用于核酸提取仪的磁针和套管系统和其应用的制作方法

1.本发明涉及医学和生物学检测仪器领域。具体的，本发明提供了一种用于磁棒法的核酸提取仪的磁针和套管系统，以及使用所述系统来通过磁棒法提取核酸的方法。


背景技术：

2.近年发展起来的磁珠法利用能够特异性识别细胞、蛋白质或核酸的磁珠来提取生物活性物质。磁珠能与核酸分子特异性地结合，然后在磁场的作用下，从血液、动物组织、食品、病原微生物等样本中的活性大分子分离出来。
3.磁珠法自动提取仪又分为磁棒法和抽吸法。抽吸法是通过自动移液装置来进行。以磁珠法核酸提取仪为例，可通过自动移液装置来加入裂解液、磁珠吸附；抽走溶液，加入漂洗液，磁珠吸附，抽走漂洗液，加入洗脱缓冲液。由于抽吸法存在去除废液的时候不抽走磁珠，移液器不能靠磁珠太近，以防磁珠连同废液被抽掉的问题，影响洗脱效率和纯度。磁棒法提取是近年发展起来的技术，其原理是将带磁性的分离设备浸入液体，通过磁场作用使混合物中能被磁性吸引的颗粒集中在分离设备表面。其中一种方式中，带磁性的分离设备是一个套管，通过插入磁棒令套管产生磁性，吸引混合物中能被磁性吸引的颗粒吸附到套管表面，当把磁棒抽离时，套管失去磁性，被磁性吸引的颗粒脱离套管。现有的核酸提取仪通常采用磁棒振荡的方式：带动磁棒的机构能带动磁棒在套管中上下移动，有助于提取过程的裂解和漂洗和纯化。
4.然而，现有的利用磁棒法的核酸提取仪器和方法存在运行机构复杂、机械器件磨损大，维护困难和工作寿命短的缺点。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种用于磁棒法的生物活性物质提取仪的磁针和套管系统，还提供了使用所述系统的生物活性物质提取仪。本发明的系统和提取仪可应用在临床疾病诊断、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，用于提取和纯化生物活性物质，例如细胞、蛋白和核酸。
6.具体的，本发明提供了一种用于生物活性物质提取仪的磁针和套管系统，其中所述磁针和套管系统包括：
7.磁针组，其中磁针组的磁针能够竖直插入和脱离设置在其下方的套管，
8.套管组和套管转动机构，其中套管组的套管为可容纳磁针的中空棒体，能够竖直插入和脱离设置在其下方的样品处理区；所述套管转动机构具有同步带、传动杆组和同步带驱动机构，其中传动杆组包括多个传动杆，所述传动杆设置为一个传动杆排或数个平行的传动杆排的排列方式，所述同步带与每个传动杆滑动接触；所述套管与所述套管转动机构的传动杆连接，同步带运动时，通过传动杆驱动套管发生围绕其轴心的旋转。
9.在本发明的其中一个方面，所述套管的管身具有中空管腔和封闭底部，其上部具有用于与传动杆的杆身结合的连接部。
10.在本发明的其中又一个方面，所述传动杆的顶部具有开口和中空的杆身；磁针可由此插入和通过传动杆，伸入与传动杆连接的套管。所述传动杆还具有轴承，杆身随轴承内圈转动。
11.在本发明的其中一个方面，在所述的磁针和套管系统中，套管转动机构的同步带环绕所述传动杆排，与每个传动杆滑动接触。
12.在本发明的其中一个方面，在所述的磁针和套管系统中，所述套管转动机构的所述一个传动杆排或数个转动杆排的每一个传动杆排被一条同步带环绕，每个传动杆与所述同步带接触。
13.在本发明的其中一个方面，在所述的磁针和套管系统中，所述套管转动机构的数个转动杆排中的每两个传动杆排被一条同步带环绕，每个传动杆与所述同步带接触。在本发明的其中又一个方面，所述套管转动机构的数个转动杆排中的每两个传动杆排被一条同步带环绕，相邻两条同步带与传动杆接触的位置设置成上下交错。
14.在本发明提供的磁针和套管系统中，所述套管转动机构的同步带驱动机构可以采用本领域各种已知的驱动机构。在本发明的其中一个实施方式中，所述套管转动机构的同步带驱动机构为电机：所述同步带直接由电机转轴带动。优选的，每一条同步带可由一个电机驱动。
