CN216808854U - 一种核酸提取pcr扩增一体机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种核酸提取PCR扩增一体机，包括外壳组件和设置在外壳组件内的PCR机构和核酸提取机构，所述PCR机构包括载台、温控组件、荧光检测组件和第一X轴驱动组件，所述载台上设有多个孔位用于放置样本试管，所述温控组件设于载台下方，所述第一X轴驱动组件驱动荧光检测组件对载台上的样本进行荧光检测；所述核酸提取机构包括第一Z轴驱动组件、第二Z轴驱动组件、磁套、磁棒、试管架和加热移动板，所述第一Z轴驱动组件和第二Z轴驱动组件分别驱动磁套和磁棒伸入试管架上的样本试管进行核酸提取；本实用新型对现有的PCR技术进行简化，将核酸提取和PCR扩增整合成为一台虽小但功能齐全的小型一体机。

Description

一种核酸提取PCR扩增一体机

技术领域

本实用新型涉及分子检测领域，尤其是一种核酸提取PCR扩增一体机。

背景技术

现有的PCR技术应用中，大多将核酸提取和PCR荧光扩增分为两个仪器，不仅操作不够便捷，设备占用空间也较大。虽有整合核酸提取和PCR荧光扩增的一体机，但也存在机身尺寸巨大、结构复杂、成本高昂的问题，只能运用于大型医院中，而对于广大的中小型医院，由于场地受限和资金不足，缺乏合适的核酸提取PCR荧光扩增一体设备。

实用新型内容

为此，本实用新型为解决上述问题，提供一种核酸提取PCR扩增一体机。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：一种核酸提取PCR扩增一体机，包括外壳组件和设置在外壳组件内的PCR机构和核酸提取机构，所述PCR机构包括载台、温控组件、荧光检测组件和第一X轴驱动组件，所述载台上设有多个孔位用于放置样本试管，所述温控组件设于载台下方，为PCR扩增提供温度条件，所述第一X轴驱动组件位于载台一侧，驱动荧光检测组件对载台上的样本进行荧光检测；所述核酸提取机构包括第一Z轴驱动组件、第二Z轴驱动组件、磁套、磁棒、试管架和加热移动板，所述第一Z轴驱动组件和第二Z轴驱动组件分别驱动磁套和磁棒伸入试管架上的样本试管进行核酸提取，试管架设置在加热移动板上，试管架上放置样本试管，由加热移动板为样本试管中的核酸提取提供温度条件。

进一步改进，所述载台前侧设有相应数量的连通孔位的第一透光孔，第一透光孔的轴心线与对应的孔位轴心线相垂直。

再进一步，所述载台上方套设有一载台框，载台框上分别设有与孔位同轴的样本放置通道和与第一透光孔同轴的第二透光孔；载台框下方设置温控组件，温控组件包括由上至下设置的制冷片、散热器和风扇，以及设置在载台上的第一温度传感器。

进一步改进，所述第一X轴驱动组件包括第一X轴滑块、第一X轴导轨和第一X轴电机，所述第一X轴导轨与载台上孔位的排列方向平行，荧光检测组件固连在第一X轴滑块上，由第一X轴电驱动沿第一X轴导轨滑动，依次对载台上的样本试管进行荧光检测。

再进一步，所述载台框上铰接有热盖组件，热盖组件包括相配合的外盖和内盖，以及设于外盖与内盖之间的热模块，所述热模块包括陶瓷加热片和第二温度传感器。

进一步改进，所述荧光检测组件包括光头支架和安装在光头支架内的入射模块、接收模块和二向色镜，所述光头支架靠近载台框一侧设有多个第三透光孔，相邻两个第三透光孔的圆心距等于载台框上相邻两个第二透光孔的圆心距，所述接收模块与第三透光孔同轴设置，入射模块和接收模块的光路在同一平面且二者夹角为90°，二向色镜位于入射模块与接收模块的光路交汇处。

