一种便携式核酸检测仪、核酸检测方法

1.本发明涉及核酸检测设备领域，尤其涉及一种便携式核酸检测仪、核酸检测方法。


背景技术：

2.随着科学技术的发展，核酸检测已经越来越多地应用于医学诊断、食品安全检测等领域。核酸检测仪是一种将核酸提取、扩增、检测集为一体的自动化设备，而现有的核酸检测仪具有成本高昂、体积大、操作复杂、不便于搬运的缺点。


技术实现要素：

3.为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现。
4.本发明提供一种便携式核酸检测仪，包括：
5.卡盒，包括试剂盒、滑块、用以扩增反应的反应管；所述试剂盒设有若干容腔、若干通道、出液口；一所述容腔底部与一所述通道连通；所述反应管顶端与所述出液口连通；所述滑块滑动连接于所述试剂盒；所述滑块设有过渡腔、注射器结构；所述注射器结构包括外筒、活塞；
6.位移机构，用以驱动所述滑块相对所述试剂盒滑动，以切换所述通道或出液口与所述过渡腔连通；
7.活塞驱动机构，包括相连的第一驱动件、推拉杆；所述推拉杆用以插入所述外筒内并卡接于所述活塞；所述第一驱动件用以驱动所述推拉杆带动所述活塞于所述外筒内运动，以对所述过渡腔进行抽液或推液，使得所述卡盒进行核酸提取。
8.优选地，所述位移机构包括：
9.夹持组件，其包括两顶杆，用以分别抵在所述滑块两侧端面；
10.平移组件，用以驱动所述夹持组件沿所述滑块滑动方向运动。
11.优选地，所述夹持组件包括正反牙丝杆结构，用以驱动两所述顶杆作相向或相反运动。
12.优选地，一所述顶杆为固定杆结构；所述夹持组件包括丝杆螺母结构，用以驱动另一所述顶杆往复运动。
13.优选地，所述扩增机构包括：
14.加热铝座，其设有插槽、检测孔；所述检测孔与所述插槽的一侧连通；
15.保温罩，其设有插孔、让位孔；所述保温罩包围所述加热铝座，所述插孔与所述插槽相连通；所述反应管穿过所述插孔后插入所述插槽内；；所述让位孔用以露出所述检测孔；
16.散热元件，其固定于所述保温罩底壁并与所述保温罩共同形成容纳所述加热铝座的空间；所述加热铝座底壁抵靠于所述散热元件上表面；
17.风扇，其与所述散热元件相连。
18.优选地，所述读数机构包括：
19.读数头，其设有若干不同颜色的led灯、若干探测器、若干光学孔；
20.驱动组件，用以驱动所述读数头运动以切换与所述反应管相匹配的led灯。
21.优选地，若干所述led灯与若干所述探测器相匹配，以进行fam、hex、rox、cy5四色检测。
22.优选地，所述读数头设有凸起部，若干所述光学孔设置于所述凸起部上；所述扩增机构设有第一凹槽，所述扩增机构的检测孔设置于所述第一凹槽内；所述凸起部端面抵于所述第一凹槽内表面，以匹配所述检测孔。
23.优选地，还包括磁吸机构，其包括：
24.磁铁，用以吸住所述试剂盒内的磁珠；
25.第二驱动件，用以驱动所述磁铁靠近或远离所述磁珠。
26.优选地，所述位移机构、所述磁吸机构分别位于所述卡盒两侧。
27.本能发明还提供核酸检测方法，采用如上所述的一种便携式核酸检测仪进行检测。
28.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
29.本发明提供一种便携式核酸检测仪，位移机构用以驱动滑块相对试剂盒滑动，以调整滑块的位置，进而使得过渡腔与目标容腔连通，进而对相应容腔内的液体进行吸吐或转移，以完成核酸提取。核酸提取的产物最终通过过渡腔、出液口排入反应管内以供扩增机构扩增。试剂盒、滑块、反应管的结构设计，形成封闭核酸提取腔体，结构简单小巧、核酸提取操作简便且防止气溶胶污染。检测仪本体省去机械臂移液结构，在卡盒内部完成一系列的核酸提取操作，整体结构简单小巧、便于搬运。
30.本上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
