CN203700334U - 核酸提取仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种核酸提取仪，包括：基座、与基座相连的外机壳、位于外机壳的内部并且被安装到基座的仪器主体；仪器主体包括电源组和至少一组用于控制电源能量输出的电源管理组件。核酸提取仪所包括的电源调节器用于把在核酸提取仪运行过程中可能产生的瞬时过载电压或者过载电流转换成热能而消耗掉，以避免因温度过高而烧毁电源调节器。

Description

核酸提取仪

技术领域

本实用新型涉及一种核酸提取仪。

背景技术

在基因工程和蛋白质工程技术研究领域，核酸分子是主要研究对象，而核酸的分离和线性化是核酸研究的基本技术。核酸是代表生命体遗传特征的基本单元，核酸检测是在分子水平上进行先进的生物检测，相比传统的形态学检测、细胞学检测、免疫学检测等更具灵敏性、特异性、无窗口期等显著优点。核酸检测包括定性PCR、分子杂交，实时荧光定量PCR等技术，这些核酸检测技术的首要关键是要完成对生物样本的核酸进行提取，因此有效、准确地提取核酸模板成为了后续核酸检测的前提。目前，国内核酸提取主要采用传统的手工制备方法，不仅效率低下，成本高，而且重复性和稳定性都不好。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种核酸提取仪，尤其是一种全自动化的核酸提取仪。

本实用新型核酸提取仪，包括：基座、与基座相连的外机壳、位于外机壳的内部并且被安装到基座的仪器主体；仪器主体包括电源组和至少一组用于控制电源能量输出的电源管理组件。

进一步地，电源管理组件被固定在电源组的上方。

进一步地，电源管理组件包括至少一块印刷电路板、若干电容和电阻，以及至少一个电源调节器和紧贴电源调节器的散热器。

进一步地，电源调节器包括用于把在核酸提取仪运行过程中可能产生的瞬时过载电压或者过载电流转换成热能而消耗掉的发热电子元器件。

进一步地，所述发热电子元器件选自于电阻、电容、IC集成电路、三极管、陶瓷。

本实用新型有益效果是：核酸提取仪所包括的电源调节器用于把在核酸提取仪运行过程中可能产生的瞬时过载电压或者过载电流转换成热能而消耗掉，以避免因温度过高而烧毁电源调节器。

附图说明

图1是本实用新型核酸提取仪的示意图。

图2是图1移除外机壳和底座后的示意图。

图3是图2之另一视角的示意图。

图4是本实用新型核酸提取仪去掉内、外机壳后的示意图。

图5是图4的另一视角的示意图。

图6是图5移除部分部件后的示意图。

图7是图6移除部分部件后的示意图。

图8与图4相似，是本实用新型核酸提取仪处于初始状态时的示意图。

图9与图8相似，是本实用新型核酸提取仪插入磁套后的示意图。

图10与图9相似，是本实用新型核酸提取仪放置深孔板后的示意图。

图11与图10相似，是本实用新型核酸提取仪的磁棒套进入深孔板后的示意图。

图12是本实用新型核酸提取仪的磁棒套和磁棒均进入深孔板后在第一位置时的平面示意图。

图13与图12相似，但第一电机组驱动第二、第三电机组移动到第二位置时的平面示意图。

图14是本实用新型核酸提取仪的磁棒套和磁棒吸附磁珠和核酸后的示意图。

图15是本实用新型核酸提取仪的磁棒套和磁棒运动过程中的平面示意图。

图16与图13相似，但磁棒套和磁棒均进入深孔板的第二位置时的平面示意图。

图17是操作台的平面示意图。

图17A是图17中标示部位的局部放大视图。

图18是操作台的另一角度的平面示意图。

图18A是图18中标示部位的局部放大视图。

图19是与图18相似的平面示意图，开关处于触发状态。

图19A是图19中标示部位的局部放大视图。

图20－23是夹具工作示意图。

图24是电源控件部件的放大示意图。

图24A是图24的局部放大图。

图25是第一电机组的放大示意图。

图26是第三电机组的放大示意图。

图27是本实用新型核酸提取仪移除部分部件后的示意图。

图27A是图27的局部放大示意图。

图28是本实用新型核酸提取仪之底板和操作台的示意图。

图28A是图28的局部放大示意图。

图29是图28移除操作面板后的示意图。

图30是从下向上看底板的示意图。

图31是本实用新型的原理示意图。

图32是本实用新型核酸提取仪之门的示意图。

图32A是图32之局部放大示意图。

图33是本实用新型核酸提取仪之门的局部放大示意图。

图33A是图33之局部放大示意图。

图34是本实用新型核酸提取仪的操作流程示意图。

图35是本实用新型核酸提取仪夹紧深孔板和对深孔板进行加热的示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图对本实用新型进行详细的说明。这些具体的实施例仅仅是在不违背本实用新型精神下的有限列举，并不排除本领域的一般技术人员把现有技术和本实用新型结合而产生的其他具体的实施方案。

