一种便携式核酸提取装置的制作方法

1.本实用新型涉及核酸的提取和纯化技术领域，具体涉及一种便携式核酸提取装置。


背景技术：

2.核酸提取仪是应用配套的核酸提取试剂来自动完成样本核酸提取工作的仪器。广泛应用在疾病控制中心、临床疾病诊断、输血安全、法医学鉴定、环境微生物检测、食品安全检测、畜牧业和分子生物学研究等多种领域。大部分的全自动核酸提取仪均采用磁珠法的提取原理。磁珠法提取核酸是通过细胞裂解液裂解细胞，利用磁珠在高盐低ph值下吸附核酸，在低盐高ph值下与核酸分离的原理，从细胞中游离出来的核酸分子被特异的吸附到磁性颗粒表面，而蛋白质等杂质不被吸附而留在溶液中，再在磁场作用下，使磁性颗粒与液体分开，回收颗粒(即磁珠-dna混合物)，再用洗脱液洗脱即可以得到纯净的dna。
3.现有技术中利用磁珠法的自动化核酸提取仪包括两类：应用于大型液体工作站的移液式核酸提取仪和小型自动化磁棒式核酸提取仪。前者采用机械臂转移液体的方式实现核酸提取纯化，其中核酸提取只是其诸多功能中的一个应用，不太适合常规实验室小通量提取；后者通过磁棒转移磁珠的方式实现核酸提取纯化，通过设置两个垂直电机驱动磁棒和套着磁棒的搅拌套上下相对运动从而实现核酸提取纯化。但现有技术中的磁棒式核酸提取仪由于磁棒与搅拌套上下运动距离过长，对仪器体积有较大要求，这就无法满足小型自动化核酸提取仪的技术需要；同时，由于在进行核酸提取过程中搅拌套一直需要进行上下往复运动，在实际过程中容易受到震动导致搅拌套松动甚至脱落而导致核酸提取失败甚至会损坏提取仪，导致提取仪无法进行正常工作。
4.因此，如何满足分子诊断等生物生化、医疗领域内自动化设备的小型化核酸提取以及最大低成本实现和最简便的提取驱动设计，是本领域亟待需要解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是针对现有技术中的不足，提供一种便携式核酸提取装置，该装置结构紧凑、体积小巧，能够实现在运行过程中实时检测搅拌套的位置，避免因搅拌套松动甚至脱落影响正常工作。
6.为了实现上述目的，本实用新型提供的技术方案为：
7.一种便携式核酸提取装置，其特征在于，包括提取机构，所述提取机构包含连接搅拌套6的连接头8，还包含对应于所述连接头8设置并配合所述搅拌套6完成提取操作的磁棒4，所述磁棒4由磁力控制单元驱动完成伸入或者不伸入对应的所述搅拌套6内从而使所述搅拌套6外部具有磁性作用力或者不具有磁性作用力的操作。
8.所述提取机构包括搅拌套架7，所述搅拌套架7的下表面通过若干连接头8连接有搅拌套6，所述搅拌套架7的上表面安装有磁棒架5，所述磁棒架5上固定有若干磁棒4，若干所述磁棒4的数量和位置与若干搅拌套6的数量和位置相对应，所述磁棒4的上端固定在磁
棒架5上，所述磁棒4的下端在初始状态下与连接头8的上端对齐，且所述磁棒4可穿过连接头8的中部下降至搅拌套6的内部实现磁吸。
9.所述连接头8的数量为16个，对应设置的磁棒4的数量也为16个，配合连接于所述连接头8的搅拌套6可完成一次对于一个深孔板所有样本的提取。
10.16个所述磁棒4被设置为整体连接的磁棒组结构，所述磁力控制单元能驱动所述磁棒组结构整体运动，实现16个磁棒同时伸入或者不伸入对应的搅拌套6内。
11.所述磁力控制单元包含电磁吸盘，通过通电与否来驱动所述磁棒4的竖直运动，完成伸入或者不伸入对应的所述搅拌套6内的操作。
