TWM534751U - 核酸萃取裝置 - Google Patents

Description

核酸萃取裝置

本創作係有關於一種核酸萃取裝置，尤指一種利用升降模組搭配攪拌模組及磁吸模組，以對試劑與磁珠進行混合，並再搭配一多軸移動平台，以達到自動化流程之核酸萃取裝置。

按，目前市面上有多種自動化核酸提取儀，依照方法原理可將其分為四大類(表一)。分述如下：

第I類為，屬於原位反應的基本應用，借由磁鐵在槽位底部吸引磁珠後，利用排槍替換裂解液、清洗液和洗脫液以達到核酸純化之目的。代表性廠牌型號為MagNA Pure 96(Roche)。其缺點在於當檢體濃稠或產物濃度過高時容易堵塞排槍頭，造成吸排功能異常，影響整個流程的進行，另外排槍在移動的過程中若有液體滴落，則有檢體交叉污染的可能性，而在原位反應的過程中，假 若液體沒有移除完全，緩衝液或其他雜質易殘留在產物中，形成後端分析的干擾因素，這些問題對於未來高要求的精密分子診斷勢必為一大問題。

第II類如US6509193B1案所揭示者，雖與第一同樣是使用吸排系統，磁鐵位於槍頭側邊，磁珠可固定在槍頭上，因此可將磁珠轉移至不同槽位，屬於非原位反應，如此排除了第一類原位反應照成緩衝液殘留的問題，但仍然無法避免槍頭堵塞及液體滴落。

第Ⅲ類如US6448092B1案所揭示者，亦屬非原位反應，利用攪拌棒套及磁棒在不同試劑中轉移磁珠，攪拌棒套可作為試劑混合及磁珠轉移時保護磁棒之功能，此方法無第I類移液槍頭堵塞問題，也沒有液體轉移滴漏情形，目前自動化核酸萃取平臺大多採用此一方法。然，此方法之缺點係以攪拌棒套上下擺動方式混合樣本，因此容器需預留較多的空間達到較佳的混合效率。

第Ⅳ類是以旋轉棒的方法擾動試劑、磁珠達到混合的功能，其中的旋轉棒可藉由電池激發線圈磁化用以磁吸及轉移磁珠，相較於原本上下攪拌的動作，以旋轉的方式更能充分利用容器空間，增加樣本的使用量，以96深孔盤為例，上下攪拌的方式，最大的安全操作體積為1ml，然而以旋轉方式進行混合，可將操作體積提高至1.5ml以上，增加高達50%的樣本量，對於低濃度核酸樣本的萃取具有極大幫助。此裝置的缺點在於激發線圈需要一相當大的空間，對於整體儀器設計及建構有所限制，且造價相對昂貴，此外，強力電磁鐵對於裝有心率調節器的使用者是具有相 當危險性。

而在手持式磁珠轉移裝置領域中，目前僅有排槍搭配磁座較為方便應用，然而排槍以吸排方式混合檢體、磁珠或緩衝液等仍有以下缺點：

1.排槍搭配的槍頭口徑太小，在混合或抽取較濃稠的液體時可能會有堵塞的問題，容易使得液體回沖至槍頭內部，有交叉污染的風險。

2.排槍吸排設計，需要重複多次的吸排才能使液體混合均勻，費時費力，效率不彰。

3.排槍透過槍頭吸取排出液體，對於粘稠度高的產物會有剪力的產生，破壞產物的完整性，不利後端檢驗分析的進行。

4.排槍在置換緩衝溶液時，需先在容器底部或側邊以磁座吸住固定磁珠，再利用排槍將液體移出，加入新緩衝液。此做法因容器中或多或少有殘水以及排槍操作時的個人因素等，致使舊緩衝液始終無法完全排除乾淨，增加後端分析的變因，目前僅能透過多次的清洗獲取較為乾淨磁珠。

5.在手持裝置上，排槍很難同時操作多組檢體(一般常見規格為8組)，所有的步驟包括混合、分離磁珠都必須一個一個檢體分開執行。經上述介紹可知，目前市面上的自動化或手持式核酸提取儀各有其優缺點，仍有研發改良之必要。

