本發(fā)明屬于生物醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種集核酸提取、擴(kuò)增、檢測于一體的機(jī)械裝置。

（二）

背景技術(shù)：

分子診斷共有三個(gè)主要步驟：核酸提取、擴(kuò)增和檢測。每個(gè)步驟都有很多方法，每個(gè)方法都有不同的試劑可以進(jìn)行選擇，每個(gè)方法又有一些廠家生產(chǎn)出了不同的自動(dòng)化儀器，因此，對臨床使用者的一個(gè)挑戰(zhàn)就是如何挑選和整合這些試劑和儀器，使得每個(gè)步驟都有最優(yōu)化的結(jié)果。

一個(gè)最佳的分子鑒別診斷的解決方案應(yīng)該是：提取、擴(kuò)增、檢測，三位一體；全自動(dòng)、全封閉、防污染，三項(xiàng)全能。

擴(kuò)增的必要性：擴(kuò)增的目的是為了增加信噪比。所有診斷都是在尋求最佳的信噪比，感染性疾病尤其如此。比如血源感染時(shí)，病人一毫升血里面可能只有二十個(gè)細(xì)菌，而同樣一毫升血里面則有百萬個(gè)白細(xì)胞，這些白細(xì)胞里面的核酸和其它大分子就成為了檢測的噪音，所以擴(kuò)增的目的就是擴(kuò)大信號(hào)，增加信噪比。不擴(kuò)增，就很難得到診斷所需要的特異性和敏感性。

自動(dòng)化是市場所需：臨床實(shí)驗(yàn)室的管理和操作人員不是院校和科研單位里的博士碩士，他們一般沒有堅(jiān)實(shí)的分子生物學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)，因此若想大規(guī)模地推廣一項(xiàng)分子診斷技術(shù)，該技術(shù)的自動(dòng)化程度一定要高，這樣才能避免人為錯(cuò)誤，提高診斷效率。實(shí)時(shí)PCR實(shí)際上已經(jīng)完成了自動(dòng)擴(kuò)增和檢測，但是，多重?cái)U(kuò)增和檢測的問題并沒有得到很好的解決。

封閉體系是市場所求：所謂不封閉，就是在PCR擴(kuò)增了以后還需要開管蓋，把高濃度的PCR產(chǎn)物拿出來進(jìn)行下一步反應(yīng)。這個(gè)開放性的程序很容易造成實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)增產(chǎn)物污染，導(dǎo)致假陽性的結(jié)果。所有做過PCR的人都知道，污染是遲早要發(fā)生的，而且一旦發(fā)生就非常難去除，給診斷實(shí)驗(yàn)帶來不可逾越的困難。

為了避免污染，即便是在很基層的醫(yī)院，也需要把分子診斷實(shí)驗(yàn)室設(shè)置成有多個(gè)隔離房間：標(biāo)本提取，反應(yīng)建立，擴(kuò)增和檢測等要分開，避免污染。

2014年11月19日公開了一種自動(dòng)檢測試劑卡盒，該自動(dòng)檢測試劑卡盒包括螺桿、螺桿旋鈕、連接件、取樣針、負(fù)壓發(fā)生器、壓桿針、壓板、壓板旋鈕、進(jìn)樣口、樣品池、試劑倉、雜交槽，核酸提取、擴(kuò)增和檢測過程都在盒體內(nèi)部完成，全程封閉，不與外界接觸，解決了實(shí)驗(yàn)室及臨床PCR污染的技術(shù)問題。雖然公開了該自動(dòng)檢測試劑卡盒與外部機(jī)械部分配合使用，外部機(jī)械由控制系統(tǒng)控制，可以在控制系統(tǒng)上輸入指令，按照檢測步驟設(shè)置好取液間隔以及取哪個(gè)試劑倉中的試劑等，但是該卡盒如何與外部機(jī)械部分配合使用，怎么通過控制系統(tǒng)控制外部機(jī)械根據(jù)設(shè)定好的步驟取試劑，如何進(jìn)行核酸提取、擴(kuò)增，及后續(xù)PCR擴(kuò)增產(chǎn)物與卡盒底的芯片如何進(jìn)行反應(yīng)，如何檢測分析、數(shù)據(jù)結(jié)果怎么讀取等都沒有涉及，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，這些都是不清楚的，即自動(dòng)檢測試劑卡盒無法做到真正的推廣應(yīng)用。

