WO2024138293A1 - 磁珠混匀装置 - Google Patents

Abstract

一种磁珠混匀装置，包括支撑机构（100）、驱动机构（200）和试剂瓶固定件（300），支撑机构（100）具有容纳腔以及开口，容纳腔的中心线沿第一直线（20）延伸设置，驱动机构（200）的输出轴（201）能绕第一直线（20）进行旋转运动，试剂瓶固定件（300）设置为用于固定装有磁珠的试剂瓶（10），试剂瓶固定件（300）通过开口置于容纳腔内，且试剂瓶固定件（300）的底端与输出轴（201）传动连接，试剂瓶固定件（300）的中心轴线沿第二直线（30）延伸设置。在驱动机构（200）的驱动下，试剂瓶固定件（300）能够以第二直线（30）绕第一直线（20）的周向移动的方式进行摆动，在摆动的过程中，第二直线（30）和第一直线（20）之间的夹角始终为α°，第二直线（30）的移动轨迹为圆锥面。

Description

磁珠混匀装置 技术领域

本申请涉及生物样本提取技术领域，例如涉及一种磁珠混匀装置。

背景技术

磁珠法提取技术被广泛应用于脱氧核糖核酸(DeoxyriboNucleic Acid，DNA)、核糖核酸(即Ribonucleic Acid，RNA)的提取和纯化实验中。在使用磁珠提取和纯化生物样本中的DNA或者RNA之前，需要先对试剂瓶内的磁珠和溶液进行混匀，使磁珠表面的硅羟基能够与溶液中的核酸通过氢键和静电作用发生特异性结合。在高盐条件下磁珠能够与核酸结合，而在低盐环境下磁珠上结合的核酸可以被洗脱下来，利用该原理可以直接从复杂的生物体系中分离核酸。

基因测序所采用的自动磁珠混匀方法主要以吸打法为主。吸打法指的是首先将磁珠加入事先装好样品的试剂瓶内后，然后通过移液枪和注液针反复吸取并冲刷磁珠以达到洗脱和混匀的效果。但是，当这种方法应用在基因测序的长片段文库建库时，由于在吸打混匀过程中试剂瓶侧壁上的磁珠不易被冲掉，因此磁珠凝集现象较为严重，磁珠凝聚于试剂瓶侧壁从而导致洗脱和混匀变的相对比较困难。

发明内容

本申请提供一种磁珠混匀装置，该磁珠混匀装置使得磁珠避免凝聚于试剂瓶侧壁，有利于提高生物样本提取的效果和效率。

本申请提供一种磁珠混匀装置，包括：支撑机构，所述支撑机构具有容纳腔，所述容纳腔在所述支撑机构的顶部形成开口，所述容纳腔的中心线沿第一直线延伸设置；驱动机构，所述驱动机构包括输出轴，所述输出轴能够绕所述第一直线进行旋转运动；试剂瓶固定件，所述试剂瓶固定件设置为固定装有磁珠的试剂瓶，所述试剂瓶固定件通过所述开口置于所述容纳腔内，且所述试剂瓶固定件的底端与所述输出轴传动连接，所述试剂瓶固定件的中心轴线沿第二直线延伸设置，所述第二直线和所述第一直线相交设置；其中，在所述驱动机构的驱动下，所述试剂瓶固定件能够以所述第二直线绕所述第一直线的周向移动的方式进行摆动，在摆动过程中，所述第二直线和所述第一直线之间的夹角始终为α°，所述第二直线的移动轨迹为圆锥面。

