核酸提取系统

1.本发明涉及生物技术领域，更具体地，涉及一种核酸提取系统。


背景技术：

2.核酸分为脱氧核糖核酸(dna)和核糖核酸(rna)，核酸提取是基因克隆、基因诊断和基因改造中第一步道工序，也是最为重要的工序。高效快速的提取核酸是后续分析工作的基础。与手工提取核酸方法相比，自动化核酸提取仪具有效率高，产物纯度高和重复性好等优点，并且可以极大的节约人工成本，节约公共卫生资源。
3.现有的核酸提取设备在开始工作后无法修改提取过程，无法在当前样本的核酸提取过程未完成的情况下添加新的样本，即新一轮的样本仅能等待上一轮样本完成核酸提取之后才能被加入至核酸提取设备，不同样本批次需要被串行地提取，核酸提取效率低，待处理样本的等待时间长。尤其是在大规模的核酸筛查工作，难以做到样本的“随到随检”。
4.因此，期望能提出一种高度自动化的核酸提取系统，能够提高核酸提取效率、缩短待检测样本的等待时间。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种核酸提取系统，能够提高核酸提取效率、缩短待检测样本的等待时间，并允许工作进程中对新加入的样本进行处理。
6.根据本公开实施例，核酸提取系统可以包括：支柱；多个旋转台，分布在所述支柱的周围，每个所述旋转台的载物表面用于放置一个或多个样本容器；多个第一机械臂，各所述第一机械臂具有与所述支柱连接的第一端以及面向所述载物表面的第二端，且所述第二端设置有用于执行提取任务的操作部件；以及控制装置，用于为各样本容器中的待测样本分配相应的处于空闲状态的所述第一机械臂作为目标机械臂，并控制所述目标机械臂与该待测样本的位置匹配，使得所述目标机械臂对该待测样本执行所述提取任务的至少一个提取步骤。
7.在一些可选的实施例中，所述控制装置驱动所述目标机械臂以所述支柱为轴转动至与待测样本对应的操作位置；和/或各所述旋转台在所述控制装置的控制下分别以各自的轴心为轴转动，使得位于所述载物表面的样本容器可以被转动至相应的操作位置。
8.在一些可选的实施例中，所述多个第一机械臂的第一端分别在所述支柱的不同高度处与所述支柱可转动地连接。
9.在一些可选的实施例中，每个所述第一机械臂包括第一部分、第二部分以及用于连接所述第一部分和所述第二部分的连接结构，所述第一部分与所述第二部分的延伸方向之间形成非零夹角，所述第一部分连接在该第一机械臂的第一端和所述连接结构之间，所述第二部分位于所述连接结构与该第一机械臂的第二端之间，且所述第二部分在该第一机械臂的第二端处与所述操作部件连接，各所述第一机械臂的长度不同，以便于允许各所述第一机械臂在所述控制装置的控制下以所述支柱为轴自由转动而互不干扰。
10.在一些可选的实施例中，所述操作部件包括：磁棒，用于吸引相应样本容器内的磁珠；以及阻磁套，用于隔离所述磁棒与所述磁珠，当所述磁棒置于所述阻磁套内时，所述磁珠和/或所述磁珠的吸附物在所述磁棒的引力作用下聚集在所述阻磁套的底部表面，使得所述磁珠和/或所述磁珠的吸附物跟随所述阻磁套和所述磁棒移动，当所述磁棒被移出所述阻磁套时，聚集在所述阻磁套的底部表面的所述磁珠和/或所述磁珠的吸附物被释放至相应的样本容器的容置位中。
11.在一些可选的实施例中，所述操作部件还包括夹持器，至少用于将所述阻磁套与相应的所述第一机械臂的第二端可拆卸地连接，所述夹持器对所述阻磁套的夹紧和释放受控于所述控制装置。
12.在一些可选的实施例中，核酸提取系统还包括：至少一个第二机械臂，与所述支柱可转动地连接，用于在所述控制装置的控制下向各样本容器中添加所述提取任务所需的一种或多种反应液和/或磁珠，和/或对各样本容器内的液体和/或磁珠进行移除或回收。
13.在一些可选的实施例中，至少一个所述旋转台提供用于存放所述一种或多种反应液和/或磁珠的物料区，各所述第二机械臂在所述控制装置的控制下被配置为：从所述物料区获取所述一种或多种反应液之一，并在所述控制装置的控制下将其注入指定的样本容器中的指定位置；和/或在所述控制装置的控制下将磁珠从所述物料区移动至指定的样本容器中的指定位置，或将磁珠从各样本容器中回收至所述物料区。
14.在一些可选的实施例中，核酸提取系统还包括传感器，用于检测待检测样本所在的位置以获得位置数据；通信模块，与所述传感器耦合连接，用于将相应的位置数据提供至所述控制装置，以便于所述控制装置记录待检测样本的位置信息并为其分配相应的所述目标机械臂，各所述旋转台分别具有独立编号，各所述旋转台上的样本容器分别具有独立编号，所述位置信息包括该待检测样本所在的所述旋转台对应的独立编号以及该待检测样本所在的样本容器对应的独立编号。
15.在一些可选的实施例中，所述控制装置包括：存储器，存储未完成提取任务的样本队列；以及处理器，与所述存储器通信耦合，用于独立并行地控制各所述第一机械臂，并按照先入先出原则为所述样本队列中的样本分配相应的所述目标机械臂。
16.在一些可选的实施例中，所述控制装置适于：选择工作模式，所述工作模式包括第一工作模式和第二工作模式，在第一工作模式下，所述控制装置为待测样本选择相应的所述目标机械臂，以使该目标机械臂对该待测样本串行地执行所述提取任务中的每个提取步骤，在第二工作模式下，所述控制装置为待测样本的各个提取步骤分别选择相应的所述目标机械臂，以允许不同的所述第一机械臂分别对该待测样本执行不同的提取步骤。
17.在一些可选的实施例中，所述控制装置还适于：在第二工作模式下，建立并管理与所述多个提取步骤分别对应的多个子样本队列，每个子样本队列用于对待执行与该子样本队列相对应的提取步骤的样本进行记录和排序；以及基于每个子样本队列，分别执行分配算法，所述分配算法用于为该子样本队列中的样本选择相应的所述目标机械臂，以便于所述目标机械臂对该样本执行该样本队列相对应的提取步骤。
18.在一些可选的实施例中，基于每个所述子样本队列，所述处理器执行所述分配算法以适于：根据该子样本队列中的样本数量所在的数量区间，选择相应数量的所述目标机械臂对该样本队列中的待测样本执行相应的提取步骤。
19.在一些可选的实施例中，若空闲状态的所述第一机械臂的数量少于所述数量区间所需的目标机械臂的数量，则所述处理器执行时间优化算法，所述时间优化算法用于估计各所述第一机械臂所需的等待时间，并根据估计的所述等待时间选择即将释放为空闲状态的所述第一机械臂作为所述目标机械臂。
20.在一些可选的实施例中，所述控制装置还适于：将所述多个第一机械臂分为多组，每组第一机械臂分别被配置为用于执行所述提取任务所需的多个提取步骤之一；以及针对当前待处理样本的每个提取步骤，在与该提取步骤相对应的一组第一机械臂中选择空闲状态的第一机械臂作为所述目标机械臂。
21.在一些可选的实施例中，所述多个提取步骤至少包括第一提取步骤和第二提取步骤，执行所述第一提取步骤执行所需的时间多于执行所述第二提取步骤所需的时间，所述多个第一机械臂包括与所述第一提取步骤对应的第一组机械臂和与所述第二提取步骤对应的第二组机械臂，所述第一组机械臂中包含的所述第一机械臂的数量大于所述第二组机械臂中包含的所述第一机械臂的数量。
22.综上，本公开实施例的核酸提取方案可以依据各机械臂是否处于空闲状态来为样本分配相应的目标机械臂，并且控制装置可以控制旋转台和/或机械臂将待测样本依序自动化地匹配至相应的目标机械臂，因此，相比于在工作进程中不允许新样本加入的传统方案，本公开实施例的核酸提取方案随时允许新样本的加入，并可以自动化且实时地将当前处于空闲状态的机械臂用于对新样本进行核酸提取，从而在批量核酸检测的场景下有利于实现“随到随检”，有利于自动化地实现并行执行核酸提取步骤/任务，降低了等待时间，提高了核酸提取的效率和资源利用率。