15.在本发明的其中一个方面，在所述的磁针和套管系统中，所述套管转动机构的同步带驱动机构为带传动机构。在本发明的其中又一个方面，所述套管转动机构的同步带驱动机构包括驱动电机、主动轮、传动带、上从动轮、驱动杆、下从动轮，其中所述驱动电机驱动主动轮发生转动，通过传动带使得上从动轮、驱动杆和下从动轮发生转动，同步带与下从动轮滑动性连接，由此下从动轮发生转动时，通过摩擦力令同步带产生运动。所述同步带驱动机构可包括一个或多个所述上从动轮、驱动杆、下从动轮，驱动对应的一条或多条同步带；其中所述传动带与所述多个上从动轮可以交错缠绕方式接触。
16.在本发明的其中一个方面，所述磁针和套管系统具有用于支撑所述套管转动机构的套管平台，其包括传动杆组平台，传动杆组的每个传动杆穿过所述传动杆组平台，固定在所述传动杆组平台上。在本发明的其中又一个方面，所述套管平台还包括同步带驱动机构平台；所述同步带驱动机构设置在同步带驱动机构平台上。
17.本发明还提供了使用前述磁针和套管系统在磁棒法生物活性物质提取仪中驱动磁针和套管的方法，其中所述磁针和套管系统包括磁针组和套管组和套管转动机构，在所述方法中，磁针能够竖直插入和脱离设置在其下方的套管，套管为可容纳磁针的中空棒体，能够竖直插入和脱离设置在其下方的样品处理区，所述套管转动机构可驱动套管发生围绕其轴心的旋转，对样品处理区的液体样品进行搅拌。其中所述套管转动机构具有同步带、传动杆组和同步带驱动机构，其中传动杆组包括多个传动杆，所述传动杆设置为一个传动杆排或数个平行的传动杆排的排列方式，所述同步带与每个传动杆滑动接触，所述套管与所述套管转动机构的传动杆连接，同步带运动时，通过传动杆驱动套管发生围绕其轴心的旋转。
18.本发明还提供了一种用于提取生物活性物质的仪器，包括:外壳，工作台，其上具有样品处理区，如前所述的本发明的磁针和套管移动系统，其包括磁针组、套管组和套管转动机构，以及磁针升降机构，套管升降机构和支撑所述磁针升降机构和套管升降机构的支
架。所述套管转动机构可驱动套管发生围绕其轴心的旋转，对样品处理区的液体样品进行搅拌，其中所述套管转动机构具有同步带、传动杆组和同步带驱动机构，其中传动杆组包括多个传动杆，所述传动杆设置为一个传动杆排或数个平行的传动杆排的排列方式，所述同步带与每个传动杆滑动接触，所述套管与所述套管转动机构的传动杆连接，同步带运动时，通过传动杆驱动套管发生围绕其轴心的旋转。
19.在本发明的其中一个方面，所述磁针升降机构控制所述磁针组的上升或下降。所述磁针升降机构可以采用本领域各种已知的驱动机构。在本发明的其中一个实施方式中，所述磁针升降机构采用电机-丝杆机构，例如可包括磁针升降电机和由其驱动的磁针升降丝杆机构，并具有用于与磁针组连接和固定的磁针组连接板；磁针升降电机驱动磁针升降丝杆机构，控制磁针组连接板的升降，由此控制磁针组的上升和下降。
20.在本发明的其中一个方面，所述套管升降机构控制所述套管组的上升或下降。所述套管升降机构可以采用本领域各种已知的驱动机构。在本发明的其中一个实施方式中，所述磁针升降机构采用电机-丝杆机构，例如可包括套管升降电机和由其驱动的套管升降丝杆机构，并具有用于与套管组连接和固定的套管组连接板；套管升降电机驱动套管升降丝杆机构，控制套管组连接板的升降，由此控制套管组的上升和下降。
21.本发明还提供了一种使用上述系统或仪器提取和纯化生物活性物质的方法。
22.上述本发明的系统或仪器可以用于提取生物活性物质，例如细胞、蛋白质或核酸。
23.上述本发明的仪器可以为用于提取和纯化核酸的仪器。
24.上述本发明的仪器可以为适合于即时检验(point-of-care testing，poct)的仪器。
附图说明
25.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，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
26.图1是本发明的一个优选实施例的磁针和套管系统的第一方向立体图。
