一种用于临床质谱的多功能样品前处理装置的制作方法

本技术属于样品前处理，涉及一种用于临床质谱的多功能样品前处理装置。

背景技术：

1、液相色谱-质谱联用系统具有很好的灵敏度和高选择性，其中的液相色谱有很好的分离杂质与目标物的功能，而且质谱内部的气帘气和三重四级杆也有良好的抗干扰能力。最初，有专家学者尝试将未经前处理的生物样本直接进入系统检测，但是经过大量实践发现，除了极少数情况下只需将样品进行简单处理就可以直接检测外，大部分都需要采取分离、净化、浓缩、衍生等前处理步骤，才能实现稳定、准确检测目标物的目的。

2、样品预处理是体内代谢物、药物等分析中极为重要的环节，也是分析中最困难、最繁复的工作。由于药物在体内存在形式不同、待测药物浓度低生物介质组分繁杂、待测药物类型众多、理化性质各异等原因，所以样品前处理过程的好坏会直接影响到样品的测定结果。

3、目前，临床质谱常用的前处理手段有蛋白沉淀、液液萃取、固相萃取、衍生等。蛋白沉淀法、液液萃取法、固相萃取法都是进行有机化合物测试(包括临床类应用)的几种常用的前处理方法。

4、蛋白沉淀法：对于富含蛋白质的检材，在进行分离、提取时要将大量干扰测定的蛋白质沉淀除去，使待测物仍留存于溶液中。操作时一般要先将检材组织磨碎或直接使用血清、血浆、脑脊液等液体检材，然后再加入蛋白沉淀剂进行蛋白质沉淀，样品中的蛋白质与沉淀剂形成疏松的絮状沉淀物，而待测物则留在溶液中。

5、液液萃取法：多数药物是亲脂性的，在适当的有机溶剂中的溶解度大于在水相中的溶解度，而生物样品中的大多数内源性杂质是强极性的水溶性物质，因而用有机溶剂萃取一次即可除去大部分杂质。

6、固相萃取法：采用高效、高选择性的固定相，进行萃取的样品预处理技术，以具有选择性吸附能力的填料为固定相，当液体样品通过固定相时，保留其中某些组分，再用适当溶剂冲出杂质，最后用少量溶剂洗脱，从而达到分离、净化与浓缩的目的。

7、目前在进行蛋白沉淀法、液液萃取法时，需要使用离心等手段使两相分离清晰后，小心吸取上清进行氮吹或直接进液相质谱仪分析。在上述过程中，如果操作人员经验不够丰富，后续将不能避免上层有机相滴落、吸入固相或液相杂质影响检测和样品间交叉污染等问题，因此离心处理更加适用于前期的方法开发与科研项目，不适用于样本量大的实验室检测。离心法通量有限，需要配平和等待等耗时操作，限制了前处理效率，当将离心机整合进全自动前处理仪时，会大大增加操作难度并大幅提高前处理仪制造成本。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种用于临床质谱的多功能样品前处理装置。本实用新型提供的多功能样品前处理装置采用特殊设计的分离机构，使得该仪器可以在不使用离心机的基础上，整合了临床前处理的所有步骤。实现样本或试剂的精准移取，集合了移液、磁吸附、转移、混匀和卸载等功能于一体，结构简单、可靠性高，无液体飞溅和滴落，极大地提高了前处理自动化程度。

2、为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

3、本实用新型提供了一种用于临床质谱的多功能样品前处理装置，所述多功能样品前处理装置包括壳体，所述壳体内设置有样品管支架、试剂槽、移液模块、振荡加热模块和净化分离模块；

4、所述样品管支架内放置若干盛放有待测样品的样品管，所述试剂槽内盛放有若干种试剂；所述振荡加热模块包括振荡加热装置和配合所述振荡加热装置使用的若干储液管，所述移液模块用于分别移取待测样品和试剂，并注入所述储液管内；