31.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
32.图1为本发明的一实施例中检测仪本体的立体结构示意图图一；
33.图2为本发明的一实施例中检测仪本体的立体结构示意图图二；
34.图3为本发明的又一实施例中卡盒、位移机构、活塞驱动机构的装配结构示意图；
35.图4为本发明的扩增机构的立体结构示意图；
36.图5为本发明的扩增机构的结构剖视图；
37.图6为本发明的扩增机构的爆炸结构示意图；
38.图7为本发明的读数机构的立体结构示意图；
39.图8为本发明的卡盒的立体结构示意图图一；
40.图9为本发明的卡盒的结构剖视图；
41.图10为本发明的试剂盒的立体结构示意图；
42.图11为本发明的卡盒的立体结构示意图图而；
43.图12为本发明的检测仪本体的检测流程示意图。
44.图中：100、检测仪本体；
45.10、卡盒；11、试剂盒；111、通道；1111、通道口；112、出液口；113、滑槽；1141、样本位；1142、裂解液位；1143、结合液位；1144、第一清洗液；1145、磁珠位；1146、第二清洗液；1147、水位；1148、洗脱液位；1149、i-mix反应物位；115、第二凹槽；12、滑块；121、过渡腔；122、注射器结构；1221、外筒；1222、活塞；1223、挡块；1224、密封圈；123、限位凸起；124、凹腔；13、反应管；14、硅胶垫；15、压板；151、通槽；
46.20、位移机构；21、夹持组件；211、第一电机；212、正反牙丝杆；213、第一螺块；2141、第一顶杆；2142、第二顶杆；215、转接件；2161、第三顶杆；2162、第四顶杆；217、第二电机；2181、第一丝杆；2182、第二螺块；22、平移组件；
47.30、活塞驱动机构；31、第一驱动件；32、推拉杆；
48.40、扩增机构；41、加热铝座；411、插槽；412、检测孔；42、保温罩；421、插孔；422、让位孔；423、第一凹槽；43、散热元件；44、风扇；45、高低温控制元件；
49.50、读数机构；51、读数头；511、光学孔；512、凸起部；52、驱动组件；
50.60、磁吸机构；61、磁铁；62、第二驱动件；621、磁吸电机；622、第二丝杆；623、第三螺块；
51.70、电源模块；71、开关；72、温控器；73、pcb板；74、电源；
52.80、底板；
53.91、基座。
具体实施方式
54.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，本发明的前述和其它目的、特征、方面和优点将变得更加明显，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。在附图中，为清晰起见，可对形状和尺寸进行放大，并将在所有图中使用相同的附图标记来指示相同或相似的部件。在下列描述中，诸如中心、厚度、高度、长度、前部、背部、后部、左边、右边、顶部、底部、上部、下部等用词为基于附图所示的方位或位置关系。特别地，“高度”相当于从顶部到底部的尺寸，“宽度”相当于从左边到右边的尺寸，“深度”相当于从前到后的尺寸。这些相对术语是为了说明方便起见并且通常并不旨在需要具体取向。涉及附接、联接等的术语(例如，“连接”和“附接”)是指这些结构通过中间结构彼此直接或间接固定或附接的关系、以及可动或刚性附接或关系，除非以其他方式明确地说明。
55.下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
56.实施例1
57.本发明提供一种便携式核酸检测仪，如图1至图11所示，包括检测仪本体100，检测仪本体100包括：