再进一步，所述入射模块包括由下至上依次安装的LED灯、平凸透镜和第一滤光片，所述接收模块包括第二滤光片和光电传感器。

进一步改进，所述核酸提取机构还包括第二X轴驱动组件，第二X轴驱动组件驱动加热移动板左右移动，使试管架上的样本试管口与磁套对准。

进一步改进，所述核酸提取机构还包括一Z轴导轨，所述第一Z轴驱动组件包括第一Z轴滑块、第一皮带传动机构和第一电机，多个磁套通过磁套固定棒安装在第一Z轴滑块上，第一Z轴滑块与Z轴导轨配合，第一皮带传动机构连接第一Z轴滑块，第一电机驱动第一皮带传动机构进而带动第一Z轴滑块沿Z轴导轨上下滑动；

所述第二Z轴驱动组件包括第二Z轴滑块、第二皮带传动机构和第二电机，多根磁棒通过磁棒固定板安装在第二Z轴滑块上，第二Z轴滑块与Z轴导轨配合，第二皮带传动机构连接第二Z轴滑块，第二电机驱动第二皮带传动机构进而带动第二Z轴滑块沿Z轴导轨上下滑动；

所述第二Z轴滑块位于第一Z轴滑块上方，且二者的距离大于磁棒的长度。

再进一步，所述第一Z轴滑块和第二Z轴滑块上设有方向相反的到位片，Z轴导轨两侧各设有一光电开关，光电开关感应到位片控制第一Z轴滑块和第二Z轴滑块停止滑动。

通过本实用新型提供的技术方案，具有如下有益效果：

一、本技术方案对现有的PCR技术进行简化和整合，采用8个孔位、简化的结构布局和一维直线机械运动的多通道光检测系统，在保证核酸扩增效率和光检测精度的基础上，极大的降低了仪器的成本和应用门槛，成为一台虽小但功能齐全，小医院就能配备的小型8孔一体式PCR仪器。

二、本设计无需通过光纤将检测荧光引入引出载台孔内，而是采用逐孔侧面直扫读光技术，将荧光检测组件装载于横向一维运动平台上，通过横向运动来对每个孔位进行检测，结构简洁，走位精确，运行可靠，成本低，故障少。在载台侧面设透光孔，使检测荧光直接照射入载台内的样本试剂中，直接读取对应的荧光信号，没有光纤本身的干扰和衰减，检测精度更高。

三、核酸提取机构设计成专用于八连扩增管的磁棒式小型提取系统，简化结构的同时缩小了仪器的体积，便于用户操作。

附图说明

图1是本实用新型一实施例立体图；

图2是本实用新型一实施例去掉外壳后的立体图；

图3是本实用新型一实施例PCR机构立体图；

图4是本实用新型一实施例载台立体图；

图5是本实用新型一实施例热盖组件立体图；

图6是本实用新型一实施例荧光检测组件立体图；

图7是本实用新型一实施例核酸提取机构立体图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

图1和图2所示，一种核酸提取PCR扩增一体机，包括外壳组件和设置在外壳组件内的PCR机构、核酸提取机构和控制系统。外壳组件包括机体外壳11、底座12和前门13，前门13铰接在机体外壳11上，位于核酸提取机构前侧。底座12上设有两支撑竖板14，PCR机构设置在两支撑竖板14上。两支撑竖板14之间固连一横向竖板15，用于安装核酸提取机构。机体外壳11上嵌有显示屏16，用于操作仪器和显示工作数据，显示屏16内设主控板，主控板与控制系统连接。

图3所示，PCR机构包括PCR底板21和安装在PCR底板21上的载台22、温控组件、荧光检测组件和第一X轴驱动组件。图4所示，载台22上设有多个孔位221用于放置样本试管，温控组件设于载台22下方，为PCR扩增提供温度条件，第一X轴驱动组件位于载台22一侧，驱动荧光检测组件对载台22上的样本进行荧光检测。

继续参考图4，在本实施例中，载台22上设有8个沿竖直方向的孔位221，载台22前侧设有8个分别连通相应孔位221的第一透光孔222，第一透光孔222的轴心线与对应的孔位221轴心线相垂直。当然的，孔位221的数量不限于此，本实施例以8个为例，不做具体限定。

