全自动一体化核酸提取、扩增及检测系统的制作方法

本实用新型属于生物医学基因分析仪器领域，尤其涉及一种用于全自动一体化核酸提取、扩增及检测系统。

背景技术：

基因检测分析是现代生物医学的基本实验方法。分子诊断是应用分子生物学方法检测患者体内外源性、自身遗传物质的结构或表达水平的变化而做出诊断的技术，是当代医学发展的重要前沿领域之一。分子诊断的基础是对于目标核酸的分析，其常规技术包括：荧光PCR、荧光原位杂交(FISH)、DNA测序、DNA印迹、单核苷酸多态性(SNP)、连接酶链反应(LCR)以及基因芯片等，而无论是对这些目标核酸进行何种操作与检测，都需要将其从生物样本(血液、唾液、精液或者其他分泌物)中提取、纯化出来才能够进行。因此，核酸提取的效率与纯度的高低，将直接影响后期研究工作的开展以及实验结果的准确性。

此外，所有分子诊断技术都要不断优化信噪比，这就需要将从样本中提取纯化出来的目标核酸序列进行特异性扩增，放大靶基因信号进行检测，从而满足分子诊断所需的特异性和灵敏性。

临床检验对分子诊断仪器的需求很多且复杂多样，包括以下几点：

第一，快速、自动化的产品。由于临床每天要面对数量巨大的检测，即使是接受过专门培训的实验室操作人员，面对复杂的样本处理、核酸提取、纯化及扩增步骤，也很难避免操作过程中的手工错误。因此，简化人工操作、缩短检测周期、实现分子诊断仪器的自动化，是提高诊断效率、降低诊断失误的重点。

第二，全封闭、无污染的产品。目前很多分子诊断仪器需要在完成目标核酸的提取及纯化后，将产物转移至扩增仪上进行下一步反应；还有些方法需要在扩增后，将扩增产物转移进行检测。这些转移操作很容易造成实验室的污染，而且很多基层医院，不具备建立标准分子诊断实验室的条件(将实验室设置成多个用于标本提取，反应建立，扩增和检测的隔离房间)。因此，全封闭的分子诊断系统是避免污染最佳途径。

第三，集成化、小型化的产品。分子诊断由繁多且复杂的步骤构成，且每一个步骤都需要不同的试剂及操作。这使得目前大多数分子诊断都需要在实验室内，由体积较大的仪器完成，大大限制了分子诊断的应用范围。因此，如果能够将核酸提取、扩增和检测所需的全部试剂预封装在一个一次性、封闭式反应盒内；在加入待测样本后，该反应盒在一台小型化仪器内实现核酸提取、扩增和检测全自动全封闭运行，过程所需的全部操作由仪器提供外部作用条件完成，使分子诊断不再受限于人员操作、试剂及实验室等条件，这将大大扩展分子诊断技术的应用范围。

申请号为201710371949.6的发明专利公开了一种核酸提取纯化装置，它是一种将核酸提取、扩增和检测试剂预封装的封闭式双面盘式反应盒。要实现具有前述三种特点的分子诊断产品，还需开发一种可以提供核酸提取、扩增和检测全自动运行所需外部作用操作的一体化仪器，实现“样本进，结果出”的核酸检测分析。同时减小仪器体积、缩短全流程时间是市场的迫切需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种全自动一体化核酸提取、扩增及检测系统，该系统配合预封装试剂的一次性、封闭式双面盘式反应盒，实现“样本进，结果出”的全自动核酸检测分析。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种一体化核酸提取、扩增及检测系统，其特殊之处在于，包括顶部控制组件、位于顶部控制组件下方的驱动控制载台及用于调整顶部控制组件和驱动控制载台之间相对位置的连接组件；

所述顶部控制组件和驱动控制载台上设置有多个执行器件，所述执行器件包括电机组件、压紧组件、温控组件、开关器件、检测组件及驱动组件；其中：

所述电机组件包括位于驱动控制载台上的旋转电机，用于反应盒的旋转；

所述压紧组件位于顶部控制组件上，用于反应盒的压紧；所述温控组件包括两组或多组PCR温区控制单元，每组PCR温区控制单元包括两个相对安装在顶部控制组件和驱动控制载台上的温控模块，两个温控模块的控制温度相同，形成反应盒内PCR反应所需的温区，不同PCR温区控制单元的控制温度不同；

所述开关器件用于打开或封闭反应盒内的各种开关；

所述检测组件用于反应盒内PCR反应的检测；

所述驱动组件至少有两个，分别安装于顶部控制组件和驱动控制载台上，实现压紧组件、温控组件、加热器件、开关器件、检测器件的下压或上抬。

在一些实施方案中，所述连接组件可以为水平移动组件，所述水平移动组件包括水平设置的丝杠驱动结构及导轨，所述驱动控制载台在丝杠驱动结构的驱动下沿导轨在顶部控制组件的正下方及侧方之间平移。

在一些实施方案中，所述连接组件可以为垂直移动组件，所述垂直移动组件包括垂直设置的丝杠驱动结构及导轨，所述顶部控制组件在丝杠驱动结构的驱动下沿导轨靠近或远离驱动控制载台。

在一些实施方案中，所述连接组件可以为翻转组件，所述翻转组件包括位于顶部控制组件和驱动控制载台之间的铰接结构以及驱动电机；所述顶部控制组件在驱动电机的驱动下绕铰接结构翻转。