有鑑於習知技術的不足，本創作之一目的在於提供一種自動 化之核酸萃取裝置，藉由升降模組搭配攪拌模組及磁吸模組，以對試劑與磁珠進行混合，且在操作過程中擁有較高的自由度，可視需要在反應過程中自由調整試劑，以俾使用者針對多元化的檢體自行設計萃取環境。

本創作之另一目的在於提供一種核酸萃取裝置，其可包含一藉由電腦控制之多軸移動平台，而將核酸萃取過程全自動化。

因此，本創作係提供一種核酸萃取裝置，包括：一攪拌模組，具有一第一驅動器、一齒輪組、複數個轉軸及複數個攪拌棒套，該第一驅動器係與該齒輪組連接，以驅動該齒輪組，該齒輪組之中央各具有一軸孔，該複數個轉軸為一中空體且對應穿過該複數個齒輪組之軸孔並與該複數個攪拌棒套連接；以及一磁吸模組，具有一第二驅動器、一升降機構及複數個磁棒，該複數個磁棒之一端連接於該升降機構，其中，藉由該第一驅動器驅動該齒輪組以轉動套接於該轉軸之攪拌棒套，以進行攪拌；並藉由該第二驅動器驅動該升降機構帶動該複數個磁棒上下移動，使該複數個磁棒進出該複數個攪拌棒套，以進行磁吸。

較佳地，其中該複數個磁棒係藉由該第二驅動器驅動該升降機構帶動該複數個磁棒向下移動，以穿過該轉軸之中空體內後對應置於該複數個攪拌棒套內，以進行磁吸。

較佳地，其中該複數個磁棒係藉由該第二驅動器驅動該升降機構帶動該複數個磁棒向上移動，以脫離該複數個攪拌棒套，解除磁吸。

較佳地，該複數個磁棒之數量及該複數個攪拌棒套之數量係相同。

較佳地，該攪拌模組進一步包括一殼體，該齒輪組係置於該殼體內。

較佳地，該齒輪組具有一第一齒輪組、第二齒輪及第三齒輪，該第一齒輪組係具有複數個齒輪且排成一列設置，且該第一齒輪組中之每一輪齒相互囓合，而該第二齒輪則與該第一驅動器連接，該第三齒輪係置於該第一齒輪組與第二齒輪之間。

較佳地，該攪拌棒套之外套管上具有一攪拌葉片，以增加攪拌效率。於較佳實施例中，該攪拌葉片係至少兩片，且設置於該攪拌棒套之外套管上之對稱位置。

較佳地，該升降機構具有一聯軸器、螺桿以及一固定平台，該聯軸器之一端與該第二驅動器連接，而該聯軸器之另一端與該螺桿連接，而該螺桿則再與該固定平台連接，該固定平台則與該複數個磁棒連接。

較佳地，該第一驅動器為一無刷馬達，而該第二驅動器為一步進馬達。

本創作核酸萃取裝置，進一步包含一退料裝置，該退料裝置連接於該攪拌棒套，且該退料裝置包括複數個彈簧擋片、複數個導桿以及一退料板

較佳地，該彈簧擋片係用以供該固定平台頂靠，而每一導桿係對應連接於每一彈簧擋片，且該退料板係連接於該複數導桿以 及殼體，並於殼體上設有一退料鍵，用以供使用者手動按壓操作，以將該攪拌棒套卸下。