图3所示，在本实施例中，载台22上方套设有一载台框23，载台22和载台框23均设于载台座24上，载台座24固设在PCR底板21上。载台框23上分别设有与孔位221同轴的样本放置通道和与第一透光孔222同轴的第二透光孔231。载台框23下方设置温控组件，温控组件包括由上至下设置的制冷片、散热器251、风扇252和第一温度传感器，制冷片与载台22下表面相接触，通过载台22导热对样本进行加热或降温。散热器251和风扇252安装在载台框23下方的载台座24上，用于加快热量散失，使载台22迅速降温，达到PCR扩增所需的温度。第一温度传感器设于载台22一侧，用于检测温度。

图5所示，作为优选，载台框23上铰接有热盖组件，热盖组件位于机体外壳11上方，打开热盖即露出载台框23上的样本放置通道，可将样本试管放入。热盖组件包括相配合的外盖261和内盖262，以及设于外盖261与内盖262之间的热模块263，当热盖组件盖合在载台框23上时，热模块263位于载台框23上样本放置通道的上方，用于加热样本试管上方，防止载台框23下方的温控组件对样本试管下方加热时，样本试管上方起雾和防止样本蒸发。热模块263包括陶瓷加热片和第二温度传感器，第二温度传感器用于检测陶瓷加热片的温度，防止加热片过热。

图6所示，荧光检测组件包括光头支架271和安装在光头支架271内的入射模块、接收模块和二向色镜。光头支架271靠近载台框23一侧设有4个第三透光孔273，相邻两个第三透光孔273的圆心距等于载台框23上相邻两个第二透光孔231的圆心距，以实现第三透光孔273与第一透光孔222的一一对应。接收模块与第三透光孔273同轴设置，入射模块和接收模块的光路在同一平面且二者夹角为90°，二向色镜位于入射模块与接收模块的光路交汇处，用于反射入射模块发射的激发光并透射样本发出的荧光信号。

继续参考图3，在本实施例中，第一X轴驱动组件包括第一X轴滑块281、第一X轴导轨282和第一X轴电机283。第一X轴导轨282设于PCR底板21上，与载台22上孔位221的排列方向平行。荧光检测组件的光头支架271固连在第一X轴滑块281上，由第一X轴电机283驱动沿第一X轴导轨282滑动，依次对载台22上的样本试管进行荧光检测。第一X轴电机283为步进电机。第一X轴导轨282远离第一X轴电机283的一侧设有防撞柱284，对第一X轴滑块281起限位作用。第一X轴电机283上设有一光电开光285，第一X轴滑块281上靠近第一X轴电机283一侧设有一光头到位片286，光电开关285感应到光头到位片286立即停止驱动，防止第一X轴电机283与第一X轴滑块281相撞。

进行荧光检测时，光头支架271上的4个第三透光孔273与载台框23上的4个第二透光孔231一一对应，使发射模块发射的激发光经第二透光孔231和第一透光孔222照射到样本试管内的样本，样本内的荧光染料或荧光探针受激发后发出荧光信号，经二向色镜透射后照入接收模块，完成一次荧光检测。由于本实施例中荧光检测组件设有四组，因此一次可同时完成四个样本的检测，完成一次检测后，第一X轴电机283驱动第一X轴滑块281，使光头支架271上的4个第三透光孔273对准余下的4个第二透光孔231，进行第二次检测。

图7所示，核酸提取机构包括设置在横向竖板15上的第一Z轴驱动组件、第二Z轴驱动组件、Z轴导轨31、磁套32、磁棒33，以及设置在底座12上的试管架34、第二X轴驱动组件和加热移动板35。

