一种样本过滤装置及其取样设备的制作方法

1.本实用新型涉及样本处理领域，具体涉及一种样本过滤装置及其取样设备。


背景技术：

2.现有技术中，在进行肠癌等检测时，样本处理流程如下，采样常规的粪便采样管收集粪便样本，样本收集后，在涡旋仪上进行混均震荡操作，混匀后通过离心或过滤的方式得到粪便上清液。其中，离心的方式容易在吸取上清时造成吸头堵塞及污染，从而影响预处理效率。
3.现有的通过滤芯进行过滤的装置操作繁琐。


技术实现要素：

4.根据第一方面，在一实施例中，提供一种样本过滤装置，包括管体、用户端盖、实验端盖、滤芯；
5.所述管体的两端呈开口状；
6.所述用户端盖用于封堵所述管体的一端开口；
7.所述实验端盖用于封堵所述管体的另一端开口；
8.所述滤芯位于管体的内腔，所述滤芯靠近所述实验端盖，所述滤芯用于过滤所述管体中的液体样本；
9.所述滤芯可在外力作用下，朝向所述用户端盖移动。
10.在一实施例中，所述管体上设有遮挡件，用于遮挡所述实验端盖的外侧壁。
11.在一实施例中，所述实验端盖上设有供夹具卡合的卡合件，所述夹具卡合至所述卡合件，从而打开或者锁紧所述实验端盖。
12.在一实施例中，所述用户端盖的内底部设有朝向所述实验端盖的凸起。
13.在一实施例中，所述凸起的直径沿朝向所述实验端盖的方向逐渐减小。
14.在一实施例中，所述遮挡件上设有至少一个通孔。
15.在一实施例中，所述管体上设有供所述用户端盖的开口边缘抵靠的止挡件。
16.在一实施例中，所述用户端盖、实验端盖螺纹连接至所述管体。
17.在一实施例中，所述滤芯的微孔孔径为10～500μm。
18.在一实施例中，所述滤芯的密度≥20kg/m3。
19.在一实施例中，所述滤芯的高度≥5mm。
20.在一实施例中，所述用户端盖的外表面设有第一防滑纹。
21.在一实施例中，所述实验端盖的外表面设有第二防滑纹。
22.在一实施例中，所述实验端盖的顶部设有凹槽，所述凹槽内设有卡合件。
23.在一实施例中，所述卡合件的顶部与所述实验端盖的盖顶齐平。
24.在一实施例中，所述滤芯的微孔孔径为100～500μm。
25.在一实施例中，所述滤芯的密度为25～35kg/m3。
26.在一实施例中，所述滤芯的高度为5～20mm。
27.在一实施例中，所述管体的内径从实验端盖所在的一侧朝向用户端盖所在的一侧逐渐减小。
28.在一实施例中，所述滤芯为聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、不锈钢或陶瓷。
29.在一实施例中，所述滤芯的微孔孔径为350～400μm。
30.在一实施例中，所述滤芯的高度为5～10mm。
31.根据第二方面，在一实施例中，提供一种取样设备，包括第一方面任意一项所述样本过滤装置。
32.依据上述实施例的一种样本过滤装置及其取样设备，该过滤装置中预置有滤芯，使用时，无需在加入样本后，人工将滤芯置入管体中，显著简化样本预处理步骤，提高样本过滤效率。
附图说明
33.图1为一种实施例的样本过滤装置立体结构示意图；
34.图2为一种实施例中去掉两端端盖后的管体结构示意图；
35.图3为一种实施例的用户端盖外侧结构示意图；
36.图4为一种实施例的用户端盖内侧结构示意图；
37.图5为一种实施例的实验端盖外侧结构示意图；
38.图6为一种实施例的实验端盖内侧结构示意图；
39.图7为一种实施例的滤芯结构示意图。
40.标号说明：
41.1、管体；
42.101、遮挡件；
43.102、通孔；
44.103、止挡件；
45.2、用户端盖；
46.201、第一防滑纹；
