用于核酸提取和检测的装置和仪器的制作方法

本实用新型涉及体外诊断装置领域。具体的，本实用新型提供了一种自动化的核酸提取和扩增仪器，以及使用所述仪器进行检测和诊断的方法。

背景技术：

在现代临床疾病诊断、输血安全、法医学鉴定、环境微生物检测、食品安全检测、分子生物学研究等多种领域提取生物活性物质，例如细胞，以及蛋白质、核酸等生物活性物质具有重要作用。其中，核酸由许多核苷酸聚合成的生物活性物质化合物，为生命的最基本物质之一。核酸广泛存在于所有动物、植物细胞、微生物内、生物体内。据化学组成不同，核酸可分为核糖核酸，简称rna和脱氧核糖核酸，简称dna。dna是储存、复制和传递遗传信息的主要物质基础，rna在蛋白质合成过程中起着重要作用。生物技术的发展日新月异，随着pcr技术在各个领域的应用，包括医学方面疾病检测、农业方面转基因检测以及其他很多方面的应用等，需要从样本提取核酸并进行检测的方法和仪器。

然而目前，不管何种方法，高通量全自动的仪器已经成为pcr技术在诊断分析领域应用的瓶颈。对此，存在数个原因。首先，许多诊断分析仅用高度专业的装备进行，其是昂贵的并且仅可由受训的临床医生操作。在某些特定的地区这种设备经常仅一台。这意味着大多数医院需要将样本送到这些地方用于分析，因此产生运输费用和运输延迟，并且甚至可能导致样本损失或不正确运转。第二，所讨论的设备一般并不能在需要时就随时运行，而是在累积一定数量后以批次运行，因此对于许多样本存在延迟处理，这对最终结果的准确性造成了许多不确定的影响。

因此，需要的是尽可能自动化、同时适合随时运行，并且能够更好地避免污染的核酸提取和分析仪器和方法。例如，一旦从患者提取，生物样本必须以适用于pcr处理的形式放置，以扩增目的载体如核苷酸。一旦扩增，需要清楚地确定来自样本的目的核苷酸。并且，所述仪器应该具有高通量，特别是对于一个样本可进行多种不同的分析；而且可以在护理地点常规进行的方式，而不需要将样本送到专门设备出检测。

技术实现要素：

本实用新型提供的装置和仪器有高通量，并且能够根据需求对通量进行灵活分配，除了能够对多个样本同时进行检测，也能够对一个样本可进行多种不同的测试分析。

具体的，本实用新型提供了一种核酸提取和检测装置，所述装置包括：

一个或多个样本接收模块，各个样本接收模块具有适合接受样本或样本容器的隔室；

一个或多个裂解模块，各个裂解模块具有适合接受裂解试剂或裂解试剂盒的隔室；

一个或多个核酸提取模块，各个核酸提取模块具有适合接受核酸提取试剂或核酸提取试剂盒的隔室；

一个或多个核酸扩增模块，各个核酸扩增模块具有适合接受核酸扩增试剂或核酸扩增试剂盒的多个隔室；和

检测模块。

在本实用新型的其中一个方面，所述装置中的样本接受模块具有可容纳样品管的样本架，设置在所述装置靠近操作者的前端。

在本实用新型的其中一个方面，所述装置中的裂解模块中采用裂解剂、酶、超声或物理研磨的方式裂解样本。

在本实用新型的其中一个方面，所述装置中的裂解模块还具有用于裂解样本的元件。

在本实用新型的其中一个方面，所述装置中的裂解样本的元件为震荡器，其由偏心轴、偏心座和电机组成，偏心轴围绕电机轴心旋转，使得偏心座发生振荡。

在本实用新型的其中一个方面，所述装置中的裂解模块适合接受研磨微粒或包括研磨微粒的裂解试剂盒，以物理研磨方式裂解样本。

在本实用新型的其中一个方面，所述裂解试剂盒具有裂解管，裂解管可容纳研磨微粒。在本实用新型的其中一个方面，所述裂解管具有封盖，内壁具有两条或更多轴向条状突起。

在本实用新型的其中一个方面，所述装置中的裂解模块适合接受裂解剂或包括裂解剂的裂解试剂盒，以化学或生物方式裂解样本。

在本实用新型的其中一个方面，所述装置中的核酸提取模块具有一个或多个核酸提取单元。在本实用新型的其中又一个方面，所述核酸提取单元由结合单元、清洗单元和洗脱单元组成。

在本实用新型的其中一个方面，所述装置中的核酸提取模块具有磁体装置，所述磁体装置可施加磁场，控制磁性材料和/或结合核酸的所述磁性材料。

在本实用新型的其中一个方面，所述装置具有可插入结合单元、清洗单元和洗脱单元的分配管，通过磁珠法对容器中的核酸进行提取，其中核酸样本在容器的溶液中与磁珠结合后，分配管的尖端可插入容器的底部，磁铁靠近分配管，磁珠和结合的样品被磁铁吸附到分配管侧壁，排出液体后分配管移动至另一个容器，磁铁离开分配管，磁场作用消失，吸附的磁珠和样品被释放。

在本实用新型的其中一个方面，所述装置中的核酸扩增模块配置为适用于进行恒温扩增或pcr，优选的，其适用于dna和rna的荧光定量pcr。

在本实用新型的其中一个方面，在所述装置中的核酸扩增模块中，所述核酸扩增模块具有多个核酸扩增单元。每个核酸扩增单元通常对应核酸提取模块中每个核酸提取单元得到的核酸提取样本。对应核酸提取模块中每个核酸提取单元得到的核酸提取样本的核酸扩增单元包括进行两个或更多个扩增反应的隔室。在本实用新型的其中一个方面，所述每个核酸扩增单元可以对同一个核酸提取样本进行两个或更多个相同或不同的扩增反应。

