专利名称：聚合酶链式反应扩增全自动工作站的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及生物医学及遗传基因领域的聚合酶链式反应(PCR)扩增与变性， 特别是样本DNA模板提取后的一种聚合酶链式反应扩增的全自动工作平台。
背景技术：
本实用新型是在聚合酶链式反应扩增的复杂的人工操作流程上发展而来的。目前，聚合酶链式反应扩增技术已广泛应用于生物和医学的各个领域，其中包括生命科学研究、生化分析、临床诊断、药物分析、法医鉴定和疫情快速检验等各个领域，特别是从基因组 DNA和cDNA直接克隆目的基因，体外诱变和DNA工程，对法医样品进行遗传指纹鉴定，传染病源的分析，遗传疾病的产前诊断，基因的等位序列变异分析，RNA转录物结构的分析，基因组足迹分析以及对基因组DNA和cDNA进行直接核苷酸序列测定等操作流程中，聚合酶链式反应扩增是不可或缺的组成部分。但是目前国内在聚合酶链式反应扩增方面，主要的流程还是完全由人工在聚合酶链式反应扩增仪、采样设备、恒温水浴设备等几个设备之间来回操作来得以实现。这不仅使得操作繁琐，而且容易受到人的主观因素、外在环境因素影响， 可靠性和均一差，效率低。
实用新型内容为了更加准确、快速地完成样本检测前DNA的聚合酶链式反应扩增，减少人为因素与环境因素的影响，本实用新型把点样、混勻、聚合酶链式反应扩增反应、恒温反应等技术进行了综合，并对流程进行优化和智能化，从而提供一种灵敏、准确、快速并且提高了扩增的质量以及稳定和一致性的新型仪器设备。本实用新型的聚合酶链式反应扩增全自动工作站包括控制系统；恒温恒湿系统，所述恒温恒湿系统包括恒温恒湿发生器、进风管道、密封箱体、传感器和排风扇，所述控制系统根据传感器所检测到的密封箱体内的温度和湿度以及使用者设定的温度和湿度，控制所述恒温恒湿发生器和所述排风扇的操作，以使所述密封箱体内的温度和湿度与使用者设定的温度和湿度相一致；精密柱塞泵点样系统，所述精密柱塞泵点样系统包括用以混合试剂的样品试管、用以储备所需试剂的试剂试管、用以清洗及吹干点样针的清洗盒、用以为点样提供三轴联动动作的机械手、用以完成点样针快速升降动作的气缸、用以点样试剂的点样针、用以吸取试剂的柱塞泵和用以提供负压以完成反向吹干点样针的真空泵，其中，所述控制系统控制机械手带动气缸和点样针完成吸取试剂、将试剂加入到样品中的操作；聚合酶链式反应扩增仪装置，所述聚合酶链式反应扩增仪装置在控制系统的控制下对样品进行聚合酶链式反应扩增；恒温水浴系统，所述恒温水浴系统用以对试剂和样本以及扩增产物提供保护；以及，样品盒平移系统，所述样品盒平移系统用于对经过聚合酶链式反应扩增的成品自动输送到所述工作站的外部。优选地，所述精密柱塞泵点样系统还包括清洗和干燥所述点样针的清洗维护装置。[0006]优选地，所述工作站还包括由机械手带动的设置有用于夹持试管的试管夹的夹持气缸。优选地，所述工作站还包括由机械手带动的能够吸附聚合酶链式反应扩增仪装置的盖子的吸附部件。本实用新型的聚合酶链式反应扩增全自动工作站使整个流程不依赖人为操作，从而解决了现有聚合酶链式反应扩增仪功能简单、操作复杂、劳动强度大、容易失误等问题。
以下结合附图及对本实用新型的具体实施方式
进行详细描述，其中
图1示出了本实用新型的聚合酶链式反应扩增全自动工作站的系统原理框图；图2示出了本实用新型的聚合酶链式反应扩增全自动工作站的总体结构图；图3示出了本实用新型的聚合酶链式反应扩增全自动工作站的恒温恒湿系统的结构图；图4示出了本实用新型的聚合酶链式反应扩增全自动工作站的精密柱塞泵点样系统的结构图；图5示出了本实用新型的聚合酶链式反应扩增全自动工作站中使用的样品试管的结构图；图6示出了本实用新型的聚合酶链式反应扩增全自动工作站中使用的试剂试管的结构图；图7示出了本实用新型的聚合酶链式反应扩增全自动工作站中使用的气缸和点样针的结构图；图8示出了本实用新型的聚合酶链式反应扩增全自动工作站的聚合酶链式反应扩增与恒温水浴系统的结构图；图9示出了本实用新型的聚合酶链式反应扩增全自动工作站中使用的吸附部件的结构图；