23.相比于传统技术所采用的依靠人工实现样本的添加和分配、磁珠的添加和回收，本公开采用的方案可以基于高度集成化和智能化的核酸提取系统自动地实现样本的添加、录入和分配、磁珠的添加与回收等功能，全程无需人为干预，提高了核酸提取的效率、降低了人工成本，基于自动化控制有利于实现数据的自动化管理，同时能够极大地减少由于人工操作带来的失误。
24.在一些优选的实施例中，在第二工作模式下，基于预设的控制机制，作为子节点的各个机械臂协同且并行地工作，每个样本可以在一个或多个机械臂的操作下分别完成裂解、清洗和纯化步骤，而不限于基于同一机械臂完成所有用于实现核酸提取的步骤。基于这种流水线式的第二工作模式，可以通过并行执行各步骤来提高核酸提取效率。
25.在一些优选的实施例中，在为待分配样本选择目标机械臂时，可以对各子节点、各工作模式下所需的等待时间进行遍历的估计和试错，并基于时间优化算法来选择估计等待时间最短的子节点作为待分配样本的目标机械臂，从而进一步提升核酸提取系统的智能化和自动化性能，进一步提升核酸提取效率。
附图说明
26.通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
27.图1示出本公开实施例的核酸提取系统的结构示意图；
28.图2a示出本公开实施例的核酸提取系统的一个示例的结构示意图；
29.图2b示出本公开实施例的核酸提取系统的一个示例的结构示意图；
30.图3示出本公开实施例的核酸提取系统的机械臂与支架的示例性结构示意图；
31.图4示出本公开实施例的操作部件的结构示意图；
32.图5示出本公开实施例的夹持器的结构示意图；
33.图6示出本公开实施例的机械臂实现核酸提取的原理示意图；
34.图7示出本公开实施例的样本容器的一种示例的结构示意图；
35.图8示出本公开实施例的控制方法流程示意图；
36.图9示出本公开实施例的控制方法的一种示例的流程示意图；
37.图10示出本公开实施例的子节点分配算法的流程示意图；
38.图11示出本公开实施例的子节点分配算法的一种示例的流程示意图；
39.图12示出本公开实施例的时间优化算法的一种示例性的流程示意图；
40.图13示出本公开实施例的控制方法基于样本队列和子节点队列实现堆栈操作的一种示例的流程示意图；
41.图14示出本公开实施例基于样本队列和子节点队列实现堆栈操作的一种示例的流程示意图。
具体实施方式
42.以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
43.本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
44.图1示出本公开实施例的核酸提取系统的示意性框图。图2a示出本公开实施例的核酸提取系统的一个示例性的结构示意图。图2b示出本公开实施例的核酸提取系统的另一个示例性的结构示意图。
45.本公开实施例的核酸提取系统用于对样本“随到随检”地执行提取任务。
46.如图1、2a和2b所示，本公开实施例的核酸提取系统1000可以包括：控制装置100、多个机械臂200、多个旋转台300以及支柱400。其中，图2a和2b所示的实施例的区别在于旋转台的数量不同，需要说明的是，本公开实施例对旋转台的数量、机械臂的数量以及旋转台与机械臂之间的数量关系不作限制，例如，旋转台的数量可以为大于/等于2的任意数值，机械臂的数量可以为大于/等于3的任意数值，机械臂的数量可以小于、大于或等于旋转台的数量。
47.其中，多个旋转台300分布在支柱400的周围，每个旋转台300的载物表面3用于放置一个或多个样本容器210(例如图7所示)；各机械臂200具有与支柱400连接的第一端1以及面向载物表面的第二端2，且第二端2设置有用于执行提取任务的操作部件20。
48.控制装置100作为父节点，与多个机械臂200通信耦合，每个机械臂200作为子节点受控于控制装置100。控制装置100可以检测各个机械臂200是否处于空闲状态，并将处于空闲状态的多个机械臂200之一选定为与待测样本对应的目标机械臂，即，控制装置100用于为各样本容器中的待测样本分配相应的处于空闲状态的机械臂作为目标机械臂，并控制该目标机械臂与该待测样本的位置匹配，使得目标机械臂对该待测样本执行整个提取任务或提取任务中的一个或多个提取步骤。
49.本公开所指的提取任务是指针对样本进行核酸提取的任务，提取任务可以包括裂解步骤、一个或多个清洗/洗涤步骤以及纯化步骤等多个提取步骤。
50.需要说明的是，本公开实施例所描述的“样本”，可以指容置在同一样本容器中的一个或多个待检测的样本。
51.控制装置100可以基于样本队列管理样本，且可以依据各机械臂是否处于空闲状态来为样本分配相应的目标机械臂，因此，相比于在工作进程中不允许新样本加入的传统方案，本公开实施例的核酸提取系统1000随时允许新样本加入至样本队列中，并可以实时地将当前处于空闲状态的机械臂用于对新样本进行核酸提取，从而在批量核酸检测的场景下有利于实现“随到随检”，有利于自动化地实现机械臂的并行工作，降低了等待时间，提高了核酸提取的效率和资源利用率。
52.在一些实施例中，控制装置100驱动目标机械臂以支柱400为轴转动至与待测样本对应的操作位置，和/或，各旋转台300可以在控制装置100的控制下分别以各自的轴心为轴转动，使得位于载物表面3的样本容器210可以被转动至相应的操作位置。
53.在一些实施例中，多个机械臂200包括用于执行提取步骤的多个第一机械臂200a和用于自动化地维护提取环境的至少一个第二机械臂200b。
54.在一些实施例中，各个第一机械臂200a的结构可以完全相同，从而可以根据需求在核酸提取系统1000中加入或减少第一机械臂200a的数量，方便系统规模的扩展和缩减。并且，每个第一机械臂200a可以独立地对样本串行执行全程的提取任务，也可以与其它机械臂协同工作并仅用于对样本执行提取任务中的一个或多个提取步骤，有利于灵活分配资源。
55.在一些实施例中，第二机械臂200b与支柱400可转动地连接，用于在控制装置100的控制下向各样本容器210中添加提取任务所需的一种或多种反应液和/或磁珠，和/或对各样本容器210内的液体和/或磁珠进行移除或回收。作为示例，第二机械臂200b例如可以采用滴管和/或磁性物质对各种反应液和磁珠进行移动。
56.在一些实施例中，至少一个旋转台300提供用于存放一种或多种反应液和/或磁珠的物料区(未示出)，各第二机械臂200b在控制装置100的控制下被配置为：从物料区获取一种或多种反应液之一，并在控制装置100的控制下将其注入指定的样本容器210中的指定位置(例如图7所示的工作区之一)，以提供相应提取步骤所需的操作环境；和/或，在控制装置100的控制下将磁珠从物料区移动至指定的样本容器210中的指定位置(例如图7所示的工作区之一)，或将磁珠从各样本容器中回收至物料区。
57.具体地，如图1、2a和2b所示，控制装置100与各个机械臂200通信耦合，从而与各机械臂200进行信息交互。作为示例，控制装置100与各个机械臂200之间可以基于组网协议通信耦合，例如，控制装置100作为父节点，每个机械臂200作为子节点，父节点和各子节点通过特定通信协议组网协同工作，通信协议例如为tcp/ip协议(transmission control protocol/internet protocol，传输控制协议/网际协议)，子节点会按照规定时间发送数据包给父节点，以便于汇报该子节点所在的机械臂的工作状态(例如包括子节点的工作属性、工作进程、温度等传感器数据、预计工作时间/等待时间等)。
