全自动核酸分析检测装置的制作方法

1.本实用新型属于分子生物学检测技术领域，具体涉及一种全自动核酸分析检测装置。


背景技术：

2.目前，核酸分析成为生物医药领域内所有学科进行科学研究的基础，诸如疾病诊断、病原微生物检测等。最常用的方法为聚合酶链式反应(polymerase chain reaction，pcr)，该方法是20世纪80年代中期发展起来的体外核酸扩增技术，它具有特异、敏感、产率高、快速、简便、重复性好、易自动化等突出优点，而为了获得好的检测结果，核酸的提取纯化也至关重要，需要保证较好的纯度和一致性。在分子诊断技术的应用越来越广泛的情况下，样本的核酸提取、扩增检测已是每个实验室常用的实验手段。
3.目前较多的是采用手工(人工)核酸提取纯化配合荧光定量pcr仪进行，或者是核酸提取和荧光定量pcr仪两台单独的装置进行。而这两种方式均需要在专门的pcr实验室进行，且无法避免一些人工操作步骤。


技术实现要素：

4.因此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种全自动核酸分析检测装置，能够使核酸提取纯化扩增检测全流程自动化进行，避免人工处理，反应过程一致性好。
5.为了解决上述问题，本实用新型提供一种全自动核酸分析检测装置，包括：
6.底板组件；
7.平台组件，沿y轴方向可移动地连接于所述底板组件上，其内集成设置有样本管、核酸提取试剂盒、扩增反应组件、磁吸附与温控组件；
8.排枪组件，处于所述平台组件的移动方向上，其具有的排枪能够沿z轴方向上下移动；
9.压盖组件、光学扫描检测组件，处于所述平台组件的移动方向上，且处于所述排枪组件远离所述平台组件的一侧，所述压盖组件与光学扫描检测组件分别对应所述扩增反应组件内的pcr反应管的顶部与底部上下相对设置。
10.在一些实施方式中，所述底板组件包括：
11.底板，其上固定连接有隔板，所述隔板处于所述排枪组件远离所述平台组件的一侧，且所述隔板上具有供所述扩增反应组件穿过的穿行孔，以使所述扩增反应组件能够处于所述压盖组件与光学扫描检测组件之间。
12.在一些实施方式中，所述平台组件包括：
13.框架，所述框架上构造有多个放置通道，沿靠近所述排枪组件的方向，每个所述放置通道上分别放置有所述样本管、核酸提取试剂盒、扩增反应组件。
14.在一些实施方式中，
15.相邻的两个所述放置通道之间设有挡板；和/或，所述核酸提取试剂盒上集成设置
有至少两种容量的tip头，和/或，pcr管盖。
16.在一些实施方式中，
17.所述核酸提取试剂盒还上还具有反应孔，所述磁吸附与温控组件包括磁吸附件，所述磁吸附件具有邻近所述反应孔的吸附位置以及远离所述反应孔的非吸附位置。
18.在一些实施方式中，
19.所述扩增反应组件包括多个可独立控制且可独立拆装的扩增反应模块，每个所述扩增反应模块包括管架以及处于所述管架两侧的加热片，所述管架上具有多个扩增反应管位。
20.在一些实施方式中，
21.所述扩增反应模块还包括能够控制所述加热片发热的温控电路板，所述温控电路板通过快插接头与装置电路主板电连接。
22.在一些实施方式中，所述光学扫描检测组件包括：
23.光学扫描头，被设置于横向与纵向间隔布置的多个pcr反应管的下方区域；
24.纵向驱动装置，用于驱动所述光学扫描头在多个所述pcr反应管的下方纵向移动；
25.横向驱动装置，用于驱动所述光学扫描头以及所述纵向驱动装置在多个所述pcr反应管的下方横向移动。
26.在一些实施方式中，
27.所述光学扫描头具有多个并排且独立设置的多个光学检测镜片组。
28.在一些实施方式中，所述压盖组件包括：
29.下压丝杆电机；
