用于基因测序系统的样品预处理设备的制作方法

专利名称:用于基因测序系统的样品预处理设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种用于基因测序系统的样品预处理设备，其包括置物平台、驱动装置、移液器及温控装置，置物平台设置有反应位、试剂位、移液器枪头位及孵育位，反应位放置有磁力架模块，移液器用于与枪头结合，温控装置用于调节试剂位及孵育位的温度，移液器设置在驱动装置上，驱动装置用于驱动移液器三维移动并通过移液器将枪头放置在磁力架模块及反应位中，及用于驱动枪头在磁力架模块及反应位中上下运动。上述样品预处理设备，驱动装置驱动枪头在反应位及磁力架模块中上下运动，实现了移液、样品的纯化功能，温控模块调节试剂位及孵育位的温度，有利用于保存试剂及完成孵育功能，样品预处理设备的结构简单，适合小批量的样品预处理。
【专利说明】用于基因测序系统的样品预处理设备

【技术领域】
[0001]本实用新型涉及基因测序领域，尤其是涉及一种用于基因测序系统的样品预处理设备。

【背景技术】
[0002]基因测序/核酸测序(包括DNA测序和RNA测序)是研宄核酸的重要方法之一。DNA测序(DNA sequencing,或译DNA定序)是指分析特定DNA片段的碱基序列，也就是腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)与鸟嘌呤(G)的排列方式。同理，RNA测序是指分析特定RNA片段的碱基序列，也就是腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和尿嘧啶⑶的排列方式。在对核酸进行测序之前，需要先将细胞内的核酸提取出来，然后去除核酸溶液中的杂质，对核酸进行纯化、提取、建库等操作，即样品预处理。现有技术中通常使用“磁珠法”提取核酸。“磁珠法”是这样提取核酸的:将一种表面可以吸附核酸分子的磁珠放入未经纯化的核酸溶液中，核酸分子被吸附到磁珠表面，然后将磁珠从上述溶液中取出，接着对磁珠进行清洗，去除杂质，最后再使核酸分子从磁珠上脱离下来，得到纯净的核酸分子。
[0003]市场上已经有许多专门为基因测序而设计的基因测序仪/基因测序系统，同时还配套设计有用于样品预处理的专用设备。基因测序系统的样品预处理是复杂、耗时、不适合手工操作的。对于高通量的测序，通常使用复杂的自动化液体处理系统，完成大量样品的处理工作和传送工作。该类系统成本高，操作复杂，样品预处理量大，不适合小批量的样品预处理。为了满足低通量基因测序系统的样品预处理要求，开发小型样品预处理设备对低通量测序系统尤为重要。
实用新型内容
[0004]本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型需要提供一种用于基因测序系统的样品预处理设备。
[0005]一种用于基因测序系统的样品预处理设备，包括置物平台、驱动装置、移液器及温控装置，该置物平台设置有反应位、试剂位、移液器枪头位及孵育位，该反应位放置有磁力架模块，该温控装置设置在该置物平台上，该移液器用于与该枪头结合，该温控装置用于调节该试剂位及该孵育位的温度，该移液器设置在该驱动装置上，该驱动装置用于驱动该移液器三维移动并通过该移液器将该枪头放置在该磁力架模块及该反应位中，及用于驱动该枪头在该磁力架模块及该反应位中上下运动。
[0006]上述样品预处理设备，在置物平台设置相应功能位，移液器可利用枪头吸取相应的磁珠溶液，驱动装置驱动枪头在反应位及磁力架模块中上下运动，实现了移液、样品的纯化功能，温控模块调节试剂位及孵育位的温度，有利用于保存试剂及完成孵育功能，该样品预处理设备的结构简单，适合小批量的样品预处理。
[0007]在一个实施方式中，该置物平台包括第一面及与该第一面相背的第二面，该第一面设置有该反应位、该试剂位、该移液器枪头位及该孵育位，该温控装置设置在该第二面上。
