一种全自动核酸检测分析系统的制作方法

1.本发明属于核酸检测设备技术领域，尤其涉及一种全自动核酸检测分析系统。


背景技术：

2.核酸检测是通过血液、其他体液或细胞对dna进行检测的技术，是取被检测者的组织细胞，扩增其基因信息后，通过特定设备对被检测细胞中的dna分子信息做检测，分析它所含有的基因情况，用于诊断疾病。
3.由于核酸检测时通常使用的样本为生物组织细胞，因此需要进行细胞裂解、核酸提纯、核酸扩增等步骤后，再利用光学检测的方法去检测核酸。由于各个步骤中涉及不同的处理方法，通常样品需要经过多个设备分别进行多次处理，同时也需要专业的实验人员进行各种设备的复杂操作，各个设备之间的样品需要相互转移，这些过程容易不仅耗时耗力并且容易引入污染，影响核酸检测的结果。


技术实现要素：

4.针对以上技术问题，本发明公开了一种全自动核酸检测分析系统，将核酸提取、核酸扩增、荧光检测等过程有机整合，操作快速高效，所有生物反应过程均在核酸检测试剂盒内进行，防止了交叉污染，所有过程通过控制模块可以实现自动控制。
5.对此，本发明采用的技术方案为：一种全自动核酸检测分析系统，其包括检测试剂盒、用于带动检测试剂盒运动的输送机构、核酸提取模块、核酸扩增模块、荧光检测模块；所述输送机构带动检测试剂盒分别到达核酸提取模块进行核酸提取，到达核酸扩增模块进行扩增，到达荧光检测模块进行检测；所述检测试剂盒设有固相萃取池即spe池、样本池、控制室、液路、扩增反应区和待检测区，所述液路与spe池、样本池、扩增反应区和待检测区连通，所述控制室位于液路的上方，所述控制室设有阀门，所述spe池、样本池内设有磁力搅拌构件；所述核酸提取模块包括驱动机构、spe池加热混合组件、样本池混合组件、气路接口组件和升降机构，所述驱动机构位于输送机构的上方，所述spe池加热混合组件、样本池混合组件位于输送机构的下方，并分别与升降机构连接；所述spe池加热混合组件、样本池混合组件均包含磁力转动机构；所述驱动机构与压杆连接，所述压杆与检测试剂盒的控制室的位置对应，所述驱动机构驱动压杆上下移动，通过阀门控制液路的流通，所述spe池加热混合组件与spe池位置对应，所述样本池混合组件与样本池位置对应；所述检测试剂盒设有与液路连通的连接接口，所述气路接口组件的一端与气管连接，所述气路接口组件的另一端设有可与连接接口连接的气路接口；所述输送机构带动检测试剂盒运动同时，进行以下动作：所述驱动电机通过驱动压杆伸入到检测试剂盒内的试剂室内，控制试剂室的阀门状态，从而使液路内的液体流入到spe
池、样品池，所述气路接口组件与连接接口连接，驱动液路内的液体流动；所述升降机构带动spe池加热混合组件、样本池混合组件分别贴近spe池和样本池的底部，对spe池进行加热混合，对样品池进行混合。
6.作为本发明的进一步改进，所述控制室的底部设有通孔，所述阀门为位于控制室底部的可变形的阀门垫片，通过压杆挤压阀门垫片使得阀门垫片变形，所述阀门垫片通过通孔伸入到下方的液路中，切断液路。所述气路接口上设有弹簧和硅胶密封圈。
7.作为本发明的进一步改进，所述核酸提取模块包括泵、电磁阀组和连接泵阀接口的气管，所述泵通过电磁阀组与气管连接，所述气管与气路接口组件的一端连接。
8.作为本发明的进一步改进，所述气路接口上设有弹簧和硅胶密封圈，当气路接口与检验试剂盒的连接接口连接时，实现接口可靠密封。
9.作为本发明的进一步改进，所述驱动机构包括凸轮组件和驱动电机，所述驱动电机通过凸轮组件与压杆连接。进一步的，所述凸轮组件包括多组凸轮组。