30.压盖，在所述下压丝杆电机的驱动作用下能够朝向或者远离处于其下的扩增反应组件运动，并能够同时下压所述扩增反应组件中处于同一x轴方向上的多个pcr反应管的顶部开口上的pcr管盖。
31.本实用新型提供的一种全自动核酸分析检测装置，所述全自动核酸分析检测装置内同时集成有样本管、核酸提取试剂盒、扩增反应组件、磁吸附与温控组件、排枪组件、压盖组件、以及光学扫描检测组件，从而能够使核酸提取纯化扩增检测全流程自动化进行，避免人工处理，反应过程一致性好；各个组件以模块化地方式设置于所述外罩壳体内，便于故障排查以及维护拆卸；所述全自动核酸分析装置结构紧凑，具有集成桌面化的特点，不需要复杂的pcr实验室，核酸提取及扩增分析检测全流程可直接在该装置内进行。
附图说明
32.图1为本实用新型实施例的全自动核酸分析检测装置的结构示意图(侧视，略去包括外罩壳体等部分部件)；
33.图2为图1中的底板组件的结构示意图；
34.图3为图1中的平台组件的结构示意图；
35.图4为图1中的扩增反应组件的结构示意图；
36.图5为图4中的扩增反应组件的内部部件的结构示意图；
37.图6为图1中的光学扫描检测组件的结构示意图；
38.图7为图1中的压盖组件的结构示意图；
39.图8为图1中的控制组件的内部结构示意图；
40.图9为图3中的试剂盒的结构示意图。
41.附图标记表示为：
42.1、光学扫描检测组件；11、光学扫描头；12、横移电机；13、纵移电机；14、横向线性导轨；141、横向滑块；15、同步带；16、主动轮；17、从动轮；18、张紧装置；19、纵移线性导轨；191、纵向滑块；2、核酸提取试剂盒；20、试剂盒本体；201、定位突起；211、第一tip头放置位；212、第二tip头放置位；22、反应孔；23、pcr管盖放置位；24、密封介质放置孔；25、磁珠放置孔；26、穿刺头放置位；27、封膜；281、裂解液放置孔；282、第一洗液放置孔；283、第二洗液放置孔；284、洗脱液放置孔；285、蛋白酶k放置孔；3、底板组件；31、底板；32、隔板；321、穿行孔；331、y轴丝杆；332、丝母块；341、y轴线性导轨；342、y轴滑块；4、平台组件；41、框架；42、挡板；5、扩增反应组件；51、扩增反应模块；511、管架；512、加热片；513、扩增反应管位；514、温控电路板；515、快插接头；516、散热片；6、磁吸附与温控组件；61、磁吸附件；7、排枪组件；8、压盖组件；81、下压丝杆电机；82、压盖；83、导向轴；9、控制组件；91、开关电源；92、滤波器；93、风扇；100、样本管；200、pcr管盖。
具体实施方式
43.结合参见图1至图9所示，根据本实用新型的实施例，提供一种全自动核酸分析检测装置，包括：底板组件3；平台组件4，沿y轴方向可移动地连接于所述底板组件3上，其内集成设置有样本管100、核酸提取试剂盒2、扩增反应组件5、磁吸附与温控组件6；排枪组件7，处于所述平台组件4的移动方向上，其具有的排枪能够沿z轴方向上下移动；压盖组件8、光学扫描检测组件1，处于所述平台组件4的移动方向上，且处于所述排枪组件7远离所述平台组件4的一侧，所述压盖组件8与光学扫描检测组件1分别对应所述扩增反应组件5内的pcr反应管的顶部与底部上下相对设置，可以理解的，所述全自动核酸分析检测装置还包括外罩壳体(图中未显示)，其能够与所述底板组件3共同形成一个相对密封、独立的核酸提取、扩增、检测分析空间。
44.该技术方案中，所述全自动核酸分析检测装置内同时集成有样本管100、核酸提取试剂盒2、扩增反应组件5、磁吸附与温控组件6、排枪组件7、压盖组件8、以及光学扫描检测组件1，从而能够使核酸提取纯化扩增检测全流程自动化进行，避免人工处理，反应过程一致性好；各个组件以模块化地方式设置于所述外罩壳体内，便于故障排查以及维护拆卸；所述全自动核酸分析装置结构紧凑，具有集成桌面化的特点，不需要复杂的pcr实验室，核酸提取及扩增分析检测全流程可直接在该装置内进行。