47.202、凸起；
48.3、实验端盖；
49.301、卡合件；
50.302、第二防滑纹；
51.303、凹槽；
52.304、盖顶；
53.4、滤芯。
具体实施方式
54.下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本技术能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他材料、方法所替
代。在某些情况下，本技术相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本技术的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
55.另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
56.本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本技术所说“连接”、“联接，”如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
57.本实用新型主要用于肠癌等检测，但不仅仅局限于该用途。
58.现有的过滤的方式则需要借助滤芯完成，使用滤芯后，吸头堵塞情况大幅下降，能有效取到粪便上清液，但操作过程较为复杂，需开盖添加滤芯，也存在污染的风险，同时将滤芯方案自动化成本较高。鉴于滤芯方案的有效但复杂，特设计此采样装置，将滤芯预留于采样管中，从而省去样本处理中的开盖加滤芯环节。双端盖的设计有效地解决了滤芯预置管内的问题，尤其是管体在实验室端管盖形成的包覆结构，完全避免了用户可以任意开盖放样的问题，从源头端极大提高用户取样操作的一致性。该采样管进入实验室后，经过震荡混匀后，可直接开盖挤压滤芯得到上清液，从而大幅提高粪便样本预处理效率。
59.对于粪便dna的提取，主要有两种提取策略，一种是以粪便悬浊液的形式进行提取，一种是以粪便上清液的形式进行提取；对应上述两种提取策略，分别有着不同的预处理方式：悬浊液提取对应的预处理方式为混匀即可，但吸取较为困难，且不够精确，开盖吸取过程中极易造成污染；上清液形式的预处理为混匀后离心或过滤的方式，让无效的残渣成分沉降下去，而细胞存在于上清液中，此种方式提取的dna纯度较高，但由于有离心或滤芯过滤的过程，因此过程较为繁琐，而且涉及到需要开盖添加滤芯的操作。在肠癌早期筛查等检测过程中，对粪便样本进行固液分离是为了在取上清液过程中能吸取含有杂质相对较少的液体，提高产品检测精准度。目前粪便样本固液分离所采用的方法主要为离心机离心，或通过滤芯过滤，离心的主要原理是通过旋转产生离心力使不同密度的物质以不同速率在液体中沉降；而过滤的主要原理是通过滤芯的孔径大小，将大颗粒物质进行阻隔。
60.现有肠癌检测粪便样本时的固液分离具体方法包括：
61.方案一：使用高速离心机。通过将样本放入离心机转子中，启动离心机，转子加速至4000转/分钟持续3分钟。在转子高速运转过程中，肠癌粪便样本中的粪便杂质因密度不同，会以不同速率沉降。整体沉降速率随物质密度增大而加快。
62.方案二：开盖加入滤芯。
63.现有的肠癌粪便样本固液分离时使用的离心设备主要包括湘仪h2050r高速离心机。
64.样本管规格：深圳美迪科生产的10ml采样管(93款)。
65.现有粪便样本固液分离方法的具体实施步骤如下：
66.(1)人工将混匀后的含有粪便和保存液混合物的样本管呈中心对称摆放至离心机
转子中，关好离心机上盖。
