所述底座上设有废物输送通道，所述废物输送通道位于所述中转模块和所述样本模块之间，所述废物输送通道的一端设有废物收集模块，所述防护后板上设有备用耗材位。
可选地，所述防护后板和所述防护侧板的顶部设有空气过滤罩，所述空气过滤罩上装有排风风扇和空气过滤网，所述空气过滤罩内设有紫外灯，所述紫外灯用于消毒。
另一方面，本申请提供一种高通量全自动核酸检测方法，所述高通量全自动核酸检测方法，包括：
所述移液模块将检测样本添加至所述中转模块上的核酸提取板和核酸释放板上的多个板孔内；
所述机械抓手将核酸提取板抓放到核酸提取模块；
所述核酸提取模块上的多个所述套管伸入所述核酸提取板上的多个板孔内进行搅拌；
所述核酸提取模块的一个或多个所述磁棒伸入所述套管，使吸附有核酸的所述磁珠被吸附于所述套管的外壁；
所述核酸提取模块的多个所述磁头组件整体脱离核酸提取板；
所述核酸提取模块的多个所述磁头组件整体伸入核酸释放板，所述磁棒拔出所述套管释放所述磁珠进入所述核酸释放板的多个板孔内；
所述核酸提取模块上的多个所述套管在所述核酸释放板上的多个板孔内进行旋转搅拌，使所述磁珠上的核酸被洗脱在核酸释放板上；
所述核酸提取模块的一个或多个所述磁棒伸入所述套管，使所述磁珠被吸附于所述套管的外壁；
所述机械抓手将带有核酸的所述核酸释放板移动至所述中转模块上；
所述移液模块将所述核酸释放板内的溶液和所述PCR反应液添加至所述中转模块上的所述PCR检测板上的多个板孔内，得到添加有核酸的所述PCR检测板；
所述机械抓手将添加有核酸的所述PCR检测板转运至PCR检测模块进行检测，得到检测结果。
本申请中，核酸提取试剂可以预先存放在板孔中，也可以通过移液模块加到板孔中。
本申请提供一种高通量全自动核酸检测仪器，本申请实现了磁珠的快速转移，磁珠转移过程不使用加样针吸弃的方式转运废液，各个步骤的废液留存到板孔中，避免了转移过程的交叉污染，通过这种方式避免了已有方式中使用加样针及吸头反复吹吸样本混匀和吸弃废液容易产生气溶胶污染和吸弃废液所需时间长、提取速度慢、提取液在管壁上残留影响核酸提取纯度的缺陷。同时，本申请技术方案也克服了现有技术中采用震荡模块敞口震荡混匀造成的气溶胶污染的缺陷。
除此之外，本申请的高通量全自动核酸检测仪器通过设置隔离门将核酸提取区域和PCR检测区域分隔开，其中PCR检测区域为负压设计，通过排风风扇的排风速度和方向实现压力递减的气压梯度，符合核酸检测的合理压差设置，防止检测过程中发生污染，配合空气过滤网可以进一步防止外界的灰尘对检测造成干扰。本申请中的高通量全自动核酸检测仪器的废物收集模块设置在底座外侧并在外层设置金属壳防护，通过废物输送通道运输使用过的废弃耗材，降低了废物收集模块敞口或与核酸提取区域及PCR检测区域临近而造成的污染。本申请技术方案通过上述结构的配合，显著提高了检测结果的准确性，并降低了污染的风险。
另外，本申请的高通量全自动核酸检测仪器的样本通量大，1次上样多达576份，并且支持多轮次的连续上样，检测通量可达4608份样本，较同类装置的96个样本位有巨大的提高，检测速度也更快。本申请的高通量全自动核酸检测仪器的检测灵敏度也更高，可达40IU/mL。对于部分样本，检测灵敏度甚至可以低至3IU/mL，远高于市面上已有的同类仪器。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例所提供的高通量全自动核酸检测仪器的结构示意图；
图2是本申请实施例所提供的高通量全自动核酸检测仪器的内部结构示意图；
图3是本申请实施例所提供的高通量全自动核酸检测仪器中套管搅拌的示意图；
图4是本申请实施例所提供的高通量全自动核酸检测仪器中磁棒插入套管，磁珠吸附收集于套管下方的示意图；