58.卡盒10，包括试剂盒11、滑块12、用以扩增反应的反应管13；所述试剂盒11设有若干容腔、若干通道111、出液口112；一所述容腔底部与一所述通道111连通；所述反应管13顶端与所述出液口112连通；所述滑块12滑动连接于所述试剂盒11；所述滑块12设有过渡腔121、注射器结构122；所述注射器结构122包括外筒1221、活塞1222；
59.位移机构20，用以驱动所述滑块12相对所述试剂盒11滑动，以切换所述通道111或出液口112与所述过渡腔121连通；
60.活塞驱动机构30，包括相连的第一驱动件31、推拉杆32；所述推拉杆32用以插入所述外筒1221内并卡接于所述活塞1222；所述第一驱动件31用以驱动所述推拉杆32带动所述活塞1222于所述外筒1221内运动，以对所述过渡腔121进行抽液或推液，使得所述卡盒10进行核酸提取。
61.本实施例中，位移机构20用以驱动滑块12相对试剂盒11滑动，以调整滑块12的位置，进而使得过渡腔121与目标容腔连通，进而对相应容腔内的液体进行吸吐或转移，以完成核酸提取。核酸提取的产物最终通过过渡腔121、出液口112排入反应管13内以供扩增机构40扩增。试剂盒11、滑块12、反应管13的结构设计，形成封闭核酸提取腔体，结构简单小巧、核酸提取操作简便且防止气溶胶污染。检测仪本体100省去机械臂移液结构，在卡盒10内部完成一系列的核酸提取操作，整体结构简单小巧、便于搬运。
62.在一实施例中，卡盒10为耗材结构，用以对一次样本进行核酸提取，省去不同样本检测时的清洗操作。
63.在一实施例中，如图1至图3所示，所述位移机构20包括：
64.夹持组件21，其包括两顶杆，用以分别抵在所述滑块12两侧端面；
65.平移组件22，用以驱动所述夹持组件21沿所述滑块12滑动方向运动。具体地，两顶杆分别抵在滑块12两侧端面，夹住滑块12，在平移组件22的驱动下，两顶杆带动滑块12相对试剂盒11滑动，进而使得过渡腔121与目标容腔或出液口112连通。
66.在一具体实施例中，如图1、图2所示，所述夹持组件21包括正反牙丝杆结构，用以驱动两所述顶杆作相向或相反运动。具体地，夹持组件21包括第一电机211、正反牙丝杆212、两第一螺块213、第一顶杆2141、第二顶杆2142；两第一螺块213分别套接于正反牙丝杆212的正牙杆、反牙杆上；第一顶杆2141、第二顶杆2142分别与两第一螺块213通过一转接件215相连。第一电机211旋转，正反牙丝杆212、两第一螺块213相配合，使得两第一螺块213带动第一顶杆2141、第二顶杆2142相向或相反运动，进而实现对滑块12两侧端面的夹持或松开操作。第一顶杆2141、第二顶杆2142运程范围大，能够实现对较大尺寸的滑块12的夹持，且夹持组件21整体结构简单，一个电机即可实现驱动。
67.在又一具体实施例中，如图3所示，一所述顶杆为固定杆结构；所述夹持组件21包括丝杆螺母结构，用以驱动另一所述顶杆往复运动。具体地，夹持组件21包括第三顶杆2161、第四顶杆2162、第二电机217、第一丝杆2181及套接于第一丝杆2181外周的第二螺块2182；第三顶杆2161固定不动，第二电机217的驱动端与第一丝杆2181的一端同轴连接；第四顶杆2162连接于第二螺块2182。第二电机217旋转，带动第一丝杆2181旋转，第二螺块2182沿第一丝杆2181直线运动，进而驱动第四顶杆2162靠近或远离第三顶杆2161运动，进而实现对滑块12两侧端面的夹持或松开操作。由于第三顶杆2161固定不动，夹持组件21对滑块12的夹持更稳定。
68.在一实施例中，平移组件22为丝杆螺母组件，以实现直线驱动。
69.在一实施例中，还包括扩增机构40，用以对所述反应管13内提取产物进行扩增。
70.进一步地，如图4至图6所示，所述扩增机构40包括：
71.加热铝座41，其设有插槽411、检测孔412；所述检测孔412与所述插槽411的一侧连
通；
72.保温罩42，其设有插孔421、让位孔422；所述保温罩42包围所述加热铝座41，所述插孔421与所述插槽411相连通；所述反应管13穿过所述插孔421后插入所述插槽411内；所述让位孔422用以露出所述检测孔412；