67.(2)启动设定的4000转/分钟，运行时长3分钟的离心机程序。
68.(3)程序结束后，打开离心机上盖，人工将离心后的样本管取出摆放至样本盒。
69.上述离心方法操作繁琐，固液分离不彻底，因人体粪便内容物的多样性，其中包含许多密度小于保存液的物质，无论如何离心均难以沉降到样本管底部(该类样本约占总体样本的35％)，导致下一环节取上清液操作存在取液失败的可能。
70.现有技术中使用滤芯进行肠癌检测粪便样本固液分离存在以下缺点：
71.现有方案需要在样本混匀后再开盖放入滤芯，此步骤在样本预处理环节增加一次开盖，自动化实现起来较为复杂，同时也增加污染的风险。
72.在一实施例中，提供一种用于肠癌检测粪便样本收集的样本保存管，该保存管为双开盖设计，一端预留滤芯，在完成取样后，无需再进行离心或加滤芯操作，可直接开实验室端管盖(即实验端盖)吸取上清液。
73.在一实施例中，如图1所示，管体1的实验端包括实验端盖3和包围在实验端盖3外侧壁且距离该外侧壁有一定距离的一圈隔离层(包覆结构，即为遮挡件101)，隔离层与管体连接，因此，隔离层是拧不开的。隔离层的作用是用于区分用户端与实验室管盖，防止用户因误操作打开实验端盖3。当需要人工打开实验端盖3时，使用刀具将隔离层割开，待实验端盖3外露后，即可通过手拧实验端盖3，将该端盖打开。
74.在一实施例中，如图1所示，提供一种用于粪便样本收集的采样管。该采样管为双端开口设计，由管体1、用户端盖2、实验端盖3和滤芯4四部分组成。在进行采样管组装时，首先从实验端放入滤芯4，然后盖上实验端盖3，由于管体1的特殊结构设计，使得用户无法在不借用特殊工具的情况下打开实验端盖3，从而保证了滤芯结构与功能的独立与稳定；然后从用户端加入样本保存液，盖上用户端盖2，完成采样管组装。
75.使用时，用户从用户端打开用户端盖2，并从该处加入样本，盖上管盖，送至检验实验室。实验室端，将管体颠倒至实验室端朝上，使用涡旋仪进行混匀操作。混匀后，使用实验室工具(具体为市购的自动化夹具)打开实验端盖3，吸头将滤芯4向下按压，滤芯4完成过滤，即可得到上清液，该上清液可直接进行后续提取操作。
76.在一实施例中，本实用新型通过在样管内预制滤芯的方式，优化了粪便样本提取前的预处理环节，使得取样完成后无需再进行过多的预处理，可直接得到粪便上清液，极大地提高了样本处理效率，同时也通过减少开盖环节，降低了样本污染地风险，提高了样本质量。
77.在一实施例中，本实用新型涉及到的滤芯及管材一次开模后，可大幅降低成本低廉，同时可降低自动化研发投入，有利于提升公司整体利润率。
78.在一实施例中，如图1、图2所示，提供一种样本过滤装置，包括管体1、用户端盖2、实验端盖3、滤芯4；管体1的两端呈开口状；用户端盖2用于封堵管体1的一端开口；实验端盖3用于封堵管体1的另一端开口；滤芯4位于管体1的内腔，滤芯4靠近实验端盖3，滤芯4用于过滤管体1中的液体；滤芯4可在外力作用下，朝向用户端盖2移动。通常是由取样设备的吸头将滤芯4下压，使得滤芯4朝向用户端盖2移动，实现对管体1中的液体样本过滤，滤芯4与实验端盖3之间的液体即为过滤后的液体。取样设备的吸头可以对过滤后的液体精确取样。滤芯4是预先设置于管体1的内腔且靠近实验端盖3，无需在样本处理时，人工将滤芯4先放
入管体1中，有效简化操作，并减少污染。
79.在一实施例中，滤芯4通过过盈配合的方式预置于靠近实验端盖3的端口，避免滤芯4与用户端盖2之间预装的保存液等液体溢流至实验端盖3所在的一侧。
80.在一实施例中，管体1中滤芯4与用户端盖2之间的腔室内可以装有适量的保存液等液体。保存液主要用于维持样本稳定，抑制其他微生物生长，维持细胞以及细胞内dna的结构稳定。