在本实施例中，Z轴导轨31竖直固设在横向竖板15上。第一Z轴驱动组件包括第一Z轴滑块361、第一皮带传动机构362和第一电机。8个磁套32通过磁套固定棒321安装在第一Z轴滑块361上，第一Z轴滑块361与Z轴导轨31配合，第一皮带传动机构362连接第一Z轴滑块361，第一电机驱动第一皮带传动机构362进而带动第一Z轴滑块361沿Z轴导轨31上下滑动。

第二Z轴驱动组件包括第二Z轴滑块371、第二皮带传动机构372和第二电机。8根磁棒33通过磁棒固定板331安装在第二Z轴滑块371上，第二Z轴滑块371与Z轴导轨31配合，第二皮带传动机构372连接第二Z轴滑块371，第二电机驱动第二皮带传动机构372进而带动第二Z轴滑块371沿Z轴导轨31上下滑动。

第二Z轴滑块371位于第一Z轴滑块361上方，且二者的距离大于磁棒33的长度。

在本实施例中，第二X轴驱动组件包括第二X轴滑块(未示出)、第二X轴导轨381、第三皮带传动机构382和第三电机，第二X轴滑块与第三皮带传动机构382连接，且配合在第二X轴导轨381上。加热移动板35固连在第二X轴滑块上，由第三电机驱动第三皮带传动机构382带动第二X轴滑块，进而带动加热移动板35左右移动。

加热移动板35上设有多个试管架34，试管架34上放置有多排样本试管。加热移动板35对样本试管进行加热，提高核酸提取效率。

在本实施例中，第一Z轴滑块361上固连向左设置的第一到位片363，第二Z轴滑块371上固连向右设置的第二到位片373，Z轴导轨31两侧的横向竖板15上各设有一光电开关151，光电开关分别感应第一到位片363和第二到位片373进而控制第一Z轴滑块361和第二Z轴滑块371停止滑动。

进行核酸提取时，第二X轴驱动组件驱动加热移动板35使其上的待测样本试管对准磁套32，第一Z轴驱动组件驱动磁套32下移至伸入样本试管内将样本与试剂混匀，接着第二Z轴驱动组件驱动磁棒33伸入样本试管与磁套32进行磁吸附，从而完成核酸提取。

工作流程如下：

1.打开核酸提取PCR扩增一体机前门13，将样本试管放在试管架34上，然后关闭前门13。

2.接通电源，使用显示屏16操作设备，并设定核酸提取机构相关运行参数。

3.点击开始运行后设备启动运行，主控板控制核酸提取机构运作，进行样本提取。

4.提取完成后，打开前门13，将样本试管拿出，再将样本试管放入PCR机构的载台22内。

5.点击显示屏16，进入PCR控制界面，并设定PCR机构相关运行参数。

6.点击开始运行后，温控组件进行PCR特定温度循环控制，待退火后进行荧光检测记录数据到主控板。

所有循环完成后，显示屏16显示所有循环数据取得实验结果。

本技术方案将核酸提取和荧光定量PCR整合到一个设备里，采用8个孔位、简化的结构布局、一维直线机械运动的多通道光检测系统，在保证核酸扩增效率和光检测精度的基础上，极大的降低了仪器的成本和应用门槛。本设计无需通过光纤将检测荧光引入引出载台孔内，而是采用逐孔侧面直扫读光技术，将荧光检测组件装载于横向一维运动平台上，通过横向运动来对每个孔位进行检测，结构简洁，走位精确，运行可靠，成本低，故障少。在载台侧面设透光孔，使检测荧光直接照射入载台内的样本试剂中，直接读取对应的荧光信号，没有光纤本身的干扰和衰减，检测精度更高。

尽管结合优选实施例具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种核酸提取PCR扩增一体机，其特征在于：包括外壳组件和设置在外壳组件内的PCR机构和核酸提取机构，所述PCR机构包括载台、温控组件、荧光检测组件和第一X轴驱动组件，所述载台上设有多个孔位用于放置样本试管，所述温控组件设于载台下方，为PCR扩增提供温度条件，所述第一X轴驱动组件位于载台一侧，驱动荧光检测组件对载台上的样本进行荧光检测；所述核酸提取机构包括第一Z轴驱动组件、第二Z轴驱动组件、磁套、磁棒、试管架和加热移动板，所述第一Z轴驱动组件和第二Z轴驱动组件分别驱动磁套和磁棒伸入试管架上的样本试管进行核酸提取，试管架设置在加热移动板上，试管架上放置样本试管，由加热移动板为样本试管中的核酸提取提供温度条件。