优选的，所述电机组件包括位于驱动控制载台上的旋转电机，所述旋转电机的旋转轴与双面盘式反应盒圆心处的固定卡槽对应，可以将反应盒固定在旋转轴的卡位上。

优选的，所述旋转电机可以驱动双面盘式反应盒进行单向或往复旋转，使反应盒定位在驱动控制载台或顶部控制组件对其进行作用所需的位置。

优选的，所述旋转电机安装有编码盘，可对双面盘式反应盒的绝对位置和转速进行负反馈控制。所述反应盒的转速控制，其速度曲线可以是三角波、锯齿波、正弦波或者抛物线等，转速曲线的频率和幅值可以动态调节，进而实现反应盒中不同腔体内不同体积液体的快速高效混合。

优选的，所述旋转电机可以驱动双面盘式反应盒进行高速单向旋转，其转速可达2000～10000转/分钟。在合适的转速下，无论腔体以及腔体之间的流道分布在反应盒的正面还是反面，反应盒单向高速旋转产生的离心力可以驱动液体从距离反应盒中心近的腔体流向距离反应盒中心远的腔体；转速可以动态调节，以控制液体在流道或腔体中的流动速度，在进行柱膜法核酸提取纯化时调节核酸吸附、洗涤和洗脱的效率，获得最佳的核酸得率和纯度。

优选的，所述压紧组件包括至少三个在圆周上等间距分布的压柱，系统可以控制压柱同时向下压紧反应盒，使其固定在定位位置。反应盒被压柱固定后，驱动控制载台和顶部控制组件的其他执行器件就可以向反应盒施加作用以完成核酸提取、扩增和检测功能。当各驱动器件按流程完成一定作用后，压柱向上收回释放反应盒继续其他作用流程。

优选的，所述开关器件可以是用于打开或封闭反应盒内阀门的顶杆，也可以是刺破反应盒内密封膜的刺破针，也可以是封闭反应盒内加样口或者流道密封膜的热封热封焊接头。

优选的，所述反应盒的PCR反应腔可以由旋转电机驱动，在两组或多组PCR温区控制单元之间来回快速转移并夹紧，满足逆转录或PCR扩增所需的温度要求，实现核酸的扩增反应。

优选的，所述检测组件用于反应盒内PCR反应的检测。优选的，所述检测组件包括在顶部驱动组件的一个PCR温区控制单元的温控模块上安装的多个光纤探头，该PCR温区控制单元控制的温度是PCR反应过程中退火延伸步骤所需温度。在PCR反应的退火延伸过程中，多个光纤探头分别对双面盘式反应盒内多个PCR反应进行多路荧光激发检测，实现PCR反应过程中的实时荧光检测。

优选的，所述驱动组件可以用于驱动每组温区控制单元的上下两个温控模块夹紧反应盒的PCR反应腔区域；

优选的，所述驱动组件包括旋转结构和凸轮结构；所述旋转结构用于将凸轮结构转动至实施工作的执行器件的驱动端；所述凸轮结构用于驱动相应的执行器件下压或上抬。

优选的，所述顶部控制组件和驱动控制载台上还可以设置有加热器件和/或磁吸器件等执行器件，用于实现柱膜法或磁珠法核酸提取流程。

优选的，所述加热器件用于反应盒内核酸提取纯化过程中的裂解液、洗脱液的加热；

优选的，所述磁吸组件用于磁珠法提取过程中的磁珠吸附操作。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型用于一体化核酸提取、扩增及检测系统，配合预封装试剂的一次性、封闭式的双面盘式反应盒使用。系统操作简单、使用方便，只需直接加载原始样本，系统可以全自动实现“样本进，结果出”的核酸检测分析，特别适用于非实验室环境的现场检测，对操作人员没有专业要求。

2、本实用新型的系统基于旋转离心的原理实现样品前处理和核酸提取纯化过程，不同腔体液体混匀过程中通过转速曲线的调频和调幅控制，实现快速高效混匀；液体转移过程通过优化高速旋转的速率，以控制液体在流道或腔体中的流动速度和时间，在进行柱膜法核酸提取纯化时，调节核酸吸附、洗涤和洗脱的效率，在最短的运行时间内获得最佳的核酸得率和纯度。

3、本实用新型的系统是通过控制双面盘式反应盒的多个PCR反应腔在不同的恒温温区之间切换实现快速PCR扩增，光纤探头进行多路荧光检测时也无需扫描，所以系统完成实时荧光PCR核酸检测的速度也非常快。通常系统完成一个样本的全自动核酸提取、扩增和检测的时间仅为30～45分钟。

4、本实用新型的系统在双面盘式反应盒加入样本后，系统通过热封热封焊接头将加样口封口膜封闭，之后全部的核酸提取、扩增和检测过程都在反应盒内部完成，良好的封闭性和一次性的反应盒，可以避免实验过程中污染的可能。

5、本实用新型的系统中驱动组件通过平移结构和凸轮结构，把压紧组件、温控组件、加热器件、开关器件、检测组件等下压或上抬动作和温区单元夹紧动作，由垂直于双面盘式反应盒的动作转化为平行于反应盒的动作，使得系统结构紧凑简单，可以大幅减小仪器的尺寸，使其更适用于非实验室条件的现场检测。

