全自动基因分析设备和基因分析方法与流程

1.本发明涉及医疗检测技术领域，尤其是涉及一种全自动基因分析设备和基因分析方法。


背景技术：

2.在pcr检测等基因检测过程中，需要操作人员在完整的实验室中利用检测设备进行检测，检测所需空间较大，并且检测设备无法实现完全的自动化检测，整个检测过程需要大量人工介入，不仅操作过程较为繁琐，检测效率低下，而且容易出现人员误操作而影响检测结果。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种全自动基因分析设备，以解决现有检测设备所需检测空间大、浪费人力和检测效率低下等问题。
4.为解决上述技术问题，本发明首先提供了一种全自动基因分析设备，具体技术方案如下：
5.一种全自动基因分析设备，包括机体、第一取放装置、第二取放装置、第一开关盖装置、第二开关盖装置、样本架、耗材架、pcr检测装置、离心传输装置和核酸纯化模块；所述机体包括核酸纯化区、pcr检测区和pcr缓冲区；所述第一取放装置、所述第一开关盖装置、所述样本架、所述耗材架和所述核酸纯化模块均安装在所述核酸纯化区内，其中，所述第一取放装置可移动至所述核酸纯化模块、所述样本架、所述耗材架、第一开关盖装置和所述离心传输装置，并进行样本管或pcr管的取放，或者进行移液操作；所述pcr检测装置和所述第二取放装置均安装在所述pcr检测区内，所述第二取放装置可移动至所述离心传输装置和所述pcr检测装置，并进行pcr管的取放；所述离心传输装置和所述第二开关盖装置均安装在所述pcr缓冲区内，所述离心传输装置一部分位于所述核酸纯化区内，另一部分位于所述pcr检测区内，所述离心传输装置的转动可带动其上的pcr管移动至所述核酸纯化区或所述pcr检测区内。
6.进一步的，所述pcr缓冲区横跨所述核酸纯化区和所述pcr检测区设置，所述pcr缓冲区为一密封腔室，所述密封腔室设有位于所述核酸纯化区内的第一开口和位于所述pcr检测区内的第二开口；所述第一开口设有开闭其的第一门体，所述第二开口设有开闭其的第二门体；所述离心传输装置和所述第二开关盖装置均位于在所述密封腔室内，并位于所述第一开口和所述第二开口下方。
7.进一步的，还包括负压吸取装置和空气处理装置，所述负压吸取装置分别与所述pcr检测区和所述空气处理装置相连通，所述空气处理装置与外界大气连通，所述负压吸取装置的负压作用可使得所述核酸纯化区的气压大于所述pcr缓冲区，所述pcr缓冲区的气压大于所述pcr检测区。
8.进一步的，所述空气处理装置包括空气过滤器、试剂溶液过滤器和排气管，所述负
压吸取装置、所述空气过滤器、所述试剂溶液过滤器和所述排气管依次连通。
9.进一步的，所述密封腔室和所述pcr检测区之间设有单向阀，以使得气流由所述密封腔室向所述pcr检测区单向流通。
10.进一步的，所述第一取放装置包括相连接的运动机构和第一夹取机构，所述运动机构用于带动所述第一夹取机构平移和升降；所述第一夹取机构包括两个夹臂，各所述夹臂均设有第一夹取结构和第二夹取结构，两个所述第一夹取结构相配合形成第一夹取部，两个所述第二夹取结构相配合形成第二夹取部。
11.进一步的，所述第一夹取结构为开设在所述夹臂内侧的圆弧槽，和/或，所述第二夹取结构为设置在所述夹臂下端的夹块。
12.进一步的，所述第一取放装置还包括移液器，所述移液器用于取吸头后进行移液操作。
13.进一步的，所述pcr检测装置包括多个pcr检测机构，多个所述pcr检测机构沿预设方向依次布设，所述第二取放装置用于将pcr管依次放入至多个所述pcr检测机构，各pcr检测机构的孔位装满pcr管后即进行检测。
14.另外，本发明还提供了一种应用上述设备的基因分析方法，包括以下步骤：
15.s1
‑
核酸提取：第一取放装置将样本架上的样本管转移至第一开关盖装置，以通过第一开关装置开启样本管盖，随后取耗材架上的第一吸头，使第一吸头吸取样本管中的样本，并将第一吸头吸取后的样本置于核酸纯化模块进行核酸提取；
16.s2
‑
