CN211057123U - 一种全自动核酸提取及实时荧光定量pcr一体装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种全自动核酸提取及实时荧光定量PCR一体装置；从采血管样本管开盖取样到PCR扩增适时检测的全流程实现全自动无人值守，节省人力物力；第一缓冲区和第二缓冲区的门不能同时打开，传递物料时通过第一缓冲区和第二缓冲区中转后再传递，避免各区室相互污染；假设有通风漏气的情况出现，气体流向为：体系构建区流向核酸提取区，如果有气溶胶污染出现的时候不会污染体系构建区放置的试剂；体系构建区流向扩增区，如果扩增区有气溶胶污染出现不会污染体系构建区的试剂；外界大气流向扩增区，这样即使扩增区有气溶胶污染也不会流出到空气中污染实验室。

Description

一种全自动核酸提取及实时荧光定量PCR一体装置

技术领域

本实用新型属于医疗器械技术领域，具体涉及一种全自动核酸提取及实时荧光定量PCR一体装置。

背景技术

为了实现防污染的功能，现有PCR实验室都是以分区隔离来布局实验室的，其主要分为核酸提取室、PCR体系构建室、PCR扩增室，他们之间通过中间隔离通道输送PCR物料。这样需要在各分区房间中间都安排试验人员，没有实现自动化，效率不高，且分区室隔离的成本非常高。

因此，需要研发出一种全自动核酸提取及实时荧光定量PCR一体装置来解决以上问题。

发明内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种一种全自动核酸提取及实时荧光定量PCR一体装置。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种全自动核酸提取及实时荧光定量PCR一体装置，包括：

用于自动提取核酸的核酸提取区；

用于将PCR试剂按需求分配到PCR板中的体系构建区；

用于将提纯后的核酸与PCR试剂的混合液进行高低温循环扩增，并适时记录器荧光信号的变化的扩增区；

第一缓冲区；核酸提取区与体系构建区通过第一缓冲区连接，并通过第一缓冲区进行物流传递；

第二缓冲区；体系构建区与扩增区通过第二缓冲区连接，并通过第二缓冲区进行物流传递；

核酸提取区、体系构建区、扩增区均单独设置，且核酸提取区内部压力为P1、体系构建区内部压力为P2、扩增区内部压力为P3，P2>P1>P3，其中P3为负压。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的一种全自动核酸提取及实时荧光定量PCR一体装置；

1、从采血管样本管开盖取样到PCR扩增适时检测的全流程实现全自动无人值守，节省人力物力；

2、设备内部设计核酸提取区、体系构建区、扩增区，这三个区室相互不通风并由第一缓冲区和第二缓冲区隔开。第一缓冲区和第二缓冲区的门不能同时打开，传递物料时通过第一缓冲区和第二缓冲区中转后再传递，避免各区室相互污染；

3、在体系构建区和扩增区不会出现暴露在空气中的样本，装有样本的PCR管已经封膜，不会产生气溶胶污染风险；

4、核酸提取区、体系构建区、扩增区每个区室都有独立的通风***，并控制核酸提取区内部压力P1、体系构建区内部压力P2、扩增区内部压力在P3；P2>P1>P3,其中P3为负压；这样设置的目的是假设核酸提取区、体系构建区、扩增区三个区室之间有通风漏气的情况出现，气体流向为：体系构建区流向核酸提取区，如果有气溶胶污染出现的时候不会污染体系构建区放置的试剂；体系构建区流向扩增区，如果扩增区有气溶胶污染出现不会污染体系构建区的试剂；外界大气流向扩增区，这样即使扩增区有气溶胶污染也不会流出到空气中污染实验室。

附图说明

图1为本申请的结构示意图；

图2为本申请中核酸提取区的结构示意图；

图3为本申请中PCR板的结构示意图；

图4为本申请中体系构建区的结构示意图；

图5为本申请中扩增区的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，一种全自动核酸提取及实时荧光定量PCR一体装置，包括：