5、所述净化分离模块包括正压机构与分离机构，所述正压机构用于驱动所述分离机构压入所述储液管内进行液液分离或固液分离。

6、目前在进行蛋白沉淀法、液液萃取法等传统的前处理操作时，需要使用离心机使得萃取的两相完全分离，随后再提取上层清液直接上机检测或氮吹复溶后再上机检测。此过程中需要人工吸取上清液，如果操作人员经验不足，将不可避免的出现上层有机相滴落、吸入固相或液相杂质的问题，进而使得样品达不到分析要求或造成交叉污染。本实用新型提供的多功能样品前处理装置采用特殊设计的分离机构，通过正压机构将分离机构压入储液管实现了固液分离/液液分离，省去了传统前处理设备中所需的离心机，通过压入分离的方式也可以规避因操作失误导致的样品交叉污染问题。此外，本实用新型在一个设备中综合设置了移液模块、振荡加热磁吸模块与净化分离模块，几乎将所有类型的前处理操作所涉及的操作单元整合进一台设备中，并通过自动控制实现了对前处理的全流程自动化操作，尽量减少人工介入，避免因操作失误影响检测精度，从而可以在一台设备上实现多种不同的前处理方法，包括但不限于蛋白沉淀法、液液萃取法、固相萃取法和磁珠提取法。通过整合不同的操作模块，更有利于实现前处理全流程的自动化，借助移液模块在不同操作模块之间移动，完成对试剂和待测样品的自动吸液注液以及各种板材的抓取，液体的混匀以及复溶，配合震荡加热磁吸和净化分离模块实现了液体分离、衍生、浓缩等功能，使质谱前处理从样品到上机溶液全程不需要人工干预，仪器结构简单、可靠性高，各操作模块在运行期间互不干扰，整个操作过程无液体飞溅和滴落，极大地提高了产品自动化程度。

7、需要说明的是，本实用新型的主要实用新型点在于整合了不同类型前处理操作的各个操作模块，从而在一台设备中完成多种不同类型的前处理操作。因此，本实用新型对设备内部设置的每一操作模块的结构不作具体要求和特殊限定。换言之，本技术限定的移液模块、振荡加热模块，以及净化分离模块中正压机构与分离机构的具体结构均分别为现有技术所公开，本领域技术人员可以将现有技术所公开的各个操作模块用于本实用新型中。为了帮助本领域技术人员更好地了解本实用新型的整体技术方案及工作过程，本实用新型示例性地对以上操作模块的具体结构进行如下简单描述：

8、(1)移液模块：本实用新型示例性地提供了一种移液模块的具体结构，移液模块包括基座和设置在基座底面的吸液装置，以及夹持抓手。吸液装置包括并排设置的若干柱塞泵及与其传动连接的驱动装置，柱塞泵包括由腔体和设置于腔体内部的柱塞，驱动装置与柱塞连接，用于带动柱塞在腔体内往复移动，从而将液体吸入腔体或推出腔体，腔体远离基座的一端设置有吸头适配器，通过吸头适配器连接吸头，夹持抓手则用于抓取储液管、样品管或试剂管，并移动至设定位置。

9、(2)振荡加热模块：本实用新型示例性地提供了一种振荡加热模块的具体结构，振荡加热模块包括底座和固定于底座上的高通量孔板，底座外接振动电机，振动电机通过偏心轴带动其上方的高通量孔板振动，底座内还设置有加热装置，通过加热装置对高通量孔板上的储液管进行加热；振荡加热模块的振摇速度和加热温度可自动调整或手动调整，振摇速度在1～3000rpm范围内可调，温度在室温～90℃范围内可调；

10、(3)正压机构：本实用新型示例性地提供了一种正压机构的具体结构，正压机构包括样品固定架和位于样品固定架上方的压板，压板中心外接驱动电机，驱动电机带动压板沿导轴竖直移动。分离机构在振荡加热模块上先被移液模块的抓手向下推动大概1厘米，震荡完成后，移液模块将初步压入分离机构的储液管整体放到空位，然后从空位处滑到正压机构的压板下方，驱动电机带动压板下移，将分离机构进一步压入储液管内，储液管内的待测溶液进入分离机构，压入操作完成后再复位，将分离机构内部的液体吸出。压板的下压速度可自动调整或手动调整，同时具备压力反馈和自动控制功能，当受压达到定值时停止下压。