2.根据权利要求1所述的一种核酸提取PCR扩增一体机，其特征在于：所述载台前侧设有相应数量的连通孔位的第一透光孔，第一透光孔的轴心线与对应的孔位轴心线相垂直。

3.根据权利要求2所述的一种核酸提取PCR扩增一体机，其特征在于：所述载台上方套设有一载台框，载台框上分别设有与孔位同轴的样本放置通道和与第一透光孔同轴的第二透光孔；载台框下方设置温控组件，温控组件包括由上至下设置的制冷片、散热器和风扇，以及设置在载台上的第一温度传感器。

4.根据权利要求1所述的一种核酸提取PCR扩增一体机，其特征在于：所述第一X轴驱动组件包括第一X轴滑块、第一X轴导轨和第一X轴电机，所述第一X轴导轨与载台上孔位的排列方向平行，荧光检测组件固连在第一X轴滑块上，由第一X轴电机驱动沿第一X轴导轨滑动，依次对载台上的样本试管进行荧光检测。

5.根据权利要求3所述的一种核酸提取PCR扩增一体机，其特征在于：所述载台框上铰接有热盖组件，热盖组件包括相配合的外盖和内盖，以及设于外盖与内盖之间的热模块，所述热模块包括陶瓷加热片和第二温度传感器。

6.根据权利要求3所述的一种核酸提取PCR扩增一体机，其特征在于：荧光检测组件包括光头支架和安装在光头支架内的入射模块、接收模块和二向色镜，所述光头支架靠近载台框一侧设有多个第三透光孔，相邻两个第三透光孔的圆心距等于载台框上相邻两个第二透光孔的圆心距，所述接收模块与第三透光孔同轴设置，入射模块和接收模块的光路在同一平面且二者夹角为90°，二向色镜位于入射模块与接收模块的光路交汇处。

7.根据权利要求6所述的一种核酸提取PCR扩增一体机，其特征在于：所述入射模块包括由下至上依次安装的LED灯、平凸透镜和第一滤光片，所述接收模块包括第二滤光片和光电传感器。

8.根据权利要求1所述的一种核酸提取PCR扩增一体机，其特征在于：所述核酸提取机构还包括第二X轴驱动组件，第二X轴驱动组件驱动加热移动板左右移动，使试管架上的样本试管口与磁套对准。

9.根据权利要求1所述的一种核酸提取PCR扩增一体机，其特征在于：所述核酸提取机构还包括一Z轴导轨，所述第一Z轴驱动组件包括第一Z轴滑块、第一皮带传动机构和第一电机，多个磁套通过磁套固定棒安装在第一Z轴滑块上，第一Z轴滑块与Z轴导轨配合，第一皮带传动机构连接第一Z轴滑块，第一电机驱动第一皮带传动机构进而带动第一Z轴滑块沿Z轴导轨上下滑动；

所述第二Z轴驱动组件包括第二Z轴滑块、第二皮带传动机构和第二电机，多根磁棒通过磁棒固定板安装在第二Z轴滑块上，第二Z轴滑块与Z轴导轨配合，第二皮带传动机构连接第二Z轴滑块，第二电机驱动第二皮带传动机构进而带动第二Z轴滑块沿Z轴导轨上下滑动；

所述第二Z轴滑块位于第一Z轴滑块上方，且二者的距离大于磁棒的长度。

10.根据权利要求9所述的一种核酸提取PCR扩增一体机，其特征在于：所述第一Z轴滑块和第二Z轴滑块上设有方向相反的到位片，Z轴导轨两侧各设有一光电开关，光电开关感应到位片控制第一Z轴滑块和第二Z轴滑块停止滑动。

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