TWI840226B - 自動化樣品準備系統 - Google Patents

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呂奉岡
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Abstract

本發明提供一種自動化樣品準備系統。自動化樣品準備系統將樣品前處理、萃取、定量、配製溶液整合於一個系統中，由自動化系統取代人為操作可降低時間與人力成本、減少人為操作造成的誤差，更可降低汙染風險。

Description

自動化樣品準備系統
本發明係關於自動化樣品準備系統。
在現代疾病診斷、藥物開發、環境檢測、食品檢測、刑事鑑定、學術研究等領域中常會需要利用到生物活性物質，例如細胞、蛋白質、遺傳物質等。其中，遺傳物質為生命基本物質之一，包含核糖核酸(簡稱RNA)及去氧核醣核酸(簡稱DNA)，其廣泛存在於所有動植物、微生物、病毒內。隨著生物技術發展，已能夠將遺傳物質從生物體中萃取出來並進行後續分析與應用。目前已發展出能夠自動化將遺傳物質從檢體中萃取出來的設備。然而，生物檢體的形式相當多樣，依據採樣方式不同，生物檢體可包含如血液、唾液、尿液之體液、如福馬林固定石蠟包埋(Formalin-fixed paraffin-embedding，FFPE)樣品之固體蠟塊、培養細胞、菌落、鼻拭子等。這些多樣的生物檢體在進行萃取之前必須經過前處理，以成為適用於自動化萃取設備的樣品，才能進行萃取。萃取出來的遺傳物質常需要進行如聚合酶連鎖反應(Polymerase chain reaction，PCR)之擴增反應。並且，依據後續分析與應用，遺傳物質在進行擴增反應前有時需要進行定量分析。
然而，目前市面上的自動化萃取設備並不包含樣品的前處理，亦不包含後續定量及配製溶液的功能。在樣品前處理、擴增前定量與配製溶液的過程中都需要專業技術人員與額外設備來操作。人為操作不僅耗費時間、人力，亦會產生人為誤差。更重要的是，人為操作會大幅增加的汙染的風險。
本發明一實施例之自動化樣品準備系統將樣品前處理、萃取、定量、配製溶液整合於一個系統中，由自動化系統取代人為操作可降低時間與人力成本、減少人為操作造成的誤差，更可降低汙染風險。
本發明一實施例提供一種自動化樣品準備系統，包含：樣品準備模組，用以對樣品進行前處理使樣品成為可用於萃取的形態；萃取模組，用以裝設萃取試劑條並利用萃取試劑條從樣品萃取出遺傳物質；置物模組，用以放置盛裝樣品的容器、盛裝萃取完成的遺傳物質的容器及萃取用吸量管尖；擴增前定量模組，用以對萃取完成的遺傳物質進行定量；擴增樣品準備模組，用以將萃取完成的遺傳物質配製成適用於擴增反應的溶液；非萃取用吸量管尖盛裝模組，用以盛裝非萃取用吸量管尖；以及吸量模組，用以移動到置物模組裝設萃取用吸量管尖以在樣品準備模組、萃取模組及置物模組中進行液體混合或移液，或者用以移動到非萃取用吸量管尖盛裝模組裝設非萃取用吸量管尖以在置物模 組、擴增前定量模組及擴增樣品準備模組中進行液體混合或移液；其中萃取模組與置物模組設置於樣品準備模組的相對兩側，擴增前定量模組、擴增樣品準備模組及非萃取用吸量管尖盛裝模組設置於置物模組遠離樣品準備模組的一側。