用于自动提取核酸的核酸提取区100；

用于将PCR试剂按需求分配到PCR板中的体系构建区200；

用于将提纯后的核酸与PCR试剂的混合液进行高低温循环扩增，并适时记录器荧光信号的变化的扩增区300；

第一缓冲区400；核酸提取区100与体系构建区200通过第一缓冲区400连接，并通过第一缓冲区400进行物流传递；

第二缓冲区500；体系构建区200与扩增区300通过第二缓冲区500连接，并通过第二缓冲区500进行物流传递；

核酸提取区100、体系构建区200、扩增区300均单独设置，且核酸提取区100内部压力为P1、体系构建区200内部压力为P2、扩增区300内部压力为P3，P2>P1>P3，其中P3为负压。

如图1所示，第一缓冲区400和第二缓冲区均包括至少两扇门、转移设备，转移设备转移核酸提取区100内产品至体系构建区200时，初始，所有门关闭；再次，保留至少一扇靠近体系构建区200的门关闭，用于隔离核酸提取区100和体系构建区200，转移设备转移产品至第一缓冲区400内；再次，保留至少一扇靠近核酸提取区100的门关闭，用于隔离核酸提取区100和体系构建区200；转移设备转移产品至体系构建区200内，所有门关闭；

转移设备转移体系构建区200内产品至扩增区300时，初始，所有门关闭；再次，保留至少一扇靠近扩增区300的门关闭，用于隔离体系构建区200和扩增区300，转移设备转移产品至第二缓冲区500内；再次，保留至少一扇靠近体系构建区200的门关闭，用于隔离体系构建区200和扩增区300；转移设备转移产品至扩增区300内，所有门关闭。

在一些实施例中，第一缓冲区400包括门A401、门B402；

第二缓冲区500包括门C501、门D502；

转移设备转移核酸提取区100内产品至体系构建区200时，初始，所有门关闭；再次，门B402关闭，用于隔离核酸提取区100和体系构建区200，门A401打开，转移设备转移产品至第一缓冲区400内；再次，门A401关闭，用于隔离核酸提取区100和体系构建区200；门B402打开，转移设备转移产品至体系构建区200内，所有门关闭；

转移设备转移体系构建区200内产品至扩增区300时，初始，所有门关闭；再次，门D502关闭，用于隔离体系构建区200和扩增区300，门C501打开，转移设备转移产品至第二缓冲区500内；再次，门C501关闭，用于隔离体系构建区200和扩增区300；门D502打开，转移设备转移产品至扩增区300内，所有门关闭。

核酸提取区100与体系构建区200之间不通风并由第一缓冲区400隔开，第一缓冲区400有两道自动开合的门，这两道门不能同时打开，但可以同时关闭。打开门A401可以使核酸提取区100与第一缓冲区400连通；打开门B402可以使体系构建区200与第一缓冲区400连通。PCR板可以在核酸提取区100与体系构建区200之间通过第一缓冲区400来回放置，但核酸提取区100与体系构建区200不能直接连通。

体系构建区200与扩增区300之间不通风并由第二缓冲区500隔开，第二缓冲区500有两道自动开合的门，这两道门不能同时打开但可以同时关闭。打开门C501可以使体系构建区200与第二缓冲区500连通；打开门D502可以扩增区300与第二缓冲区500连通。PCR板可以在体系构建区200与扩增区300之间通过第二缓冲区500来回放置，但体系构建区200与扩增区300不能直接连通。

本实施例中的门可以是电机驱动、气缸驱动或油缸驱动；

在一些实施例中，第一缓冲区400中的转移设备采用第一夹爪403；第一夹爪403可以是气动夹爪，也可以是电动夹爪，也可以是油缸驱动夹爪；

在一些实施例中，第二缓冲区500中的转移设备采用第二夹爪503；第二夹爪503可以是气动夹爪，也可以是电动夹爪，也可以是油缸驱动夹爪；

如图2、3所示，核酸提取区100包括：

用于将样本管的盖子揭开，并待分液模块105将样本吸出之后再盖上盖子的开盖模块101；开盖模块101由夹爪、移动组件组成，用于完成夹紧、放松盖子的动作，还进行提升和下降的动作；