在本实用新型的其中一个方面，所述装置中的核酸扩增模块还包括可独立加热或冷却所述多个隔室中的各个隔室的温度调节器，使得每个隔室可独立完成不同或相同的扩增反应。

在本实用新型的其中一个方面，所述装置中的核酸扩增模块还包括翻盖机构，以将扩增管的盖闭合。在本实用新型的其中一个方面，所述翻盖机构具有压盖组件和运动组件，其中，压盖组件包括压盖盖板和步进电机，步进电机控制压盖盖板上下运动；所述运动组件可在水平方向做前后运动，核酸扩增模块的扩增隔室与运动组件相连；所述翻盖机构设置为当扩增隔室或核酸扩增试剂盒中的扩增管随运动组件移动到接近压盖盖板时，步进电机带动压盖盖板向上移动，将扩增管的盖慢慢抬起，将管盖翻折，当扩增管的盖抬起到合适的角度时压盖盖板不再向上运动，运动组件继续向压盖盖板方向运动，然后步进电机带动盖盖压板向下运动，将管盖压紧。

在本实用新型的其中一个方面，所述装置中的检测模块对核酸携带的可识别的标记进行检测，包括但不限于荧光或其它形式的(例如化学发光，生物发光，辐射发光，电发光，电化学发光，机械发光，结晶发光，热致发光，声致发光，磷光和光致发光等)发光，酶促反应，放射性等。

在本实用新型的其中一个方面，所述装置中的检测模块包括荧光分析仪。

在本实用新型的其中一个方面，所述装置还包括液体分配模块，以将装置中的样本、试剂或其它液体在两个或多个位置之间传递或分配。

在本实用新型的其中一个方面，所述装置中的液体分配模块包括：一个或多个传感器；一个或多个分配头；和为分配头提供三维平移运动自由度的位移控制机构。

在本实用新型的其中一个方面，所述装置还包括试剂和耗材设置区。

在本实用新型的其中一个方面，所述装置中的所述试剂和耗材设置区包括移液枪头设置区、pcr试剂储存和混合处理区、废料区中的一个或多个。

本实用新型还提供了一种自动化的分子体外诊断仪器，其包括前述核酸提取和检测装置，以及例如基于电脑的自动控制系统。

在本实用新型的其中一个方面，所述诊断仪器用于感染源鉴别、遗传学疾病、癌症检测或基因变异检测。

在本实用新型的其中一个方面，所述诊断仪器用于以下病原的检测：流感病毒、肠道病毒、乙肝病毒、丙肝病毒、埃博拉病毒、马尔堡病毒、sars病毒、塞卡病毒、布尼亚病毒、鼻病毒、呼吸核胞病毒、霍乱病毒等病毒性病原，或是结核杆菌、大肠杆菌、鲍曼不动杆菌、肺炎双球菌、乳酸链球菌、尿素生孢八叠球菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、炭疽芽孢杆菌、枯草杆菌、链杆菌、变形杆菌、霍乱弧菌、梅毒螺旋体等细菌性病原。

在本实用新型的其中一个方面，所述诊断仪器用于以下癌症的检测：胃癌、肝癌、肺癌、食管癌、子宫颈癌、乳腺癌、结肠癌、直肠癌、鼻咽癌、卵巢癌、肾癌、膀胱癌、甲状腺癌和皮肤癌等；从间叶组织如肌肉、脂肪、骨骼、血管、淋巴等长出来的恶性肿瘤，例如横纹肌肉瘤、平滑肌肉瘤、纤维肉瘤、脂肪肉瘤、骨肉瘤、软骨肉瘤、血管肉瘤、淋巴肉瘤等。另外还有例如白血病、霍奇金病、威尔姆氏瘤(肾母细胞瘤)、黑色素瘤、视网膜细胞瘤、精原细胞瘤、颗粒细胞瘤、枯根勃氏瘤、尤文氏瘤、恶性血管内皮细胞瘤或乳房派杰氏病。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本实用新型的一个示例性装置的立体图。

图2是本实用新型的一个示例性装置的局部平面布局示意图。

图3是本实用新型装置的一个示例性样本架的结构图。

图4是本实用新型装置的一个示例性裂解模块的结构图。

图5是本实用新型示例性裂解试剂盒。

图6是本实用新型示例性采用磁珠法的核酸提取模块，以及该模块中磁场控制吸附移液的方法的示意图。

图7是本实用新型示例性的核酸提取试剂盒的结构图。

图8是本实用新型装置的示例性翻盖机构。

图9是本实用新型的示例性核酸扩增试剂盒的结构图。

图10是本实用新型装置的示例性荧光分析仪结构和光路示意图。

图11是本实用新型装置的一个示例性液体分配模块的结构示意图。

图12显示本实用新型装置的一个示例性单臂移液枪的剖面图。

图13是本实用新型装置的另一个示例性液体分配模块的结构示意图。

具体实施方式

本文所用的术语核酸包括dna(脱氧核糖核酸)和rna(核糖核酸)。也应当理解，术语核酸和多核苷酸可以在本文可互换地使用。

应当理解，本文中所描述的装置应用于分析任何用途所用的任何含有核酸的样本，包括但不限于用于人类基因的遗传测试和各种传染性疾病的临床测试。应用于本文所述方法的核酸样品可来自于任何来源。通常，样品可以是与其天然环境所相分离并包含多核苷酸的生物材料。样品可由纯化的或分离的多核苷酸组成，或可包含生物样品例如包含多核苷酸的组织样品、生物流体样品或细胞样品。生物流体包括作为非限制性例子的血液、血浆、痰液、尿、脑脊液、灌洗液样品。核酸样品可来自于植物、动物、细菌或病毒来源。样品可获得自不同来源，包括但不限于来自不同个体、相同或不同个体的不同发育阶段、不同患病个体(如患有癌症或怀疑患有遗传病症的个体)、正常个体、相同或不同个体的不同疾病阶段、进行了不同疾病处理的个体、处于不同环境因素的个体、或具有易患病体质的个体、或暴露于传染性疾病介质(如hiv)的个体的样品。