根據本發明一實施例的自動化樣品準備系統，將樣品前處理、萃取、擴增前定量、配製擴增溶液整合於一個系統中。自動化樣品準備系統的樣品準備模組除了液體樣品以外，亦可對如蠟塊之固體樣品進行前處理。自動化樣品準備系統的吸量模組可透過來回吸吐的方式使液體進行全面性的混合，相較於攪拌混合，可使液體混合更加均勻，並可避免因攪拌造成碰撞而損壞。自動化樣品準備系統中各模組的排列方式可減少吸量模組在各模組間的移動距離，藉此降低在移動過程中造成汙染或碰撞損壞的風險。藉由將各程序自動化來取代人為操作，可簡化操作、降低時間人力成本、提升效率，且藉由標準化的流程可減少人為誤差、提高可靠性，更重要的是，可大幅降低受到汙染的風險。
10:自動化樣品準備系統
100:樣品準備模組
200:萃取模組
210:萃取試劑條
300,300A,300B,300C,300D:置物模組
400:擴增前定量模組
500:擴增樣品準備模組
510:擴增試劑區
520:擴增樣品放置區
600:非萃取用吸量管尖盛裝模組
700:吸量模組
710:第一吸量模組
720:第二吸量模組
800:廢棄物收集模組
900:殼體
910:開口
920:影像辨識模組
930:紫外光滅菌模組
A:第一吸量模組的移動範圍
B:第二吸量模組的移動範圍
圖1為根據本發明一實施例之自動化樣品準備系統的平面示意圖。
圖2為裝設於萃取模組的萃取試劑條的一例。
圖3A為適用於10毫升血清或血漿的置物模組。
圖3B為適用於蠟塊(例如FFPE)的置物模組。
圖3C為適用於病毒或血液的置物模組。
圖3D為適用於5毫升血清或血漿的置物模組。
於以下實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露的內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易理解本發明相關之目的及優點。以下實施例係進一步詳細說明本發明之觀點，但非以任何觀點限制本發明之範疇。
請參考圖1，圖1為根據本發明一實施例之自動化樣品準備系統的平面示意圖。根據本發明一實施例，自動化樣品準備系統10包含樣品準備模組100、萃取模組200、置物模組300、擴增前定量模組400、擴增樣品準備模組500、非萃取用吸量管尖盛裝模組600及吸量模組700。萃取模組200與置物模組300設置於樣品準備模組100的相對兩側，擴增前定量模組400、擴增樣品準備模組500及非萃取用吸量管尖盛裝模組600設置於置物模組300遠離樣品準備模組100的一側。此排列方式可減少吸量模組700在各模組間的移動距離，藉此降低在移動過程中造成汙染或碰撞損壞的風險。
樣品準備模組100用以對樣品進行前處理使樣品成為可用於萃取的形態。所述可用於萃取的形態係指可使用吸量管 吸吐且可與萃取試劑混合的液體形態。樣品可為液體或固體。樣品可包含蠟塊、血液、血漿、血清、唾液、病毒、病原體、細菌或細胞。舉例而言，當樣品需要稀釋時，樣品可在樣品準備模組100進行稀釋，成為可用於萃取的形態。可用於萃取的樣品可經由後述之吸量模組700從樣品準備模組100移動至萃取模組200進行萃取。
樣品準備模組100可包含加熱區，加熱區用以加熱放置於此處的樣品。加熱區的範圍可涵蓋整個樣品準備模組100或涵蓋部分的樣品準備模組100。舉例而言，當樣品為如FFPE之蠟塊時，可將蠟塊放置於樣品準備模組100的加熱區，使蠟塊經由加熱融化成液體，成為可用於萃取的形態。