[0008]在一个实施方式中，该驱动装置包括X轴驱动件、Y轴驱动件及Z轴驱动件，该Y轴驱动件设置在该X轴驱动件上并由该X轴驱动件驱动，该Z轴驱动件设置在该Y轴驱动件上并由该Y轴驱动件驱动，该移液器设置在该Z轴驱动件上并由该Z轴驱动件驱动。
[0009]在一个实施方式中，该样品预处理设备还包括基台，基台包括脚垫及位于该脚垫上的承载板，该置物平台及该驱动装置固定在该承载板上。
[0010]在一个实施方式中，该样品预处理设备包括侧边支撑件、侧边滑轨及侧边滑块，该侧边支撑件及该侧边滑轨设置在该承载板相背的两侧，该X轴驱动件设置在该侧边支撑件上，该Y驱动件一端滑动地设置在该X轴驱动件上，该Y驱动件另一端通过该侧边滑块滑动地设置在该侧边滑轨上。
[0011]在一个实施方式中，该X轴驱动件包括X轴机体及滑动地设置在该X轴机体上的X轴滑块，该X轴机体固定在该侧边支撑件上，该Y轴驱动件包括Y轴机体及滑动地设置在该Y轴机体上的Y轴滑块，该Y轴机体一端固定在该X轴滑块上，该Y轴机体另一端固定在该侧边滑块上，该Z轴驱动件包括Z轴机体及滑动地设置在该Z轴机体上的Z轴滑块，该Z轴机体固定在该Y轴滑块上，该移液器设置在该Z轴滑块上。
[0012]在一个实施方式中，该磁力架模块包括支架及多个磁性件，该支架开设有多个阶梯状通孔，每个磁性件设置在对应的阶梯状通孔内。
[0013]在一个实施方式中，该反应位设置有多个溶液管，每个溶液管与该阶梯状通孔对应，该驱动装置用于驱动该枪头的尖端伸进该溶液管内。
[0014]在一个实施方式中，该温控装置采用半导体制冷片。
[0015]在一个实施方式中，该置物平台还设置有回收位。
[0016]本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

【附图说明】

[0017]本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0018]图1是本实用新型较佳实施方式的用于基因测序系统的样品预处理设备的立体示意图。
[0019]图2是图1的样品预处理设备II部分的放大示意图。
[0020]图3是本实用新型实施方式的用于基因测序系统的样品预处理设备的另一立体示意图。
[0021]图4是图3的样品预处理设备IV部分的放大示意图。
[0022]图5是本实用新型实施方式的用于基因测序系统的样品预处理设备的再一立体示意图。

【具体实施方式】
[0023]下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0024]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐合指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐合地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0025]在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0026]下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设定进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设定之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
[0027]请参图1?图5，本实用新型较佳实施方式提供的用于基因测序系统的样品预处理设备10包括基台102、置物平台104、驱动装置106、移液器108及温控装置110。该温控装置HO设置在该置物平台104上。
[0028]基台102包括脚垫112及位于该脚垫112上的承载板114，该承载板114呈长方形状，该置物平台104及该驱动装置106固定在该承载板114上。本实施方式中，该脚垫112的数量为9个，其中4个脚垫112位于该承载板114的角落位置，另外4个脚垫112分别位于承载板114四个侧边的中间位置，剩下I个脚垫112位于该承载板114的中间位置。这样的脚垫112布局能为承载板114提供更加稳定的支撑，最大限度地避免驱动装置106在动作过程中所带来的震动。
