一种全流程的核酸检测系统的制作方法

1.本实用新型涉及医疗仪器技术领域，具体为一种全流程的核酸检测系统。


背景技术：

2.在针对sars-cov-2的检测方法中，核酸检测技术(nucleic acid testing，nat)因其具有检测速度快、灵敏度高、特异性好的优点，而逐渐成为目前 sars-cov-2检测的主流方法。一个完整的nat过程通常包括四个步骤：样本前处理、核酸提取、核酸扩增和结果检测；整个过程步骤繁琐，操作复杂，需要专业的技术人员在配套设施齐全的专业实验室内使用多种配套仪器来完成，且在操作过程中由于部分条件的限制、或操作人员的失误造成假阳性或假阴性的问题。此外sars-cov-2具有高传染性，在检测过程中繁琐的操作步骤，很容易使操作人员感染；因此针对sars-cov-2这类高传染性病原体，理想的核酸检测方法应该是在密闭的空间中自动化的进行。
3.现有技术中的核酸检测，由于实验方法和实验条件的限制，操作过程复杂繁琐，需要专业的技术人员和专业的实验室，检测周期长，且存在操作失误和实验人员感染的风险，无法在资源有限区域进行病原体检测。在应对如 sars-cov-2这种高传染性的病原体时，反应能力不足。因此迫切需要一种自动化全流程的核酸检测系统，能够自动化全封闭的进行核酸提取、扩增和检测的全流程，无需专业的技术人员，便于在资源有限区域进行病原体检测的同时，降低实验人员感染的风险，提高检测灵敏度。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题在于：解决现有的核酸检测检测过程繁琐、检测周期长的问题。
5.为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种全流程的核酸检测系统，包括系统仓、微流控卡盒芯片、微流体控制模块、温度控制模块、荧光检测模块和控制器模块；
7.所述微流控卡盒芯片、温度控制模块、微流体控制模块、荧光检测模块和控制器模块均集成安装在系统仓内；
8.所述微流体控制模块安装在温度控制模块上方；所述微流控卡盒芯片能够安装在温度控制模块和微流体控制模块之间；
9.所述控制器模块与微流控卡盒芯片、温度控制模块、微流体控制模块和荧光检测模块连接。
10.优点：本实用新型在系统仓内集成了温度控制模块、微流体控制模块和荧光检测模块，具备核酸提取、扩增和检测功能，系统集成度高，具备核酸提取、扩增和检测功能；结合微流控卡盒芯片，可进行全封闭的核酸检测分析，实现“样本进-结果出”的检测全流程。
11.优选地，所述温度控制模块包括第一热沉片、第二热沉片、第一温度传感器、第二温度传感器、第一帕尔贴、第二帕尔贴和鳍片散热器；
12.所述第一热沉片安装在第一帕尔贴上端，所述第一温度传感器安装在第一热沉片的内部；所述第二热沉片安装在第二帕尔贴上端，所述第二温度传感器安装在第二热沉片的内部；
13.所述鳍片散热器设置在温度控制模块的中部，所述第一帕尔贴位于第一热沉片和鳍片散热器之间，所述第二帕尔贴位于第二热沉片和鳍片散热器之间。
14.优选地，所述温度控制模块还包括风扇；所述风扇安装在鳍片散热器的底部。
15.优选地，所述微流体控制模块包括支架、步进电机蠕动泵、直流电机蠕动泵、二位三通电磁阀、升降驱动单元、高扭矩步进电机、光电开关、转接件、气源接头座、水平驱动单元和磁铁；
16.所述支架的右侧具有伸出端，所述步进电机蠕动泵和直流电机蠕动泵固定安装在伸出端上；所述二位三通电磁阀安装在支架的右侧；
17.所述高扭矩步进电机、光电开关、转换件和气源接头座通过升降驱动单元竖直滑动安装在支架的后部前端；
18.所述光电开关、转换件和气源接头座均固定安装在升降驱动单元的底部；
19.所述步进电机蠕动泵和直流电机蠕动泵均通过导气管分别与二位三通电磁阀连接，所述二位三通电磁阀通过导气管和气源接头座与微流控卡盒芯片上的进气口连接；所述高扭矩步进电机通过转接件与微流控卡盒芯片连接；
20.所述水平驱动单元滑动安装在支架底部，所述磁铁安装在水平驱动单元上，所述磁铁位于靠近微流控卡盒芯片上核酸提取管的侧面。
21.优选地，所述水平驱动单元的两端设置有两个碰撞开关。
22.优选地，所述荧光检测模块包括支撑板、转盘、led灯珠、激发滤光片、激发聚焦透镜、光纤、发射聚焦透镜组、发射滤光片和探测器；
23.所述转盘转动安装在支撑板上；