10.进一步的，所述输送机构、驱动电机、spe池加热混合组件、样本池混合组件、泵、电磁阀组等均与控制模块连接，通过控制模块实现自动控制，可以实现自动核酸提取。
11.作为本发明的进一步改进，所述核酸扩增模块包括热循环部件、压块、升降驱动机构，所述压块位于检验试剂盒的上方，所述热循环部件位于检验试剂盒的下方，所述升降驱动机构与热循环部件连接，驱动热循环部件与检测试剂盒的扩增反应区贴合或离开。
12.作为本发明的进一步改进，所述热循环部件包括加热/制冷构件、用于与检测试剂盒1的扩增反应区接触传递热量的热传递板，所述加热/制冷构件与热传递板连接。
13.作为本发明的进一步改进，所述热循环部件包括温控板、散热片、散热风扇、温控探头，所述温控板分别与散热片、散热风扇、温控探头、加热/制冷构件电连接，所述温控探头与散热片、加热/制冷构件接触。
14.进一步的，所述加热/制冷构件、升降驱动机构、温控板、散热风扇、温控探头均与控制模块连接，通过控制模块实现自动控制，可以实现自动扩增。
15.作为本发明的进一步改进，所述荧光检测模块包括发射光单元、镜片组单元和接收检测单元，所述发射光单元发射的光通过镜片组单元反射至试剂盒上待检测区，待检测区的核酸样品受到入射光激发后，发出荧光信号，通过镜片组单元后，进入接收检测单元成像。
16.作为本发明的进一步改进，所述发射光单元包括光源，所述镜片组单元包括匀光构件、滤光片、二向色镜和全反射镜，所述匀光构件位于光源的发射光路上，所述滤光片位于匀光构件的前端，所述二向色镜位于滤光片的前端，所述全反射镜位于二向色镜的一侧，所述全反射镜的反射面与二向色镜的发射面呈锐角；所述全反射镜位于检验试剂盒的上方，所述全反射镜的反射面与检验试剂盒呈锐角设置；所述接收检测单元包括聚焦机构，所述聚焦构件的前端设有接收滤光片，所述全反射镜的反射面朝着接收滤光片；光源发出的入射光经过匀光构件调匀，经滤光片滤除杂光后，射向二向色镜，光束经二向色镜反射后，进入全反射镜反射至试剂盒上待检测区，待检测区装载的核酸样品受到入射光激发后，发出荧光信号，经过全反射镜反射至二向色镜，荧光透过二向色镜，进入接收滤光片滤除杂光，经过聚焦构件进入接收检测单元进行成像。
17.所述荧光检测模块包括用于接收检测单元成像的图片进行分析的荧光影像分析模块。
18.作为本发明的进一步改进，所述二向色镜的反射面与光源的光路呈45度夹角；所述全反射镜与二向色镜的反射面呈45度夹角。
19.作为本发明的进一步改进，所述匀光构件为光学镜头、镜头组或光纤。
20.作为本发明的进一步改进，所述接收检测单元为相机或光电倍增管。
21.作为本发明的进一步改进，所述聚焦构件为聚焦镜头或针孔机构。
22.作为本发明的进一步改进，所述待检测区设有生物芯片，所述生物芯片上设有若干个点阵反应池，所述点阵反应池内装有指标检测试剂。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果为：第一，采用本发明的技术方案，将核酸提取、核酸扩增、荧光检测等过程整合为一体，可以配合多指标的生物芯片，同时检测多个指标，最终实现多指标的同步自动化检验。操作过程简单，检验过程中无需人为操作，做到微型集成化和快速自动化。而且，所有的生物反应均在检测试剂盒内进行，所以不会对全自动核酸检测分析系统和实验室环境造成污染，不需要专门的pcr实验室即可开展检测。
24.第二，本发明的技术方案极大的缩短了检测时间，并且通过搭载自动分析模块，可以进一步的自动分析同时给出多指标检测结果，帮助医生快速准确识别致病基因，指导医生及时有针对性的用药。该系统可以集成基因检测的所有功能，不需要再购置各种不同操作的设备，降低采购成本且节省实验室空间。
