分子检测一体机设备的制作方法

1.本发明涉及一种分子检测一体机设备。


背景技术：

2.核酸提取和荧光检测作为分子诊断医学赖以完成的重要的前提技术，在分子诊断领域的地位与日俱增，高效、便捷、环保、自动化成为核酸提取和荧光检测技术发展的主流方向。
3.分子诊断的基本流程dna提取、反应体系配置、分子检测三个步骤，如果在检测环节含有pcr技术，那整体实验需要在临床分子扩增实验室的样本准备室、扩增室、扩增后室等几个房间操作。核酸提取40分钟左右，反应体系配置30分钟，pcr检测2个小时。整体操作复杂，时间周期长，如果能做到临床样本进仪器，最终核酸检测结果出，那会大大加快临床检测项目推进。
4.因此，有必要研制一种核酸提取和检测一体机，以自动地进行核酸提取和检测。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种分子检测一体机设备，以在一套设备中自动实现连续的核酸提取和检测。
6.为达到上述目的，本发明提供的方案是一种分子检测一体机设备。所述分子检测一体机设备包括：荧光检测温育模块，包括适于沿第一水平方向移动的荧光检测加热座；所述荧光检测加热座适于放置荧光检测试剂盒；核酸提取温育模块，包括与荧光检测加热座间隔布置且适于沿所述第一水平方向移动的核酸提取加热座；所述核酸提取加热座上适于放置核酸提取试剂盒；机械臂模块，包括底部设有吸头的机械臂主体，所述机械臂主体适于分别沿竖直方向和垂直与所述第一水平方向的第二水平方向和移动，以在荧光检测试剂盒与核酸提取试剂盒之间转移试剂；光学模块，适于与所述荧光检测温育模块连接，以用于对所述荧光检测试剂盒内的试剂进行荧光检测；和控制模块，分别与所述荧光检测温育模块、核酸提取温育模块、机械臂模块和光学模块连接并进行控制。
7.优选的，所述荧光检测温育模块还包括：位于所述荧光检测加热座上方的热盖单元，所述热盖单元适于沿所述第一水平方向移动，以到达或离开所述荧光检测试剂盒的正上方。
8.优选的，所述荧光检测加热座包括：适于沿所述第一水平方向移动的第一固定座、安置在所述第一固定座上的加热膜、安置在所述加热膜上的第一金属导热块；所述第一金属导热块的上表面设有多个适于放置荧光检测试剂盒的套孔。
9.优选的，所述荧光检测加热座还包括：保温棉和隔热垫；所述保温棉和隔热垫包裹在所述第一金属导热块的四周侧面上，用于对所述第一金属导热块进行保温。
10.优选的，所述核酸提取加热座包括：适于沿所述第一水平方向移动的第二固定座、安置在所述第二固定座上的半导体制冷片、安置在所述半导体制冷片上的第二金属导热
块；所述第二金属导热块的上表面设有多个适于放置核酸提取试剂盒的套孔；所述半导体制冷片用于对所述核酸提取试剂盒进行分区控温。
11.优选的，所述核酸提取加热座还包括：直流电机和磁铁，所述磁铁适于在所述直流电机的驱动下靠近或远离核酸提取试剂盒。
12.优选的，所述核酸提取加热座还包括与所述半导体制冷片连接的散热器。
13.优选的，所述第二固定座上还设有吸头放置孔和用于防止所述吸头内液体滴溅的防滴溅槽。
14.优选的，所述机械臂主体的底部还设有用于打开和关闭荧光检测试剂盒或核酸提取试剂盒的开盖组件。
