集成样品制备的PCR反应装置的制作方法

集成样品制备的pcr反应装置
技术领域
1.本实用新型属于化学生物反应仪器技术领域，具体涉及一种集成样品制备的pcr反应装置。


背景技术：

2.在医疗领域的核酸检测中，特定核酸扩增的技术在现阶段大部分实验室使用较多的是实时荧光定量pcr仪，通常需要多个步骤进行。首先需要专人先进行前处理，如将样本取液、离心、加缓冲剂、混匀等，在这个过程中样本在不同的工具或设备中分装或者移装，经过了一系列的操作完成样本的前处理，之后需将配置好的样本放入实时荧光定量pcr仪，仪器执行自动升降温、采集荧光信号，最终采用电脑终端显示出采样的数据。可见，现有技术中样本处理时步骤复杂、程序多，且需要专业人员精准的操作，消耗大量时间，样本病毒有可能传染实验人员。


技术实现要素：

3.因此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种集成样品制备的pcr反应装置，集成了样本取液移液、混匀、离心、升降温、荧光采集等功能，结构紧凑，自动化程度高，能够有效降低反应耗时，降低对操作人员操作能力的要求。
4.为了解决上述问题，本实用新型提供一种集成样品制备的pcr反应装置，包括：
5.样本盒旋转组件，用于驱动样本盒旋转，以切换所述样本盒中的各个腔室位置；
6.轴升降组件，处于所述样本盒旋转组件的上方区域，其具有的柱塞能够将所述样本盒中的样本在不同的腔室之间转移；
7.超声波组件，处于所述样本盒旋转组件的下方区域，其具有的超声波振幅器对所述样本盒中的样本超声处理，用于对样本核酸的提取；
8.升降温组件，用于对反应管进行升降温加热，其与所述样本盒旋转组件具有的放置板固定连接；
9.荧光采集组件，与所述放置板固定连接，用于采集样本的荧光反应数据；
10.所述样本盒旋转组件采用电机通过传动机构进行驱动。
11.优选地，所述样本盒旋转组件还包括旋转基板，所述样本盒旋转组件还包括旋转基板，所述旋转基板与所述放置板上下叠装，且在两者之间形成容纳空间，所述容纳空间中设有传动皮带，所述传动皮带张紧连接于第一回转电机的输出轴与旋转齿盘之间；和/或，所述荧光采集组件扫描方式为直线扫描，且其具有的扫描头有多个光学通道，在进行荧光扫描时每个光学通道能够经过所述反应管的侧面。
12.优选地，所述第一回转电机的输出轴上套装有驱动齿轮，所述传动皮带的内壁齿与所述驱动齿轮齿啮合；和/或，所述传动皮带的内壁齿与所述旋转齿盘齿啮合。
13.优选地，所述旋转齿盘通过第一轴承套装于定位柱上，所述定位柱的下端固定连接于所述旋转基板的定位孔内。
14.优选地，所述旋转齿盘上设有感应磁铁，所述旋转基板上设有位置传感器，所述位置传感器能够通过所述感应磁铁实现对所述旋转齿盘的位置的检测；和 /或，所述容纳空间中还设有手轮，所述手轮可旋转地连接于所述放置板上，且能够在外力的作用下与所述传动皮带形成齿啮合，并在外力解除后与所述传动皮带解除齿啮合。
15.优选地，所述放置板与所述旋转基板的对应位置上设有风道口，所述风道口与所述容纳空间形成隔离，所述风道口的下口处设有第一风扇，所述风道口的上口处连接风道接管，以将所述第一风扇形成气流引导至与所述升降温组件中的反应管处。
16.优选地，所述升降温组件包括升降温基体，所述升降温基体上构造有第二通孔，所述第二通孔内设有相对设置的第一加热片、第二加热片，所述第一加热片与所述第二加热片之间形成所述反应管的夹持空间。
17.优选地，所述超声波组件包括与所述超声波振幅器固定连接的超声波固定架，所述超声波固定架处于起落架内，所述起落架处于外壳体内，当施加抬升力至所述起落架上时，所述超声波固定架能够带动所述超声波振幅器向上运动并与所述样本盒接触。
