CN219194987U - 一种核酸提取装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种核酸提取装置，包括柱塞、用于提取核酸的反应腔以及用于存放试剂的试剂腔；其中柱塞能够通过移动控制反应腔与试剂腔之间的连通或关闭，所述柱塞位于第一位置时，反应腔与试剂腔之间连通，柱塞位于第二位置时，反应腔与试剂腔之间关闭。本实用新型通过柱塞控制流体在多个试剂腔和反应腔中流动从而实现核酸的提取，通过PCR管实现扩核酸增，该装置结构简单，易安装拆卸，便于更换零件，延长了使用周期，且其无需设置废液试剂腔，节省了空间，小体积易运输。

Description

一种核酸提取装置

技术领域

本实用新型属于生物学检测领域，具体的说是涉及到一种核酸提取装置。

背景技术

核酸是分子生物学研究的基础，高质量的核酸是进行分子标记、基因克隆及基因表达研究等的必要前提。由于生物样本(例如血液、唾液、***或其他分泌物)成分复杂，通常需要将其中的目标核酸提取、纯化出来并进行扩增后才能开展后续研究。核酸提取的方法之一为磁珠法核酸分离，其主要是利用携带正电荷的磁珠易于吸附负电荷的核酸，主要用于从人血清或血浆样品中提取DNA和RNA(例如从血液样本中检测HIV或HBV病毒基因组的样品制备)。一般而言，将样品与结合缓冲液和磁珠混合，核酸与磁珠结合后，经过数次洗涤与磁场捕获，洗脱下来的核酸即可通过PCR或其它特定方法来检测特定的DNA或RNA。其次，PCR(Polymerase Chain Reaction)为聚合酶链式反应的简称(又称：多聚酶链式反应)，PCR是体外酶促合成特异DNA片段的一种方法，由高温变性、低温退火(复性)及适温延伸等反应组成一个周期，循环进行，使目的DNA得以迅速扩增,具有特异性强、灵敏度高、操作简便、省时等特点。

目前现有的核酸提取、扩增主要存在以下问题：(1)面对数量巨大以及复杂的样本处理、核酸提取、纯化及扩增步骤，人工操作容易出现失误，并且使得整体操作步骤复杂，无法进行高效、快速的目标核酸提取扩增；(2)大多数分子诊断都需要在实验室内进行，很多基层单位不具备建立标准分子诊断实验室的条件，再加上操作人员的操作习惯及熟练程度不同，核酸在提取、扩增的过程中容易发生样品的交叉污染；(3)现有的核酸提取仪器及PCR仪往往体积较大，不适合在取样现场使用，这在一定程度上限制了分子诊断的应用范围。将核酸的提取、扩增进行全自动、全封闭、一体化运行，可以缩短核酸提取、扩增流程，减少人为因素的影响，增强核酸样品制备的安全性和有效性，并且可以实现适应基层或现场快速检测需求的装置小型化、便携化要求，是开发新型核酸提取仪的主要研究方向。

现有的核酸提取仪结构复杂，通常设有较大的容纳反应或洗涤后产生废液的腔室，同时核酸扩增部分普遍设计较复杂，这主要是为了既能拆卸并转移至其他装置加热又能确保密封效果。因此急需找到一种结构简单，体积小，便于操作的核酸提取与扩增装置。

发明内容

本实用新型通过柱塞控制流体在多个试剂腔和反应腔中流动从而实现核酸的提取，通过PCR管实现扩核酸增，该装置结构简单，易安装拆卸，便于更换零件，延长了使用周期，且其无需设置废液试剂腔，节省了空间，小体积易运输。

为了解决上述问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种核酸提取装置，包括柱塞、用于提取核酸的反应腔以及用于存放试剂的试剂腔；其中柱塞能够通过移动控制反应腔与试剂腔之间的连通或关闭。