附图说明

图1表示双面盘式反应盒的A面平面示意图；

图2表示双面盘式反应盒的A面立体示意图；

图3表示双面盘式反应盒的B面平面示意图；

图4表示双面盘式反应盒的B面立体示意图；

图5表示双面盘式反应盒的A面封膜焊接图；

图6表示双面盘式反应盒的B面封膜焊接图；

图7表示本实用新型系统的整体示意图(加载位置)；

图8表示本实用新型系统驱动控制载台的仰视图；

图9表示本实用新型系统顶部控制组件的俯视图；

图10a与图10b表示本实用新型系统温控组件及检测组件分别在第一PCR反应温区控制单元工作时和第二PCR反应温区控制单元工作时的两种状态示意图；

图11表示本实用新型系统旋转电机的转速曲线；

图12a表示本实用新型系统顶部控制组件上驱动组件的一个具体实施例；

图12b是图12a中的凸轮结构图；

图13a,13b,13c,为本实用新型系统热封焊接头的三个具体实施列。

其中附图标记为：1、转轴卡槽，2、旋转固定卡槽，3、加样口，4、第一试剂腔室，5、第一试剂流道口，6、第一回流气道口，7、第二试剂腔室，8、第二试剂流道口，9、第二回流流气道，10、第三试剂腔室，11、第三试剂流道口，12、第三回流气道口，13、第四试剂腔室/第五试剂腔室，14、第四试剂流道口，15、第四回流气道口，16、核酸吸附腔室，17、废液流道口，18、产物流道口，19、分析流道阀，20、分析回流气道阀，21、核酸分析单元，22、分析流道，23、PCR反应腔，24、试剂流道，25、第一试剂流道阀，26、第二试剂流道阀，27、第三试剂流道阀，28、第四试剂流道阀，29、废液腔室，30、第一试剂回流气道，31、第一回流气道阀，32、第二回流气道阀，33、第三回流气道阀，34、第四回流气道阀，35、产物腔室，36、产物流道阀，37、分析流道口，38、分析回流气道口，39、基体，40、第二试剂回流气道，41、分析回流气道；1a、仪器基座，2a、仪器左右侧板，3a、顶部控制组件，4a、驱动控制载台，5a、反应盒，6a、6b、6c、压柱，7a-第一顶杆、7b-第二顶杆、7c-第三顶杆、7d-第四顶杆、8a-第一热封焊接头、8b-第二热封焊接头、8c-第三热封焊接头，9a–第一PCR反应温区控制单元、9b–第二PCR反应温区控制单元、9a上-第一上温控模块、9a下-第一下温控模块、9b上-第二上温控模块、9b下-第二下温控模块、PCR反应温区控制单元的温控模块，10a、旋转电机，11a、加热器件，12a检测组件，13a、丝杠驱动结构、14a、导轨、15a-光纤探头、S1-第一电机、S2-齿轮、S3-连接轴、S4-第二电机、S5-凸轮、S6-安装架、8a1-U字凸起的焊头、8a2-焊接座、8a3-弹簧复位结构、8a4-压板组件。

具体实施方式

本实用新型一体化核酸提取、扩增及检测系统，将样本制备、核酸提取、纯化、扩增及检测分析所需的全部操作和功能模块集成在一个系统内,自动化程度高、系统体积小。配合预封装所需试剂的一次性、封闭式双面盘式反应盒，本系统能够快速实现“样本进，结果出”的全自动核酸检测分析。

预封装试剂的一次性、封闭式双面盘式反应盒参见公开号为CN106947683A、申请号为201710371949的发明专利。也可参见图1至图6，该反应盒包括基体39，及设置在基体39上的试剂腔室、核酸吸附腔室16、废液腔室29、产物腔室35和核酸分析单元21，试剂腔室、废液腔室29和产物腔室35通过相应的流道与核酸吸附腔室16相通，废液腔室29和产物腔室35通过相应的回流气道与各个试剂腔室相通。该实施例中基体39即为上述具有一定厚度的、立体双面圆形(形状不限于是圆形，可以是其他规则或不规则形状，如椭圆等)盘式装置。基体39分为正面和反面，上述各个腔室、核酸分析单元21、流道、回流气道分别位于双面盘式基体39的正反两面，或贯穿具有一定厚度的基体立体结构；以减小装置的体积，并使各个腔室、流道、回流气道等的分布更合理化。

为了方便描述，标记基体39正面为A面，反面为B面。图1、图2分别表示该实施例中基体A面的平面图及立体图；图3、图4分别表示该实施例中基体B面的平面图及立体图。其中，一转轴卡槽1、多个试剂腔室、及核酸分析单元21设置于基体A面上；废液腔室29和产物腔室35设置于基体B面上；两个旋转固定卡槽2和核酸吸附腔室16贯穿基体正反两面。

其中，转轴卡槽1用于带动整个装置旋转，其位于基体39的圆心处且以基体39的圆心为中心，整体呈一圆形孔状，两个旋转固定卡槽2相对设置，分别位于转轴卡槽1的两侧。具体操作时，该反应盒通过转轴卡槽1、旋转固定卡槽2将装置固定在本实用新型系统的驱动控制载台上，并在本实用新型系统的旋转电机作用下单向或往复旋转运动。旋转所产生的离心力驱动装置内的液体流动、转移及混匀，以实现核酸提取纯化方法的全部流程，并将最终核酸提取产物应用于后续多种目的的核酸检测。在该实施例中，该反应盒旋转的转速大小为2000rpm～10000rpm，调节转速的快慢可以控制液体在流道中流动、及流经核酸吸附腔室的速度快慢。另外，该反应盒可以在机械外力的控制下来回旋转，使各腔室内的液体充分混匀；或使核酸吸附腔内的吸附材料与核酸物质充分接触。需要说明的是，转轴卡槽的形状、旋转固定卡槽的位置及形状不限于这里所描述的，旋转固定卡槽的设置位置只要实现将装置固定到相应设备上即可。