27.图2为本发明的优选实施例的磁针和套管系统的套管和套管转动机构的连接结构示意图，其中示例性地示出了所述套管转动机构中传动杆与套管的连接方式和传动关系，以及其中传动杆组中全部或部分传动杆与同步带的连接关系。其中图2a是第一方向立体图，图2b是俯视图；其中整个传动杆组包括8个传动杆排共96个传动杆，显示其中四个传动杆排的48个传动杆。
28.图3是本发明的优选实施例的磁针和套管系统的套管和套管转动机构的传动杆的组合的立体图。其中图3a是第一方向立体图，图3b是第二方向立体图。
29.图4为示例性的本发明提供的提取生物活性物质的仪器的局部立体图。
具体实施方式
30.为了更好地理解和阐释本发明，下面将参照附图对本发明作进一步的详细描述。
31.磁针和套管系统
32.图1是本发明的一个优选实施例的磁针和套管系统的第一方向立体图。本发明提供的磁针和套管系统可用于采用磁针法来提取生物活性物质如核酸等的仪器。
33.如图1所示，本发明提供的磁针和套管系统包括磁针组3，套管组1和套管转动机构2。
34.本发明提供的磁针和套管系统的套管组包含多个套管。套管组中包含的套管的数目可根据需要设定，通常范围为4-约200个，例如为24、48、96、128个。所述套管通常设置为平行排列的数个套管排的方式，其中每个套管排具有多于1个按直线排列的套管，例如每个套管排具有4-20个套管。在如图1所示的优选实施例中，套管组具有8个套管排，每排12个套管，共96个套管。
35.套管是具有封闭底部和中空管腔的管。套管可具有例如细长的圆柱形形状。套管的材料通常是非磁性的。其材料和厚度的选择和设计为不削弱磁场或仅稍微影响磁场，但需要保证在插入磁针时能在套管外产生能够吸引磁珠或带磁珠的生物样品的磁场。所述套管能够竖直插入和脱离设置在其下方的样品处理区。
36.样品处理区可以包括工作区、样品槽、样品孔，或其组合。样品处理区用于设置可处理样品的样品槽或样品孔，或是用于放置装载样品的器皿，如单个或单排的离心管、24孔板或96孔板等标准培养板，也可以摆放需要的非标准培养板。在图1所示的实施方式中，样品处理区包括培养板4，其具有与套管组具有的套管个数对应的孔41。套管可插入培养板的孔中并且在孔中进行自转，对容纳在培养板中的溶液进行搅拌。
37.磁针组3具有多个与所述套管组1具有的套管的排列方式和数量对应的磁针31。磁针能够竖直插入和脱离套管。磁针的底端(即插入套管的一端)具有磁性。当磁针插入和接触或接近套管底部时，可在套管外产生磁场，从而实现套管对套管外溶液中的磁珠或带磁珠的生物样品的吸附和脱离。在本实施例中，磁针的底部具有永磁体，由此带有磁性。在本发明的其它实施方式中，磁针可通过电磁作用产生磁性(电磁体)。
38.在本发明提供的磁针和套管系统中，所述套管可插入培养板的孔中，并可在孔中进行旋转，对容纳在培养板中的溶液进行搅拌。套管的旋转通过套管转动机构2实现。所述套管转动机构具有同步带21、传动杆组22和同步带驱动机构23，其中所述传动杆组具有与所述套管组1具有的套管的排列方式和数量对应的多个传动杆221。所述同步带与每个传动杆接触，所述套管与所述套管转动机构的传动杆连接。当同步带在同步带驱动机构的带动下产生运动时带动每个传动杆旋转，使得与其连接的套管发生相对轴心的旋转。
39.在本发明提供的磁针和套管系统中，所述套管转动机构中的传动杆组包括多个传动杆，所述传动杆设置为一个传动杆排或数个平行的传动杆排的排列方式。其中每个传动杆排含有多于1个按直线排列的传动杆。通常每个传动杆具有4-20个传动杆，例如为8个，12个或16个。传动杆之间互不接触，由此减少传动杆在转动时相互摩擦导致的机械噪音、部件损伤和运转故障。
40.在本发明的其中一个实施方式中，所述套管转动机构中具有一个传动杆排，该传动杆排的传动杆由一条同步带带动，所述同步带设置为环绕所述传动杆排，其中每个传动杆与所述一条同步带接触。
41.在本发明的其中另一个实施方式中，所述套管转动机构中具有数个传动杆排，优选为偶数个传动杆排，例如为两个，四个，八个或十二个传动杆排。在本发明的其中一种实施方式中，所述数个传动杆排中的每两个相邻的传动杆排由一条同步带带动，其中所述同步带设置为环绕所述相邻的两个传动杆排，由此与每一个传动杆形成有效接触。在本发明