81.如图1、图2所示，管体1上设有遮挡件101，用于遮挡实验端盖3的外侧壁。遮挡件101用于避免用户误将实验端盖3打开。遮挡件101作为管体1的一部分，与管体1固定连接，有效避免用户误操作。
82.在一实施例中，遮挡件101的外壁为光滑面，用户使用时，无法用手直接将遮挡件101拧开，从而进一步避免误操作。
83.在一实施例中，遮挡件101围合在实验端盖3的外侧壁，有效避免用户接触实验端盖3的外侧壁，从而避免误操作。
84.在一实施例中，如图1、图5、图6所示，实验端盖3上设有供夹具卡合的卡合件301，夹具卡合至卡合件301，从而打开或者锁紧实验端盖3。
85.卡合件301的形状与夹具相适应，在一实施例中，卡合件301可以呈外六角结构，供内六角夹具卡合，从而旋开实验端盖3。在另一实施例中，卡合件301可以呈十字型机构，供十字型夹具卡合。卡合件301的形状不受限制，可以是各种供对应夹具卡合形状。
86.在一实施例中，如图4所示，用户端盖2的内底部设有朝向实验端盖3的凸起202。凸起202的直径沿朝向实验端盖3的方向逐渐减小。在打开用户端盖2之前，管体1通常是以用户端盖2朝上的状态放置，但在运输或者人为取放的过程中，管体1内预装的保存液等液体可能会因晃动而飞溅至用户端盖2所在的管口边缘，飞溅至管口边缘的液体会沿凸起202回流至管体1的内腔，从而避免沿管口边缘外溢。
87.在一实施例中，如图4所示，凸起202可以呈锥形。
88.在一实施例中，如图1、图2所示，遮挡件101上设有至少一个通孔102。如果因为缺失或者丢失夹具，或者用于自动化卡合至卡合件301的夹具出现设备故障，需要人为打开实验端盖3时，可用刀具沿通孔102将遮挡件101从管体1上割取，取下遮挡件101后，即可通过握住实验端盖3的外壁，将实验端盖3拧开。
89.在一实施例中，如图1、图2所示，多个间隔的通孔102可周向设置于遮挡件101上，通孔102可于实验端盖103的下边缘齐平或接近，从而有助于在打开遮挡件101后，实验端盖3的侧壁充分外壁，供实验人员手握实验端盖3的侧壁并将其打开。
90.在一实施例中，如图1、图2所示，管体1上设有供用户端盖2的开口边缘抵靠的止挡件103。止挡件103一方面有助于避免用户端盖2过度向实验端盖3方向旋紧造成螺纹损坏，另一方面，用户端盖2的开口边缘抵靠至止挡件103后，还有助于避免液体外溢。
91.在一实施例中，用户端盖2、实验端盖3螺纹连接至管体1。在一实施例中，管体1的两端外侧壁设有外螺纹，用户端盖2、实验端盖3的内侧壁设有与前述外螺纹相匹配的内螺纹，使得用户端盖2、实验端盖3可以快速封堵对应的端口。
92.在一实施例中，如图1、图3、图4所示，用户端盖2的外表面设有第一防滑纹201。
93.在一实施例中，如图5、图6所示，实验端盖3的外表面设有第二防滑纹302。第一防
滑纹201、第二防滑纹302起到防滑作用，便于用户手握端盖外壁并打开或拧紧端盖。
94.在一实施例中，第一防滑纹201、第二防滑纹302可以呈凸起、凹槽或其他形状。在一实施例中，第一防滑纹201、第二防滑纹302可以呈直线型、曲线型等多种形状。
95.在一实施例中，如图5所示，实验端盖3的顶部设有凹槽303，凹槽303内设有卡合件301。凹槽303有助于减少卡合件301的位置干涉，提高结构紧凑性。
96.在一实施例中，如图5所示，卡合件301的顶部与实验端盖3的盖顶304齐平，便于实验端盖3的盖顶304朝下时，可以将管体1平稳放置于水平的台面上。