24.所述led灯珠固定安装在转盘上，所述激发滤光片放置在led灯珠前端；所述探测器固定在支撑板上，所述发射滤光片放置在探测器前端；所述激发滤光片和发射滤光片均固定在转盘上；
25.所述激发聚焦透镜和发射聚焦透镜组均固定在支撑板上；所述激发聚焦透镜设置在激发滤光片的前端，所述发射聚焦透镜组设置在发射滤光片的前端；
26.所述光纤一端固定在温度控制模块第二热沉片的侧面，另一端固定在支撑板上，且分别放置在激发聚焦透镜和射聚焦透镜组的前端。
27.优选地，所述光纤为y型玻璃光纤，所述光纤的合束端固定在温度控制模块第二热沉片的侧面，两个分束端均固定在所述支撑板上，且分别与所述 led灯珠和探测器对应连接；
28.所述激发聚焦透镜放置在与led灯珠对应的光纤分束端后方，所述发射聚焦透镜组放置在与探测器对应的光纤分束端后方。
29.优选地，所述led灯珠设置有多个不同的波长，所述激发滤光片和发射滤光片分别对应设置有多组。
30.优选地，所述荧光检测模块还包括步进驱动电机，所述步进驱动电机的输出轴固定在转盘的中心。
31.优选地，还包括水平滑动导轨，所述水平滑动导轨安装在系统仓内；
32.所述温度控制模块和荧光检测模块均安装在水平滑动导轨上，所述荧光检测模块与温度控制模块连接。
33.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
34.(1)本实用新型的全流程核酸检测系统集成了温度控制模块、微流体控制模块和荧光检测模块，具备核酸提取、扩增和检测功能，系统集成度高。
35.(2)本实用新型的全流程核酸检测系统结合微流控卡盒芯片，可在芯片上自动化的进行核酸从提取到扩增再到检测的全流程，实验操作简单、自动化程度高。
36.(3)本实用新型的全流程核酸检测系统在进行实验室时，整个实验过程芯片内部完全封闭，避免污染，即降低了实验人员感染的风险，也提高了实验结果的准确性。
37.(4)本实用新型的全流程核酸检测系统的荧光检测模块，集成了多种荧光检测波段，可以在一个检测管中检测多种病原体，具备多靶点检测功能。
38.(5)本实用新型的全流程核酸检测系统操作简单，技术门槛低，操作人员无需具备专业的实验技能，便于推广。
附图说明
39.图1为本实用新型的实施例的全流程核酸检测系统的整体结构示意图；
40.图2为本实用新型的实施例的全流程核酸检测系统的温控模块结构示意图；
41.图3为本实用新型的实施例的全流程核酸检测系统的微流体控制模块结构示意图；
42.图4为本实用新型的实施例的全流程核酸检测系统的荧光检测模块结构示意图；
43.图5为本实用新型的实施例的全流程核酸检测系统的荧光检测模块的主视图；
44.图中：1、微流控卡盒芯片；2、温度控制模块；21、第一热沉片；22、第二热沉片；23、第一温度传感器；24、第二温度传感器；25、第一帕尔贴； 26、第二帕尔贴；27、鳍片散热器；28、风扇；3、微流体控制模块；31、支架；32、步进电机蠕动泵；33、直流电机蠕动泵；34、二位三通电磁阀；35、升降驱动单元；36、高扭矩步进电机；37、光电开关；38、转接件；39、气源接头座；310、水平驱动单元；311、磁铁；312、碰撞开关；4、荧光检测模块；41、支撑板；42、转盘；43、步进驱动电机；44、led灯珠；45、激发滤光片；46、激发聚焦透镜；47、光纤；48、发射聚焦透镜组；49、发射滤光片；410、探测器；5、水平滑动导轨。
具体实施方式
45.为便于本领域技术人员理解本实用新型技术方案，现结合说明书附图对本实用新型技术方案做进一步的说明。
46.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
47.参阅图1，本实施例公开了一种全流程的核酸检测系统，包括系统仓(图未示出)、微流控卡盒芯片1、温度控制模块2、微流体控制模块3、荧光检测模块4、水平滑动导轨5和控
制器模块(图未示出)。温度控制模块2、微流体控制模块3、荧光检测模块4和控制器模块均集成在容纳仓内。通过将各个模块集成在密闭的系统仓内，保证整个实施过程芯片内部完全封闭，避免污染，降低了实验人员感染的风险，也提高了实验结果的准确性。
48.温度控制模块2位于系统的进仓口，其上方安装有用于放置微流控卡盒芯片1的限位槽。微流体控制模块3位于温度控制模块2上方，其能够在竖直方向上移动，便于与微流控卡盒芯片1自动化对接。荧光检测模块4位于温度控制模块2后方，两者均安装在水平滑动导轨5上，可通过步进电机在水平方向上移动，且在移动过程中两者位置始终保持相对固定，便于系统自动化的开仓和关仓。
