CN108949548A - 一种基于恒温扩增反应的全自动核酸扩增分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于恒温扩增反应的全自动核酸扩增分析仪，涉及医学检验技术领域。所述全自动核酸分析仪，包括核酸提取装置、检测装置和控制器，核酸提取装置和检测装置相连并设有密封盖，检测装置一侧安装控制器并与电源连接。本发明的基于恒温扩增反应的全自动核酸扩增分析仪，其可实现核酸样本的连续检测，不受检测批次的影响，检测过程全程自动化，可降低技术门槛，有利于此技术向基层推广。

Description

一种基于恒温扩增反应的全自动核酸扩增分析仪

技术领域

本发明涉及医学检验技术领域，具体的涉及一种基于恒温扩增反应的全自动核酸扩增分析仪。

背景技术

核酸(核糖核酸RNA，脱氧核糖核酸DNA)是代表生命体遗传特征的基本单元，核酸检测是在分子水平上进行先进的生物检测，相比传统的形态学检测、细胞学检测、免疫学检测等更具灵敏性、特异性等显著优点，近年来在临床工作中核酸检测广泛应用于肝炎、艾滋等重大传染病；SARS、禽流感、手足口病等新发传染病；遗传性疾病的基因诊断和多基因相关的慢性病检测和诊断。核酸检测包括定性PCR(Polymerase Chain Reaction，聚合酶链式反应)、实时荧光定量PCR(Real time PCR,QPCR),分子杂交，基因芯片和基因测序等技术，可实现基因定性、定量检测。分子杂交、基因芯片和基因测序等检测，而这些技术的前提是实现靶基因的扩增，只有实现靶基因扩增后才能进行相应检测。

此外，核酸检测需有高效和高纯度的核酸提取方法。现有的核酸提取基本上是采用磁珠法，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，制备成超顺磁性氧化硅纳米磁珠。这种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。利用氧化硅纳米微球的超顺磁性，在Chaotropic盐(盐酸胍、异硫氰酸胍等)和外加磁场的作用下，能从血液、动物组织、食品、病原微生物等样本中的DNA和RNA分离出来，可应用在临床疾病诊断、输血安全、法医学鉴定、核酸样品建库、环境微生物检测、食品安全检测、分子生物学研究等多种领域。

目前临床和科研工作中主要依赖于三个温度不断循环的传统PCR技术，此技术只能分批次进行，在扩增反应运行的时候很难添加其它检测样本，同时核酸提取的方法也因PCR技术的影响都是成批次提取，因此现有技术方法存在如下缺陷：

1.基于三个温度变化的传统PCR方法在检测的时候无法连续进样，对检测标本的批次有限制，不能实现自动化连续检测，不符合临床标本的检测的需求。

2.传统PCR方法对温度控制要求较高，而且需实现温度精确的升降控制，因此对要求设备有较高精度，故设备相对昂贵，不利于技术推广。

3.传统PCR检测方法中温度变化对酶的性能有影响，随着反应时间的延长酶的活性不断下降，影响反应的敏感性和特异性。

4.进行核酸检测的生物样本存在多样性，同时因检测目的不同所需要的靶标也不同，有些反应模板需要DNA而有些则需要RNA，不同的样本及提取DNA或RNA的方法均不相同，而目前市场上的核酸提取产品均采用批量提取的方法，即每次提取多个同类型标本，或只能分别提取DNA或RNA，因此对整个检测反应的速度有限制。

5.传统PCR技术涉及环节较多，需要专业人员经培训后才能保证检验结果质量，因此技术门槛较高，不利于技术的推广。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种基于恒温扩增反应的全自动核酸扩增分析仪，其可实现核酸样本的连续检测，不受检测批次的影响，检测过程全程自动化，可降低技术门槛，有利于此技术向基层推广。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

一种基于恒温扩增反应的全自动核酸扩增分析仪，包括核酸提取装置、检测装置和控制器，核酸提取装置和检测装置相连并分别设有密封仓，检测装置和提取装置分别与控制器并与电源连接；

所述核酸提取装置包括标本进样轨道、试剂轨道、核酸提取单元和样本出样轨道，所述标本进样轨道的进样口连接样品架推进器，后侧安装样品混匀装置，并连接试剂轨道，试剂轨道两侧分别设计通过机械臂控制的试剂吸取针和标本吸取针，并对应设置提取试剂仓、TIP头仓和废物盒，试剂轨道末端通过分支试剂轨道连接各核酸提取单元，所述核酸提取单元中间为试剂轨道，轨道两侧为核酸提取位，核酸提取单元的上层安装规格排列的磁棒并通过磁棒移动臂控制，核酸提取单元后端连接样本出样轨道，出样轨道末端为提取后的标品存放区；