97.在一实施例中，如图1所示，管体1的内径从实验端盖3所在的一侧朝向用户端盖2所在的一侧逐渐减小，滤芯4具有一定的弹性形变，逐渐减小的管体1内径有助于充分过滤管体1中的液体样本，避免液体样本未经滤芯4过滤，直接从靠近用户端盖2的一侧，沿滤芯4与管体1内壁之间的间隙，流入滤芯4与实验端盖3之间的腔室。
98.在一实施例中，滤芯4为聚氨酯、聚乙烯或聚丙烯。一方面，滤芯4供液体通过，目标细胞组织或者核酸随液体通过滤芯，取样后可进行检测，另一方面，滤芯4拦截液体样本中的杂质。
99.在一实施例中，滤芯4具有供样品液中待分离的目标物通过的微孔，滤芯用于在外力作用下，沿管体1内壁，从实验端滑向用户端，过滤样品液。
100.在一实施例中，滤芯4用于过滤样品液中的杂质。目标物之外的物质(主要为杂质)粒径大于滤芯的微孔孔径，无法通过微孔，而目标物可以从滤芯靠近用户端的一侧微孔进入滤芯靠近实验端的一侧，从而实现对目标物的分离，靠近实验端的一侧的样品液中几乎不含有杂质。
101.在一实施例中，目标物包括但不限于细胞。
102.在一实施例中，细胞包括但不限于肿瘤细胞。
103.在一实施例中，肿瘤细胞包括但不限于结直肠癌变肿瘤细胞。
104.在一实施例中，样品液包括但不限于粪便样品液。
105.在一实施例中，滤芯的最大直径≤用于盛放样品液的容器内径，或者略大于容器的内径。滤芯通常具有一定的形变，使得滤芯外壁紧贴容器的内壁，避免样品液未经滤芯过滤，从滤芯与容器内壁之间的间隙流入滤芯上方。
106.在一实施例中，滤芯4的微孔孔径为10～500μm，优选为100～500μm，更优选为300～500μm。滤芯的微孔孔径包括但不限于10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm、100μm、150μm、200μm、250μm、300μm、350μm、450μm、500μm。
107.如果微孔孔径过小，则目标细胞组织或核酸难以透过滤芯，造成实验结果检测灵敏度下降；如果孔径过大，则大颗粒杂质会透过滤芯，引起取样环节吸头堵塞进而导致取样失败。
108.在一实施例中，滤芯4的密度≥20kg/m3，优选为25～35kg/m3，更优选为30kg/m3。滤芯的密度包括但不限于25kg/m3、26kg/m3、27kg/m3、28kg/m3、29kg/m3、30kg/m3、31kg/m3、32kg/m3、33kg/m3、34kg/m3、25kg/m3。
109.在一实施例中，滤芯4为聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、不锈钢或陶瓷，制备滤芯的材料为现有材料，可以从市场上购买得到。
110.如果滤芯密度过小，可能会造成滤芯上浮且取放困难；如果密度过大，则滤芯径向
弹性会降低，可能导致滤芯难以被吸头抵入管体1的用户端。
111.在一实施例中，加入管体1的样本为液体样本。
112.在一实施例中，如图7所示，滤芯4具有柱体部。
113.滤芯4的形状不受限制，可以是圆柱体、锥体等各种形状，能够使得滤芯紧贴管体1的内壁滑向用户端，过滤样品液的各种形状均适用于本实用新型。用于盛放样品液的管体1内腔通常为圆柱形，因此，滤芯优选为圆柱体或底部为倒锥形的圆柱体，可有效避免滤芯在样品液中发生偏移，从而避免造成过滤不彻底。
114.在一实施例中，所述滤芯的高度为≥5mm，优选为5～20mm，更优选为5～10mm。
115.在一实施例中，所述滤芯的直径为≥5mm，优选为5～30mm，更优选为10～20mm。