图5是本申请实施例所提供的高通量全自动核酸检测仪器中磁头组件整体脱离板孔的示意图；
图6是本申请实施例所提供的高通量全自动核酸检测仪器中磁头组件的磁棒脱离套管后磁珠释放的示意图；
图7是本申请实施例所提供的高通量全自动核酸检测仪器中套管的示意图；
图8是本申请实施例提供的高通量全自动核酸检测方法的一个实施例流程示意图。
图中：1-条码扫描模块；2-样本模块；3-移液模块；4-中转模块；5-试剂模块；6-耗材承载位；7-核酸提取模块；8-传输模块；9-隔离门；10-封膜模块；11-PCR检测模块；12-第一机械抓手；13-第二机械抓手；14-废物输送通道；141-废物收集模块；15-备用耗材位；16-空气过滤罩；17-防护侧板；18-防护后板；19-排风风扇；20-底座；30-磁头组件；31-套管；32-波纹；33-磁珠；34-板孔；35-磁棒。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“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申请和简化描述，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申请的限制。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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本申请，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本申请。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本申请的描述变得晦涩。因此，本申请并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。
本申请实施例提供一种高通量全自动核酸检测仪器及方法，以下分别进行详细说明。
首先，本申请实施例中提供一种高通量全自动核酸检测仪器，该高通量全自动核酸检测仪器包括：底座；中转模块，中转模块设置于底座上，中转模块用于承载核酸提取板、核酸释放板以及PCR检测板，其中，核酸提取板、核酸释放板以及PCR检测板上均设有多个板孔，核酸释放板的板孔用于收容提取的核酸，PCR检测板的板孔用于收容PCR反应液；第一机械抓手，第一机械抓手用于转运核酸提取板；第二机械抓手，第二机械抓手用于转运PCR检测板；移液模块，移液模块用于将检测样本和提取试剂添加至中转模块上的核酸提取板上的多个板孔内；核酸提取模块，核酸提取模块包括多个磁头组件，磁头组件包括驱动装置、套管、磁棒以及磁珠，驱动装置用于驱动磁棒伸入或拔出套管，磁棒用于吸附或释放磁珠，磁珠用于吸附核酸，当磁棒伸入套管时，磁珠被吸附于套管的外壁，磁珠跟随套管在板孔之间转移；当磁棒拔出套管时，吸附有核酸的磁珠被释放在板孔内，从而将核酸转移；PCR检测模块，PCR检测模块设置于底座，PCR检测模块用于对添加有核酸的PCR检测板进行PCR检测，得到检测结果。
参阅图1-图7，本申请实施例中，高通量全自动核酸检测仪器包括：底座20、中转模块4、第一机械抓手12、第二机械抓手13、移液模块3、核酸提取模块7、PCR检测模块11。其他实施例中，各功能模块的位置可以根据具体的排布形式及空间要求进行位置的变化，这些简单的变换均落于本发明的保护范围之列。
其中，底座20为一平台。
本申请实施例中，中转模块4设置于底座20上，中转模块4用于承载核酸提取板、核酸释放板以及PCR检测板。其中，核酸提取板、核酸释放板以及PCR检测板上均设有多个板孔34，核酸释放板的板孔34用于收容提取试剂，PCR检测板的板孔34用于收容PCR反应液。