用于将样本管转移到开盖模块101的转移模块102；转移模块102由夹爪和传动装置组成；传动装置为皮带传动或丝杆传动；用于完成夹紧、放松样本管的动作，还进行样本管的移动动作；

用于将样本与提取试剂经混合、震荡流程后，得到纯化后的核酸溶液的提取模块104；提取模块104由震荡混合装置、加热装置、吸磁装置、混合容器组成；震荡混合装置由电机带动偏心轴或者偏心轮，然后由偏心轴或者偏心轮带动样本管旋转震荡；加热装置的热源可以使用电阻丝或者陶瓷加热片；吸磁装置的磁铁可以使用电磁铁或者永磁铁，当需要吸磁的时候，给电磁铁通电或者使永磁铁靠近并贴着混合容器，将混合容器里的磁铁吸住并贴在靠磁铁的一侧管壁上；混合容器是用来存放、混合样本与提取试剂的容器；

用于将样本转移到提取模块104中与提取试剂混合、将提纯后的核酸分配到准备好的PCR板中的分液模块105；分液模块105由吸液装置和传动装置组成；吸液装置的吸液、喷液方式可以是电机带动活塞的方式也可以是用柱塞泵来吸液、喷液等方式；传动装置的传动方式可以是皮带传动、丝杆传动等。

用于将PCR板密封的封膜模块106；封膜模块106由挡块、均热块、热源、动力源组成；挡块的作用是用来支撑PCR板；均热块的作用是压紧PCR板与膜并传递热量使PCR板与膜局部熔在一起；热源可以采用电阻丝或者陶瓷加热片等；动力源可以是电机或者气缸；膜可以用压敏膜封也可以用热封膜密封；

用于放置PCR板801的分液区107；

用于放置提取耗材的提取耗材架109；

用于放置提取试剂的提取试剂架111。

如图3、图4所示，体系构建区200包括：

用于放入PCR板801的PCR板盛放块204；

用于放入PCR试剂的PCR试剂盛放块205；

用于将PCR试剂按需要分装到PCR板801里的PCR试剂分液装置201；分液装置201由吸液装置和传动装置组成；吸液装置的吸液、喷液方式可以是电机带动活塞的方式也可以是用柱塞泵来吸液、喷液等方式；传动装置的传动方式可以是皮带传动、丝杆传动等。

用于抓取、运输PCR板801的PCR输送装置202；第一缓冲区400里的转移设备用于将封好膜的PCR板801从分液区107转移到PCR输送装置202；PCR输送装置202由夹持装置和传动装置组成；夹持装置可以用气动夹爪或电动夹爪；传动装置的传动方式可以是皮带传动、丝杆传动等。

如图5所示，扩增区300包括：

用于将PCR板转移到金属浴装置302或废料盒304的PCR板转移装置301；PCR板转移装置301由夹持装置和传动装置组成；夹持装置可以用气动夹爪或电动夹爪；传动装置的传动方式可以是皮带传动、丝杆传动等。

第二缓冲区500的夹爪503将封好膜的PCR板801从PCR输送装置202转移到PCR板转移装置301。

用于对PCR板801里的混合液进行升降温控制的金属浴装置302；金属浴装置由半导体制冷片、均热板、散热器组成；半导体制冷片用于快速升降温；均热板用于传热；散热器用于将半导体制冷片产生的热量快速排出；

用于检测PCR板801里荧光信号的光学检测装置303；光学检测装置303由信号采集装置、虑光装置、传动装置、光源、等组成；信号采集装置用于采集PCR板801里的荧光信号，其流程是用光源经过滤光镜后得到特定波长范围的光线，再用这些特定波长的光线照射PCR板801里的混合物，使混合物中的荧光物质激发出特定波长范围的荧光，再由相机或光电倍增管采集荧光信号；滤光装置的作用是过滤光源，得到特定波长范围的光线；滤光装置包括多组过滤不同波长范围的滤镜；传动装置用于切换不同波长范围的滤镜；