15.优选的，所述光学模块包括：光纤组件，包括所述多个适于放置荧光检测试剂盒的套孔的数目相同的多组光纤对，所述多组光纤对和所述多个适于放置荧光检测试剂盒的套孔一一对应；每组光纤对包括两根光纤，分别用于将荧光导入所述荧光检测加热座上的对应套孔和从对应套孔导出待检测试剂产生的荧光；光纤固定盘，具有多个内圈光纤固定孔和多个外圈光纤固定孔；所述多个内圈光纤固定孔和所述多个外圈光纤固定孔的数目分别与所述多个适于放置荧光检测试剂盒的套孔的数目相同，且一一对应；所述光纤组件的每组光纤对中两根光纤的一端分别与一个对应的内圈光纤固定孔和一个对应的外圈光纤固定孔连接，所述两根光纤的另一端分别连接至所述荧光检测加热座上的对应套孔的孔壁处；光源转盘，所述光源转盘同轴相邻地设置在所述光纤固定盘上方；所述光源转盘上设有一个或多个光源单元和与所述多个光源单元一一对应的一个或多个pd检测单元，用于通过旋转方式对所述光纤固定盘上的多组光纤固定孔进行扫描；扫描时，对应的光源单元和pd检测单元与扫描到的一个对应的内圈光纤固定孔和一个对应的外圈光纤固定孔、对应光纤对以及所述荧光检测加热座上的对应套孔内的待检测试剂形成一条光通路；电机，与所述光源转盘连接，用于驱动所述光源转盘进行转动；和分析计算组件，所述分析计算组件与所述pd检测组件连接。
16.优选的，所述多个适于放置荧光检测试剂盒的套孔的数目为16个；所述光源转盘上设有2个光源单元和2个pd检测单元；所述一个对应的内圈光纤固定孔和一个对应的外圈光纤固定孔与所述光纤固定盘的圆心所成的夹角为90
°
，所述多个内圈光纤固定孔和所述多个外圈光纤固定孔均沿圆周等角度间隔排布。
17.优选的，所述一或多个光源单元的激发光波长各不相同，且所述一或多个pd检测单元的探测波长与所述一或多个光源单元的激发光波长一一对应。
18.优选的，所述一或多个光源单元位于所述多个外圈光纤固定孔所在的外圆周上，且所述一或多个pd检测单元位于所述多个内圈光纤固定孔所在的内圆周上；或所述一或多个光源单元位于所述多个内圈光纤固定孔所在的内圆周上，且所述一或多个pd检测单元位于所述多个外圈光纤固定孔所在的外圆周上。
19.优选的，所述荧光检测温育模块还包括沿所述第一水平方向延伸的第一水平轨道和第二水平轨道；所述第二水平轨道位于第一水平轨道上方；所述荧光检测加热座设置在所述第一水平轨道上，所述热盖单元设置在所述第二水平轨道上。
20.优选的，所述核酸提取温育模块还包括与所述第一水平轨道平行临近布置的第三水平轨道，所述核酸提取加热座设置在所述第三轨道上。
21.优选的，所述机械臂模块还包括二维移动台，所述二维移动台设有垂直于第一水平方向的第四水平轨道和竖直轨道，所述机械臂主体设置在所述二维移动台上。
22.与现有技术相比，本发明具有如下有点：
23.(1)本设备使用时能实现全自动的核酸提取和荧光检测分析。使用时在专用试剂盒内加入样本和相应的稀释液、荧光检测试剂，在核酸提取温育模块平台放置吸头，核酸提取温育模块移动，机械臂拾取吸头，通过xyz轴的控制，按设定程序在专用试剂盒不同孔内完成核酸提取。再通过xyz轴的控制完成核酸提取模块与荧光检测模块的移液。最后通过光学模块进行荧光检测，并通过分析计算系统，完成定量分析。
24.(2)本设备核酸提取和荧光检测过程创新的把核酸提取和检测分成两个盒进行，并且共用1套机械臂，结构紧凑，降低了最终试剂成本以及实现的难度，且便于携带。
25.(3)本设备将核酸提取和荧光检测合并在1台仪器中进行，并用机械臂取代手动移液过程，不仅大大降低对操作人员的技术要求，减小了手动移液误差和过程中的试剂污染。
26.(4)本设备由上位机程序控制全部过程，大大缩短了核酸提取和荧光检测之间的时间间隔，自动化控制系统，无需操作人员费时等待。