萃取模組200用以裝設萃取試劑條210並利用萃取試劑條210從樣品萃取出遺傳物質。圖2為裝設於萃取模組的萃取試劑條的一例。萃取試劑條210可具有多個管體連接在一起的結構。在部分管體中可盛裝有用於進行萃取反應的試劑，例如含磁珠緩衝液、裂解液、清洗液、溶析液，另一部分管體可為空管。萃取試劑條210中的試劑可依樣品種類不同而有所不同。萃取試劑條210可部分位於樣品準備模組100。舉例而言，如圖2所示之萃取試劑條210具有最外側兩個空管位於樣品準備模組100，萃取試劑條210的最外側兩個空管可用於盛裝欲進行前處理的樣品。萃取模組200可具有防呆結構。舉例而言，萃取模組200可 具有對應於萃取試劑條210的結構以定位萃取試劑條210，藉此防止裝設錯誤，確保萃取流程正確的進行。
在萃取模組200中可藉由後述之吸量模組700進行液體混合或移液。在裝設有萃取試劑條210的萃取模組200中，可藉由磁珠緩衝液的磁珠吸附樣品中遺傳物質，並藉由吸量模組700吸取管體中的溶液並移動至下一個管體，使樣品依序在萃取試劑條210的各管體移動以進行萃取。在萃取過程中，液體混合可由吸量模組700透過來回吸吐的方式來進行。萃取完成的遺傳物質可經由吸量模組700移動至置物模組300。
置物模組300用以放置盛裝樣品的容器、盛裝萃取完成的遺傳物質的容器及萃取用吸量管尖。盛裝樣品的容器可用於盛裝尚未進行萃取的原始液體樣品。萃取用吸量管尖可裝設於後述之吸量模組700以用於萃取。置物模組300可沿朝向萃取模組200的方向依序放置盛裝樣品的容器、萃取用吸量管尖及盛裝萃取完成的遺傳物質的容器。換言之，盛裝萃取完成的遺傳物質的容器最靠近萃取模組200，可使萃取完成的遺傳物質可以最短距離移動至容器中，藉此降低在移液過程中受到汙染的風險。置物模組300依據不同樣品種類可有不同的結構。舉例而言，圖3A至圖3D為適用於不同樣品的置物模組300，圖3A為適用於10毫升血清或血漿的置物模組300A，圖3B為適用於蠟塊(例如FFPE)的置物模組300B，圖3C為適用於病毒或血液的置物模組 300C，圖3D為適用於5毫升血清或血漿的置物模組300D。置物模組300可具有防呆結構。舉例而言，置物模組300可具有插銷或者具有對應於容器的結構以定位置物模組300及容器，藉此防止置物模組300裝設錯誤或容器擺放錯誤。
擴增前定量模組400用以對萃取完成的遺傳物質進行定量。在特定生化分析或應用中，有時在進行擴增反應前需要對樣品中的遺傳物質進行定量分析。擴增前定量模組400可為光學定量模組。可藉由後述之吸量模組700將放置於置物模組300的萃取完成的遺傳物質移動至擴增前定量模組400進行光學定量。擴增前定量模組400裝設有LED光源、濾光片及發光二極體，但不以此為限。舉例而言，擴增前定量模組400內建475nm的激發光過濾片與525nm的散射光過濾片，透過特定波長對遺傳物質進行量測，並使用內建軟體建立檢量線來對遺傳物質進行定量。
擴增樣品準備模組500用以將萃取完成的遺傳物質配製成適用於擴增反應的溶液。擴增樣品準備模組500可包含擴增試劑區510與擴增樣品放置區520。擴增試劑區510可用以放置用於擴增反應的試劑，例如聚合酶、dNTP、引子及緩衝液。擴增樣品放置區520可用以放置配製完成的適用於擴增反應的溶液。可藉由後述之吸量模組700將放置於置物模組300的萃取完成的遺傳物質移動至擴增樣品放置區520，再藉由吸量模組700 將放置於擴增試劑區510的試劑添加至萃取完成的遺傳物質中，配製成適用於擴增反應的溶液。配製完成的溶液可從自動化樣品準備系統10中取出，進行後續擴增反應或保存。
