一种核酸提取检测一体机的活塞驱动机构的制作方法

本技术涉及生物，具体涉及一种核酸提取检测装置的组件，尤其涉及一种核酸提取检测一体机的活塞驱动机构。

背景技术：

1、核酸是分子生物学研究的基础，高质量的核酸是进行分子标记、基因克隆及基因表达研究等的必要前提。由于生物样本(例如血液、唾液、精液或其他分泌物)成分复杂，通常需要将其中的目标核酸提取、纯化出来并进行扩增后才能开展后续研究。目前现有的核酸提取、扩增主要存在以下问题：(1)面对数量巨大以及复杂的样本处理、核酸提取、纯化及扩增步骤，人工操作容易出现失误，并且使得整体操作步骤复杂，无法进行高效、快速的目标核酸提取扩增；(2)大多数分子诊断都需要在实验室内进行，很多基层单位不具备建立标准分子诊断实验室的条件，再加上操作人员的操作习惯及熟练程度不同，核酸在提取、扩增的过程中容易发生样品的交叉污染；(3)现有的核酸提取仪器及pcr仪往往体积较大，不适合在取样现场使用，这在一定程度上限制了分子诊断的应用范围。将核酸的提取、扩增进行全自动、全封闭、一体化运行，可以缩短核酸提取、扩增流程，减少人为因素的影响，增强核酸样品制备的安全性和有效性，并且可以实现适应基层或现场快速检测需求的装置小型化、便携化要求，是开发新型核酸提取检测一体机的主要研究方向。

2、核酸提取与扩增装置为核酸提取检测一体机中用于核酸提取纯化的一次性耗材，每用完一次需要更换，因此每次更换新的耗材后，其中的活塞需要与核酸提取检测一体机中的活塞驱动机构进行对接，才能进行下一次的核酸提取。现有的核酸提取仪普遍是通过手动来实现与耗材的结合使用，以及使用完毕的分离，手动操作影响了核酸提取的效率，降低了自动化水平。

3、本研究小组曾于2021年申请一项实用新型专利cn202122670679.1，公开了一种用于核酸提取检测一体机的活塞装置运动组件，但是该活塞装置运动组件针对的是改进前的核酸提取检测一体机，其中的活塞为空心圆筒型，活塞内装有磁棒，活塞需要上下抽吸，磁棒也需要上下移动，因此该活塞装置运动组件的设计非常复杂，需要先设置特定结构的活塞杆来结合空心圆筒活塞，结合牢固后再进行上下抽吸运动，同时还需要给其中的磁棒留出适当的空间，不能阻碍磁棒的上下运动，并且活塞杆与空心圆筒活塞组合后难以分离，还需要复杂的分离机构来促使空心圆筒活塞与活塞杆顺利分离，难以精准控制，容易出现活塞与活塞杆组合失败，或是组合后难以分离的情况，使核酸检测过程出现卡顿的情况。因此急需找到一种能更加方便地实现核酸提取检测一体机与耗材中的活塞的自动结合、运动和分离的活塞驱动装置。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种核酸提取检测一体机的活塞驱动机构，包括相互嵌合的上下运动模块和左右运动模块，左右运动模块用于使活塞与驱动机构结合或分离，上下运动模块用于驱动活塞上下位移。通过设置上下运动模块和左右运动模块，顺利实现与耗材中活塞的自动结合、上下抽吸运动和自动分离，进一步提升了核酸提取检测一体机的自动化水平，使核酸提取纯化过程更加简单便捷、通畅，提高核酸提取纯化的效率，保证核酸检测的灵敏度和准确性。

2、一方面，本实用新型提供了一种核酸提取检测一体机的活塞驱动机构，所述活塞驱动机构包括上下运动模块和左右运动模块；所述上下运动模块用于驱动活塞上下位移；左右运动模块用于实现活塞与活塞驱动机构的结合或分离；上下运动模块和左右运动模块相互嵌套组合成一体。

3、核酸提取与扩增装置是一种用于核酸提取检测一体机内的一次性耗材(以下简称耗材)，采用塑料等材质制备，用于帮助核酸提取检测一体机实现核酸的提取、纯化、扩增。核酸提取检测一体机需要驱动耗材中的活塞进行上下的抽、吸运动，产生的抽、吸力来改变耗材中各区域的气压，控制耗材中流体的流动方向。因此，要想保证核酸提取检测一体机的核酸检测灵敏度和准确性，如何精准有效地控制耗材中的活塞的运动是非常关键的一步。