27.(5)光学模块在检测时，与光纤组件连接的光纤固定盘不动，电机带动光源转盘顺时针或逆时针转动，通过光纤固定盘上的光纤固定孔的位置设计和光源转盘上光源单元和pd检测单元的位置设计，使得每扫描一圈，每个光源单元和对应的pd检测组件刚好可以依次扫过所有光纤对，且不存在边缘效应，极大地提高了效率和节省了硬件成本。
附图说明
28.附图通过示例性但非限制性的方式对本发明的实施例进行图示，且其中：
29.图1示出了根据本发明的一个实施例的分子检测一体机设备的立体图；
30.图2示出了根据本发明的一个实施例的荧光检测温育模块的立体图；
31.图3示出了根据本发明的一个实施例的核酸提取温育模块的立体图；
32.图4示出了根据本发明的一个实施例的机械臂模块的立体图；
33.图5示出了根据本发明的一个实施例的光学模块的立体图；
34.图6示出了根据本发明的一个实施例的光学模块中光源转盘和光纤固定盘分离时的立体图；
35.图7示出了根据本发明的一个实施例的封装后的分子检测一体机设备。
具体实施方式
36.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细的说明，但本发明不限于下面的实施例。
37.如图1，本实施例的分子检测一体机设备包括：荧光检测温育模块1、核酸提取温育模块2、机械臂模块3、光学模块4和控制模块(未示出)。
38.如图2，荧光检测温育模块1包括第一水平轨道、荧光检测加热座、热盖单元12。其中，荧光检测加热座设置在第一水平轨道上，第一水平轨道沿第一水平方向(即图1中的z轴方向)延伸，从而使得该荧光检测加热座适于沿第一水平方向移动。荧光检测加热座11上适于放置荧光检测试剂盒。具体地，该荧光检测加热座11包括第一固定座14、加热膜11、第一
金属导热块13、保温棉和隔热垫。第一固定座14设于第一水平轨道上，且适于沿第一水平轨道滑动。第一金属导热13块设置于该第一固定座上14，加热膜11位于第一固定座14和第一金属导热块13之间，用于对第一金属导热块13进行加热。保温棉和隔热垫包裹在第一金属导热块13的四周侧面上，且优选地略低于第一金属导热块13的上表面，以用于对第一金属导热块13进行保温。第一金属导热块13的上表面设有多个适于放置荧光检测试剂盒的套孔15。上述结构使得荧光检测加热座具有对荧光检测试剂盒的整体加热功能，从而提供试剂扩增所需的温度。热盖单元12可以防止凝露和蒸发，其位于荧光检测加热座上方，且与沿z轴方向延伸的第二水平轨道连接，从而可以通过沿第二水平轨道的移动而到达或离开荧光检测试剂盒的正上方。
39.如图3，核酸提取温育模块2包括第三水平轨道、核酸提取加热座。其中，核酸提取加热座设置在第三水平轨道上，第三水平轨道与第一水平轨道平行布置，从而使得核酸提取加热座也适于沿z轴方向移动。核酸提取加热座上适于放置核酸提取试剂盒。具体地，核酸提取加热座包括：第二固定座21、半导体制冷片22、第二金属导热块23、直流电机25、磁铁和散热器28。第二固定座23安置在第三水平轨道上，适于沿第三水平轨道滑动。半导体制冷片28安置在第二固定座21上，第二金属导热块23安置在所述半导体制冷片22上，且第二金属导热块23的上表面设有多个适于放置核酸提取试剂盒的套孔24。半导体制冷片22用于通过第二金属导热块23对核酸提取试剂盒进行分区控温，以实现不同区域的冷藏与加热同时进行。散热器28与半导体制冷片22连接，用于避免半导体制冷片22在工作时温度过高影响使用寿命。磁铁适于在直流电机25的驱动下靠近或远离核酸提取试剂盒，实现磁吸附的功能，以满足采用磁珠法提取核酸的需要。优选的，第二固定座23上还设有吸头放置孔26和防滴溅槽27，用于盛放未使用的吸头以在需要进行核酸提取时供机械臂模块3拾取，并在核酸试剂提取转移完成后方便机械臂模块3放置使用后的吸头，防滴溅槽213用于避免提取和转移过程中吸头内的试剂滴溅在设备内。