所述检测装置包括反应盘和电荷耦合器件图像传感器(CCD)装置，所述反应盘上装有多个反应杯，并设计样本排出口和检测试剂进样轨，样本排出口和检测试剂进样轨道与反应盘连接端设计机械抓手，样本排出口接通样本废物储存仓，检测试剂进样轨道上安装样本封盖器，反应盘上设计液体注入口和温度检测口，CCD装置用于荧光检测。

进一步的，所述核酸提取装置上端连接TIP头装载通道和试剂存放仓，所述核酸提取单元和检测单元安装紫外灯。

进一步的，所述检测装置上TIP头仓、试剂仓和通过机械臂控制的样本吸取针以及推进器；

进一步的，在核酸提取装置和核酸检测装置后侧配备抽风设备。

所述试剂仓位冷藏仓。

一种基于恒温扩增反应的全自动核酸扩增分析仪控制系统，包括控制器，所述控制器包括检测单元、控制单元、执行单元和显示单元，检测单元包括进样轨道的条码阅读器、反应盘温度检测探头，控制单元和显示单元为安装在控制器的主控芯片((AT89C51单片机芯片))和显示器，执行单元包括试剂针和样本针的控制机械臂、标本进样轨道、试剂轨道、样本出样轨道、磁棒移动臂和检测装置的抓手、机械臂；条码阅读器检测信号反馈至控制单元，控制单元驱动执行元件的标本进样轨道将样品传送至核酸提取单元，并驱动控制机械臂、试剂轨道和磁棒移动臂进行核酸提取，提取完成后驱动样本出样轨道将标品送至存放区，之后驱动检测装置的抓手、机械臂进行检测。

控制器控制样本针、试剂针和磁棒不冲突，也就是在核酸提取时还能为其它提取位再加试剂和样本。

一种基于恒温扩增反应的全自动核酸扩增分析仪的核酸提取与检测的方法，包括以下步骤：

待检标本架经标本进样轨道送至进样口等待加样，并经条码阅读器识别标本信息，如果需要混匀的标本则在标品混匀装置经旋转混匀后再加样，加样完成后经标本出样轨道送至检测后标本存放区；

提取试剂从试剂仓中推送至试剂轨道，并添加其它额外的现配试剂；

标本针吸取标本加入提取试剂中；

试剂轨道将提取试剂推送到标本提取位并固定；

对应提取位的磁棒在相应位置完成核酸提取工作，提取完后将试剂推送至检测仓，并关闭提取装置的仓门；

提取试剂推送至检测装置加样位，检测试剂仓将检测试剂推送至试剂轨道，样本针吸取提取的核酸加入检测试剂中，提取试剂由轨道推送至检验后样本储存仓；

加样后的试剂用透明塑料封盖并送至检测装置反应盘中检测；反应盘为离心式，可将反应体系离心混匀，在反应过程中可不断复位，以进行荧光检测；

检测过程中保持温度恒定，并在一定时间内在由CCD进行荧光检测；

检测完后从检验后样本排出口推送出反应盘。

本发明的有益效果：

1.可进行核酸定量、定性、基因分型和基因多态性的检测。

2.可实现核酸样本的连续检测，不受检测批次的影响；

3.独立提取样本，可实现多种不同类型样本同时提取，也可以同时提取DNA或RNA；

4.集成核酸提取和核酸检测于一体，降低实验空间的要求；

5.配备紫外灯和抽风设备可最大程度降低核酸污染风险；

检测过程全程自动化，可降低技术门槛，有利于此技术向基层推广。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述用于核酸提取与检测的一体化设备的结构示意图；

图2为本发明实施例所述核酸提取装置的结构示意图；

图3为本发明实施例所述核酸提取装置的结构示意图；

图4为本发明实施例所述核酸提取单元的平面示意图；

图5为本发明实施例所述核酸提取装置的的正面结构示意图；

图6为本发明实施例所述核酸提取单元上层的结构示意图；

图7为本发明实施例所述检测装置的结构示意图；

图8位本发明实施例所述检测装置的平面示意图；

图9位本发明实施例所述反应盘的结构示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-核酸提取装置，2-检测装置，3-控制器，4-进样口，5-进样轨道，6-样品混匀装置，7-提取试剂仓，8-TIP头仓，9-核酸提取单元，10-磁棒移动臂，11-出样轨道，12-标品存放区，13-条码阅读器，14-标本针，15-提取试剂吸取针，16-试剂轨道，17-分支试剂轨道，18-废物盒，19-磁棒，20-紫外灯，21-提取位，22-TIP头装载通道，23-试剂存放仓，24-废弃TIP盒，25-反应盘，26-样本排出口，27-检测检测试剂进样轨，28-推进器，29-样本储存仓，30-封盖器，31-反应杯，32-液体注入口，33-温度检测口，34-抽风设备，35-反应试剂仓，36-CCD装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-8所示