本申请实施例中，第一机械抓手12用于转运核酸提取板和核酸释放板。
本申请实施例中，第二机械抓手13用于转运将PCR检测板。
本申请实施例中，移液模块3用于将检测样本添加至中转模块4上的核酸提取板上的多个板孔34内。具体的，核酸提取板、核酸释放板以及PCR检测板上均设有96个板孔34。
本申请实施例中，核酸提取模块7包括多个磁头组件30，磁头组件30包括驱动装置、套管31、磁棒35以及磁珠33，驱动装置用于驱动磁棒35伸入拔出套管31，磁棒35用于吸附或释放磁珠33，磁珠33用于吸附核酸，当磁棒35伸入套管31时，磁珠33被吸附于套管31的外壁，磁珠33跟随套管31在板孔34之间转移；当磁棒35拔出套管31时，吸附有核酸的磁珠33被释放在板孔34内，从而将核酸转移。
本申请实施例中，PCR检测模块11设置于底座20，PCR检测模块11用于对添加有核酸的PCR检测板进行PCR检测，得到检测结果。
本申请通过磁棒35转移磁珠33进行核酸的提取。带有磁棒35的磁头组件30可上下运动，套管31在板孔34内进行旋转运动，使样本和核酸提取各试剂混合。当磁棒35插入套管31并伸入到板孔34中时，利用磁棒35的磁场，磁珠33吸附聚集到磁棒35外部的套管31上与提取溶液分离。套管31吸附磁珠33之后，磁棒35向上抬离板孔34，磁珠33释放入下一个板孔34中，磁头组件30一次性可转移96个板孔34的磁珠33，实现了磁珠33的快速转移。磁珠33转移过程不使用加样针吸弃的方式转运废液，各个步骤的废液留存到板孔34中，避免转移过程的交叉污染。本申请通过这种方式克服了已有方式中使用加样针及吸头反复吹吸样本混匀和吸弃废液容易产生气溶胶污染和吸弃废液所需时间长、提取速度慢、提取液在管壁上残留影响核酸提取纯度的缺陷。
本申请实施例中，驱动装置驱动套管31转动以及搅拌板孔34内的溶液，套管31的外侧壁设有波纹32。在新的板孔34中，磁棒35向上抽离套管31，磁棒35与磁珠33的磁力吸附分开，套管31在提取试剂中进行旋转，实现磁珠33在提取溶液中的释放。套管31上有波纹32，能更好地起到对样本、磁珠33和提取试剂搅拌的效果。本申请通过这种方式克服了已有方式中使用加样针反复吹吸混匀和使用震荡模块敞口震荡混匀造成的气溶胶污染的缺陷。
本申请实施例中，底座20包括核酸提取区域、PCR检测区域以及隔离门9，隔离门9设置在核酸提取区域和PCR检测区域之间，移液模块3和核酸提取模块7位于核酸提取区域，PCR检测模块11位于PCR检测区域。
本申请实施例中，底座20上设有封膜模块10，封膜模块10设置在PCR检测区域内，封膜模块10用于对第二机械抓手13转运来的添加有核酸的PCR检测板进行封膜；PCR检测模块11用于对封膜后的PCR检测板进行检测。
本申请实施例中，PCR检测模块11和核酸提取模块7之间设有传输模块8，传输模块8穿过隔离门9，隔离门9在关闭时截断传输模块8，隔离门9在开启时，传输模块8将添加有核酸的PCR检测板从核酸提取模块7移动至封膜模块10或PCR检测模块11。
本申请实施例中，底座20的边沿竖立设置有防护后板18和防护侧板17，防护后板18和防护侧板17包围底座20上的各个器件。
本申请实施例中，第一机械抓手12，第二机械抓手13以及移液模块3设置于防护后板18上，底座20上设有条码扫描模块1、样本模块2、耗材承载位6以及试剂模块5，样本模块2位于移液模块3的下方，样本模块2用于承载检测样本，条码扫描模块1用于对样本模块2、中转模块4、试剂模块5、耗材承载位6中的检测样本、试剂以及耗材进行条码扫描。
