CN207581826U - 一种dna引物或探针的精准分装及混合装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种DNA引物或探针的精准分装及混合装置，该精准分装及混合装置主要由控制柜、执行机构、工作区域部件、测试单元、枪头架、工作台板和固定台板组成；执行机构由X轴滑台、Y轴滑台、Z轴滑台和枪轴滑台组成；工作区域部件包括8块分装目标板、1块枪头板、1块原液板、1块导液目标板和1个枪头分离器，工作台板采用以原液板为中心的布局形式。本实用新型提供了一种精准、可靠、高效的工程解决方案，从而实现DNA引物或探针的自动化精准分装与混合。本实用新型可以节省人工，可以节省掉繁琐的手动吸液打液过程，操作者只需要使用移动U盘将所需要的操作导入软件即可，省去了之前的准备工作，实现全自动化操作。

Description

一种DNA引物或探针的精准分装及混合装置

技术领域

本实用新型属于分子生物学技术领域，具体的说是涉及一种DNA引物或探针的精准分装及混合装置。

背景技术

分子生物研究中，根据特定的目的，需要合成不同碱基序列和长度的引物。DNA引物在合成后，通常处于标准的孔板中，如48孔板或96孔板等，每一个孔中可以是一条不同的引物。按照分析和研究的目的不同，有时需要将合成好的同一种（称之为一条）引物或探针，分装到若干个不同的离心管或螺纹管中，有时又需要将不同的引物或探针混合到同一个管子中，通常这些分装或混合的工作由操作人员借助移液***工完成。完成96孔中不同引物不等数量的分装，或者将不同引物按照各不相同的数量混合，本身就是一项非常繁复的工作。因为需要分装或混合的引物或探针以微升计量，对操作人员的技能要求很高，往往难于将计量偏差或波动控制在较小范围。同时，手工操作既不能完全避免人为差错，又在出现差错时很难被发现。

现有技术中的实验室移液工作站或核酸提取仪，仅能实现将某种液体从一种容器均量转移至另一种容器的目的，无法实现引物或探针分装、混合的复杂而精密的要求。其计量单位通常为毫升量级，计量精度在1％左右，而引物或探针的分装或混合，计量单位为微升量级，计量精度要求更高，实验室移液工作站或核酸提取仪无法满足这种微量计量的高精度和高稳定性要求。而且实验室移液工作站或核酸提取仪无法进行实现数据模块的自动采集，也不能实现与DNA引物或探针合成***的兼容和联结。

发明内容

本实用新型为了克服现有技术存在的不足，本实用新型旨在实现分装与混合两大功能的装置，提供一种DNA引物或探针的精准分装及混合装置。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种DNA引物或探针的精准分装及混合装置，其主要由控制柜、执行机构、工作区域部件、测试单元、枪头架、工作台板和固定台板组成；执行机构由X轴滑台、Y轴滑台、Z轴滑台和枪轴滑台组成；在固定台板的负方向上表面固定连接有控制柜，X轴滑台固定设置在固定台板的正方向上表面并与控制柜固定连接；在工作台板上固定连接有工作区域部件，工作区域部件包括8块分装目标板、1块枪头板、1块原液板、1块导液目标板和1个枪头分离器，工作台板采用以原液板为中心的布局形式，8块分装目标板均匀分布于原液板X轴方向的两侧，正方向4块分装目标板，负方向4块分装目标板，枪头架布置于原液板的Y轴正方向上，导液目标板和枪头分离器分别布置于原液板的Y轴负方向上。

X轴滑台与Y轴滑台采用龙门式结构连接，X轴滑台的上表面固定设置有X轴拖板，在X轴拖板上由螺栓固定两根立柱将Y轴滑台托起，Z轴滑台与Y轴滑台采用侧面吊装的结构形式连接，在Y轴滑台的上表面固定设置有Y轴拖板，在Y轴拖板上固定设置有Z轴滑台，枪轴滑台设置在Z轴滑台的侧面。

在控制柜内设置有内部控制器、直流电源、驱动器和装置驱动电机，装置驱动电机驱动X轴滑板、Y轴滑板、Z轴滑板和枪轴滑板运动。分装目标版的表面设置有12×5个孔位，在每一个孔位的右上角设置有用于固定离心管管盖的半椭圆形台阶凸起。测试单元设置在工作台板的上表面并位于原液板的Y轴正方向上。