本文中使用的术语“单元”用以表示元件或元件的组合，将其配置成一起运行以实现一种或多种功能或产生一种或多种所需的结果，其中每个元件可以具有单独的，清楚的和/或独立的功能。需要理解的是，单元内的各元件无需与各其它元件直接连接或直接通信。而且，多个元件的连接或通信可以在所述单元外部的元件如处理器的辅助下实现。

本文中使用的术语“模块”用以表示单元或单元的组合，将其配置成一起运行以实现本实用新型装置的一个或多个子系统功能。需要理解的是，模块内的各单元无需与各其它单元直接连接或直接通信。而且，多个单元的的连接或通信可以在所述模块外部的单元或元件如处理器的辅助下实现。

在本说明书中所述的“磁性材料”包括各种具有磁性的材料，包括具有各种粒径分布的颗粒和微粒状材料。材料的形状不仅限于球状材料，任何形状都是允许的。

本实用新型提供了一种用于分离或获得样品中的核酸，并对其通过聚合酶链反应进行检测的装置。

为了更好地理解和阐释本实用新型，下面将参照附图对本实用新型作进一步的详细描述。

参见图1和图2。其中图1是本实用新型的一个示例性装置的立体图，图2是本实用新型的一个示例性装置的局部平面布局示意图。

如图1所示，本实用新型的装置包括：

一个或多个样本接收模块1，具有适合接受样本或样本容器的隔室；

一个或多个裂解模块2，具有适合接受裂解试剂盒的隔室；在图1的裂解模块中，还具有用于裂解样本的元件；

一个或多个核酸提取模块3，各核酸提取模块具有适合接受核酸提取试剂盒的隔室，包括结合单元、清洗单元、洗脱单元，以及可相对于每个结合单元、清洗单元或洗脱单元移动的磁体装置；

一个或多个核酸扩增模块4，各核酸扩增模块具有两个或更多个适合接受核酸扩增试剂盒的隔室；

检测模块5；和

液体分配模块6，以将装置中的样本、试剂或其它液体在两个或多个位置之间传递或分配。

样本接受模块

在本实用新型中，本实用新型的装置具有样本接受模块1，其具有适合接受样本或样本容器的隔室。在本实用新型的一个实施方案中，适合接受样本容器的隔室是样本架11。示例性的样本架可如图3所示，其包括固定架12和供样品管插入的样品管井13。

样本容器的例子为样品管。样品管可为标准样品管，如标准采血管或bd样本管。适合本实用新型装置的样本管可为任何市售的样本管，例如但不限于12/13x75mm玻璃采血管、12/13x75mm塑料采血管、13x100mm采血管、16x75mm采血管、16x100mm采血管、16x100mmbd样本管等。样品管也可为非标准样品管。选用的样本管类型取决于耗材和样本管架结构设计。在本实用新型的设备和方法中，对于无需额外添加稀释液的样本，样本管最少上样量可高达500ul。对于需要使用稀释液(或样本量少)的样本，样本管最少上样量可以为100ul或更少。在图3所示的实例中，一个样本架的一排能容纳12个样本管。样本架可设置在本实用新型装置中实验区靠近操作者的前端，以方便操作。

在本实用新型的一个实例中，所述样本架或样本管还附有条码。条码可通过外置(例如采用手持式实验室(检验科)信息系统)扫描、内置扫描器或仪器内置自动扫描装置扫描，由此记录并监控所检测的样本。

裂解模块

本实用新型的装置用于获得样品的核酸和进行检测的方法，本实用新型的装置包括裂解模块2，其用于裂解样品的细胞以使得被细胞膜包被的核酸被释放。

如图1和图2所示，本实用新型装置的裂解模块2具有适合接受裂解试剂或裂解试剂盒的隔室。本实用新型装置的裂解模块可采用裂解剂、酶、超声或物理研磨的方式裂解样本。其中需要加入裂解试剂(包括各种用于裂解样品细胞的试剂和/或溶液)来对细胞进行裂解。裂解试剂也可以含有裂解试剂的裂解试剂盒(如裂解试剂条)方式提供。

在本实用新型的一个实施方案中，裂解模块采用裂解剂裂解的方式裂解样本。本实用新型可使用的裂解剂包括各种表面活性剂如sds、tritonx、np-40等，以及其它化学试剂如缓冲剂、蛋白酶抑制剂、还原剂等，其主要功能为：(1)利用去污剂破坏脂质双分子层，破裂细胞；(2)溶解蛋白；(3)促进蛋白变性；(4)抑制蛋白酶和核酸酶的活性。在本实用新型的这个实施方案中，用于裂解样本的元件为促进裂解剂裂解样本的元件，包括但不限于任选的加热元件、促进裂解剂与样本的混合物混合的震荡发生器或反复抽吸的分配管等。裂解剂包含在本实用新型的裂解试剂盒中，可在裂解管中，或裂解试剂盒的其它容器中，与裂解管相连或不相连。

在本实用新型的一个实施方案中，裂解模块采用酶裂解的方式裂解样本。本实用新型可使用的酶可为各种裂解细胞壁或细胞膜中成分的酶，例如labiase裂解酶、溶葡球菌酶、鸡蛋蛋白来源溶菌酶、人源溶菌酶、消色肽酶、球孢链霉菌源变溶菌素、金黄色葡萄球菌源α-溶血素、几丁质酶、立枯丝核菌源裂解酶、藤黄节杆菌源裂解酶、哈茨木霉源裂解酶、酿脓链球菌源链球菌溶血素o、破伤风杆菌源破伤风菌溶血素等。在本实用新型的这个实施方案中，用于裂解样本的元件为促进酶裂解样本的元件，包括但不限于任选的加热元件、促进酶与样本的混合物混合的震荡发生器或反复抽吸的分配管等。酶可处于本实用新型的裂解试剂盒中，可在裂解管中，或裂解试剂盒的其它容器中，与裂解管相连或不相连。