本創作核酸萃取裝置，進一步包含一多軸移動平台，該多軸移動平台包含一X軸移動部及一Y軸移動部。

較佳地，該X軸移動部及Y軸移動部係以機構方式與該升降機構連接，並藉由電腦驅動並控制該X軸移動部、該Y軸移動部及該升降機構水平、垂直或上下移動。

較佳地，該升降機構係延伸一連接部與Y軸移動部相連接，而該升降機構之後端部則與該X軸移動部連接，以形成一X-Y-Z三軸移動平台

10‧‧‧攪拌模組

11‧‧‧第一驅動器

12‧‧‧齒輪組

121‧‧‧第一齒輪組

1211‧‧‧齒輪

122‧‧‧第二齒輪

123‧‧‧第三齒輪

13‧‧‧轉軸

14‧‧‧攪拌棒套

141‧‧‧攪拌葉片

15‧‧‧殼體

20‧‧‧磁吸模組

21‧‧‧第二驅動器

22‧‧‧升降機構

221‧‧‧聯軸器

222‧‧‧螺桿

223‧‧‧固定平台

224‧‧‧連接部

225‧‧‧後端部

23‧‧‧磁棒

30‧‧‧退料裝置

31‧‧‧彈簧擋片

32‧‧‧導桿

33‧‧‧退料板

40‧‧‧第一孔盤之反應槽

50‧‧‧第二孔盤之反應槽

60‧‧‧X軸移動部

70‧‧‧Y軸移動部

第一圖係顯示本創作核酸萃取裝置之立體示意圖。

第二圖係本創作核酸萃取裝置之第一驅動器及齒輪組之示意圖。

第三圖係本創作核酸萃取裝置之前視圖。

第四圖係本創作核酸萃取裝置之一實施例之操作示意圖。。

接著，本創作之實施樣態依下列例子詳細描述，但不限於此。本發明之上述及其他目的、特徵及優點將因以下敘述及後附圖式而變得更加清楚。

請參考第一圖，係顯示本創作核酸萃取裝置之立體示意圖。本創作核酸萃取裝置，包括：一攪拌模組10，具有一第一驅動器 11、一齒輪組12、複數個轉軸13及複數個攪拌棒套14，該第一驅動器11係與該齒輪組12連接，以驅動該齒輪組12，該齒輪組12之中央各具有一軸孔(圖未示)，該複數個轉軸13為一中空體且對應穿過該複數個齒輪組12之軸孔並與該複數個攪拌棒套14連接；以及一磁吸模組20，具有一第二驅動器21、一升降機構22及複數個磁棒23，該複數個磁棒23之一端連接於該升降機構22。該第二驅動器21用以驅動該升降機構22垂直上下移動，同時帶動該複數個磁棒23上下移動；其中藉由第二驅動器21驅動該升降機構22帶動該複數個磁棒23向上移動，使該複數個磁棒23脫離該複數個攪拌棒套14，以解除磁吸；且再藉由第一驅動器11驅動該齒輪組12以轉動套接於該轉軸13之攪拌棒套14，以進行攪拌(旋轉攪拌)，並藉由該第二驅動器21驅動該升降機構22帶動該複數個磁棒23向下移動，使該複數個磁棒23穿過複數個轉軸13之中空體內進入該複數個攪拌棒套14，以進行磁吸。

請參考第二圖並配合參考第一圖，該第二圖係顯示本創作核酸萃取裝置之第一驅動器及齒輪組之示意圖。該攪拌模組10進一步包括一殼體15，該齒輪組12係置於該殼體15內，於本實例中，該齒輪組12具有一第一齒輪組121、第二齒輪122及第三齒輪123，該第一齒輪組121係包含複數個齒輪1211且排成一列設置，且該第一齒輪組121之每一齒輪1211相互囓合，而第二齒輪122則與該第一驅動器11連接，該第三齒輪123係置於該第一齒輪組121與第二齒輪122之間，且與該第一齒輪組121中之至少一齒輪 1211及第二齒輪122相互囓合，當該第一驅動器11驅動該第二齒輪122時，藉由相互囓合帶動該第三齒輪123，以產生傳動，連續產生動力以連接該第一齒輪組121，以帶動轉軸13，並帶動攪拌棒套14，進行攪拌，且該第一驅動器11為一無刷馬達，而該攪拌棒套14之外套管上具有一攪拌葉片141，以增加攪拌效率。

前述齒輪組12之設計可依使用者之需求，視情況設置不同數量、不同尺寸之齒輪，只要可達到藉由齒輪組帶動攪拌棒套14轉動即可，不特別限制。較佳地，該第一齒輪組121可包含8、16、32或96個齒輪，且該第一齒輪組121中齒輪1211之數量係對應搭配磁棒23、攪拌棒套14之數量，使其具有一對一之對應關係。例如：當第一齒輪組121之齒輪1211具有8個時，該磁棒23及該攪拌棒套14也同時個具有8個，以彼此對應。