用于收集检测完毕的PCR板801的废料盒304；

如图1-5所示，一体装置还包括：

用于将一体装置全密封的框架外壳700；框架外壳700上设置有密封门；

框架外壳700在核酸提取区100腔室顶部设置有第一进气口110并安装第一增压风扇，对核酸提取区100腔室内部吹风；在核酸提取区100腔室背部设置第一排气口108并安装第一排气扇，用于对核酸提取区100腔室内进行排气；第一增压风扇和第一排气扇风量不同，使提取腔室内部形成流通的气流并使腔室内部保持一定的压力P1；

框架外壳700在体系构建区200腔室顶部设置有第二进气口206并安装第二增压风扇，对体系构建区200腔室内部吹风；在体系构建区200腔室背部设置第二排气口203并安装第二排气扇，用于对体系构建区200腔室内进行排气；第二增压风扇和第二排气扇风量不同，使体系构建区200腔室内部形成流通的气流并使腔室内部保持一定的压力P2；

框架外壳700在扩增区300腔室顶部设置有第三进气口306并安装第三增压风扇，对扩增区300腔室内部吹风；在扩增区300腔室背部设置第三排气口305并安装有第三排气扇，用于对扩增区300腔室内进行排气；第三增压风扇和第三排气扇风量不同，使提取腔室内部形成流通的气流并使腔室内部保持一定的压力P3；

框架外壳700上设置有废气口701分别与第一排气口108、第二排气口203、第三排气口305连通。

在一些实施例中，在废气口701末端设置一个对接接头，用于对接实验室的废气管道。

在一些实施例中，在第一排气扇、第二排气扇、第三排气扇前均设置有用于过滤污染物的过滤器。

本申请中核酸提取具体实施的方式是：

1)转移模块102将采血管样本管转移到开盖模块101上；

2)开盖模块101将采血管样本管盖子揭开；

3)分液模块105将采血管样本管中的样本吸取并转移到提取模块105中的提取耗材里进行提取处理；

4)待核酸提取处理完毕后由分液模块105将纯化后的核酸溶液吸取并转移到分液区107里准备好的PCR板801里；

5)封膜模块106将膜片802放在加入了样本和PCR试剂的PCR板801上，并将膜片802和PCR板801推入封膜模块106进行密封，膜片可以使用压敏膜冷压或者热封膜热压；

6)封膜模块106将封好膜的PCR板801推出到分液区107；

体系构建的具体实施方式：

1)PCR试剂分液装置201将PCR试剂按需要分装到PCR板801里；

2)第一缓冲区400里的夹爪403将分装了PCR试剂的PCR板转移到核酸提取区100的分液区107准备；

扩增区300的具体实施方式：

1)第一缓冲区400里的夹爪403将封好膜的PCR板801从分液区107转移到PCR输送装置202；

2)第二缓冲区500的夹爪503将封好膜的PCR板801从PCR输送装置202转移到PCR板转移装置301，再由PCR转移装置301将PCR板转移到金属浴装置302上进行PCR扩增流程；

3)在进行PCR扩增流程的同时，光学检测装置303实时检测PCR扩增反应过程中荧光信号值，并由***分析处理；

4)PCR扩增流程完毕后，由PCR板转移装置301将PCR板801从金属浴装置302中取下并投放到废料盒304中；

设备联动的实施方式：

1)试剂及耗材准备：将采血管样本管放在样本盛放装置103上、将提取耗材放在提取耗材架109上、将提取试剂放在提取试剂架111上，并将样本盛放装置103、提取耗材架109、提取试剂架111放入核酸提取装置100，并关上密封门；将PCR板801放进PCR板盛放块204、将PCR试剂放进PCR试剂盛放块205，并将PCR板盛放块204及PCR试剂盛放块205放入体系构建区200，并关上密封门。

2)转移模块102将采血管样本管转移到开盖模块101上；

3)开盖模块101将采血管样本管盖子揭开；

4)分液模块105将采血管样本管中的样本吸取并转移到提取模块104中的提取耗材里进行提取处理；

5)PCR试剂分液装置201将PCR试剂按需要分装到PCR板801里；

6)第一缓冲区400里的第一夹爪403将分装了PCR试剂的PCR板801转移到核酸提取区100的分液区107准备；

7)待核酸提取处理完毕后由分液模块105将提取后的核酸溶液吸取并转移到分液区107里准备好的PCR板801里；

8)封膜模块106将膜片放在加入了样本和PCR试剂的PCR板801上，推入封膜模块106进行密封，膜片802可以使用压敏膜冷压或者热封膜热压；

9)封膜模块106将封好膜的PCR板801推出；

10)第二缓冲区500的第二夹爪503将封好膜的PCR板801转移到PCR板转移装置301，再由PCR板转移装置301将PCR板801转移到金属浴装置302上进行PCR扩增流程；