附图说明

图1是本申请实施例所提供的一种磁珠混匀装置的结构示意图；

图2是图1中B部分的放大图；

图3是本申请实施例所提供的一种磁珠混匀装置局部剖开后的示意图；

图4是本申请实施例所提供的一种磁珠混匀装置的剖视图；

图5是本申请实施例所提供的一种磁珠混匀装置的偏心驱动轴的示意图。

图中：

100、支撑机构；101、底座；102、支撑柱；103、电机座；104、轴承座；105、轴承端盖；106、第一腔室；107、第二腔室；

200、驱动机构；201、输出轴；

300、试剂瓶固定件；301、试管腔；302、管状部；303、锥状部；304、连接柱；

400、偏心驱动轴；401、插接孔；402、安装孔；403、感应片；

500、限位机构；501、第一限位件；502、第二限位件；

600、第三限位件；

700、第一关节轴承；

800、第二关节轴承；

900、感应传感器；

110、深沟球轴承；

120、卡簧；

10、试剂瓶；20、第一直线；30、第二直线。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行描述，所描述的实施例是本申请一部分实施例。

在本申请的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的， 而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本申请的描述中，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据情况理解上述术语在本申请中的含义。

本申请提供了一种磁珠混匀装置，该磁珠混匀装置设置为对试剂瓶内的磁珠进行混匀，避免磁珠集聚在试剂瓶的侧壁上从而影响生物样本中DNA、RNA等生物大分子的提取和纯化。

如图1至图4所示，该磁珠混匀装置包括支撑机构100、驱动机构200和试剂瓶固定件300。支撑机构100是整个磁珠混匀装置的安装结构，驱动机构200和试剂瓶固定件300均安装在支撑机构100上。支撑机构100具有容纳腔，容纳腔在支撑机构100的顶部形成开口，容纳腔的中心线沿第一直线20延伸设置。在一些实施例中，第一直线20竖直设置。驱动机构200是整个磁珠混匀装置的动力件，驱动机构200包括输出轴201，输出轴201能够以第一直线20为旋转轴进行旋转运动。试剂瓶固定件300是固定试剂瓶10的部件，试剂瓶固定件300通过开口置于容纳腔内，且试剂瓶固定件300的底端与输出轴201传动连接，试剂瓶固定件300的中心轴线沿第二直线30延伸设置，第二直线30和第一直线20相交设置，即第二直线30和第一直线20具有交点。

在驱动机构200的驱动下，试剂瓶固定件300能够以第二直线30绕第一直线20的周向移动的方式进行摆动，在试剂瓶固定件300的摆动过程中，第二直线30和第一直线20之间的夹角始终为α°，第二直线30的移动轨迹为圆锥面。由于试剂瓶10固定在试剂瓶固定件300上，因此试剂瓶10以及试剂瓶10内的样品和磁珠均能够摆动。在试剂瓶10的摆动过程中试剂瓶10内形成离心力，磁珠在该离心力的作用下能够与样品震荡混匀，并且磁珠无法凝聚于试剂瓶10侧壁上，提高了生物样本提取的效果和效率。

在一些实施例中，α°为1°、2°或者3°，该角度的设置既能够使磁珠无法集聚在试剂瓶10的侧壁上，又能够避免试剂瓶10内的样品在离心力的作用下从试剂瓶10的开口处洒出。在本申请的其他实施例中，α°的值根据需求可以灵活设定。

继续参照图2至图5所示，该磁珠混匀装置还包括偏心驱动轴400，利用偏心驱动轴400能够实现试剂瓶固定件300与驱动机构200的输出轴201的传动连接。偏心驱动轴400置于容纳腔内，偏心驱动轴400的底端与输出轴201连接，偏心驱 动轴400能够在驱动机构200的驱动下绕第一直线20旋转，偏心驱动轴400的顶端开设有安装孔402，安装孔402的中心轴线与第一直线20之间的间距为A，试剂瓶固定件300的底端可摆动地连接在安装孔402内。在本申请的实施例中，不对间距A的值进行限定，根据需求可以灵活设定。

在一些实施例中，容纳腔包括第一腔室106和第二腔室107，偏心驱动轴400可转动地置于第一腔室106内，在偏心驱动轴400的外壁面和第一腔室106的内壁面之间设置有深沟球轴承110。在一些实施例中，为了实现对深沟球轴承110的限位，第一腔室106的内壁面上形成阶梯面，偏心驱动轴400的外壁面上形成有轴肩，深沟球轴承110限位在阶梯面和轴肩之间。

