一种应用于生物学的液体工作站

技术领域

本发明具体涉及一种生物学领域，具体是一种应用于生物学的液体工作站。

背景技术

随着生命科学技术的快速发展，生化实验室的研究工作面临着更为复杂的研究对象和不断增多的样品数量，传统的手工操作方式已经不能满足高通量样品处理过程中所要求的高效性、准确性和安全性，实验操作流程中部分或者整体过程的自动化运行已经成为必然趋势。

核酸是分子生物学研究的基本对象，核酸的提取是分子诊断中最为重要、最基本的一个环节。从生物样品中提取DNA或RNA的方法有很多种，例如传统的有机溶剂提取方法，以及可适合96孔板模式进行高通量自动化操作的硅胶柱吸附法、电荷法和磁珠分离法。其中磁珠分离法是目前使用最广泛、自动化条件最为成熟的一种方法。磁珠是一种新型功能化固相载体，其表面有活性基团，可以与多种物质发生偶联，兼具有液体的流动性和固体磁性材料的特点，在外磁场的作用下可以定向移动和集中。当撤去外场磁场后，稍加震荡或抽吸又可均匀而分散于液体中，从而使固相、液相的分离变得十分快捷方便，通过简单的洗脱可以得到纯度很高的靶向物质。

现有技术自动液体处理工作站和其中的移液装置多采用滑动摩擦副机构来完成移液吸头在竖直方向的运动，机构磨损大、噪音大、运动平稳性不高，移动基座滑槽的加工精度要求更高，难以保证。此外，现有技术的移液装置，其移液机构的移动基座在转轴垂直方向的定位，大多通过花键与滚轮的组合进行约束，在装配过程中调试繁杂，工作量较大。

生物学的实验中如核酸提取核、PCR的反应体系的建立一般是需要多次的移液，实验操作繁琐，限制了样品的提取效率，并且现在磁珠法核提取酸方法提取的核酸中混有较多的杂质，需要再次反复纯化，才能满足要求。且采用人工操作，容易造成样品之间的污染。

因此针对上述问题，我们需要一种可以提高核酸的提取效率并降低核酸污染问题的液体生物站装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于生物学的液体工作站，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种应用于生物学的液体工作站，包括工作平台、工作盘面、移液臂、移盘架，工作盘面设置在工作平台上，工作平台后顶面垂直安装有设备箱，移液臂通过x轴、y轴和Z轴驱动机构安装在设备箱顶部，移液臂的x轴平行与设备箱，所述工作盘面区域包括有九个呈九宫格方式排放的工作盘位，工作盘位从里到外、从左到右依次摆放着一号枪头适配器、二号枪头适配器、样品收集载架、三号枪头适配器、试剂槽载架、温控适配器、磁珠混合器、磁珠分离盘和加热震荡盘；

所述一号枪头适配器、二号枪头适配器和三号枪头适配器放置有多规格枪头，移液臂上设有用于吸取一号枪头适配器、二号枪头适配器和三号枪头适配器上枪头的吸头机构，所述样品收集载架上设有用于放置实验待测品的标准孔板，所述试剂槽载架上放置有多规格试剂瓶，所述温控适配器的顶部上安置有多规格的PCR管，温控适配器底部设有用于对PCR管进行加热和制冷的温控装置，所述磁珠混合器的左侧设有废弃物区；

所述磁珠分离盘包括磁棒，所述加热震荡盘包括底部的蜗旋震荡机构，磁珠分离盘或加热震荡盘上架设有移盘架，移盘架上架设有离心管盘，移盘架架设在工作盘面上的工作盘位上，移液臂上设有用于将移盘架整体抬起的钩取机构。

更进一步的方案：所述离心管盘上均开设有用于放置离心管管体的离心管摆放区和用于固定离心管盖体的离心管固定区。

更进一步的方案：所述移盘架包括溶液盘支撑框和移盘钩架，所述溶液盘支撑框上架设着离心管盘，溶液盘支撑框支撑架设在工作盘面的工作盘位开口四周，工作盘位开口边缘处设有用于架设有支撑溶液盘支撑框的框槽，所述移盘钩架竖直安装在溶液盘支撑框的侧壁上。

更进一步的方案：所述移液臂的Z轴底部安装有竖直方向移动的升降座，所述钩取机构包括安装在升降座上的钩头块和安装在移盘钩架顶部侧壁上的挂钩孔块，所述钩头块顶面上竖直固定有多个钩钉，所述挂钩块底面开设有用于插入钩钉的多个钉孔。