58.然而本公开实施例不限于此，控制装置100和各个机械臂200之间也可以通过其他耦合方式(例如有线连接、局域网等方式)交互通信，使得各机械臂200与控制装置100组网
成为用于核酸提取的工作站。
59.在本实施例中，控制装置100作为父节点和上位机，主要用于控制、计算统筹和监控各个机械臂200的工作状态。例如，控制装置100可以检查核酸提取系统1000中所有可管理的子节点(机械臂)，实时监控所有与控制装置100通信耦合的子节点的当前工作状态，计算预期工作时间，设置子节点的工作属性及为子节点分配工作任务，并且在一些实施例中，控制装置100还可以利用时间优化算法建立样本队列、子节点队列和/或空闲子节点队列。
60.在本实施例中，子节点的工作属性例如用于指示裂解工作状态、清洗工作状态、纯化工作状态之一，每个子节点可以作为独立的核酸提取设备，也可以作为分支设备被配置为三种工作属性之一(即仅完成三种裂解、清洗和纯化步骤中的一种)，其他步骤交由其他子节点完成。各个子节点的工作属性与工作方式可以由控制装置根据样本队列中的样本数量、工作模式以及实际需求独立设定。
61.作为示例，如图1所示，控制装置100可以包括处理器110和存储器120。存储器120用于存储样本队列，处理器110与存储器120通信耦合，用于独立并行地控制各机械臂200，并按照先入先出原则为样本队列中的样本分配相应的目标机械臂。存储器120还可以存储一系列控制指令，处理器110基于这些控制指令执行控制工具包，以便于实现时间控制、裂解控制、清洗/洗涤控制、纯化控制以及错误检测等功能中的至少一个。处理器110例如为通用/专用处理器，存储器120例如包括只读存储器(read-only memory，rom)和/或快闪存储器(flash memory)等各种类型的存储器，控制装置100例如为通用/专用计算机。
62.在一些实施例中，核酸提取系统1000还可以包括传感器(未示出，例如为光电传感器和/或重量传感器，等等)和通信模块。其中，传感器用于检测待检测样本所在的位置以获得位置数据；通信模块与传感器耦合连接，用于将相应的位置数据提供至控制装置100，以便于控制装置100记录待检测样本的位置信息并为其分配相应的目标机械臂。
63.作为示例，传感器可以每隔预设时间进行一次检测，并在每次检测后通过通信模块向控制装置100上报位置数据，使得控制装置100可以根据预设机制为新加入的待测样本分配相应的目标机械臂。
64.作为示例，传感器可以检测新加入到核酸提取系统1000的样本的位置，并直接或经由控制装置100为新加入的样本进行编号，以便于控制装置100管理该样本的传送和分配。
65.作为示例，各旋转台300可以分别具有独立编号，各旋转台300上的样本容器210可以分别具有独立编号，传感器上报的位置数据和/或控制装置100记录的位置信息可以包括该待检测样本所在的旋转台300对应的独立编号以及该待检测样本所在的样本容器210对应的独立编号。需要说明的是，各待测样本的位置信息也可以基于其它方式编码，且本公开对传感器的位置、类型以及位置数据的组成不作限制。
66.由于传感器可以识别出是否有新样本录入到当前核酸提取系统，因此，控制装置100接收到来自传感器的位置数据后，可以根据工作模式的不同，选择合理的分配方案来对新样本分配相应的目标机械臂。例如，控制装置100可以在获知有新样本录入后将该新样本加入到样本队列，分别估算在不同工作模式下所需的等待时间和/或提取任务执行时间，并根据估算结果选择效率最优(例如等待时间最短)的工作模式(例如后文所述的第一工作模式和第二工作模式之一)对该新样本进行分配，以选定相应的目标机械臂对该样本执行一
个或多个提取步骤。
67.图3示出本公开实施例的核酸提取系统的机械臂与支架的示例性结构示意图。
68.如图3所示，多个机械臂200的第一端1例如可以分别在支柱400的不同高度处与支柱400可转动地连接。
69.在一些示例中，每个机械臂200可以包括第一部分201、第二部分202以及用于连接第一部分和第二部分的连接结构(例如为连接轴或滑轨)，第一部分201与第二部分202的延伸方向之间形成非零夹角(例如固定为90度或可在控制装置100的控制下灵活变化的角度)。第一部分201连接在该机械臂的第一端1和连接结构(未示出)之间，第二部分202位于连接结构与该机械臂的第二端2之间，且第二部分202在该机械臂的第二端2处与操作部件20连接。
70.在一些示例中，各机械臂200的长度不同，以便于允许各机械臂200在控制装置100的控制下以支柱400为轴自由转动而互不干扰。
71.图4示出本公开实施例的操作部件的结构示意图。图5示出本公开实施例的夹持器的结构示意图。图6示出本公开实施例的机械臂实现核酸提取的原理示意图。图7示出本公开实施例的样本容器的一种示例的结构示意图。
72.本公开实施例的机械臂200利用磁珠在样本中提取核酸(dna和/或rna)。运用纳米技术对超顺磁性纳米颗粒的表面进行改良和表面修饰后，可以制备成超顺磁性氧化硅纳米磁珠。该磁珠能在微观界面上与核酸分子特异性地识别和高效结合。磁珠在外加磁力的作用下，可快速分离纯化核酸dna/rna，安全并易于实现自动化。本公开实施例采用的纳米磁珠核酸提取方法是指以超顺磁性氧化硅纳米磁性微球(以下简称磁珠)作为载体，通过磁珠在高盐、低ph溶液中吸附核酸，而在低盐溶液中将核酸从磁珠表面脱离的原理进行核酸提取的方法。
73.在本公开实施例中，位于各第一机械臂200a的第二端2的至少一个操作部件20例如包括：磁棒220，用于吸引相应样本容器内的磁珠；以及阻磁套230，用于隔离磁棒220与磁珠。各第一机械臂200a上设置的磁棒220与阻磁套230成对装配，且第一机械臂200a的第二端2上可以设置一对或多对磁棒220与阻磁套230，多对磁棒220与阻磁套230的配置有利于对多个样本进行批量操作。
74.用于承载样本的样本容器210包括多个用于容纳样本的容置位；磁棒220用于吸引磁珠；阻磁套230用于将磁棒220与磁珠隔开；各第一机械臂220a至少用于移动磁棒220和阻磁套230。
75.当磁棒220置于阻磁套230内时，磁珠和/或磁珠的吸附物在磁棒220的引力作用下聚集在阻磁套230的底部表面，使得磁珠和/或磁珠的吸附物跟随阻磁套230和磁棒220在不同的容置位之间移动。当磁棒220被移出阻磁套230时，聚集在阻磁套230的底部表面的磁珠和/或磁珠的吸附物被释放至相应的容置位中。利用磁棒220、磁珠和阻磁套230，可以对样本中的核酸进行吸附和释放，从而实现核酸分子的移动。
76.各第一机械臂200a可以在多个方向上移动阻磁套230和磁棒220例如在重力方向上升降阻磁套230和/或磁棒220、在水平方向上移动阻磁套230和磁棒220，和/或在其它方向上移动阻磁套230和/或磁棒220。
77.在一些实施例中，阻磁套230和磁棒220分别与相应的第一机械臂200a的第二端可
拆卸地连接，从而各第一机械臂200a中的阻磁套230和/或磁棒220可被更换。
78.作为示例，如图5所示，操作部件20还可以包括设置在各机械臂第二端的夹持器240。夹持器240至少用于将阻磁套与相应的机械臂200的第二端2可拆卸地连接，夹持器240对阻磁套的夹紧和释放受控于控制装置100，使得阻磁套230可以根据提取步骤的操作需要脱离相应的机械臂或随相应的机械臂移动。例如，当阻磁套230被夹持器释放时，可以落入相应的样本容器的容置位内，并等待控制装置100分配的机械臂对其进行移动操作，基于此，各阻磁套可以在不同的第一机械臂200a之间实现转移。