在一些其他实施例中，除了采用偏心驱动轴400实现试剂瓶固定件300与驱动机构200的输出轴201的传动连接外，还可以采用行星轮机构实现试剂瓶固定件300与驱动机构200的输出轴201的传动连接，行星轮机构的太阳轮与驱动机构200的输出轴201连接，行星轮机构的行星轮与试剂瓶固定件300的底端摆动连接。

继续参照图3至图4所示，为了使偏心驱动轴400能够按照设定的角度进行精确地摆动，该磁珠混匀装置还包括第一关节轴承700，第一关节轴承700包括外圈和内圈，外圈具有内球面，内圈具有外球面，内圈可摆动地置于外圈内。第一关节轴承700置于安装孔402内，第一关节轴承700的外圈相对于安装孔402固定设置，第一关节轴承700的外圈的中心轴线与安装孔402的中心轴线重合。试剂瓶固定件300的底端形成有连接柱304，连接柱304插入第一关节轴承700的内圈内。

继续参照图3所示，磁珠混匀装置还包括第二关节轴承800，第二关节轴承800包括外圈和内圈，外圈具有内球面，内圈具有外球面，内圈可摆动地置于外圈内。第二关节轴承800置于容纳腔内并靠近开口设置，第二关节轴承800的外圈固定设置在容纳腔内，且第二关节轴承800外圈的中心轴线与第一直线20重合，试剂瓶固定件300穿过第二关节轴承800的内圈设置。第一关节轴承700的内圈的中心轴线以及第二关节轴承800的内圈的中心轴线始终与第二直线30重合。

继续参照图2所示，磁珠混匀装置还包括限位机构500，限位机构500设置为实现对试剂瓶固定件300的限位，以使试剂瓶固定件300仅能够进行摆动。限位机构500包括第一限位件501和第二限位件502，第一限位件501设置在支撑机构100的顶面上，第二限位件502设置在试剂瓶固定件300的外壁面上，第二限位件502与第一限位件501配合设置为限制试剂瓶固定件300绕第二直线30进行转动。

在一些实施例中，第一限位件501为限位板，限位板上设置有限位槽。例如，限位板为U型板，U型板的U型板面垂直于试剂瓶固定件300的径向设置，U型槽的顶部开口，且U型槽在试剂瓶固定件300的径向方向上贯穿限位板。第二限位 件502包括限位轴和限位轴承，限位轴沿试剂瓶固定件300的径向凸设在试剂瓶固定件300外，限位轴承套设在限位轴上，且限位轴承可移动地置于限位槽内。由于U型槽的内壁面对限位轴承具有一定的限位作用，置于U型槽的限位轴承虽然可以绕限位轴转动，也可以在U型槽内进行上下摆动，但是无法移出U型槽。

在一些实施例中，第二限位件502为凸轮随动器。凸轮随动器为标准件，能够直接购得，使用方便。

继续参照图1、图3、图4和图5所示，磁珠混匀装置还包括检测机构，检测机构包括感应片403和感应传感器900，感应片403设置在偏心驱动轴400上，感应传感器900设置在支撑机构100上，驱动机构200复位至原点时，感应传感器900检测到感应片403。

在一些实施例中，如图4和图5所示，感应片403直接集成在偏心驱动轴400上。感应片403为形成在偏心驱动轴400外壁面上的环形凸边，在环形凸边的外边缘处开设有通槽，感应传感器900包括相对设置的发射端和接收端，发射端和接收端分别设置在环形凸边的上下两侧，且与通槽的位置正对设置。当通槽转动至发射端和接收端之间时，发射端发出的光线能够被接收端接收到，此时即代表驱动机构200复位至原点；而当通槽转动至其他位置时，环形凸边的其他部分阻断了发射端发出的光线，使接收端无法接收到，此时代表驱动机构200未复位至原点。感应传感器900和感应片403能够对驱动机构200的输出轴201的转动圈数进行计数，从而便于控制试剂瓶10的摆动时长。

