CN206486535U - 一种自动化核酸提取系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自动化核酸提取系统，包括工作台总成、机械臂总成和显示控制系统总成，工作台总成包括基座、位于基座上的可旋转的工作台面和用于驱动工作台面的主驱动机构，工作台面上设置有若干个多孔板和试剂槽，多孔板上设置有多个移液枪头；机械臂总成包括位于基座上的机械臂支架、可沿竖直方向上下移动的机械臂和用于驱动机械臂的副驱动机构；显示控制系统总成包括开关按钮、液晶显示屏、输入装置和控制器，主驱动机构和副驱动机构均与控制器电连接。结构简单，成本低，所需空间小；机械臂只上下运动，降低了精度要求，系统的稳定性、可靠性和可维护性都有所提高，避免样品和试剂的不必要抖动和晃动而造成的核酸样品交叉污染。

Description

一种自动化核酸提取系统

技术领域

本实用新型涉及生物化学样品和试剂的自动化处理领域，尤其涉及一种自动化核酸提取系统。

背景技术

基因重组、DNA序列分析、基因诊断与治疗、基因扩增和对目标DNA的定量分析是科学研究与临床诊断的基本方法，而这些检测方法都需要从人体的血液、精液或者其他分泌物中提取核酸才能进行。因此，核酸提取效率与纯度的高低，直接影响后期研究工作的开展以及实验结果的准确性。

目前国内多采用半自动，甚至手工方法提取和纯化核酸。半自动和手工方法耗时、繁琐、核酸提取效率低，并且容易导致假阴性与交叉感染。另外，大部分自动化核酸分离和纯化系统主要是利用移动机械臂完成核酸的相关动作。其中，机械臂在X和Y方向上的移动用来将移液枪头和多孔板移动到合适位置。机械臂在Z轴方向上移动用来调节移液枪头的高度和摆放多孔板。每个机械臂均需要在X、Y和Z轴三个方向上移动，机械臂在每个轴向上运动，均需要一套独立而完整的控制系统接口、马达和驱动系统、传动系统、用于支撑和固定的机械结构，导致其存在以下主要局限性：

1、机械结构复杂。每套系统至少需要3套独立而完整的控制系统接口、马达和驱动系统、传动系统、用于支撑和固定的机械结构；

2、软件控制困难。X、Y和Z轴均需要上位机软件进行独立控制，在其中一个轴运动的过程中，剩下的两个轴需要停止并保持稳定状态，而三个轴是通过机械结构进行连接，单个轴的运动极易导致其他两个轴的轻微摆动或晃动引起位置偏离。另外，机械臂的轻微晃动和摆动不可避免地会造成样品和试剂的滴落，从而引起核酸样品的交叉污染；

3、硬件可维护性差。核酸的提取系统的应用要求机械臂在X、Y和Z轴向上进行及其精密的移动。每个轴向上的马达和驱动系统、传动系统都是精密的机电系统，需要做大量直线运动。同时，三套独立的马达和驱动系统、传动系统也大大增加了系统出现故障的概率，降低了系统可维护性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种自动化核酸提取系统，以解决现有技术中存在的机械结构复杂，耗时、繁琐、核酸提取效率低，容易导致假阴性与交叉感染，软件控制困难，硬件可维护性差的技术问题。

如上构思，本实用新型所采用的技术方案是：

一种自动化核酸提取系统，包括：

工作台总成，其包括基座、位于所述基座上的可旋转的工作台面和用于驱动所述工作台面的主驱动机构，所述工作台面上设置有若干个多孔板和试剂槽，所述多孔板上插设有多个移液枪头；

机械臂总成，其包括位于所述基座上的机械臂支架、可沿竖直方向上下移动的机械臂和用于驱动所述机械臂的副驱动机构，所述机械臂用于抓取所述移液枪头并于所述试剂槽中吸取样品；