多个试剂腔室分布在基体39距离圆心较近的位置上，各个试剂腔室分布在基体转轴卡槽1的外侧，且沿转轴卡槽1周向但不限于周向分布，用于储存核酸提取及纯化试剂。该装置一般设置三至五个试剂腔室，该实施例中的反应盒设置了四个试剂腔室，分别是第一试剂腔室4、第二试剂腔室7、第三试剂腔室10和第四试剂腔室13，第一试剂腔室4内预封装有细胞裂解液且预留有用于添加液体样本所需的空间，该实施例中第一试剂腔室4可添加液体样本的体积为100ul～500ul，液体样本体积可根据样品属性、提取产物需求量、及下游实验需求而增减。第一试剂腔室4上还设置有用于添加样本的加样口3，通过该加样口3添加液体样本到第一试剂腔室4内，在第一试剂腔室4内，由加样口3添加的液体样本与预封装的细胞裂解液充分混匀后，样本中的细胞在本实用新型系统加热器件的加热作用下破裂并释放细胞内含物(核酸、蛋白、多糖等物质)，该混合液体流经核酸吸附腔室16，样本中的核酸物质将被捕获在核酸吸附腔室16内，废弃液体由相应流道流入废液腔室29。

第二、第三试剂腔室7、10内预封装有洗涤步骤所需的洗涤液，洗涤液依次流经核酸吸附腔室16，用于洗涤核酸吸附腔室16内除核酸以外的，诸如蛋白质、多糖等杂质，废弃液体由相应流道流入废液腔室29。第四试剂腔室13预封装有将核酸物质从核酸吸附腔室16中洗脱的核酸洗脱液，核酸洗脱液流经核酸吸附腔室16后，核酸吸附腔室16内所捕获和洗涤后的核酸物质，将释放在洗脱溶液中形成核酸提取纯化产物，并由相应流道流入产物腔室35。其中，洗涤步骤的数量与相应的封装洗涤液的试剂腔室数量可以根据样品属性、提取时间、以及下游实验需求而增减。如可以设置一个封装洗涤液的试剂腔室，这样试剂腔室就是三个；也可以设置两个封装洗涤液的试剂腔室，这样试剂腔室就是四个，以此类推。

每个试剂腔室上均设置有试剂流道口和与试剂流道口对应的回流气道口，即第一试剂腔室4上设置有第一试剂流道口5和第一回流气道口6，第二试剂腔室7上设置有第二试剂流道口8和第二回流气道口9，第三试剂腔室10上设置有第三试剂流道口11和第三回流气道口12，第四试剂腔室13上设置有第四试剂流道口14和第四回流气道口15。每个试剂腔室通过各自的试剂流道口与核酸吸附腔室16相连通，且通过各自的回流气道口与废液腔室29和产物腔室35相连通。该实施例中，每个试剂腔室上的试剂流道口均靠近试剂腔室的外侧壁设置，均由自腔室的外侧壁向外凹陷形成的半圆弧状侧凹槽和自腔室底面向下凹陷形成的圆形凹槽组成。每个试剂腔室上的回流气道口均靠近试剂腔室的内侧壁设置，且均是自腔室底面向下凹陷形成的圆形凹槽。当然，试剂腔室上的试剂流道口和回流气道口的形状并不限于这里所描述的。

核酸吸附腔室16贯穿基体39正反两面且位于试剂腔室外侧，用于捕获液体样本中的核酸物质。核酸吸附腔室16内包含上述用于捕获核酸物质的吸附材料，该吸附材料包括但不限于玻璃纤维、硅胶模或玻璃微珠等吸附材料。吸附材料可以在相应试剂和外力(如在加热和核酸洗脱试剂)配合下，将所捕获的核酸物质释放在缓冲溶液中，以实现核酸提取纯化目的。

核酸吸附腔室16通过试剂流道24与各个试剂腔室相连通，试剂流道24与各个腔室的试剂流道口相连通，即第一、第二、第三、第四试剂流道口5、8、11、14均与试剂流道24相连通，从而实现各个试剂腔室与核酸吸附腔室16的相连通。具体实施时，各个试剂腔室可以通过一个公用的试剂流道24或者通过各自的试剂流道24与核酸吸附腔室16的相连通，也就是说试剂腔室内的裂解液、洗涤液和洗脱液试剂可以由公用试剂流道24依次流经核酸吸附腔室16。该实施例中，试剂流道24分布于基体的B面，且是公用的。

核酸吸附腔室16的外侧还设置有废液流道口17和产物流道口18，该实施例中，核酸吸附腔室16、废液流道口17、产物流道口18位于同一凹槽内。废液流道口17连通核酸吸附腔室16和废液腔室29，各个试剂腔室内产生的废弃液体在离心力的作用下通过该废液流道口17流入废液腔室29；产物流道口18连通核酸吸附腔室16和产物腔室35，核酸吸附腔室16内被释放形成的核酸产物在离心力的作用下通过该产物流道口18流入产物腔室35。

废液腔室29和产物腔室35在基体的半径方向上均分布在核酸吸附腔室16的外侧且通过相应的流道与核酸吸附腔室16相连通，分别用于收集反应后废弃液体和收集核酸提取纯化产物。其中，废液腔室29通过废液流道(图未示)与核酸吸附腔室16相互连通，核酸吸附腔室16中流出的废液由废液流道流入废液腔室29；具体来说，废液腔室29与废液流道相连通，废液流道与废液流道口17相连通，废液流道口17与核酸吸附腔室16相连通，从而实现了废液腔室29与核酸吸附腔室16的连通。产物腔室35与核酸吸附腔室16由产物流道(图未示)相互连通，核酸吸附腔室16中流出的核酸提取纯化产物由产物流道流入产物腔室35；具体来说，产物腔室35与产物流道相连通，产物流道与产物流道口18相连通，产物流道口18与核酸吸附腔室16相连通，从而实现了产物腔室35与核酸吸附腔室16的连通。