在医学和生物学科研生产中，根据一定的医疗检测、诊断和研发等目的，具有不同碱基序列和长度的引物或探针被设计出来，经过分子合成、氨解以及纯化等工序后，成品存储于孔板或离心管中。然后又按照特定的需求和需要进行分装或者混合。

1、分装：

一般DNA引物成品，通常处于标准的孔板中，如48孔板或96孔板等，每一个孔中可能是来自不同客户的不同需求的一条特殊引物。按照客户的具体要求，每个孔中收集或暂存的每条引物，需要被分成确定剂量的若干份，包装并存储于离心管中，称之为“板对管”分装过程。

DNA探针或某些经过特殊纯化工艺的引物成品，通常收集暂存于较大的离心管中，按照客户的具体要求，需要被分成确定剂量的若干份，包装并存储于较小的离心管中，称之为“管对管”分装过程。

为了后续混合目的，暂存于孔板中的引物或者暂存于较大离心管中的引物或探针，需要按照一定的剂量和份额分成若干份，暂存于标准96孔板的指定孔中。这两种分装过程，前者称之为“板对板”分装过程，后者称之为“管对板”分装过程。

2、混合：

基于医学和生物学研究等目的，有时需要将处于96孔板或离心管中的不同引物或探针，按照一定的剂量加以混合。与分装过程类似，混合的过程也可以是“板对板”、“管对板”、“板对管”或“管对管”的混合过程。通常，如果一次需要完成较多种类的混合，并在混合后再次分装或继续实验，则最终混合更多在96孔板中；如果仅有少数几种，并且混合后不再需要后续分装，则可以直接混合至离心管中。

DNA引物——引物（primer），又名引子。是一小段单链DNA或RNA，作为DNA复制的起始点，在核酸合成反应时，作为每个多核苷酸链进行延伸的出发点而起作用的多核苷酸链，在引物的3′-OH上，核苷酸以二酯链形式进行合成，因此引物的3′-OH必须是游离的。

DNA探针——基因探针，即核酸探针（probe），是一段带有检测标记、且顺序已知的、与目的基因互补的核酸序列(DNA或RNA)。

48孔板或96孔板——在生物医疗等科研与生产领域中广泛使用，用作细胞培养器皿、荧光定量PCR平台耗材或核酸收集暂存皿等。

离心管——管状试样容器，可带密封盖或压盖，用于存贮合成好的引物或探针。

本实用新型中的精准分装及混合装置与医学实验室用的移液工作站或者核酸提取仪比较相似。结合引物或探针物料本身的性能特点、分装或混合的特殊要求、控制精度等方面，本实用新型中的装置提供了多种创新性的设计方案，实现了实验室移液工作站或者核酸提取仪无法实现的功能和解决方案。

本实用新型的有益效果是：本实用新型DNA引物或探针精准分装及混合装置的目的就是提供一种精准、可靠、高效的工程解决方案，以实现DNA引物或探针的自动化精准分装与混合。采用本实用新型中的装置，可以节省人工，该装置可以节省掉繁琐的手动吸液打液过程，操作者只需要使用移动U盘将所需要的操作导入软件即可，省去了之前的准备工作。装置完成工作的安全性和稳定性远远高于人工，不会因为人为的原因出现错误。本装置的精度可达到2％以内，并可在30min左右完成一块分装目标板的分装作业，实现了高精度大量程的分装和移液工作。本装置能够实现全自动化操作，通过装置的整合，还可以方便后期的全流程自动化的整合。

本装置采用了全新设计的八块目标板的板型设置，可以实现DNA引物分装的大部分工作要求，无需中途暂停换板等操作。一次装填可以一次性完成96条引物的分装工作，大大提高了引物分装移液的精度和速度，提高了备置效率，保证了备置的一致性和可靠性。本实用新型能够完成引物或探针从抽提到分装或混合的精确计量。运动过程稳定、可靠，定位精确。本实用新型精准分装及混合装置的优势为：实现了插枪头、吸液、打液和变换孔位再次打液等功能，最多能够分装五管。