11)在进行PCR扩增流程的同时，光学检测装置303适时检测PCR扩增反应过程中荧光信号值，并由***分析处理；

12)PCR扩增流程完毕后，由PCR板转移装置301将PCR板801从金属浴装置302中取下并投放到废料盒304中；

本专利的保护点是：

1)从采血管样本管开盖取样到PCR扩增适时检测的全流程实现全自动无人值守，节省人力物力；

2)设备内部设计核酸提取区100、体系构建区200、扩增区300，这三个区室相互不通风并由第一缓冲区400和第二缓冲区500隔开。第一缓冲区400和第二缓冲区500的门不能同时打开，传递物料时通过第一缓冲区400和第二缓冲区500中转后再传递，避免各区室相互污染；

3)在体系构建区200和扩增区300不会出现暴露在空气中的样本装有样本的PCR管已经封膜，不会产生气溶胶污染风险；

4)核酸提取区100、体系构建区200、扩增区300每个区室都由独立的通风***，并控制核酸提取区100内部压力P1、体系构建区200内部压力P2、扩增区300内部压力P3，使P1、P2、P3的大小关系为：P2>P1>P3,其中P3为负压。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (10)

1.一种全自动核酸提取及实时荧光定量PCR一体装置，其特征在于，包括：

用于自动提取核酸的核酸提取区(100)；

用于将PCR试剂按需求分配到PCR板中的体系构建区(200)；

用于将提纯后的核酸与PCR试剂的混合液进行高低温循环扩增，并适时记录器荧光信号的变化的扩增区(300)；

第一缓冲区(400)；核酸提取区(100)与体系构建区(200)通过第一缓冲区(400)连接，并通过第一缓冲区(400)进行物流传递；

第二缓冲区(500)；体系构建区(200)与扩增区(300)通过第二缓冲区(500)连接，并通过第二缓冲区(500)进行物流传递；

核酸提取区(100)、体系构建区(200)、扩增区(300)均单独设置，且核酸提取区(100)内部压力为P1、体系构建区(200)内部压力为P2、扩增区(300)内部压力为P3，P2>P1>P3，其中P3为负压。

2.根据权利要求1所述的一种全自动核酸提取及实时荧光定量PCR一体装置，其特征在于，

第一缓冲区(400)和第二缓冲区(500)均包括至少两扇门、转移设备；转移设备安装在第一缓冲区(400)和第二缓冲区(500)内部；第一缓冲区(400)通过至少一扇门与核酸提取区(100)连接，第一缓冲区(400)通过至少一扇门与体系构建区(200)连接；第二缓冲区(500)通过至少一扇门与体系构建区(200)连接，第二缓冲区(500)通过至少一扇门与扩增区(300)连接。

3.根据权利要求2所述的一种全自动核酸提取及实时荧光定量PCR一体装置，其特征在于，

第一缓冲区(400)包括门A(401)、门B(402)；

第二缓冲区(500)包括门C(501)、门D(502)；

第一缓冲区(400)通过门A(401)与核酸提取区(100)连接，第一缓冲区(400)通过门B(402)与体系构建区(200)连接；第二缓冲区(500)通过门C(501)与体系构建区(200)连接，第二缓冲区(500)通过门D(502)与扩增区(300)连接。

4.根据权利要求3所述的一种全自动核酸提取及实时荧光定量PCR一体装置，其特征在于，门A(401)、门B(402)、门C(501)、门D(502)均为由电机驱动、气缸驱动或油缸驱动的门。

