CN215856124U - 一种核酸扩增和检测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种核酸扩增和检测设备，包括至少一个核酸扩增模块、至少一个检测模块和位移模块；核酸扩增模块具有用于承载至少一个反应管的支撑件；检测模块能够采用光学检测方式对反应管内的反应物进行检测；所述位移模块电性连接至操作模块以使位移模块能够基于操作模块的指令在核酸扩增模块的扩增反应结束后调整所述检测模块和/或相应核酸扩增模块的位置以使检测模块对核酸扩增模块内的样品进行检测。

Description

一种核酸扩增和检测设备

技术领域

本实用新型涉及医疗设备领域，尤其涉及一种核酸扩增和检测设备，特别适用于环介导等温扩增技术(LAMP)。

背景技术

基于PCR技术的核酸检测应用广泛，其操作过程一般包括采样、核酸扩增、核酸纯化和核酸检测。利用PCR技术进行扩增的设备加热结构较为复杂且需要对扩增后的样品进行纯化，不利于在现场、野外检测及资源有限的基层实验室检测中使用。

本实用新型发明人所作出的另一发明创造CN111172325A采用了另一个路径，即环介导等温扩增技术(LAMP)。环介导等温扩增技术是一种有效的扩增技术，其反应仅需一种具链置换活性的DNA聚合酶(如Bst、Gsp等)及针对靶基因6～8个区域设计的4～6条引物(F3/B3和FIP/BIP必需，LF/LB可选)便可在60～66摄氏度的恒定温度下实现几十分钟内实现数倍的靶基因扩增，其具有扩增效率高、反应条件简单、仪器要求低等特点。

同时，2007年Kaneko等研究发现，LAMP技术对各种培养基成分具有较好的耐受性，检测样品不需要纯化就能直接进行扩增，降低了对检测样品的要求，极大地缩减了检测成本，使LAMP技术得到了更广泛的应用。

将TaqMan探针引入到LAMP技术上，也很好解决了LAMP技术非特异性扩增的问题，使得LAMP技术更为成熟并广泛应用于核酸检测相关的各个领域，如病原体识别、生物标志物检测、性别鉴定等。

中国专利(CN106053121A)公开了一种集采样、反应、检测为一体的两种装置，第一种装置包括储液管、分液阀、固定片、采样拭子杆和反应管，分液阀上设有可折断的阀针；固定片连接采样拭子杆；分液阀装入储液管内腔，储液管和分液阀形成的存储腔内装有溶液，分液阀的阀针位于存储腔内；固定片装入储液管内，与分液阀之间设有间隙，间隙内放置化学物质；储液管的开口端套上反应管。第二种装置包含第一种装置的所有元件，同时含有可破损安瓿管，分液阀的阀针位于存储腔外。本发明结构简单，将多种试剂分区放置，反应前混合使用，可连续完成样本的采集、处理、反应和检测步骤。可广泛应用于临床样本的病原检测、微生物培养、生化酶活性分析、免疫化学检测等。但其结构较为简单，不能满足批量化检测的需求。

中国专利(CN101613663A)公开了一种全自动串行式荧光PCR检测系统，包括光电阅读器、待测样品装置、核酸处理装置、反应装置、机械手和导轨，光电阅读器与待测样品装置连接，待测样品装置与核酸处理装置之间设置导轨和机械手，核酸处理装置与反应装置之间设置机械手。本发明的全自动串行式荧光PCR检测系统是为实现全自动PCR反应过程而设计的一种温度变化并且采集荧光信息的装置，对传统PCR仪进行了革新性的改进，改变了传统PCR仪批次反应的模式，提出了流水线式的PCR工作模式，提高PCR设备的使用率，整个检测过程实现无人干预，完全自动化，节约了劳力，提高了工作效率，同时也减少了人为因素对检测结果的影响。但其结构复杂，扩增时间较长，不利于现场应用。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本实用新型时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本实用新型不具备这些现有技术的特征，相反本实用新型已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

实用新型内容

PCR扩增技术要求加热/退火、再加热/再退火，这种工艺对设备要求高。而本实用新型采取环介导等温扩增技术(LAMP)以简化设备。此外针对现有技术其他不足，本实用新型公开一种核酸扩增和检测设备，包括至少一个核酸扩增模块、至少一个检测模块和位移模块；核酸扩增模块具有用于承载至少一个反应管的支撑件；检测模块能够采用光学检测方式对反应管内的反应物进行检测；所述位移模块电性连接至操作模块以使位移模块能够基于操作模块的指令在核酸扩增模块的扩增反应结束后调整所述检测模块和/或相应核酸扩增模块的位置以使检测模块对核酸扩增模块内的样品进行检测。