73.散热元件43，其固定于所述保温罩42底壁并与所述保温罩42共同形成容纳所述加热铝座42的空间；所述加热铝座41底壁抵靠于所述散热元件43上表面；
74.风扇44，其与所述散热元件43相连。具体地，加热铝座41用以加热反应管13，以构成扩增所需的温度环境。保温罩41用以防止或减少加热铝座41及反应管13的温度流失，以保证加热温度的稳定。散热元件43用以对加热铝座41进行降温，以构成扩增所需的高低温循环条件。风扇44用以加速散热元件43的散热速度。卡盒10安装于工位上后，反应管13外露在卡盒10的部位直接插入插槽411内。当卡盒10完成核酸提取，扩增机构40开始对反应管内的核酸提取产物进行扩增。提取到扩增的过程，省去反应管机械转移结构，有利于检测仪本体100的小型化设计，提高检测速度。
75.进一步地，风扇44设置于加热元件43的一侧，以避免增加扩增机构40的整体高度。
76.进一步地，扩增机构40还包括高低温控制元件45，其设置于加热铝座41与散热元件43之间。
77.在一实施例中，还包括读数机构50，用以对所述反应管13内的扩增产物进行读数。
78.进一步地，如图7所示，所述读数机构50包括：
79.读数头51，其设有若干不同颜色的led灯、若干探测器、若干光学孔511；
80.驱动组件52，用以驱动所述读数头51运动以切换与所述反应管13相匹配的led灯。具体地，不同的led发出不同色的光，光线过光学孔511、检测孔412后进入反应管13内，以激发扩增产物发出荧光，产生的荧光反馈至探测器，进而通过荧光信号的分析以获得检测结果。
81.进一步地，若干所述led灯与若干所述探测器相匹配，以进行fam、hex、rox、cy5四色检测。
82.进一步地，为了简化读数机构50的运动轨迹，若干所述led灯沿滑块12的滑动方向排布呈一排，读数头51朝向扩增机构40的端面抵在扩增机构40上，驱动组件52用以驱动所述读数头51沿滑块12的滑动方向运动即可。
83.进一步地，所述读数头51设有凸起部512，若干所述光学孔511设置于所述凸起部512上；所述扩增机构40设有第一凹槽423，所述扩增机构40的让位孔422设置于所述第一凹槽423内；所述凸起部512端面抵于所述第一凹槽423内表面，以匹配所述检测孔412。通过第一凹槽423局部包围凸起部512外端面，以减少外界光线探测器检测的干扰，避免荧光串扰，以保证读数机构50读数的稳定。
84.在一实施例中，如图1、图2所示，检测仪本体100还包括磁吸机构60，其包括：
85.磁铁61，用以吸住所述试剂盒11内的磁珠；
86.第二驱动件62，用以驱动所述磁铁61靠近或远离所述磁珠。
87.进一步地，第二驱动件62包括磁吸电机621、第二丝杆622及套接于第二丝杆622外周的第三螺块623，磁铁61固定于第三螺块623。
88.进一步地，所述位移机构20、所述磁吸机构60分别位于所述卡盒10两侧，各机构排
布紧凑。
89.在一实施例中，检测仪本体100还包括电源模块70；所述电源模块70包括开关71、温控器72、pcb板73、电源74。
90.在一实施例中，检测仪本体100包括底板80，卡盒10通过基座91固定于底板80上。
91.进一步地，扩增机构40、读数机构50位于基座91下方。
92.在一实施例中，如图8至图11所示，所述试剂盒11呈“u”字型，以形成用以滑动连接所述滑块12的滑槽113，提高滑槽113对滑块12的包裹性。
93.在一实施例中，容腔的数目为九个，依次包括样本位1141、裂解液位1142、结合液位1143、第一清洗液位1144、磁珠位1145、第二清洗液位1146、水位1147、洗脱液位1148、i-mix反应物位1149。