在本实用新型的一个实施方案中，裂解模块采用超声裂解的方式裂解样本。超声裂解是利用超声加热的方法将胞破碎。然而，这种处理容易导致dna的断裂，所以应设定好超声时间和间隙时间，以避免破坏目标dna。在本实用新型的这个实施方案中，用于裂解样本的元件例如为超声发生器，以及任选的保持样本温度的加热或冷却元件。任选的，样本在与稀释剂或缓冲液混合后进行超声。稀释剂或缓冲液可处于本实用新型的裂解试剂盒中，可在裂解管中，或裂解试剂盒的其它容器中，与裂解管相连或不相连。

在本实用新型的一个实施方案中，裂解模块采用物理研磨的方式裂解样本。物理研磨是指将具有一定硬度的细小微粒，即研磨微粒，例如玻璃珠或瓷珠，与样本一起涡旋振荡进行机械破碎。其利用研磨微粒的快速运动撞击样本细胞从而机械破碎裂解样本细胞。同其它方式相比，物理研磨是一种强有力的裂解方法，具有更高的裂解效率，可以更均一、更全面的裂解细胞，dna产量较高。

如图4所示的本实用新型示例性装置的裂解模块中，具有适合接受裂解试剂的样品管或裂解试剂盒的隔室和用于采用物理研磨方式裂解样本的元件。在本实用新型的这个实施方案中，用于裂解样本的元件为震荡器21。如图4左图所示，所述震荡器21利用偏心轴22围绕直流电机23轴心旋转，使得偏心座24产生高速振动。样品容器放置在偏心座中，在样品中加入的玻璃珠或瓷珠高速运动震荡从而达到破碎样品中的细胞的目的。图4右图所示的示例性裂解模块具有12个振荡器，可同时处理12个样品，其可以通过12个独立电机带动12个偏心座，使得放置在偏心座中的加入了裂解试剂的样品管或裂解试剂盒里的样本与其中的玻璃珠或瓷珠高速旋转和碰撞。本实用新型装置中使用的电机及其转速可由本领域技术人员根据现有技术或有限的实验来确定。

在上述示例性的本实用新型装置中，可在裂解模块采用裂解试剂盒。在本实用新型的上述采用物理研磨的方式裂解样本的实施方案中，裂解试剂盒具有固定的或可拆卸的容纳样品/裂解试剂的裂解管。

所述裂解试剂盒内还包含研磨微粒，例如研磨用玻璃珠或瓷珠，其具有约0.1-1mm的粒径。研磨微粒可放置在所述裂解管中，或放置在裂解试剂盒的其它与裂解管相连或不相连的容器中。所述裂解试剂盒具有表面的外膜，其将研磨微粒或裂解试剂封闭在裂解试剂盒内。在工作时，操作人员撕开裂解试剂盒表面的外膜后将裂解试剂盒置于本实用新型装置的裂解模块的相应隔室。

在图5所示的示例性裂解试剂盒25中，其包括12个裂解管26，其中每个裂解试剂盒可用于一个样本的裂解，如图5的左图所示。图5的右图为裂解管26的剖面图，其显示所述裂解管26具有封盖28，其内壁具有至少两条对称的轴向条状突起27。

在本实用新型的一个实施方案中，加入本实用新型装置的样本无需额外添加稀释液。在这种情况下，最少上样量可为50μl，或为100μl，或可高达500μl。

核酸提取模块

本实用新型的装置用于获得样品的核酸和进行检测的方法，本实用新型的装置包括核酸提取模块3，其用于将样品中的核酸分离和获得。在本实用新型的一个实施方案中，在样本裂解后，液体分配模块将裂解样本从裂解模块，例如前述裂解试剂盒中转移到核酸提取模块。

如图1和图2所示，本实用新型装置的核酸提取模块3具有适合接受核酸提取试剂或核酸提取试剂盒的隔室。本实用新型装置的核酸提取模块通过核酸结合、清洗和洗脱步骤来提取核酸，其中需要加入核酸结合、核酸清洗和核酸洗脱试剂(包括核酸提取磁珠、清洗液、洗脱液等)。核酸结合、核酸清洗和核酸洗脱试剂也可以含有所述试剂的核酸结合试剂盒(如核酸结合试剂条)方式提供。

在本实用新型的方法和装置中，核酸的提取通过磁珠法进行。其中，核酸的结合通过将可与核酸结合的磁性材料和/或结合液与已经裂解步骤的样品接触，由此使得核酸与所述磁性材料结合。核酸与所述磁性材料结合后形成的复合物可以在磁场作用下在容器中可控地移动、搅拌或沉淀，达到核酸结合、核酸清洗和核酸洗脱的目的。

如图2的示例性装置的局部平面布局示意图所示，在本实用新型的一个实施方案中，本实用新型的装置的核酸提取模块具有12个核酸提取单元31，每个核酸提取单元由结合单元32、清洗单元33、洗脱单元34组成，如图2所示。每个核酸提取单元用于处理一个样本，获得一个核酸提取样品。所述核酸提取模块的结合单元32为容纳可与核酸结合的磁性材料和/或结合液，或是适合接受核酸提取试剂盒中相应结合管的孔，该结合管中包含可与核酸结合的磁性材料和结合液。当采用核酸提取试剂盒时，在核酸提取试剂盒放入本实用新型装置后由液体分配模块加入结合管。清洗单元33为容纳清洗液，或是适合接受核酸提取试剂盒中相应清洗管的多个孔。当采用核酸提取试剂盒时，在核酸提取试剂盒放入本实用新型装置后由液体分配模块加入清洗管。洗脱单元34为容纳洗脱液，适合接受核酸提取试剂盒中相应洗脱管的孔。