79.然而本公开不限于此，磁棒或阻磁套还可以通过其他方式与相应的第一机械臂连接。例如，磁棒和/或阻磁套可以直接与第一机械臂的第二端2固定连接而不可拆卸。
80.作为示例，各第一机械臂200a可以驱动阻磁套230在相应的容置位内搅动，从而对相应的容置位中的内容物进行充分搅拌以使其均匀/反应充分。
81.样本容器210例如水平设置(如图所示的x轴与y轴所在平面，例如为垂直于重力方向的平面)，可以包括多个相互隔离的容置位，各容置位例如按照多行乘多列的阵列方式分布。作为示例，样本容器例如为96孔板，各孔位作为容置位，其常见的规格例如包括12x8个容置位。在一些示例中，根据移动方式的不同，样本容器中的各容置位也可以按照同心圆式、错位行列式等形式的阵列排列分布，本公开对样本容器中各容置位的实现方式和分布方式不作限制。
82.作为示例，如图6所示，样本容器210可以被划分为多个工作区，包括：第一容置区，包括至少一个容置位，第一容置区内的容置位内包含用于实现裂解步骤的裂解液；第二容置区，包括至少一个容置位，所述第二容置区内的容置位内包含用于实现清洗/洗涤步骤的清洗溶液；以及第三容置区，包括至少一个容置位，第三容置区内的容置位内包含纯化缓冲液。基于此，每个机械臂可以利用磁棒220和组磁套230对吸附有核酸分子的磁珠在不同工作区和/或不同机械臂之间转移。
83.进一步地，样本容器210例如可以是96孔板(包括12列，每列8个孔位)。样本区例如位于96孔板的边缘区，从而方便新样本的加入，样本区例如占用第1-3列孔位；用于执行裂解步骤的第一容置区例如占用第4-6列孔位，其中的每个孔位可预先注入裂解液(例如包括20微升蛋白酶k、10微升rna酶和400微升ctab裂解液)；用于执行清洗/洗涤步骤的第二容置区例如占用第7-9列孔位，其中的每个孔位例如可预先注入清洗溶液(例如包括400微升去蛋白液)；用于执行纯化步骤的第三容置区例如占用第10-12列孔位，其中的每个孔位例如可以预先注入纯化缓冲液(例如为te溶液)。在本示例中，每个机械臂单次可处理的样本数量例如为8个或16个或24个，即为样本区中单列孔位所提供的容置位数量的整数倍。
84.在一些可选的示例中，如图6所示，样本容器210还可以包括样本区，用于存放当前机械臂待处理的样本。
85.如图4至6所示，阻磁套230可以在相应的第一机械臂200a的带动下被置入相应容置位中和/或从相应容置位中被取出，且相应的第一机械臂200a可以驱动阻磁套230在相应容置位中上下移动(例如为重力方向)，以搅拌相应容置位中的内容物。在一些示例中，相应的第一机械臂200a也可以驱动阻磁套230在相应容置位中水平移动、转动和/或绕轴移动，从而实现更充分地搅拌相应容置位中的内容物。
86.如图4所示，磁棒220的直径小于阻磁套的内径，从而磁棒220可以设置在阻磁套
230内，且可以在相应的第一机械臂200a的带动下在阻磁套230内上下移动。磁棒220的底端具有磁极221，因此当磁棒220的底端位于阻磁套230的底部时，相应容置位内的磁珠可以在磁力作用在聚集在阻磁套230的底部。在一些优选的实施例中，磁棒220的部分侧壁还设有阻磁涂层222，阻磁涂层位于磁极上方，用于屏蔽磁力线，以在邻近位置处减小磁珠吸附。在一些示例中，阻磁涂层可以覆盖在位于磁极之上的磁棒220的全部侧壁上。在另一些示例中，如图4所示，阻磁涂层可以均匀地覆盖在位于磁极之上的磁棒220的下半部侧壁上，由于磁棒220的上半部分对相应容置位内的磁珠的吸附与释放影响较小，从而本示例可以合理地减少阻磁涂层的覆盖面积、降低成本。
87.在一些实施例中，阻磁套230的底部可以为平面型，有助于提高磁珠在阻磁套230底部的聚集程度，从而提升磁珠收集效率。
88.此外，在一些可选的实施例中，核酸提取系统1000还可以包括以下的部件中的一个或多个：
89.运动控制器，例如采用梯形升降速控制算法来控制机械臂的移动速度，梯形升降速控制算法可以依照梯形曲线或类梯形的s型曲线控制移动速度的变化，以便于降低移动带来的抖动和震动、提升运动和速度控制精度。
90.温度控制器，设置在各旋转盘上，可用于分别检测并调节一个或多个容置位的温度，以适配相应的提取步骤所需的温度环境。温度控制器例如包括多个温度传感器，可以分别设置在样本容器的不同容置区(包括一个或多个容置位)，并且温度控制器还可以包括多个温度调节模块，从而可以基于各个温度传感器所检测到的温度来调节各个容置区的环境温度，使得容置区内的溶液和/或样本被升温或降温，从而让不同容置区的环境温度满足各个提取步骤的反应温度要求。在一些示例中，一个或多个样本容器可以放置在温度控制器的容纳空间之内或放置于温度控制器的表面上。在一些可选的示例中，在一些示例中，温度控制器的至少一部分例如采用金属结构(例如为铝合金)。
91.液晶显示器，用于显示该核酸提取系统1000的各种信息，例如包括工作状态(子节点的工作属性、工作进程、温度等传感器数据、预计工作时间/等待时间等)和/或报错信息等。
92.组网控制器，用于支持该各机械臂200与控制装置100之间的通信，使得各个机械臂200可以将相关信息打包上传至控制装置100，且控制装置100可以对该机械臂200发送控制信息。在一些示例中，组网控制器用于实现基本的网络通信协议，用于将设备节点链接进入局域网。在一些示例中，组网控制器例如可以通过本地wifi链接组网，在一些其它的示例中，组网控制器也可以基于有线连接的方式实现通信。
93.电源，至少用于为各机械臂和旋转盘供电。电源还可以为其他部件供电，例如上述组网控制器，液晶显示屏、温度控制器以及运动控制器等。
94.根据实际需要，核酸提取系统1000还可以包括本领域技术人员所公知的其它机械部件，例如导轨、弹簧、阻挡板、连接轴、包围上述各个组件的外壳等等，还可以包括本领域技术人员所公知的其它电子部件，例如液位传感器等各种传感器、存储器等等。
95.下面结合图5对各个机械臂200的工作原理进行说明。
96.被控制装置100选定为目标机械臂的某第一机械臂200a例如用于执行裂解步骤：
97.首先，样本(例如为悬浊液状态)被加入到样本容器210的第一容置位。第一容置位
可以位于图7所示的样本区或用于执行裂解的第一容置区。
98.样本例如包括有细胞液体样本和无细胞液体样本等，其中有细胞液体样本包括细胞、全血、动物组织匀浆液，无细胞液体样本包括血清、血浆、组织提取液、拭子洗液、尿液、病毒培养液。
99.以第一容置位处于第一容置区为例，第一容置位内可装有裂解液，用于使样本中细胞、细胞核破裂，核酸(dna/rna)与核蛋白分离，核蛋白变形沉淀，从而裂解分离出样本中的核酸。
100.多个磁珠被第二机械臂200b自动化地加入至裂解液，第一容置位中的第一中间物质(裂解后的中间物质，例如包括核酸以及蛋白质颗粒等杂质)可以被磁珠吸附。磁珠为纳米磁珠，例如可以为运用纳米技术对超顺磁性纳米颗粒的表面进行改良和表面修饰后制备成的具有超顺磁性的氧化硅纳米磁珠，直径例如约为100～800nm，可以具有核壳结构(即具有超顺磁性核心及氧化硅外壳)。磁珠能在微观界面上特异性地识别核酸分子并与其高效结合。由于具有超顺磁性，在chaotropic盐(盐酸胍、异硫氰酸胍等)和外加磁场的作用下，磁珠可用于从血液、动物组织、食品、病原微生物等样本中分离出核酸(dna和/或rna)。
101.随后，选定的第一机械臂200a执行搅拌操作，以使阻磁套230在移动结构240的带动下在第一容置位内搅动(例如在第一容置位内上下移动，时长例如为10-15分钟)，目的是实现均匀搅拌，使得第一容置位内的第一中间物质可以被充分地吸附在各磁珠上。