在一些方式中，所述柱塞位于第一位置时，反应腔与试剂腔之间连通；柱塞位于第二位置时，反应腔与试剂腔之间关闭。

在一些方式中，所述核酸提取装置还包括第一通道和第二通道，所述第一通道与试剂腔连通，第二通道与反应腔连通，所述柱塞位于第一位置时，柱塞孔连通第一通道和第二通道，此时流体能够经由第一通道、柱塞孔以及第二通道在反应腔和试剂腔之间流通。在一些方式中，在这个过程当中(试剂腔与反应腔之前流体连通)，通过外力控制柱塞的位置进而控制柱塞孔的位置，从而控制反应腔和试剂腔的连通或关闭。在一些方式中，柱塞上含有一个通道，该通道可以连通第一通道与第二通道，从而让试剂腔与反应腔保持联动，当柱塞的位置改变，让柱塞上的通道的位置改变，让试剂腔与反应腔之间可以不连通或者关闭。

在一些方式中，该装置还包括密封件，该密封件位于柱塞与试剂腔之间，让柱塞在移动的过程中，避免流体溢流到柱塞外表面或者柱塞与试剂腔之间的缝隙。从而污染装置的其它部件。在一些方式中，所述的密封件分布在柱塞上，并围绕通道的孔周围。密封件随着柱塞的移动而一起移动。同样的可以理解，密封件也可以设置在柱塞与反应腔之间，同样，也是避免在液体流动的过程中，液体会从柱塞通道与反应腔通道的接口处溢出。在一些方式中，密封件为硅胶。

在一些方式中，试剂腔具有多个试剂腔，例如包括裂解试剂腔、洗涤试剂腔，清洗腔，洗脱腔，或者其它任何腔，这些腔都可以独立的与反应腔进行流体的交换。在一些方式中，每一个试剂腔与反应腔之间都设置有柱塞，柱塞上具有通道或者孔，柱塞的移动或者位置改变能够让每一个试剂腔与反应腔之间的流体可以处于流通或者不流通，关闭的状体。

在一些方式中，反应腔内具有磁珠，该磁珠可以与核酸结合，或者让核酸吸附在磁珠上，磁珠也可以经过洗脱，把核酸从磁珠上洗脱下来。在一些方式中，所述的装置包括磁铁，能够让磁珠在反应腔中固定。

在一些实施方式中，所述柱塞顶部设有柱塞仓或者柱塞腔，柱塞在柱塞腔内具有第一位置或第二位置。在一些方式中，柱塞在柱塞腔内具有位于竖直方向的第一位置与第二位置。这样，柱塞腔被设置在试剂腔与反应腔之间。在一些方式中，当有多个试剂腔的时候，在每一个试剂腔与反应腔之间设置柱塞腔或者活塞腔。柱塞在这里也可以称之为“活塞”。

在一些方式中，柱塞腔具有一个顶部与开口，这样，让活塞从开口***。在一些方式中，这样，柱塞在活塞腔里运动的距离可以被限制，例如，从下向上运动，如果不能继续运动，则表示柱塞上的孔或者通道连通了试剂腔与反应腔，如果柱塞从顶部离开，向下运动，则表示让试剂腔与反应腔断开，从而不进行流体的连通或者交换。

在一些方式中，柱塞仓内设有弹簧，当外力使得柱塞由第二位置移动至第一位置时，弹簧为压缩状态，当液体流动结束后，卸去外力，柱塞能够在弹簧的弹力下恢复至第二位置。这种恢复是自动恢复。在一些方式中，弹簧设置在柱塞腔的顶部，

在一些实施方式中，所述核酸提取装置还包括活塞，活塞能够在反应腔中移动，从而控制反应腔与试剂腔之间液体的流动。在一些方式中，装置包括活塞以及用于容纳活塞的活塞腔，活塞腔与反应腔连通，当活塞在活塞腔中运动的时候，在反应内产生负压或者正压，从而，可以让反应腔与各个试剂腔之间进行流体的连通或者流体的交换。

在一些方式中，活塞向上移动过程中产生吸力，此时控制柱塞位于第一位置，能够实现流体自试剂腔流至反应腔，反之，向下移动产生压力，能够实现流体自反应腔回流至试剂腔，此过程即为核酸提取过程中的捶打步骤。这样流动的方向可以反复重复进行，让反应腔与试剂腔之间不断的反复流体流动，可以加速化学反应，处理更加充分，例如当裂解样本中的核酸物质的，裂解液与样本充分混合后，如果反复的在反应腔与裂解试剂腔之间流动，可以让裂解液充***解样本中的核酸物质，让核酸提取更加充分。