12.还包含驱动所述提取机构水平移动的平移机构和驱动提取机构垂直移动的升降机构。
13.所述平移机构包括平移电机以及与所述平移电机相连的平移丝杆，所述平移电机驱动连接在所述平移丝杆上的提取机构水平移动。
14.所述升降机构包括升降电机以及与升降电机相连的丝杆，所述升降电机驱动连接在丝杆上的提取机构垂直移动。
15.还包括用来检测搅拌套位置的传感器。
16.所述传感器为飞行时间(tof)测距传感器。
17.还包括驱动所述连接头8运动的旋转结构，能够实现所述连接头8带动连接的搅拌套6实现至少旋转运动下对样本液的搅拌混匀。
18.和现有技术相比较，本实用新型具备如下优点：
19.1、本实用新型提供的一种便携式核酸提取装置，通过控制其旋转、平移和升降三种机械运动，配合提取耗材、耗材中的样本及反应试剂，在完成核酸提取的全流程的同时，能够降低空间交叉污染，同时提高提取效率，保证提取产物中核酸片段长度及完整度；
20.2、本实用新型提供的一种便携式核酸提取装置，采用一个升降电机21和电磁吸盘9驱动磁棒4和搅拌套6垂直运动，结构设计紧凑、小巧，适用于小通量样本的核酸提取，比如8、16通量装置；
21.3、本实用新型提供的一种便携式核酸提取装置，采用传感器11用于实时检测搅拌套6位置信息。一是在识别试剂信息后，检测确认搅拌套6放置位置与深孔板27试剂孔位位置是否正确；二是检测确认搅拌套6在运行中是否有脱落风险；三是检测确认在提取过程结束后搅拌套6是否已卸载在对应的试剂孔内；
22.4、本实用新型提供的一种便携式核酸提取装置，通过磁力的施加或者去除来完成伸入或者不伸入对应的所述搅拌套内，从而使所述搅拌套外部具有磁性作用力或者不具有磁性作用力的操作，如此实现了简单地利用磁力控制下的磁棒的升降，保证了系统的可靠性，避免了使用传统的电机等方案所带来的成本与可靠性问题，同时磁力控制单元所具有的体积和占用空间较小满足便携式提取仪对于空间占用的严苛要求，进一步所述磁力控制单元为电磁吸盘，从而实现了仅依靠施加电流或者不施加电流即可简单地驱动磁棒的运行；
23.5、本实用新型提供的一种便携式核酸提取装置，系统的连接头和对应的磁棒数量设置为16个可以一次性使用该便携式核酸提取仪完成一个深孔板的16个样本的同时处理，保证了提取仪的高效性，通过磁力控制单元对于整体化设计的磁棒控制，可以实现每个操
作孔位执行相同的提取步骤，保证了系统的可靠性；
24.6、本实用新型提供的一种便携式核酸提取装置，系统设置的平移机构可以一个方面驱动提取机构运动，实现连接头带动所述搅拌套在不同孔位之间的运动，完成整个提取操作，同时配合升降机构完成提取操作中竖直位置运动的需求，保证了在便携的局限空间下装置满足所有提取操作需求的效果，同时配合tof类型传感器对于搅拌套状态的实时监控，可以满足局限空间下可能被最小干扰的效果以及系统可靠运行。
附图说明
25.为了更加清晰的理解本实用新型，通过结合说明书附图与示意性实施例，进一步介绍本公开，附图与实施例是用来解释说明，并不构成对公开的限定。
26.图1为本实用新型中磁力控制单元驱动下的部分提取过程示意图一；
27.图2为本实用新型中磁力控制单元驱动下的部分提取过程示意图二；
28.图3为本实用新型中16通量便携式核酸提取装置正面结构图；
29.图4为本实用新型中16通量便携式核酸提取装置背面结构图；