一個(gè)最佳的分子鑒別診斷的解決方案就應(yīng)該是：提取、擴(kuò)增、檢測，三位一體；全自動(dòng)、全封閉、防污染，三項(xiàng)全能。衡量一個(gè)技術(shù)平臺(tái)的實(shí)用性和成熟度也要看它是否完成了這三位一體，三項(xiàng)全能的完美整合，而本發(fā)明就提供了這么一種設(shè)備。該設(shè)備還通過與一次性的卡盒配套使用來避免污染：因?yàn)镻CR反應(yīng)在廠家就設(shè)立好了（試劑預(yù)先放在卡盒里了），也就避免了污染的機(jī)會(huì)；另外，高濃度的PCR產(chǎn)物被封閉在卡盒里面，污染源也得到了有效控制。解決了污染的問題不但讓用戶放心，也給基層醫(yī)院解決了空間短缺，基建費(fèi)用過高的問題。

（三）

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種集核酸提取、擴(kuò)增、檢測于一體的機(jī)械裝置，提取、擴(kuò)增、檢測，三位一體；全自動(dòng)、全封閉、防污染，三項(xiàng)全能。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種集核酸提取、擴(kuò)增、檢測于一體的機(jī)械裝置，其特殊之處在于：包括：

卡盒：包括盒體，盒體的頂面上設(shè)置進(jìn)樣口，進(jìn)樣口上設(shè)置密封蓋，盒體底部分別設(shè)置樣品池、試劑倉、雜交槽，雜交槽底部設(shè)置芯片，該芯片上有能與PCR產(chǎn)物特異性雜交的檢測探針，其中，樣品池與進(jìn)樣口相對設(shè)置，盒體內(nèi)分別設(shè)置螺桿、取樣針，所述螺桿左、右兩端分別經(jīng)軸承三、軸承四與盒體相應(yīng)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，螺桿水平設(shè)置，螺桿的右端伸出盒體，螺桿上設(shè)置連接件，該連接件與螺桿通過螺紋相連，連接件的頂面上設(shè)置有取樣針容置孔，取樣針容置孔的中心軸與螺桿的中心軸垂直，取樣針容置孔底部固定設(shè)置第一彈簧，第一彈簧與取樣針容置孔通軸設(shè)置，第一彈簧由取樣針容置孔底部向上延伸并伸出取樣針容置孔，取樣針套設(shè)在第一彈簧內(nèi)，取樣針通過管道與負(fù)壓發(fā)生器連通，負(fù)壓發(fā)生器包括殼體、活塞和活塞桿，活塞桿上套有第二彈簧，活塞桿的自由端固定連接壓桿針的左端，壓桿針的右端伸出盒體，用于推進(jìn)活塞桿，取樣針的上方設(shè)置有壓板，壓板包括壓板本體及與壓板本體連接的壓板軸，其中，壓板軸與螺桿平行設(shè)置，壓板軸的左端通過軸承一與盒體轉(zhuǎn)動(dòng)連接，壓板軸的右端通過軸承二與盒體轉(zhuǎn)動(dòng)連接；

卡盒加熱器：馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，加熱器里面包埋有磁鐵；

馬達(dá)控制機(jī)制：卡盒內(nèi)伸出盒體的螺桿右端部、伸出盒體的壓板軸右端部均與馬達(dá)相連，通過馬達(dá)控制卡盒取樣針橫向及上下移動(dòng)；