在一些实施方式中，所述核酸提取装置还包括封盖，封盖上设有用于放置柱塞的槽位，所述槽位底部设有限位槽，用于限制柱塞移动位置，利于柱塞更精准的定位至第一位置。

在一些方式中，所述核酸提取装置还包括壳体，反应腔和试剂腔均位于壳体内，壳体内还设有柱塞槽，柱塞槽位于反应腔和试剂腔之间。在一些方式中，反应腔位于壳体中部，试剂腔为多个并环形分布在反应腔周围，反应腔和试剂腔均为开口向上的槽体；封盖与壳体能够通过螺栓紧固，而上述实施方式中的弹簧应用于壳体中时。在一些方式中，柱塞仓与柱塞槽之间留有弹簧的伸缩空隙；当选用磁珠法进行核酸提取时，反应腔下方设有磁棒槽，用于放置磁棒，当磁棒靠近反应腔时，对反应腔内的磁珠起吸附作用，此时磁珠不随流体移动，当磁棒远离反应腔时，磁珠解除磁吸力，能够随流体移动，同样的，磁棒槽设于壳体中。

在一些实施方式中，所述壳体还包括用于核酸扩增的连接部，该连接部用于接收反应腔内的核酸物质。在一些方式中，连接部下设有卡位，卡位上可活动连接PCR管，且卡位上设有与PCR管连通的第三通道，同样的，可通过柱塞控制反应腔与第三通道的连通或关闭进而控制反应腔与PCR管之间的流体流动。具体地，当柱塞连通反应腔和第三通道，此时活塞向下运动使得反应腔中的流体流经柱塞孔和第三通道并最终流入PCR管中进入下一步的核酸扩增流程。这里的柱塞是连通反应前与PCR管之间的控制元件，一般是反应腔反应完后，需要把核酸物质转运到核酸扩征的容器中的时候，让反应腔与核酸扩增的容器连通，在反应腔与各个试剂腔单独连通的时候，这个时候，一般是反应腔与核酸扩增的腔是不能连通的，处于关闭状态。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型提供的核酸提取装置结构简单，易安装拆卸，便于更换零件，延长了使用周期，且其无需设置废液试剂腔，节省了空间，小体积易运输；

2、本实用新型提供的核酸提取装置在提取时，使用活塞进行捶打，反应腔作为捶打过程中的反应仓室，无需设置反应试剂腔的同时增大了反应场地，避免了反应液的溢出，方便核酸提取反应的进行，有效提升了核酸的吸附、洗涤、洗脱各个过程的效率；

3、本实用新型提供的核酸提取装置通过柱塞控制反应腔与多个试剂腔的连通或关闭，柱塞孔与通道的对位准确度高，密封件也避免了液体泄露，密封性强；

4、本实用新型的PCR管为可拆卸结构，使PCR管可以单独制备，管壁更薄，等温扩增时升温快，大幅提升检测效率，PCR管可以预先存放反应试剂，也更有利于保存和运输。

5、本实用新型提供的核酸提取装置中壳体上所设试剂腔的数量不受限制，可存放多种试剂，适用范围广，值得推广使用。

附图说明

图1为本实用新型提供的核酸提取装置的结构示意图一；

图2为本实用新型提供的核酸提取装置的结构示意图二；

图3为本实用新型提供的核酸提取装置的***图；

图4为本实用新型提供的PCR管的结构示意图；

图5为本实用新型提供的柱塞位于第二位置的剖面示意图；

图6为本实用新型提供的柱塞位于第一位置的剖面示意图；

图7为本实用新型提供的壳体的剖面示意图；

图8为本实用新型提供的柱塞的结构示意图；

图中：1-核酸提取装置，100-壳体，101-反应腔，1011-反应腔一段、1012-反应腔二段、1013-反应腔三段，1014-活塞孔；102-连接部，1021-卡位，103-试剂腔，104-柱塞槽，105-第一通道，106-第二通道，107-第三通道，108-磁棒槽；