30.图5为本实用新型中卸载组件的局部结构图；
31.图6为本实用新型中卸载搅拌套时的装置结构图；
32.图7为本实用新型中卸载搅拌套时提取机构局部结构图。
33.图中所示：底座1，框架2，风扇3，磁棒4，磁棒架5，搅拌套6，搅拌套架7，搅拌套抓取棒8，电磁吸盘9，磁铁10，传感器11，卸载电机12，齿轮13，齿条14，滑片15，定位凹槽151，旋转电机16，旋转传动齿轮17，平移电机18，平移丝杆19，平移导轨20，升降电机21，升降丝杆22，升降导轨23，出仓电机24，出仓导轨25，出仓传动齿轮26，深孔板27。
具体实施方式
34.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
35.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
36.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
37.实施例1
38.图1和图2所示，为磁力控制单元驱动下的磁棒配合搅拌套核酸提取可能涉及到的各个过程的详细示意图。
39.样本裂解：待检测的样本至少部分转移至裂解孔位进行裂解操作，为了保证裂解的充分性，搅拌套可以没入裂解孔的裂解液中，此时磁力控制单元施加磁力使得磁棒可以几乎不申出连接头部位(也就是磁棒不伸入对应的搅拌套内)，搅拌套此时不带有磁性，通
过搅拌套的旋转和/或上下震荡实现对于此时裂解孔内溶液的充分搅拌，使得样本液裂解更彻底，当然此时样本液内无磁珠，也可以将磁棒部分或全部露出连接头进行搅拌，后续其他步骤中需要搅拌操作的以上下震荡搅拌为示例进行说明，实际上任何一次搅拌均可以采用上下震荡和/或旋转搅拌的方式保证混匀效果，图中提取耗材的孔位数非实际使用的耗材真实的孔位数量，附图也仅为示意性说明在耗材内可能发生的各种操作；
40.收集磁珠至裂解孔：当裂解过程完成时可以认为此时样本液裂解已经充分，此时将带有搅拌套的磁力棒伸入磁珠存储孔位内，为了保证磁珠的活性和更方便转移等的要求磁珠被放置在磁珠保存液内，在转移之前可以先充分搅动混匀，之后在转移操作中磁棒充分且最大限度地超出连接头(此时通过磁力控制单元不施加磁力，磁棒可在重力等的作用下伸入搅拌套内，当然可以配合弹簧弹力等保证在磁力控制单元不施加磁力时磁棒更可靠地地伸入搅拌套内，此处不限定)，由此磁棒(可以为的永磁铁材料制成)磁力最大限度地影响搅拌套外部的环境使所述搅拌套外部具有磁性作用力，产生的磁力可以比较牢靠地将磁珠吸附在搅拌套外部侧壁上；
41.磁珠与核酸结合：之后搅拌套带动磁珠被转移至裂解孔位，之后磁力控制单元施加磁力磁棒退缩回连接头使得磁棒的磁力影响消失，此时磁珠将被释放进入裂解液中，经过搅拌套的搅拌混匀裂解液与磁珠充分混合，使得磁珠能够吸附住核酸片段完成磁珠与核酸片段的结合；
42.收集磁珠：之后对于磁珠进行收集，收集磁珠操作也需要磁棒最大程度地伸出连接头(深入搅拌套内)，在磁棒的作用下结合核酸片段的磁珠被吸附在搅拌套的外壁；
43.移动磁珠值洗盐孔和盐洗：转移至盐洗孔位通过盐洗可以对蛋白质等杂质成分进行去除保证后续提取的核酸纯度更高；当然在盐洗过程中也可以使用磁棒不伸入搅拌套内形成失磁的搅拌套进行搅拌混匀以快速完成盐洗过程；