附图说明

图1是采用本实用新型装置从指定管/板中提取介质步骤的结构示意图；

图2是本实用新型分装及混合装置的立体结构示意图；

图2中：1-控制柜；2-X轴滑台；3-Y轴滑台；4-Z轴滑台；5-枪轴滑台；6-测试单元；7-分装目标板；8-枪头架；9-原液板；10-导液目标板；11-枪头分离器；12-工作台板；13-固定台板；14-孔位；15-半椭圆形台阶凸起。

图3是本实用新型分装及混合装置的控制***硬件结构示意图；

图4是本实用新型执行机构的连接方式及控制原理示意图；

图5是本实用新型分装及混合装置中分装目标板的立体结构示意图；

其中：控制柜承装所有控制部分，测试单元用来实现对装置的打液量的测试，分装目标板用来承装分装后的引物，枪头架用来承装待试用的移液枪头，原液板用来承装待分装的原始引物。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型作详细描述。

如图1至图5所示，一种DNA引物或探针的精准分装及混合装置，其主要由控制柜1、执行机构、工作区域部件、测试单元6、枪头架8、工作台板12和固定台板13组成；执行机构由X轴滑台2、Y轴滑台3、Z轴滑台4和枪轴滑台5组成；在固定台板13的负方向上表面固定连接有控制柜1，X轴滑台2固定设置在固定台板13的正方向上表面并与控制柜1固定连接；在工作台板12上固定连接有工作区域部件，工作区域部件包括8块分装目标板7、1块枪头板、1块原液板9、1块导液目标板10和1个枪头分离器11，工作台板12采用以原液板9为中心的布局形式，8块分装目标板7均匀分布于原液板9X轴方向的两侧，正方向4块分装目标板7，负方向4块分装目标板7，枪头架8布置于原液板9的Y轴正方向上，导液目标板10和枪头分离器11分别布置于原液板9的Y轴负方向上。这种以原液板9为中心的布局形式能够提高分装和导液的速度，缩短分装和导液的时间。

X轴滑台2与Y轴滑台3采用龙门式结构连接，X轴滑台2的上表面固定设置有X轴拖板，在X轴拖板上由螺栓固定两根立柱将Y轴滑台3托起，Z轴滑台4与Y轴滑台3采用侧面吊装的结构形式连接，在Y轴滑台3的上表面固定设置有Y轴拖板，在Y轴拖板上固定设置有Z轴滑台4，枪轴滑台5设置在Z轴滑台4的侧面。这样就实现了三个自由度的直线运动。

在控制柜1内设置有内部控制器、直流电源、驱动器和装置驱动电机，装置驱动电机驱动X轴滑板、Y轴滑板、Z轴滑板和枪轴滑板运动。分装目标版的表面设置有12×5个孔位14，在每一个孔位14的右上角设置有用于固定离心管管盖的半椭圆形台阶凸起15。测试单元6设置在工作台板12的上表面并位于原液板9的Y轴正方向上。

本实用新型装置的主机头活塞杆单元由一台步进电机驱动，通过步进电机带动丝杆的旋转运动转化为活塞杆的直线往复运动，以实现抽液打液的功能。丝杆的导程为2mm，活塞杆的直线往复运动精度可达0.1mm。整个运动单元由三根滚珠丝杆直线滑台组成。重复定位精度在0.02mm以下，可以充分保证装置的高精度状态下稳定可靠的工作。

本实用新型分装及混合装置的结构如图2所示。首先，X轴滑台2与Y轴滑台3采用龙门式结构形式，该结构形式没有固定的上梁，能够极大节省装置空间，方便上液和取液工作。Z轴滑台4与Y轴滑台3采用侧面吊装的结构形式，方便Z轴滑台4的安装维护。枪轴滑台5设置在Z轴滑台4的侧面上，枪轴滑台5采用开放式结构，方便更换不同容积的取液器及其枪头。装置采用两层台板形式，下层为安装X轴滑台2的固定台板13，上层为放置枪头架8、原液板9、分装目标板7和导液目标板10等的工作台板12，工作台板12为固定式，所需操作的液体能够保持静止状态，保证液体的取放质量。