條碼閱讀器：卡盒被插入儀器，通過條碼閱讀器對卡盒進(jìn)行識(shí)別處理，分析結(jié)果直接匯總到電腦。

所述的集核酸提取、擴(kuò)增、檢測于一體的機(jī)械裝置可同時(shí)處理1-4個(gè)卡盒，每個(gè)卡盒處理單元都是獨(dú)立運(yùn)作。

所述的集核酸提取、擴(kuò)增、檢測于一體的機(jī)械裝置，盒體底部還有廢液槽。核酸提取、擴(kuò)增、檢測所需的所有試劑分別置于試劑倉中，試劑倉的開口端由錫箔紙封閉。

樣品池、試劑倉、廢液槽、雜交槽的上方設(shè)置多孔板，多孔板左、右端分別與盒體內(nèi)壁固定設(shè)置，多孔板上的孔與樣品池、試劑倉、廢液槽、雜交槽的開口端分別對應(yīng)。

盒體內(nèi)壁設(shè)有限定壓板軸旋轉(zhuǎn)角度的壓板限位板，壓板限位板位于壓板本體下方，壓板限位板的中心軸與壓板軸垂直。

軸承三、軸承四安裝處均安裝密封墊。

本發(fā)明有益效果：本發(fā)明核酸提取、擴(kuò)增、檢測所需的所有試劑預(yù)先置于卡盒內(nèi)，避免了污染的機(jī)會(huì)；另外，高濃度的PCR產(chǎn)物被封閉在卡盒里面，污染源也得到了有效控制。解決了污染的問題不但讓用戶放心，也給基層醫(yī)院解決了空間短缺，基建費(fèi)用過高的問題。集分子診斷核酸提取、擴(kuò)增和檢測于一體，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、封閉化，裝置使用方便。

（四）附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

圖1為本發(fā)明卡盒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明壓板和壓板限位板的位置關(guān)系示意圖；

圖3為本發(fā)明螺桿與連接件的位置關(guān)系示意圖；

圖4為本發(fā)明集核酸提取、擴(kuò)增、檢測于一體的機(jī)械裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明掃描儀的結(jié)構(gòu)示意圖，

圖中，1盒體，11進(jìn)樣口，2壓板軸，21軸承一， 23軸承二，24壓板限位板，25壓板本體，26壓板軸，3取樣針，31活塞，32負(fù)壓發(fā)生器，33第二彈簧，34壓桿針，35第一彈簧，36管道，4螺桿，41軸承三，42軸承四，43螺桿旋鈕，44連接件，5樣品池，61試劑倉一，62試劑倉二，63試劑倉三 ，64試劑倉四，65試劑倉五，66試劑倉六，67試劑倉七，68廢液槽 ，7雜交槽 ，71玻璃芯片 ，8錫箔紙，9多孔板，10卡盒加熱器， 12集成電路板，13條碼閱讀器，14高速旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，15激光發(fā)射器,16光電倍增管，17卡盒位，18馬達(dá)控制機(jī)制。

（五）具體實(shí)施方式

本實(shí)施例集核酸提取、擴(kuò)增、檢測于一體的機(jī)械裝置包括卡盒、卡盒加熱器10、馬達(dá)控制機(jī)制18、電源控制和外接信息接口、集成電路板12、條碼閱讀器13。