如图1所示，本实用新型核酸提取仪1包括位于底部的基座10、位于基座之上的外机壳20、位于外机壳的内部并且固定到基座10的仪器主体30。基座10选用比重较重、成本低廉的材料制作（如铸铁、钢材，或者钢板内填充混泥土等），以使基座具有较大的质量，从而可有效防止核酸提取仪在运行过程中发生振动和位移。外机壳20优先选用0.1－2.0毫米厚的不锈钢板经冷轧和冷切割等工艺加工制作。在其它的方案中，外机壳20也可以选用塑料材料，采用注塑成型工艺制作，以便降低成本。在外机壳20上还可以设计若干条相互平行或者纵横交错的筋或者肋，以提高外机壳的强度。优选地，根据选用的材料不同，对外机壳20还可以进行喷漆、电脑喷绘、电脑雕刻、蚀刻或电镀等工艺处理，以使外机壳具有更佳的外观。外机壳20在面对操作者的那一面，即核酸提取仪1的正面，设计有仪表面板22和可以多次开启和关闭的门24。其中，仪表面板22上可以设计有显示屏和若干个操作键，方便操作者进行操作。优选地，仪表面板22上设计有触摸液晶显示屏，从而方便操作者可以直接触摸液晶显示屏进行操作。

如图2－6所示，仪器主体30包括固定到前述基座10的底板32、内机壳34、龙门架36、操作台38、电源组40、主控装置42和第一电机组44、第二电机组46以及第三电机组48。底板32提供至少一个用于支撑前述组件的平面。优选地，底板32是厚度介于1.0－10.0毫米的钢板，它应当具备适度的刚性并且能够保持至少一个面成一个平面的形状，不容易发生弯曲、扭曲和局部翘起等。为节约成本，在满足上述要求的条件下，底板32也可以由硬质塑料经注塑成型工艺制作，或者选用硬质木材、竹材经木工加工工艺制作。在一个实施例中，当底板32具有足够的厚度、刚性和质量时，底板32也可以充当基座10。其中，在一个较佳的实施例中，内机壳34、龙门架36、操作台38、电源组40和第一电机组44分别被固定到所述底板32上。为了节约空间，主控装置42被安置在电源组40的背面（如图3所示）。如图6和图7所示，第一电机组44被固定在底板32上，并且与底板大致平行；第二电机组46和第三电机组48藉由电机支架50安装到第一电机组44上。第二电机组46和第三电机组48相邻并排，并且其轴线分别与底板32大致垂直。龙门架36上设计有一个导轨37，电机支架50对应该导轨37外设计一个滑块51， 滑块51被限定在导轨37内滑动。如此设计既可以提高电机支架50在运动中的稳定性，又可以提高本实用新型核酸提取仪在运输和搬动过程中对电机支架50的保护作用。在一种实施方式中，龙门架36包括至少三根梁，其中与电机组滑动连接的那一根梁37包括至少一条滑道43。进一步地，龙门架的另外二根梁39和41被分别固定至基座。

如图4所示，操作台38包括一个邻近核酸提取仪1之正面的偏平的、大致呈长方体形的操作面板52。操作面板52应当具有适当的刚性和强度，不容易变形。操作面板52可以由不锈钢板经冷加工工艺制作，或者由硬质塑料经注塑成型工艺制作。操作面板52包括一个与底板32大致平行的台面，提取核酸的人工操作基本上都是在此台面上完成的。在门24处于开启状态时，操作者可以双手或者单手从门24进入，在操作台38上进行提取核酸的操作。在操作台38的后方（即比操作台38更远离核酸提取仪正面的位置，请参阅图6和图7），安装有第一电机组44。第一电机组44的轴线方向与操作台38的纵长方向大致平行。