102.在搅动前或搅动后，选定的第一机械臂200a执行吸附操作，以使磁棒220向下移动到阻磁套230的底部，使得第一容置位内的吸附有第一中间物质的磁珠可以聚集在阻磁套230的底部。
103.随后，被控制装置100选定为目标机械臂的某第一机械臂200a例如执行后续的清洗步骤。清洗步骤用于去除第一中间物质所含的核酸之外的杂质，可以包括多个子步骤(例如用于去除蛋白质等杂质的第一清洗子步骤、用于去除盐离子等杂质的第二清洗子步骤等等)。
104.作为示例，参见图6，在清洗步骤中，选定的第一机械臂200a例如执行以下操作：
105.首先，选定的第一机械臂200a执行移动操作，用于让阻磁套230与磁棒220在移动结构240的带动下同时提升并从第一容置位移动至第二容置位，从而吸附有第一中间物质的磁珠在磁力作用下跟随阻磁套230和磁棒220从第一容置位移动至第二容置位。阻磁套230和磁棒220的底部落入第二容置位的底部，使得磁珠连同其吸附的第一中间物质被加入至第二容置位。
106.第二容置位内装有用于去除杂质的第一清洗溶液(例如为离液盐等去蛋白试剂)。
107.随后，选定的第一机械臂200a执行释放操作，用于让磁棒220在移动结构240的带动下向上移动(远离第二容置位)，从而磁棒220与阻磁套230产生相对位移，产生磁场变化。基于此，磁珠连同其吸附的第一中间物质脱离阻磁套并落入第二容置位内。
108.并且，选定的第一机械臂200a执行搅拌操作，用于让阻磁套230在移动结构240的带动下对第二容置位内的内容物进行充分搅拌，以去除第一中间物质所含有的至少部分杂质，从而获得第二中间物质。该第二中间物质同样吸附在各磁珠上。作为示例，阻磁套230在移动结构240的带动下沿重力方向上下移动。
109.在搅动前或搅动后，选定的第一机械臂200a可以执行吸附操作，用于让磁棒220在
移动结构240的带动下向下移动到阻磁套230的底部，使得磁场发生变化，从而第二容置位内吸附有第二中间物质的磁珠可以聚集在阻磁套230的底部。
110.之后，选定的第一机械臂200a再次执行移动操作，用于让阻磁套230与磁棒220同时提升并移动到第三容置位，以使吸附有第二中间物质的磁珠在磁力作用下跟随阻磁套230和磁棒220被移动至第三容置位，以便于进行下一清洁子步骤。
111.第三容置位内装有用于去除杂质的第二清洗溶液(例如为浓度为70％的乙醇溶液，用于去除盐离子以及小分子杂质等)。
112.随后，选定的第一机械臂200a再次执行释放操作，从而带动磁棒220向上移动(远离第三容置位)，使得磁棒220与阻磁套230产生相对位移。因此，基于磁场变化，磁珠连同其吸附的第二中间物质脱离阻磁套230并落入第三容置位内。
113.并且，选定的第一机械臂200a再次执行搅拌操作，使得阻磁套230对第三容置位内的内容物进行充分搅拌，以去除第二中间物质所含的盐离子等杂质，从而获得第三中间物质。该第三中间物质吸附在各磁珠上。作为示例，阻磁套230在选定的第一机械臂200a的带动下沿重力方向上下移动。
114.在搅动前或搅动后，选定的第一机械臂200a可以执行吸附操作，用于让磁棒向下移动到阻磁套230的底部，使得磁场发生变化，从而第三容置位内吸附有第三中间物质(作为清洗/洗涤后的中间物质)的磁珠可以聚集在阻磁套的底部。
115.然而本公开实施例不限于此，清洗/洗涤步骤可以仅包括一个子步骤(例如使用混合的清洗溶液进行清洗/洗涤)，也可以包括两个以上的子步骤，以便于分步采用多种清洗溶液进行清洗/洗涤。
116.随后，选定的第一机械臂200a例如执行后续的纯化步骤。纯化步骤用于获得较为纯净的核酸提取物，并将核酸提取物与磁珠分离。
117.作为示例，参见图6，在纯化步骤中，被控制装置100选定为目标机械臂的第一机械臂200a例如执行以下操作：
118.首先，选定的第一机械臂200a执行移动操作，用于让阻磁套230与磁棒220同时提升并从第三容置位移动至第四容置位，从而吸附有第一中间物质的磁珠在磁力作用下跟随阻磁套230和磁棒220从第三容置位移动至第四容置位。阻磁套230和磁棒220的底部落入第四容置位的底部，使得磁珠连同其吸附的第三中间物质被加入至第四容置位。
119.第四容置位内装有纯化缓冲液。纯化缓冲液可以为400ul的te溶液，例如包括tris(三羟甲基氨基甲烷)和edta，有助于抑制核酸酶活性，使得纯化获得的核酸提取物可以被良好地储存。
120.随后，选定的第一机械臂200a执行释放操作，用于让磁棒220在选定的第一机械臂200a的带动下向上移动(远离第四容置位)，从而磁棒220与阻磁套230产生相对位移，产生磁场变化。基于此，磁珠连同其吸附的第三中间物质脱离阻磁套230并落入第四容置位内。
121.并且，选定的第一机械臂200a执行搅拌操作，用于让阻磁套230在选定的第一机械臂200a的带动下对第四容置位内的内容物进行充分搅拌，以去除第三中间物质所含的至少部分杂质，从而获得脱离了磁珠的核酸提取物。作为示例，阻磁套230在选定的第一机械臂200a的带动下沿重力方向上下移动。
122.在搅动前或搅动后，选定的第一机械臂200a可以自动化地执行回收操作，用于让
磁棒220在选定的第一机械臂200a的带动下向下移动到阻磁套230的底部，使得磁场发生变化，从而第四容置位内的磁珠可以聚集在阻磁套230的底部。
123.之后，选定的第一机械臂200a再次执行移动操作，用于让阻磁套230与磁棒220在选定的第一机械臂200a的带动下同时提升并移动到第五容置位，以使磁珠在磁力作用下跟随阻磁套230和磁棒220被移动至用于回收磁珠的第五容置位。
124.作为替代的实施例，可以采用第二机械臂200b对磁珠进行回收。
125.基于本公开实施例提供的核酸提取系统1000，上述各步骤可以在控制装置100的控制下自动化地执行。
126.上述各步骤中，裂解步骤占用的时间较长(例如约为10-20分钟)，清洗步骤(例如约为5-10分钟)和纯化步骤(例如约为5-10分钟)占用的时间较短。
127.传统方案采用线性工作的方式，即每个样本在同一个用于线性地执行提取任务的提取装置中依次完成裂解、清洗以及纯化步骤。假设裂解步骤所需时间为20分钟，清洗步骤所需时间为5分钟，纯化步骤所需时间为5分钟，4台提取装置同时运行且每台提取装置每次可处理8个样本，则基于传统方式的线性工作方式，处理32个样本所需的时间为30分钟，而处理33个样本所需时间为60分钟，即样本提取结果的等待时间分别为30分钟和60分钟，其中有一个样本需要等待30分钟才能开始被处理。可以看出，传统方案的核酸提取效率不高且资源分配不灵活，只能等待前一批次的样本完成提取之后才允许新样本的加入。
128.本发明基于样本队列对样本的提取任务进行管理和分配，让空闲状态的机械臂可以被用于对新样本执行提取任务中的至少一个提取步骤，从而可以基于串行、并行或流水线型的工作模式协调多个机械臂。假设裂解步骤所需时间为20分钟，清洗步骤所需时间为5分钟，纯化步骤所需时间为5分钟，4个机械臂同时运行且每个机械臂每次可处理8个样本，基于本公开实施例提出的流水线式的工作方式，在用于负责裂解步骤的机械臂完成第一批样本的裂解步骤后，可以立即开始对第二批次的样本执行裂解步骤，且与此同时，其它负责清洗和纯化步骤的机械臂可以并行地对已经完成裂解的第一批次的样本继续执行清洗步骤和纯化步骤，从而处理前32个样本所需的时间为30分钟，处理33个样本所需的时间为50分钟，即样本提取结果的等待时间分别为30分钟和50分钟，其中第33个样本仅需等待20分钟就可以开始被处理，相比于单纯使用并行方式的传统方案，本公开实施例基于流水线式的工作模式可以将提取效率提高约11％。基于采用单个提取装置串行执行各步骤的传统方案，假定每次可处理16个样本，那么完成全部33个样本的提取需要执行3批次的提取任务，共需要90分钟，样本等待时间分别为30分钟、60分钟和90分钟，相比于这种串行单提取装置的工作模式，本公开实施例基于流水线式的工作模式将提取效率提高了50％。