图10示出了本实用新型的聚合酶链式反应扩增全自动工作站中使用的试管夹的结构图；
图11示出了本实用新型的聚合酶链式反应扩增全自动工作站中使用的聚合酶链式反应扩增仪的结构图；
图12示出了本实用新型的聚合酶链式反应扩增全自动工作站中使用的恒温水浴箱的结构图；
图13示出了本实用新型的聚合酶链式反应扩增全自动工作站的样品盒平移系统的结构图；
图14示出了本实用新型的聚合酶链式反应扩增全自动工作站中使用的样品试管架的结构图。
具体实施方式
参考附
图1-14，本实用新型的聚合酶链式反应扩增全自动工作站包括微电脑智能管理控制系统8、恒温恒湿系统3、精密柱塞泵点样系统4、聚合酶链式反应扩增仪装置5、恒温水浴系统6、样品盒平移系统7六大部分。微电脑智能管理控制系统8包括工作站主控板、电脑和仪器设备之间的通讯和消息管理软件，其中工作站主控板采用先进的ARM技术， 使得控制简单快捷。恒温恒湿系统3主要采用智能控制技术使得工作环境温度能够及时灵敏地到达工作所需的温度和湿度，从而保证样品制备和聚合酶链式反应扩增的稳定性和一致性，恒温恒湿系统3还包括一套稳定的通风系统，使得在实验中产生的空气不会进行交叉感染。精密柱塞泵点样系统4采用精密的注射器，并应用智能的控制系统，使得样本的分配准确，精密柱塞泵点样系统4还包括一套先进的清洗和维护系统，使得样品和试剂在采样分配时不会产生交叉感染。聚合酶链式反应扩增仪装置5是采用现有的聚合酶链式反应扩增仪，但对扩增仪进行了改进，使得聚合酶链式反应扩增仪能完美地兼容到本实用新型的聚合酶链式反应扩增自动工作站。恒温水浴系统6是对试剂和样本以及扩增产物进行保护的一套系统。样品盒平移系统7是对聚合酶链式反应处理完后的成品自动输送到聚合酶链式反应扩增全自动工作站外部，避免了人为因素对整个工作站的污染和干预。为了减少环境对聚合酶链式反应扩增工作的干扰，本实用新型的聚合酶链式反应扩增全自动工作站还设置有一套恒温恒湿系统3，如图3所示，恒温恒湿系统3由恒温恒湿发生器31、进风管道32、密封箱体33、传感器34、排风扇35五个部分组成。工作时，将密封箱体33的有机玻璃门关闭，使密封箱体33内成为一个相对密封的环境，温湿气体由温恒湿发生器31产生并通过进风管道32进入密封箱体33的内部，同时排风扇35开始工作，使得进入密封箱体33的温湿气体能够按照固定的方向流动，以防止可能由于风向不稳给工作带来的干扰。在密封箱体33的中部的合适位置安装有一个用以检测密封箱体33内的空气温度与湿度的传感器34，传感器34能够实时地给微电脑控制系统 8反馈密封箱体33内部的空气质量的信息，微电脑控制系统8通过传感器34所给出的信息，作出相应的判断，并实时调整恒温恒湿发生器31和排风扇35的工作状态，使得密封箱体33内的温度湿度保持最佳状态，从而达到减少环境因素对聚合酶链式反应扩增工作结果影响的目的。在本实用新型中，精密柱塞泵点样系统4包括如下零部件用以混合试剂的样品试管41、用以储备所需试剂的试剂试管42、用以清洗及吹干点样针的清洗盒43、用以为点样步骤提供三轴联动动作的机械手44、用以完成点样针快速升降动作的小型气缸45、用以点样试剂的点样针46、用以吸取试剂的柱塞泵、用以提供负压以完成反向吹干点样针的真空泵。柱塞泵和真空泵均安装于密封箱体33的底部机架内，柱塞泵通过两个微型聚四氟乙烯(PTFE)管道与两不锈钢点样针46相连，真空泵气路一端连接于清洗盒43底部的气路接口上。