pcr体系构建：第一取放装置将耗材架上的pcr管转移至离心传输装置，并通过第二开关盖装置开启pcr管盖，随后第一取放装置夹取耗材架上的第二吸头，使第二吸头吸取试剂后将试剂加入到pcr管中，随后夹取耗材架上的第三吸头，使第三吸头吸取核酸纯化模块内提取的基因试样，并将基因试样加入到pcr管中；
17.s3
‑
离心处理：通过第二开关盖装置关闭pcr管盖，随后离心传输装置对pcr管进行旋转离心处理，并将离心处理后的pcr管转移至pcr检测区；
18.s4
‑
pcr检测：第二取放装置将位于pcr检测区内的pcr管转移至pcr检测装置进行检测。
19.根据本发明提供的全自动基因分析设备和基因分析方法，利用第一取放装置进行样本管或pcr管的取放，或者进行移液操作，利用开关盖装置自动开关盖，进而可以实现基因的自动纯化和提取，实现了pcr体系的自动构建，利用离心转移装置实现了pcr管的自动转移和离心操作，实现一体多用，利用第二取放装置和pcr检测装置实现了pcr检测步骤的自动进行，整个过程无需人工介入，不仅提高了检测效率，确保了检测准确度，而且简化了所需实验设备，降低了检测所用空间。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
21.图1为本发明实施例提供的全自动基因分析设备的俯视图；
22.图2为本发明实施例提供的全自动基因分析设备的侧视图；
23.图3为本发明实施例提供的全自动基因分析设备的部分结构示意图(一)；
24.图4为本发明实施例提供的全自动基因分析设备的部分结构示意图(二)；
25.图5为本发明实施例提供的全自动基因分析设备的离心传输装置及部分密封腔室的结构示意图；
26.图6为本发明实施例提供的全自动基因分析设备的离心传输装置和第二开关盖装置的结构示意图；
27.图7为本发明实施例提供的全自动基因分析设备的第一取放装置的结构示意图；
28.图8为本发明实施例提供的全自动基因分析设备的第一夹取机构的结构示意图；
29.图9为本发明实施例提供的全自动基因分析设备的耗材架的结构示意图；
30.图10为本发明实施例提供的全自动基因分析设备的空气处理装置的结构示意图。
31.图标：
32.100
‑
机体；110
‑
核酸纯化区；120
‑
pcr检测区；130
‑
pcr缓冲区；131
‑
第一开口；132
‑
第二开口；
33.140
‑
备用耗材放置区；150
‑
废弃头收集区；160
‑
安装腔室；170
‑
导轨；180
‑
核酸纯化模块；
34.200
‑
第一取放装置；210
‑
运动机构；220
‑
第一夹取机构；230
‑
夹臂；231
‑
第一夹取结构；232
‑
第二夹取结构；
35.300
‑
第一开关盖装置；400
‑
第二开关盖装置；500
‑
样本架；600
‑
耗材架；700
‑
pcr检测装置；800
‑
离心传输装置；810
‑
转动圆盘；820
‑
安装组件；900
‑
样本管；1000
‑
pcr管；1100
‑
负压吸取装置；1200
‑
空气处理装置；1210
‑
空气过滤器；1220
‑
试剂溶液过滤器；1230
‑
排气管。
具体实施方式
36.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
37.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
39.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而
是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
40.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
42.基于背景技术中的描述可知，现有的基因检测所需空间大，无法实现完全的自动化检测，不仅浪费人力，检测效率低下，而且检测的准确度有待提高，有鉴于此，本实施例特提出一种全自动基因分析设备，旨在通过各个功能装置的联动来实现基因分析检测的完全自动化。