附图说明
25.图1是本发明实施例全自动核酸检测分析系统的整体结构示意图。
26.图2是本发明实施例的核酸提取模块的分解结构示意图。
27.图3是本发明实施例的检验试剂盒的阀门打开的状态示意图。
28.图4是本发明实施例的检验试剂盒的阀门关闭的状态示意图。
29.图5是本发明实施例的检验试剂盒通过压杆控制试剂转移的示意图。
30.图6是本发明实施例的检验试剂盒的样本池的示意图。
31.图7是本发明实施例的核酸扩增模块的结构示意图。
32.图8是本发明实施例的荧光检测模块的结构示意图。
33.图9是本发明实施例的生物芯片的结构示意图。
34.附图标记包括：100-检测试剂盒，200-核酸提取模块，300-核酸扩增模块，400-荧光检测模块；11-样本池，12-液路，13-控制室，14-阀门，15-磁力搅拌棒，21-凸轮组件，22-spe池加热混合组件，23-样本池混合组件，24-气路接口组件，25-泵，26-电磁阀组，27-压杆；31-热循环部件，32-压块；41-光源，42-匀光构件，43-滤光片，44-二向色镜，45-全反射镜，46-待检测区，47-接收滤光片，48-聚焦镜头，49-接收检测单元，50-生物芯片。
具体实施方式
35.下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
36.实施例1如图1所示，一种全自动核酸检测分析系统，其包括检测试剂盒100、用于带动检测试剂盒100运动的输送机构、核酸提取模块200、核酸扩增模块300、荧光检测模块400；所述输送机构带动检测试剂盒100分别到达核酸提取模块200进行核酸提取，到达核酸扩增模块300进行扩增，到达荧光检测模块400进行检测。
37.如图2~图6所示，所述检测试剂盒100设有spe池、样本池11、控制室13、液路12、扩增反应区和待检测区46，所述液路12与spe池、样本池11、扩增反应区和待检测区46连通，所述控制室13位于液路12的上方，所述控制室13设有阀门14，所述spe池、样本池11内设有磁力搅拌棒15。
38.如图2所示，所述核酸提取模块200包括驱动机构、spe池加热混合组件22、样本池混合组件23、气路接口组件24和升降机构，所述驱动机构位于输送机构的上方，所述spe池加热混合组件22、样本池混合组件23位于输送机构的下方，并分别与升降机构连接；所述spe池加热混合组件22、样本池混合组件23均包含磁力转动机构；所述驱动机构与压杆27连接，所述压杆27与检测试剂盒100的控制室13的位置对应，所述驱动机构驱动压杆27上下移动，通过阀门14控制液路12的流通，所述spe池加热混合组件22与spe池位置对应，所述样本池混合组件23与样本池11位置对应；所述检测试剂盒100设有与液路12连通的连接接口，所述气路接口组件24的一端与气管连接，所述气路接口组件24的另一端设有可与连接接口连接的气路接口。所述驱动机构包括凸轮组件21和驱动电机，所述驱动电机通过凸轮组件21与压杆27连接。
39.所述输送机构带动检测试剂盒100运动同时，进行以下动作：所述驱动电机通过驱动压杆27伸入到检测试剂盒100内的试剂室内，控制试剂室的阀门14状态，从而使液路12内的液体流入到spe池、样品池，所述气路接口组件24与连接接口连接，驱动液路12内的液体流动；所述升降机构带动spe池加热混合组件22、样本池混合组件23分别贴近spe池和样本池11的底部，对spe池进行加热混合，对样品池进行混合，实现对核酸检测试剂盒100内相应区域的试剂及样本处理，实现加热、混合及磁珠吸附等功能。如图6所示，样品池混合组件的电机带动磁铁旋转，核酸检测试剂盒100内样品池的磁力搅拌棒15随磁铁旋转，从而实现混匀功能；当核酸检测试剂盒100内为磁珠时，可升降仪器上的磁铁，实现对磁珠的吸附及释放。