110-柱塞，111-柱塞仓，112-柱塞孔，113-数字编号标记，114-密封件；

120-活塞，121-环状凸起；

130-封盖，131-槽位，132-螺栓孔，133-限位槽；

200-PCR管。

具体实施方式

为了更为具体地描述本实用新型，下面结合附图及具体实施方式对本实用新型的技术方案进行详细说明。这些说明仅仅是表明本实用新型是如何实现的，并不能限定本实用新型的具体范围。本实用新型的范围在权利要求中限定。

如图5所示，本实施例提供了一种核酸提取装置1，包括柱塞110、用于提取核酸的反应腔101以及用于存放试剂的试剂腔103，反应腔是核酸提取的场所，里面一般预先放置有磁珠用于吸附核酸，试剂腔用于放置核酸提取所需试剂；其中柱塞能够通过移动控制反应腔与试剂腔之间的连通或关闭。这里的试剂腔可以具有多个，例如裂解仓、一级洗涤仓、二级洗涤仓、洗脱仓、石蜡油仓等核酸提取或扩增所需的对应试剂腔。

具体地，所述柱塞位于第一位置时，如图6所示，反应腔与试剂腔之间连通，柱塞位于第二位置时，如图5所示，反应腔与试剂腔之间关闭。

在一些方式中，如图8所示，所述柱塞内设有柱塞孔112，所述柱塞外壁的柱塞孔处设有密封件114，在一些实施方式中，密封件为硅胶。

在一些方式中，所述核酸提取装置还包括第一通道和第二通道，所述第一通道与试剂腔连通，第二通道与反应腔连通，所述柱塞位于第一位置时，柱塞孔连通第一通道和第二通道，此时流体能够经由第一通道、柱塞孔以及第二通道在反应腔和试剂腔之间流通，在这个过程当中，通过外力控制柱塞的位置进而控制柱塞孔的位置，从而控制反应腔和试剂腔的连通或关闭，同时在流体流动时，柱塞孔外的密封件能够起到防泄漏的作用，避免了流体的溢出。

在一些实施方式中，所述外力可以是来自于放置核酸提取装置的核酸提取检测一体机；在一些实施方式中，所述柱塞为方柱形，其顶部设有柱塞仓111，用于控制柱塞位于第一位置或第二位置，具体地，柱塞仓内放置有弹簧(图中未示出)，当外力使得柱塞由第二位置移动至第一位置时，弹簧为压缩状态，当液体流动结束后，卸去外力，柱塞能够在弹簧的弹力下恢复至第二位置。

在一些实施方式中，如图3所示，所述核酸提取装置还包括活塞120，活塞能够在反应腔中移动，从而控制反应腔与试剂腔之间液体的流动，具体地，活塞向上移动过程中产生吸力，此时控制柱塞位于第一位置，能够实现流体自试剂腔流至反应腔，反之，向下移动产生压力，能够实现流体自反应腔回流至试剂腔，此过程即为核酸提取过程中的捶打步骤。

在一些方式中，如图3所示，所述核酸提取装置还包括封盖130，封盖上设有用于放置柱塞的槽位，所述槽位底部设有限位槽，用于限制柱塞移动位置，利于柱塞更精准的定位至第一位置；