[0029]置物平台104通过支撑脚116设置在承载板114上，本实施方式中，支撑脚116的数量为9个，其中4个支撑脚116位于置物平台104的角落位置，另外4个支撑脚116分别位于置物平台104四个侧边的中间位置，剩下I个支撑脚116位于置物平台104的中间位置。这样的支撑脚116布局能为置物平台104提供更加稳定的支撑，最大限度地避免驱动装置106在动作过程中所带来的震动。
[0030]该置物平台104包括第一面118及与该第一面118相背的第二面120，该第一面118设置有反应位122、试剂位124、移液器枪头位126、孵育位128及回收位130。在第一面118设置上述功能位，能够方便驱动装置106移动移液器108在工作过程中对相应的功能位进行定位，提高了处理设备10的工作效率。
[0031]反应位122放置有磁力架模块132。在本实施方式中，反应位122的数量为3个，能最大限度地提供反应场所，避免频繁更换反应位122上置物平台104而导致处理设备10的工作效率低下。每个反应位122放置有一个磁力架模块132，实现样品纯化功能。
[0032]请结合图4，该磁力架模块132包括支架134及多个磁性件136，该支架134开设有多个阶梯状通孔138，每个磁性件136设置在对应的阶梯状通孔138内，具体地，每个磁性件136承载在对应的阶梯状通孔138内的阶梯面139上。本实施方式中，该磁性件136采用半环形永磁铁，这样可增加磁性件136与枪头140的接触面积，增加磁珠利用率。可以理解，在其它实施方式中，该磁性件136还可采用电磁铁等磁性件，其形状也可以是环形或者条形等，只要能够达到为磁珠提供磁力的效果即可。该反应位122还设置有多个溶液管142，每个溶液管142与该阶梯状通孔138对应。该驱动装置106用于驱动该枪头140的尖端伸进该溶液管142内以吸取样品溶液。
[0033]试剂位124可用于放置纯化后的样品，如磁珠。孵育位128可用于放置特定的溶液，完成孵育功能，如放置与纯化后的磁珠反应的溶液。
[0034]移液器枪头位126放置有移液器108所使用的枪头140。本实施方式中，移液器枪头位126的数量为2个，提供了更多数量的枪头140，避免频繁更换枪头140上置物平台104而导致处理设备10的工作效率低下。
[0035]回收位130用于放置无用的废液，因此，在样品预处理的过程中，废液能得到及时的回收，避免了废液对环境的污染。
[0036]驱动装置106用于驱动该移液器108三维移动并通过该移液器108将该枪头140放置在该磁力架模块132及该反应位122中及用于驱动该枪头140在该磁力架模块132及该反应位122中上下运动。
[0037]驱动装置106包括X轴驱动件144、Y轴驱动件146及Z轴驱动件148，该Y轴驱动件146设置在该X轴驱动件144上并由该X轴驱动件144驱动，该Z轴驱动件148设置在该Y轴驱动件146上并由该Y轴驱动件146驱动，该移液器108设置在该Z轴驱动件148上并由该Z轴驱动件148驱动。
[0038]该X轴驱动件144包括X轴机体150及X轴滑块152，X轴机体150固定在侧边支撑件154上，X轴滑块152滑动地设置在X轴机体150上。
[0039]Y轴驱动件146包括Y轴机体156及Y轴滑块158，Y轴滑块158滑动地设置在Y轴机体156上，Y轴机体156 —端固定在X轴滑块152上，Y轴机体156另一端固定在侧边滑块160上，该侧边滑块160能够滑动地设置在侧边滑轨162，该侧边滑轨162与侧边支撑件154固定在承载板114相背的两侧，使Y轴驱动件146横跨置物平台104。预处理设备10采用滑轨162支撑，确保驱动装置106运动的平稳可靠。