核酸提取模块包括磁体，其用于通过磁场在结合单元、清洗单元或洗脱单元间移动磁性材料和与所述磁性材料结合的核酸。

图6为示例性采用磁珠法的核酸提取模块，以及该模块中通过磁场控制吸附移液的方法的示意图。在图6所示的示例性磁珠法的磁场控制吸附移液的机构和方法中，裂解后的样本在结合管35与磁珠结合后，分配管39的枪头尖端插入磁珠结合管底部，磁铁38靠近分配管，缓慢向上吸液过程中，磁珠被磁铁吸附到分配管侧壁。待样品液体全部吸完，分配管与磁铁同步向上运动，然后排出液体，侧壁吸附动作完成后，机械臂水平运动将分配管移动至清洗管36，磁铁离开分配管，磁场作用消失，吸附的磁珠和样品被释放，待分配管的枪头尖端插入液面下，通过上下反复吸排，磁珠进入清洗管内。类似地，清洗管中的磁性材料可通过同样的方法转移到洗脱管37，并使磁性材料进入洗脱管中的洗脱液内。洗脱结束后，通过施加磁场，将不再结合有核酸的磁性材料吸附到分配管侧壁，使磁性材料与洗脱液分离。

类似地，清洗管中的磁性材料可通过类似的方式转移到另一个清洗管中，或转移到洗脱管中。在本实用新型的一个实施方案中，每个核酸提取模块包括多个清洗单元，例如2-5个，优选3个。与之对应，每个核酸提取试剂盒包括多个清洗管，例如2-5个，优选3个。

在本实用新型的一个实施方案中，磁体装置设置为可移动至靠近分配管的侧方。在本实用新型的一个实施方案中，磁体装置设置为与液体分配模块的分配管固定，磁体装置例如为电磁体，通过周期性通电和断电向分配管地施加磁场。在本实用新型的一个实施方案中，磁体装置例如为永磁体或电磁体，设置为可相对于分配管移动，例如靠近或远离分配管，从而周期性地向分配管施加磁场。磁体装置可与分配管一同相对结合单元、清洗单元或洗脱单元移动，例如靠近或远离，从而将磁性材料从一个单元转移到另一个单元。这样，磁体装置周期性地向分配管施加磁场，施加磁场时磁性材料聚积到液体分配模块例如分配管中，去除磁场时磁性材料从液体分配模块例如分配管中转移到其它模块中。

在本实用新型的一个实施方案中，在样本裂解后，液体分配模块将裂解样本从裂解试剂盒中转移到位于核酸提取模块中的核酸提取试剂盒中。例如，液体分配模块将裂解样本吸取到分配管中，然后位移单元将分配头和分配管移动到核酸提取试剂盒处，最后将裂解样本排放到核酸提取试剂盒中，例如适用于结合单元的结合管内。

根据本实用新型，裂解后的样本被液体分配模块吸入分配管，然后在分配管中位移到核酸提取模块中的结合单元，例如在位于结合单元的核酸提取试剂盒的结合管中。裂解的样本在结合管中与磁性材料结合。待结合一段时间后，分配管尖端插入结合管底部。然后，磁体装置向分配管施加磁场，使得分配管缓慢向上吸液过程中，结合了核酸的磁性材料被磁场吸附到分配管的侧壁。待液体全部吸完，分配管与磁体装置同步向上运动，然后将不含磁性材料的液体排出分配管。侧壁吸附动作完成后，液体分配模块将分配管水平移动至位于清洗单元的清洗管，然后磁体装置去除向分配管施加的磁场，使得磁性材料被释放。待分配管尖端插入液面下，液体分配单元驱动分配管中的液体反复进入和排出分配管，使磁性材料进入清洗管中的清洗液内。

最后，液体分配模块将吸附有磁性材料的分配管移动离开洗脱单元，在洗脱管中仅剩余包含核酸的洗脱液。吸附有磁性材料的分配管可从液体分配模块中释放至废料区。

优选地，结合单元、清洗单元和洗脱单元分别包括加热元件，加热反应试剂(如结合或洗脱液)和磁性材料，促进核酸与磁性材料的结合或分离。

在上述示例性的本实用新型装置中，可在核酸提取模块采用核酸提取试剂盒。核酸提取试剂盒包括结合管、一个或多个清洗管和洗脱管，并且分别包含可与核酸结合的磁性材料、清洗液、洗脱液等。在图7所示的示例性核酸提取试剂盒31中，其可为单通道试剂条。图7左图为所述核酸提取试剂盒的正视图，图7右图为立体图。本实用新型的核酸提取试剂盒也可为多联装，例如12条装，其中每条核酸提取试剂盒可进行一个裂解样本的核酸提取。

所述核酸提取试剂盒中的结合管35、清洗管36和洗脱管37具有封膜。该封膜可采用双膜结构，其中的内膜为带有十字叉样的橡胶或硅胶膜，外膜为铝塑或塑封膜，防止试剂运输过程中封膜结构防止液体外溅，移液时分配管通过十字叉处加样移液。试剂盒上可贴有条码，条码中包含试剂效期等信息。

核酸扩增模块

本实用新型的装置用于对样品的核酸进行扩增和检测的方法，本实用新型的装置包括核酸提取模块4，其用于将样品中的核酸扩增。在本实用新型的一个实施方案中，在提取核酸后，液体分配模块将样本从核酸提取模块，例如前述核酸提取试剂盒中转移到核酸扩增模块。

在本实用新型的一个实施方案中，核酸扩增模块为适合以任何方式进行核酸扩增的模块，包括但不限于各种恒温扩增或pcr，例如qpcr(荧光定量pcr)、rt-pcr、热启动pcr、巢式pcr、多重pcr、复原条件pcr、dsrna合成、cold-pcr、数字pcr等。优选地，核酸扩增模块配置为适用于dna和rna的荧光定量pcr。

如图1和图2所示，本实用新型装置的核酸扩增模块4具有适合接受核酸扩增试剂或核酸扩增试剂盒的多个隔室41。所述隔室的每个可进行独立的扩增反应。在本实用新型的一个实施方案中，在所述核酸扩增模块中，对应核酸提取模块中每个核酸提取单元得到的核酸提取样本的核酸扩增单元包括进行两个或更多个扩增反应的隔室，即所述每个核酸扩增单元可以对同一个核酸提取样本进行两个或更多个相同或不同的扩增反应。在本实用新型的一个实施方案中，对应核酸提取模块中每个核酸提取单元得到的核酸提取样本的每个核酸扩增单元具有2-30个隔室，优选3-10个，最优选4-8个。