本申请实施例中，防护后板18和防护侧板17的顶部设有空气过滤罩16，空气过滤罩16上装有排风风扇19和空气过滤网，空气过滤罩16内设有紫外灯，紫外灯用于消毒。
本申请中的高通量全自动核酸检测仪器分为核酸提取区域和PCR检测区域，PCR检测区域独立分开，PCR检测区域由独立的机箱隔离，PCR检测区域内为负压，通过可开闭的隔离门9传输PCR检测板，预防扩增产物泄露造成其他区域的污染。空气过滤罩16和PCR检测区域里为负压设计，起到防止外界灰尘等对检测造成干扰的作用，设置有排风风扇19和空气过滤网，通过风扇的排风速度和方向实现核酸提取区域和PCR检测区域形成空气压力递减的气压梯度，符合核酸检测的合理压差设置，防止检测过程中的污染。空气过滤罩16内装有紫外灯，检测结束后紫外灯对各个检测区域进行照射消毒，消除检测中的核酸污染。解决现有技术各功能区域无有效分割、空气流动无有效控制、容易造成检测交叉污染的缺陷。
本申请实施例中，底座20上设有废物输送通道14，废物输送通道14位于中转模块4和样本模块2之间，废物输送通道14的一端设有废物收集模块141，废物收集模块141位于底座20之外，防护后板18上设有备用耗材位15。本申请通过废物输送通道14将废物移动至废物收集模块141，废物收集模块141设置在底座20之外，位于核酸提取区域和PCR检测区域之外，开口小，只供移液吸头弃用，废物收集模块141内层为塑料垃圾袋，外层有金属壳防护。解决了现有技术中废物垃圾仓敞口且在检测区域内与配液区域紧邻容易造成废弃物污染的缺陷。
本申请实施例中，移液模块3可含有1至96个加样通道，可使用加样针或吸头。样本模块2中的样本位可为1至1000个。中转模块4、试剂模块5可为1至100个。封膜模块10可采用热封膜模块或胶黏膜封膜模块。传输模块8可放置在PCR检测区域内，也可放置于其他区域。
本申请中的PCR检测模块11的PCR检测板出入仓口可使用推拉式开启关闭的方式，也可以采用掀盖式开启关闭的方式。
如图7所示，套管31上部设有波纹32状结构能防止搅拌中液体飞溅到板孔34外。套管31中部和下部带有波纹32状的结构，能使溶液尤其是集中在管底的小体积溶液搅拌更均匀。
参阅图8，图8是本申请实施例提供的高通量全自动核酸检测方法的一个实施例流程示意图。该高通量全自动核酸检测方法包括201-212：
201、移液模块3将检测样本添加至中转模块4上的核酸提取板上的多个板孔34内。
本申请实施例中，步骤201之前，条码扫描模块1可对样本模块2、耗材承载位6以及试剂模块5中的检测样本、试剂和耗材进行条码扫描。扫描信息记录在仪器电脑中。实现检测全流程的条码监测。
本申请实施例中，移液模块3含机械臂和加样针或吸头，可插取耗材模块中的移液吸头后，对样本模块2中的样本和试剂模块5中的核酸试剂进行移液，添加到中转模块4中的各个核酸提取板中的多个板孔34内。
202、控制第一机械抓手12将核酸提取板抓放到核酸提取模块7上进行核酸提取。
本申请实施例中，在移液完成后，控制第一机械抓手12将核酸提取板抓放到核酸提取模块7上进行核酸提取。
203、核酸提取模块7上的多个套管31伸入核酸提取板上的多个板孔34内进行旋转搅拌。
本申请实施例中，多个磁头组件30的套管31和多个核酸提取板上的板孔34对应。如图3所示，核酸提取模块7上的多个套管31伸入核酸提取板上的多个板孔34内进行搅拌。可以通过上下移动和旋转套管31进行旋转搅拌，使样本和核酸提取各试剂混合。
204、核酸提取模块7的多个磁棒35伸入套管31，使吸附有核酸的磁珠33被吸附于套管31的外壁。
如图4所示，磁棒35伸入套管31时，磁珠33被吸附于套管31的外壁，磁珠33被套管31收集，磁珠33跟随套管31在板孔34之间转移。