[0040]Z轴驱动件148包括Z轴机体164及Z轴滑块166，Z轴滑块166滑动地设置在Z轴机体164上。Z轴机体164固定在Y轴滑块158上，移液器108设置在Z轴滑块166上。
[0041]该移液器108用于与该枪头140结合并为之提供吸取液体的吸力和释放液体的压力。具体地，该驱动装置106用于驱动该移液器108至移液器枪头位126完成移液器108的枪头140装载。本实施方式中，该移液器108采用8通道移液器，能够完成吸排液和退枪头功能。移液器108吸排液体体积要求为2ul?250ul。
[0042]该温控装置110用于调节该试剂位124及该孵育位128的温度。具体地，该温控装置110的数量为2个，其分别设置在该第二面120上的与该试剂位124及孵育位128对应的位置，温控装置110能够实现加热及制冷功能，如温控装置110采用半导体制冷片完成快速升降温功能，温度控制范围为4°C至90°C。对应于试剂位124的温控装置110使试剂位124的温度控制在4°C，用于保存试剂。对应于孵育位128的温控装置110，提供4°C至90°C范围内温度的精确控制，完成孵育功能。当然，温控装置110还能根据实际所需进行温度的调节，以适应不同实验或同一实验不同阶段、流程对温度的要求。
[0043]上述样品预处理设备10，在置物平台104设置相应功能位，移液器108可利用枪头140吸取相应的磁珠溶液，驱动装置106驱动枪头140在反应位122及磁力架模块132中上下运动，实现了移液、样品的纯化功能，温控模块110调节试剂位124及孵育位128的温度，有利用于保存试剂及完成孵育功能。该样品预处理设备10的结构简单，适合小批量的样品预处理。进一步地，该样品预处理设备10采用8通道自动移液器，集成了温控装置110、三维驱动装置106、自动移液器108和磁力架纯化模块132，可以完成移液、温度控制、样品纯化、DNA提取、单链分离及定量功能。完成血清到DNB处理的全过程。每次可以进行最多8个样品的预处理，其中采用吸头纯化方案也可实现高通量样品制备，大大缩短了磁珠纯化流程，节省了时间和耗材成本，提高测序前样品预处理的自动化程度。
[0044]特别地，该样品预处理设备10可以实现每个样品在单个吸头中完成去除杂质过程，有效避免了通常的磁珠纯化步骤反复清洗磁珠时容易造成样品损耗和移液步骤频繁带来样品间交叉污染，可以大大简化磁珠纯化流程。应用在第二代测序技术(Illumina公司的Hiseq和life tech公司的Proton两大平台)，提高了实现DNA样品文库制备自动化程度，提高测序样品预处理效率。可以保证样品制备成功率达到95%以上。
[0045]进一步地，该样品预处理设备10可用作建库平台，该建库平台具有8通道移液枪头、温控模块、磁力架模块纯化系统。所以对于在建库过程中需要频繁使用的酶反应和纯化都可以在该处理设备上面实现。由于匹配的是8通道移液枪头，所以同时可以处理8个样本，正好适合1n Proton这种低通量的测试平台。Proton的一般建库流程为，将打断后样品直接放入样品预处理设备中，直到PCR时，可以将需要进行PCR的样品拿出，PCR完成后，再将样品放回样品预处理设备中进行纯化。
[0046]为使本领域技术人员能够更清楚明白地理解本实用新型，以下对本实施例所提供的样品预处理设备10的工作方式进行概述，需要说明的是，以下仅为本实用新型的一种工作方式，其不用于限定本实用新型，本领域技术人员还可根据具体需要调整其工作方式:
[0047]假设溶液管142内装有可用于清洗磁珠表面的试剂溶液，磁珠已投放入该试剂溶液中，形成磁珠溶液，磁珠表面吸附有核酸分子；试剂位124和孵育位128上分别放置有多孔板(例如96孔板)，孔内可以预装有各种所需的试剂溶液；
[0048]首先，驱动装置106带动移液器108到移液器枪头位126上，并将枪头140安装至移液器108上；
[0049]接着，驱动装置106带动移液器108到反应位122上方，并将枪头140插设于磁力架模块132的磁性件136内，其下端插入溶液管142内吸取磁珠溶液；