94.进一步地，所述容腔上方敞口，其上方敞口覆盖有透气不透核酸的膜结构或具有密封罩。具体地，通过透气不透核酸的膜结构覆盖容腔上方敞口，用以平衡容腔内外气压且防止核酸泄漏，此外，在运输过程中还能防止试剂泄漏。或，通过密封罩盖在若干容腔的上方敞口，以避免核酸泄漏，且密封罩与试剂盒11之间形成容纳气体的腔体，以供液体转移时对容腔内外气压进行平衡。
95.在一实施例中，所述出液口112及若干所述通道111分别设置于所述滑槽113底壁上，以缩小所述出液口112及若干所述通道111与过渡腔121底部的第一通孔的间距，减少通道111长度，以加快抽放时液体的流动效率；若干所述通道111一端的通道口1111与所述出液口112沿所述滑块12运动方向排布成一列，以匹配滑块12的滑动方向，滑块12沿一个方向的来回滑动，即可切换与过渡腔121底部连通的不同通道口1111或所述出液口112，结构简单且操作便捷。
96.进一步地，若干所述通道口1111靠近设置，缩短滑块12在核酸提取过程中的运程同时缩短通道111的长度。
97.进一步地，若干所述通道111分别沿朝向所述过渡腔121倾斜延伸，以使得若干所述通道口1111靠近设置，缩小通道111的长度及缩短滑块12在核酸提取过程中的运程同时缩短通道111的长度。
98.进一步地，所述滑槽113底壁设有第二凹槽115，所述通道口1111与所述出液口112分别设置于所述第二凹槽115内；
99.所述第二凹槽115内设有硅胶垫14；所述硅胶垫14设有若干第二通孔，以分别与若干所述通道口1111及所述出液口112连通。具体地，通过第二凹槽115与硅胶垫14的配合，当第一通孔与通道口1111连通时用以密封第一通孔与通道口1111的连通处，当第一通孔与出液口112连通时用以密封第一通孔与出液口112的连通处，进而提高形成的整个抽放腔室的密封性。
100.进一步地，所述卡盒10还包括压板15，其固定于所述试剂盒11上表面并将所述滑块12按压于所述硅胶垫14上表面。具体地，通过压板15按压滑块12，以增加滑块12与硅胶垫14之间的密封性。
101.进一步地，所述压板15设有通槽151，所述滑块12设有限位凸起123；所述通槽151与所述限位凸起123相配合，以限制所述滑块12的运动位置，限制滑块12最大运程，以配合运程控制，简化控制算法。
102.在一实施例中，通道111为槽结构，易加工，通道111下方开口通过塑料膜密封。
103.在一实施例中，注射器结构122还包括挡块1223，设置于外筒1221筒口处，用以阻止活塞1222随推拉杆32运动而脱离外筒1221，且用以协助推拉杆32与活塞1222的脱离。
104.在一实施例中，滑块12设有凹腔124，外筒1221置于凹腔124内。
105.进一步地，外筒1221的筒头与过渡腔121连通处设有密封圈1224。
106.实施例2
107.本发明提供一种核酸检测方法，采用如上所述的一种便携式核酸检测仪进行检测。
108.当检测仪本体100进行核酸检测时，将装有样本及各试剂的卡盒10安装于基座91上，卡盒10的反应管13插入扩增机构40的插槽411内，开启检测。
109.位移机构20的两顶杆夹紧卡盒10，活塞驱动机构30的推拉杆32伸入外筒1221内与活塞1222相卡接，开始核酸提取。如图12所示，核酸提取具体包括步骤：试剂裂解、磁珠结合、第一清洗液清洗、第二清洗液清洗、磁珠干燥、磁珠洗脱。核酸提取完后，进行pcr扩增及检测，检测完毕后释放卡盒。
110.试剂盒11包括九个通道111、一个出液口112。当过渡腔121的第一通孔与样本位1141连通时，滑块位于位置1；当过渡腔121的第一通孔与裂解液位1142连通时，滑块位于位置2；当过渡腔121的第一通孔与结合液位1143连通时，滑块位于位置3；当过渡腔121的第一通孔与第一清洗液位1144连通时，滑块位于位置4；当过渡腔121的第一通孔与磁珠位1145连通时，滑块位于位置5；当过渡腔121的第一通孔与第二清洗液位1146连通时，滑块位于位置6；当过渡腔121的第一通孔与水位1147连通时，滑块位于位置7；当过渡腔121的第一通孔与洗脱液位1148连通时，滑块位于位置8；当过渡腔121的第一通孔与i-mix反应物位1149连通时，滑块位于位置9；当过渡腔121的第一通孔与出液口112连通时，滑块位于位置10。具体包括如下步骤：