电源组40包括将220伏特或者110伏特的通用电压转换成适合驱动本实用新型核酸提取仪内部各种电子元器件之电压的元器组件（未标号）和至少一组电源管理组件54。为节省空间，电源管理组件54被固定在电源组40的上方（如图4和图5所示）。请参阅图24和图24A，电源管理组件54包括至少一块印刷电路板56、若干电容、电阻等电子元器件，以及至少一个电源调节器58和散热器60。散热器60紧贴电源调节器58。电源调节器58包括发热电子元器件，用于把在核酸提取仪运行过程中可能产生的瞬时过载电压或者过载电流转换成热能而消耗掉。散热器60则用于把电源调节器58产生的热能及时导走，从而给电源调节器58降温，以避免因温度过高而烧毁电源调节器58。

如图6所示，电机支架50包括大致相互垂直的第一面板62和第二面板64，其中，第一面板62上固定有第二电机组46和第三电机组48，第二面板64被固定至第一电机组44。电机支架50可以由钢板经冷加工工艺制作，也可以由硬质塑料经注塑成型工艺制作。电机支架50整体上大致呈大写字母“L”形。为提高电机支架50的强度，并且节省用料和降低重量，在第一面板62和第二面板64大致呈90度角的那个夹角设置至少一条筯或者肋66。如图6和图25所示，第一电机组44包括固定在底板32上的相对于底板32不能产生相对位移的电机68、藉由连接器70与电机68的轴同轴线连接的滚珠丝杆72、连接至滚珠丝杆72的滑块74和对滑块74起导向作用的导轨76。当第一电机组44工作时，电机68的轴通过连接器带动滚珠丝杆72沿其轴线转动。滚珠丝杆72的轴线转动驱动滑块74沿滚珠丝杆的轴线做往复移动。因为电机支架50的第二面板64是被固定至第一电机组44上的滑块74的，所以，当滑块74沿滚珠丝杆72的轴线做往复移动时，滑块74驱动电机支架50和第二、三电机组46、48在平行于底板32的平面和操作台38的纵长方向在位置“A”和“B”之间做往复移动（如图25所示）。

如图8所示，本实用新型核酸提取仪包括固定连接至第二电机组46之滑块的磁棒架78和固定连接至第三电机组48之滑块的磁棒套架80。磁棒架78向下设有若干排磁棒82，每排有若干根磁棒（优选为4X8根磁棒）。磁棒套架80向下设有与磁棒排数对应数量（如四个）的槽道84。每个槽道84可以插入一个磁棒套。

图8－16示意了本实用新型核酸提取仪1的运行过程。在起始位置时，磁棒架78与磁棒套架80是相互分开的，并且与操作台38相隔足够大的距离。本实用新型核酸提取仪1按照下列步骤依次运行。第一步，加样――把加入样本后的深孔板（又叫96孔板）88放入到操作台38的指定位置处，然后，把磁棒套86固定到磁棒套架80的槽道84。第二步，裂解――启动第三电机组48，使磁棒套架80带动磁棒套86下行，直到磁棒套86进入深孔板88之指定排的孔内，然后，第三电机组48带动磁棒套架80和磁棒套86一起按选自于（2－100）HZ（优选2、4、8、16、21、30、50、80、100HZ）的频率振动预定时间，磁棒套86之远离磁棒套架80的那一端在深孔板88的孔内绞拌样本、裂解液和磁珠（已被预先放置在深孔板的孔内）的混合物，使样本中的核酸从样本中分离出来（即核酸被裂解），并且被吸附到磁珠上。第三步，吸附――第二电机组46启动并带动磁棒套架78下行，直到磁棒82进入磁棒套86的指定位置，静置预定时间，使全部磁珠连同从样本里裂解出来的核酸一起被吸附在磁棒套86的外表面，然后，磁棒套架78和磁棒套86一起上行再使磁棒套86和磁棒82一起进入深孔板88之指定排的洗涤孔内进行洗涤，以除去杂质。第四步，洗脱――磁棒套架78和磁棒套86一起由洗涤孔进入到洗脱孔内，在洗脱液的作用下，核酸从磁珠中释放出来。第五步，回收磁珠――将吸附在磁棒套86之外表面的磁珠由洗脱孔转移至磁珠回收孔内，磁棒82离开磁棒套86。第六步，弃磁――磁棒套86在磁珠回收孔内振动，使磁珠全部从磁棒套86的外表面脱落。第七步，清理――卸下磁棒套86，移走深孔板，仪器回到起始位置。其中，在裂解、洗脱步骤，需要将深孔板内的样本混合液加热到预先设定的温度范围。