显示控制系统总成，其包括开关按钮、液晶显示屏、输入装置和控制器，所述主驱动机构和副驱动机构均与所述控制器电连接。

其中，若干个所述多孔板沿所述工作台面周向均匀间隔分布，每两个所述多孔板之间设置有一个所述试剂槽。

其中，所述机械臂包括若干个均匀间隔分布的容置部和位于所述容置部上方的夹取部，用于容置和夹取所述移液枪头。

其中，所述容置部为通孔，所述夹取部为间隔分布的两个半圆形夹爪，其中一个夹爪为固定夹爪，另一个夹爪为移动夹爪，所述两个半圆形夹爪可闭合形成圆环。

其中，所述机械臂的一侧设有用于驱动所述移动夹爪运动的夹爪气缸，所述夹爪气缸与所述控制器电连接。

其中，所述机械臂的一侧设置有传感器，所述传感器与所述控制器电连接，用于感应所述机械臂所处的位置。

其中，所述基座与工作台面之间设置有主驱动机构，所述主驱动机构与所述控制器电连接，用于驱动所述工作台面旋转。

其中，所述主驱动机构由主驱动器、传动机构和主轴组成，所述主轴与所述工作台面的中心连接，并由所述主驱动器通过所述传动机构驱动。

其中，所述机械臂支架上设置有副驱动机构，所述副驱动机构与所述控制器电连接，用于驱动所述机械臂上下移动。

其中，所述副驱动机构为液压缸，其伸出端朝下并通过连接架与所述机械臂可拆卸连接。

本实用新型提出的自动化核酸提取系统，采用工作台面旋转和机械臂移动相结合的方式完成核酸的自动化提取，只需要单个机械臂即可完成三个机械臂才能完成的核酸提取过程，大大简化了系统机械结构，节省了成本，减少了系统所需要空间和占地面积；机械臂只在竖直方向上下运动，结构简单，降低了垂直方向上的机械臂的精度要求，系统的稳定性、可靠性和可维护性都有所提高，避免样品和试剂的不必要抖动和晃动而造成的核酸样品交叉污染；机械臂总成在机械结构上独立于工作台总成，二者之间的任意驱动机构和可执行部件不直接接触，减少了机械臂移动过程中，对整个系统稳定性造成的不利影响；上位机软件的控制难度显著降低；实现核酸提取和纯化的全自动化，提高工作效率，降低劳动强度，结构新颖、简单紧凑、安装方便、稳定性好。

附图说明

图1是本实用新型提供的自动化核酸提取系统的结构示意图；

图2是本实用新型提供的自动化核酸提取系统的部分结构示意图。

图中：

1、基座；2、工作台面；3、多孔板；4、试剂槽；5、机械臂支架；

6、机械臂；7、夹爪气缸；8、传感器；9、液压缸；10、连接架；

61、容置部；62、夹取部；

621、固定夹爪；622、移动夹爪。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式进一步说明本实用新型的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部。

参见图1和图2，一种自动化核酸提取系统，用于核酸的提取和纯化，可广泛用于医疗、卫生、防疫、科研、技术监督等领域，包括工作台总成、机械臂总成和显示控制系统总成。

工作台总成包括基座1、位于基座1上的可旋转的工作台面2和用于驱动工作台面2的主驱动机构，工作台面2上设置有若干个多孔板3和试剂槽4，多孔板3上设置有多个移液枪头；机械臂总成包括位于基座1上的机械臂支架5、可沿竖直方向上下移动的机械臂6和用于驱动机械臂6的副驱动机构，机械臂6用于抓取移液枪头并于试剂槽4中吸取样品；显示控制系统总成包括开关按钮、液晶显示屏、输入装置和控制器，主驱动机构和副驱动机构均与控制器电连接，控制器可控制工作台面2和/或机械臂6运动。

采用工作台面2旋转和机械臂6移动相结合的方式完成核酸的自动化提取，只需要单个机械臂即可完成三个机械臂才能完成的核酸提取过程，大大简化了系统机械结构，节省了成本，减少了系统所需要空间和占地面积；机械臂6只在竖直方向上下运动，结构简单，降低了垂直方向上的机械臂的精度要求，系统的稳定性、可靠性和可维护性都有所提高，避免样品和试剂的不必要抖动和晃动而造成的核酸样品交叉污染；软件的控制难度显著降低，结构新颖、简单紧凑、安装方便、稳定性好。

工作台面2为一圆面，其上设置有容置多孔板3和试剂槽4的凹槽；多孔板3上开设有多个孔，孔的数量可以为二十四个或者七十二个或者九十六个；每个孔中设置一个移液枪头，移液枪头竖直位于孔中，移液枪头的上端露出孔外，便于夹取，移液枪头的规格可根据需要进行选择；若干个多孔板3沿工作台面2的周向均匀间隔分布，每两个多孔板3之间设置有一个试剂槽4，试剂槽4中盛放有核酸样品。在本实施例中，多孔板3为两个，并呈直线分布，相应的，试剂槽4也有两个。多孔板3上也可以放置多个试管，当移液枪头吸取样品后将样品放入试管中。