[0050]接着，驱动装置106驱动枪头140沿竖直方向上下活动，由于磁性件136的磁力作用，磁珠将在枪头140内部相对上下移动，磁珠相对于溶液在枪头140内滚动，起到清洗磁珠的效果；
[0051]磁珠清洗完毕后，驱动装置106带动移液器108到试剂位124上方或者孵育位128上方，并将枪头140内的磁珠释放至多孔板的孔位内，进行保存、孵育、建库等流程；
[0052]上述步骤完毕后，移液器108可更换新的枪头140，反复循环上述步骤，完成多次样品预处理工作。
[0053]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施方式或示例中。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方式或示例。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方式或示例中以合适的方式结合。
[0054]尽管已经示出和描述了本实用新型的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
【权利要求】
1.一种用于基因测序系统的样品预处理设备，其特征在于，包括置物平台、驱动装置、移液器及温控装置，该置物平台设置有反应位、试剂位、移液器枪头位及孵育位，该反应位放置有磁力架模块，该温控装置设置在该置物平台上，该移液器用于与该枪头结合，该温控装置用于调节该试剂位及该孵育位的温度，该移液器设置在该驱动装置上，该驱动装置用于驱动该移液器三维移动并通过该移液器将该枪头放置在该磁力架模块及该反应位中，及用于驱动该枪头在该磁力架模块及该反应位中上下运动。2.如权利要求1所述的样品预处理设备，其特征在于，该置物平台包括第一面及与该第一面相背的第二面，该第一面设置有该反应位、该试剂位、该移液器枪头位及该孵育位，该温控装置设置在该第二面上。3.如权利要求1所述的样品预处理设备，其特征在于，该驱动装置包括X轴驱动件、Y轴驱动件及Z轴驱动件，该Y轴驱动件设置在该X轴驱动件上并由该X轴驱动件驱动，该Z轴驱动件设置在该Y轴驱动件上并由该Y轴驱动件驱动，该移液器设置在该Z轴驱动件上并由该Z轴驱动件驱动。4.如权利要求3所述的样品预处理设备，其特征在于，该样品预处理设备还包括基台，基台包括脚垫及位于该脚垫上的承载板，该置物平台及该驱动装置固定在该承载板上。5.如权利要求4所述的样品预处理设备，其特征在于，该样品预处理设备包括侧边支撑件、侧边滑轨及侧边滑块，该侧边支撑件及该侧边滑轨设置在该承载板相背的两侧，该X轴驱动件设置在该侧边支撑件上，该Y驱动件一端滑动地设置在该X轴驱动件上，该Y驱动件另一端通过该侧边滑块滑动地设置在该侧边滑轨上。6.如权利要求5所述的样品预处理设备，其特征在于，该X轴驱动件包括X轴机体及滑动地设置在该X轴机体上的X轴滑块，该X轴机体固定在该侧边支撑件上，该Y轴驱动件包括Y轴机体及滑动地设置在该Y轴机体上的Y轴滑块，该Y轴机体一端固定在该X轴滑块上，该Y轴机体另一端固定在该侧边滑块上，该Z轴驱动件包括Z轴机体及滑动地设置在该Z轴机体上的Z轴滑块，该Z轴机体固定在该Y轴滑块上，该移液器设置在该Z轴滑块上。7.如权利要求1所述的样品预处理设备，其特征在于，该磁力架模块包括支架及多个磁性件，该支架开设有多个阶梯状通孔，每个磁性件设置在对应的阶梯状通孔内。8.如权利要求7所述的样品预处理设备，其特征在于，该反应位设置有多个溶液管，每个溶液管与该阶梯状通孔对应，该驱动装置用于驱动该枪头的尖端伸进该溶液管内。9.如权利要求1所述的样品预处理设备，其特征在于，该温控装置采用半导体制冷片。10.如权利要求1所述的样品预处理设备，其特征在于，该置物平台还设置有回收位。
【文档编号】C12M1-34GK204298409SQ201420750277
【发明者】李景, 王景, 张松振, 邹良英, 李琳, 黄妙珍 [申请人]深圳华大基因研究院