111.(1)试剂裂解：滑块12运动至位置1，注射器结构122自样本位1141内吸液；滑块12运动至位置2，注射器结构122吐液，将样本液投入裂解液位1142内，结束，完成细胞裂解；
112.(2)磁珠结合：注射器结构122自裂解液位1142内吸液；滑块12运动至位置3，注射器结构122吐液，将裂解后液体投入裂解液位1142内；注射器结构122吸吐混匀5次；注射器结构122吸液，滑块12运动至位置5；注射器结构122吐液；注射器结构122吸吐混匀50次；磁吸电机进给，靠近磁珠位1145，吸住磁珠2min，注射器结构122缓慢吸吐2次，等待1min，注射器结构122缓慢吸吐2次，等待1min；注射器结构122吸液；滑块12运动至位置1，注射器结构吐液，结束；
113.(3)第一清洗液清洗：滑块12运动至位置4，注射器结构122少量吸液；滑块12运动至位置5，注射器结构122吐液；注射器结构122吸吐混匀10次；滑块12运动至位置4，注射器结构122吸液；滑块12运动至位置5，注射器结构122吐液；注射器结构122吸吐混匀30次；磁吸电机进给，靠近磁珠位1145，吸住磁珠2min，注射器结构122缓慢吸吐2次，等待1min，注射器结构122缓慢吸吐2次，等待1min；注射器结构122吸液；滑块12运动至位置2，注射器结构吐液，结束；
114.(4)第二清洗液清洗：滑块12运动至位置6，注射器结构122少量吸液；滑块12运动至位置5，注射器结构122吐液；注射器结构122吸吐混匀10次；滑块12运动至位置6，注射器
结构122吸液；滑块12运动至位置5，注射器结构122吐液；注射器结构122吸吐混匀30次；磁吸电机进给，靠近磁珠位1145，吸住磁珠2min，注射器结构122缓慢吸吐2次，等待1min，注射器结构122缓慢吸吐2次，等待1min；注射器结构122吸液；滑块12运动至位置3，注射器结构吐液；两次清洗完成；
115.(5)磁珠干燥：滑块12运动至位置7，注射器结构122吸液；滑块12运动至位置6，注射器结构122吐液；注射器结构122吸吐混匀10次；注射器结构122吸液；滑块12运动至位置4，注射器结构122吐液；滑块12运动至位置5，注射器结构122吸液；滑块12运动至位置4，注射器结构122吐液；滑块12运动至位置7，注射器结构122吐液；滑块12运动至位置6，注射器结构122吐液；注射器结构122吸吐混匀10次；注射器结构122吸液；滑块12运动至位置4，注射器结构122吐液；等待30s,注射器结构122吐液；磁吸电机进给；滑块12运动至位置5，注射器结构122长吸液，注射器结构122吐1/3；等待3min,注射器结构122吐1/3；等待3min,注射器结构122吐1/3；磁铁电机退回，结束；
116.(6)磁珠洗脱：滑块12运动至位置8，注射器结构122吸液；滑块12运动至位置5，注射器结构122吐液；注射器结构122吸吐混匀30次；等待5min；注射器结构122吸吐1次；磁铁进给3min，注射器结构122吸吐混匀2次；等待1min；注射器结构122吸吐混匀2次；等待1min；滑块12运动至位置7，注射器结构122吸吐混匀10次；滑块12运动至位置5，等待30s；注射器结构122定量吸液；滑块12运动至位置9，注射器结构122吐液；注射器结构122吸吐混匀3次，等待1min；注射器结构122吸液；滑块12运动至位置10，注射器结构122定量吸液；磁铁退回；所有电机复位，结束。
117.以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。