另外，为了控制并保证液体在封闭装置内流动，废液腔室29和产物腔室35通过对应的回流气道与各个试剂腔室相连通。该实施例，废液腔室通过第一试剂回流气道30与第一试剂腔室4、第二试剂腔室7和第三试剂腔室10相连通，具体来说，第一试剂回流气道30与第一、第二和第三试剂腔室4、7、10上的回流气道口6、9、12均相连通，从而实现废液腔室29与第一、第二和第三试剂腔室4、7、10的相连通；产物腔室35通过第二试剂回流气道40与第四试剂腔室13相连通，具体来说，第二试剂回流气道40与第四试剂腔室13上的第四回流气道口15相连通，从而实现产物腔室35与第四试剂腔室13的相连通。产物腔室35上还设置有分析流道口37，产物腔室35与第四试剂腔室13连通的第二试剂回流气道40上设置有分析回流气道口38。

优选地，为了控制各个试剂腔室内的试剂按照一定的顺序流经核酸吸附腔室16，各个试剂腔室与核酸吸附腔室16相连通的试剂流道24内，对应各个试剂腔室设置有相应的流道阀门，分别为第一试剂流道阀25、第二试剂流道阀26、第三试剂流道阀27和第四试剂流道阀28，相应阀门按照核酸提取纯化流程依次开启，以保证不同试剂按照一定顺序依次流经核酸吸附腔室16，即第一试剂流道阀25、第二试剂流道阀26、第三试剂流道阀27和第四试剂流道阀28按照先后顺序依次开启，以使对应试剂腔室内的液体依次流经核酸吸附腔室16。

优选地，各个试剂腔室与废液腔室29、产物腔室35相连通的回流气道中也设置有与试剂腔室内的流道阀门相对应的回流阀门。该实施例中，废液腔室29与第一、第二和第三试剂腔室4、7、10相连通的第一试剂回流气道30内，对应第一、第二和第三试剂腔室4、7、10设置有相应的回流阀门，分别为第一回流气道阀31、第二回流气道阀32和第三回流气道阀33；产物腔室35与各个试剂腔室相连通的第二试剂回流气道40内，对应第四试剂腔室13设置有相应的回流阀门，为第四回流气道阀34。

优选地，核酸吸附腔室16与产物腔室35相连的产物流道中，设置有与第四回流气道阀34相对应的产物流道阀36；废液腔室29与核酸吸附腔室16连通的废液流道内也设置有废液流道阀(图未示)，废液流道阀可在本实用新型系统开关器件(如顶杆、刺破头)的作用下外力配合下开启，使反应后废弃的细胞裂解液和洗涤液由废液流道流入废液腔室29；该阀门可在本实用新型系统开关器件(如热封焊接头)的作用下外力配合下再次关闭，以保证废液腔室29内的废液不再流出，同时不再有其他液体流入废液腔室29。

核酸分析单元21在基体径向位于产物腔室35的外侧，且与产物腔室35连通，产物腔室35内的核酸提取纯化产物由相应流道流入核酸分析单元21，用于核酸产物分析与检测。具体地，核酸分析单元21与产物腔室35上的分析流道口37相连通，从而连通核酸分析单元21与产物腔室35。核酸分析单元21还通过分析回流气道41与产物腔室35相连通，具体地，分析回流气道41与第二试剂回流气道40上的分析回流气道口38相连通。核酸分析单元21在本实用新型系统温控组件和检测组件(核酸快速扩增及检测系统)的外部热循环和光学检测模块的配合下，可以实现核酸PCR扩增、实时荧光检测等检测功能。

需要说明的是，液体在流道(试剂流道24、废液流道、产物流道、分析流道22或22')内流动过程中，该条流道与其对应的回流气道(第一试剂回流气道30、第二试剂回流气道40、分析回流气道41)内的相应阀门将全部开启，以保证封闭装置内的气压平衡，使液体能够从一个腔室顺利的转移到另一个腔室。如第一试剂腔室4内的混合液体流入试剂流道前，同时开启第一试剂流道阀25和第一回流气道阀32，第二～第四试剂腔室类似；又如产物腔室35内的核酸产物进入核酸分析单元21之前，需同时开启分析流道阀19、分析回流气道阀20。流道内流道阀门和回流气道内的阀门配合开启/关闭，能够控制并保证液体在封闭装置内流动。另外，使用本实用新型装置之前，所有流道、回流气道内所设置的阀门将关闭，通过加样口3添加液体样品后，在本实用新型系统开关器件(如热封焊接头)的作用下通过热封将加样口3密封。

优选地，流道、回流气道内所设置的阀门可为刺破阀，刺破阀在本实用新型系统开关器件(如刺破头)外部按压结构(图未示)的作用下将被刺破，该流道、回流气道将被导通。本实用新型系统的开关器件外部按压结构可以一次控制一个流道、回流气道的导通和闭合，也可以组合起来一次控制多个流道、回流气道的同时导通和闭合。在某些替换的实施方式中，本实用新型装置的流道、回流气道内所设置的阀门可为热封阀，热封阀在本实用新型系统开关器件外部加热的作用下将被开启，再次加热，将再次关闭该阀门。本实用新型实施例1中设置的阀门选用的是刺破阀。

优选地，核酸提取纯化立体双面盘式装置由至少一种塑料、树脂材料制成，包括聚乙烯，低密度聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯等。反应盒所提供的腔室(各个试剂腔室、废液腔室、产物腔室)可以由至少一层薄膜塑料材质塑封在硬质塑料材质上形成，也可以由至少两层薄膜状塑料材料密封形成，腔室的构造可包括多种形状，如扇形、圆形、椭圆形、水滴形或不规则形。

图5、图6表示反应盒A面和B面封膜焊接图。反应盒所包括的腔室、流道、回流气道、核酸分析单元和卡槽，均是在具有一定厚度的盘式硬质塑料上、双面雕刻，立体加工的，并由薄膜塑料材质覆盖在硬质塑料上封膜焊接完成，图5、图6中的灰色区域表示本实用新型装置在生产制造过程中需要焊接的区域。