优选地，位移模块包括用于定位检测模块的往复移动件和用于批量转移反应管的机械臂，其中，机械臂用于使支撑件连同其承载的不经退火地扩增反应结束后的反应管共同移动离开核酸扩增模块，以便将其移动至检测模块的检测位置。

优选地，在检测模块的检测位置，由检测模块以多通道方式对不经退火地扩增反应结束后的反应管并行执行荧光检测。

优选地，位移模块能够在核酸扩增模块的反应位置与由检测模块执行检测的检测位置之间转移支撑件，其中，在反应位置处，支撑件连同其所承载的反应管共同定位于核酸扩增模块的加热单元之上。

优选地，检测模块包括：设置在检测模块内部的若干个荧光激发单元，荧光激发单元能够提供至少一种波长的激发光；若干个用于检测荧光强度的荧光检测单元，荧光检测单元被配置为可检测至少一个波长范围的荧光强度；设置在检测模块内部的若干个荧光传输通道；以及荧光传输通道连接荧光激发单元与荧光检测单元以形成至少一个检测通道进而使检测模块被配置为可用于多通道检测。

优选地，核酸扩增模块具有用于反应的反应位置和用于检测的检测位置，位移模块能够在反应位置和检测位置之间移动检测模块，其中，在检测位置处，由检测模块对支撑件所承载的反应管进行荧光检测。

优选地，支撑件能够连同其所承载的反应管共同定位于准备位置，位移模块能够将处于准备位置的支撑件转移至核酸扩增模块的处于空闲状态的反应位置。

本实用新型公开了一种核酸扩增和检测设备，包括：核酸扩增模块，其具有用于承载反应管的支撑件和用于加热反应管的加热单元；检测模块，其能够采用光学检测方式对反应管内的反应物进行检测，其中，核酸扩增和检测设备还设有位移模块，位移模块用于将支撑件连同其承载的扩增反应结束后的反应管以不经退火的方式直接移动至检测模块的检测位置，以使检测模块能够在扩增反应结束后立即对核酸扩增模块内的样品进行检测。

优选地，位移模块用于在准备位置、检测位置和反应位置之间转移支撑件。优选地，检测位置和反应位置是彼此不同的位置，可位于核酸扩增和检测设备之内或之外。优选地或另选地，准备位置也可以由检测位置和反应位置之一来构成。

优选地，核酸扩增模块的加热单元具有若干个用于插入反应管的反应孔位，并在核酸扩增模块的反应位置以恒温方式加热支撑件所承载的反应管。

此外为节约篇幅起见，将本实用新型发明人所作出的另一发明创造CN111172325A的全文参引于此，其内容属于本实用新型公开的一部分。

本实用新型的有益技术效果：设置有多个核酸扩增模块和至少一个检测模块以使检测模块可在不同时刻对多个核酸扩增模块扩增后的样品进行检测，实现检测模块的复用，减小了设备体积，同时因为检测模块的复用使得检测结果的一致性更高；设置有位移模块使得检测模块和核算扩增模块可相对移动进而实现检测模块的复用；核酸扩增模块采用LAMP技术相较于其他设备简化了加热模块，进一步减小了仪器的体积；设置有适配核算扩增模块和检测模块的支撑件以便于进行批量化检测，提高检测效率。

附图说明

图1是本实用新型的俯视的示意图；

图2是本实用新型核酸扩增模块和机械臂的示意图；

图3是本实用新型检测模块的底视图；

图4是本实用新型一种优选的检测设备的示意图。

附图标记列表

1：位移模块 2：核酸扩增模块 3：检测模块

11：往复移动件 12：机械臂 21：反应管

22：支撑件 23：加热单元 111：连接平台

112：位移部 121：升降部 122：滑动导向件

123：伸缩部 P1：准备位置 P2：检测位置

P3：反应位置

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

在图1中，本实用新型公开了一种核酸扩增和检测设备，其包括若干个用于对所采集样品进行扩增反应的核酸扩增模块2、至少一个用于对待检测样品进行检测的检测模块3和用于调整检测模块3与核酸扩增模块2相对位置的位移模块1。

在图2中，核酸扩增模块2可包括至少一组支撑件22和设置于其下放的加热单元23。优选地，核酸扩增模块2可包括用于承装和转移反应管21的支撑件22、对加热单元温度进行控制的温控单元以及用于加热反应管的加热单元23。优选地，核酸扩增模块2可包括至少两组支撑件22和分别相应设置的加热单元23。