11、需要说明的是，以上对各操作模块的结构所做出的描述不构成对本实用新型保护范围的进一步限定，也即，现有技术中已公开或新技术中未公开的各操作模块均可用于本实用新型中，不限于具有以上结构的操作模块，只要能实现相同或相似功能的操作模块，可以任意替换，替换后得到的技术方案同样落入本实用新型的保护范围和公开范围内。

12、本实用新型中的试剂槽用于盛放若干种试剂，其中，试剂包括但不限于磁珠、活化溶液、淋洗溶液、洗脱溶液、调节剂、缓冲剂或沉淀剂，本领域技术人员可配合实际情况作出适应性调整。

13、作为本实用新型一种优选的技术方案，所述壳体内还设置有氮吹模块，将所述储液管移动至所述氮吹模块的下方，所述氮吹模块用于对所述储液管内的待测溶液进行氮吹浓缩。

14、本技术限定的氮吹模块的具体结构为现有技术所公开，本领域技术人员可以将现有技术所公开的氮吹模块用于本实用新型中。为了帮助本领域技术人员更好地了解本实用新型的整体技术方案及工作过程，本实用新型示例性地对氮吹模块的具体结构进行如下简单描述：

15、氮吹模块包括气体分布盘，气体分布盘内部开设若干氮气流道，氮气流道的入口端连通进气管，氮气流道的出口端呈矩形阵列分布，气体分布盘的底面设置有若干导气管，导气管呈矩形阵列分布，导气管的一端与氮气流道的出口端连通，导气管的位置与储液管位置对应，向进气管内通入氮气，氮气通过氮气流道分配至各个导气管内，并通过导气管吹入储液管中。本实用新型可以利用氮吹模块对储液管内的样品进行氮吹使其浓缩干燥，可以通过后续的复溶操作改变溶液种类并且提高溶液中待测物的浓度，满足检测液相色谱的上样要求，并提高检测灵敏度。氮气的最大流速≥15ml/min，氮气压力耐受范围为0～100psi。

16、当然可以理解的是，以上对氮吹模块的结构说明仅作为示例性描述，不构成对本实用新型技术方案的进一步限定。本领域技术人员在了解到上述内容后对氮吹模块的结构做出了不违背一般人常规理解的技术改进，对于新形成的氮吹模块的装置结构同样落入本实用新型的保护范围和公开范围之内。

17、作为本实用新型一种优选的技术方案，所述壳体内还设置有磁吸振荡加热模块，所述试剂槽用于盛放磁珠、活化溶液、淋洗溶液或洗脱溶液，所述移液模块用于移取所述磁珠、活化溶液、淋洗溶液或洗脱溶液至所述磁吸振荡加热模块上完成磁珠活化、分离净化或待测物洗脱。

18、本实用新型中所述移液模块能够移取经处理后的样品溶液并注入所述磁吸振荡加热模块，活化后的磁珠与样品溶液在所述磁吸振荡加热模块内进行吸附、淋洗和洗脱得到洗脱液，所述移液模块吸取洗脱液直接上机检测或送入所述氮吹模块，先进行氮吹复溶后再上机检测。

19、本实用新型中的磁吸振荡加热模块同时具备振荡和加热功能，磁吸振荡加热模块的振摇速度和加热温度可自动或手动调整，振摇速度在1～3000rpm范围内可调，温度在室温～90℃范围内可调。

20、需要说明的是，本实用新型限定的各模块之间的操作过程及配合方式不属于实新的保护客体，自然也不在本实用新型的保护范围之内，移液模块可以吸取分离机构过滤后的滤液并送入磁吸振荡加热模块进行磁珠吸附，可以不经分离机构过滤，仅经简单的前处理后直接送入至磁吸振荡加热模块，或直接在和磁吸振荡加热模块适配的储液管中进行简单的前处理后再进行磁珠吸附。

21、还需要说明的是，本实用新型对磁吸振荡加热模块的结构不作具体要求和特殊限定，现有技术中已公开或新技术中未公开的磁吸振荡加热模块磁吸振荡加热模块均可用于本实用新型中。