40.荧光检测加热座和核酸提取加热座中的第一和第二金属导热块的材质优选采用具有优良导热性的金属铝。其他实施例中，也可以采用其他导热性能优良且稳定的金属材料，例如铜或银等。
41.如图4，机械臂模块3包括机械臂主体31和二维移动台。该二维移动台由于设有垂直于第一水平轨道的第四水平轨道(其沿x轴方向延伸)和竖直轨道(其沿y轴方向延伸)，从而适于在垂直于z轴方向的平面内移动。机械臂主体31设置在该二维移动台上，且机械臂主体31的底端部连接设置有吸头32和相应的开盖组件33。机械臂主体31能够通过二维移动台横跨荧光检测温育模块1与核酸提取温育模块2，通过吸头32在荧光检测试剂盒与核酸提取试剂盒之间转移试剂，并通过开盖组件33实现荧光检测试剂盒的开盖和关盖动作，防止气溶胶污染。可见，本实施例中核酸提取和荧光检测过程共用1套机械臂，使得结构紧凑，成本更低。此外，通过将核酸提取和荧光检测合并在1台设备中进行，并用机械臂模块3取代手动移液过程，不仅大大降低对操作人员的技术要求，还减小了手动移液误差和移液过程中的试剂污染。
42.如图5和6，光学模块4包括光纤组件410、光纤固定盘41、光源转盘42、电机43、光源组件45、与光源组件相应的pd检测组件44和分析计算组件(未示出)。
43.光纤组件410包括与荧光检测加热座上的多个套孔的数目相同的多组光纤对，每
组光纤对包括两根光纤。
44.光纤固定盘41具有多个内圈光纤固定孔49和多个外圈光纤固定孔48，多个内圈光纤固定孔49和多个外圈光纤固定孔48一一对应，且两者的数目分别与适于放置荧光检测试剂盒的多个套孔的数目相同。光纤组件410的每组光纤对中的两根光纤的一端分别与一个对应的内圈光纤固定孔49和一个对应的外圈光纤固定孔48连接，上述两根光纤的另一端分别连接至荧光检测加热座上的对应套孔的孔壁处。
45.光源转盘42与光纤固定盘41相邻同轴设置，且位于光源转盘上方。光源组件45和pd检测组件44设置在光源转盘42上，分别用于向光纤固定盘上的光纤固定孔发射荧光和探测来自光纤固定孔的荧光。光源组件45包括一个或多个光源单元，pd检测组件44包括与所述一个或多个光源单元一一对应的一个或多个pd检测单元。光源转盘42通过旋转方式对光纤固定盘41上的多个光纤固定孔进行扫描。扫描时，对应的光源单元和pd检测单元与扫描到的一个对应的内圈光纤固定孔49和一个对应的外圈光纤固定孔48、对应光纤对以及荧光检测加热座上的对应套孔形成一条光通路，从而实现对应套孔内试剂的荧光检测。上述一个或多个光源单元的激发光波长各不相同，且每个pd检测单元的探测波长与相应的光源单元的激发光波长对应。
46.电机43与光源转盘42连接，用于驱动光源转盘进行转动，转动的方向可以为顺时针，也可以为逆时针。
47.分析计算组件与pd检测组件44连接，用于对pd检测组件44中各pd检测单元的信号进行分析计算，得出荧光检测结果。
48.优选的，光学模块4的光源转盘42上还设有滑环47，用于防止光源单元和pd检测单元对应的连接线在旋转过程中发生缠绕。
49.优选的，光学模块4的光源转盘42上设有磁钢，光纤固定盘上设有霍尔检测单元46，霍尔检测单元46和磁钢配合用于记录扫描起点位置。
