[發明專利]核酸純化儀

在審

• 申請號: 201710569179.6
• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN107118958A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 高爽
• 申請（專利權）人: 上海奇法生物儀器有限公司
• 主分類號: C12M1/36
• 分類號: C12M1/36;C12M1/34;C12M1/02;C12M1/00
• 代理公司: 上海欣創專利商標事務所31217
• 代理人: 包宇霆

技術領域

本發明涉及生物儀器領域，尤其涉及基于納米磁珠的核酸純化自動裝置。

背景技術

核酸（DNA或RNA）廣泛存在于動植物體內。在臨床診斷與治療，或法醫學鑒定，或基因篩查與重組等工作中，人們需要將核酸從樣本（血液、唾液或其他組織）中提取出來，提取核酸的過程也稱為核酸純化。核酸純化的效果好壞直接影響研究和診斷的進程和結果，因此核酸純化技術是生物科技中一項重要技術。

目前常見的一種核酸純化方法是磁棒法，磁棒法是利用磁棒吸附納米磁珠，納米磁珠吸附核酸，將核酸從樣本中分離出來。磁棒法的工作原理如圖1所示，將磁棒20、攪拌套21、深孔板22從上到下依次布置；其中，深孔板22上有一組深孔，這組深孔包含裂解液孔221、磁珠孔222、洗滌液孔223（可設置多個洗滌液孔）、洗脫液孔224，分別存放相應的試劑。核酸純化流程的具體步驟是：將樣本滴入裂解液中裂解出核酸--收集磁珠到裂解液孔--磁珠與核酸結合--收集磁珠至洗滌孔（可多次洗滌）--收集磁珠到洗脫孔--洗脫后回收磁珠，最后核酸留在洗脫液中。為了便于上述流程實現自動化操作，需要核酸純化儀實現如圖1所示的基本動作，即：（1）磁棒20的上下移動a，（2）攪拌套21的上下移動b及攪拌動作c，（3）磁棒20插入攪拌套21兩者合體后的上下移動e，（4）磁棒20插入攪拌套21兩者合體后的平移動作d。

中國發明專利CN103897987B 公開了一種基于納米磁珠的核酸自動提取裝置，核酸提取裝置主要由基座、安裝在基座上的三個機構組成。所述三個機構分別是：磁棒升降機構、攪拌套驅動機構和深孔板平移機構。三個機構均是由步進電機、絲桿螺母機構，起支撐和導向作用的滑桿組成。上述三個機構分別實現的動作見圖1，a：磁棒升降機構驅動磁棒20上下移動，作用是將磁棒20插入或取出攪拌套21；b：攪拌套驅動機構驅動攪拌套21的慢速上下移動；c：.攪拌套驅動機構驅動攪拌套21快速上下攪拌；d：深孔板平移機構帶動深孔板22左右平移（相當于磁棒20與攪拌套21合體后的左右平移動作）；e：磁棒升降機構和攪拌套驅動機構配合，同步動作，實現磁棒20與攪拌套21合體后的上下移動。

上述核酸提取裝置的缺點是：

第一、攪拌套驅動機構由步進電機通過絲桿及絲桿螺母驅動攪拌套21在滑桿上進行往復運動，實現攪拌套21的慢速上下移動及快速攪拌動作。其中，攪拌套21的攪拌動作是高頻率往復移動，步進電機必須高頻率的正反轉才能實現。

攪拌套進行攪拌時，電機的能量由系統的供電轉化而來，主要包括電機轉子的動能和電機電樞中存儲的電磁能。根據牛頓定律，電機正轉的能量必須消失，電機才能反轉；反之，電機反轉的能量必須消失，電機才能正轉。在高頻正反轉時，電機必須頻繁制動或減速才能實現換向。電機的大部分能量不是用于攪拌，沒有形成有用功，而是被頻繁制動所浪費，因而效率低下。

根據能量守恒定律，能量既不能憑空產生，也不會憑空消失，它只會從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到其它物體。在這里，電機由于正反轉浪費的能量轉化為熱能和機械能而產生負作用。熱能導致電機及整個系統包括電路系統溫度升高。機械能則導致系統振動和噪音。

為了降低振動和噪音，現有儀器不得不采用較重的儀器底座，來降低共振頻率，所以儀器較重，導致運輸的難度和成本加大。

受到步進電機動態特性的制約，步進電機在帶載荷下高頻率大幅度正反轉時會失步，此時電機正反轉帶來的能量損失更嚴重。所以當攪拌頻率較高時，無法同時大幅度攪拌。如果要實現高頻率大幅度攪拌，就要選用更大功率的電機或更昂貴的電機及零部件，比如大功率步進電機、伺服電機、滾珠絲桿等。這些部件相對小功率步進電機和普通絲桿，成本會增加數十倍。所以現有技術的攪拌套驅動機構難以實現高頻率大幅度的攪拌動作。其結果是，當樣本為高粘度液體、或樣本量較大、或樣本雜質含量高時無法正常工作。因為高粘度、或量較大、或雜質含量高的樣本需要高頻率大振幅的攪拌，才能將核酸清洗干凈。否則，攪拌振幅達不到要求，會造成核酸純化效果差甚至提取失敗。

上述攪拌套驅動機構中，步進電機所連接的傳動機構使用絲桿與絲桿螺母，也有的儀器使用同步帶傳動機構。這兩種機構在高頻率往返運動時噪音非常大。而且絲桿與絲桿螺母是高精度的傳動部件，在長期頻繁的往復動作下，容易磨損失效，因此維修成本較高。同步帶會因為長期頻繁往復運動而疲勞、斷裂。

所以，上述攪拌套驅動機構，不能用于需要高頻大幅度攪拌的樣本，且能耗大，效率低、振動大、噪音大、成本高、儀器重，維修率高。