如图2的示例性装置的局部平面布局示意图所示，在本实用新型的一个实施方案中，本实用新型的装置具有12个核酸提取单元31，每个核酸提取单元对应一个扩增单元45(即所述示例性装置具有12个扩增单元45)，该扩增单元具有4个扩增隔室41，每个扩增隔室可进行一个独立的扩增反应。一个扩增单元中的数个扩增隔室进行的扩增反应的模板都来自同一个核酸提取单元提供的提取样本；每个扩增单元中的数个扩增隔室的扩增反应是独立的，例如可采用相同或不同的引物对，或是采用不同的pcr反应条件，例如温度。

在上述示例性的本实用新型装置中，可在核酸提取模块采用核酸扩增试剂盒，其包含两个或两个以上的扩增管，以及含有核酸扩增反应全部所需成分的预混试剂。预混试剂可放置在扩增管中，或者可在与扩增管相连或不相连的另外容器中，通过液体分配模块转移到扩增管中。优选地，优选每个核酸扩增试剂盒包括2-30个扩增管，优选3-10个，最优选4-8个。

在图8所示的示例性核酸扩增试剂盒43中，其为4联管形式，包括4个扩增管431，扩增管为带盖432的反应杯，杯体底端为锥形结构，上端为圆柱形。扩增管的有效容积通常为约1-100μl，优选为约10-50μl，更优选为约30μl。

本实用新型的发明人发现，利用pcr作为诊断的主要方法的挑战是在某些样本中存在各种可能的病原微生物和低水平的微生物。运行大量的pcr时常是不切实际的，而且在某些情况下可能没有足够的样本针对所有可能的病原体进行化验。本实用新型通过创造性地在每个核酸扩增模块中包括两个或更多个适合接受核酸扩增试剂盒的隔室，并且使用包含两个或两个以上扩增管的核酸扩增试剂盒，使得可以对一个样本同时进行多重pcr分析，从而针对多个目标进行检测。这不仅减低了对样本量的要求，还提高了类似配置下的系统通量，从而降低了检测的成本。

在本实用新型的一个实施方案中，核酸扩增模块还包括可独立加热或冷却所述多个隔室41中的各个隔室的温度调节器，使得每个隔室可独立完成不同或相同的扩增反应。在本实用新型的一个实施方案中，核酸扩增模块在恒定的温度下运行，温度调节器使本实用新型装置的各个隔室保持恒温。在本实用新型的另一个实施方案中，温度调节器以预定的程序循环加热和冷却本实用新型装置的各个隔室并持续预定的时间。加热和冷却的温度、持续时间和循环数可由本领域技术人员根据现有技术或有限的实验来确定，所有这些实施方案都包括在本实用新型的范围内。

在pcr反应中，样品的扩增反应必须在封闭的环境下进行。核酸扩增隔室或核酸扩增试剂盒中的扩增管都具有可打开或关闭的盖。在本实用新型的一个实施方案中，核酸扩增模块还包括翻盖机构，以将核酸扩增模块核酸扩增试剂盒中扩增管的盖闭合盖紧，以防止扩增时液体的蒸发和气泡产生，影响反应精确性。

在图9所示的示例性翻盖机构42中，该翻盖机构具有压盖组件421和运动组件422。其中，压盖组件421包括压盖盖板423和步进电机424，步进电机控制压盖盖板上下运动。所述运动组件可在水平方向做前后运动，核酸扩增模块的扩增隔室与运动组件相连。当扩增隔室或核酸扩增试剂盒中的扩增管随运动组件422移动到接近压盖盖板423时，步进电机424带动压盖盖板423向上移动，在向上运动过程中会将扩增管的盖慢慢抬起，将管盖翻折，实现翻盖的功能。当扩增管的盖抬起到合适的角度时压盖盖板423不再向上运动，运动组件422继续向压盖盖板423方向运动，当扩增管运动到压盖盖板423的正下方时，管盖也位于管口上方，然后步进电机424带动盖盖压板423向下运动，将管盖压紧，实现盖盖功能。

根据本实用新型，液体分配模块取分配管，使其流体连通至分配头，然后移至洗脱单元上方吸取洗脱液，然后移动至扩增管并将洗脱液排放到一个或多个扩增管内。或者，液体分配模块在排放洗脱液后返回洗脱单元，再次吸取洗脱液并将洗脱液转移到另外一个或多个扩增管内，如此循环一次或多次。在本实用新型的一个实施方案中，mix试剂置于试剂位，仪器运行过程中试剂位保持4-8℃状态。在洗脱液转移到扩增管内后，液体分配模块将mix试剂转移到具有洗脱液的扩增管内，并反复吸排，混匀试剂体系。此后液体分配模块可移至废料区，去除分配管，使得每次移液mix试剂至扩增管时都使用新的分配管。

最后，温度调节器以预定的程序独立加热或冷却各个扩增管，进行一定数目的热循环，扩增目标核酸。为了提高效率，每次加热和冷却尽可能迅速。在本实用新型的一个实施方案中，每个温度调节器还具有相关的温度传感器。

检测模块

本实用新型的装置用于对样品的核酸进行扩增和检测的方法，本实用新型的装置包括检测模块5，其用于对扩增的核酸进行检测。

本实用新型的检测模块为适合以任何方式对核酸携带的可识别的标记进行检测的模块，包括但不限于荧光或其它形式的(例如化学发光，生物发光，辐射发光，电发光，电化学发光，机械发光，结晶发光，热致发光，声致发光，磷光和光致发光等)发光，酶促反应，放射性等。在本实用新型的其中一个方面，对扩增的核酸的检测是通过对核酸携带的荧光信号进行检测。

如图1和图2所示，本实用新型的装置具有检测模块5。在本实用新型的一个实施方案中，检测模块为激发和检测荧光的荧光分析仪，其设置为固定或可移动到核酸扩增模块的侧方，例如在所述扩增管的侧方，横向直线扫描扩增管。