116.在一实施例中，滤芯的直径、高度等不受限制，可根据实际需求进行设计。滤芯的直径略大于管体1的内径，实现过盈配合。
117.在一实施例中，提供一种取样设备，包括前述任一实施例的样本过滤装置。在一实施例中，取样设备可以是自动化取样设备，自动控制吸头下压滤芯4，完成过滤，然后自动化精确取样，用于后续的检测。
118.使用时，用户端盖2所在的一端先朝上，用户打开用户端盖2后，向管体1的内腔中加入液体样本，然后拧紧用户端盖2，将管体1颠倒至实验端盖3朝上，使用涡旋仪进行混匀操作。混匀后，使用实验室工具(例如市购的自动化夹具)打开实验端盖3，吸头将滤芯4向下按压，滤芯4完成过滤，得到的滤芯4与实验端盖3之间的液体即为经过滤芯4过滤后的液体，即上清液，该上清液可直接进行后续提取操作。
119.在一实施例中，滤芯4实现肠癌检测粪便样本固液分离，相较于现有离心机产品采取的固液分离方式，该滤芯可大幅提升固液分离效率，过滤后的样品液中密度小于保存液的物质显著减少。
120.实施例1
121.使用图1～7所示的采样管与现有的离心以及手动添加滤芯法对比进行样本预处理检测，对比检测结果。
122.滤芯的材料为高密度聚氨酯，密度为30kg/m3。本实施例用于制备滤芯的聚氨酯购自东莞市晟亿环保材料有限公司。
123.滤芯的微孔孔径为375μm，直径为14.2mm，高度为10mm。
124.本实施例中，采样管的管体1的结构为圆柱状，管体1的外径尺寸为21mm，高度为95.57mm。
125.组一：使用图1～7所示的采样管进行样本采集及取上清，结果如表1所示。
126.表1
[0127][0128]
组二：常规采样管+离心取上清，结果如表2所示。
[0129]
表2
[0130][0131]
组三：常规采样管+加滤芯过滤取上清，结果如表3所示。
[0132]
表3
[0133]
[0134][0135]
组二、组三中的常规采样管即为市售的深圳美迪科生产的10ml采样管(93款)，为单开口、单端盖结构。组三中，打开管盖，加样后，人工将滤芯从加样口置入管体内腔，用吸头下压滤芯，然后取过滤后的上清液。
[0136]
结果分析如下：
[0137]
1.预处理方式的选择：滤芯方式成功率显著高于离心方式。
[0138]
2.使用本实用新型的采样管进行粪便样本采集与预处理所得检测结果与使用开盖添加滤芯预处理方式进行检测的结果完全一致，但操作时间及及工序显著低于后者。因此，本实用新型在不影响检测结果的前提条件下，极大地提高了粪便样本预处理效率，节省了大量的人力及时间。
[0139]
在一实施例中，本实用新型采取双端开盖设计，实验室端和用户端独立分隔，互不干扰，实验室端预留滤芯，并通过特殊管体结构使得用户无法在不借助工具的情况下打开实验室端管口，保证滤芯了结构和功能地完整性，用户通过用户端完成粪便样本采集后，无需复杂操作即可迅速高效地得到可直接用于提取的上清液，极大提高粪便样本预处理效率。
[0140]
在一实施例中，本实用新型提供了一种用于粪便样本保存和预处理的采样管。
[0141]
在一实施例中，管体1的形状不受限制，圆柱状、圆台状、长方体状等形状的管体1均在本实用新型的保护范围内。
[0142]
在一实施例中，管体1的尺寸不受限制，可以根据需要进行设计，例如，管体1的外径尺寸可以为10mm～30mm，高度可以为10mm～200mm。
[0143]
在一实施例中，滤芯4的材质可以包括但不限于聚氨酯类化合物、聚乙烯类化合物、聚丙烯类化合物、不锈钢、陶瓷等现有材料中的任意一种。
[0144]
以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。