在本实用新型中，核酸扩增模块2的加热单元23采用恒温加热方式，适用于LAMP(环介导等温扩增)技术进行核酸扩增。加热单元23的温度恒定保持在约50-70摄氏度这一范围内，明显简化了加热单元结构的同时，大大减少了扩增时间。

在图1中，借助于位移模块1，检测模块3可以移动至核酸扩增模块2，以便对在核酸扩增模块2处加热反应后的样品执行检测任务。另选地，借助于位移模块1，核酸扩增模块2也可以移动至检测模块3，以便由检测模块3对在核酸扩增模块2处加热反应后的样品执行检测任务。

根据如图3所示的一种优选的实施方式，往复移动件11可包括位移部112和可在进行位移部112上移动的连接平台111，其中，连接平台111可拆卸地连接有检测模块3以使检测模块可随着连接平台111移动。可选地，位移部112可采用步进马达驱动安装至步进马达上的丝杠的方式使连接平台111在位移部上移动，以使检测模块移动至装载有样品的支撑件的位置以进行检测。

根据如图4所示的一种优选的实施方式，核酸扩增模块2具有准备位置P1、用于反应的反应位置P3和用于检测的检测位置P2，机械臂12能够在反应位置和检测位置之间移动检测模块3，其中，在检测位置处，由检测模块3对支撑件22所承载的反应管21进行荧光检测。可选的，检测位置P2可位于检测模块内。

可以想到的是，机械臂12用于在准备位置P1、检测位置P2和反应位置P3之间转移支撑件22。可以理解的是，准备位置P1、检测位置P2和反应位置P3不仅可处于核酸扩增和检测设备之内，也可以是设备附近的其他相应功能位置。

如图4所示，当检测位置P2正在执行检验时，机械臂12能够将另一支撑件22连同其所承载的反应管21共同定位于准备位置P1；当检测位置P2的检验结束时，机械臂12可将处于准备位置的该另一支撑件22转移至核酸扩增模块2的反应位置P3(当然仅当其处于空闲状态时)。

如图4所示，机械臂12能够在核酸扩增模块2的反应位置与检测位置之间转移支撑件22。换而言之，核酸扩增模块2可以有至少两个位置，即，反应位置和检测位置。在核酸扩增模块2的反应位置处，支撑件22连同其所承载的反应管21可定位于核酸扩增模块2的加热单元23上。在进行检测时，可将检测模块移动定位于支撑件22之上的核酸扩增模块2的检测位置。

由于扩增反应时间较长、核酸检测时间相对较短，因此通过在检测模块内设置多个放置位置的方式使得样品可以在扩增模块和检测模块间转移，以提升各个模块的利用效率。

反应管装载于支撑件上可在反应结束时随着支撑件与加热单元一同分离，进一步提高了加热单元的利用效率。

具体的操作过程为当一个反应位置的样品扩增完毕后可立即用机械臂将其转移至检测位置以待检测模块进行检测，然后在反应位置添加新的样品。如此轮动进行扩增和检测的方式极大提高检测的效率。

同时，检测过程中，通过让多个核酸扩增模块共享一个检测模块的方式显著减少了设备的器件数量，降低了模块复杂度与设备成本，便于多场景使用。共用检测模块也有利于确保检测结果的一致性。

根据一种优选的实施方式，本实用新型的核酸扩增模块优先采用LAMP技术对待检测样品进行扩增，因此，核酸扩增模块所包括的加热单元为恒温加热单元，其温度可以保持在60-70摄氏度的范围内。定位于加热单元23的进行扩增反应的样品无需进行退火和/或核酸纯化的操作步骤，待其在恒温加热一定时间后即可通过机械臂12转移至检测模块3进行检测。

具体地，现有的设备多采取PCR技术对样品进行扩增，样品会在变性(温度保持在90摄氏度左右)和退火(温度保持在65摄氏度左右)两种阶段高频次切换，其后部分设备为保证扩增效果会增加一个延伸模块(温度保持在75摄氏度左右)和/或合并延伸和退火阶段使样品在退火阶段保持较长的时间以保证其扩增效果。同时，采用PCR技术扩增后的样品因为其扩增后含有杂质不便于检测因此会进行核酸纯化。而采取LAMP技术则不需要上述复杂的反应过程，同时也无需对扩增后样品进行纯化，极大节省了时间，降低了对设备的要求。

因此，本实用新型所公开的核酸扩增和检测设备的机械臂能够直接将支撑件连同其承载的扩增反应结束后的反应管以不经退火的方式直接移动至检测模块的检测位置，以使检测模块能够在扩增反应结束后立即对核酸扩增模块内的样品进行检测。