在图10所示的示例性荧光分析仪51的结构和光路示意图中，每个光路由激发光源52、激发光滤片53、第一凸透镜54、二向色镜55、第二凸透镜56、第三凸透镜57、发射光滤片58和检测器59组成。如图10所示，激发光源52为led，发出的光经过激发光滤片53和第一凸透镜54变成平行光，平行光经过二向色镜55反射到第二凸透镜56，汇聚照射到pcr反应管，例如为扩增管431，激发样品发出荧光；激发出的荧光经过第二凸透镜56变成平行光，平行光透过二向色镜55，经过第三凸透镜57和发射光滤片58汇聚到检测器59上，检测器转换成荧光信号。本实用新型装置中的荧光分析仪可检测多种荧光，包括fam、rox、cy5、vic等。荧光分析仪的光路可为一道光路，也可为与每个扩增管对应的多道光路。

led光激发扩增管中的荧光分子(最初附着于核酸探针)，使它发荧光。在开始时，该荧光将通常被紧密间隔的猝灭剂分子有效地阻滞。如果探针的靶序列(dna序列)存在于样品室中，则经由taq酶的dna扩增时会发生dna扩增，退火后核酸探针与扩增的靶序列结合，使得荧光分子和猝灭分子分开，不能猝灭荧光。当某一波长的激发光照射荧光分子时发生荧光。发射的光不同于激发光。通过绿色单独发射滤波器，蓝色入射光被阻滞离开所述检测器。通过黄色发射滤波器，绿色入射光被类似地阻滞离开所述检测器。荧光被捕获并且经由一个路径传播进入聚焦透镜中，通过滤波器并且传播到灵敏的光电二极管上。

液体分配模块

本实用新型的装置用于对样品的核酸进行提取、扩增和检测的方法，其包括样本接收模块、一个或多个裂解模块、一个或多个核酸提取模块、核酸扩增模块和检测模块，各模块还具有各自操作单元，液体样品在各个模块和单元中进行转移。

如图1和图2所示，在本实用新型的一个实施方案中，本实用新型的装置包括液体分配模块6，其用于实现样品和溶液的转移。

在本实用新型的一个实施方案中，液体分配模块包括一个或多个传感器；一个或多个分配头；和为分配头提供三维平移运动自由度的位移单元。在本实用新型的一个实施方案中，传感器可例如为红外传感器，用于检测液体分配模块中分配管的存在。例如，红外传感器可以具有相对于它放置的红外发射器，并且分配管的存在妨碍发射器和传感器之间的视线，由此可以测定分配管的存在或不存在。

在本实用新型的一个实施方案中，本实用新型装置中的传感器还包括任何在分配头拾取分配管和流体分配操作期间控制所述分配头的水平或垂直运动程度的传感器。例如，在本实用新型的一个实施方案中，传感器为力传感器，用于在分配头拾取分配管和流体分配操作期间控制所述分配头的垂直运动程度。可以安装分配头，使得针对所述分配头向上作用的力可以通过所述分配头和力传感器之间的相对运动传感。例如，当分配头针对在它下方的分配管用力时，传送向上的力引起对着力传感器的挤压。随后，力传感器与控制液体分配模块的垂直运动的处理器或控制器通信，以便当从力传感器接受适当的信号时，处理器或控制器可以发送指令以阻止液体分配器的垂直运动。或者，在本实用新型的另一个实施方案中，作为力传感器的备选方案，可以使用电位传感器、磁性位置传感器、旋转变压传感器、接近传感器等，所有这些都包括在本实用新型的范围内。

在本实用新型的一个实施方案中，液体分配模块包括一个或多个分配头，配置为每个分配头接受一个分配管。分配头还可包括与分配头相对移动的环，配置为在移动到分配头末端时可除去与分配头流体连接的分配管。多个分配头可为并联的，并同时流体连接到同一个泵，使得多个分配管连接到该多个分配头后，可吸取同等量的液体，从而同时进行多个平行的测定。分配头还可以包括一定数目的阀门，例如配置成控制通过分配头的空气流的螺线管阀门。

在本实用新型的一个实施方案中，液体分配模块包括泵，其流体连通至一个或多个分配头，并可受到本实用新型装置中相关控制器的控制。本实用新型装置中可使用各种适合本实用新型目的的泵，包括但不限于活塞泵、柱塞泵、隔膜泵、齿轮泵、滑板泵、螺杆泵等。

图11为本实用新型装置的其中一种示例性液体分配模块的结构示意图。该液体分配模块为单臂移液枪机构，用于转移样本稀释液、pcr样品和pcr试剂加载等。所述单臂移液枪机构具有单臂移液枪61以及位移控制机构，其包括单臂横梁611、水平运动步进电机612、同步带613、有线导轨614、惰轮615、垂直运动步进电机616。所述单臂移液枪机构还可具有接液挡板617。

其中，单臂移液枪61与同步带613固定连接，通过控制水平运动步进电机612和同步带613、惰轮615实现单臂移液枪61的横向运动。另一方面，通过控制垂直运动步进电机616和滑块组件连接件带动单臂移液枪61实现上下运动。

图12显示单臂移液枪机构的单臂移液枪61的剖面图，单臂移液枪61通过活塞结构对可装卸地位于单臂移液枪最下方的移液枪头6106进行吸取和释放溶液的操作。所述活塞结构包括活塞杆6101、活塞外套6102、步进电机6103，步进电机丝杠6104构成，步进电机6103通过步进电机丝杠6104带动活塞杆上下运动，实现移液枪头的取液排液的功能。单臂移液枪还具有退枪头装置6105。

当单臂移液枪61接上移液枪头时，单臂移液枪61的步进电机6103通过步进电机丝杠6104带动活塞杆上下运动，实现移液枪头的取液排液的功能。当移液枪头向下运动吸液时，接液挡板运动到移液枪头下侧方，移液枪头向上运动时，接液挡板运动到移液枪头正下方实现接液功能，以免移液枪头外壁液体低落，造成污染。