机械臂支架5位于工作台面2的一侧，并与工作台面2不接触，其下端与基座1固定连接，其上端设置有机械臂6，机械臂6可抓取移液枪头并于试剂槽4中吸取样品。机械臂6的包括若干个均匀间隔分布的容置部61和位于容置部61上方的夹取部62，其中，容置部61为通孔，夹取部62为间隔分布的两个半圆形夹爪，其中一个夹爪为固定夹爪621，另一个夹爪为移动夹爪622，两个半圆形夹爪可闭合形成圆环。机械臂6的一侧设有用于驱动移动夹爪622运动的夹爪气缸7，夹爪气缸7与控制器电连接。机械臂6可以同时夹取多孔板3上的所有移液枪头，也可以根据需要只夹取部分移液枪头。机械臂6的一侧设置有传感器8，传感器8与控制器电连接，用于感应机械臂6所处的位置，并将信号传输给控制器，控制工作台面2或机械臂6完成某些运动。

机械臂总成在机械结构上独立于工作台总成，二者之间的任意驱动机构和可执行部件不直接接触，减少了机械臂移动过程中，对整个系统稳定性造成的不利影响，避免样品和试剂的不必要抖动和晃动而造成的核酸样品交叉污染。

基座1与工作台面2之间设置有主驱动机构，用于驱动工作台面2旋转。主驱动机构由主驱动器、传动机构和主轴组成，主轴与工作台面2的中心连接，中心线重合，并由主驱动器通过传动机构驱动。在本实施例中，主驱动器为步进电机，传动机构包括联轴器、传动轴和齿轮减速机构。

机械臂支架5上设置有副驱动机构，用于驱动机械臂6上下移动。副驱动机构为液压缸9，其伸出端朝下并通过连接架10与机械臂6可拆卸连接，便于更换。

显示控制系统总成设置于机械臂支架5的侧面，便于工作人员操控的位置。主驱动机构和副驱动机构均与控制器电连接，实现核酸提取和纯化的全自动化，提高工作效率，降低劳动强度。在本实施例中，输入装置为键盘，控制器包括微处理器和控制软件。

使用时，打开开关，通过键盘输入控制命令，控制器控制主驱动机构驱动工作台面2旋转，使得带有移液枪头的多孔板3位于机械臂6正下方，传感器8检测到移液枪头，并将感应信号传输给控制器，控制器控制液压缸9驱动机械臂6向下运动，移液枪头插入容置部61中，移液枪头的上端位于固定夹爪621和移动夹爪622之间，夹爪气缸7驱动移动夹爪622移动，夹紧移液枪头，液压缸9驱动机械臂6向上运动复位；接着，工作台面2旋转，使得试剂槽4位于机械臂6正下方，传感器8检测到试剂槽4，控制器控制液压缸9驱动机械臂6向下运动，移液枪头吸取样品，液压缸9驱动机械臂6向上运动复位。

以上实施方式只是阐述了本实用新型的基本原理和特性，本实用新型不受上述实施方式限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种自动化核酸提取系统，其特征在于，包括：

工作台总成，其包括基座、位于所述基座上的可旋转的工作台面和用于驱动所述工作台面的主驱动机构，所述工作台面上设置有若干个多孔板和试剂槽，所述多孔板上插设有多个移液枪头；

机械臂总成，其包括位于所述基座上的机械臂支架、可沿竖直方向上下移动的机械臂和用于驱动所述机械臂的副驱动机构，所述机械臂用于抓取所述移液枪头并于所述试剂槽中吸取样品；

显示控制系统总成，其包括开关按钮、液晶显示屏、输入装置和控制器，所述主驱动机构和副驱动机构均与所述控制器电连接。

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，若干个所述多孔板沿所述工作台面周向均匀间隔分布，每两个所述多孔板之间设置有一个所述试剂槽。

3.根据权利要求1所述的自动化核酸提取系统，其特征在于，所述机械臂包括若干个均匀间隔分布的容置部和位于所述容置部上方的夹取部。

4.根据权利要求3所述的自动化核酸提取系统，其特征在于，所述容置部为通孔，所述夹取部为间隔分布的两个半圆形夹爪，其中一个夹爪为固定夹爪，另一个夹爪为移动夹爪，所述两个半圆形夹爪可闭合形成圆环。

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，所述机械臂的一侧设有用于驱动所述移动夹爪运动的夹爪气缸，所述夹爪气缸与所述控制器电连接。

6.根据权利要求1所述的自动化核酸提取系统，其特征在于，所述机械臂的一侧设置有传感器，所述传感器与所述控制器电连接，用于感应所述机械臂所处的位置。

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，所述主驱动机构由主驱动器、传动机构和主轴组成，所述主轴与所述工作台面的中心连接，并由所述主驱动器通过所述传动机构驱动。

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，所述副驱动机构为液压缸，其伸出端朝下并通过连接架与所述机械臂可拆卸连接。