4、本实用新型针对的是一种改进后的核酸提取检测一体机，将磁棒移出活塞外，置于活塞下方。因此耗材中的活塞不再是空心圆筒形状，而是采用实心的活塞，并在活塞顶部设置活塞盖，针对该带有活塞盖的实心活塞重新设计活塞驱动机构，使其能更顺畅地驱动活塞完成抽、吸运动，完成核酸的提取、纯化。

5、当耗材放入核酸提取检测一体机后，主要需要进行如下的步骤来完成耗材中活塞的抽吸运动：1、抓住活塞；2、使活塞上下运动；3、放开活塞。也就是相当于：1、活塞驱动机构结合活塞；2、活塞驱动机构带动活塞上下运动；3、活塞驱动机构与活塞分离。

6、本实用新型提供的活塞驱动机构分别通过左右运动模块来实现活塞驱动机构与活塞的结合与分离，上下运动模块来实现活塞的上下运动，从而更加快速便捷地全自动完成这一整套工序。

7、活塞驱动机构中的上下运动模块能够驱动活塞的上下运动，从而控制活塞在耗材内的抽吸动作。

8、活塞驱动机构中的左右运动模块能够左右位移，从而实现驱动机构与活塞的结合与分离。核酸提取检测一体机工作过程中，需要先将耗材放入核酸提取检测一体机内的特定位置，此时活塞与活塞驱动机构处于分离状态，然后启动活塞驱动机构，使活塞驱动机构中的左右运动模块进行向左或右位移，当位移到合适位置时，活塞驱动机构与活塞结合，从而可以开展下一步的活塞上下抽吸运动；完成活塞上下抽吸运动后，左右运动模块进行向反方向的右或左位移，使活塞驱动机构与活塞分离。

9、进一步地，所述左右运动模块包括曲杆结构和滑块结构；曲杆结构位于滑块结构上方；通过曲杆结构的转动使滑块结构产生左右位移，从而驱动活塞与驱动机构的结合或分离。

10、进一步地，所述曲杆结构包括固定轴和摇柄，摇柄的一端与固定轴相连，摇柄可围绕固定轴作圆周运动。

11、左右运动模块主要是通过曲杆滑块结构的原理来实现左右位移，通过电机使曲杆结构中的摇柄做圆周运动，带动滑块结构进行左右位移。

12、进一步地，所述滑块结构设有向上开口的滑轨；摇柄的另一端设有连杆；在摇柄进行圆周运动的过程中，当连杆插入滑轨内时，摇柄的转动通过连杆带动滑轨运动，驱动滑块结构产生左右位移。

13、在一些方式中，滑块结构设有向上开口的滑轨，当摇柄围绕固定轴作顺时针圆周运动时，转到下半圆的过程中，摇柄中的连杆会滑进滑轨中，然后在继续顺时针圆周运动过程中，摇柄中的连杆会继续向下，同时向左运动；向下运动过程中，连杆也沿着滑轨向下运动，向左运动过程中，连杆带动滑块结构向左移动，当滑块结构左移至特定位置时，滑块结构与活塞顺利结合。

14、同理，当摇柄围绕固定轴作逆时针圆周运动时，转到下半圆的过程中，摇柄中的连杆会滑进滑轨中，然后在继续顺时针圆周运动过程中，摇柄中的连杆会继续向下，同时向右运动；向下运动过程中，连杆也沿着滑轨向下运动，向右运动过程中，连杆带动滑块结构向右移动，当滑块结构右移至特定位置时，滑块结构与活塞顺利分离。

15、因此，只需要控制摇柄先围绕固定轴作下半圆的顺时针圆周运动，就能使滑块结构与活塞顺利结合，可以开始活塞的抽吸运动，抽吸运动完成后，只需要控制摇柄围绕固定轴作下半圆的逆时针圆周运动，就能使滑块结构与活塞顺利分离。