22、为了帮助本领域技术人员更好地了解本实用新型的整体技术方案及工作过程，本实用新型示例性地提供了如下有关磁吸振荡加热模块的具体结构：

23、磁吸振荡加热模块包括磁棒、可升降的磁棒固定架、振动支架以及底座，底座内设置有加热装置；磁棒固定于磁棒固定架上，磁棒固定架带动磁棒在竖直方向上移动，从而紧贴储液管外壁或远离储液管外壁，当磁棒紧贴储液管外壁时，储液管内的磁珠在磁力作用下吸引并聚焦至储液管内壁与磁棒相对位置处；当磁棒远离储液管外壁时，磁力对磁珠的作用力减弱，磁珠再次分散至溶液中。磁棒固定架和储液管凹槽均设置于振动支架上，通过振动支架带动磁棒振动，在振动过程中通过底座内的加热装置进行加热。

24、当然可以理解的是，以上对磁吸振荡加热模块的结构说明仅作为示例性描述，不构成对本实用新型技术方案的进一步限定。本领域技术人员在了解到上述内容后对磁吸振荡加热模块的结构做出了不违背一般人常规理解的技术改进，对于新形成的磁吸振荡加热模块的装置结构同样落入本实用新型的保护范围和公开范围之内。

25、作为本实用新型一种优选的技术方案，所述移液模块包括若干移液器，所述移液器分别独立外接控制器，所述控制器用于独立控制所述移液器的吸液量和注液量。

26、本实用新型中，移液模块为xyz三轴移液模块，具有自动寻零定位和液面探测功能，且具有润洗、上下反复抽吸液体、多道分液以及混匀等多种操作模式，同时具有四个独立控制的移液通道，通道间间距可调，移液器高度、吸液速度、放液速度以及移液体积可调，并具有预吸及后吸空气功能，能够确保各类粘度液体的移液精度并防止液体滴落。

27、作为本实用新型一种优选的技术方案，所述正压机构包括支撑座、压板、驱动件和压力传感器，所述支撑座用于固定所述储液管，所述驱动件传动连接所述压板，并带动所述压板下压所述分离机构，所述压力传感器设置于所述压板上。

28、作为本实用新型一种优选的技术方案，所述分离机构包括柱管以及位于所述柱管底部开口处的过滤组件，所述正压机构下压使所述柱管下移并压入所述储液管内，所述储液管内的待测溶液穿过所述过滤组件完成分离。

29、所述过滤组件根据使用场景不同分为液液分离过滤组件或蛋白沉淀过滤组件。

30、作为本实用新型一种优选的技术方案，所述液液分离过滤组件包括由下至上依次设置的第一筛板、阻水层和第二筛板。

31、所述阻水层对应所述柱管的外壁处沿周向设置有密封件。

32、所述第一筛板和所述阻水层之间和/或所述阻水层和所述第二筛板之间还设置有填料层。

33、本实用新型提供的液液分离过滤组件主要用于液液萃取分离操作，移液模块分别吸取待测样品和试剂并注入所述储液管内进行振荡加热并静置分层，形成上层有机相和下层水相，使用时，正压机构下压分离机构并插入储液管内，在下压过程中，阻水层中的高分子化合物允许上层的有机相顺利通过，当遇到水相时迅速膨胀，阻水的同时对两相进行分离，待过滤液中的水被阻隔在阻水层之下，从而实现了水相和有机相的分离。密封件能够阻挡储液管中的待过滤液从阻水分离装置的侧壁流出，从而实现储液管与阻水分离装置之间的密封。

34、需要说明的是，本实用新型中限定的填料层材料可选为无水硫酸镁、无水硫酸钠或其他净化填料例如硅胶(silica gel)、十八烷基键合硅胶(c18)、硅藻土、活性炭、n-丙基乙二胺或石英砂，或者将上述填料按照不同比例混合形成复合填料。