具体地，在某些实施方式中，反应盒所提供的流道(试剂流道、产物流道、废液流道)可以由至少一层薄膜塑料材质塑封在硬质塑料材质上形成，也可以由至少两层薄膜状塑料材料密封形成，流道的构造可包括多种形状，如直线型，圆弧形，或不规则形状。

如图7、图8、图9和图10所示，本实用新型提供的一种一体化核酸提取、扩增及检测系统包含用于装载、旋转和从底部对双面盘式反应盒施加作用的驱动控制载台4a，以及一个从顶部对同一反应盒施加作用的顶部控制组件3a。驱动控制载台4a与顶部控制组件3a由连接组件相连。

在某些实施方式中，所述连接组件为水平移动组件，所述水平移动组件包括水平设置的丝杠驱动结构13a及导轨14a，所述驱动控制载台4a在丝杠驱动结构13a的驱动下沿导轨14a在顶部控制组件3a的正下方及侧方之间平移。

在某些实施方式中，所述连接组件为垂直移动组件，所述垂直移动组件包括垂直设置的丝杠驱动结构及导轨，所述顶部控制组件在丝杠驱动结构的驱动下沿导轨靠近或远离驱动控制载台。

在某些实施方式中，所述连接组件为翻转组件，所述翻转组件包括位于顶部控制组件和驱动控制载台之间的铰接结构以及驱动电机；所述顶部控制组件在驱动电机的驱动下绕铰接结构翻转。

本实用新型提供的一种一体化核酸提取、扩增及检测系统，其驱动控制载台4a与顶部控制组件3a上安装有垂直作用于双面盘式反应盒的执行器件，包电机组件、压紧组件、温控组件、开关器件、检测组件及驱动组件等。

所述电机组件包括位于驱动控制载台4a上的旋转电机10a，所述旋转电机10a的旋转轴与双面盘式反应盒圆心处的旋转固定卡槽2对应，可以将反应盒固定在旋转轴的卡位上。

在某些实施方式中，所述旋转轴的横截面可以为圆形，也可以是不规则形状，具有导向性，这将使反应盒只能以特定的方向、角度加载在旋转轴的卡位上。

在某些实施方式中，所述旋转轴上设有螺纹，用于加载、固定反应盒。此外，可以在旋转轴上用螺母加紧固定反应盒，使其可以跟随离心电机高速旋转。

旋转电机10a可以带动所加载的反应盒5a旋转定位、单向或往复旋转，高速离心以驱动液体流动或使腔体内液体混匀，本系统可以调控旋转的时间、角度及转速。

在某些实施方式中，本系统可以控制旋转电机10a单向旋转，带动所加载的反应盒5a旋转任意角度，使反应盒5a的腔体、流道、阀门等定位在驱动控制载台4a或顶部控制组件3a对其进行外部操作所需的相应位置。

在某些实施方式中，本系统可以控制旋转电机10a往复旋转，使反应盒5a的腔体内的液体快速、充分混匀；也可以使反应盒5a的PCR腔室在不同的PCR温区控制单元之间快速来回转移,以实现核酸快速扩增。

在某些实施方式中，本系统可以控制旋转电机10a高速旋转，高速旋转产生的离心力可以驱动反应盒5a内液体的流动。在合适的转速下，无论腔体以及腔体之间的流道分布在反应盒5a的正面还是反面，反应盒5a单向高速旋转产生的离心力可以驱动液体从距离反应盒5a中心近的腔体流向距离反应盒5a中心远的腔体。

旋转电机10a的转速可以动态调节，转速大小为2000rpm～10000rpm。调节转速的快慢可以控制反应盒5a内液体在流道中流动、及流经某个腔室的速度快慢。在进行柱膜法核酸提取纯化时调节核酸吸附、洗涤和洗脱的效率，获得最佳的核酸得率和纯度。

所述压紧组件位于顶部控制组件上，用于反应盒5a的压紧；在某些实施方式中，所述压紧组件包括至少三个在圆周上等间距分布的压柱，系统可以控制压柱同时向下压紧反应盒5a，使其固定在定位位置，驱动控制载台4a和顶部控制组件3a的其他执行器件向反应盒5a施加作用以进行相应操作。

在某些实施方式中，当各执行器件按流程完成操作后，系统可以控制压柱同时向上收回，释放反应盒5a继续其他操作流程。

所述开关器件用于打开或封闭反应盒内的各种开关。在某些实施方式中，所述开关器件可以是用于打开或封闭反应盒内阀门的顶杆，也可以是刺破反应盒内薄膜阀门的刺破针，也可以是封闭反应盒内加样口、薄膜阀门或者流道的热封焊接头。

在某些实施方式中，所述顶杆、刺破针的表面可以为平面结构或突起的立体结构，其横截面可以为圆形、方形等，也可以为不规则形状。本系统可以控制单个或一次性同时控制多个顶杆或刺破头进行流道导通操作，以实现反应盒一个或多个阀门、流道的同时导通。

在某些实施方式中，热封焊接头表面可以为平面结构或突起的立体结构，其横截面可以为圆形、方形、扇形、马蹄形等，也可以为不规则形状；一个热封焊接头可以拥有一个或多个焊接位，针对反应盒上的一个或多个点、一个或多个区域进行焊接操作。本系统可以控制单个热封焊接头或一次性同时控制多个热封焊接头，用于高温焊接反应盒的对应位置，同时，本系统可以调控焊接模块的焊接时间及温度。

所述温控组件包括两组或多组PCR温区控制单元，每组PCR温区控制单元包括两个相对安装在顶部控制组件和驱动控制载台的温控模块，两个温控模块的控制温度相同，形成反应盒内PCR反应所需的温区，不同PCR温区控制单元的控制温度不同。