205、核酸提取模块7的多个磁头组件30整体脱离核酸提取板。
如图5所示，核酸提取模块7的多个磁头组件30整体脱离核酸提取板。
206、核酸提取模块7的多个磁头组件30整体伸入核酸释放板，磁棒35拔出套管31释放磁珠33进入核酸释放板的多个板孔34内。
如图6所示，核酸提取模块7的多个磁头组件30整体伸入核酸释放板，磁棒35拔出套管31释放磁珠33进入核酸释放板的多个板孔34内，实现磁珠33的转移。
207、核酸提取模块7上的多个套管31在核酸释放板上的多个板孔34内进行旋转搅拌，使磁珠33上的核酸被洗脱在核酸释放板上。
套管31在核酸释放板内的提取试剂中进行旋转，实现磁珠33在提取溶液中的释放。套管31上有波纹32，能更好地起到对样本、磁珠33和提取试剂搅拌的作用。其中，通过提取试剂的提取，核酸被留在核酸释放板内。
208、核酸提取模块7的多个磁棒35伸入套管31，使磁珠33被吸附于套管31的外壁。
本申请实施例中，样本经核酸提取试剂的裂解、磁珠33核酸吸附、洗涤后，吸附有核酸的磁珠33从核酸提取模块7转移到装有洗脱液的核酸释放板中进行洗脱，磁珠33被磁棒35及套管31收集分离，完成核酸的提取。
209、第一机械抓手12将带有核酸的核酸释放板移动至中转模块4上。
第一机械抓手12将完成核酸提取的核酸释放板转移到中转模块4上。
210、移液模块3将核酸释放板内的溶液和PCR反应液添加至中转模块4上的PCR检测板上的多个板孔34内，得到添加有核酸的PCR检测板。
本申请实施例中，移液模块3的加样针取用耗材模块中的吸头吸取试剂模块5中的PCR反应试剂各组分配制成PCR反应液，并将PCR反应液吸取分配到中转模块4的PCR检测板的板孔34内。之后将核酸释放板中的溶液转移到中转模块4的PCR检测板的板孔34内，从而完成PCR反应液的配制。
211、第二机械抓手12将添加有核酸的PCR检测板转运至传输模块8进行封膜，得到封膜后的PCR检测板。
本申请实施例中，第一机械抓手12将添加有核酸的PCR检测板从中转模块4移动至传输模块8上。隔离门9打开，传输模块8通过传输轨道将添加有核酸的PCR检测板运送到PCR检测区域，之后隔离门9关闭。第二机械抓手13将PCR检测板转移到封膜模块10上，封膜模块10内的PCR检测板被封膜。
212、第二机械抓手13将封膜后的PCR检测板转运至PCR检测模块11进行检测，得到检测结果。
第二机械抓手13将封膜后的PCR检测板转移到PCR检测模块11内进行荧光PCR扩增检测，检测完成后软件自动对检测数据进行分析，生成检测结果。
检测过程中的废弃吸头被储存在废物收集模块141中，提取过程中的各种提取废液被留在相应的提取板中，无需另外收集废液，废物处理方便。防护后板18和防护侧板17在检测过程中处于关闭状态并被锁定，确保了检测过程的密闭性和人员安全性。空气过滤罩16起到防止外界灰尘等对检测的干扰的作用，空气过滤罩16上装有排风风扇19和空气过滤网。通过排风风扇19的排风速度和方向实现样本区域、核酸提取区域和PCR检测区域形成空气压力递减的气压梯度，符合核酸检测的合理压差设置，防止检测过程中的污染。同时PCR检测区域由独立的机箱隔离，机箱内为负压，通过可开闭的隔离门9传输PCR检测板，预防扩增产物泄露造成其他区域的污染。空气过滤罩16内装有紫外灯，检测结束后紫外灯对各个检测区域进行照射，消除检测中的核酸污染。
