[发明专利]核酸纯化仪

说明书

技术领域

本发明涉及生物仪器领域，尤其涉及基于纳米磁珠的核酸纯化自动装置。

背景技术

核酸（DNA或RNA）广泛存在于动植物体内。在临床诊断与治疗，或法医学鉴定，或基因筛查与重组等工作中，人们需要将核酸从样本（血液、唾液或其他组织）中提取出来，提取核酸的过程也称为核酸纯化。核酸纯化的效果好坏直接影响研究和诊断的进程和结果，因此核酸纯化技术是生物科技中一项重要技术。

目前常见的一种核酸纯化方法是磁棒法，磁棒法是利用磁棒吸附纳米磁珠，纳米磁珠吸附核酸，将核酸从样本中分离出来。磁棒法的工作原理如图1所示，将磁棒20、搅拌套21、深孔板22从上到下依次布置；其中，深孔板22上有一组深孔，这组深孔包含裂解液孔221、磁珠孔222、洗涤液孔223（可设置多个洗涤液孔）、洗脱液孔224，分别存放相应的试剂。核酸纯化流程的具体步骤是：将样本滴入裂解液中裂解出核酸--收集磁珠到裂解液孔--磁珠与核酸结合--收集磁珠至洗涤孔（可多次洗涤）--收集磁珠到洗脱孔--洗脱后回收磁珠，最后核酸留在洗脱液中。为了便于上述流程实现自动化操作，需要核酸纯化仪实现如图1所示的基本动作，即：（1）磁棒20的上下移动a，（2）搅拌套21的上下移动b及搅拌动作c，（3）磁棒20插入搅拌套21两者合体后的上下移动e，（4）磁棒20插入搅拌套21两者合体后的平移动作d。

中国发明专利CN103897987B 公开了一种基于纳米磁珠的核酸自动提取装置，核酸提取装置主要由基座、安装在基座上的三个机构组成。所述三个机构分别是：磁棒升降机构、搅拌套驱动机构和深孔板平移机构。三个机构均是由步进电机、丝杆螺母机构，起支撑和导向作用的滑杆组成。上述三个机构分别实现的动作见图1，a：磁棒升降机构驱动磁棒20上下移动，作用是将磁棒20插入或取出搅拌套21；b：搅拌套驱动机构驱动搅拌套21的慢速上下移动；c：.搅拌套驱动机构驱动搅拌套21快速上下搅拌；d：深孔板平移机构带动深孔板22左右平移（相当于磁棒20与搅拌套21合体后的左右平移动作）；e：磁棒升降机构和搅拌套驱动机构配合，同步动作，实现磁棒20与搅拌套21合体后的上下移动。

上述核酸提取装置的缺点是：

第一、搅拌套驱动机构由步进电机通过丝杆及丝杆螺母驱动搅拌套21在滑杆上进行往复运动，实现搅拌套21的慢速上下移动及快速搅拌动作。其中，搅拌套21的搅拌动作是高频率往复移动，步进电机必须高频率的正反转才能实现。

搅拌套进行搅拌时，电机的能量由系统的供电转化而来，主要包括电机转子的动能和电机电枢中存储的电磁能。根据牛顿定律，电机正转的能量必须消失，电机才能反转；反之，电机反转的能量必须消失，电机才能正转。在高频正反转时，电机必须频繁制动或减速才能实现换向。电机的大部分能量不是用于搅拌，没有形成有用功，而是被频繁制动所浪费，因而效率低下。

根据能量守恒定律，能量既不能凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体。在这里，电机由于正反转浪费的能量转化为热能和机械能而产生负作用。热能导致电机及整个系统包括电路系统温度升高。机械能则导致系统振动和噪音。

为了降低振动和噪音，现有仪器不得不采用较重的仪器底座，来降低共振频率，所以仪器较重，导致运输的难度和成本加大。

受到步进电机动态特性的制约，步进电机在带载荷下高频率大幅度正反转时会失步，此时电机正反转带来的能量损失更严重。所以当搅拌频率较高时，无法同时大幅度搅拌。如果要实现高频率大幅度搅拌，就要选用更大功率的电机或更昂贵的电机及零部件，比如大功率步进电机、伺服电机、滚珠丝杆等。这些部件相对小功率步进电机和普通丝杆，成本会增加数十倍。所以现有技术的搅拌套驱动机构难以实现高频率大幅度的搅拌动作。其结果是，当样本为高粘度液体、或样本量较大、或样本杂质含量高时无法正常工作。因为高粘度、或量较大、或杂质含量高的样本需要高频率大振幅的搅拌，才能将核酸清洗干净。否则，搅拌振幅达不到要求，会造成核酸纯化效果差甚至提取失败。

上述搅拌套驱动机构中，步进电机所连接的传动机构使用丝杆与丝杆螺母，也有的仪器使用同步带传动机构。这两种机构在高频率往返运动时噪音非常大。而且丝杆与丝杆螺母是高精度的传动部件，在长期频繁的往复动作下，容易磨损失效，因此维修成本较高。同步带会因为长期频繁往复运动而疲劳、断裂。

所以，上述搅拌套驱动机构，不能用于需要高频大幅度搅拌的样本，且能耗大，效率低、振动大、噪音大、成本高、仪器重，维修率高。