在一些并列的实施例中，感应片403和偏心驱动轴400为相互独立的两个部件，感应片403可以为环形结构，从而使感应片403能够套设在偏心驱动轴400上并固定，固定方式可以选用焊接、连接件连接或者卡接等。感应片403也可以为圆板，感应片403固定连接在偏心驱动轴400的端面上，例如上端面或者下端面上，感应片403和偏心驱动轴400的固定方向包括但是不局限于焊接、连接件连接或者卡接。

在一些实施例中，驱动机构200包括闭环电机，闭环电机的电机轴为输出轴201。闭环电机能够实现闭环控制，从而能够实现高转速、高精度控制。

在一些并列的实施例中，驱动机构200包括步进电机，步进电机的电机轴为输出轴201。

在一些并列的实施例中，驱动机构200包括步进电机和同步带机构，步进电机的电机轴与同步带机构的主动带轮连接，同步带机构的从动轮轴为输出轴201。

继续参照图4所示，试剂瓶固定件300沿第二直线30开设有试管腔301，试剂瓶10插接于试管腔301内。如此设置能够保证在混匀过程中，不需要接触试剂瓶 10中的样品，故能够避免样品交叉污染现象的发生。

试剂瓶10包括瓶体和瓶盖，瓶体呈锥状，瓶盖通过可折弯的连接片连接在瓶体的开口处。为了避免置于试管腔301内的试剂瓶10意外脱离试管腔301，继续参照图2所示，试剂瓶固定件300上设置有第三限位件600，第三限位件600设置为卡接试剂瓶10的瓶盖。在一些实施例中，第三限位件600为U型片，瓶盖上的连接片卡在U型片的U型通槽内。

在一些实施例中，支撑机构100为采用多个部件组成的分体结构。继续参照图1所示，支撑结构包括由下至上依次连接的底座101、支撑柱102、电机座103、轴承座104和轴承端盖105，连接方式包括但不限于焊接、连接件连接或者磁吸等。

在一些实施例中，底座101为矩形板。支撑柱102的数量为多个，多个支撑柱102在底座101和电机座103之间均匀分布，多个支撑柱102之间形成安装驱动机构200的空间。在一些实施例中，支撑柱102的数量为四个，四个支撑柱102分别设置在底座101的四个拐角处。支撑柱102的数量可以根据需求进行灵活调整。电机座103内设置有呈阶梯状的第一腔室106，轴承座104内设置有与第一腔室106连通的第二腔室107，且第二腔室107同样呈阶梯状。偏心驱动轴400的一部分结构置于第一腔室106内，其他部分置于第二腔室107内，深沟球轴承110置于第一腔室106内，驱动机构200的输出轴201伸入第一腔室106内与偏心驱动轴400的底端连接。轴承端盖105连接在轴承座104的顶端，第二关节轴承800置于第二腔室107内并靠近开口，第二关节轴承800的外圈限位在第二腔室107的阶梯面和轴承端盖105之间，第二关节轴承800的内圈的底端由套设在试剂瓶固定件300的卡簧120限位。轴承端盖105为环形结构，其内环面形成支撑机构100的开口。

实施例：

下面参考图1-图5描述本申请一个实施例的磁珠混匀装置。

如图1至图5所示，该磁珠混匀装置包括支撑机构100、驱动机构200、试剂瓶固定件300、偏心驱动轴400、第一关节轴承700、第二关节轴承800、深沟球轴承110、限位机构500和检测机构。

支撑机构100包括下至上依次连接的底座101、支撑柱102、电机座103、轴承座104和轴承端盖105。底座101为矩形板，电机座103的底端沿周向设置有环形凸边，支撑柱102的数量为四个，四个支撑柱102分别设置在底座101的四个拐角处，支撑柱102的底端与底座101固定连接，支撑柱102的顶端固定连接在电机轴的环形凸边上。电机座103和轴承座104之间通过连接件连接，电机座103上沿竖直方向贯穿设置有第一腔室106，轴承座104上沿竖直方向贯穿设置有第二腔 室107，第一腔室106和第二腔室107连通且均为阶梯腔。轴承端盖105为矩形环板，轴承端盖105上贯穿设置有圆形的开口，轴承端盖105盖设在轴承座104上，且轴承端盖105遮挡部分第二腔室107的顶部开口。第一腔室106、第二腔室107以及轴承端盖105的内孔构成支撑机构100的容纳腔，容纳腔的中心轴线为第一直线20。