50.具体到本实施例中，荧光检测加热座上的荧光检测试剂盒设计为16孔卡盒，因而需要16组光纤对，共包括32根光纤；相应地，光纤固定盘设有16组共32个光纤固定孔。对应的内圈光纤固定孔和外圈光纤固定孔与光纤固定盘的圆心所成的夹角为90
°
，且所有内圈光纤固定孔和所有外圈光纤固定孔分别沿圆周等角度间隔排布。光源组件45设计为包括2个光源单元(优选为led光源单元)，相应地，pd检测组件44也包括与2个光源单元对应的2个pd检测单元。2个光源单元和2个pd检测组件分别关于光源转盘42的中心对称设置，且每个光源单元和对应pd检测组件与光源转盘42的中心的夹角为90
°
。同时，所有光源单元位于外圈光纤固定孔所在的外圆周上，且所有pd检测单元位于内圈光纤固定孔所在的内圆周上；或者，所有光源单元位于内圈光纤固定孔所在的内圆周上，且所有pd检测单元位于所外圈光纤固定孔所在的外圆周上。这样一来，在扫描时，对应的光源单元和pd检测单元能够分别位于对应的一对内外圈光纤固定孔正上方，以确保形成光通路。此外，第一光源单元能够产生第一波长(例如，470nm)的激发光，该激发光经由光纤到达对应套孔内的对应目标试剂后能使试剂产生第二波长(例如，520nm)的激发光，对应目标试剂产生的激发光经由光纤到达探测范围包含该第二波长的第一pd检测单元，从而能够被第一pd检测单元检测到。第二光源单元能够产生第三波长(例如，585nm)的激发光，该激发光经由光纤到达对应套孔内的对应目标试剂后能使试剂产生第四波长(例如，630nm)的激发光，对应目标试剂产生的激发光
经由光纤到达探测范围包含第四波长的第二pd检测单元，从而能够被第二pd检测单元检测到。
51.通过光学模块的上述设置，可以实现多通道荧光检测，更好地满足用户的需要。同时，在荧光检测扫描过程中，光源转盘能够在电机的带动下相对于光纤固定盘旋转，以采用旋转方式进行扫描，而光纤位于光纤固定盘上处于静止状态，从而可以有效减少荧光检测误差，电机转动1圈即可完成全部孔位的荧光检测，检测速度快，相邻通道无荧光干扰。
52.控制模块分别与荧光检测温育模块1、核酸提取温育模块2、机械臂模块3和光学模块4电连接，以对上述模块进行自动控制。具体地，控制模块包括上位机和与上位机相连的多个下位机，上位机能够由设定程序自动控制或结合用户输入进行控制，各下位机分别与荧光检测温育模块1、核酸提取温育模块2、机械臂模块3和光学模块相连4。上位机发出的命令首先给下位机，下位机再根据此命令解释成相应时序信号直接控制相应模块。
53.此外，如图7，上述分子检测一体机设备还包括外壳，用于对上述各个模块进行封装。
54.本实施例的分子检测一体机设备可以实现全自动的核酸提取和荧光检测分析。使用时，首先在核酸提取温育模块2对应的核酸提取试剂盒内加入样本和相应的稀释液，在荧光检测温育模块1的荧光检测试剂盒内加入荧光检测试剂，并根据需要在对应模块内进行温育。随后，机械臂模块3中的机械臂主体拾取吸头，再结合荧光检测加热座和核酸提取加热座沿z轴方向的移动控制和机械臂主体在xy平面内的移动控制，按设定程序在核酸提取试剂盒的不同孔内完成核酸提取与向荧光检测试剂盒的移液。最后，通过光学模块4进行荧光检测，并通过分析计算系统，完成定量分析。本一体机设备可以由上位机程序控制全部过程，大大缩短了核酸提取和荧光检测之间的时间间隔，通过自动化控制，无需操作人员费时等待。
55.本发明的实施方式并不限于上述实施例所述，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可以在形式和细节上对本发明做出各种改变和改进，而这些均被认为落入了本发明的保护范围。