退移液枪头过程为当步进电机6103控制运动到下方一定位置时，推动与上方连接的退枪头装置6105将移液枪头卸下。

图13为本实用新型装置的其中另一种示例性液体分配模块的结构示意图。该液体分配模块为排枪移液机构，用于样本移液、核酸提取、pcr样本加样等，通过磁铁的侧壁吸附作用完成核酸提取过程。所述排枪移液机构包括移液排枪组件和位移控制机构。移液排枪组件62包括多支平行排列的移液枪6201、与所述多支移液枪通过软管连接的一一对应的多个泵6202和磁铁组件6203。排枪移液机构通过柱塞泵来实现液体的转移。多个泵通过软管分别与对应的移液枪连接，泵组件的柱塞上下移动，完成液体吸排。排枪移液机构通过磁铁完成对磁性颗粒和其结合的核酸的的侧壁吸附和释放。

移液排枪组件62还可具有退枪头机构，其包括控制移液排枪上下运动的步进电机6206、移液枪头推板6204和卡销6205。卡销6205由电磁铁推动，可向前推出，卡到移液枪头推板6204上方，通过步进电机6206使移液排枪向上运动，移液枪头推板在卡销阻挡下不能向上运动，完成退移液枪头过程。

移液排枪组件62通过y轴、z轴运动来实现位置移动。

在本实用新型的一个实施方案中，移液排枪组件62的位移控制机构为台架，例如具有两个或三个平移自由度的台架，由编码步进电动机驱动的驱动滑片带动。

当需要控制的分配头为独立的单个分配头(如单臂移液枪)时，其可安装在具有x(水平)、y(前后)、z(上下)三个平移自由度的台架上，使得其可在本实用新型装置内移动到其它模块的单元或位于该单元的试剂盒中，例如稀释单元的稀释管、核酸扩增模块的隔室中的扩增管或包含mix试剂的容器。当多个分配头并联在一块时，其可以覆盖本实用新型装置内其需要到达的全部水平范围，因此可安装在具有y(前后)、z(上下)两个平移自由度的台架上，而无需在本实用新型装置内水平移动。并联的分配头可同时拾取一个或多个分配管，然后移动到所需的位置，例如样本管、裂解管、洗脱管等，吸取一个或多个管中的液体，然后将其转移到所需的目的位置。在本实用新型的一个实施方案中，具有两个平移自由度的台架和具有三个平移自由度的台架可同时存在，其共同构成本实用新型的位移单元。

在本实用新型的一个实施方案中，传感器和分配头安装在位移单元上。泵也可安装在位移单元上，或者安装在本实用新型装置的其它部分，通过管与分配头流体连接。安装方式可以是通过机械紧固，例如一个或多个螺钉。

试剂和耗材设置区

本实用新型的装置用于对样品的核酸进行提取、扩增和检测的方法，其包括各种试剂和耗材的使用。如图1和图2所示，在本实用新型的一个实施方案中，本实用新型的装置包括试剂和耗材设置区，例如包括移液枪头设置区7、pcr试剂储存和混合处理区8、废料区9等。

在本实用新型的一个实施方案中，本实用新型装置包括移液枪头设置区。移液枪头设置区可为任何形式，只要可以便于容纳和更换本实用新型装置运行过程中使用的移液枪头。

在本实用新型的一个实施方案中，本实用新型装置包括pcr试剂储存和混合处理区。pcr反应需要使用酶、反应缓冲液、水等试剂。这些试剂可事先单独分别存放，也可预先按需要的比例混合。pcr试剂储存和混合处理区还可以具有温度控制系统，对有关试剂进行冷却和保温等处理。

在本实用新型的一个实施方案中，本实用新型装置包括废料区。废料区可为任何形式，只要可以容纳本实用新型装置运行过程中产生的废料即可。例如，废料区可为具有开口的桶或袋，可容纳液体。

自动化的分子体外诊断仪器

本实用新型还提供了一种自动化的分子体外诊断仪器。在本实用新型的一个实施方案中，所述分子体外诊断仪器包括前述核酸提取和检测装置，以及基于电脑的自动控制系统。该自动系统可以控制分子体外诊断仪器的液体分配模块将样品在前述核酸提取和检测装置的样本接收模块、裂解模块、核酸提取模块和核酸扩增模块之间或之内的程序化转移，以及在合适的条件下按预定的步骤进行裂解、提取、扩增和检验等程序，对待测样品进行检测。所述诊断仪器可用于感染源鉴别、遗传学疾病、癌症检测或基因变异检测。

在本发明的一个实施方案中，所述诊断仪器可用于以下病原的检测：流感病毒、肠道病毒、乙肝病毒、丙肝病毒、埃博拉病毒、马尔堡病毒、sars病毒、塞卡病毒、布尼亚病毒、鼻病毒、呼吸核胞病毒、霍乱病毒等病毒性病原，或是结核杆菌、大肠杆菌、鲍曼不动杆菌、肺炎双球菌、乳酸链球菌、尿素生孢八叠球菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、炭疽芽孢杆菌、枯草杆菌、链杆菌、变形杆菌、霍乱弧菌、梅毒螺旋体等细菌性病原。

在本发明的一个实施方案中，所述诊断仪器可用于以下癌症的检测：胃癌、肝癌、肺癌、食管癌、子宫颈癌、乳腺癌、结肠癌、直肠癌、鼻咽癌、卵巢癌、肾癌、膀胱癌、甲状腺癌和皮肤癌等；从间叶组织如肌肉、脂肪、骨骼、血管、淋巴等长出来的恶性肿瘤，例如横纹肌肉瘤、平滑肌肉瘤、纤维肉瘤、脂肪肉瘤、骨肉瘤、软骨肉瘤、血管肉瘤、淋巴肉瘤等。另外还有例如白血病、霍奇金病、威尔姆氏瘤(肾母细胞瘤)、黑色素瘤、视网膜细胞瘤、精原细胞瘤、颗粒细胞瘤、枯根勃氏瘤、尤文氏瘤、恶性血管内皮细胞瘤或乳房派杰氏病。分析和诊断。

虽然关于本实用新型的示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本实用新型的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。