如图7、图25和图26所示，第一、二、三电机组44，46，48的结构大致相同,均采用精确走位的步进电机和滚珠丝杆。本实用新型所采用的步进电机的重复精度（即每一个循环所产生的位移误差）小于0.02毫米。如前所述，第一电机组44的作用是用于按照预先设定的程序驱动第二、三电机组46、48在第一位置和第二位置之间移动。第二电机组46的作用是用于驱动磁棒架78上下移动的。第三电机组48的作用是用于驱动磁棒套架80上下移动和振动。由于第三电机组48要驱动磁棒套架80高频率地振动，振动频率越高，磁棒套架本身的质量产生的惯性对第三电机组48的冲量越大，干扰越大。因此，电机失步（在一个脉冲下，步进电机输出的位移误差超出发设计值的情况称之为电机失步）的发生概率也越大。为了避免电机失步，本实用新型在第三电机组48上设置了一个编码器90。编码器90包括监测步进电机运行状况的元器件和向步进电机发出修正指令的元器件。当步进电机接收一个脉冲后产生的行程与预先设计的值的误差大于预先设定的值（如1.25微米）时，编码器发出一个修正指令，及时修正步进电机按照每个脉冲所输出的行程，从而提前避免了电机失步的发生，提高了第三电机组48驱动磁棒套架80振动的精度。

除了电机组的运行精度以外，影响磁棒套架80和磁棒架78运动精度的因素还包括磁棒套架80和磁棒架78的初始定位精度和最大行程的位置精度。为此，本实用新型采取的技术方案是：在每个电机组之滑块74的外侧边固定一个光感应臂92，而在滑快74的初始位置和最大行程位置各设置一个光耦传感器93。光耦传感器93藉由感应光感应臂92的位置来监控滑块74的位置。因此，本实用新型在采用光耦传感器93后，第一电机组44可以准确地控制第二和第三电机组（也就是磁棒套架80和磁棒架78）对应于深孔板88的裂解、洗涤、洗脱和回收磁珠的位置；第二、三电机组可以准确地控制磁棒套架80和磁棒架78的最低和最高位置。

如图17和图17A所示，在操作台38上设置有若干排活动的加热板94。每一排加热板94包括与深孔板88之底部形状密切吻合的若干个加热孔壁96。加热板94优选金属材料，其内部贯穿有电阻丝等加热部件（未标号），其外周设置有隔热部件（未标号）。在加热板94的下面设置有若干个相互独立的压缩弹簧98，促使加热板94的所有加热孔壁96更加均匀地贴附深孔板88的底部，从而使各个孔的受热更加的均匀。这将大大地提高深孔板88上各个孔内样本的裂解和洗脱效率的一致性，从而大大减小了各个孔内核酸提取效率的误差。

如图23、27、27A和30所示，操作台38包括至少一套用于自动抓紧和松开放置到操作台38上之深孔板88的夹具。该夹具包括位于底板32之下方（即操作台38的背面）的电机100（电机的数量与深孔板的数量对应）、位于操作台38之内部的支撑部104、若干个夹臂106和微动开关108。所述的夹臂106包括一个轴105，支撑部的上下移动推动夹臂绕该轴转动，夹臂的夹头107夹紧或松开深孔板。电机100包括一个凸轮102。在电机100启动时，凸轮102推动支撑部104上、下移动。支撑部104进一步推动夹具106按照杠杆原理进行顺时针或逆时针转动，夹臂106夹紧或者释放深孔板88的外壁。在夹臂106上设置有扭簧（未标号），当操作台38没有放置深孔板88时，扭簧使夹臂保持松开状态，以减少把深孔板88放置到操作台38的阻碍。

如图18、18A、19、19A、20、21、22、23、28和28A所示，微动开关108位于操作台38的一端附近。微动开关108包括一个弹簧片110和一个按钮开关112。图18A是微动开关处于关闭的状态，图19A是微动开关处于开启的状态。当深孔板88被放置到操作台38的预定位置时，深孔板88的侧壁推动弹簧片110压缩按钮开关112，从而开启微动开关108，启动电机100工作。电机100带动凸轮102推动支撑部104向上移动。支撑部104进一步推动夹具106按照杠杆原理转动，使夹臂106夹紧深孔板88的外壁，从而精确固定深孔板88在操作台38上的位置。当提取核酸的全程结束以后需要从操作台38取下深孔板88时，操作者通过仪表面板22发出释放深孔板88的指令。电机100带动凸轮102运转，在弹簧和自身重力的作用下，支撑部104下移。在扭簧的作用下，夹臂106反转，回复到释放深孔板88的状态，并且不对深孔板施加夹持力。因而，操作者可以轻易地从操作台38上移走深孔板88。