請繼續參考第一圖，其中磁吸模組20之升降機構22具有一聯軸器221、螺桿222以及一固定平台223，該聯軸器221之一端與該第二驅動器21連接，而該聯軸器221之另一端與該螺桿222連接，而該螺桿222則再與該固定平台223連接，該固定平台223則與該複數個磁棒23連接，俾使該第二驅動器21驅動該升降機構22時，帶動聯軸器221、螺桿222以及該固定平台223，以帶動該複數個磁棒23上下移動，且於本實施例中，該第二驅動器21為一步進馬達。

於本實施例中，當本創作核酸萃取裝置進行旋轉攪拌時，將該攪拌模組10移動至一第一孔盤之反應槽40(請參考第四圖) 處，且將複數個攪拌棒套14係各別置於該第一孔盤之反應槽40(請參考第四圖)內，該第一孔盤之反應槽40內各具有一反應溶液(圖未示)，且藉由該第二驅動器21驅動該升降機構22之聯軸器221、螺桿222以及該固定平台223向上移動，以帶動該複數個磁棒23脫離相應之該攪拌棒套14，並再藉由該第一驅動器11驅動該第二齒輪122轉動，且帶動第三齒輪123，該第三齒輪123再驅使該第一齒輪組121轉動，以帶動該複數個轉軸13，使該複數個攪拌棒套14於該第一孔盤之反應槽40內旋轉攪拌該反應溶液以混合均勻。本創作之該複數個攪拌棒套14之旋轉方向可藉由控制第二驅動器21的轉動方向，進而控制齒輪組12的轉動方向，以達到順時針或逆時針旋轉攪拌之目的。

另於本實施例中，當本創作核酸萃取裝置進行磁吸時，藉由該第二驅動器21驅動該升降機構22之聯軸器221、螺桿222以及該固定平台223向下移動，以帶動該複數個磁棒23進入相應的該攪拌棒套14內，藉由該磁棒23之磁力吸附相應之第一孔盤之反應槽40內的磁珠，使該第一孔盤之反應槽40內的磁珠吸附於該攪拌棒套14之外套管上，此時，使用者可以手動將攪拌模組10及磁吸模組20移動至另一第二孔盤之反應槽50(請參考第四圖)，並再次利用該第二驅動器21驅動該升降機構22之聯軸器221、螺桿222以及該固定平台223向上移動，以帶動該複數個磁棒23再次脫離該攪拌棒套14，結束磁吸作用，使吸附於該複數個攪拌棒套14之外套管上的磁珠落入於該第二孔盤之反應槽50內，接著，再次 藉由該第一驅動器11驅動該第二齒輪122轉動，且帶動第三齒輪123，該第三齒輪123再驅使該第一齒輪組121轉動，以帶動該複數個轉軸13，使該複數個攪拌棒套14於該第二孔盤之反應槽50內旋轉攪拌落入之磁珠與該反應溶液以混合均勻。

請參考第三圖並配合參考第一圖，該第三圖係顯示本創作核酸萃取裝置之前視圖。本創作核酸萃取裝置，進一步包含一退料裝置30，該退料裝置30連接於該攪拌棒套14，且該退料裝置30可包括複數個彈簧擋片31、複數個導桿32以及一退料板33，其中該彈簧擋片31係用以供該固定平台223頂靠，而每一導桿32係對應連接於每一彈簧擋片31，且該退料板33係連接於該複數導桿32以及殼體15，並於殼體15上設有一退料鍵(圖中未示)，用以供使用者手動按壓操作，以將該攪拌棒套14卸下，另外，該退料板33亦可為殼體15之一部分，例如，為殼體15中一可拆卸式之底板。