非萃取用吸量管尖盛裝模組600用以盛裝非萃取用吸量管尖。非萃取用吸量管尖可用於與萃取無關的液體混合或移液。換言之，放置於置物模組300的萃取用吸量管尖可用於在樣品準備模組100、萃取模組200與置物模組300中的液體混合或移液，放置於非萃取用吸量管尖盛裝模組600的非萃取用吸量管尖可用於在置物模組300、擴增前定量模組400與擴增樣品準備模組500中的液體混合或移液。將萃取用吸量管尖與非萃取用吸量管尖區分開使用可減少在單一程序中吸量模組700移動的距離，可降低吸量模組700在裝設萃取管尖或移動的過程中造成汙染的風險。
吸量模組700用以移動到置物模組300裝設萃取用吸量管尖以在樣品準備模組100、萃取模組200及置物模組300中進行液體混合或移液，或者用以移動到非萃取用吸量管尖盛裝模組600裝設非萃取用吸量管尖以在置物模組300、擴增前定量模組400及擴增樣品準備模組500中進行液體混合或移液。吸量模組700可透過來回吸吐的方式進行液體混合。吸量模組700可透過自動偵測或手動設定液體的體積，並依據液體體積進行來回吸吐，使液體進行全面性的混合。相較於攪拌混合，依據液體體 積進行來回吸吐的混合方式可使液體混合更加均勻，並可避免因攪拌造成碰撞而損壞。
吸量模組700可包含第一吸量模組710及第二吸量模組720。第一吸量模組710的移動範圍A可包含樣品準備模組100、萃取模組200與置物模組300。第一吸量模組710可移動到置物模組300裝設萃取用吸量管尖以在樣品準備模組100、萃取模組200及置物模組300中進行液體混合或移液。第二吸量模組720的移動範圍B可包含置物模組300、擴增前定量模組400、擴增樣品準備模組500與非萃取用吸量管尖盛裝模組600。第二吸量模組720可移動到非萃取用吸量管尖盛裝模組600裝設非萃取用吸量管尖以在置物模組300、擴增前定量模組400及擴增樣品準備模組500中進行液體混合或移液。第一吸量模組710與第二吸量模組720可分別在不同區域內移動，可減少單一吸量模組的移動距離，藉此可降低在裝設萃取管尖或移動的過程中造成汙染的風險。
萃取模組200、樣品準備模組100及置物模組300可沿第一方向依序排列，擴增前定量模組400、擴增樣品放置區520、擴增試劑區510與非萃取用吸量管尖盛裝模組600可沿第二方向依序排列，第一方向可垂直第二方向。藉由此排列方式，在吸量模組700從非萃取用吸量管尖盛裝模組600裝設非萃取用吸量管尖、移動至擴增試劑區510吸取試劑再添加至放置於擴增樣品放 置區520的遺傳物質的過程中，可減少移動距離，藉此可降低吸量模組700在裝設萃取管尖或移動的過程中造成汙染的風險。
自動化樣品準備系統10可更包含廢棄物收集模組800。廢棄物收集模組800可用以收集使用過的吸量管尖或收集廢液。
自動化樣品準備系統10可更包含殼體900，殼體900可包含開口910。樣品準備模組100、萃取模組200、置物模組300、擴增前定量模組400、擴增樣品準備模組500、非萃取用吸量管尖盛裝模組600與吸量模組700可設置於殼體900內，擴增前定量模組400、擴增樣品準備模組500與非萃取用吸量管尖盛裝模組600可介於置物模組300與開口910之間。殼體900可更包含門板以覆蓋開口910。此排列方式可方便從開口910拿取配製完成的適用於擴增反應的溶液，可避免接觸樣品準備模組100、萃取模組200或置物模組300，藉此可降低觸碰造成的汙染或損壞的風險。
自動化樣品準備系統10可更包含影像辨識模組920。影像辨識模組920可設置於殼體900內。影像辨識模組920可用以辨識盛裝樣品的容器或盛裝的遺傳物質的容器上的標籤或標示。標籤或標示可為文字、數字或條碼。舉例而言，當盛裝樣品的容器為採血管時，影像辨識模組920可辨識採血管上的標籤並將資訊傳回電腦，以便數據整理及分析。影像辨識模組920亦 可辨識耗材的擺放與排列。舉例而言，影像辨識模組920可辨識非萃取用吸量管尖盛裝模組600中非萃取用吸量管尖的數量、擺放與排列，使吸量模組700可移動到正確的位置裝設吸量管尖，或是在吸量管尖不足時發出警訊。