本实用新型分装及混合装置的控制***硬件如图3所示，控制***硬件安装在装置控制柜1内，主要包含装置内部控制器、直流电源、驱动器和装置驱动电机。装置内部控制器通过RJ45网络接口与电脑进行连接，接收电脑传输过来的分装导液数据和指令，装置内部控制将分装导液数据和指令进行解析，并转换为驱动器电压驱动信号，经过驱动器进行驱动信号放大后，通过装置驱动电机驱动X轴滑板、Y轴滑板、Z轴滑板和枪轴滑板运动。通过枪头架8、原液板9、分装目标板7和导液目标板10的定位数据，实现枪头架8、原液板9、分装目标板7和导液目标板10的目标插补和运动，驱动枪头运动至枪头架8、原液板9、分装目标板7和导液目标板10的指定位置进行吸液和放液，从而实现分装和导液的装置功能。

执行机构由 X轴滑台2、Y轴滑台3、Z轴滑台4和枪轴滑台5组成。每个滑台的控制方式相同，且同为独立控制单元。执行机构的控制原理与操作逻辑为：

1）操作者首先制作分装导液数据文件，将数据保存为excel数据文件；

2）运行装置操作软件，将分装导液数据导入操作软件，并明确指定装置为分装工作模式或导液工作模式；

3）通过RJ45网络连接线连接电脑和装置内部的控制器，装置操作软件自动读取分装导液数据文件；

4）装置操作软件将分装导液数据转换为控制指令通过网络协议发送至装置内部控制器；

5）装置内部控制器将控制指令转换为X轴、Y轴、Z轴的插补运动电压驱动信号，发送至驱动器；

6）驱动器将电压信号放大和分配后，发送至X轴、Y轴、Z轴的驱动电机；

7）X轴、Y轴、Z轴的电机驱动枪头运动至枪头架8、原液板9、分装目标板7和导液目标板10的指定位置；

8）枪轴电机根据液量指令驱动枪轴滑板运动，吸取和放置指定液量的液体；

9）X轴、Y轴、Z轴和枪轴的电机接收到停止指令后，停止电机运行，完成分装导液工作。

图4为滑台的控制原理图：电机通过联轴器与丝杆链接，拖板固定在丝杆上的螺母上。电机会将自己的旋转运动传递给拖板，使其最终完成直线往复运动，每一个方向的滑台原理相同。

如图2所示，本装置独立设置了校准位置，右一孔为校准位置枪头位，中间孔为原液孔，左一孔为校准目标孔。在校准界面下拉菜单中，可以对校准位置进行校正，此处操作者只需校准枪头位即可。

如图5所示，分装目标板7采用离心管架板的新型设计，此离心管架由铝制材料加工而成，表面含有12×5个孔位14，每一个孔位14右上角设置有凸起半椭圆形台阶，用来固定离心管管盖。

无论分装还是混合过程，本实用新型装置的使用方法可以分为分装/混合需求参数获得、从指定管或板中提取介质（引物或探针）、移液并向指定管/板中定量打出介质等几个步骤，各步骤的具体操作过程为：

步骤一：分装或混合需求参数的获得：

本步骤的目的在于兼容通用的数据模块，以便捷的方式获取需要分装或混合的需求参数，并转换为装置的操作控制指令。

1.1、在计算机控制界面选择与DNA合成仪联机操作或离线操作；

1.2、选择分装模式或混合模式；

1.3、读取需求数据，即分装或混合的具体要求；

1.3.1、与DNA合成仪联机操作时，DNA合成数字化管理***中，根据客户订单的需求已经输入，本实用新型装置采用与之兼容的数字模块采集和管理***，可实现需求数据的直接导入；

1.3.2、与DNA合成仪离线操作时，直接在本装置的控制计算机待运行文件夹建立分装或混合需求信息，包括拟分装或混合介质最初的位置（孔、管）、体积、将要转移到的位置（孔、管）等信息；

1.4、将分装或混合的需求参数转换为装置各个机构的联动操作指令。

步骤二：从指定管/板中提取介质：

本步骤的目的在于根据拟分装或混合的需求参数，通过各个运动机构的三维联动，实现固定移液用枪头从指定板孔或离心管中，精准抽提一定体积的引物或探针。

2.1、图1中第1步：主机头单元与X方向和Y方向的滑台机构联动，移动到枪头架8上方；图1中第2步：通过主机头Z轴向下运动，使主机头固定一个移液枪头，然后升起到适当高度；图1中第3步：已经插好枪头的主机头单元，再次与X方向和Y方向的滑台机构联动，运动到原液板9或管的上方，通过Z轴的向下运动，使枪头***原液板9/管相应孔位14内的液体中；图1中第4步：卸下已经用过的枪头。