18.优选地，所述外壳体的外壁上枢转连接有连接支杆，所述连接支杆的第一端作为施力端与所述起落架的伸出臂接触连接，所述连接支杆的第二端作为受力端能够承受外部施力；和/或，所述超声波固定架与所述起落架之间和/或所述起落架与所述外壳体之间具有轴向位移导向结构。
19.优选地，所述起落架的底部构造有挂钩，所述挂钩能够对所述起落架的轴向抬升位移形成限制，所述外壳体的外壁上设有限位块，用于对所述连接支杆的第二端的抬升位移形成限制；和/或，所述起落架的底部与所述超声波固定架的底部之间设有第二弹性件；和/或，所述起落架的伸出臂的上平面与所述旋转基板的下平面之间设有第三弹性件。
20.优选地，所述集成样品制备的pcr反应装置还包括翻转门，所述翻转门与所述旋转基板枢转连接，所述翻转门上具有施力部，当所述翻转门处于关闭状态时，所述施力部能够施力于所述连接支杆的第二端接触，并施力于所述第二端，当所述翻转门处于打开状态时，所述施力部能够与所述第二端脱离接触。
21.本实用新型还提供一种多通道集成样品制备的pcr反应装置，包括：
22.多个反应组件及一个荧光采集组件，所述反应组件包括：
23.样本盒旋转组件，用于驱动样本盒旋转，以切换所述样本盒中的各个腔室位置；
24.轴升降组件，处于所述样本盒旋转组件的上方区域，其具有的柱塞能够将所述样本盒中的样本在不同的腔室之间转移；
25.超声波组件，处于所述样本盒旋转组件的下方区域，其具有的超声波振幅器对所述样本盒中的样本超声处理，用于对样本核酸的提取；
26.升降温组件，用于对反应管进行升降温加热，其与所述样本盒旋转组件具有的放置板固定连接；
27.所述荧光采集组件扫描方式为直线扫描，且其具有的扫描头有多个光学通道，所述荧光采集组件的直线位移长度能够被调整，以在进行荧光扫描时每个光学通道能够经过所述反应管的侧面。
28.本实用新型提供的一种集成样品制备的pcr反应装置，通过所述样本盒旋转组件实现样本盒的位置切换，通过所述轴升降组件实现对样本盒中的样本的吸取与转移(也即
发挥现有技术中的移液枪的吸推)，通过所述超声波组件实现对所述样本盒中的样本超声处理，用于对样本核酸的提取，通过所述升降温组件对反应管实现温度调整，通过所述荧光采集组件实现样本荧光反应数据的采集，从而集成了样本取液移液、混匀、离心、升降温、荧光采集等功能，结构紧凑，自动化程度高，能够有效降低反应耗时，降低对操作人员操作能力的要求。
附图说明
29.图1为本实用新型实施例的集成样品制备的pcr反应装置的立体结构示意图；
30.图2为图1中的样本盒旋转组件的立体结构示意图；
31.图3为图2的断面结构示意图；
32.图4为图1中的超声波组件的立体结构示意图；
33.图5为图4的局部剖面结构示意图；
34.图6为图1中的升降温组件的结构示意图；
35.图7为图6中的升降温基体的结构示意图；
36.图8为本实用新型实施例中的风道呈直通型结构的示意图；
37.图9为本实用新型实施例中的风道呈弯型结构的示意图；
38.图10为本实用新型实施例中的风道呈喇叭型结构的示意图；
39.图11为图1的侧视图；
40.图12为图1中的荧光采集组件的另一实施方式的结构示意图；
41.图13为本实用新型另一实施例的集成样品制备的pcr反应装置的俯视结构示意图。
42.附图标记表示为：
43.1、样本盒旋转组件；11、放置板；111、样本盒卡槽；112、风道口；12、旋转基板；13、传动皮带；14、第一回转电机；141、驱动齿轮；15、旋转齿盘；151、第一轴承；152、定位柱；153、密封件；154、感应磁铁；155、位置传感器；16、手轮；2、轴升降组件；21、柱塞；22、第二回转电机；3、超声波组件；31、超声波振幅器；32、超声波固定架；321、第二弹性件；322、第三弹性件；33、起落架；331、伸出臂；332、挂钩；34、外壳体；341、连接支杆；342、第二轴承；343、限位块；4、升降温组件；41、升降温基体； 42、第二通孔；43、第一加热片；44、第二加热片；45、第一弹性件；46、第三通孔；47、安装板；48、加热片定位孔；5、荧光采集组件；51、线性位移驱动电机；52、传动皮带；53、第一皮带轮；54、扫描头；55、导轨；56、连接块；57、位移传感器；58、第二皮带轮；61、第一风扇；62、第二风扇；7、翻转门；71、施力部；72、门锁；100、反应管；200、反应组件。