在某些实施方式中，上下两个温度控制模块由系统控制可以夹紧双面盘式反应盒的PCR反应腔区域，提供逆转录或PCR扩增所需的温度，能够在反应盒正反两面同时进行同一温度的区域控制。

在某些实施方式中，本系统设置有两组或多组PCR温区控制单元，反应盒5a的扩增腔室在旋转电机11a的带动下，能够在不同温区控制单元中快速来回转移，满足PCR扩增所需的温度需求，实现核酸的快速扩增反应。

所述驱动组件至少有两个，分别安装于顶部控制组件3a和驱动控制载台4a上，实现压紧组件、温控组件、加热器件、开关器件、检测组件的下压或上抬。

在某些实施方式中，所述驱动组件包括平移结构和凸轮结构；所述平移结构用于将凸轮结构移动至实施工作的执行器件的驱动端；所述凸轮结构用于驱动相应的执行器件下压或上抬。

在某些实施方式中，所述驱动组件可以用于驱动每组温区控制单元的上下两个温控模块夹紧反应盒的PCR反应腔区域；

在某些实施方式中，所述驱动控制载台4a和顶部控制组件3a的执行器件上设置有弹簧结构，所述弹簧结构能够使执行器件在凸轮作用下上抬或下压，保证执行器件与反应盒的充分接触(如充分顶压、刺破、焊接、加热、磁吸)，同时避免执行器件的弯折或破损。

本实用新型提供的一种一体化核酸提取、扩增及检测系统，其驱动控制载台与顶部控制组件上还设置有加热器件和/或磁吸器件等执行器件，用于实现柱膜法或磁珠法核酸提取流程。

所述加热器件用于反应盒内核酸提取纯化过程中的裂解液、洗脱液的加热。所述加热器件可以在系统控制下开启、关闭、调节加热的温度、时间及升降温速率。

在某些实施方式中，加热器件的表面可以为平面结构或突起的立体结构，其横截面可以为圆形、方形、扇形、马蹄形等，也可以为不规则形状；加热器件可以在驱动组件的作用下紧贴在反应盒相应腔室的表面，快速提供核酸提取过程中裂解纯化等步骤所需的加热温度。

所述磁吸组件用于磁珠法提取过程中的磁珠吸附操作。所述磁吸器件，可以在系统控制下开启、关闭、调节磁吸的强度及时间。在某些实施方式中，磁吸器件可以驱动组件的作用下紧贴在反应盒相应腔室的表面，快速实现反应盒内磁珠的吸附、转移或释放。

下面将结合本实用新型一个实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行的描述。

如图7、图8、图9和图10所示，顶部控制组件通过左侧板2a及右侧板(右侧板未显示)固定在仪器基座1a上，驱动控制载台4a通过导轨14a连接到仪器左侧板2a及右侧板上。顶部控制组件3a上设置有第一压柱6a、第二压柱6b、第二压柱6c、第一顶杆7a、第二顶杆7b、第二顶杆7c及第一热封焊接头8a、两个PCR反应温区控制单元的第一上温控模块9a上及第二上温控模块9b上，其中第二上温控模块9b上上安装有第一光纤探头12a、第二光纤探头12b、第三光纤探头12c、第四光纤探头12d及第五光纤探头12e；驱动控制载台4a上设置有第四顶杆7d、第二热封焊接头8b、第三热封焊接头8c、一个旋转电机10a、一个加热器件11a、两个PCR反应温区控制单元的第一下温控模块9a下及第二下温控模块9b下。

本实施列中,液体样本从反应盒顶部的加样口添加后,反应盒的加样口将被密封，形成封闭的体系。之后本实用新型的各个行器件将在系统程序的控制下,进行柱膜法核酸提取纯化流程，所获得的核酸提取产物将在系统离心力的驱动下流入分布在反应盒最外圈的多个预封装冻干试剂的PCR反应腔,并在系统程序的控制下,最终实现核酸快速PCR扩增及检测。

开始运行前，本实用新型系统控制驱动控制载台运动至加载位置，将已经添加过样本的双面盘式反应盘加载到驱动控制载台上，如图7所示。随后驱动控制载台运动至运行位置，旋转电机10a带动双面盘式反应盒5a旋转，使其加样口与顶部控制组件3a上第一热封焊接头8a相对应，系统控制第一压柱6a、第二压柱6b、第三压柱6c同时向下压紧反应盒5a，使其固定在定位位置，系统控制第一热封焊接头8a下压从反应盒顶部将加样口密封，系统控制第一压柱6a、第二压柱6b、第三压柱6c同时向上收回释放反应盒。

反应盒加样口密封后，系统将开始进行核酸提取流程，反应盒中所添加的样本将被裂解、样本中的核酸将被捕获、洗涤、洗脱。在此过程中，反应盒流道的开启是由旋转电机10a带动双面盘式反应盒5a旋转，使反应盒的相应流道与顶部控制组件上的第一顶杆7a、第二顶杆7b或第三顶杆7c相对应，系统控制第一压柱6a、第二压柱6b、第三压柱6c同时向下压紧反应盒5a，使其固定；系统控制第一顶杆7a、第二顶杆7b或第三顶杆7c下压打开反应盒的相应流道上的阀门；相应流道开启后，系统控制第一压柱6a、第二压柱6b、第三压柱6c同时向上收回释放反应盒。反应盒流道内的液体流动是由旋转电机10a带动双面盘式反应盒5a旋转高速离心旋转驱动完成的。反应盒内液体经流道转移至相应腔室后，各个腔室内的液体混匀是由旋转电机10a带动双面盘式反应盒5a往复旋转完成的。核酸提取过程中裂解和洗脱两个步骤过程中所需的加热温度，由旋转电机10a带动双面盘式反应盒5a旋转，使其相应腔室与驱动控制载台4a上的加热器件11a相对应，系统控制第一压柱6a、第二压柱6b、第三压柱6c同时向下压紧反应盒5a，使其固定；系统控制顶杆加热器件11a下压紧贴反应盒的相应腔室进行加热；加热完成后，系统控制第一压柱6a、第二压柱6b、第三压柱6c同时向上收回释放反应盒。核酸提取过程中产生的废液将由废液流道被离心进入废液腔。