44.收集磁珠至洗涤孔进行三次洗涤：完成盐洗操作后采用类似的方法将带有核酸片段的磁珠转移至洗涤孔位，此处以比较常用的三次清洗为示例进行说明，首先被转移至洗涤1孔的带核酸片段的磁珠被搅拌混匀完成第一次的洗涤，再次带核酸片段的磁珠被转移至洗涤2孔，搅拌混匀完成第二次的洗涤，最后带核酸片段的磁珠被转移至洗涤3孔，搅拌混匀完成第三次的洗涤，经过三次洗涤之后基本不会存在其他可能影响结果的杂质；
45.晾干，移动磁珠至洗脱孔进行洗脱：配合磁棒磁力作用带有核酸片段的磁珠被稍微控水晾干，之后可以将其转移至洗脱孔位进行洗脱操作，在洗脱液的作用下经过搅拌混匀完成核酸片段与磁珠的分离；
46.回收磁珠、仪器归位：之后再通过磁棒伸入施加磁力使得与核酸片段分离后的磁珠被重新吸附在搅拌套壁面上，转移使用完成的磁珠进入之前的磁珠保存孔位。
47.当然在实际应用中也可以对于某些操作进行缩减省却或者合并，例如可以没有盐洗操作或者只需要两次清洗等等，此处并不限定必须全部包含图中全部孔位的全部功能。当然在上述不同过程中通过tof检测单元，可以实现对于不同步骤操作过程的动态化检测，保证实时高效地获取多个步骤是否被准确执行，当然也可以采用相反的设计，通过调整使得磁力控制单元施加磁力时磁棒伸入搅拌套内的设计，此处并不限定。
48.实施例2
49.一种便携式核酸提取装置，如图3-图7所示，包括底座1、框架2、风扇3、样本仓、提
取机构、平移机构和升降机构；所述框架2垂直连接在底座1上，所述样本仓安装在底座1上，所述样本仓内放置有深孔板27；所述提取机构通过平移导轨20和升降导轨23安装在框架2上，所述平移机构用于驱动提取机构沿x轴方向水平移动，所述升降机构用于驱动提取机构沿z轴方向垂直移动；所述提取机构包括搅拌套架7，所述搅拌套架7的下表面通过若干搅拌套连接头8连接有搅拌套6，所述搅拌套架7的上表面安装有磁棒架5，所述磁棒架5上固定有若干磁棒4，若干所述磁棒4的数量和位置与若干搅拌套6的数量和位置相对应，所述磁棒4的上端固定在磁棒架5上，所述磁棒4的下端在初始状态下与搅拌套连接头8的上端对齐，且所述磁棒4可穿过搅拌套连接头8的中部下降至搅拌套6的底部实现磁吸。
50.所述搅拌套架7的顶部安装有旋转结构，所述旋转结构包括旋转电机16与旋转传动齿轮17，所述旋转电机16与旋转传动齿轮17之间传动连接，所述旋转传动齿轮17与搅拌套连接头8之间传动连接。所述旋转电机16能够带动旋转传动齿轮17传动，从而带动与旋转传动齿轮17相连的搅拌套连接头8同步旋转，此处的旋转结构能够实现所述搅拌套连接头8带动连接的搅拌套6实现至少旋转运动下对样本液的搅拌混匀，当然此处的搅拌套6也可以上下运动，实现复合运动下的搅拌，更甚至只是上下的振荡类型搅拌作用，此处不限定。
51.所述平移机构包括平移电机18以及与平移电机18传动连接的平移丝杆19，所述平移电机18安装在底座1上，所述平移丝杆19与提取机构之间通过螺纹连接。所述平移电机18驱动连接在平移丝杆19上的提取机构在平移导轨20上水平移动，从而驱动磁棒4和搅拌套6水平移动。
52.所述升降机构包括升降电机21以及与升降电机21传动连接的升降丝杆22，所述升降电机21安装在框架2上，所述升降丝杆22与提取机构之间通过螺纹连接。所述升降电机21驱动连接在升降丝杆22上的提取机构在升降导轨23上垂直移动，从而驱动磁棒4和搅拌套6垂直移动。