在一些实施方式中，所述核酸提取装置还包括壳体100，反应腔和试剂腔均位于壳体内，壳体内还设有柱塞槽，柱塞槽位于反应腔和试剂腔之间，反应腔和试剂腔均为开口向上的槽体。在一些方式中，所述各个试剂腔竖直设置在壳体边缘处并环形分布在反应腔四周，所述试剂腔设置为圆柱形且其底部设置为半球形，每个试剂腔的下方设置有第一通道105，第一通道为三通管道且横向设置，试剂腔与第一通道的顶端相连通，第一通道一侧与柱塞槽连通，另一侧是封堵住的，并不与外界连通，第一通道的端部出入口的高度与第二通道106的端部出入口位于同一水平面上，即两者位于同一高度上。所述封盖位于壳体底部且设置有螺栓孔132，封盖通过螺栓与壳体固定连接，壳体底部设置有方柱形的柱塞槽，其用于放置柱塞，柱塞槽的数量与柱塞的数量相同，封盖上对应柱塞槽的位置设置有槽位131，槽位与柱塞槽形成的空腔能够放置柱塞，且柱塞能够在该空腔中上下移动，而上述实施方式中的弹簧应用于壳体中时，柱塞仓与柱塞槽之间留有弹簧的伸缩空隙，槽位底部设有限位槽133，柱塞底部设有圆形的挡块，挡块能够卡设在限位槽内，避免了柱塞自封盖中伸出，同时当挡块位于限位槽中时，柱塞位于第二位置；如图1和图2所示，所述壳体为不规则的柱形结构，反应腔位于壳体中部，反应腔为圆柱形，其根据外径可分为三段，反应腔一段1011的外径较小，能够深入反应腔底部，且反应腔一段的侧面设有多个活塞孔1014(本实施例设有7个)，活塞孔的数量为试剂腔数量与PCR管数量的相加之和，柱塞数量与活塞孔数量相同，活塞孔通过第二通道与柱塞槽104连通，反应腔二段1012的外径较大，其长度为反应腔一段的顶部至壳体顶部的距离，反应腔三段的外径最大，其自壳体顶部的反应腔二段向上延伸，其内径与反应腔二段的外径相同。所述活塞的尺寸与反应腔101相匹配，其底部可伸至反应腔一段中，其顶部可自反应腔三段1013中伸出，且其顶部设置有限位和便于操作的环状凸起121，活塞的外圆面与反应腔的内圆面紧密接触，加强装置的密封性，避免试剂泄露。当选用磁珠法进行核酸提取时，所述反应腔下方的壳体内还设有磁棒槽108，磁棒槽下方的封盖对应位置处设有中空部分，使得磁棒槽可与外界连通，磁棒槽不与反应腔连通，磁棒槽用于放置磁棒，当磁棒靠近反应腔时，对反应腔内的磁珠起吸附作用，此时磁珠不随流体移动，使磁珠更加集中，吸附、洗涤和洗脱都更充分，进一步杜绝了死角，提高核酸提取效率，当磁棒远离反应腔时，磁珠解除磁吸力，能够随流体移动。如图7所示，所述壳体还包括用于核酸扩增的连接部102，连接部下设有卡位1021，卡位上可活动连接PCR管200，PCR管PCR管如图4所示，且卡位上设有与PCR管连通的第三通道107，第三通道为三通管道，其底端开口朝向PCR管，其一侧与对应的柱塞槽连通，另一侧是封堵住的，不与外界连通；同样的，可通过柱塞控制反应腔与第三通道的连通或关闭进而控制反应腔与PCR管之间的流体流动，具体地，当柱塞连通反应腔和第三通道，此时活塞向下运动使得反应腔中的流体流经柱塞孔和第三通道并最终流入PCR管中进入下一步的核酸扩增流程。本实施例的第一通道、第二通道和第三通道在壳体内部形成了液体流通路径，柱塞的上下运动能够控制反应腔和试剂腔或PCR管之间的连通与关闭，活塞在反应腔中的上下运动能够实现核酸提取过程中所需要的捶打步骤。PCR管为可拆卸结构，使PCR管可以单独制备，管壁更薄，等温扩增时升温快，大幅提升检测效率，PCR管可以预先存放反应试剂，也更有利于保存和运输。

本实用新型提供的核酸提取装置的结构简单，易安装拆卸，便于更换零件，延长了使用周期，且其无需设置废液试剂腔，节省了空间，小体积易运输，本实用新型通过柱塞控制反应腔与各试剂腔的连通和关闭，柱塞孔与管道的对位准确度高，避免了液体泄露，密封性强。

所述壳体上对每个柱塞作了数字编号标记113，本实施例设置有7个柱塞，1～6号位的柱塞对应的试剂腔分别为裂解仓、一级洗涤仓、二级洗涤仓、洗脱仓、石蜡油仓、预留仓，7号位的柱塞对应的连接部，其通过第三通道与PCR管连通。但是，壳体上所设试剂腔的数量不受限制，可根据具体情况设计数量，用于存放多种试剂，其适用范围广，值得推广使用。