驱动机构200为闭环电机，闭环电机设置在底座101和电机座103之间，且位于四个支撑柱102之间，闭环电机的电机轴即为驱动机构200的输出轴201，闭环电机的电机轴伸入第一腔室106内。

偏心驱动轴400通过深沟球轴承110转动连接在支撑机构100的容纳腔内，偏心驱动轴400的中心轴线为第二直线30，第二直线30和第一直线20的夹角为α°。偏心驱动轴400的顶端置于轴承座104的第二腔室107内，偏心驱动轴400的底端置于电机座103的第一腔室106，偏心驱动轴400的外壁面上形成轴肩。深沟球轴承110置于第一腔室106内且套设在偏心驱动轴400上，深沟球轴承110通过偏心驱动轴400的轴肩和第一腔室106内的阶梯面在竖直方向上形成限位。偏心驱动轴400的底端沿竖直方向设置有插接孔401，偏心驱动轴400的顶端沿设置方向开设有安装孔402，插接孔401的中心轴线和安装孔402的中心轴线之间的间距为A。闭环电机的电机轴由下至上插入插接孔401内，第一关节轴承700置于安装孔402内，第一关节轴承700包括外圈和内圈，外圈具有内球面，内圈具有外球面，内圈可摆动地置于外圈内，第一关节轴承700的外圈的中心轴线与安装孔402的中心轴线重合，第一关节轴承700的内圈的中心轴线与第二直线30重合。在第二腔室107内设置有第二关节轴承800，试剂瓶固定件300穿过第二关节轴承800的内圈设置，第二关节轴承800外圈的中心轴线与第一直线20重合，第二关节轴承800的内圈的中心轴线与第二直线30重合，第二关节轴承800的内圈通过套设在试剂瓶固定件300的卡簧120进行限位。

试剂瓶固定件300包括依次连接的管状部302、锥状部303和连接柱304，锥状部303的大尺寸端与管状部302的底端连接，锥状部303的小尺寸端与连接柱304的顶端连接。连接柱304插入第一关节轴承700的内圈内。管状部302上开设有试管腔301，试剂瓶10插接于试管腔301内。试剂瓶10包括瓶体和瓶盖，瓶体呈锥状，瓶盖通过可折弯的连接片连接在瓶体的开口处。试剂瓶固定件300上设置有第三限位件600，第三限位件600设置为卡接试剂瓶10的瓶盖。

限位机构500包括第一限位件501和第二限位件502，第一限位件501设置在支撑机构100的顶面上，第一限位件501为呈U型的限位板，限位板上设置有U型的限位槽。限位板的U型板面垂直于试剂瓶固定件300的径向设置，U型的限位槽的顶部开口，且限位槽在试剂瓶固定件300的径向方向上贯穿限位板。第二限 位件502设置在试剂瓶固定件300的外壁面上，第二限位件502为凸轮随动器，凸轮随动器的轴承置于限位槽内。

检测机构包括感应片403和感应传感器900，感应片403设置在偏心驱动轴400上，感应传感器900设置在轴承座104上，闭合电机复位至原点时，感应传感器900检测到感应片403。

Claims (10)

1. 磁珠混匀装置，包括：

   支撑机构(100)，所述支撑机构(100)具有容纳腔，所述容纳腔在所述支撑机构(100)的顶部形成开口，所述容纳腔的中心线沿第一直线(20)延伸设置；

   驱动机构(200)，所述驱动机构(200)包括输出轴(201)，所述输出轴(201)设置为绕所述第一直线(20)进行旋转运动；

   试剂瓶固定件(300)，所述试剂瓶固定件(300)设置为固定装有磁珠的试剂瓶(10)，所述试剂瓶固定件(300)通过所述开口置于所述容纳腔内，且所述试剂瓶固定件(300)的底端与所述输出轴(201)传动连接，所述试剂瓶固定件(300)的中心轴线沿第二直线(30)延伸设置，所述第二直线(30)和所述第一直线(20)相交设置；