53.所述提取机构还包括控制磁棒4上下运动的磁力控制单元，所述磁力控制单元为电磁吸盘9，所述电磁吸盘9与内嵌在磁棒架5上的磁铁相配合，通过通断电实现电磁吸盘9与磁棒架5上磁铁的吸附和分离。所述电磁吸盘9在通电的情况下将磁棒架5吸向磁吸盘9，从而使磁棒4不伸入对应的搅拌套6内，所述电磁吸盘9不通电的情况下，磁棒架5在重力等影响因素的作用下原理，电磁吸盘9与磁棒架5上的磁铁分离，从而控制磁棒架5下落，磁棒4伸入搅拌套6内使得搅拌套外壁面吸附磁珠。
54.所述搅拌套连接头8为16个，对应设置的磁棒数量也为16个，配合连接于所述搅拌套连接头8的搅拌套6可完成一次对于一个深孔板所有样本的提取，所述16个磁棒被设置为整体连接的磁棒组结构(也就是磁棒架5)，所述磁力控制单元(也就是电磁吸盘9)能驱动所述磁棒架5整体运动，实现所述16个磁棒同时伸入或者不伸入对应的所述搅拌套内，从而满足了在便携的小体积要求下对于一个深孔板所有样本的快速提取操作处理。
55.如图6所示，述提取机构还包括用来卸载搅拌套的卸载组件，所述卸载组件安装在搅拌套架7下方，所述卸载组件包括卸载电机12，所述卸载电机12固定连接在框架2上，所述卸载电机12的输出轴传动连接有齿轮13，所述齿轮13啮合连接有齿条14，所述齿条14的下表面固定连接有滑片15，所述滑片15的一端设有若干定位凹槽151。所述卸载电机12驱动齿轮13在齿条14上啮合滚动，从而带动滑片15平移直至搅拌套连接头8卡进所述滑片15的定位凹槽151内，配合升降机构完成搅拌套6和搅拌套连接头8的脱离，搅拌套6卸载在深孔板
27内的试剂孔内。
56.所述提取机构还包括用来检测搅拌套位置的传感器11，所述传感器11固定在所述卸载组件上，所述传感器11通过在工作运行过程中检测搅拌套6的位置信息从而确认搅拌套6的状态，从而判断搅拌套6放置位置是否与试剂孔位相对以及在运行中是否松动甚至脱落的风险。所述传感器11可以为飞行时间(tof)测距传感器，所述飞行时间测距传感器发出经调制的近红外光，遇搅拌套后反射，传感器通过计算光线发射和反射时间差，来检测搅拌套的位置距离信息。
57.所述核酸提取装置还包括用于驱动样本仓进出的进出仓机构，所述进出仓机构安装在底座1上，所述进出仓机构包括出仓电机24以及与出仓电机24相连的多个出仓传动齿轮26，多个所述出仓传动齿轮26啮合连接有出仓导轨25，所述出仓导轨25上安装有样本仓。所述出仓电机24通过驱动出仓传动齿轮26旋转从而驱动安装在出仓导轨25上的样本仓沿y轴方向移动，从而驱动样本仓上深孔板27的进出。
58.本实用新型的工作原理如下：
59.所述深孔板27放置于样本仓内，将搅拌套6竖直放置于深孔板27对应孔位内，开启提取装置电源，进出仓机构控制样本仓关闭，核酸提取流程开始，此时，磁棒4与搅拌套连接头8初始相对位置为磁棒4下端与搅拌套连接头8上端对齐，传感器11对搅拌套6进行位置信息检测，确认搅拌套6放置位置与深孔板27孔位要求是否正确，正确后按照程序运行实验。
60.所述平移电机18带动提取机构移动至深孔板27和搅拌套6上方，升降电机21带动搅拌套架7下降，电磁吸盘9断电带动磁棒架5下降，使搅拌套连接头8从搅拌套6上端开口进入搅拌套6，完成搅拌套6的自动抓取；随后，升降电机21带动磁棒架5和搅拌套架7同步上升，从而带动抓取的搅拌套6上升并离开深孔板27。