45.具体参见图1所示，在一些实施方式中，所述底板组件3包括：底板31，其上固定连接有隔板32，所述隔板32处于所述排枪组件7远离所述平台组件4的一侧，且所述隔板32上具有供所述扩增反应组件5穿过的穿行孔321，以使所述扩增反应组件5能够处于所述压盖组件8与光学扫描检测组件1之间，需要说明的是，所述隔板32将与所述外罩壳体共同将所述外罩壳体内部空间分隔为两个相对区域的区域，用来隔离扩增反应区和核酸提取区，进一步的，所述隔离扩增反应区内设有负压系统，并设置hepa过滤，避免污染。
46.在一些实施方式中，所述底板31上连接有y轴位移驱动组件，所述y轴位移驱动组件包括y轴驱动电机，所述y轴驱动电机具有y轴丝杆331以及连接于其上的丝母块332，所述
平台组件4连接于所述丝母块332上，采用y轴丝杆331对所述平台组件4的y轴方向的位移驱动控制，位移能够被准确控制调整。进一步的，所述底板31上还连接有平行间隔的y轴线性导轨341以及滑动连接于其上的y轴滑块342，所述平台组件4还连接于所述y轴滑块342上，每根所述y轴线性导轨341上分别滑动连接有两个y轴滑块342，从而能够对所述平台组件4的底部四个边缘角落形成可靠支撑，保证所述平台组件4的进给稳定可靠。
47.具体参见图3所示，所述平台组件4包括：框架41，所述框架41上构造有多个放置通道(在一个具体实施例中，所述放置通道设置8个)，沿靠近所述排枪组件7的方向，每个所述放置通道上分别放置有所述样本管100、核酸提取试剂盒2、扩增反应组件5，如此，所述排枪组件7具有的移液枪头仅需要上下移动(z轴高度方向)，而每个所述放置通道中的样本管100、核酸提取试剂盒2、扩增反应组件5能够被驱动沿着y轴方向线性移动调整即可实现针对每一个放置通道内的核酸提取与扩增反应的移液目的。
48.在一些实施方式中，相邻的两个所述放置通道之间设有挡板42，能够防止相邻的放置通道间可能的试剂飞溅造成的通道间污染。
49.所述核酸提取试剂盒2(跟随所述平台组件4沿y轴直线移动)上集成设置有至少两种容量的tip头，和/或，pcr管盖200。具体参见图9所示，所述核酸提取试剂盒包括：试剂盒本体20；所述试剂盒本体20上具有放置第一tip头(图中未标引)的第一tip头放置位211、放置第二tip头(图中未标引)的第二tip头放置位212、反应孔22(在一个具体的实施例中体积设计为1000-2000微升)、多个试剂放置孔，所述第一tip头的容量大于所述第二tip头的容量。在一个具体的实施例中，所述第一tip头的容量为500-1000微升(也可以称为量程)，所述第二tip头的容量为20-200微升(也可以称为量程)。
50.该技术方案中，在所述试剂盒本体20上集成构造不同容量的两个tip头，在核酸提取移液过程中可以选择采用较大容量的tip头也即所述第一tip头，在核酸提取液需要转移至pcr反应管中时则选择较小容量的所述第二tip头，此时由于较小容量的tip头具有更高的度量精度，可以更精准的加样；在清洗步骤时，每次清洗结束后需要将洗液吸除干净，选择所述第二tip头，使所述核酸提取液的移除更加彻底，残留的废液更少，从而能够提高核酸提取后的样本纯度。
51.在一些实施方式中，所述试剂盒本体20上还具有pcr管盖放置位23，用于放置所述pcr管盖200，在所述试剂盒本体20上进一步集成所述pcr管盖放置位23，从而使相应的pcr管盖200被放置到所述核酸提取试剂盒内，节约装置空间，利于核酸提取的自动化操作。