在样品试管41和试剂试管42的底部还布置有为样品和试剂提供低温度保证的温控系统，比如低温4°C，温控系统采用先进的半导体制冷和加热技术。点样针46采用不锈钢316序列材料，这种材料具有很好的耐强酸和强碱的功能， 并且点样针还具有探测试管液面的功能，使得在点样针46上附着的溶液最少，这利于点样针的清洗和维护。两个微型聚四氟乙烯管道内径可以为0. 8mm或0. 5mm。精密柱塞泵点样系统4通过微电脑控制系统8控制机械手44带动气缸45和点样针46移动到试剂试管42上方的准确位置，气缸45将点样针46伸入到一种试剂试管42液CN 201942671 U
说明书
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面以下的合适位置，柱塞泵47吸取定量试剂，吸取动作完成之后，气缸45将点样针46由试剂试管中提起，机械手44将气缸45和点样针46移动到样品试管41上方指定位置，气缸45 将点样针46伸入到样品试管41内部指定位置，柱塞泵47将点样针46所吸取的试剂添加到样品试管41中，此时点样动作完成一个循环。当一种试剂点样完成并将要进行下一种试剂点样的动作时，点样针46进行清洗处理，以避免试剂之间的交叉污染，在本实用新型的点样系统中整合了一种清洗装置即清洗盒43，清洗盒43包含两个型腔，即清洗腔和吹干腔。其中吹干腔与真空泵相连，点样针 46清洗完毕之后，机械手44将其置于与真空泵相连的型腔的两孔之中，真空泵开始工作， 形成负压，将点样针46进行吹干。重复上述动作，直到相应试剂添加混合完毕。准确完成样本DNA的聚合酶链式反应扩增是本实用新型的有一个关键步骤，当 DNA模板加入聚合酶链式反应体系后，混合溶液和试剂经摇勻和离心后，开始进行DNA样本的聚合酶链式反应扩增，即将装有混合试剂的样品试管41，转移至聚合酶链式反应扩增仪中，转移完毕后合上聚合酶链式反应扩增仪的盖子，防止气溶胶的扩散，接着利用聚合酶链式反应扩增仪设置三种不同的温度开始DNA样本的聚合酶链式反应扩增。下面详细描述具体操作过程。首先，通过微电脑控制系统8控制机械手44带动夹持气缸55等移动至聚合酶链式反应扩增仪正上方指定位置，移动机械手44至吸附部件56能够稳定吸住聚合酶链式反应仪箱体盖51。移动机械手44利用吸附部件56将聚合酶链式反应仪箱体盖51带离聚合酶链式反应扩增仪，并且移动机械手44将聚合酶链式反应仪箱体盖51移至指定放置位置， 打开吸附部件56将聚合酶链式反应仪箱体盖51放于指定位置。至此完成打开聚合酶链式反应仪箱体盖动作。然后，移动机械手44将夹持气缸55和试管夹57移至样品试管41上方指定位置， 控制夹持气缸阳和试管夹57将一排样品试管41从试管架提起，移动机械手44将夹持气缸55和试管夹57移至聚合酶链式反应扩增仪正上方指定，通过控制夹持气缸55和试管夹 57将所提起的一排样品试管41放置于聚合酶链式反应扩增仪内的试管架上，重复样品试管41的夹持、移动、放置等动作，将需要进行聚合酶链式反应扩增的试管样品全部移入聚合酶链式反应扩增仪中。之后，通过控制控制机械手44和吸附部件56将聚合酶链式反应仪箱体盖51由放置位置取回，并准确安装到聚合酶链式反应扩增仪上。上述动作完毕之后，微电脑控制系统8控制聚合酶链式反应扩增仪，开始DNA样品的聚合酶链式反应扩增。当DNA样品的聚合酶链式反应扩增完毕之后，进行DNA试样恒温水浴操作，由微电脑控制系统8控制机械手44、夹持气缸55、吸附部件56、试管夹57等完成类似打开聚合酶链式反应仪箱体盖51和移取样品试管41动作，并把试管41加入阳性对照流池内控品扩增产物和杂交缓冲液。将恒温水浴箱盖53打开、将样品试管41由试管平台移至恒温水浴箱M内部试管架上，盖好恒温水浴箱盖53，进行指定的恒温水浴操作。