35、本实用新型在第一筛板和阻水层之间设置的填料层主要起到了吸水作用，可以在阻水的同时进行快速破乳。此外，本实用新型还可以在阻水层和第二筛板之间设置填料层，为具有特异性吸附功能的吸附材料，在分离机构下压的过程中，有机相首先经过阻水层，阻水层遇到水相时孔隙迅速膨胀，有机相顺利通过而水相被阻挡，从而实现了水相和有机相的分离，随后有机相穿过填料层，通过吸附材料的选择性吸附对有机相中的特定物质进行吸附，使有机相被净化。

36、作为本实用新型一种优选的技术方案，所述蛋白沉淀过滤组件包括由下至上依次设置的第三筛板、过滤层和第四筛板。

37、所述过滤层包括至少一层滤膜，所述过滤层对应所述柱管的外壁处沿周向设置有密封件。

38、所述过滤层包括层叠的两层以上滤膜时，所述滤膜的孔径由下至上依次递减。

39、本实用新型提供的蛋白沉淀过滤组件主要用于蛋白沉淀操作，样品与沉淀剂在储液管内充分混合形成沉积于储液管底部的蛋白沉淀，使用时，正压机构下压分离机构并插入储液管内，在下压过程中，储液管内的待过滤液由柱管底部开口进入并依次穿过第三筛板、过滤层和第四筛板后进入过滤管内腔。待过滤液先经过第三筛板粗过滤，再经过过滤层过滤，分离后得到的上清液进入过滤管的内腔。

40、作为本实用新型一种优选的技术方案，所述壳体外侧还设置有废弃盒和吸头盒，所述壳体内设置有与所述废弃盒连通的废弃盒通道，所述移液模块在吸取液体前先移动至所述吸头盒处安装吸头，吸液后更换吸头并将废弃吸头通过所述废弃盒通道送至所述废弃盒内。

41、所述试剂槽底部设置有制冷件，所述制冷件用于对所述试剂槽内储存的试剂进行冷藏。

42、作为本实用新型一种优选的技术方案，所述壳体内设置有电源和电路板，所述电源用于向壳体内的用电设备供电，所述电路板用于电性控制壳体内的用电设备。

43、所述壳体内还设置有读码器，所述样品管上粘贴有唯一识别编码，所述读码器对所述样品管的编码进行扫描并识别。

44、所述壳体上设置有仪器开关和急停开关。

45、如上所述，本实用新型提供的多功能样品前处理装置可以适用多种不同类型的前处理操作，限于篇幅，本实用新型提供了如下三种具体的前处理操作过程，具体包括：

46、(1)蛋白沉淀法的基本工作过程：将样品管放入样品管支架，推入仪器，由读码器扫码，移液模块移至吸头盒处安装吸头，从样品管吸出样品移至振荡加热模块上的储液管中，移液模块将废弃吸头经废弃盒通道扔至废弃盒后更换干净的吸头，之后每次移取液体前都需更换吸头，从试剂槽内吸取蛋白沉淀剂注入储液管中，并按实验要求进行振荡、加热等步骤或配合移液模块进行反复吹打，待蛋白碎片沉降后得到液相和蛋白沉淀固相，完成后将储液管移至正压机构处，将分离机构往下移压入储液管内直至合适位置为止，储液管内的上层溶液穿过过滤组件进入柱管内腔完成液相和蛋白沉淀固相的固液分离，移液模块吸取滤过的上清液，得到待检测液上机检测。

47、(2)液液萃取法的基本工作过程：将样品管放入样品管支架，推入仪器，由读码器扫码，移液模块移至吸头盒处安装吸头，从样品管吸出样品移至振荡加热模块上的储液管中，移液模块将废弃吸头经废弃盒通道扔至废弃盒后更换干净的吸头，之后每次移取液体前都需更换吸头，从试剂槽内吸取提取剂注入储液管中，并按实验要求进行振荡、加热等步骤或配合移液模块进行反复吹打，静置分层得到有机相和水相，完成后将储液管移至正压机构处，将分离机构往下移压入储液管内到达合适位置为止，储液管内的上层有机相穿过过滤组件进入柱管内腔完成有机相和水相的分离，移取分离机构内澄清的有机相直接上机检测或移至氮吹模块进行氮吹至干得到残渣，吸取试剂槽中的复溶液在振荡加热模块中振荡复溶，随后上机检测。