更进一步的方案：所述废弃物区包括废液槽、脱废吸头装置和枪头回收盒，所述枪头回收盒设置在工作盘面底部并位于脱废吸头装置的下方，所述吸头装置包括移液臂的Z轴底部设置的枪头插接棒，所述脱废吸头装置包括吸头机架，吸头机架顶板上设有用于卡住枪头插接棒的开口孔。

更进一步的方案：所述枪头插接棒内设有贯通的气路通道，气路通道一端在枪头插接棒的底端开口用于对枪头产生负压吸液，气路通道的另一端通过气管与内置在设备箱内液体泵的抽放气端相连通。

更进一步的方案：所述磁棒整体竖直固定在磁棒底座上，磁棒底座固定安装在工作平台内，磁棒的安装位于与离心管盘上离心管的管孔位置相对。

更进一步的方案：所述蜗旋震荡机构电机底座、震荡管盘和震荡电机，所述电机底座固定安装在工作平台内，电机底座底面中心安装有震荡电机,震荡电机的电机轴通过偏心凸轮块水平安装有震荡管盘，震荡管盘顶面开设有多个用于放置离心管的管体槽，离心管盒通过移盘架对应离心管放置的位置安放在震荡管盘的管体槽上，所述震荡管盘的底部设置有加热膜。

更进一步的方案：所述磁珠混合器包括磁珠容器、容器承载装置、偏心震子、缓冲装置和混合电机，所述磁珠容器套设在容器承载装置内，容器承载装置底部中心通过偏心震子与混合电机的电机轴传动相连，所述容器承载装置的底面两侧设有用于限制容器承载装置左右摆动幅度的缓冲装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明整体结构的布局非常紧凑，各个部件之间在执行各自的任务时，不会干扰，不会碰撞，采用开放式的试剂盒，适合各个厂家的试剂盒，提取过程高度自动化且避免污染，提高提取效率，能够纯化提取出高质量，高纯度的核酸等大分子产物。

附图说明

图1为应用于生物学的液体工作站的结构示意图。

图2为应用于生物学的液体工作站中一号枪头适配器、二号枪头适配器、样品收集载架、三号枪头适配器、试剂槽载架、温控适配器、磁珠混合器、磁珠分离盘和加热震荡盘的安装位置结构示意图。

图3为应用于生物学的液体工作站中移液臂的结构示意图。

图4为应用于生物学的液体工作站中工作盘面的结构示意图。

图5为应用于生物学的液体工作站中试剂槽载架的结构示意图。

图6为应用于生物学的液体工作站中磁珠分离盘的爆炸图。

图7为应用于生物学的液体工作站中加热震荡盘的爆炸图。

图8为应用于生物学的液体工作站中磁珠混合器的结构示意图。

图中：移液臂1、移盘架2、移盘钩架20、挂钩孔块21、支撑框22、工作盘面3、废液槽301、脱废吸头装置302、枪头回收盒303、一号枪头适配器31、二号枪头适配器32、样品收集载架33、三号枪头适配器34、试剂槽载架35、温控适配器36、磁珠分离盘37、磁棒373、磁棒底座374、加热震荡盘38、电机底座382、震荡电机383、偏心凸轮块384、离心管盘39、离心管摆放区390、离心管固定区391、磁珠混合器4、磁珠容器40、容器承载装置41、偏心震子42、缓冲装置43、混合电机44、工作平台6、设备箱60。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1～8，本发明实施例中，一种应用于生物学的液体工作站，包括工作平台6、工作盘面3、移液臂1、移盘架2，工作盘面3设置在工作平台6上，工作平台6后顶面垂直安装有设备箱60，移液臂1通过x轴、y轴和Z轴驱动机构安装在设备箱60顶部，移液臂1的x轴平行与设备箱60，所述工作盘面3区域包括有九个呈九宫格方式排放的工作盘位，工作盘位从里到外、从左到右依次摆放着一号枪头适配器31、二号枪头适配器32、样品收集载架33、三号枪头适配器34、试剂槽载架35、温控适配器36、磁珠混合器4、磁珠分离盘37和加热震荡盘38；

所述一号枪头适配器31、二号枪头适配器32和三号枪头适配器34放置有多规格枪头，移液臂1上设有用于吸取一号枪头适配器31、二号枪头适配器32和三号枪头适配器34上枪头的吸头机构，所述样品收集载架33上设有用于放置实验待测品的标准孔板，所述试剂槽载架35上放置有多规格试剂瓶，所述温控适配器36的顶部上安置有多规格的PCR管，温控适配器36底部设有用于对PCR管进行加热和制冷的温控装置，所述磁珠混合器4的左侧设有废弃物区；

所述磁珠分离盘37包括磁棒373，所述加热震荡盘38包括底部的蜗旋震荡机构，磁珠分离盘37或加热震荡盘38上架设有移盘架2，移盘架2上架设有离心管盘39，移盘架2架设在工作盘面3上的工作盘位上，移液臂1上设有用于将移盘架2整体抬起的钩取机构。