具体实施方式
44.结合参见图1至图13所示，根据本实用新型的实施例，提供一种集成样品制备的pcr反应装置，包括：样本盒旋转组件1，用于驱动样本盒旋转，以切换所述样本盒中的各个腔室位置；轴升降组件2，处于所述样本盒旋转组件1 的上方区域，其具有的柱塞21能够将所述样本盒中的样本在不同的腔室之间转移；超声波组件3，处于所述样本盒旋转组件1的下方区域，其具有的超声波振幅器31对所述样本盒中的样本超声处理，用于对样本核酸的
提取；升降温组件4，用于对反应管100进行升降温加热，其与所述样本盒旋转组件1具有的放置板11固定连接；荧光采集组件5，与所述放置板11固定连接，用于采集样本的荧光反应数据。该技术方案中，通过所述样本盒旋转组件1实现样本盒的位置切换，通过所述轴升降组件2实现对样本盒中的样本的吸取与转移 (也即发挥现有技术中的移液枪的吸推)，通过所述超声波组件3实现样本核酸的提取，通过所述升降温组件4对反应管100实现温度调整，通过所述荧光采集组件5实现样本荧光反应数据的采集，从而集成了样本取液移液、混匀、离心、升降温、荧光采集等功能，结构紧凑，自动化程度高，能够有效降低反应耗时，降低对操作人员操作能力的要求。
45.作为所述样本盒旋转组件1的一种具体实施方式，所述样本盒旋转组件1 还包括旋转基板12，所述旋转基板12与所述放置板11上下叠装，且在两者之间形成容纳空间，所述容纳空间中设有传动皮带13，所述传动皮带13张紧连接于第一回转电机14的输出轴与旋转齿盘15之间。由此，通过控制所述第一回转电机14的启停进而控制所述旋转齿盘15的旋转与否，进而实现了对放置于所述放置板11上的样本盒的位置的变换，自动化程度较高。
46.进一步的，所述第一回转电机14的输出轴上套装有驱动齿轮141，所述传动皮带13的内壁齿与所述驱动齿轮141齿啮合；和/或，所述传动皮带13的内壁齿与所述旋转齿盘15齿啮合，所述传动皮带13与所述驱动齿轮141或者旋转齿盘15的齿啮合连接能够保证所述传动皮带13的传动可靠与精确性。
47.在一些实施方式中，所述旋转齿盘15通过第一轴承151套装于定位柱152 上，所述定位柱152的下端固定连接于所述旋转基板12的定位孔内，如此，所述旋转齿盘15的位置被所述定位柱152所限定，所述旋转齿盘15将在所述传动皮带13的作用下围绕所述定位柱152旋转，而两者之间设置的所述第一轴承151则能够保证这一旋转的顺畅进行，所述第一轴承151可以设置两个。
48.优选地，所述放置板11对应所述定位孔的位置设有第一通孔，所述旋转齿盘15的顶部凸出于所述第一通孔的上部孔口，以在所述旋转齿盘15的顶部连接相应的样本盒进而实现对其的旋转驱动，最终实现其上不同腔室之间的位置切换，可以理解的是，此时所述的轴升降组件2仅需要沿着轴向(高度方向) 的升降即可，而无需设计水平方向的平移机构，进而使所述pcr反应装置结构更加简单。
49.在一些实施方式中，所述旋转齿盘15与所述放置板11的下平面之间设有密封件153，例如橡胶密封垫或者橡胶密封圈，其设置可防止上方样本盒漏液，从而保护下方设置的相关部件；和/或，所述第一通孔的孔口外侧设有样本盒卡槽111，所述样本盒将本卡装于所述样本盒卡槽111之间，保证其位置的可靠性，所述样本盒卡槽111的槽口最好设置相应的倒角，以对所述样本盒的卡装过程形成导向作用。