於本實施例中，欲將該攪拌棒套14從該轉軸13上卸下，可為手動或自動操作，若為手動操作則按壓設於該殼體15之退料鍵，則該退料鍵會推動該退料板33，而使該攪拌棒套14從該轉軸13上卸下；而若為自動操作，則利用電腦控制該第二驅動器21驅動該升降機構22之聯軸器221、螺桿222以及該固定平台223向下移動，該固定平台223降下一定高度後會壓到該複數個導桿32及複數個彈簧擋片31，進而使該退料板33往下壓，而使該攪拌棒套14從該轉軸13上卸下。

請參考第四圖係顯示本創作核酸萃取裝置之另一實施例之操 作示意圖。本創作核酸萃取裝置，可連接至一外接電源並與電腦連線，以電腦控制各元件之作動並記錄，亦即本創作核酸萃取裝置採全自動化操作，如圖所示，本創作核酸萃取裝置進一步包含一多軸移動平台，該多軸移動平台包含一X軸移動部60及一Y軸移動部70，於本實施例中，該X軸移動部60及Y軸移動部70係以機構方式與該升降機構22連接，俾使本創作核酸萃取裝置藉由電腦驅動並控制該X軸移動部60、該Y軸移動部70及該升降機構22自由移動，即可達成自動化控制，其中該升降機構22係延伸一連接部224與Y軸移動部70相連接，而該升降機構22之後端部225則與該X軸移動部60連接，以形成一X-Y-Z三軸移動平台，俾使本創作核酸萃取裝置可水平、垂直或上下移動。

當本創作核酸萃取裝置，利用電腦控制以對複數個孔盤進行磁珠與反應溶液的混合時，於本實施例中，首先藉由電腦控制Y軸移動部70，移動本創作核酸萃取裝置至第一孔盤之反應槽40處，再藉由電腦控制升降機構22向上移動，將磁棒23退出攪拌棒套14，並驅動第一驅動器11帶動齒輪組12以旋轉攪拌棒套14進行攪拌，並於攪拌後，再藉由電腦控制升降機構22向下移動磁棒23進入攪拌棒套14以進行磁吸，並再藉由電腦控制X軸移動部60，移動本創作核酸萃取裝置至第二孔盤之反應槽50處，並再次電腦控制升降機構22向上移動，將磁棒23退出攪拌棒套14，使吸附於該複數個攪拌棒套14之外套管上的磁珠落入於該第二孔盤之反應槽50內，再驅動第一驅動器11帶動齒輪組12以旋轉攪拌棒套14 進行攪拌，以達到本創作核酸萃取裝置全自動化。

據此，前述實施例之核酸萃取裝置(下簡稱本實施例)具有以下特點，但不僅限於此：

1.本實施例使用單一尺寸之攪拌棒套，搭配轉速的調整及正反轉的設計，無論檢體粘稠度高低皆可使用，無堵塞、液體回沖等問題。

2.本實施例使用攪拌棒套旋轉的方式擾動液體，搭配正反轉設計可造成液體擾流均勻混合，相較排槍混合效率高，省時省力，除此之外，本實施例的轉速及操作流程可以程式化，可將人為操作變因減少，增加實驗的一致性和再現性。

3.本實施例係以攪拌棒套旋轉攪拌，不會有剪力的產生，產物完整性較佳。

4.本實施例磁珠轉移的設計上直接利用內置的磁棒磁吸磁珠，接著轉移至新緩衝液中，解決了無法排除舊緩衝液的問題，增加產物純度，也因中間清洗次數較少，減少產物流失量。

5.本實施例係採程式化流程、旋轉式混合並搭配磁棒分離磁珠的功能，俾使一次操作多組樣本(例如：常規的8組樣本)變得容易簡單，大大降低操作時間。

綜上，所屬領域之技術人員當可了解，在不違背本創作精神下，依據本案實施態樣所能進行的各種變化。因此，顯見所列之實施態樣並非用以限制本創作，而是企圖在所附申請專利範圍的定義下，涵蓋於本創作的精神與範疇中所做的修改。

11‧‧‧第一驅動器

13‧‧‧轉軸

14‧‧‧攪拌棒套

15‧‧‧殼體

20‧‧‧磁吸模組

21‧‧‧第二驅動器

22‧‧‧升降機構

221‧‧‧聯軸器

222‧‧‧螺桿

223‧‧‧固定平台

Claims (15)