49.控制器模块与微流控卡盒芯片1、温度控制模块2、微流体控制模块3和荧光检测模块4连接，用于检测系统各模块间的控制和连接。
50.参阅图2，温度控制模块2包括第一热沉片21、第二热沉片22、第一温度传感器23、第二温度传感器24、第一帕尔贴25、第二帕尔贴26、鳍片散热器27和风扇28。
51.第一热沉片21安装在第一帕尔贴25上端，第一温度传感器23安装在第一热沉片21的内部；第二热沉片22安装在第二帕尔贴26上端，第二温度传感器24安装在第二热沉片22的内部。第一热沉片21用于为微流控卡盒芯片 1上的样本裂解提供均匀的温度条件，第二热沉片22用于为微流控卡盒芯片 1上的核酸扩增提供均匀的温度条件；第一温度传感器23和第二温度传感器 24分别实时检测第一热沉片21和第二热沉片22的温度。
52.鳍片散热器27设置在温度控制模块2的中部，第一帕尔贴25位于第一热沉片21和鳍片散热器27之间，第二帕尔贴26位于第二热沉片22和鳍片散热器27之间。第一帕尔贴25用于根据设置温度和第一温度传感器23的检测温度实时进行温度控制；第二帕尔贴26分别用于根据设置温度和第二温度传感器24的检测温度实时进行温度控制。风扇28位于鳍片散热器27底部，与鳍片散热器27一起用于模块散热。
53.第一热沉片21、第一温度传感器23和第一帕尔贴25用于微流控卡盒芯片1上的样本裂解，第一热沉片21为单孔。第二热沉片22、第二温度传感器 24和第二帕尔贴26用于微流控卡盒芯片1上的核酸扩增，第二热沉片22的孔的个数随微流控卡盒芯片1上检测管的数量而变化。
54.参阅图3，微流体控制模块3包括支架31、步进电机蠕动泵32、直流电机蠕动泵33、二位三通电磁阀34、升降驱动单元35、高扭矩步进电机36、光电开关37、转接件38、气源接头座39、水平驱动单元310、磁铁311和碰撞开关312。
55.支架31的右侧具有伸出端，步进电机蠕动泵32、直流电机蠕动泵33固定安装在伸出端上；二位三通电磁阀34安装在支架31的右侧。
56.高扭矩步进电机36、光电开关37、转换件和气源接头座39通过升降驱动单元35竖直滑动安装在支架31后部前端；高扭矩步进电机36与升降驱动单元35连接用于为升降驱动单元35提供动力。光电开关37、转换件和气源接头座39均固定安装在升降驱动单元35的底部。
57.步进电机蠕动泵32、直流电机蠕动泵33均通过导气管分别与二位三通电磁阀34连接，二位三通电磁阀34通过导气管和气源接头座39与微流控卡盒芯片1上的进气口连接。步进电机蠕动泵32通过控制步进电机的旋转角度可在微流控卡盒芯片1中进行精确的液体转移，直流电机蠕动泵33通过直流电机的高速旋转可在微流控卡盒芯片1中进行充分的液体
混合。通过控制二位三通电磁阀34的导通方式，能够分别控制将步进电机蠕动泵32或直流电机蠕动泵33接入微流控卡盒芯片1，进行不同的微流体操作。
58.高扭矩步进电机36通过转接件38与微流控卡盒芯片1连接，光电开关 37对高扭矩步进电机36的初始位置进行校准，通过控制电机旋转角度可以对微流控卡盒芯片1进行精确的微通道切换。通过高扭矩步进电机36转动能够控制升降驱动单元35在竖直方向移动，实现转接件38和气源接头座39与微流控卡盒芯片1的自动化对接和分离。
59.水平驱动单元310滑动安装在支架31底部，磁铁311安装在水平驱动单元310上，且磁铁311位于靠近微流控卡盒芯片1上核酸提取管的侧面。磁铁311用于对磁珠法提取核酸中的磁珠进行吸附。在进行磁珠法提取核酸时，通过水平驱动单元310的移动，磁铁311可以在水平方向上移动，并依次经过微流控卡盒芯片1上的核酸提取管的侧面，当磁铁311靠近提取管时，对管内的磁珠进行吸附，当磁铁311远离提取管时，即对管内的磁珠进行解吸。
60.同时在水平驱动单元310的两端设置有两个碰撞开关312，用于磁铁311 的限位。
61.参阅图4和图5，荧光检测模块4包括支撑板41、转盘42、步进驱动电机43、led灯珠44、激发滤光片45、激发聚焦透镜46、光纤47、发射聚焦透镜组48、发射滤光片49和探测器410。
62.led灯珠44固定安装在转盘42上，激发滤光片45放置在led灯珠44 前端；探测器410固定在支撑板41上，发射滤光片49放置在探测器410前端。