如图28、29和30所示，操作台38在其靠近仪表面板22的那一端设置有用于向仪器外散发热量的横流风机114。所述横流风机114被隐藏在操作台38之操作面板52的下方。横流风机114的出风口位于本实用新型核酸提取仪的底部。

如图1、2和3所示，本实用新型核酸提取仪的仪器主体30基本上被基座10和外机壳20所封闭，而仅在基座10的底部为横流风机114设置了出风口。本实用新型核酸提取仪还进一步设置有内机壳34和操作面板52。内机壳34和操作面板52基本上把深孔板88限制在一个相对封闭的空间内。上述结构设计既非常利于防止外部环境影响仪器内部的清洁。

如图32、32A和33、33A所示，本实用新型核酸提取仪1的门24包括门拉手116和门轴118。其中，外机壳20在对应于门拉手116的位置处设置有永磁磁块（未图示），当门关闭时，永磁磁块吸住门拉手116，从而使门24保持闭合状态。门轴118包括固定在固定至基座10的门中轴120和固定至门的底部二端的门轴套122。门中轴120的二端分别被组入到门轴套122内，并且在门中轴120与门轴套122结合处设置有门轴扭簧124。门轴扭簧124使门中轴120与门轴套122之间的结合保持有一定的阻尼系数，从而增加开启和关闭门24时的手感，增加了操作者的愉悦感。

图34示意了本实用新型核酸提取仪的工作原理和步骤。第一步：向深孔板内加入样本（如全血）。第二步：加热并且在磁棒套的机载振动下裂解样本。第三步：磁棒进入磁棒套内并且吸附磁珠和核酸。第四步：在洗涤液的作用下洗涤掉杂质。第五步：在洗脱液的作用下把核酸从磁棒套上洗脱下来。第六步：回收磁珠。第七步：把磁棒移出磁棒套，在磁棒套的机械振动作用下，磁珠从磁棒套脱落，掉入到磁珠回收孔内。

图35示意了图34示意了本实用新型核酸提取仪固定深孔板和对样本进行加热的步骤。第一步：放置深孔板。第二步：触发微动开关。第三步：CPU信号响应。第四步：电机启动。第五步：支撑部上移。第六步：夹臂夹紧。第七步：加热板与深孔板紧密贴合。

本专利申请（包括专利申请说明书和权利要求书）所记载的某部件A被固定至另一部件B或者相类似的描述是指，某部件A被直接或者间接地固定至另一部件B，包括某部件A与另一部件B相互接触地固定连接在一起和某部件A与另一部件B不相互接触、而是通过第三部件固定地连接在一起二种情况。广义地说，只要某部件A与另一部件B不能相对运动，均属于本专利申请所记载的某部件A被固定至另一部件B的范围。

本专利申请所披露的内容仅仅是对本发明创造之具体实施方式的有限记载，任何根据本专利申请所披露的内容而进行的不需要做出创造性劳动的有限改进均属于本发明创造的范畴。

Claims (5)

1.一种核酸提取仪，包括：基座、与基座相连的外机壳、位于外机壳的内部并且被安装到基座的仪器主体；其特征在于，仪器主体包括电源组和至少一组用于控制电源能量输出的电源管理组件。

2.根据权利要求1所述的核酸提取仪，其特征在于：电源管理组件被固定在电源组的上方。

3.根据权利要求1或2所述的核酸提取仪，其特征在于：电源管理组件包括至少一块印刷电路板、若干电容和电阻，以及至少一个电源调节器和紧贴电源调节器的散热器。

4.根据权利要求3所述的核酸提取仪，其特征在于：电源调节器包括用于把在核酸提取仪运行过程中可能产生的瞬时过载电压或者过载电流转换成热能而消耗掉的发热电子元器件。

5.根据权利要求4所述的核酸提取仪，其特征在于：所述发热电子元器件选自于电阻、电容、IC集成电路、三极管、陶瓷。