本申请的高通量全自动核酸检测仪器的样本通量大，样本模块2可放置1至多列样本，1次上样多达576份，同时支持多轮次连续上样，可采取1、6、8、24、48份样本混合成1孔进行合并检测，每次实验检测通量高达4608份样本，较目前同类装置的96个样本位有巨大提高。本申请的高通量全自动核酸检测仪器的核酸提取模块7含48/96个磁头组件30，可一次提取96孔样本，比已有装置使用的1至8针移液装置一次提取1-8孔样本，提取速度提高了12倍，提取转移磁珠33过程不使用加样针吸弃的方式转运废液，也节省了提取时间。使用本申请仪器搭配乙型肝炎病毒/丙型肝炎病毒/人类免疫缺陷病毒（1+2）型核酸检测试剂检测献血员的558份血浆样本和3份质控品全程检测时间合计为4小时。比常规仪器罗氏cobasAmpliPrep/cobas TaqMan 检测系统检测同类样本用时6.5 小时快2.5小时。检测献血员的4464份血浆样本和3份质控品全程检测时间为8.25小时。实例验证如下：
(1)6份样本混合检测方式检测实例
使用本申请仪器搭配乙型肝炎病毒/丙型肝炎病毒/人类免疫缺陷病毒（1+2）型核酸检测试剂（购自北京万泰生物药业股份有限公司）检测献血员的558份血浆样本和3份质控品样本。统计检测用时。
步骤1：完成3份质控品和558份样本条码扫描、并将每6份血浆样本汇集混合成1份样本，完成样本加样的时间为45分钟；
步骤2：试剂添加和核酸提取时间为96分钟；
步骤3：PCR试剂配制时间为6分钟；
步骤4：PCR反应体系构建时间为13分钟；
步骤5：PCR封膜、PCR检测时间为80分钟。
以上全程检测时间合计为240分钟，为4小时。比常规仪器罗氏cobas AmpliPrep/cobas TaqMan 检测系统检测同类样本用时6.5 小时快2.5小时。
(2)48份样本混合检测方式检测实例
使用本申请仪器搭配乙型肝炎病毒/丙型肝炎病毒/人类免疫缺陷病毒（1+2）型核酸检测试剂检测献血员的4464份血浆样本和3份质控品样本。统计检测用时。
步骤1：完成3份质控品和4464份样本条码扫描、并将每48份血浆样本汇集混合成1份样本，完成样本加样的时间为300分钟；
步骤2：试剂添加和核酸提取时间为96分钟；
步骤3：PCR试剂配制时间为6分钟；
步骤4：PCR反应体系构建时间为13分钟；
步骤5：PCR封膜、PCR检测时间为80分钟。
以上全程检测时间合计为495分钟，为8.25小时。
本申请的核酸提取模块采用磁棒和套管吸附、分离转移磁珠，避免了使用加样针反复吹吸混匀或使用震荡模块敞口震荡混匀造成的交叉污染。实例验证如下：
防交叉污染性能验证：
使用由阴性和阳性样本组成的血清盘验证，血清盘（购自北京康彻思坦生物技术有限公司）含：24份HBV和HCV混合阳性样本（PC）：HBV浓度为6.6×104IU/mL，HCV浓度为3.3×104IU/mL，规格：2mL/支。72份阴性样本（NC）：阴性人血浆。仪器进行交叉加样，每个阳性样本周围均为阴性样本，样本检测提取和扩增板排布如下表1所示；
表1
统计检测结果的阴阳符合率，验证本申请检测强阳性DNA和RNA样本的防交叉污染性能。
检测结果统计分布如下表2所示；
表2
注：-代表阴性结果，+代表阳性结果。
阳性孔检测均为阳性，符合率24/24；阴性孔检测均为阴性，符合率72/72，阴性样本无检测污染，说明本申请对DNA和RNA强阳性样本检测的防交叉污染性能极好。
本申请的核酸提取模块采用磁棒套管混匀及转移磁珠的方式进行核酸的提取，废液被存留在板孔中，和依靠移液器转移提取废液相比，避免了废液残留对核酸提取纯度的影响。使用本申请仪器搭配乙型肝炎病毒/丙型肝炎病毒/人类免疫缺陷病毒（1+2）型核酸检测试剂（购自北京万泰生物药业股份有限公司），检测中国食品药品检定研究院的国家参考品，HBV DNA检测灵敏度达3IU/mL，HCV RNA检测灵敏度达10IU/mL，HIV-1 RNA检测灵敏度达40IU/mL，HIV-2 RNA检测灵敏度达10IU/mL。均高于目前已上市的同类检测系统。实例验证如下：