40.如图3和图4所示，所述控制室13的底部设有通孔，所述阀门14为位于控制室13底部的可变形的阀门垫片，通过压杆27挤压阀门14垫片使得阀门14垫片变形，所述阀门14垫片通过通孔伸入到下方的液路12中，切断液路12。
41.核酸提取模块200通过对检测试剂盒100内液路12的精密控制和方向切换，实现了样本及试剂在检测盒中有序运动，完成核酸提取所需的细胞裂解、核酸提纯，扩增进样等过程。
42.凸轮组件21由凸轮组构成，凸轮组由多个特殊设计的凸轮组成。当驱动电机带动凸轮组旋转至不同角度时，各凸轮也处于不同的角度，因各凸轮边缘为曲线轮廓，所以可使对应的压杆27下压至不同的高度，配合核酸检测试剂盒100的内部结构，可控制芯片内各反
应室间的通断及试剂进样过程。
43.阀门14控制原理：如图3所示，当压杆27处于高位时，试剂盒内阀门14垫片处于自然状态，试剂盒内部阀门14打开，左右两边液路12保持畅通；如图4所示，当压杆27处于低位时，试剂盒内的阀门14垫片被压杆27压缩，试剂盒内部阀门14关闭，左右两边的液路12被隔离开来。
44.试剂进样原理：如图5所示，配合核酸检测试剂盒100内部的柱塞结构，当凸轮组件21旋转至不同角度时，压杆27逐渐下压，可控制试剂盒内部相应试剂的可控转移。
45.所述核酸提取模块200包括泵25、电磁阀组26和连接泵25阀接口的气管，所述泵25通过电磁阀组26与气管连接，所述气管与气路接口组件24的一端连接；气路接口组件24、泵25、电磁阀组26及连接泵25阀接口的气管为检测试剂盒100内液体的流动提供动力源，使样本和试剂在试剂盒内有序转移。所述气路接口上设有弹簧和硅胶密封圈，保证气路接口组件24和检测试剂盒100接口可靠密封。
46.当检测试剂盒100放入全自动核酸检测分析系统后，输送机构带动检测试剂盒100运动，与凸轮组件21的各压杆27位置可靠定位、与气路接口组件24可靠密封、与spe池加热混合组件22和样本池混合组件23紧密接触以保证有效的混合及加热传导。
47.目前市面上的核酸提取使用dna提取仪，采用传统提取方法，在pe管内完成提取后，采用人工移液的方式加入到下一步骤的扩增仪器中，容易产生交叉污染。
48.该核酸提取模块200配合相应的检测试剂盒100，对试剂盒进行流路的精确有序控制、将样本在试剂盒内进行了混合、裂解、洗涤、漂洗、进样等一系列的自动操作，避免了传统仪器的人为操作过程，操作快速高效，完全自动化，且所有生物反应过程均在核酸检测试剂盒100内进行，防止了交叉污染。
49.实施例2在实施例1的基础上，如图7所示，所述核酸扩增模块300包括热循环部件31、压块32、升降驱动机构，所述压块32位于检验试剂盒的上方，所述热循环部件31位于检验试剂盒的下方，所述升降驱动机构与热循环部件31连接，驱动热循环部件31与检测试剂盒100的扩增反应区贴合或离开。热循环部件31能够为核酸扩增提供快速变换的温度环境，热循环部件31中制冷片加热或制冷，经过加热板均匀的传递到检测试剂盒100的扩增反应区。