卡盒包括盒體1，盒體1的頂面上設(shè)置進(jìn)樣口11，進(jìn)樣口11上設(shè)置密封蓋，盒體1底部分別設(shè)置樣品池5、試劑倉61-67、雜交槽7、廢液槽68，試劑倉61-67為七個(gè)，分別為試劑倉一 61、試劑倉二 62、 試劑倉三 63、試劑倉四 64、試劑倉五 65、試劑倉六 66、試劑倉七 67 ；七個(gè)試劑倉61-67中分別放置有核酸提取、PCR 擴(kuò)增及雜交檢測所需試劑，且七個(gè)試劑倉61-67的口部由錫箔 8 封閉。雜交槽7底部設(shè)置玻璃芯片71，該玻璃芯片71上有能與PCR產(chǎn)物特異性雜交的檢測探針，PCR 產(chǎn)物帶有熒光標(biāo)記 （ 放在反向引物上），所以雜交完成特異性靶點(diǎn)的識(shí)別。試劑倉一 61、 試劑倉二 62、 試劑倉三 63、試劑倉四 64、試劑倉五 65、試劑倉六 66、試劑倉七 67、廢液槽 68、樣品池 5、雜交槽7上部設(shè)置有多孔板 9，多孔板 9 與盒體 1 內(nèi)壁固定連接，多孔板 9 上的孔分別對應(yīng)試劑倉一 61、 試劑倉二 62、 試劑倉三 63、試劑倉四 64、試劑倉五 65、試劑倉六66、試劑倉七 67、廢液槽 68、樣品池 5、雜交槽7的開口端。其中，樣品池5與進(jìn)樣口11相對設(shè)置。盒體1內(nèi)分別設(shè)置螺桿4、取樣針3，所述螺桿4左、右兩端分別經(jīng)軸承三41、軸承四42與盒體1相應(yīng)側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，螺桿4水平設(shè)置，螺桿4的右端伸出盒體1，螺桿4上設(shè)置連接件44，該連接件44與螺桿4通過螺紋相連，轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿4，連接件44與螺桿4相對運(yùn)動(dòng)，連接件44的頂面上設(shè)置有取樣針容置孔 45，取樣針容置孔 45 的中心軸與螺桿 4 的中心軸垂直，取樣針容置孔 45 底部固定設(shè)置第一彈簧 35，第一彈簧 35 與取樣針容置孔 45 通軸設(shè)置，第一彈簧 35 由取樣針容置孔45底部向上延伸并伸出取樣針容置孔 45，取樣針 3 套設(shè)在第一彈簧 35 內(nèi)，旋轉(zhuǎn)螺桿，取樣針3隨著連接件 44在試劑倉、樣品池 5、廢液槽 68、雜交槽7之間移動(dòng)，取樣針 3 通過管道 36 與負(fù)壓發(fā)生器 32 連通，負(fù)壓發(fā)生器 32 包括殼體、活塞 31 和活塞桿，活塞桿上套有第二彈簧 33，活塞桿的自由端固定連接壓桿針 34 的左端，壓桿針 34 的右端伸出盒體 1，用于推進(jìn)活塞桿，當(dāng)不推動(dòng)壓桿針 34 時(shí)，第二彈簧 33將壓桿針 34 彈回原位，取樣針 3 的上方設(shè)置有壓板 2，壓板 2 包括壓板本體 25 及與壓板本體 25連接的壓板軸 26，其中，壓板軸 26 與螺桿 4 平行設(shè)置， 壓板軸 26 的左端通過軸承一 21 與盒體 1 轉(zhuǎn)動(dòng)連接，壓板軸 26 的右端通過軸承二 23 與盒體 1 轉(zhuǎn)動(dòng)連接，壓板軸 26 的右端伸出盒體 1。壓板本體 25 用于向下按壓取樣針 3，旋轉(zhuǎn)壓板軸 26，壓板軸 26 帶動(dòng)壓板本體 25向下按壓取樣針 3，不旋轉(zhuǎn)壓板軸 26時(shí)，第一彈簧 35 將壓板本體 25 彈回原位。盒體 1內(nèi)壁還固定設(shè)置有用于限定壓板軸 26旋轉(zhuǎn)角度的壓板限位板 24，壓板限位板 24 位于壓板本體 25 下方，壓板限位板 24 的中心軸與壓板軸 26 垂直，壓板軸 26 轉(zhuǎn)至一定角度時(shí)，壓板 25 與壓板限位板 24 接觸，壓板軸 26 不能繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，為了便于取試劑倉61-67中的試劑，壓板限位板 24 限制壓板軸 26 的旋轉(zhuǎn)角度小于 150°。