所述离心管盘39上均开设有用于放置离心管管体的离心管摆放区390和用于固定离心管盖体的离心管固定区391。

所述移盘架2包括溶液盘支撑框22和移盘钩架20，所述溶液盘支撑框22上架设着离心管盘39，溶液盘支撑框22支撑架设在工作盘面3的工作盘位开口四周，工作盘位开口边缘处设有用于架设有支撑溶液盘支撑框22的框槽，所述移盘钩架20竖直安装在溶液盘支撑框22的侧壁上。

所述移液臂1的Z轴底部安装有竖直方向移动的升降座10，所述钩取机构包括安装在升降座10上的钩头块11和安装在移盘钩架20顶部侧壁上的挂钩孔块21，所述钩头块11顶面上竖直固定有多个钩钉，所述挂钩块21底面开设有用于插入钩钉的多个钉孔，设置的移液臂1通过钩头块11和挂钩孔块21的相互配合可以直接将移盘架2整个向上提起，则支撑在移盘架2上的离心管盘39便可以在工作盘位上进行移动。

所述废弃物区包括废液槽301、脱废吸头装置302和枪头回收盒303，所述枪头回收盒303设置在工作盘面3底部并位于脱废吸头装置302的下方，所述吸头装置包括移液臂1的Z轴底部设置的枪头插接棒12，所述脱废吸头装置302包括吸头机架，吸头机架顶板上设有用于卡住枪头插接棒12的开口孔，当枪头插接棒12带着插座的枪头移动到吸头机架一侧时，移液臂1将枪头顶部的枪头插接棒12的杆壁横向滑入开口孔内，枪头顶端位于开口孔底面，移液臂1再向上抬升，枪头从枪头插接棒12脱扣，掉落入枪头回收盒303内，完成脱头动作。

所述枪头插接棒12内设有贯通的气路通道，气路通道一端在枪头插接棒12的底端开口用于对枪头产生负压吸液，气路通道的另一端通过气管与内置在设备箱60内液体泵的抽放气端相连通，设置的枪头插接棒12在插装上枪头后，液体泵可以经过枪头插接棒12对枪头进行洗液或排液的操作。

所述磁棒373整体竖直固定在磁棒底座374上，磁棒底座374固定安装在工作平台6内，磁棒373的安装位于与离心管盘39上离心管的管孔位置相对，通过磁棒373对离心管盘39管孔内的离心管进行磁珠分离操作。

所述蜗旋震荡机构电机底座382、震荡管盘381和震荡电机383，所述电机底座382固定安装在工作平台6内，电机底座382底面中心安装有震荡电机383,震荡电机383的电机轴通过偏心凸轮块384水平安装有震荡管盘381，震荡管盘381顶面开设有多个用于放置离心管的管体槽，离心管盒39通过移盘架2对应离心管放置的位置安放在震荡管盘381的管体槽上，所述震荡管盘381的底部设置有加热膜，设置的震荡管盘381会在震荡电机383和偏心凸轮块384的带动下，在水平方向偏心摆动，实现快速震荡的动作，可以对放置在上方的离心管盘39进行快速的震荡操作。

所述磁珠混合器4包括磁珠容器40、容器承载装置41、偏心震子42、缓冲装置43和混合电机44，所述磁珠容器40套设在容器承载装置41内，容器承载装置41底部中心通过偏心震子42与混合电机44的电机轴传动相连，所述容器承载装置41的底面两侧设有用于限制容器承载装置41左右摆动幅度的缓冲装置43，当磁珠容器40安置在容器承载装置41内后，混合电机44通过偏心震子42会带动容器承载装置41水平摆动，磁珠容器40可以对磁珠进行快速的混合操作。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：其中一号枪头适配器31、二号枪头适配器32和三号枪头适配器34可以根据实验的不同放置1000、200、100和50μL规格的枪头。优选的我们在一号枪头适配器31放置1000μL规格的枪头，二号枪头适配器32放置200μL规格的枪头，三号枪头适配器34放置1000μL规格的枪头；

其中工作盘面3中的样品收集载架33，用于放置实验待测品，所示样品收集载架33不限于标准24孔板、标准48孔板，标准96孔板等。优选的，我们在样品收集载架33放置24个EP离心管。

本实施例工作盘面3中的试剂槽载架35，考虑到用户的使用习惯试剂瓶是整瓶放入仪器，优选的,我们适配8个2mL管；4个50mL管。

本实施例工作盘面3中的温控适配36，可用于温控反应，存放产物等，温度可以控制在4℃-99℃，优选的,温控适配器可存放鼓盖8联PCR管，用于PCR扩增反应液的配置等。