自動化樣品準備系統10可更包含紫外光滅菌模組930。紫外光滅菌模組930可設置於殼體900內。紫外光滅菌模組930可用以對樣品準備模組100、萃取模組200、置物模組300、擴增前定量模組400、擴增樣品準備模組500、非萃取用吸量管尖盛裝模組600與吸量模組700進行滅菌。紫外光滅菌模組930可包含紫外光燈管，可裝設於殼體900內部的頂部或是可使紫外光照射到各模組的任意位置。紫外光滅菌模組930可確保在放入樣品時殼體900內處於無菌的狀態。
以下描述將樣品放入自動化樣品準備系統10到取出的一例。首先，在樣品為液態的情況下，將盛裝有樣品的容器放置於置物模組300，樣品經由第一吸量模組710移動至樣品準備模組100進行稀釋或加熱處理，成為可用於萃取的形態。在樣品為固態的情況下，將樣品直接放置於萃取試劑條210中位於樣品準備模組100的管體中進行稀釋或加熱處理，成為可用於萃取的形態。接著，放置於樣品準備模組100的待萃取樣品經由第一吸量模組710移動至萃取模組200，依序與萃取試劑條210中的各反應試劑混合以進行萃取反應。萃取完成的樣品經由第一吸量模 組710移動至放置於置物模組300的容器中。前述過程由第一吸量模組710裝設放置於置物模組300的萃取用吸量管尖來進行液體混合或移液。
接著，若需要進行擴增前定量，則將放置於置物模組300的萃取完成的樣品經由第二吸量模組720移動至擴增前定量模組400進行定量。接著，視定量結果或是在不需進行擴增前定量的情況下，將放置於置物模組300的萃取完成的樣品經由第二吸量模組720移動至擴增樣品準備模組500的擴增樣品放置區520。藉由第二吸量模組720將放置於擴增樣品準備模組500的擴增試劑區510的試劑添加至萃取完成的樣品中，配製成適用於擴增反應的溶液。配製完成的溶液可從開口910取出，進行後續擴增反應或保存。前述過程由第二吸量模組720裝設放置於非萃取用吸量管尖盛裝模組600的非萃取用吸量管尖來進行液體混合或移液。
根據本發明一實施例的自動化樣品準備系統，將樣品前處理、萃取、擴增前定量、配製擴增溶液整合於一個系統中。自動化樣品準備系統的樣品準備模組除了液體樣品以外，亦可對如蠟塊之固體樣品進行前處理。自動化樣品準備系統的吸量模組可透過來回吸吐的方式使液體進行全面性的混合，相較於攪拌混合，可使液體混合更加均勻，並可避免因攪拌造成碰撞而損壞。自動化樣品準備系統中各模組的排列方式可減少吸量模組在各模 組間的移動距離，藉此降低在移動過程中造成汙染或碰撞損壞的風險。藉由將各程序自動化來取代人為操作，可簡化操作、降低時間人力成本、提升效率，且藉由標準化的流程可減少人為誤差、提高可靠性，更重要的是，可大幅降低受到汙染的風險。
雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。在不脫離本發明之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本發明之專利保護範圍。關於本發明所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。
10:自動化樣品準備系統
100:樣品準備模組
200:萃取模組
300:置物模組
400:擴增前定量模組