的其中又一种实施方式中，所述数个传动杆排中的每两个相邻的传动杆排由一条同步带带动，其中所述同步带设置为环绕所述相邻的两个传动杆排，由此与每一个传动杆形成有效接触；同时，相邻两条同步带与传动杆接触的位置设置成上下交错，由此可节省机械部件分布空间。
42.在本发明的另一个实施方式中，所述数个传动杆排中的每一个传动杆排由一条同步带带动，其中所述同步带设置为环绕所述传动杆排，由此与每一个传动杆形成有效接触。
43.图3是本发明的优选实施例的磁针和套管系统的套管和套管转动机构的传动杆的组合的立体图。其中图3a是第一方向立体图，图3b是第二方向立体图。如图3所示，套管11的管身111具有中空管腔和封闭底部，其上部具有用于与传动杆221的杆身的下部2213结合的连接部112。传动杆221的顶部具有开口2214和中空的杆身，磁针可插入和通过传动杆，伸入与传动杆连接的套管。传动杆221的杆身的上部为与同步带接触的齿槽带轮部位2211，其用于与同步带的具有带齿的内侧表面配合。
44.图2为本发明的优选实施例的磁针和套管系统的套管和套管转动机构的连接结构示意图，其中示例性地示出了所述套管转动机构中传动杆与套管的连接方式和传动关系，以及其中传动杆组中全部或部分传动杆与同步带的连接关系。其中图2a是第一方向立体图，图2b是俯视图；其中整个传动杆组包括八个传动杆排共96个传动杆，显示了其中四个传动杆排的48个传动杆。
45.如图2所示的优选实施例的磁针和套管系统中，套管组中的四个套管排各具有12个套管11，所述四个套管排平行排列。对应的，图2示出的套管转动机构的传动杆组具有四排共48个传动杆221(每排12个传动杆)。在本发明提供的磁针和套管系统中，所述同步带驱动机构可同时带动多条同步带，在图2中示例性地示出其中相邻的四排传动杆和分别带动其中两排传动杆的两条同步带，以及其与所述四个套管排的套管的连接和传动关系。
46.如图2b所示，所述同步带21以每条同步带环绕两排传动杆的方式与每个传动杆的杆身的上部2211滑动性接触。同步带21的具有带齿的内侧与传动杆杆身的齿槽带轮部位2211接触和产生啮合，由此，同步带21的运动通过摩擦力使得传动杆发生转动，从而带动与传动杆的另一端固定的套管11发生相对其轴心的旋转。同时，相邻的各自环绕两个传动杆排的两条同步带与传动杆杆身的齿槽带轮部位2211接触的位置上下错开，由此可节省机械部件分布空间。
47.在本发明的其它实施方式中，所述套管转动机构的一个传动杆排或数个转动杆排中的每个传动杆排的传动杆与一条同步带以交错缠绕的方式接触，即每个传动杆排的传动杆由一条同步带带动。
48.在本发明提供的磁针和套管系统中，所述套管转动机构的同步带驱动机构可以采用本领域各种已知的驱动机构。在本发明的其中一个实施方式中，所述套管转动机构的同步带驱动机构为电机：所述同步带直接由电机转轴带动。其中，每一条同步带可由一个电机驱动。
49.在本发明的其中另一个实施方式中，所述套管转动机构的同步带驱动机构采用带传动机构。如图2a所示，在本优选实施例的磁针和套管系统中，所述同步带驱动机构23包括上从动轮231、驱动杆233、下从动轮232、驱动电机234、主动轮235和传动带236。驱动电机234驱动主动轮235发生转动，通过传动带236使得上从动轮231、驱动杆233和下从动轮232
发生转动。同步带21与下从动轮232滑动性连接，下从动轮232发生转动时，通过摩擦力令同步带21产生运动。所述同步带驱动机构可包括一个或多个所述上从动轮231、驱动杆233、下从动轮232，驱动对应的一条或多条同步带；其中所述传动带236与所述多个上从动轮可以交错缠绕方式接触。
50.如图1所述，本发明的优选实施例的磁针和套管系统具有用于支撑所述套管转动机构2的套管平台24，其包括传动杆组平台241和同步带驱动机构平台242。其中，传动杆组22的每个传动杆221穿过所述传动杆组平台241，其轴承的轴套2212固定在所述传动杆组平台241上。所述同步带驱动机构22设置在同步带驱动机构平台242上。