43.结合附图1、2、3和4所示，本实施例提供的一种全自动基因分析设备，包括机体100、第一取放装置200、第二取放装置(图中未示出)、第一开关盖装置300、第二开关盖装置400、样本架500、耗材架600、pcr检测装置700和离心传输装置800等功能装置，需要说明的是，本实施例的图1仅示出设备的上部结构的一部分，未示出本实施的第一取放装置200等部分。
44.其中，本实施例的机体100作为其他功能装置的安装基础，其可以是图示中类似于多层箱体形状的结构，亦可是其他结构形式，机体100的底部设有滚轮等行走机构，以便于整个设备的移动。本实施例的机体100上部通过隔板分隔成相互隔绝的核酸纯化区110和pcr检测区120，并且机体上设有横跨核酸纯化区110和pcr检测区120的pcr缓冲区，其中本实施的核酸纯化区110内设有核酸纯化模块180和模板缓存模块，核酸纯化模块180用于放置试剂条(图中未示出)等核酸提取用具。本实施例的机体100下部设有备用耗材放置区140和废弃头收集区150，备用耗材放置区备用耗材放置区140用于放置备用耗材，废弃头收集区150用于存放检测过程中所用到的废气吸头。
45.本实施例的第一取放装置200、第一开关盖装置300、样本架500和耗材架600均安装在核酸纯化区110内，其中，本实施例的第一取放装置200可移动或者说是动作至核酸纯化模块180、样本架500、耗材架600、第一开关盖装置300和离心传输装置800，并进行样本管900等检测用物件的取放，该检测用物件包括样本管900、pcr管1000和各类吸头等。本实施例的第一开关盖装置300用于打开或关闭样本管900的管盖，本实施例的样本架500用于存放样本管900，本实施例的耗材架600用于存放pcr管1000、试剂以及各类吸头等。
46.本实施例的pcr检测装置700和第二取放装置均安装在pcr检测区120内，其中，本实施例的第二取放装置可移动至离心传输装置800和pcr检测装置700，并进行pcr管的取放，其功能与结构本实施例的第一取放装置200相近。
47.本实施例的离心传输装置800一部分位于核酸纯化区110内，另一部分位于pcr检测区120内，离心传输装置800用于对pcr管1000进行离心处理，并且还可以利用离心传输装置800的位置特点和结构特点，使得离心传输装置800的转动可带动其上的pcr管1000由核酸纯化区110移动至pcr检测区120内，进而简化了结构，集合了离心和转移功能。
48.结合附图5和附图6所示，本实施例的离心传输装置800的结构包括一个转动圆盘810和多个铰装在转动圆盘810边缘附近的多个安装组件820，安装组件820用于固定和盛放pcr管1000，在转动圆盘810的离心转动过程中，由于安装组件820可以在离心力的作用下进一步的发生离心旋转，进而能够提高对pcr管1000的离心效率和离心效果。
49.应用本实施例的全自动基因分析设备的具体方法包括核酸提取、pcr体系构建、离心处理和pcr检测等具体步骤，其中，本实施例的核酸提取步骤包括：第一取放装置200将样本架500上的样本管900转移至第一开关盖装置300，以通过第一开关装置开启样本管盖，随后夹取耗材架600上的第一吸头，使第一吸头吸取样本管900中的样本，并将第一吸头吸取后的样本置于核酸纯化模块180进行核酸提取。
50.本实施例的s2
‑
pcr体系构建步骤包括：第一取放装置200将耗材架600上的pcr管1000转移至离心传输装置800，并通过第二开关盖装置400开启pcr管盖，随后第一取放装置200取耗材架600上的第二吸头，使第二吸头吸取试剂后将试剂加入到pcr管1000中，随后取耗材架600上的第三吸头，使第三吸头吸取核酸纯化模块180内提取的基因试样，并将基因试样加入到pcr管1000中。
51.本实施例的离心处理步骤包括：通过第二开关盖装置400关闭pcr管盖，随后离心传输装置800对pcr管1000进行旋转离心处理，并将离心处理后的pcr管1000转移至pcr检测区120。