上述卡盒實(shí)際上就是把一個(gè)試驗(yàn)員“克隆”到這個(gè)一次性使用的塑料盒里面進(jìn)行常規(guī)實(shí)驗(yàn)室液體操作。所有反應(yīng)的試劑都預(yù)先在生產(chǎn)廠家就放入卡盒的底部，做核酸提取的磁珠液預(yù)先存放在卡盒底部。擴(kuò)增反應(yīng)結(jié)束后，自動(dòng)移液槍把反應(yīng)產(chǎn)物全部放到雜交槽7里面，雜交槽7底部有打印好的玻璃芯片71，上面有能和PCR產(chǎn)物特異性雜交的檢測探針，因?yàn)镻CR產(chǎn)物帶有熒光標(biāo)記（放在反向共用引物上的），所以雜交完成特異性靶點(diǎn)的多重識(shí)別。雜交液，沖洗緩沖液等都預(yù)先儲(chǔ)存在卡盒底部，用過的液體，含有高濃度PCR產(chǎn)物的液體也都存放在卡盒底部的廢液槽內(nèi)。一旦把標(biāo)本加入進(jìn)樣口11，然后封閉該口，整個(gè)標(biāo)本提取、擴(kuò)增和檢測過程都在這個(gè)卡盒里面完成，全程封閉，不和外界接觸，不會(huì)產(chǎn)生污染。

卡盒加熱器10：三個(gè)獨(dú)立控制的加熱器做PCR 反應(yīng)。加熱器里面還包埋了磁鐵，所以以磁珠為基礎(chǔ)的核酸提取操作也可以在卡盒里面解決。加熱器還為雜交提供恒溫，控制雜交反應(yīng)的特異性。

馬達(dá)控制機(jī)制18：卡盒內(nèi)伸出盒體1的螺桿4右端部、伸出盒體1的壓板軸26右端部均與馬達(dá)相連：通過馬達(dá)控制卡盒取樣針3橫向及上下移動(dòng)。

電源控制和外接信息接口。

集成電路板12：控制所有自動(dòng)化運(yùn)動(dòng)。

條碼閱讀器13：卡盒被插入儀器，通過條碼閱讀器13對卡盒進(jìn)行識(shí)別處理，分析結(jié)果直接匯總到電腦，可以直接以電郵或短信的方式發(fā)給醫(yī)生。

每臺(tái)裝置可以同時(shí)處理四個(gè)標(biāo)本（隨機(jī)上機(jī)，不用等滿四個(gè)一起上）。每個(gè)卡盒處理單元都是獨(dú)立運(yùn)作，不同的單元可以跑不同內(nèi)容的卡盒，對不同病人的標(biāo)本和不同的病進(jìn)行分子鑒別診斷。如果臨床需要同時(shí)處理更多的標(biāo)本，可以串聯(lián)起12臺(tái)處理器同時(shí)對48個(gè)標(biāo)本進(jìn)行處理。

經(jīng)過集核酸提取、擴(kuò)增、檢測于一體的機(jī)械裝置的卡盒已經(jīng)完成了提取、擴(kuò)增和雜交及清洗等程序，最后環(huán)節(jié)就是讀取檢測數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)員僅需要把卡盒從集核酸提取、擴(kuò)增、檢測于一體的機(jī)械裝置中取出（卡盒處理結(jié)束后儀器和軟件有提示）放到激光掃描閱讀裝置里面，1-5分鐘的掃描就可以對1－4個(gè)卡盒進(jìn)行全自動(dòng)數(shù)據(jù)讀取。該掃描儀包括高速旋轉(zhuǎn)平臺(tái)14、激光發(fā)射器15和光電倍增管16，卡盒底部的芯片在旋轉(zhuǎn)盤上高速運(yùn)動(dòng)，高速旋轉(zhuǎn)平臺(tái)14上面設(shè)置4個(gè)卡盒位17，所述卡盒位17橫截面為四分之一圓。激光發(fā)射器15和光電倍增管16位于高速旋轉(zhuǎn)平臺(tái)14的下方，激光發(fā)射器15、光電倍增管16相對設(shè)置?？ê械撞康男酒谛D(zhuǎn)盤上高速運(yùn)動(dòng)，激光只要單向掃描一次就能對四個(gè)卡盒進(jìn)行掃描讀數(shù)。