61.所述平移电机18带动提取机构移动至深孔板27预封装有裂解液和磁珠的孔位上方，升降电机21带动搅拌套架7下降，搅拌套6下端深入深孔板27底部；旋转电机16带动旋转传动齿轮17转动，从而带动与旋转传动齿轮17相连的搅拌套连接头8和搅拌套6同步旋转；旋转的同时升降电机21带动搅拌套架7一边旋转一边垂直上下运动，实现样本和裂解液的搅拌、混匀；待混匀后，样本中的核酸物质被释放出来聚集在磁珠上，电磁吸盘9断电，磁棒架5下降，磁棒4深入搅拌套6底部进行磁吸，深孔板27内的磁珠聚集在搅拌套6底部；升降电机21带动磁棒架5和搅拌套架7同步上升，从而带动聚集有磁珠的搅拌套6上升离开深孔板27。提取机构在旋转混匀同时，提取设备加热条进行加热，提供深孔板裂解孔位所需的加热温度。
62.所述平移电机18带动提取机构移动至深孔板27预封装有洗涤液的孔位上方，升降电机21带动搅拌套架7下降，搅拌套6下端深入深孔板27底部，搅拌套6下端聚集的吸附有核酸的磁珠将被释放到深孔板27的洗涤液中；旋转电机16带动旋转传动齿轮17转动，从而带动与旋转传动齿轮17相连的搅拌套连接头8和搅拌套6同步旋转；旋转的同时升降电机21带动搅拌套架7一边旋转一边垂直上下运动，以加快反应溶液的混匀速率，提高反应溶液的混匀效果；待混匀后，样本中除核酸以外的杂志将被洗涤，纯化后的核酸仍吸附在磁珠表面；电磁吸盘9断电，磁棒架5下降，磁棒4深入搅拌套6底部进行磁吸，深孔板27内洗涤液中的磁珠聚集在搅拌套6底部；升降电机21带动磁棒架5和搅拌套架7同步上升，从而带动聚集有磁珠的搅拌套6上升离开深孔板27。
63.平移电机18带动提取机构移动至深孔板27预封装有洗脱液的孔位上方，升降电机21带动搅拌套架7下降，搅拌套6下端深入深孔板27底部，搅拌套6下端聚集的吸附有核酸的磁珠将被释放到深孔板27的洗脱液中；旋转电机16带动旋转传动齿轮17转动，从而带动与旋转传动齿轮17相连的搅拌套连接头8和搅拌套6同步旋转；旋转的同时升降电机21带动搅拌套架7一边旋转一边垂直上下运动，以加快反应溶液的混匀速率，提高反应溶液的混匀效果；待混匀后，磁珠上吸附的纯化核酸将被释放到洗脱液中；电磁吸盘9断电，磁棒架5下降，磁棒4深入搅拌套6底部进行磁吸，深孔板27内洗涤液中的磁珠聚集在搅拌套6底部；升降电机21带动磁棒架5和搅拌套架7同步上升，从而带动聚集有磁珠的搅拌套6上升离开深孔板。提取机构在旋转混匀同时，提取设备加热条进行加热，提供深孔板洗脱孔位所需的加热温度。
64.平移电机18带动提取机构移动至深孔板27原预封装有裂解液和磁珠的孔位上方，升降电机21带动搅拌套架7下降，电磁吸盘9断电带动磁棒架5下降，搅拌套6深入深孔板27，卸载电机12带动齿轮13转动从而带动滑片15平移至搅拌套连接头8卡进滑片15的定位凹槽151内；升降电机21带动搅拌套架7和磁棒架5上升，上升的过程中，搅拌套6上端将顶住定位凹槽151，迫使底部聚集有磁珠的搅拌套6被迫遗留在深孔板内，传感器11检测搅拌套6位置信息，确认搅拌套6是否已遗留在深孔板27内。至此，所述装置运行结束，深孔板27内的核酸提取产物可以应用于下游检测分析实验中。
65.在以上工作流程运行过程中，传感器11将实时检测搅拌套6在运行中的位置状态，确认搅拌套6是否有松动甚至脱落的风险。
66.本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。