500:擴增樣品準備模組
510:擴增試劑區
520:擴增樣品放置區
600:非萃取用吸量管尖盛裝模組
700:吸量模組
710:第一吸量模組
720:第二吸量模組
800:廢棄物收集模組
900:殼體
910:開口
920:影像辨識模組
930:紫外光滅菌模組
A:第一吸量模組的移動範圍
B:第二吸量模組的移動範圍

Claims (10)

  1. 一種自動化樣品準備系統，包含：一樣品準備模組，用以對一樣品進行前處理使該樣品成為可用於萃取的形態；一萃取模組，用以裝設一萃取試劑條並利用該萃取試劑條從該樣品萃取出一遺傳物質；一置物模組，用以放置盛裝該樣品的容器、盛裝萃取完成的該遺傳物質的容器及一萃取用吸量管尖；一擴增前定量模組，用以對萃取完成的該遺傳物質進行定量；一擴增樣品準備模組，用以將萃取完成的該遺傳物質配製成適用於擴增反應的溶液；一非萃取用吸量管尖盛裝模組，用以盛裝一非萃取用吸量管尖；以及一吸量模組，用以移動到該置物模組裝設該萃取用吸量管尖以在該樣品準備模組、該萃取模組及該置物模組中進行液體混合或移液，或者用以移動到該非萃取用吸量管尖盛裝模組裝設該非萃取用吸量管尖以在該置物模組、該擴增前定量模組及該擴增樣品準備模組中進行液體混合或移液；其中該萃取模組與該置物模組設置於該樣品準備模組的相對兩側，該擴增前定量模組、該擴增樣品準備模組及該非萃取用吸量管尖盛裝模組設置於該置物模組遠離該樣品準備模組的一側。
  2. 如請求項1所述之自動化樣品準備系統，更包含一殼體，該殼體包含一開口，該樣品準備模組、該萃取模組、該置物模組、該擴增前定量模組、該擴增樣品準備模組、該非萃取用吸量管尖盛裝模組與該吸量模組設置於該殼體內，該擴增前定量模組、該擴增樣品準備模組與該非萃取用吸量管尖盛裝模組介於該置物模組與該開口之間。
  3. 如請求項1所述之自動化樣品準備系統，其中該擴增樣品準備模組包含一擴增試劑區與一擴增樣品放置區，該擴增試劑區用以放置用於擴增反應的試劑，該擴增樣品放置區用以放置配製完成的適用於擴增反應的溶液。
  4. 如請求項3所述之自動化樣品準備系統，其中該萃取模組、該樣品準備模組及該置物模組沿一第一方向依序排列，該擴增前定量模組、該擴增樣品放置區、該擴增試劑區與該非萃取用吸量管尖盛裝模組沿一第二方向依序排列，該第一方向垂直該第二方向。
  5. 如請求項1所述之自動化樣品準備系統，其中該樣品包含蠟塊、血液、血漿、血清、唾液、病毒、病原體、細菌或細胞。
  6. 如請求項1所述之自動化樣品準備系統，其中該樣品準備模組包含一加熱區，該加熱區用以加熱該樣品。
  7. 如請求項1所述之自動化樣品準備系統，其中該吸量模組透過來回吸吐的方式進行液體混合。
  8. 如請求項1所述之自動化樣品準備系統，其中該吸量模組包含一第一吸量模組及一第二吸量模組，該第一吸量模組的移動範圍包含該樣品準備模組、該萃取模組與該置物模組，該第二吸量模組的移動範圍包含該置物模組、該擴增前定量模組、該擴增樣品準備模組與該非萃取用吸量管尖盛裝模組。
  9. 如請求項1所述之自動化樣品準備系統，更包含一影像辨識模組，用以辨識盛裝該樣品的容器或盛裝的該遺傳物質的容器上的標籤或標示。
  10. 如請求項1所述之自動化樣品準備系統，更包含一紫外光滅菌模組，用以對該樣品準備模組、該萃取模組、該置物模組、該擴增前定量模組、該擴增樣品準備模組、該非萃取用吸量管尖盛裝模組與該吸量模組進行滅菌。
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