核酸提取过程结束后，旋转电机10a带动双面盘式反应盒5a旋转，使其废液流道与驱动控制载台4a上第二热封焊接头8b相对应，系统控制第一压柱6a、第二压柱6b、第三压柱6c同时向下压紧反应盒5a，使其固定在定位位置，第二热封焊接头8b上抬从反应盒底部将废液流道封闭，系统控制第一压柱6a、第二压柱6b、第三压柱6c同时向上收回释放反应盒。随后，旋转电机10a带动双面盘式反应盒5a旋转，使PCR反应腔流道与驱动控制载台4a的第四顶杆7d相对应，系统控制第一压柱6a、第二压柱6b、第三压柱6c同时向下压紧反应盒5a，使其固定在定位位置，系统控制第四顶杆7d上抬打开反应盒的PCR反应腔流道上的阀门，开启PCR反应腔流道，系统控制第一压柱6a、第二压柱6b、第三压柱6c同时向上收回释放反应盒。旋转电机10a带动双面盘式反应盒5a高速离心旋转，驱动核酸提取产物经PCR反应腔流道流入PCR反应腔，旋转电机10a带动双面盘式反应盒5a旋转，使PCR反应腔流道与驱动控制载台4a上的第三热封焊接头8c相对应，系统控制第一压柱6a、第二压柱6b、第三压柱6c同时向下压紧反应盒5a，使其固定在定位位置，第三热封焊接头8c上抬从反应盒底部将PCR反应腔流道封闭，系统控制第一压柱6a、第二压柱6b、第三压柱6c同时向上收回释放反应盒。

PCR反应腔流道封闭后，系统将开始进行核酸快速PCR扩增及检测流程，旋转电机10a带动双面盘式反应盒5a往复旋转完成PCR反应腔内的液体与封装的干粉试剂的混匀；混匀后，旋转电机10a带动双面盘式反应盒5a在第一PCR反应温区控制单元9a及第二PCR反应温区控制单元9b之间来回快速移动，以进行PCR扩增。如图10a所示，当双面盘式反应盒5a的PCR反应腔在旋转电机10a的带动下移动至第一PCR反应温区控制单元9a时，第一PCR反应温区控制单元9a的第一上温控模块9a上及第一下温控模块9a下能够将PCR反应腔夹紧并进行温度控制；如图10b所示，当双面盘式反应盒5a的PCR反应腔在旋转电机10a的带动下移动至第二PCR反应温区控制单元9b时，第二PCR反应温区控制单元9b的第二上温控模块9b上及第二下温控模块9b下能够将PCR反应腔夹紧并进行温度控制，同时，第二上温控模块9b上上安装的五个光纤探头15a能够对PCR反应进行多路荧光检测，实现核酸的快速扩增及检测。

上述全部过程中，旋转电机10a的转速可以根据实验需求进行动态调节。图11表示本实用新型旋转电机10a转速曲线动态调节示例，其中f1、f2为不同频率，a1、a2为不同的幅值。所述驱动控制载台旋转电机安装有编码盘，可对双面盘式反应盒的绝对位置和转速进行负反馈控制。所述反应盒的转速可达2000～10000转/分钟,其转速控制的速度曲线可以是三角波、锯齿波、正弦波或者抛物线等，转速曲线的频率和幅值可以动态调节，进而实现反应盒中不同腔体内不同体积液体的快速混合。

上述全部过程中，本实用新型系统顶部控制组件和驱动控制载台上的各个执行器件，需要在驱动组件的作用下上抬或下压。图12a、图12b表示本实用新型系统顶部控制组件上驱动组件一个具体实施例，驱动组件包括由连接轴S3连接的旋转结构和凸轮结构，旋转结构包括第一电机S1、齿轮S2及连接轴S3；凸轮结构包括第二电机S4、凸轮S5及安装架S6。安装架S6用于凸轮S5及第二电机S4的安装，安装架S6与连接轴S3的另一端固定连接，第一电机S1带动齿轮S2和所连接的连接轴S3水平旋转至需要实施作用的执行器件上方，第二电机S4带动所连接的凸轮S5逆时针轴向旋转，凸轮S5的特殊架构在旋转过程中将所对应的执行器件下压，以实现其相应的具体操作。

图13a,13b,13c,为本实用新型系统热封焊接头的一些具体实施列。如图13a所示，该实施例为安装在顶部控制组件上的一个U形热封焊接头，U形热封焊接头包括端面设置U字凸起的焊头8a1、焊接座8a2、弹簧复位结构8a3及压板组件8a4，所述焊头8a1通过弹簧复位结构8a3安装于焊接座上8a2，所述压板组件8a4与焊头8a1固定连接用于将驱动组件的驱动力传递给焊头8a1，该热封焊接头可以在凸轮的作用下下压，紧贴反应盒耗材的加样口区域进行焊接，将加样口密封。如图13b所示，该实施例为安装在驱动控制载台上的一个长条形热封焊接头，长条形热封焊接头的端面设置有条状凸起，可以由系统控制上抬并将反应盒上的相应流道封闭。如图13c所示，该实施例为安装在驱动控制载台上的一个热封焊接头，该热封焊接头具有五个焊接位点，可以由系统控制上抬，一次性同时焊接反应盒上五个对应的位点。