5.根据权利要求3所述的一种全自动核酸提取及实时荧光定量PCR一体装置，其特征在于，

第一缓冲区(400)和第二缓冲区(500)中的转移设备均为由电机驱动、气缸驱动或油缸驱动的夹爪。

6.根据权利要求2所述的一种全自动核酸提取及实时荧光定量PCR一体装置，其特征在于，核酸提取区(100)包括：

用于将样本管的盖子揭开，并待分液模块(105)将样本吸出之后再盖上盖子的开盖模块(101)；

用于将样本管转移到开盖模块(101)的转移模块(102)；

用于将样本与提取试剂经混合、震荡流程后，得到纯化后的核酸溶液的提取模块(104)；

用于将样本转移到提取模块(104)中与提取试剂混合、将提纯后的核酸分配到准备好的PCR板中的分液模块(105)；

用于将PCR板密封的封膜模块(106)；

用于放置PCR板(801)的分液区(107)；

用于放置提取耗材的提取耗材架(109)；

用于放置提取试剂的提取试剂架(111)。

7.根据权利要求6所述的一种全自动核酸提取及实时荧光定量PCR一体装置，其特征在于，体系构建区(200)包括：

用于放入PCR板(801)的PCR板盛放装置(204)；

用于放入PCR试剂的PCR试剂盛放装置(205)；

用于将PCR试剂按需要分装到PCR板(801)里的PCR试剂分液装置(201)；

用于抓取、运输PCR板(801)的PCR输送装置(202)；第一缓冲区(400)里的转移设备用于将封好膜的PCR板(801)从分液区(107)转移到PCR输送装置(202)。

8.根据权利要求7所述的一种全自动核酸提取及实时荧光定量PCR一体装置，其特征在于，扩增区(300)包括：

PCR板转移装置(301)；第二缓冲区(500)的转移设备用于将封好膜的PCR板(801)从PCR输送装置(202)转移到PCR板转移装置(301)，

金属浴装置(302)；通过PCR转移装置(301)将PCR板转移到金属浴装置(302)上进行PCR扩增流程；

光学检测装置(303)；在进行PCR扩增流程的同时，光学检测装置(303)适时检测PCR扩增反应过程中荧光信号值；

废料盒(304)；PCR扩增流程完毕后，由PCR板转移装置(301)将PCR板(801)从金属浴装置(302)中取下并投放到废料盒(304)中。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种全自动核酸提取及实时荧光定量PCR一体装置，其特征在于，一体装置还包括：

用于将一体装置全密封的框架外壳(700)；框架外壳(700)上设置有密封门；

框架外壳(700)在核酸提取区(100)腔室顶部设置有第一进气口(110)并安装第一增压风扇，对核酸提取区(100)腔室内部吹风；在核酸提取区(100)腔室背部设置第一排气口(108)并安装第一排气扇，用于对核酸提取区(100)腔室内进行排气；第一增压风扇和第一排气扇风量不同，使提取腔室内部形成流通的气流并使腔室内部保持一定的压力P1；

框架外壳(700)在体系构建区(200)腔室顶部设置有第二进气口(206)并安装第二增压风扇，对体系构建区(200)腔室内部吹风；在体系构建区(200)腔室背部设置第二排气口(203)并安装第二排气扇，用于对体系构建区(200)腔室内进行排气；第二增压风扇和第二排气扇风量不同，使体系构建区(200)腔室内部形成流通的气流并使腔室内部保持一定的压力P2；

框架外壳(700)在扩增区(300)腔室顶部设置有第三进气口(306)并安装第三增压风扇，对扩增区(300)腔室内部吹风；在扩增区(300)腔室背部设置第三排气口(305)并安装有第三排气扇，用于对扩增区(300)腔室内进行排气；第三增压风扇和第三排气扇风量不同，使提取腔室内部形成流通的气流并使腔室内部保持一定的压力P3；

框架外壳(700)上设置有废气口(701)分别与第一排气口(108)、第二排气口(203)、第三排气口(305)连通。

10.根据权利要求9所述的一种全自动核酸提取及实时荧光定量PCR一体装置，其特征在于，在第一排气扇、第二排气扇、第三排气扇前均设置有用于过滤污染物的过滤器。

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