50.所述热循环部件31包括加热/制冷构件、用于与检测试剂盒100的扩增反应区接触传递热量的热传递板，所述加热/制冷构件与热传递板连接；所述热循环部件31还包括温控板、散热片、散热风扇、温控探头，所述温控板分别与散热片、散热风扇、温控探头、加热/制冷构件电连接，所述温控探头与散热片、加热/制冷构件接触。温控板通过温控探头检测加热/制冷构件及散热片上温度，实时调整加热/制冷构件的发热量或制冷量，调节散热风扇的风量，精确控制扩增反应区的温度。当检测试剂盒100被输送到核酸扩增模块300，热循环部件31在升降驱动机构的带动下上升，与检测试剂盒100的扩增反应区紧密贴合，保证温度快速均匀的传递到检测试剂盒100的整个核酸扩增反应区。通过控制热循环部件31的升降温即可为检测试剂盒100内核酸的扩增提供适宜的温度环境。
51.实施例3在实施例2的基础上，如图8所示，所述荧光检测模块400包括发射光单元、镜片组单元和接收检测单元49，所述发射光单元发射的光通过镜片组单元反射至试剂盒上待检测区
46，待检测区46的核酸样品受到入射光激发后，发出荧光信号，通过镜片组单元后，进入接收检测单元49成像。
52.所述发射光单元包括光源41，该光源41可以是led灯，也可以是各种波长的激光器。所述镜片组单元包括匀光构件42、滤光片43、二向色镜44和全反射镜45，所述匀光构件42位于光源41的发射光路上，所述滤光片43位于匀光构件42的前端，所述二向色镜44位于滤光片43的前端，所述全反射镜45位于二向色镜44的一侧，所述全反射镜45的反射面与二向色镜44的发射面呈锐角；所述全反射镜45位于检验试剂盒的上方，所述全反射镜45的反射面与检验试剂盒呈锐角设置；所述接收检测单元49包括聚焦镜头48，所述聚焦镜头48的前端设有接收滤光片47，所述全反射镜45的反射面朝着接收滤光片47。所述二向色镜44的反射面与光源41的光路呈45度夹角，所述全反射镜45与二向色镜44的反射面呈45度夹角；所述匀光构件42为光学镜头、镜头组或光纤；所述接收检测单元49为相机或光电倍增管。
53.光源41发出的入射光经过匀光构件42调匀，经滤光片43滤除杂光后，光束经过与光路呈45
°
的二向色镜44，因入射光波长在该二向色镜44的反射范围内，光束反射后进入与光路呈45
°
的全反射镜45，反射至试剂盒上待检测区46，待检测区46装载的核酸样品受到入射光激发后，发出荧光信号，经过全反射镜45反射至二向色镜44，因荧光信号的光波长在该二向色镜44的透射范围内，荧光透过二向色镜44，进入接收滤光片47滤除杂光，经过聚焦镜头48进入接收检测单元49进行成像。所述荧光检测模块400包括用于接收检测单元49成像的图片进行分析的荧光影像分析模块，经过对荧光影像的分析，可得到试剂盒待检测区46所有区域的荧光强度信号。
54.进一步的，所述待检测区46设有生物芯片50，所述生物芯片50上设有若干个点阵反应池，所述点阵反应池内设有不同的指标检测试剂，相互独立，互不串扰。所述生物芯片50的示意图如图9所示。
55.进一步的，所述输送机构、驱动电机、spe池加热混合组件、样本池混合组件、泵、电磁阀组、加热/制冷构件、升降驱动机构、温控板、散热风扇、温控探头等均与控制模块连接，通过控制模块实现自动控制，可以实现自动核酸提取、扩增和分析。
56.核酸扩增时所有反应池在密闭空间内进行独立扩增，扩增过程中仪器荧光检测系统实时发射出激发光，激发所有反应池发出荧光，仪器对荧光进行过滤采集，按照反应池的分布进行多区域同步处理，同时绘制多个点阵反应池的实时检测曲线，根据该曲线在整个扩增过程中的数据分别给出各指标的检测结果，最终实现多指标的快速自动化检验。
57.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。