检测灵敏度性能验证：
将中国食品药品检定研究院的国家参考品用血浆样本稀释至以下浓度：HBV DNA3IU/mL，HCV RNA 10IU/mL，HIV-1 RNA 40IU/mL，HIV-2 RNA 10IU/mL，分装规格：2mL/支，样本具体背景见下表3：
表3
使用本申请仪器搭配乙型肝炎病毒/丙型肝炎病毒/人类免疫缺陷病毒（1+2）型核酸检测试剂进行检测。每个浓度样本检测20支。统计每个项目每个浓度样本的检出率，四个项目重复检出率均100%。结果如下表4所示；
表4
本申请中的高通量全自动核酸检测仪器分为核酸提取区域和PCR检测区域，PCR检测区域独立分开，PCR检测区域由独立的机箱隔离，PCR检测区域内为负压，通过可开闭的隔离门9传输PCR检测板，预防扩增产物泄露造成其他区域的污染。空气过滤罩16和PCR检测区域里为负压设计，起到防止外界灰尘等对检测造成干扰的作用，设置有排风风扇19和空气过滤网，通过风扇的排风速度和方向实现核酸提取区域和PCR检测区域形成空气压力递减的气压梯度，符合核酸检测的合理压差设置，防止检测过程中的污染。空气过滤罩16内装有紫外灯，检测结束后紫外灯对各个检测区域进行照射，消除检测中的核酸污染。解决现有技术各功能区域无有效分割、空气流动无有效控制、容易造成检测交叉污染的缺陷。
本申请废物收集模块141设置在检测区域外，只供移液吸头弃用，内层为塑料垃圾袋，外层有金属壳防护，防止废弃物对其他区域造成污染。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见上文针对其他实施例的详细描述，此处不再赘述。
具体实施时，以上各个单元或结构可以作为独立的实体来实现，也可以进行任意组合，作为同一或若干个实体来实现，以上各个单元或结构的具体实施可参见前面的方法实施例，在此不再赘述。
以上各个操作的具体实施可参见前面的实施例，在此不再赘述。
以上对本申请实施例所提供的一种高通量全自动核酸检测仪器及方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (10)
1.一种高通量全自动核酸检测仪器，所述高通量全自动核酸检测仪器包括：
底座；
中转模块，所述中转模块设置于所述底座上，所述中转模块用于承载核酸提取板、核酸释放板以及PCR检测板，其中，所述核酸提取板、所述核酸释放板以及PCR检测板上均设有多个板孔，所述核酸提取板和核酸释放板的板孔用于收容提取试剂，所述PCR检测板的板孔用于收容PCR反应液；
机械抓手，所述机械抓手用于转运所述核酸提取板、核酸释放板和PCR检测板；
移液模块，所述移液模块用于将检测样本添加至所述中转模块上的核酸提取板和核酸释放板的多个板孔内；
核酸提取模块，所述核酸提取模块包括多个磁头组件，所述磁头组件包括驱动装置、套管、磁棒以及磁珠，所述驱动装置用于驱动所述磁棒伸入或拔出所述套管，所述磁棒用于吸附或释放所述磁珠，所述磁珠用于吸附核酸，当所述磁棒伸入所述套管时，所述磁珠被吸附于所述套管的外壁，所述磁珠跟随所述套管在板孔之间转移；当所述磁棒拔出所述套管时，吸附有核酸的所述磁珠被释放在板孔内，从而将核酸转移；
PCR检测模块，所述PCR检测模块设置于所述底座，所述PCR检测模块用于对添加有核酸的所述PCR检测板进行PCR检测，得到检测结果。
2.根据权利要求1所述的高通量全自动核酸检测仪器，其特征在于，所述驱动装置驱动所述套管转动以及搅拌板孔内的溶液，所述套管的外侧壁设有波纹。