根据如图2所示的实施方式，机械臂12可包括可垂直升降的升降部121，升降部两端分别配置有滑动导向件122和伸缩部123，其中，滑动导向件122可用于定位机械臂，机械臂能够沿滑动导向件延伸方向移动以使其在不同的核酸扩增模块间移动。

优选地，滑动导向件上设有预设的停滞点，预设的停滞点处于可便于机械臂对放置于核酸扩增模块的加热单元上的支撑件进行抓取的位置，以使机械臂抓取支撑架这一过程更加高效。

伸缩部两端分别连接至升降部和支撑件以使机械臂在纵向上单臂支撑着支撑件。同时，装载有反应管的支撑件间接连接至机械臂上以使其可随机械臂的运动改变其位置。

具体地，伸缩部可拆卸的连接有支撑件以实现机械臂对支撑件的抓取和脱离，伸缩部可基于自身伸缩调整其与支撑件的距离使其连接至支撑件上。

可选地，伸缩部和升降部均可采用电动推杆，伸缩部与支撑件的连接方式可以为磁性连接或机械咬合。可选地，电动推杆可选用型号为ANT-26的产品。滑动导向件可选择型号为HGN系列滑动导轨中的一种。

可选地，机械臂可选用型号为UR10的机械臂。

根据可选的一种实施方式，往复移动件11可包括位移部112和可在进行位移部112上移动的连接平台111，其中，连接平台111可拆卸地连接有检测模块3以使检测模块可随着连接平台111移动。

可选地，位移部112可采用步进马达驱动安装至步进马达上的丝杠的方式使连接平台111在位移部上移动，以使检测模块移动至放置于检测模块内的支撑件顶部，以进一步对支撑杆所承载的反应管进行检测。

可选地，位移部可选取型号为MGN-0的滑动导轨，步进电机可选用型号为α STEPAZ的系列产品中的一种。

可选地，往复移动件11和机械臂12都设有连接至操作模块的控制电路以实现操作模块对位移模块的控制。

温控单元可包括温度控制回路和温度传感器。温控单元与操作模块电性连接，温控单元接收到操作模块的指令利用控制回路控制加热单元的温度，同时温度传感器感知加热单元的温度并将温度数据传递至操作模块。

可选地，温度传感器可采用型号为DS18B20的温度传感器。

当反应管放置于加热单元时，温度传感器可感知到温度变化的数据并将其传递至操作模块，此时操作模块可以基于此刻的信息来确定反应管的加热时间，以便于在预设的加热时间结束时生成下一步指令以控制机械臂使反应管与加热单元脱离并进一步移动至检测模块。

优选地，加热单元能够构造为贴合反应管底部的形状以使反应管可以均匀加热，即加热件接触反应管的一侧表面至少部分实体向相对的一侧凹陷出多个用于容纳反应管部分实体的反应孔位。

检测模块可包括：设置在检测模块内部的若干个荧光激发单元，荧光激发单元能够提供至少两种波长的激发光；若干个用于检测荧光强度的荧光检测单元，荧光检测单元被配置为可检测多个波长范围的荧光强度；设置在检测模块内部的若干个荧光传输通道，荧光传输通道包括光纤或者由光纤组成的光纤束。

荧光激发单元能够提供两种波长的激发光，荧光传输通道将两种波长的激发光传输到对应的反应管，每个反应管均接收两种波长的激发光，反应管中的荧光染料被激发光照射之后发出荧光信号，然后荧光传输通道将荧光信号传输至荧光检测单元，荧光检测单元接收来自于同一个反应管的两种波长的荧光信号，并将其转化为电信号输出至操作模块。

可选地，荧光激发单元可采用激光二极管或LED光源，荧光检测单元可采用集成有带通滤光片和光电二极管的多光谱传感器。

优选地，检测模块可设置于核酸扩增模块的顶部，核酸扩增模块设有多个用于放置扩增结束后的反应管的置物平台，以使检测模块可移动的对置物平台上的反应管进行检测。

优选地，支撑件、加热单元和检测模块均设置有相同的孔位，以使扩增和检测过程可批量化进行。

操作模块设置有处理器、触控屏和控制电路，可以根据用户输入指令和/或预设的程序控制位移模块和核酸扩增模块的移动。具体地，操作模块的控制电路的第一输出端连接机械臂的输入端，操作模块的控制电路第二输出端连接往复移动件的输入端，以实现操作模块对支撑件和检测模块的位置的控制。同时操作模块能够用于控制核酸扩增模块的温度，进一步为核酸扩增提供稳定的反应温度。