129.因此，本公开实施例提高了核酸提取效率、资源利用率，且允许对新加入的样本进行实时分配。
130.图7示出本公开实施例的核酸提取控制方法流程示意图。该核酸提取控制方法例如是基于上述任一实施例提供的硬件和/或其它本领域技术人员公知的硬件结构来实现的。
131.在步骤s100中，读取可管理设备列表。可管理设备列表存储于控制装置所包含的存储器中，也可以存储于与控制装置通信耦合的存储器中。可管理设备列表用于指示核酸提取系统中可供管理的各子节点(即，各机械臂)，可以包括n个子节点的标识码(例如为各
机械臂的序列号)，n为大于1的自然数。各机械臂的标识码可以由控制装置设置并分配，也可以由各子节点上传至控制中心(作为父节点的控制装置)。
132.在步骤s200中，对各子节点的工作模式进行配置。若配置为第一工作模式，则继续执行步骤s300，以使各子节点相互独立地对其分配来的样本串行执行核酸提取任务所需的各个步骤；若配置为第二工作模式，则继续执行步骤s400，以使各个子节点能够协同且并行地执行核酸提取任务所需的各个步骤。
133.在第一工作模式下，核酸提取系统中的作为子节点的各机械臂相互独立地工作，即，各机械臂分别被配置为：对相应的一个或多个样本串行执行上述裂解、清洗和纯化步骤。也就是说，在第一工作模式下，每个样本各自在同一机械臂的操作下完成裂解、清洗和纯化步骤，可管理设备列表所指示的n个机械臂被简单地组合为一体式工作站，该工作站通过并行执行核酸提取任务来达到提升核酸提取速度的要求。
134.作为示例，如图7所示，步骤s300可以包括子步骤s310至s350。
135.在步骤s310中，读取样本队列。样本队列用于指示待提取的样本序列号及数量。样本队列例如被配置为具有先入先出的属性，即：在先加入至样本队列中的样本将会于在后加入至样本队列中的样本之前被分配至相应的机械臂，以优先执行提取任务。然而本公开实施例不限于此，也可以通过设置优先级的方式管理样本队列的顺序。
136.在步骤s320中，将样本队列中的样本分配至空闲状态的目标子节点。
137.在步骤s330中，驱动目标子节点对相应的样本执行提取任务，并将目标子节点的工作属性配置为非空闲状态。在某一目标子节点完成提取任务后，该目标子节点的工作属性恢复至空闲状态。
138.在步骤s340中，判断提取任务是否结束。如果已结束，则返回步骤s310，继续读取样本队列，以便于处理新加入的样本；如果未结束，则执行步骤s350。
139.作为示例，步骤s340可以在步骤s320执行一段时间(例如为预设的提取任务估计时间)之后开始执行，并且可以通过询问各个目标子节点的方式来获得各个目标子节点反馈的工作属性，并根据各个目标子节点反馈的工作属性判断各个目标子节点是否已经恢复为空闲状态。
140.在步骤s350中，对目标子节点的状态进行轮询，直至目标子节点结束提取任务后再返回步骤s310。例如，可以通过每间隔一段时间就询问目标子节点的状态，并根据目标子节点反馈回来的状态来判断该目标子节点是否已结束提取任务。例如，控制装置可以向作为目标子节点的各个机械臂发出状态询问请求，作为目标子节点的各机械臂向控制装置反馈状态应答(包含该机械臂的状态信息)，以响应于该状态询问请求，从而控制装置可以获知各机械臂的状态信息，并判断作为目标子节点的各机械臂是否已处于空闲状态。在一些替代的实施例中，控制装置也可以根据各提取步骤所需的操作时间来确定各机械臂是否处于空闲状态。
141.在一些示例中，各个子节点也可以主动地向控制装置提供数据包，数据包至少用于表征相应子节点是否处于空闲状态。
142.在第一工作模式下，各目标子节点分别独立地对分配至该子节点的样本进行核酸提取。基于此，可以随时针对新加入样本队列中的样本匹配相应的目标子节点，因此，依据样本加入时间的不同，各子节点启动核酸提取任务的时间点可以存在时间差，使得因此整
个核酸提取系统允许对样本“随检随测”，而在有空闲状态的子节点的情况下无需等待所有子节点完成提取任务，提高了核酸提取效率和资源利用率，降低了多批次核酸提取任务所需的等待时间。
143.在一些实施例中，在第一工作模式下，本公开实施例的核酸提取控制方法还可以根据样本队列中的样本数量所在的数量区间来选择相匹配的目标子节点的数量。基于此，作为示例，图8示出本公开实施例的控制方法的一种示例的流程示意图。如图8所示，上述步骤s320可以进一步包括子步骤s321至s325。
144.在步骤s321中，根据样本队列中的样本数量m所在的数量区间，确定所需的子节点数量k。m和k均为大于0的自然数。
145.例如，如果检测到样本队列中的样本数量x0大于0且小于第一阈值(即，样本数量x0位于第一数量区间)，则确定所需的子节点数量k＝1，仅需要一个空闲状态的子节点即可接收当前样本队列中的样本；如果检测到样本队列中的样本数量x0大于/或等于第一阈值且小于第二阈值(即，样本数量x0位于第二数量区间)，则确定所需的子节点数量k＝2；以此类推。并且，如果检测到样本队列中的样本数量x0为零，则说明样本队列为空，可以等待一段时间后再对样本队列中的样本数量进行检测。
146.在本实施例中，可以根据各样本容器中所包含的容置位的数量来确定第一阈值、第二阈值等各个数量区间的边界值，例如将各个数量区间的边界值分别设置为样本容器在每行/每列提供的容置位数量的整数倍，且各数量区间的边界值为小于/等于样本容器提供的用于执行裂解步骤的容置位的总数。
147.以图6所示的96孔板作为样本容器为例，96孔板的每一列提供8个容置位，且96孔板中的3列容置位用于执行裂解步骤，则第一阈值例如设置为8、第二阈值例如设置为16，还可以设置第三阈值为24。
148.在步骤s322中，根据所需的子节点数量k，判断是否有足够多的空闲状态的子节点可供分配。若是，则依次执行步骤s323；若否，则执行步骤s324，以等待其它子节点被释放为空闲状态。
149.在步骤s323中，将样本队列指示的样本分配至空闲状态的k个目标子节点。
150.在需要将样本队列中的样本分配至多个子节点的情况下，可以将样本平均分配至各个子节点，也可以根据实际需要将样本不平均地分配至各个子节点，本实施例对此不作限制。
151.在一些示例中，在等待步骤s324中，可以通过时间优化算法估计出等待时间较短的至少一个子节点aw，并将当前样本分配至子节点aw的等待队列，从而有利于实现并行等待。在子节点aw完成当前提取任务后，等待队列中的样本将会依次被匹配至子节点aw所在的机械臂，以便于继续执行步骤s323。
152.然而本公开实施例不限于此，等待步骤s324也可以简单地执行等待步骤，即：等待直至某一个或多个子节点释放为空闲状态，再将该子节点作为目标子节点，并继续执行步骤s323。
153.在一些可选的实施例中，如图9所示，为了避免检测样本数量后立即有新样本加入样本队列而导致子节点分配不合理，步骤s320还可以包括子步骤s325，用于在将样本分配至相应的目标子节点之后等待预设时间(例如为10分钟)，再重新检测样本数量。如果该样