3.根据权利要求2所述的高通量全自动核酸检测仪器，其特征在于，所述底座包括核酸提取区域、PCR检测区域以及隔离门，所述隔离门设置在所述核酸提取区域和所述PCR检测区域之间，所述移液模块和所述核酸提取模块位于所述核酸提取区域，所述PCR检测模块位于所述PCR检测区域。
4.根据权利要求3所述的高通量全自动核酸检测仪器，其特征在于，所述底座上设有封膜模块，所述封膜模块设置在所述PCR检测区域内，所述封膜模块用于对所述机械抓手转运来的添加有核酸的所述PCR检测板进行封膜；所述PCR检测模块用于对封膜后的所述PCR检测板进行检测。
5.根据权利要求3所述的高通量全自动核酸检测仪器，其特征在于，所述PCR检测模块和所述核酸提取模块之间设有传输模块，所述传输模块穿过所述隔离门，所述隔离门在关闭时截断所述传输模块，所述隔离门在开启时，所述传输模块将添加有核酸的所述PCR检测板从所述核酸提取模块移动至所述PCR检测模块。
6.根据权利要求1所述的高通量全自动核酸检测仪器，其特征在于，所述底座的边沿竖立设置有防护后板和防护侧板，所述防护后板和所述防护侧板包围所述底座上的各个器件。
7.根据权利要求6所述的高通量全自动核酸检测仪器，其特征在于，所述机械抓手以及所述移液模块设置于所述防护后板上，所述底座上设有条码扫描模块、样本模块、耗材承载位以及试剂模块，所述样本模块位于所述移液模块的下方，所述样本模块用于承载检测样本，所述条码扫描模块用于对所述样本模块、所述中转模块、所述试剂模块、所述耗材承载位中的检测样本、试剂以及耗材进行条码扫描。
8.根据权利要求7所述的高通量全自动核酸检测仪器，其特征在于，所述底座上设有废物输送通道，所述废物输送通道位于所述中转模块和所述样本模块之间，所述废物输送通道的一端伸出所述底座，所述废物输送通道的一端设有废物收集模块，所述废物收集模块位于所述底座之外，所述防护后板上设有备用耗材位。
9.根据权利要求6所述的高通量全自动核酸检测仪器，其特征在于，所述防护后板和所述防护侧板的顶部设有空气过滤罩，所述空气过滤罩上装有排风风扇和空气过滤网，所述空气过滤罩内设有紫外灯，所述紫外灯用于消毒。
10.一种高通量全自动核酸检测方法，其特征在于，应用于权利要求1-9任意一项所述的高通量全自动核酸检测仪器，所述高通量全自动核酸检测方法，包括：
所述移液模块将检测样本添加至所述中转模块上的核酸提取板和核酸释放板上的多个板孔内；
所述机械抓手将核酸提取板抓放到核酸提取模块；
所述核酸提取模块上的多个所述套管伸入所述核酸提取板上的多个板孔内进行搅拌；
所述核酸提取模块的一个或多个所述磁棒伸入所述套管，使吸附有核酸的所述磁珠被吸附于所述套管的外壁；
所述核酸提取模块的多个所述磁头组件整体脱离核酸提取板；
所述核酸提取模块的多个所述磁头组件整体伸入核酸释放板，所述磁棒拔出所述套管释放所述磁珠进入所述核酸释放板的多个板孔内；
所述核酸提取模块上的多个所述套管在所述核酸释放板上的多个板孔内进行旋转搅拌，使所述磁珠上的核酸被洗脱在核酸释放板上；
所述核酸提取模块的一个或多个所述磁棒伸入所述套管，使所述磁珠被吸附于所述套管的外壁；
所述机械抓手将带有核酸的所述核酸释放板移动至所述中转模块上；
所述移液模块将所述核酸释放板内的溶液和所述PCR反应液添加至所述中转模块上的所述PCR检测板上的多个板孔内，得到添加有核酸的所述PCR检测板；
所述机械抓手将添加有核酸的所述PCR检测板转运至PCR检测模块进行检测，得到检测结果。
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| CN117247834A (zh) | 2023-12-19 |
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