50.进一步的，所述旋转齿盘15上设有感应磁铁154，所述旋转基板12上设有位置传感器155，所述位置传感器155能够通过所述感应磁铁154实现对所述旋转齿盘15的位置的检测，所述感应磁铁154跟随所述旋转齿盘15旋转，当其旋转到所述位置传感器155处时，将被所述位置传感器155感应到进而实现对所述旋转齿盘15的位置的精准检测，进而能够通过处理所述位置传感器155 所检测到的位置信号实现对所述第一回转电机14的旋转角度的控制，最终实现样本盒的位置的精准变换。
51.在一些实施方式中，所述容纳空间中还设有手轮16，所述手轮16可旋转地连接于
所述放置板11上，且能够在外力的作用下与所述传动皮带13形成齿啮合，并在外力解除后与所述传动皮带13解除齿啮合。具体的，所述手轮16的设置目的在于检修时对所述旋转齿盘15旋转位置的人工校正，所述放置板11 上构造有相应的长条孔，所述手轮16能够被沿着所述长条孔的长度方向被推动活动，在需要通过所述手轮16进行人工校正时，用户用手推动所述手轮16 使之与所述传动皮带13接触贴合，而在校正完毕后用户解除施力于所述手轮 16上，此时所述手轮16在其内侧的弹性件(例如弹性件)的作用下被迫脱离与所述传动皮带13的接触。可以理解的是，所述手轮16的外周壁上构造有滚花，以便于用户拨动旋转所述手轮16，而当所述手轮16与所述传动皮带13 接触时，两者之间也为齿啮合，此时拨动所述手轮16旋转即可以通过人工的方式驱动所述旋转齿盘15旋转。
52.进一步的，所述放置板11与所述旋转基板12的对应位置上设有风道口112，所述风道口112与所述容纳空间形成隔离，所述风道口112的下口处设有第一风扇61，所述风道口112的上口处连接风道接管，以将所述第一风扇61形成气流引导至与所述升降温组件4中的反应管100处，以通过所述第一风扇61 产生的气流对所述反应管100形成升温或者降温，进一步的，所述集成样品制备的pcr反应装置还包括第二风扇62，所述第二风扇62与所述第一风扇61 分别处于所述反应管100两侧，所述第二风扇62则能够将所述反应管100处的热气流抽离，可以理解的，所述第一风扇61与所述第二风扇62之间形成风道，所述反应管100处于所述风道中，所述风道呈直通型、弯型或者喇叭型中的一种。当所述风道呈直通型时，所述第一风扇61和第二风扇62开口进出风口同向，风扇直吹效率最高；当所述风道呈弯型时，所述第一风扇61出风口位于第一风扇61顶部的中间位置，风道拐弯经过反应管100，其后回到第二风扇62；当所述风道呈喇叭型时，第一风扇61和第二风扇62的进风口和风口同样宽大，但是反应管100处的风道小，形成两边大于中间的特征。
53.优选地，所述升降温组件4包括升降温基体41，所述升降温基体41上构造有第二通孔42，所述第二通孔42内设有相对设置的第一加热片43、第二加热片44，所述第一加热片43与所述第二加热片44之间形成所述反应管100的夹持空间，而可以理解的是，第二通孔42在客观上形成了所述风道的一个部分。采用所述第一加热片43与所述第二加热片44两者间隔对所述反应管100形成夹设能够使所述升降温组件4对所述反应管100的相对两侧进行均匀加热，使升降温更加均匀。所述第一加热片43和/或第二加热片44包括加热电阻片和/ 或帕尔贴(具体例如tec帕尔贴)。所述第二通孔42的孔壁上构造有相应的加热片定位孔48(具体可以为长条孔)，以实现对所述第一加热片43与第二加热片44的安装。
54.最好的，所述第一加热片43与所述升降温基体41之间设有第一弹性件45，和/或，所述第二加热片44与所述升降温基体41之间设有第一弹性件45，通过所述第一弹性件45的设置能够使所述第一加热片43及第二加热片44与所述反应管100紧密接触，进而提升加热效率。