1. 一種核酸萃取裝置，包括：一攪拌模組，具有一第一驅動器、一齒輪組、複數個轉軸及複數個攪拌棒套，該第一驅動器係與該齒輪組連接，以驅動該齒輪組，該齒輪組之中央各具有一軸孔，該複數個轉軸為一中空體且對應穿過該複數個齒輪組之軸孔並與該複數個攪拌棒套連接；以及一磁吸模組，具有一第二驅動器、一升降機構及複數個磁棒，該複數個磁棒之一端連接於該升降機構；其中，藉由該第一驅動器驅動該齒輪組以轉動套接於該轉軸之攪拌棒套，以進行攪拌；並藉由該第二驅動器驅動該升降機構帶動該複數個磁棒上下移動，使該複數個磁棒進出該複數個攪拌棒套，以進行磁吸。
2. 如申請專利第1項所述之核酸萃取裝置，其中該複數個磁棒係藉由該第二驅動器驅動該升降機構帶動該複數個磁棒向下移動，以穿過該轉軸之中空體內後對應置於該複數個攪拌棒套內，以進行磁吸。
3. 如申請專利第2項所述之核酸萃取裝置，其中該複數個磁棒係藉由該第二驅動器驅動該升降機構帶動該複數個磁棒向上移動，以脫離該複數個攪拌棒套，解除磁吸。
4. 如申請專利範圍第1項所述之核酸萃取裝置，其中該攪拌模組進一步包括一殼體，該齒輪組係置於該殼體內。
5. 如申請專利範圍第1項所述之核酸萃取裝置，其中該齒輪組具有一第一齒輪組、第二齒輪及第三齒輪，該第一齒輪組係具有複數個齒輪且排成一列設置，且該第一齒輪組中之每一輪齒相互囓合，而該第二齒輪則與該第一驅動器連接，該第三齒輪係置於該第一齒輪組與第二齒輪之間。
6. 請專利範圍第1項所述之核酸萃取裝置，其中該第一齒輪組具有複數個齒輪。
7. 如申請專利範圍第1項所述之核酸萃取裝置，其中該攪拌棒套之外套管上具有一攪拌葉片，以增加攪拌效率。
8. 如申請專利範圍第1項所述之核酸萃取裝置，其中該攪拌葉片係至少兩片，且設置於該攪拌棒套之外套管上之對稱位置。
9. 如申請專利範圍第1項所述之核酸萃取裝置，其中該升降機構具有一聯軸器、螺桿以及一固定平台，該聯軸器之一端與該第二驅動器連接，而該聯軸器之另一端與該螺桿連接，而該螺桿則再與該固定平台連接，該固定平台則與該複數個磁棒連接。
10. 如申請專利範圍第1項所述之核酸萃取裝置，其中該第一驅動器為一無刷馬達，而該第二驅動器為一步進馬達。
11. 如申請專利範圍第1項所述之核酸萃取裝置，進一步包含一退料裝置，該退料裝置連接於該攪拌棒套，且該退料裝置包括複數個彈簧擋片、複數個導桿以及一退料板。
12. 如申請專利範圍第11項所述之核酸萃取裝置，其中該彈簧擋 片係用以供該固定平台頂靠，而每一導桿係對應連接於每一彈簧擋片，且該退料板係連接於該複數導桿以及殼體，並於殼體上設有一退料鍵，用以供使用者手動按壓操作，以將該攪拌棒套卸下。
13. 如申請專利範圍第1項所述之核酸萃取裝置，進一步包含一多軸移動平台，該多軸移動平台包含一X軸移動部及一Y軸移動部。
14. 如申請專利範圍第13項所述之核酸萃取裝置，其中該X軸移動部及Y軸移動部係以機構方式與該升降機構連接，並藉由電腦驅動並控制該X軸移動部、該Y軸移動部及該升降機構水平、垂直或上下移動。
15. 如申請專利範圍第14項所述之核酸萃取裝置，其中該升降機構係延伸一連接部與Y軸移動部相連接，而該升降機構之後端部則與該X軸移動部連接，以形成一X-Y-Z三軸移動平台。