16、在一些方式中，摇柄仅需在下半圆绕四分之一圆周的顺时针或逆时针转动，即可实现滑块结构的左右位移，实现滑块结构与活塞的结合与分离。

17、进一步地，所述曲杆结构设有支架，通过支架使曲杆结构固定在上下运动模块上方。

18、在一些方式中，所述支架由水平和竖直的两块板构成，水平板固定在上下运动模块上，竖直板的下端固定在滑块结构上，上端用于固定曲杆结构的固定轴。

19、进一步地，所述滑块结构的下底面设有开口的弧形缺口；所述活塞包括顶盖和活塞杆，顶盖的直径大于活塞杆的横截面直径；当滑块结构向活塞靠近时，弧形缺口的开口部位套住活塞杆，从而使活塞与驱动机构结合，跟随上下运动模块一起上下运动。

20、在一些方式中，顶盖的横截面直径明显大于活塞杆，且顶盖的外形类似于圆饼结构。由于耗材在核酸提取检测一体机中的位置是固定的，从而耗材中的活塞位置也是固定的，只能上下抽吸运动，不能左右移动；因此当滑块结构向左移动，使下底面中的弧形缺口套住活塞杆后，只要滑块结构不再向右回退，活塞就一直与滑块结构结合在一起不会分开，此时只需上下运动模块进行上下运动，就能带动活塞进行抽吸运动；当抽吸运动完成后，滑块结构再进行向右运动，活塞就能与滑块结构分离。

21、进一步地，左右运动模块通过滑块结构与上下运动模块嵌合成一体，并可相对于上下运动模块进行左右位移。

22、上下运动模块只能进行上下运动，不能左右运动；左右运动模块虽然与上下运动模块嵌合成一体，但其可以相对于上下运动模块进行左右运动，也就是说左右运动模块可以相对于上下运动模块进行左右滑动。

23、进一步地，所述滑块结构上设有两条凸块，分别为第一凸块和第二凸块；上下运动模块上设有两条凹槽，分别为第一凹槽和第二凹槽；当上下运动模块和左右运动模块相互嵌套组合成一体时，第一凸块和第二凸块分别嵌入第一凹槽和第二凹槽。

24、进一步地，所述第一凸块、第二凸块、第一凹槽和第二凹槽都为与水平方向1～10度夹角倾斜设置；当左右运动模块进行左右位移时，第一凸块和第二凸块分别在第一凹槽和第二凹槽内左右滑动。

25、上下运动模块包括运动柄和运动主体，第一凹槽和第二凹槽设置于运动主体上，滑块结构的第一凸块和第二凸块可以从主动主体的一侧，分别插入第一凹槽和第二凹槽内，滑块结构可以沿着第一凹槽和第二凹槽进行左右平移，也就是左右运动模块相对于上下运动模块进行左右平移。

26、第一凸块、第二凸块、第一凹槽和第二凹槽都为与水平方向1～10度夹角倾斜设置，这是因为，如果完全水平，活塞驱动机构与活塞的组合和分离过程中是难以完全贴合的，而采用一定的倾斜角度设置，能使活塞驱动机构与活塞能更容易实现组合和分离，更能无缝贴合。当然切斜角度不能过大，稍稍倾斜即可，需要控制在1～10度夹角，优选2度夹角。

27、因此左右运动模块只能相对于上下运动模块在第一凹槽和第二凹槽内进行左右移动，在摇柄的转动通过连杆带动滑轨运动的过程中，不可能出现相对于上下运动模块出现脱离凹槽的更大程度倾斜等情况。

28、进一步地，所述上下运动模块侧壁上设有限位机构，左右运动模块侧壁上设有限位轨道，限位机构在限位轨道内左右移动，用于限制左右运动模块的左右位移。

29、限位机构只能在限位轨道内左右移动，限制了左右运动模块的左右位移最大距离。同时，当摇柄先围绕固定轴作下半圆的顺时针圆周运动后，左右运动模块左移至最左端，此时限位机构位于限位轨道的最右端，滑块结构与活塞顺利结合；当摇柄围绕固定轴作下半圆的逆时针圆周运动后，左右运动模块右移至最右端，此时限位机构位于限位轨道的最左端，滑块结构与活塞顺利分离。

30、综上，本实用新型的有益效果是：通过设置相互嵌合的上下运动模块和左右运动模块，左右运动模块用于使活塞与驱动机构结合或分离，上下运动模块用于驱动活塞上下位移，顺利实现与耗材中活塞的自动结合、上下抽吸运动和自动分离，结构简单，设计巧妙，进一步提升了核酸提取检测一体机的自动化水平，使核酸提取纯化过程更加简单便捷、通畅，提高核酸提取纯化的效率，保证核酸检测的灵敏度和准确性。