可选地，处理器可选型号为Athlon 64 FX的产品。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本实用新型公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本实用新型的公开范围并落入本实用新型的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本实用新型说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本实用新型的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种核酸扩增和检测设备，包括：

至少一个核酸扩增模块(2)，其具有用于承载至少一个反应管(21)的支撑件(22)，

至少一个检测模块(3)，其能够采用光学检测方式对反应管(21)内的反应物进行检测，

其特征在于，所述核酸扩增和检测设备还设有位移模块(1)，所述位移模块(1)能够在相应核酸扩增模块(2)完成扩增反应结束后，调整所述检测模块(3)和/或相应核酸扩增模块(2)的位置，以使所述检测模块(3)处于能够对核酸扩增模块(2)所扩增的样品进行检测的检测位置。

2.根据权利要求1所述的核酸扩增和检测设备，其特征在于，所述位移模块(1)包括用于定位所述检测模块的往复移动件(11)和用于批量转移所述反应管(21)的机械臂(12)，其中，所述机械臂(12)用于使所述支撑件(22)连同其承载的不经退火地扩增反应结束后的反应管(21)共同移动离开所述核酸扩增模块(2)，以便将其移动至所述检测模块(3)的检测位置。

3.根据权利要求1所述的核酸扩增和检测设备，其特征在于，在所述检测模块(3)的检测位置，由所述检测模块(3)以多通道方式对不经退火地扩增反应结束后的所述反应管(21)并行执行荧光检测。

4.根据权利要求1所述的核酸扩增和检测设备，其特征在于，所述位移模块(1)能够在所述核酸扩增模块(2)的反应位置与由所述检测模块(3)执行检测的检测位置之间转移所述支撑件(22)，其中，在所述反应位置处，所述支撑件(22)连同其所承载的反应管(21)共同定位于所述核酸扩增模块(2)的加热单元(23)之上。

5.根据权利要求1所述的核酸扩增和检测设备，其特征在于，所述检测模块(3)包括：

设置在检测模块(3)内部的若干个荧光激发单元，所述荧光激发单元能够提供至少一种波长的激发光；

若干个用于检测荧光强度的荧光检测单元，所述荧光检测单元被配置为可检测至少一个波长范围的荧光强度；

设置在检测模块(3)内部的若干个荧光传输通道；以及

荧光传输通道连接荧光激发单元与荧光检测单元以形成至少一个检测通道进而使所述检测模块(3)被配置为可用于多通道检测。

6.根据权利要求1所述的核酸扩增和检测设备，其特征在于，所述核酸扩增模块(2)具有用于反应的反应位置和用于检测的检测位置(P2)，所述位移模块(1)能够在反应位置和检测位置之间移动所述检测模块(3)，其中，在所述检测位置处，由所述检测模块(3)对所述支撑件(22)所承载的反应管(21)进行荧光检测。

7.根据权利要求1至6之一所述的核酸扩增和检测设备，其特征在于，所述支撑件(22)能够连同其所承载的反应管(21)共同定位于准备位置(P1)，所述位移模块(1)能够将处于准备位置的支撑件(22)转移至所述核酸扩增模块(2)的处于空闲状态的反应位置(P3)。

8.一种核酸扩增和检测设备，包括：

核酸扩增模块(2)，其具有用于承载反应管(21)的支撑件(22)和用于加热反应管(21)的加热单元(23)，

检测模块(3)，其能够采用光学检测方式对所述反应管(21)内的反应物进行检测，

其特征在于，

所述核酸扩增和检测设备还设有位移模块(1)，所述位移模块(1)用于将所述支撑件(22)连同其承载的扩增反应结束后的反应管(21)移动至所述检测模块(3)的检测位置，以使所述检测模块(3)能够在扩增反应结束后立即对核酸扩增模块(2)所扩增的样品进行检测。

9.根据权利要求8所述的核酸扩增和检测设备，其特征在于，所述位移模块(1)用于在准备位置(P1)、检测位置(P2)和反应位置(P3)之间转移所述支撑件(22)，其中，所述支撑件(22)是以不经退火的方式从所述反应位置(P3)移动至所述检测位置(P2)的。

10.根据权利要求8或9所述的核酸扩增和检测设备，其特征在于，所述核酸扩增模块的加热单元(23)具有若干个用于插入所述反应管(21)的反应孔位，并在所述核酸扩增模块(2)的反应位置(P3)以恒温方式加热所述支撑件(22)所承载的反应管(21)。

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