图11示出了聚合酶链式反应扩增仪的结构，聚合酶链式反应扩增仪可以采用现有的产品。
图12示出了恒温水浴箱的结构，恒温水浴箱温度优选为92°C 士 1°C。
6[0041]DNA样品在聚合酶链式反应扩增和恒温水浴步骤完成以后，微电脑控制系统8控制机械手44带动吸附部件56将恒温水浴箱盖53打开，并且移放至指定位置。微电脑控制系统8控制机械手44带动夹持气缸55、试管夹57将扩增好的DNA样品试管41由恒温水浴箱54内转移至样品试管架61上，转移完毕之后，微电脑控制系统8发出移动指令，放置样品试管架61的放置台62沿轨道63移动至指定位置，移出密封箱体33，完成DNA的聚合酶链式反应扩增工作。另外，虽然已经参考附图中所示的特定实施例详细描述了本实用新型，但是对本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离由所附权利要求限定的本质和范围的前提下， 可以进行各种变化和修改以及使用等同物。
权利要求1.一种聚合酶链式反应扩增全自动工作站，其特征在于，所述工作站包括 控制系统；恒温恒湿系统，所述恒温恒湿系统包括恒温恒湿发生器、进风管道、密封箱体、传感器和排风扇，所述控制系统根据传感器所检测到的密封箱体内的温度和湿度以及使用者设定的温度和湿度，控制所述恒温恒湿发生器和所述排风扇的操作，以使所述密封箱体内的温度和湿度与使用者设定的温度和湿度相一致；精密柱塞泵点样系统，所述精密柱塞泵点样系统包括用以混合试剂的样品试管、用以储备所需试剂的试剂试管、用以清洗及吹干点样针的清洗盒、用以为点样提供三轴联动动作的机械手、用以完成点样针快速升降动作的气缸、用以点样试剂的点样针、用以吸取试剂的柱塞泵和用以提供负压以完成反向吹干点样针的真空泵，其中，所述控制系统控制机械手带动气缸和点样针完成吸取试剂、将试剂加入到样品中的操作；聚合酶链式反应扩增仪装置，所述聚合酶链式反应扩增仪装置在控制系统的控制下对样品进行聚合酶链式反应扩增；恒温水浴系统，所述恒温水浴系统用以对试剂和样本以及扩增产物提供保护；以及样品盒平移系统，所述样品盒平移系统用于对经过聚合酶链式反应扩增的成品自动输送到所述工作站的外部。
2.根据权利要求1所述的聚合酶链式反应扩增全自动工作站，其特征在于，所述精密柱塞泵点样系统还包括清洗和干燥所述点样针的清洗维护装置。
3.根据权利要求1所述的聚合酶链式反应扩增全自动工作站，其特征在于，所述工作站还包括由机械手带动的设置有用于夹持试管的试管夹的夹持气缸。
4.根据权利要求1所述的聚合酶链式反应扩增全自动工作站，其特征在于，所述工作站还包括由机械手带动的能够吸附聚合酶链式反应扩增仪装置的盖子的吸附部件。
专利摘要一种聚合酶链式反应扩增全自动工作站，其包括控制系统；恒温恒湿系统，所述控制系统根据传感器所检测到的密封箱体内的温度和湿度以及使用者设定的温度和湿度，控制所述恒温恒湿发生器和所述排风扇的操作，以使所述密封箱体内的温度和湿度与使用者设定的温度和湿度相一致；精密柱塞泵点样系统；聚合酶链式反应扩增仪装置，；恒温水浴系统，所述恒温水浴系统用以对试剂和样本以及扩增产物提供保护；以及样品盒平移系统，所述样品盒平移系统用于对经过聚合酶链式反应扩增的成品自动输送到所述工作站的外部。本实用新型的全自动工作站解决了现有聚合酶链式反应扩增仪功能简单、操作复杂、劳动强度大、容易失误等问题。
文档编号C12M1/00GK201942671SQ20102063319
公开日2011年8月24日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者刘太文, 吴晓东, 孔荣, 李艳春, 江先玉, 陈忠, 高赞军 申请人:北京金菩嘉医疗科技有限公司