2.2、主机头上的电机驱动活塞杆，将给定剂量的DNA液体抽提吸入移液枪头内。

2.3、主机头Z轴向上运动，使枪头与原液脱离，并提升到适当高度，使得运动过程中枪头不会与操作台面上的板/管发生接触。

步骤三：移液并向指定管/板中定量打出介质：

本步骤的主要目的在于将抽提好的DNA引物或探针液体移动到指定的板孔或离心管位置，并实现介质要求剂量的精准打出。

3.1、通过X方向和Y方向的滑台机构联动，将载有DNA液体的主机头移动到相应的离心管或离心孔上方。

3.2、通过主机头Z轴向下运动，将移液枪头***相应的板孔或离心管内。

3.3、主机头上的电机驱动活塞杆，将给定剂量的DNA液体推送打出到相应板孔或离心管内。

3.4、主机头Z轴向上运动，并提升到适当高度，为后续运动做好准备。

如果需要将DNA引物或探针液体分配到数个管/孔中，则需按照步骤3.1至3.4的相同原理，完成各个指定管/孔的DNA液体移液和分配打出，从而实现一次抽提，多孔分配的目的。

3.5、如图1所示，主机头与X方向和Y方向的滑台机构联动，移动至枪头分离器11位置，枪头分离器11卡住枪头，主机头沿Z轴向上运动。如图1中第4步所示，卸下已经用过的枪头，每一条引物或探针抽提、移液和打出只能一次性使用一个枪头，以避免出现交叉污染。

3.6、主机头运动至初始位置，完成一条引物或探针的分装或混合移液作业。

根据拟分装或混合的要求，有几个源板孔/管中的引物/探针需要分装或混合，就重复以上步骤二和步骤三几次。本装置能够根据步骤一中已经获得的完整参数，自动衔接完成全部操作，中间并不出现停顿，除非特殊原因需要人为干预，可以通过按钮暂停，再用时恢复按钮继续运行。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本实用新型的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.一种DNA引物或探针的精准分装及混合装置，其特征在于：所述精准分装及混合装置主要由控制柜、执行机构、工作区域部件、测试单元、枪头架、工作台板和固定台板组成；所述执行机构由X轴滑台、Y轴滑台、Z轴滑台和枪轴滑台组成；在所述固定台板的负方向上表面固定连接有所述控制柜，所述X轴滑台固定设置在所述固定台板的正方向上表面并与所述控制柜固定连接；在所述工作台板上固定连接有所述工作区域部件，所述工作区域部件包括8块分装目标板、1块枪头板、1块原液板、1块导液目标板和1个枪头分离器，工作台板采用以原液板为中心的布局形式，8块分装目标板均匀分布于原液板X轴方向的两侧，正方向4块分装目标板，负方向4块分装目标板，所述枪头架布置于所述原液板的Y轴正方向上，所述导液目标板和所述枪头分离器分别布置于所述原液板的Y轴负方向上。

2.根据权利要求1所述的一种DNA引物或探针的精准分装及混合装置，其特征在于：所述X轴滑台与Y轴滑台采用龙门式结构连接，X轴滑台的上表面固定设置有X轴拖板，在X轴拖板上由螺栓固定两根立柱将Y轴滑台托起，所述Z轴滑台与Y轴滑台采用侧面吊装的结构形式连接，在Y轴滑台的上表面固定设置有Y轴拖板，在Y轴拖板上固定设置有所述Z轴滑台，所述枪轴滑台设置在所述Z轴滑台的侧面。

3.根据权利要求1或2所述的一种DNA引物或探针的精准分装及混合装置，其特征在于：在所述控制柜内设置有内部控制器、直流电源、驱动器和装置驱动电机，所述装置驱动电机驱动所述X轴滑板、Y轴滑板、Z轴滑板和枪轴滑板运动。

4.根据权利要求1或2所述的一种DNA引物或探针的精准分装及混合装置，其特征在于：所述分装目标版的表面设置有12×5个孔位，在每一个孔位的右上角设置有用于固定离心管管盖的半椭圆形台阶凸起。

5.根据权利要求1或2所述的一种DNA引物或探针的精准分装及混合装置，其特征在于：所述测试单元设置在所述工作台板的上表面并位于所述原液板的Y轴正方向上。