48、(3)磁珠提取法的基本工作过程：将样品管放入样品管支架，推入仪器，由读码器扫码，移液模块移至吸头盒处安装吸头，从样品管吸出样品移至振荡加热模块上的储液管中，移液模块将废弃吸头经废弃盒通道扔至废弃盒后更换干净的吸头，之后每次移取液体前都需更换吸头，从试剂槽内分别吸取内标、蛋白沉淀剂或提取剂等注入储液管中，并按实验要求进行振荡、加热等步骤或配合移液模块进行反复吹打，如有沉淀则需待静置后稍分层，将储液管移至正压机构处，将分离机构往下移压入储液管内至清液和沉淀分离为止，储液管内的上层溶液穿过过滤组件进入柱管内腔完成液相和固相的分离；

49、从试剂槽移取磁珠至磁吸振荡加热模块中，从试剂槽吸取活化溶液加入至磁珠中振摇，振摇时撤去磁场，磁珠分散于活化溶液中，振摇完成后加入磁场，将磁珠吸附至磁吸振荡加热模块上的储液管的内侧壁，吸出储液管内的废液，吸取分离机构的柱管内腔中的液体至活化后的磁珠中，进行吸附、淋洗和洗脱等步操作，与活化操作类似，需要吹打分散磁珠时磁棒降落，撤离磁场，需要吸出废液前，升起磁棒吸附磁珠，吸取废液弃至废液槽内。最终得到洗脱液，吸取洗脱液直接上机检测或移至氮吹模块进行氮吹至干得到残渣，吸取试剂槽中的复溶液在磁吸振荡加热模块中振荡复溶，随后上机检测。

50、其中，在磁珠提取过程中，经简单前处理后待磁珠净化的液体为澄清溶液时，无需采用分离机构进行过滤，可将振荡加热模块中的待净化液直接移取至磁吸振荡加热模块进行淋洗和洗脱，或在与磁吸振荡加热模块适配的储液管中进行简单的前处理后进行后续的淋洗和洗脱。

51、需要说明的是，以上具体描述的三种前处理方式不作为对本实用新型提供的前处理装置的用途的进一步限定，本领域技术人员可以根据实际需求使用本实用新型提供的前处理装置。

52、与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

53、目前在进行蛋白沉淀法、液液萃取法等传统的前处理操作时，需要使用离心机使得萃取的两相完全分离，随后再提取上层清液直接上机检测或氮吹复溶后再上机检测。此过程中需要人工吸取上清液，如果操作人员经验不足，将不可避免的出现上层有机相滴落、吸入固相或液相杂质的问题，进而使得样品达不到分析要求或造成交叉污染。本实用新型提供的多功能样品前处理装置采用特殊设计的分离机构，通过正压机构将分离机构压入储液管实现了固液分离/液液分离，省去了传统前处理设备中所需的离心机，通过压入分离的方式也可以规避因操作失误导致吸入杂质的问题。此外，本实用新型在一个设备中综合设置了移液模块、振荡加热模块、净化分离模块和氮吹模块，几乎将所有类型的前处理操作所涉及的操作单元整合进一台设备中，并通过自动控制实现了对前处理的全流程自动化操作，尽量减少人工介入，避免因操作失误影响检测结果，从而可以在一台设备上实现多种不同的前处理方法，包括但不限于蛋白沉淀法、液液萃取法、固相萃取法和磁珠提取法。通过整合不同的操作模块，更有利于实现前处理全流程的自动化，借助移液模块在不同操作模块之间移动，完成对试剂和待测样品的自动吸液注液，液体的混匀以及复溶，配合震荡加热磁吸、正压和氮吹模块实现了液体分离、衍生、浓缩等功能，使质谱前处理从样品到上机溶液全程不需要人工干预，仪器结构简单、可靠性高，各操作模块在运行期间互不干扰，整个操作过程无液体飞溅和滴落，极大地提高了产品自动化程度。