一种基于恒温扩增反应的全自动核酸扩增分析仪，包括核酸提取装置1、检测装置2和控制器3，核酸提取装置1和检测装置2相连并设有密封仓，检测装置2一侧安装控制器3并与电源连接；

所述核酸提取装置1包括进样轨道5、试剂轨道道16、核酸提取单元9和出样轨道11，所述进样轨道5的进样口连接样品架推进器，后侧安装样品混匀装置6，并连接试剂轨道道16，试剂轨道道16两侧分别设计通过机械臂控制的试剂针和样本针14，并对应设置提取试剂仓7、TIP头仓8和废物盒，试剂轨道道16末端通过分支试剂轨道道17连接核酸提取单元9，所述核酸提取单元9中间为试剂轨道道16，两侧为提取位21，核酸提取单元9的上层安装规格排列的磁棒19并通过磁棒移动臂控制，核酸提取单元9后端连接出样轨道11，出样轨道11末端为提取后的样品存放区12；

所述检测装置2包括反应盘25和电荷耦合器件图像传感器的CCD装置36，所述反应盘25上装有多个反应杯31，并设计样本排出口26和检测试剂进样轨27，样本排出口26和检测试剂进样轨27与反应盘25连接端设计抓手，样本排出口26接通样本废物储存仓，检测试剂进样轨道27上安装样本封盖器30，反应盘25上设计液体注入口32和温度检测口33，CCD装置36用于荧光检测。

所述核酸提取装置1的底部为废弃TIP盒24，上端连接TIP头通道22和试剂存放仓23，所述核酸提取单元9位置及核酸检测装置右侧安装紫外灯20。

所述检测装置2上TIP头仓8、反应试剂仓35和通过机械臂控制的样本针14以及推进器；

所述反应试剂仓35位冷藏仓。

一种基于恒温扩增反应的全自动核酸扩增分析仪控制系统，包括控制器，所述控制器包括检测单元、控制单元、执行单元和显示单元，检测单元包括标本进样轨道的条码阅读器、反应盘温度检测探头，控制单元和显示单元为安装在控制器上的主控芯片和显示器，执行单元包括试剂针和样本针的控制机械臂、进样轨道、试剂轨道、样本出样轨道、磁棒移动臂和检测装置的抓手、机械臂；条码阅读器检测信号反馈至控制单元，控制单元驱动执行元件的样本进样轨道将标品传送至核酸提取单元，并驱动控制机械臂、试剂轨道和磁棒移动臂进行核酸提取，提取完成后驱动样本出样轨道将样品送至存放区，之后驱动检测装置的抓手、机械臂进行检测。

控制器控制样本针14、试剂针和磁棒不冲突，也就是在核酸提取时还能为其它提取板再加试剂和样本。

实施例2

如图1-8所示

一种基于恒温扩增反应的全自动核酸扩增分析仪的核酸提取与检测的方法，包括以下步骤：

待测标本架经进样轨道送至进样口4等待加样，并经条码阅读器13识别标本信息，如果需要混匀的标本则在标品混匀装置6经旋转混匀后再加样，加样完后经出样轨道送至检测后标本存放区12；

提取试剂从试剂仓中推送至试剂轨道16，并添加其它额外的现配试剂；

标本针14吸取样本加入提取试剂中；

试剂轨道16将提取试剂推送到核酸提取位21并固定；

对应核提取位21的磁棒19在相应位置完成核酸提取工作，提取完后将试剂推送至检测仓，并关闭提取仓门；

提取试剂推送至检测装置加样位，检测试剂仓将检测试剂(包括反应酶、缓冲液、dNTP、引物等)推送至试剂轨道16，样本针14吸取提取的核酸加入检测试剂中，提取试剂由轨道推送至检验后样本储存仓29；