   其中，在所述驱动机构(200)的驱动下，所述试剂瓶固定件(300)能够以所述第二直线(30)绕所述第一直线(20)的周向移动的方式进行摆动，在摆动过程中，所述第二直线(30)和所述第一直线(20)之间的夹角始终为α°，所述第二直线(30)的移动轨迹为圆锥面。
2. 根据权利要求1所述的磁珠混匀装置，还包括偏心驱动轴(400)，所述偏心驱动轴(400)置于所述容纳腔内，所述偏心驱动轴(400)的底端与所述输出轴(201)连接，所述偏心驱动轴(400)设置为在所述驱动机构(200)的驱动下绕所述第一直线(20)旋转，所述偏心驱动轴(400)的顶端开设有安装孔(402)，所述安装孔(402)的中心轴线与所述第一直线(20)之间的间距为A，所述试剂瓶固定件(300)的底端可摆动地连接在所述安装孔(402)内。
3. 根据权利要求2所述的磁珠混匀装置，还包括以下至少之一：

   第一关节轴承(700)，所述第一关节轴承(700)置于所述安装孔(402)内，所述试剂瓶固定件(300)的底端形成有连接柱(304)，所述连接柱(304)插入所述第一关节轴承(700)的内圈内；

   第二关节轴承(800)，所述第二关节轴承(800)置于所述容纳腔内，且所述试剂瓶固定件(300)穿过所述第二关节轴承(800)的内圈设置。
4. 根据权利要求1所述的磁珠混匀装置，还包括限位机构(500)，所述限位机构(500)包括第一限位件(501)和第二限位件(502)，所述第一限位件(501)设置在所述支撑机构(100)的顶面上，所述第二限位件(502)设置在所述试剂瓶固定件(300)的外壁面上，所述第二限位件(502)与所述第一限位件(501)配合设置为限制所述试剂瓶固定件(300)绕所述第二直线(30) 进行转动。
5. 根据权利要求4所述的磁珠混匀装置，其中，

   所述第一限位件(501)为限位板，所述限位板上设置有限位槽；

   所述第二限位件(502)包括限位轴和限位轴承，所述限位轴沿所述试剂瓶固定件(300)的径向凸设在所述试剂瓶固定件(300)外，所述限位轴承套设在所述限位轴上，且所述限位轴承可移动地置于所述限位槽内。
6. 根据权利要求5所述的磁珠混匀装置，其中，

   所述第二限位件(502)为凸轮随动器。
7. 根据权利要求2所述的磁珠混匀装置，还包括检测机构，所述检测机构包括感应片(403)和感应传感器(900)，所述感应片(403)设置在所述偏心驱动轴(400)上，所述感应传感器(900)设置在所述支撑机构(100)上，所述驱动机构(200)复位至原点时，所述感应传感器(900)检测到所述感应片(403)。
8. 根据权利要求1所述的磁珠混匀装置，其中，

   所述驱动机构(200)包括闭环电机，所述闭环电机的电机轴为所述输出轴(201)；或者，

   所述驱动机构(200)包括步进电机，所述步进电机的电机轴为所述输出轴(201)；或者，

   所述驱动机构(200)包括步进电机和同步带机构，所述步进电机的电机轴与所述同步带机构的主动带轮连接，所述同步带机构的从动轮轴为所述输出轴(201)。
9. 根据权利要求1-8中任一项所述的磁珠混匀装置，其中，

   所述试剂瓶固定件(300)沿所述第二直线(30)开设有试管腔(301)，所述试剂瓶(10)插接于所述试管腔(301)内。
10. 根据权利要求9所述的磁珠混匀装置，其中，

    所述试剂瓶固定件(300)上设置有第三限位件(600)，所述第三限位件(600)设置为卡接所述试剂瓶(10)的瓶盖。

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