63.光纤47为y型玻璃光纤47，光纤47的合束端固定在温度控制模块2第二热沉片22的侧面，两个分束端均固定在支撑板41上，且分别与led灯珠 44和探测器410对应连接。
64.同时激发聚焦透镜46放置在与led灯珠44对应的光纤47分束端后方，发射聚焦透镜组48放置在与探测器410对应的光纤47分束端后方。
65.激发聚焦透镜46和发射聚焦透镜组48均固定在支撑板41上。激发滤光片45和发射滤光片49均固定在转盘42上，步进驱动电机43的输出轴固定在转盘42的中心，通过控制步进驱动电机43带动转盘42旋转，可以同步带动led灯珠44、激发滤光片45和发射滤光片49旋转。
66.led灯珠44发出的激发光，经过激发滤光片45的滤光和激发聚焦透镜 46的聚焦，进入光纤47的一个分束端，在光纤47合束端出射到微流控卡盒芯片1的检测管上，激发出荧光。部分荧光经过光纤47传输，在另一个分束端出射，经过发射聚焦透镜组48的聚焦和发射滤光片49的滤光，被探测器 410接收。
67.同时led灯珠44可以设置多个不同的波长，激发滤光片45和发射滤光片49设置对应的波长，以实现不同波段的荧光检测。在本实施例中，设置了六组led灯珠44和相应的滤光片，可实现fam、hex、tamra、rox、 cy5和cy5.5这六种不同波段的荧光检测。光纤47和探测器410的个数一致，并与微流控卡盒芯片1上检测管的数量对应。
68.本实施例通过控制步进驱动电机43带动转盘42旋转，进行led灯珠44、激发滤光片45和发射滤光片49的切换，可在一个检测管中实现多种不同波段的荧光检测。
69.本实施例的自动化全流程核酸检测系统集成了温度控制模块2、微流体控制模块3和荧光检测模块4，具备核酸提取、扩增和检测功能，系统集成度高。
70.本实施例的自动化全流程核酸检测系统结合微流控卡盒芯片1，可在芯片上自动化的进行核酸从提取到扩增再到检测的全流程，实验操作简单、自动化程度高。
71.本实施例的自动化全流程核酸检测系统在进行实验室时，整个实验过程芯片内部完全封闭，避免污染，即降低了实验人员感染的风险，也提高了实验结果的准确性。
72.本实施例的自动化全流程核酸检测系统的荧光检测模块4，集成了多种荧光检测波段，可以在一个检测管中检测多种病原体，具备多靶点检测功能。
73.本实施例的自动化全流程核酸检测系统操作简单，技术门槛低，操作人员无需具备专业的实验技能，便于推广。
74.本检测系统的自动化核酸检测全流程步骤如下：
75.(1)将采集的样本加载到微流控卡盒芯片1中；
76.(2)点击“开仓”按钮，水平滑动导轨5带动温度控制模块2和荧光检测模块4移动，自动进行开仓。将完成样本加载的微流控卡盒芯片1放置在温度控制模块2上表面的限位槽中，芯片底部的样本裂解管和核酸扩增管分别与对应的第一热沉片21和第二热沉片22紧贴。点击“关仓”按钮，水平滑动导轨5带动温度控制模块2和荧光检测模块4移动，自动进行关仓，完成芯片上机操作。
77.(3)点击“启动“按钮，首先系统内部的各个运动部件进行校零，然后升降驱动单元35向下移动，进行转接件38和气源接头座39与微流控卡盒芯片1的对接。
78.(4)温度控制模块2上第一帕尔贴25开始升温，第一温度传感器23实时检测第一热沉片21的温度，当到达设定温度后，按照设定的时间恒温保持一段时间。
79.(5)样本裂解完成后，按照预设的核酸提取流程，启动步进电机蠕动泵 32、直流电机蠕动泵33、二位三通电磁阀34、高扭矩步进电机36、光电开关 37、直线滑动导轨和碰撞开关312，自动化的完成核酸吸附、清洗、洗脱、分液、密封的步骤。
80.(6)核酸提取完成后，温度控制模块2上第二帕尔贴26开始升温，第二温度传感器24实时检测第二热沉片22的温度，按照预设的温度条件进行精确的温度控制，同时荧光采集模块按照预设条件进行荧光数据采集。
81.(7)核酸扩增结束后，系统内部的各个运动部件自动校零，同时对采集的荧光数据进行分析，给出实验结果。
82.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
83.以上所述实施例仅表示发明的实施方式，本实用新型的保护范围不仅局限于上述实施例，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型保护范围。