加样后的试剂用透明塑料封盖并送至检测装置反应盘25中检测；

待检样本在恒温条件下(65℃)发生反应，并由CCD进行荧光检测，反应盘为离心式，可确保反应体系混匀。每分钟将反应盘复位并进行一次荧光检测；

检测完后从检验后样本排出口26将样本推送出反应盘25。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选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方式。显然，根据本说明书的内容，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理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选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方式。显然，根据本说明书的内容，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理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种基于恒温扩增反应的全自动核酸扩增分析仪，其特征在于：包括核酸提取装置、检测装置和控制器，核酸提取装置和检测装置相连并分别设有密封仓，检测装置和提取装置分别与控制器并与电源连接；

所述核酸提取装置包括标本进样轨道、试剂轨道、核酸提取单元和样本出样轨道，所述标本进样轨道的进样口连接样品架推进器，后侧安装样品混匀装置，并连接试剂轨道，试剂轨道两侧分别设计通过机械臂控制的试剂吸取针和标本吸取针，并对应设置提取试剂仓、TIP头仓和废物盒，试剂轨道末端通过分支试剂轨道连接各核酸提取单元，所述核酸提取单元中间为试剂轨道，轨道两侧为核酸提取位，核酸提取单元的上层安装规格排列的磁棒并通过磁棒移动臂控制，核酸提取单元后端连接样本出样轨道，出样轨道末端为提取后的标品存放区；

所述检测装置包括反应盘和电荷耦合器件图像传感器(CCD)装置，所述反应盘上装有多个反应杯，并设计样本排出口和检测试剂进样轨，样本排出口和检测试剂进样轨道与反应盘连接端设计机械抓手，样本排出口接通样本废物储存仓，检测试剂进样轨道上安装样本封盖器，反应盘上设计液体注入口和温度检测口，CCD装置用于荧光检测。

2.如权利要求1所述的一种基于恒温扩增反应的全自动核酸扩增分析仪，其特征在于：所述核酸提取装置上端连接TIP头装载通道和试剂存放仓，所述核酸提取单元和检测单元安装紫外灯。

3.如权利要求1所述的一种基于恒温扩增反应的全自动核酸扩增分析仪，其特征在于：所述检测装置上TIP头仓、试剂仓和通过机械臂控制的样本吸取针以及推进器；

在核酸提取装置和核酸检测装置后侧配备抽风设备。

所述试剂仓位冷藏仓。

4.一种如权利要求1-3所述的基于恒温扩增反应的全自动核酸扩增分析仪的控制系统，其特征在于：所述控制系统包括控制器，所述控制器包括检测单元、控制单元、执行单元和显示单元，检测单元包括进样轨道的条码阅读器、反应盘温度检测探头，控制单元和显示单元为安装在控制器的主控芯片和显示器，执行单元包括试剂针和样本针的控制机械臂、标本进样轨道、试剂轨道、样本出样轨道、磁棒移动臂和检测装置的抓手、机械臂；条码阅读器检测信号反馈至控制单元，控制单元驱动执行元件的标本进样轨道将样品传送至核酸提取单元，并驱动控制机械臂、试剂轨道和磁棒移动臂进行核酸提取，提取完成后驱动样本出样轨道将标品送至存放区，之后驱动检测装置的抓手、机械臂进行检测。

5.如权利要求4所述的基于恒温扩增反应的全自动核酸扩增分析仪的控制系统，其特征在于：控制器控制样本针、试剂针和磁棒不冲突，也就是在核酸提取时还能为其它提取位再加试剂和样本。

6.一种基于恒温扩增反应的全自动核酸扩增分析仪的核酸提取与检测的方法，其特征在于：包括以下步骤：

待检标本架经标本进样轨道送至进样口等待加样，并经条码阅读器识别标本信息，如果需要混匀的标本则在标品混匀装置经旋转混匀后再加样，加样完成后经标本出样轨道送至检测后标本存放区；

提取试剂从试剂仓中推送至试剂轨道，并添加其它额外的现配试剂；

标本针吸取标本加入提取试剂中；

试剂轨道将提取试剂推送到标本提取位并固定；

对应提取位的磁棒在相应位置完成核酸提取工作，提取完后将试剂推送至检测仓，并关闭提取装置的仓门；

提取试剂推送至检测装置加样位，检测试剂仓将检测试剂推送至试剂轨道，样本针吸取提取的核酸加入检测试剂中，提取试剂由轨道推送至检验后样本储存仓；

加样后的试剂用透明塑料封盖并送至检测装置反应盘中检测；反应盘为离心式，可将反应体系离心混匀，在反应过程中可不断复位，以进行荧光检测；

检测过程中保持温度恒定，并在一定时间内在由CCD进行荧光检测；

检测完后从检验后样本排出口推送出反应盘。