52.在一些实施方式中，所述试剂盒本体20上还具有密封介质放置孔24(在一个具体的实施例中体积设计为100-200微升)，例如可以将在所述密封介质放置孔24内放置石蜡油，能够在对pcr反应管内的反应液加热扩增过程中密封反应液液面，避免气溶胶污染。
53.可以理解的是，所述试剂盒本体20上还具有磁珠放置孔25(在一个具体的实施例中体积设计为50-200微升)，其内放置有磁珠，能够在核酸提取过程中被移液枪等移液装置吸取并置于所述反应孔22内。
54.所述试剂盒本体20上还具有穿刺头放置位26，对应的，所述第一tip头放置位211、第二tip头放置位212、反应孔22、pcr管盖放置位23、密封介质放置孔24、磁珠放置孔25、穿刺头放置位26以及多个所述试剂放置孔分别具有的开口处于同一侧，且覆盖有封膜27。所述穿刺头放置位26内放置有穿刺头，其能够与所述移液枪的头部结合为一体，从而能够在
核酸提前进行之前将所述反应孔22、密封介质放置孔24、磁珠放置孔25、以及多个所述试剂放置孔分别对应的封膜24刺破，以能够便于移液枪后续与所述第一tip头或者第二tip头结合后的吸排液以及混匀操作。
55.可以理解的，所述试剂放置孔包括：裂解液放置孔281(在一个具体的实施例中体积设计为500-1000微升)，用于放置裂解液；第一洗液放置孔282(在一个具体的实施例中体积设计为200-800微升)，用于放置第一洗液；第二洗液放置孔283(在一个具体的实施例中体积设计为200-800微升)，用于放置第二洗液；洗脱液放置孔284(在一个具体的实施例中体积设计为100-300微升)，用于放置洗脱液；蛋白酶k放置孔285(在一个具体的实施例中体积设计为20-100微升)，用于放置蛋白酶k。相应孔位中的试剂依据公知的核酸提取的步骤被分别吸取、转移等，此处不做赘述。
56.在一些实施方式中，所述第一tip头放置位211、第二tip头放置位212、穿刺头放置位26、pcr管盖放置位23、磁珠放置孔25、多个所述试剂放置孔、密封介质放置孔24、反应孔22沿一字排列，从而使所述移液枪可以采用具有多个成排的吸排液头，可以通过沿一字排列的延伸方向进给所述核酸提取试剂盒的方式，实现各个吸排液头与所述核酸提取试剂盒上不同孔位处的部件(tip头、穿刺头等)或者试剂在直线位移上的对应，而相应的移液枪则仅需具有高度的调整功能即可，简化相应结构的设计。
57.所述试剂盒本体20上还具有定位突起201，以能够与相应的全自动核酸分析检测装置安装位匹配定位。
58.继续参见图3所示，在一些实施方式中，所述磁吸附与温控组件6(跟随所述平台组件4沿y轴直线移动)包括磁吸附件61，所述磁吸附件61具有邻近所述反应孔22的吸附位置以及远离所述反应孔22的非吸附位置。
59.在一些实施方式中，所述磁吸附与温控组件6还包括吸附驱动电机(图中未标引)，能够驱动所述磁吸附件61在所述吸附位置与非吸附位置之间切换，具体的，所述磁吸附件61具体可以为磁铁，其被滑动连接到一个竖直的引导杆(图中未标引)上，通过所述吸附驱动电机驱动其沿着所述引导杆上下移动。具体的，在核酸提取过程的裂解、清洗、洗脱步骤中，所述磁吸附件61用于对反应孔22内的磁珠进行侧面吸附，移除废液，当需要吸附磁珠时，磁吸附件61向上运动靠近反应孔22，对反应孔22内的磁珠进行侧面吸附；当流程不需要吸附磁珠时，磁吸附件61向下运动远离反应孔22；需要说明的，磁吸附与温控组件6中的温控部分对所述反应孔22内的反应液进行温育，为核酸提取过程中细胞的裂解提供80℃加热，为核酸的洗脱提供70℃加热。