51.采用磁针法提取生物活性物质的仪器
52.本发明还提供了采用磁针法来提取生物活性物质的仪器，例如为核酸提取仪。所述仪器包括外壳、前述的本发明提供的磁针和套管系统、工作台(其上具有样品处理区)、磁针升降机构、套管升降机构和用于支撑所述磁针升降机构和套管升降机构的支架。
53.图4为示例性的本发明提供的提取生物活性物质的仪器的局部立体图。
54.本发明提供的提取生物活性物质的仪器具有外壳(图中未示出)。外壳可将仪器内部与大气间隔开，以免样品污染和零件损坏。外壳面板通常为金属材料制成。外壳可具有可打开和关闭的样品窗，用于放入和取出样品。另外外壳可具有与外部设备连接的外部设备接口，显示操作界面的显示屏，各种操控开关、按键或按钮等。
55.本发明提供的提取生物活性物质的仪器特别适合于即时检验(point-of-care testing，poct)。本发明的仪器的外壳还可具有便于用户手握或提拉的把手或扶手部件。
56.本发明提供的提取生物活性物质的仪器具有工作台，其上设置有样品处理区。样品处理区用于设置可处理样品的样品槽或样品孔，或是用于放置装载样品的器皿，如单个或单排的离心管、24孔板或96孔板等标准培养板，也可以摆放需要的非标准培养板。
57.本发明提供的提取生物活性物质的仪器采用前述本发明的磁针和套管系统，其包括磁针组3，套管组1和套管转动机构2。其中所述套管组包括多个套管，例如为24、48、96、128个套管。所述套管能够竖直插入和脱离设置在其下方的样品处理区。其中所述磁针组具有多个与套管组具有的套管对应的磁针。所述磁针能够竖直插入和脱离设置在其下方的套管。
58.如图1和图4所示，本发明的仪器包括磁针、套管和放置在样品处理区的培养板。在工作中，磁针31需要插入和离开套管11，以及套管11需要插入或离开培养板的孔41，因此磁针和套管各自发生上升或下降的运动。其中，用于支撑所述套管转动机构2的套管平台24包括传动杆组平台241和同步带驱动机构平台242。传动杆组22的每个传动杆221穿过所述传动杆组平台241，在轴承2212部位固定在所述传动杆组平台241上。
59.本发明提供的提取生物活性物质的仪器还包括磁针升降机构5，其控制所述磁针组的上升或下降。如图4所示，在示例性的仪器中，磁针升降机构5包括磁针升降电机52和由其驱动的磁针升降丝杆机构53，并具有用于与磁针组3连接和固定的磁针组连接板51：磁针升降电机52驱动磁针升降丝杆机构53，控制磁针组连接板51的升降，由此控制磁针组3的上升和下降，即插入或离开设置在磁针组下方的套管。类似的，本发明提供的提取生物活性物质的仪器还包括套管升降机构6，其包括套管升降电机(未示出)和由其驱动的套管升降丝杆机构63，以及用于与套管组1连接和固定的磁针组连接板61。
60.本发明提供的提取生物活性物质的仪器还包括用于支撑所述磁针升降机构和套管升降机构的支架7。
61.本发明提供的磁针和套管系统，以及采用所示磁针和套管系统的提取生物活性物质的仪器可更方便地根据需要提供各种通量，其装配调试的难度以及复杂性大大的降低。另外,本发明的磁针和套管系统采用同步带机构来控制多个套管的转动来对液体样品进行搅拌，有效地减少了样品污染，特别是现有技术中采用振动方式对液体样品进行混合和搅拌导致的样品污染。本发明提供的磁针和套管系统，以及采用所示磁针和套管系统的提取生物活性物质的仪器还明显比现有技术中采用其它驱动方式(例如齿轮齿条副机构)传动的噪音小，机械器件磨损小，减少了日常和长期维护的难度，延长了工作持续时间和工作寿命。本发明提供的磁针和套管系统，以及采用所示磁针和套管系统的提取生物活性物质的仪器具有运行机构简单，结构紧凑，体积小的优点，特别适用于即时检验(point-of-care testing，poct)。
62.此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。