本实施例采用上述实施例提供的核酸提取装置进行核酸提取与扩增，包括如下步骤：

1、将采集的样本加到1号位的裂解仓中，此时裂解仓内有混合液体：磁珠+裂解液+样本；

2、从壳体底部使用外力进而使得1号位对应的柱塞向上运动，该柱塞上的柱塞孔连通第一通道和第二通道；

3、活塞向上运动，将裂解仓内的混合液体抽到反应腔中，活塞下压将混合液体压回裂解仓，实现液体的一次捶打，重复此步骤直至达到预设的捶打次数；

4、最后一次捶打活塞向下时将混合液体压回裂解仓，同时混合液体内的核酸被磁珠吸附，磁珠在磁棒磁力作用下吸附在柱塞槽的底部，下述捶打过程中的磁珠均随着混合液体移动，同样的，最后一次捶打需要换仓时，磁珠被磁棒吸附在反应腔底部；

5、卸除壳体底部的外力，1号位的柱塞在弹簧的作用下回到原位，2号位的柱塞向上运动，2号位为一级洗涤仓，仓内装有洗涤液，活塞向上将洗涤液抽入反应腔中，活塞下压将带有磁珠的混合液体压回一级洗涤仓，实现液体的一次捶打，重复此步骤直至达到预设的捶打次数完成第一次洗涤；

6、2号位的柱塞向下运动，3号位的柱塞向上运动，3号位为二级洗涤仓，仓内装有洗涤液，活塞向上将洗涤液抽入反应腔中，活塞下压将混合液体压回二级洗涤仓，实现液体的一次捶打，重复此步骤直至达到预设的捶打次数完成第二次洗涤；

7、3号位的柱塞向下运动，4号位的柱塞向上运动，4号位为PCR试剂仓，仓内装有PCR试剂，活塞向上将PCR试剂抽入反应腔中，活塞下压将混合液体压回PCR试剂仓，实现液体的一次捶打，重复此步骤直至达到预设的捶打次数完成核酸洗脱，此时带有核酸的PCR试剂留在反应腔内；

8、4号位的柱塞向下运动，7号位的柱塞向上运动，7号位未设试剂腔，其下方连接有PCR管，活塞向下运动将带有核酸的PCR试剂通过第三通道压入PCR管；

9、7号位的柱塞向下运动，5号位的柱塞向上运动，5号位为石蜡油仓，仓内装有石蜡油，活塞向上移动抽取一定体积的石蜡油进入反应腔内；

10、5号位的柱塞向下运动，7号位的柱塞向上运动，活塞向下运动将石蜡油压入PCR管；

11、后续开始加热PCR管，核酸扩增完成后采集荧光分析。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种核酸提取装置，其特征在于，包括柱塞、用于提取核酸的反应腔以及用于存放试剂的试剂腔；其中柱塞能够通过移动控制反应腔与试剂腔之间的连通或关闭。

2.根据权利要求1所述的核酸提取装置，其特征在于，所述柱塞位于第一位置时，反应腔与试剂腔之间连通，柱塞位于第二位置时，反应腔与试剂腔之间关闭。

3.根据权利要求2所述的核酸提取装置，其特征在于，所述柱塞顶部设有柱塞仓。

4.根据权利要求1所述的核酸提取装置，其特征在于，所述柱塞内设有柱塞孔。

5.根据权利要求4所述的核酸提取装置，其特征在于，所述柱塞外壁的柱塞孔处设有密封件。

6.根据权利要求4所述的核酸提取装置，其特征在于，所述核酸提取装置还包括第一通道和第二通道，所述第一通道与试剂腔连通，第二通道与反应腔连通，所述柱塞位于第一位置时，柱塞孔连通第一通道和第二通道。

7.根据权利要求1所述的核酸提取装置，其特征在于，所述核酸提取装置还包括活塞，活塞能够在反应腔中移动，从而控制反应腔与试剂腔之间液体的流动。

8.根据权利要求7所述的核酸提取装置，其特征在于，所述核酸提取装置还包括封盖，封盖上设有用于放置柱塞的槽位。

9.根据权利要求1所述的核酸提取装置，其特征在于，所述核酸提取装置还包括壳体，反应腔和试剂腔均位于壳体内，壳体内还设有柱塞槽，柱塞槽位于反应腔和试剂腔之间。

10.根据权利要求9所述的核酸提取装置，其特征在于，所述核酸提取装置还包括用于核酸扩增的PCR管，PCR管活动安装于设于壳体上的连接部，所述柱塞能够控制反应腔与PCR管之间的连通或关闭。

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