60.结合参见图4及图5所示出，所述扩增反应组件5(跟随所述平台组件4沿y轴直线移动)包括多个可独立控制且可独立拆装的扩增反应模块51，从而在某一扩增反应模块51发生故障时能够单独将其替换，便于维护，每个所述扩增反应模块51包括管架511以及处于所述管架511两侧的加热片512，所述加热片512通过侧面加热的方式确保更大接触面的贴合，对扩增反应管进行精确的温度控制，所述加热片512可以为帕尔贴、加热膜等，所述加热片512的外侧连接有散热片516，所述管架511上具有多个扩增反应管位513，从而形成更高通量的检测，可并行对同一核酸样本进行多次扩增反应，从而实现单个样本多指标的检测。在一些实施方式中，所述扩增反应模块51还包括能够控制所述加热片512发热的温控电路板514，其处于所述扩增反应管的底部，所述温控电路板514通过快插接头515与装置电路主板
电连接，温控电路板514端子将温控电路板514的信号通过扩增反应组件5两侧下方的所述快插接头515连接至电路主板，当扩增反应组件5出现故障时，通过组件两侧下方的快插接头515即可将扩增反应组件整体拆除，从而方便组件的维护和更换。
61.具体参见图6所示，所述光学扫描检测组件1包括：光学扫描头11，被设置于横向与纵向间隔布置的多个pcr反应管的下方区域；纵向驱动装置，用于驱动所述光学扫描头11在多个所述pcr反应管的下方纵向移动；横向驱动装置，用于驱动所述光学扫描头11以及所述纵向驱动装置在多个所述pcr反应管的下方横向移动。该技术方案中，所述光学扫描头11被设置于多个pcr反应管的下方，且其位置能够沿着所述pcr反应管的横向与纵向被调整，实现所述光学扫描检测组件的二维平面运动，对横向及纵向均并列放置的多个pcr反应管进行荧光扫描检测，也即采用本实用新型所述光学扫描检测组件能够对不在一条直线的pcr反应管进行光学扫描，而无需借助光学传导的方式，具有更高速、灵活的应用范围。
62.可以理解的，所述光学扫描头11采用市面上的外购件即可，最好的，所述光学扫描头11具有多个并排且独立设置的多个光学检测镜片组，以能够同时对多个所述pcr反应管进行光学扫描，提升检测效率。根据检测通道的不同，设置不用数量的光学检测镜片组，一般为1～6组，每组光学通道由聚焦透镜，滤光片，二向色镜组成，均可从市面直接选购。
63.在一些实施方式中，所述横向驱动装置包括：横移电机12，具有转轴，其转轴上套装有主动轮16；从动轮17，其与所述主动轮16间隔设置；同步带15，张紧连接于所述主动轮16与所述从动轮17之间，且与所述纵向驱动装置固定连接；当所述横移电机12运转时，所述同步带15带动所述纵向驱动装置横向移动。该技术方案中，采用同步带15传动的方式实现横向驱动，具有较大的位移驱动能力，且能够使所述装置的结构简单、紧凑。
64.所述横向驱动装置还包括：横向线性导轨14，其上滑动连接有横向滑块141；所述横向滑块141上连接有所述纵向驱动装置，且所述横向滑块141与所述同步带15固定连接，所述同步带15能够带动所述横向滑块141产生线性位移，进而带动所述纵向驱动装置的横移，结构简单、紧凑，保证横移的稳定可靠。最好的，所述横向驱动装置还包括：张紧装置18，与所述横向线性导轨14固定连接，所述从动轮17设于所述张紧装置18上，且所述张紧装置18的位置能够沿所述横向线性导轨14的长度延伸方向被调整，具体的，所述张紧装置18可以为一个与所述横向线性导轨14固定连接的安装板，通过调整其与所述主动轮16的间距能够对所述同步带15的张紧度(松紧度)实现调整。
65.在一些实施方式中，所述从动轮17具有两个，两个所述从动轮17的外直径相等，且在垂直所述横向线性导轨14的长度延伸方向上相邻设置，两个所述从动轮17的外直径之和与所述主动轮16的外直径相等，采用两个小直径的从动轮17替代一个大直径的滚轮，能够减小空间占有的同时还能够减小对所述纵移电机13的功率需求。