55.优选地，所述升降温基体41上还构造有第三通孔46，所述第三通孔46的贯通方向与所述第二通孔42的贯通方向垂直，且与所述夹持空间连通，通过所述第三通孔46，所述反应管100可以被布置于所述夹持空间内。
56.优选地，所述升降温基体41上具有安装板47，所述第三通孔46构造于所述安装板47上，所述第三通孔46的孔口壁体平面凸出于所述安装板47，在一个具体实施方式中，所述孔口壁体平面凸出所述安装板47大约1mm，从而能够防止在对所述第三通孔46进行热压封
膜时，不使整个所述安装板47的平面都受热。所述第三通孔46的孔口最好做倒角处理，以便于所述反应管100的插入过程。
57.作为所述超声波组件3的一种具体实施方式，所述超声波组件3包括与所述超声波振幅器31固定连接的超声波固定架32，所述超声波固定架32处于起落架33内，所述起落架33处于外壳体34内，当施加抬升力至所述起落架33 上时，所述超声波固定架32能够带动所述超声波振幅器31向上运动并与所述样本盒接触。可以理解的，所述定位柱152以及所述旋转齿盘15的轴心处构造有相应的穿行孔，以在所述超声波固定架32被所述起落架33抬升后，所述超声波振幅器31能够通过所述穿行孔与所述样本盒接触，进而保证所述超声波组件3的振荡作用的有效施加。所述超声波振幅器31还可以采用压电的、磁致伸缩的或者静电的转换器。
58.优选地，所述外壳体34的外壁上枢转连接有连接支杆341，所述连接支杆 341的第一端作为施力端与所述起落架33的伸出臂331接触连接，所述连接支杆341的第二端作为受力端能够承受外部施力，也即所述连接支杆341在所述外壳体34的外侧能够围绕着枢转点旋转，在客观上发挥杠杆作用；为了有效防止所述超声波固定架32、起落架33以及外壳体34之间在周向位移上的稳定性，也即防止三者之间的周向旋转，优选地，所述超声波固定架32与所述起落架33之间和/或所述起落架33与所述外壳体34之间具有轴向位移导向结构，所述轴向位移导向结构例如是在前述各部件之间的凹槽与凸条，所述凹槽以及凸条沿着所述外壳体34的轴向延伸，从而有效保证了所述起落架33以及超声波固定架32只能产生高度方向的起落(抬升与下降)，而不会发生旋转。
59.优选地，所述连接支杆341的第一端以及第二端处设有第二轴承342，所述第二轴承342能够在所述连接支杆341围绕着枢转点旋转时，以滚动的方式与施力部件或者受力部件接触，进而能够使所述起落架33的抬升更加顺畅，有效防止运动卡死现象的发生。当然，所述第二轴承342也可以采用陶瓷、金属、 pom塑料(聚氧化聚甲醛)、尼龙等高分子材料等较耐磨的材料予以替换。
60.进一步的，所述起落架33的底部构造有挂钩332，所述挂钩332能够对所述起落架33的轴向抬升位移形成限制，具体的，所述外壳体34的底部对应位置设有相应的限位槽，当所述起落架33被抬升到预设位置时，所述挂钩332 将勾住所述限位槽的槽壁，进而阻止所述起落架33继续被抬升；另外，所述外壳体34的外壁上还可以设置限位块343，用于对所述连接支杆341的第二端的抬升位移形成限制。
61.所述起落架33的底部与所述超声波固定架32的底部之间设有第二弹性件 321，以能够在所述起落架33回落时在两者之间形成缓冲。
62.可以理解的，当外力从所述连接支杆341上卸除时，所述起落架33将在其自重以及其内部设置的超声波振幅器31、超声波固定架32的自重作用下予以回落，但是这一过程将由于所述第二弹性件321的缓冲作用被延迟，此时，最好的，所述起落架33的伸出臂331的上平面与所述旋转基板12的下平面之间设有第三弹性件322，以能够利用所述第三弹性件322的恢复力作用使所述超声波振幅器31尽快脱离与所述样本盒的接触。前述的第一弹性件45、第二弹性件321以及第三弹性件322例如可以是弹簧、橡胶、硅胶等。