52.本实施例的pcr检测步骤包括：第二取放装置将位于pcr检测区120内的pcr管1000转移至pcr检测装置700进行检测。
53.上述步骤具体而言，需要在全自动基因分析设备工作之前，将装有样本的样本管900放置在样本架500上，在具体工作时，首先通过第一取放装置200抓取样本架500上的样本管900至第一开关盖装置300进行开盖操作，样本管900开盖后，本实施例的第一取放装置200移动至耗材架600的吸头区取第一吸头，然后再次移动到第一开关盖装置300中打开盖的样本管900上，利用第一吸头吸取样本管900中的样本，然后移动到核酸纯化模块180的试剂条中上方，将第一吸头中吸取的样本滴到试剂条中，随后将第一吸头丢弃至废气头收集区。完成上述步骤后，第一开关盖装置300将样本管盖再次盖上，然后第一取放装置200的将第一开关盖装置300关闭样本管盖的样本管900再次放置回样本架500。
54.在上述核酸纯化模块180的试剂条进行核酸提取的同时，本实施例的第一取放装置200抓取耗材架600中pcr管区的pcr管1000至离心传输装置800，并且通过第二开关盖装置400打开pcr管盖，然后第一取放装置200再次移动至耗材架600取第二吸头，然后在耗材架600的试剂区吸取试剂后加到离心传输模装置上开盖的pcr管1000中，之后将第二吸头丢弃。
55.在本实施例的核酸纯化模块180完成核酸提取后，第一取放装置200再移动至耗材架600上取第三吸头，然后移动到核酸纯化模块180吸取适量提取后的dna或rna模板加到离心传输装置800上的已加入试剂的开盖的pcr管1000中，之后将第三吸头丢弃，或者在第一取放装置200取第三吸头后直接移动到核酸纯化模块180，将核酸纯化模块180提取后的dna或rna模板全部吸取出来，然后将一部分适量的dna或rna模板加入到已加入试剂的打开盖的pcr管1000中后，剩余的dna或rna模板转移到模板缓存区的模板缓存管中，用于以后备用；随后第二开关盖装置400将pcr管盖好。
56.完成上述步骤后，离心传输模块进行旋转离心，将pcr管1000内的试剂和dna、rna模板离心到试管底部；在pcr管1000离心完成后，本实施例的离心传输装置800转动一定角度，其上的pcr管1000传递到pcr检测区120。
57.最后，pcr检测区120内的第二取放装置将离心传输装置800上被传递到pcr检测区120内的pcr管1000移动至pcr检测装置700,pcr检测装置700包含多个pcr检测机构，多个所述pcr检测机构沿预设方向依次布设，第二取放装置将pcr管1000依次放入至多个pcr检测机构，在先的pcr检测机构的孔位装满pcr管1000后即进行检测，同时本实施例的第二取放装置继续在离心传输装置800和pcr检测装置700之间进行取放作业，两部分工作同时进行，从而提高了工作效率；当其中一个pcr检测机构检测完成之后，第二取放装置将检测后的pcr管1000丢弃至pcr废料桶(图中未示出)。
58.基于上述结构，为了避免pcr检测区120的气溶胶由pcr缓冲区130进入到核酸纯化区110，本实施例对两者之间的pcr缓冲区130做出密封处理，将pcr缓冲区130设计成一个密封腔室，第二开关盖装置400和离心传输装置800均位于该密封腔室内，密封腔室设有位于核酸纯化区110内的第一开口131和位于pcr检测区120内的第二开口132；第一开口131设有开闭其的第一门体(图中未示出)，第二开口132设有开闭其的第二门体(图中未示出)，在设备的控制系统控制下，本实施例的第一门体打开时，本实施例的第二门体关闭，本实施例的第一门体关闭时，本实施例的第二门体打开，确保核酸纯化区110和pcr检测区120相对密封。相应地，为了实现pcr管1000的转移和开盖，本实施例的离心传输装置800和第二开关盖装置400均安装在密封腔室内，第二开关盖装置400用于对离心传输装置800上的pcr管1000进行开关盖操作，并且本实施例的离心传输装置800的转动圆盘810位于第一开口131和第二开口132下方，以使得其上的pcr管1000能够在转动下移动至第一开口131和第二开口132下方，以便于第一取放装置200和第二取放装置进行取放作业。