本队列中的样本数量有变化(例如在预设时间内有新加入至样本队列的样本)，则需要根据更新后的样本数量和上述方法重新分配样本和子节点，即返回步骤s321；如果该样本队列中的样本数量没有变化，则继续执行步骤s330，以驱动各个目标子节点开始执行提取任务。
154.而在第二工作模式下，基于预设的控制机制，作为子节点的各个机械臂协同且并行地工作，每个样本可以在一个或多个机械臂的操作下分别完成裂解、清洗和纯化步骤，而不限于基于同一机械臂完成所有用于实现核酸提取的步骤。基于这种流水线式的第二工作模式，可以通过并行执行各步骤来提高核酸提取效率。
155.在一些示例中，在第二工作模式下，可以预先将n个作为子节点的机械臂分为至少两组，这至少两组机械臂针对各样本协同执行裂解、清洗和纯化步骤。例如，n个机械臂中的第一组机械臂用于执行裂解步骤，第二组机械臂用于执行清洗步骤，第三组机械臂用于执行纯化步骤，每组机械臂分别包括一个或多个机械臂。在一些示例中，由于裂解步骤占用的时间比清洗步骤和纯化步骤所占用的时间更长，因此第一组机械臂所包含的机械臂数量可以大于第二组机械臂和/或第三组机械臂所包含的机械臂的数量，例如第一组机械臂所包含的机械臂的数量大于/等于第二组和第三组机械臂所包含的机械臂的数量之和，第一组机械臂中的各个机械臂可以并行地对不同样本执行裂解步骤，以提高裂解效率、平衡提取任务中的各步骤所占的时间、优化等待时间，从而提升核酸提取效率。
156.在另一些示例中，在第二工作模式下，可以根据各个节点是否处于空闲状态以及各队列中的样本数量来分配样本队列中的样本。下面基于此对步骤s400所包括的子步骤s410至s450进行说明，返回参考图8。
157.在步骤s410中，读取各个子样本队列。样本队列用于指示待提取的样本序列号及数量。各样本队列例如被配置为具有先入先出的属性，即：在先加入至样本队列中的样本将会于在后加入至样本队列中的样本之前被分配至相应的机械臂，以优先执行提取任务。然而本公开实施例不限于此，也可以通过设置优先级的方式管理样本队列的顺序。
158.与第一工作模式下的步骤s310不同的是，在第二工作模式下，样本队列可以包括多个子样本队列，分别用于对待执行各步骤的样本进行排序。例如，多个子样本队列包括：裂解样本队列，用于对待执行裂解步骤的样本进行排序；清洗样本队列，用于对待执行清洗步骤的样本进行排序；纯化样本队列，用于对待执行纯化步骤的样本进行排序。
159.在步骤s420中，针对各样本队列，分别执行子节点分配算法，以确定用于接收各子样本队列中相应样本的目标子节点，并根据该样本所需执行的步骤配置目标子节点的工作属性。
160.在步骤s430中，驱动目标子节点对相应的样本执行相应的步骤(例如：裂解步骤/清洗步骤/纯化步骤)，并将目标子节点的工作属性配置为与该步骤相应的工作状态(例如为裂解工作状态/清洗工作状态/纯化工作状态)。在某一目标子节点完成相应的步骤后，该目标子节点的工作属性恢复至空闲状态。
161.例如，针对裂解样本队列中的样本，相应的目标子节点的工作属性被配置为裂解工作状态，且在该目标子节点完成裂解步骤后，其工作属性恢复至空闲状态，该目标子节点加入空闲子节点队列以备启用。
162.在步骤s440中，判断目标子节点执行的相应步骤是否结束。如果已结束，则返回步骤s410，继续读取各样本队列，以便于处理新加入的样本；如果未结束，则执行步骤s450。
163.作为示例，步骤s440可以在步骤s420执行一段时间(例如为预设的步骤执行估计时间)之后开始执行，并且可以通过询问各个目标子节点的方式来获得各个目标子节点反馈的工作属性，并根据各个目标子节点反馈的工作属性判断各个目标子节点是否已经恢复为空闲状态。
164.在步骤s450中，对目标子节点的状态进行轮询，直至目标子节点结束相应的步骤后再返回步骤s410。例如，可以通过每间隔一段时间就询问目标子节点的状态，并根据目标子节点反馈回来的状态来判断该目标子节点是否已结束相应的步骤。例如，控制装置可以向作为目标子节点的各个机械臂发出状态询问请求，作为目标子节点的各机械臂向控制装置反馈状态应答(包含该机械臂的状态信息)，以响应于该状态询问请求，从而控制装置可以获知各机械臂的状态信息，并判断作为目标子节点的各机械臂是否已处于空闲状态。
165.在第二工作模式下，针对提取任务中的不同步骤，可以灵活选择子节点来并行执行，利用子节点分配算法实现类似于流水线作业的模式，使得因此整个核酸提取系统允许对样本“随检随测”，有利于核酸提取任务、核酸提取步骤的并发执行，提高了核酸提取效率、资源利用率，降低了核酸提取任务所需的等待时间。
166.在一些实施例中，子节点分配算法可以根据每个样本队列中的样本数量所在的数量区间来确定目标子节点。具体地，子节点分配算法可以判断每个样本队列中的样本数量所在的数量区间，并根据该数量区间确定用于接收相应样本的子节点。基于此，作为示例，上述步骤s420可以进一步包括子步骤s421至s425，下面对参考图10对此进行说明。
167.以第一样本队列为例，图10示出本公开实施例的子节点分配算法的流程示意图。
168.在步骤s421中，根据第一样本队列中的样本数量m所在的数量区间，确定所需的子节点数量k。m和k均为大于0的自然数。
169.例如，如果检测到第一样本队列中的样本数量x1大于0且小于第一阈值(即，样本数量x1位于第一数量区间)，则确定所需的子节点数量k＝1，仅需要一个空闲状态的子节点即可接收当前样本队列中的样本；如果检测到样本队列中的样本数量x1大于/或等于第一阈值且小于第二阈值(即，样本数量x1位于第二数量区间)，则确定所需的子节点数量k＝2；以此类推。并且，如果检测到第一样本队列中的样本数量x1为零，则说明样本队列为空，可以等待一段时间后再对第一样本队列中的样本数量进行检测。
170.在步骤s422中，根据所需的子节点数量k，判断是否有足够多的空闲状态的子节点可供分配。若是，则依次执行步骤s423；若否，则执行步骤s424，以等待其它子节点被释放为空闲状态。
171.在步骤s423中，将第一样本队列指示的样本分配至空闲状态的k个目标子节点。
172.在需要将样本队列中的样本分配至多个子节点的情况下，可以将样本平均分配至各个子节点，也可以根据实际需要将样本不平均地分配至各个子节点，本实施例对此不作限制。
173.在一些示例中，在等待步骤s424中，可以通过时间优化算法估计出等待时间较短的至少一个子节点aw，并将当前样本分配至子节点aw的等待队列，从而有利于实现并行等待。在子节点aw完成当前提取任务后，等待队列中的样本将会依次被加入至子节点aw所在的机械臂，以便于继续执行步骤s423。
174.然而本公开实施例不限于此，等待步骤s424也可以简单地执行等待步骤，即：等待
直至某一个或多个子节点释放为空闲状态，再将该子节点作为目标子节点，并继续执行步骤s423。
175.在一些可选的实施例中，如图10所示，为了避免检测样本数量后立即有新样本加入样本队列而导致子节点分配不合理，步骤s420还可以包括子步骤s425，用于在将样本分配至相应的目标子节点之后等待预设时间(例如为10分钟)，再重新检测样本数量。如果该样本队列中的样本数量有变化(例如在预设时间内有新加入至第一样本队列的样本)，则需要根据更新后的样本数量和上述方法重新分配样本和子节点，即返回步骤s421；如果第一样本队列中的样本数量没有变化，则继续执行步骤s430，以驱动各个目标子节点开始执行相应的第一步骤。
176.在步骤s500中，如图8所示，可以通过手动的方式停止核酸提取系统接收样本和/或停止核酸提取系统执行提取任务/提取步骤。
177.图11示出本公开实施例的子节点分配算法的一种示例的流程示意图。