63.在一些实施方式中，所述集成样品制备的pcr反应装置还包括翻转门7，所述翻转门7与所述旋转基板12枢转连接，所述翻转门7上具有施力部71(也称压脚)，当所述翻转门7
处于关闭状态时，所述施力部71能够施力于所述连接支杆341的第二端接触，并施力于所述第二端，当所述翻转门7处于打开状态时，所述施力部71能够与所述第二端脱离接触，利用所述施力部71能够实现所述超声波组件3的抬升，而无需单独设置相应的抬升控制装置，使所述 pcr反应装置更加简单，同时也能降低装置的生产制造成本。所述pcr反应装置上还设有门锁72，所述门锁72能够将所述翻转门7处于关闭状态时，将所述翻转门7锁定。
64.优选地，所述轴升降组件2包括第二回转电机22，所述第二回转电机22 为步进贯穿轴电机，所述柱塞21连接于所述第二回转电机22的转轴末端，所述第二回转电机22的转轴的旋转能够驱动所述柱塞21实现对样本液体的吸气推。进一步的，所述柱塞21朝向所述样本盒旋转组件1的一端具有倒角尖头和/或退刀槽，在使用时配合样本盒内部的阀体橡胶塞，使其能够更容易地插入橡胶塞内。
65.上述的荧光采集组件5扫描方式为直线扫描，且其具有的扫描头54有多个光学通道(例如具有fam、vic、rox、cy5四个光学通道)，在进行荧光扫描时每个光学通道能够经过所述反应管100的侧面，进而通过所述荧光采集组件5具有的光学系统芯片快速的发射，采集记录相应的荧光信号。
66.所述荧光采集组件5在结构组成上例如包括线性位移驱动电机51，所述线性位移驱动电机51的旋转输出轴端上连接有第一皮带轮53，与所述第一皮带轮53间隔设置有第二皮带轮58，传动皮带52张紧于所述第一皮带轮53与第二皮带轮58上，从而实现所述线性位移驱动电机51的回转旋转带动所述传动皮带52的直线位移，所述扫描头54则跟随所述传动皮带52做直线往复运动。可以理解的，所述扫描头54可以通过连接块56连接于所述传动皮带52的直线段上，更进一步的，所述荧光采集组件5还包括导轨55，所述连接块56与所述导轨55之间滑动连接，进而保证了所述扫描头54的线性扫描过程的运动温度可靠性。当然，所述荧光采集组件5还包括位移传感器57，以能够对所述扫描头54的具体位置进行检测，进而保证所述扫描头54与反应管100的位置对应的准确性。
67.根据本实用新型的实施例，还提供一种多通道集成样品制备的pcr反应装置，包括：多个反应组件200及一个荧光采集组件5，所述反应组件200包括：样本盒旋转组件1，用于驱动样本盒旋转，以切换所述样本盒中的各个腔室位置；轴升降组件2，处于所述样本盒旋转组件1的上方区域，其具有的柱塞21 能够将所述样本盒中的样本在不同的腔室之间转移；超声波组件3，处于所述样本盒旋转组件1的下方区域，其具有的超声波振幅器31能够对所述样本盒中的样本超声处理，从而实现样本核酸的提取；升降温组件4，用于对反应管 100进行升降温加热，其与所述样本盒旋转组件1具有的放置板11固定连接；所述荧光采集组件5扫描方式为直线扫描，且其具有的扫描头54有多个光学通道例如具有fam、vic、rox、cy5四个光学通道，所述荧光采集组件的直线位移长度能够被调整，以在进行荧光扫描时每个光学通道能够经过所述反应管100的侧面，进而通过所述荧光采集组件5具有的光学系统芯片快速的发射，采集记录相应的荧光信号。
68.本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
69.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术
人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。