66.所述纵向驱动装置包括：纵移电机13，为丝杆电机，连接于所述横向滑块141上；纵移线性导轨19，连接于所述横向滑块141上，且其上滑动连接有纵向滑块191，保证纵移的稳定可靠；所述纵向滑块191的顶面上连接所述光学扫描头11，采用丝杆电机能够对纵向位移的行程更准确的控制调整，且节省空间。
67.所述横移电机12以及所述纵移电机13可以采用通过光栅尺、编码器等进行精准定位。整个方案设计满足高效、经济、灵活等特点。
68.参见图7所示，所述压盖组件8包括：下压丝杆电机81；压盖82，在所述下压丝杆电
机81的驱动作用下能够朝向或者远离处于其下的扩增反应组件5运动，并能够同时下压所述扩增反应组件5中处于同一x轴方向上的多个pcr反应管的顶部开口上的pcr管盖200，在整个扩增反应的过程中所述压盖82整体压紧pcr管盖200。进一步的，所述压盖组件8还包括平行设置的两个导向轴83，以保证所述压盖82的下压过程的稳定可靠。
69.可以理解的，所述全自动核酸分析检测装置还包括相应的控制组件9，以能够对各个模块部件的动作进行控制、协调，具体的，所述控制组件9内部布置有开关电源91、滤波器92、风扇93等，为装置的正常工作提供电力支持和散热通风，另外控制电路设计由主控板、电机控制板、温控板以及多个转接板和传感器板组成，其中主控板负责跟上位机通讯、平台运动控制、光学信号采集等功能；电机控制板负责所述排枪组件7升降控制、排枪控制、条码扫描、hepa风扇、紫外灯及照明灯控制的功能；温控板负责核酸提取温控、扩增反应温控、核酸提取试剂盒在位检测等功能。
70.如上所述所述排枪组件7通过z轴垂直上下方向的运动实现位置移动，公知的，其通过柱塞泵的方式实现液体的转移，与所述平台组件4的前后运动配合，实现抓取整个实验流程中不同实验步骤所需要的tip头或穿刺头，核酸提取试剂盒或扩增反应管的穿刺，以及对样本管、核酸提取试剂盒不同孔位试剂的移液、混匀等操作。
71.以下结合一个具体的操作实例对本实用新型的技术方案进一步阐述：
72.试剂盒及样本管扫码后放入装置相应通道，开始测试，装置进行初始化复位，排枪至试剂盒穿刺头位抓取穿刺头，对试剂盒(的封膜)进行穿刺，穿刺完成后排枪至试剂盒穿刺位退去穿刺头；排枪至1mltip头孔抓取tip头(也即第一tip头，1ml)，至样本管位吸取样本至蛋白酶k孔中，吹吸混匀；排枪吸取样本与蛋白酶k的混合物至核酸提取反应孔(也即反应孔22)，排枪至裂解液孔吸取裂解液至核酸提取反应孔；打开80℃加热，进行裂解；排枪至磁珠孔吸取磁珠至核酸提取反应孔，吸吹混匀，吸取磁珠将液体排回裂解液孔；排枪至第一洗液放置孔282吸取第一洗液至核酸提取反应孔，吹吸混匀，吸附磁珠，将液体排回第一洗液放置孔282；排枪至第二洗液放置孔283吸取第二洗液至核酸提取反应孔，吹吸混匀，吸附磁珠，将液体排回第二洗液放置孔283；排枪至1mltip孔退去tip头，至120ul tip孔抓取tip头(也即第二tip头，120ul)；排枪至洗脱液孔吸取洗脱液至核酸提取反应孔，磁吸附关闭，70℃加热。吹吸混匀2～3次，排枪至120ultip孔退去tip头；排枪至试剂盒穿刺头位抓取穿刺头，对pcr反应管进行穿刺，穿刺完成后排枪至试剂盒穿刺头位退去穿刺头；排枪至120ultip孔抓取tip，移至核酸提取反应孔，磁吸附打开，充分吸附磁珠，转移预设体积的洗脱液至pcr反应管中；排枪至石蜡油孔吸取石蜡油，加入至pcr反应管中，排枪至120ultip孔退去tip头；压盖组件8压紧pcr反应管，进行扩增反应并进行荧光扫描检测；检测完成，装置复位；取下样本管，取下核酸提取试剂盒及pcr反应管。
73.本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
74.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。