178.在如图10所示的示例中，如果检测到第一样本队列(例如为裂解样本队列/清洗样本队列/纯化样本队列)中的样本数量x1大于0且小于第一阈值(即，样本数量x1位于第一数量区间)，则将当前第一样本队列中的样本分配至空闲状态的子节点a
k1
，并将该子节点a
k1
的工作属性配置为相应的第一工作状态(例如为裂解状态)；如果检测到第一样本队列中的样本数量x1大于/或等于第一阈值且小于第二阈值(即，样本数量x1位于第二数量区间)，则将当前第一样本队列中的样本分配至空闲状态的子节点a
k1
和子节点a
k2
，并将子节点a
k1
和子节点a
k2
的工作属性配置为相应的第一工作状态；以此类推。并且，如果检测到第一样本队列中的样本数量x1为零，则说明第一样本队列为空，可以等待一段时间后再对第一样本队列中的样本数量进行检测。
179.在本实施例中，可以根据各样本容器中所包含的容置位的数量来确定第一阈值、第二阈值等各个数量区间的边界值，例如将各个数量区间的边界值分别设置为样本容器在每行/每列提供的容置位数量的整数倍。
180.以96孔板作为样本容器为例，96孔板的每一列提供8个容置位，则第一阈值例如设置为8、第二阈值例如设置为16，还可以设置第三阈值为24、第四阈值为32。
181.本实施例的工作模式主要包括第一工作模式和第二工作模式，然而本发明不限于此。例如，步骤s200可配置的工作模式还可以包括混合工作模式，在该工作模式下，可管理的n个机械臂中的一部分机械臂可以被配置为上述第一工作模式，而另一部分的机械臂可以被配置为上述第二工作模式，从而根据实际需要调整各机械臂的模式配置。
182.图12示出本公开实施例的时间优化算法的一种示例性的流程示意图。
183.基于上述实施例，若处于空闲状态的子节点的数量少于样本数量所在数量区间所需的目标子节点的数量，则可以执行时间优化算法。时间优化算法用于估计各子节点所需的等待时间，并根据等待时间选择即将释放为空闲状态的子节点作为目标子节点。
184.在一些示例中，时间优化算法可以根据预存的各提取步骤所需的执行时间来估算各子节点被释放为空闲状态的等待时间。其中，预存的各提取步骤所需的执行时间可以是测试阶段对各提取步骤的执行时间进行检测获得的，也可以是人工设置的。
185.在一些示例中，时间优化算法可以建立用于建立为各个子节点建立样本等待队列，以便于各子节点依次对相应的样本等待队列中的样本进行处理。
186.在一些示例中，如图12所示，时间优化算法例如用于执行步骤s610至步骤s650。
187.在步骤s610中，确定当前待分配样本需要执行的提取步骤。
188.在步骤s620中，基于该提取步骤，遍历地对全局子节点所需的等待时间进行估算。例如，步骤s620可以遍历地对各种情形下针对待分配样本所需的等待时间进行估算，例如，可以在每种工作模式(第一工作模式和第二工作模式)下、分别采用各个子节点执行提取步骤/全程提取任务所需的等待时间进行估算。
189.需要说明的是，本公开所指的样本的等待时间，可以是指该样本从当前时间节点(例如完成录入的时间节点、完成裂解步骤的时间节点，等等)至完成全部提取步骤所需的时间。
190.在一些实施例中，还可以从各个子节点获得该子节点执行完成该提取步骤的预期时间，以用于估算相关的等待时间。
191.在步骤s630中，基于等待时间最短的约束条件，确认待分配样本对应的目标子节点。
192.在一些实施例中，步骤s620和s630还可以通过对各子节点接收待分配样本后的等待时间进行估算与试错的方式，来选择所需等待时间最短的子节点作为目标子节点。
193.图13示出本公开实施例的控制方法基于样本队列和子节点队列实现堆栈操作的一种示例的流程示意图。
194.如图13所示，首先检查样本队列，并读取样本队列；随后，读取用于指示空闲状态的子节点的空闲子节点队列，并选择其中处于空闲状态的子节点1作为目标子节点，该目标子节点的工作属性被配置为裂解工作状态；将当前样本分配至子节点1，以便于子节点1对当前样本执行裂解步骤；待子节点1完成当前样本的裂解步骤后，将工作属性配置为空闲状态，并重新加入至空闲子节点队列；再次读取空闲子节点队列，并选择其中处于空闲状态的子节点2作为目标子节点，该目标子节点的工作属性被配置为清洗工作状态；将当前样本分配至子节点2，以便于子节点2对当前样本执行清洗/洗涤步骤；待子节点2完成当前样本的清洗/洗涤步骤后，将工作属性配置为空闲状态，并重新加入至空闲子节点队列；再次读取空闲子节点队列，并选择其中处于空闲状态的子节点3作为目标子节点，该目标子节点的工作属性被配置为纯化工作状态；将当前样本分配至子节点3，以便于子节点3对当前样本执行纯化步骤；待子节点3完成当前样本的纯化步骤后，将工作属性配置为空闲状态，并重新加入至空闲子节点队列，当前样本的提取任务结束。
195.图14示出本公开实施例基于样本队列和子节点队列实现堆栈操作的一种示例的流程示意图。
196.如图14所示，首先检查样本队列；若样本队列中存在未被处理的新样本，则读取空闲子节点队列，并选择其中处于空闲状态的目标子节点执行裂解步骤；裂解步骤完成后，再次读取空闲子节点队列，并选择其中处于空闲状态的目标子节点执行清洗/洗涤步骤；清洗/洗涤步骤完成后，再次读取空闲子节点队列，并选择其中处于空闲状态的目标子节点执行纯化步骤；随后，再重新检查样本队列，以便于针对样本队列中的各个样本依次执行上述过程。
197.综上，本公开实施例的核酸提取方案可以依据各机械臂是否处于空闲状态来为样本分配相应的目标机械臂，并且控制装置可以控制旋转台和/或机械臂将待测样本依序自
动化地匹配至相应的目标机械臂，因此，相比于在工作进程中不允许新样本加入的传统方案，本公开实施例的核酸提取方案随时允许新样本的加入，并可以自动化且实时地将当前处于空闲状态的机械臂用于对新样本进行核酸提取，从而在批量核酸检测的场景下有利于实现“随到随检”，有利于自动化地实现并行执行核酸提取步骤/任务，降低了等待时间，提高了核酸提取的效率和资源利用率。
198.相比于传统技术所采用的依靠人工实现样本的添加和分配、磁珠的添加和回收，本公开采用的方案可以基于高度集成化和智能化的核酸提取系统自动地实现样本的添加、录入和分配、磁珠的添加与回收等功能，全程无需人为干预，提高了核酸提取的效率、降低了人工成本，基于自动化控制有利于实现数据的自动化管理，同时能够极大地减少由于人工操作带来的失误。
199.在一些优选的实施例中，在第二工作模式下，基于预设的控制机制，作为子节点的各个机械臂协同且并行地工作，每个样本可以在一个或多个机械臂的操作下分别完成裂解、清洗和纯化步骤，而不限于基于同一机械臂完成所有用于实现核酸提取的步骤。基于这种流水线式的第二工作模式，可以通过并行执行各步骤来提高核酸提取效率。
200.在一些优选的实施例中，在为待分配样本选择目标机械臂时，可以对各子节点、各工作模式下所需的等待时间进行遍历的估计和试错，并基于时间优化算法来选择估计等待时间最短的子节点作为待分配样本的目标机械臂，从而进一步提升核酸提取系统的智能化和自动化性能，进一步提升核酸提取效率。
201.在一些优选的实施例中，还可以基于待分配的样本数量分配相应数量、空闲状态的目标机械臂，从而合理分配系统资源，有利于进一步提升核酸提取系统的智能化和自动化性能，有利于提升核酸提取效率。
202.应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
203.依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。