59.另外，为了进一步提高封闭效果，避免pcr检测区120内的气溶胶进入核酸纯化区110，本实施例的机体100下部设有安装腔室160，该安装腔室160内安装有负压吸取装置1100和空气处理装置1200，其中，负压吸取装置1100分别与pcr检测区120和空气处理装置1200相连通，空气处理装置1200与外界大气连通，本实施例还在密封腔室和pcr检测区120之间设有单向阀(图中未示出)，以使得气流只能由密封腔室向pcr检测区120单向流通。当设备正常运行时，负压吸取装置1100一直在运转，将pcr检测区120内的气体抽出，并且由于单向阀的作用，从而使得pcr缓冲区130内的部分气体流入到pcr检测区120，进而使得pcr缓冲区130和pcr检测区120保持一定的压差，并且使得核酸纯化区110的气压＞pcr缓冲区130的气压＞pcr检测区120的气压。由于核酸纯化区110的气压大于pcr缓冲区130的气压，从而使得第一开门131在打开时，气体由核酸纯化区110流入pcr缓冲区130，而不能反向流动，当第二开门132打开时，pcr缓冲区130的气体流入到pcr检测区120，而不能反向流动，从而防止气溶胶由pcr检测区120扩散到核酸纯化区110，避免对核酸纯化区110造成污染。
60.结合附图10所示，本实施例还对空气处理装置1200的结构做出优化，空气处理装置1200包括空气过滤器1210、试剂溶液过滤器1220和排气管1230，负压吸取装置1100、空气过滤器1210、试剂溶液过滤器1220和排气管1230依次连通，由负压吸取装置1100吸取pcr检测区120内的空气后，本实施例的空气过滤器1210和试剂溶液过滤器1220对空气进行双重过滤，确保了过滤效果，过滤后的气体直接由排气管1230排出，避免了空气污染。
61.结合附图7和8所示，本实施例的第一取放装置200包括相连接的运动机构210和第一夹取机构220，运动机构210用于带动第一夹取机构220平移和升降；为了实现本实施例的运动机构210能够移动至所需的位置，本实施例将其设计为可以沿着三个互相垂直的方向移动，由于此种移动结构属于现有结构，因此本实施例不对第一取放装置200的移动方式做出过多描述。
62.本实施例的第一取放装置200主要改进结构在于第一夹取机构220，本实施例的第一夹取机构220包括两个夹臂230，各夹臂230均设有第一夹取结构231和第二夹取结构232，两个第一夹取结构231相配合形成第一夹取部，两个第二夹取结构232相配合形成第二夹取部。
63.具体的，该第一夹取结构231为开设在夹臂230内侧的圆弧槽，该第二夹取结构232为设置在夹臂230下端的夹块，通过两个圆弧槽能够形成一个夹持环，以夹持样本管900，通过两个夹块之间的配合能够实现对pcr管1000的夹持，进而实现了一个第一夹取机构220的双重夹持功能。
64.另外，为了对上述各吸头进行拾取、取液和排液，本实施例的第一取放装置200还包括移液器(图中未示出)，本实施例的移液器可以在取吸头后进行取液和排液等移液操作，即本发明的第一取放装置200中除了可以实现双重夹持功能之外，还集成了移液器可以进行移液操作，从而，一方面，实现了一体多用、简化了设备的结构，另一方面，保障了设备的全自动化运行。
65.另外，结合附图9所示，本实施例还对耗材架600的结构做出改进，在机体100上设有导轨170，本实施例的耗材架600滑动安装在导轨170上，耗材架600形成抽屉式结构，以便于更换耗材，并且优选的，本实施例的耗材架600上设有冷藏模块，确保了其上各类试剂的化学稳定性。
66.综上所述，根据本实施例提供的全自动基因分析设备和设备的应用方法，在实现自动化检测的同时，实现一体多用，整个过程无需人工介入，不仅提高了检测效率，确保了检测准确度，而且简化了所需实验设备，降低了检测所用空间。
67.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。