本实施例工作盘面3中的磁珠混合器4，可以均匀2mL的磁珠，应用于磁珠法提取核酸领域，可使磁珠和溶液混匀，混合效果好，混合效率高，使测试样品与磁珠均匀结合，提高提取的浓度和纯度。

所述的工作盘面3中的磁珠分离盘37，能有效分离磁珠和溶液，磁珠分离盘37包含磁棒373，离心管盘39进行了优化，增加了离心管固定区391，使磁珠吸附在同一个方向，防治吸液流程中把磁珠吸走，减少样品的损耗。优选的，我们把2mL离心管放置在离心管摆放区390，把离心管盖子固定到离心管固定区391。

所述设备箱60内安装的液体泵，可选择25μL或1000μL的泵，其中机械臂1，可以在X轴(工作台从左向右的轴)、Y轴(工作台从前到后的轴)、Z轴(工作台上方的垂直轴)方向上随意移动。其中本发明的工作站所述的移盘架2可以对工作台的元件(例如深孔板)进行移动操作，可在X、Y、Z轴上运动。设置废弃物区，用于放置实验中所产生的废弃液，例如固体废弃物和/或液体废弃物，优选的所述废弃物区中可包括废液槽301、脱废吸头装置302、枪头回收盒303。

针对本实施例，以下的实验试剂以Aurora试剂为例，进行磁珠纯化法核酸提取核酸和进行PCR反应体系的构建。

具体实验构建方法如下：

先提前准备试剂与耗材(试剂A、试剂B、试剂C、试剂D、试剂E、试剂F、试剂G、试剂H、试剂I、试剂J、试剂K、试剂L、磁珠一管、24个待处理的DNA样品)；并手动放置试剂到相应的位置。试剂槽载架35位置A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K和L分别放置试剂A、试剂B、试剂C、试剂D、试剂E、试剂F、试剂G、试剂H、试剂I、试剂J、试剂K和试剂L。工作盘面3中的温控适配器36放置48个0.2mL鼓盖PCR管。磁珠混合器4放置磁珠一管。样品收集载架33放置24个待处DNA样品。加热震荡盘38放置含24个2mL无盖离心管的24个EP的离心管盒39。一号枪头适配器31放置1000μL规格的枪头，二号枪头适配器32放置200μL规格的枪头，三号枪头适配器34放置1000μL规格的枪头。

具体实验构建的实施步骤如下：

1.用移液臂1在一号枪头适配器31取1000μL枪头；从试剂槽载架35的A位置吸90μL试剂A放到温控适配器36鼓盖PCR管D的前24个孔中；

2.用移液臂1在二号枪头适配器32取200μL枪头；从试剂槽载架35的C位置吸10μL试剂C放到温控适配器36鼓盖PCR管的前24个孔；

3.用移液臂1在二号枪头适配器32取200μL枪头；从样品收集载架33吸20μL样品，一共24个样品放到温控适配器36鼓盖PCR管，吹打混匀；

4.用移液臂1在二号枪头适配器32取200μL枪头；从试剂槽载架35的D位置吸50μL试剂D放到温控适配器36鼓盖PCR管的前24个孔，进行封闭；

5.温控适配器36加热鼓盖8联管达95℃反应10min；后降到64℃反应60min；

6.用移液臂1二号枪头适配器32取200μL枪头，从温控适配器36管转移120μL反应体系到离心管盒39的2mL离心管；

7.用移液臂1在一号枪头适配器31取1000μL枪头从试剂槽载架35的I位置吸700μL试剂I放到离心管盒39的2mL离心管；

8.用移液臂1在二号枪头适配器32取200μL枪头从磁珠混合器37吸40μL磁珠；放到离心管盒39的2mL离心管，加热振荡盘38室温震荡混匀10min。

9.用移盘架2从加热震荡盘38移2mL离心管盒39到磁珠分离盘37，吸磁2min；

10.用移液臂1在一号枪头适配器31取1000μL枪头到离心管盒39,吸去废液。

11.用移液臂1在一号枪头适配器31取1000μL枪头，从试剂槽载架35的K位置吸600μL试剂K，加到离心管盒39的离心管中；

12.用移盘架2把离心管盒39从磁珠分离盘37移动到加热震荡盘38；震荡充分混匀；

13.用移盘架2把离心管盒39从加热震荡盘38到磁珠分离盘37；吸磁2min；

14.用移液臂1在一号枪头适配器31取1000μL枪头从离心管盒39吸去废液；

15.用移液臂1在一号枪头适配器31取1000μL枪头；从试剂槽载架35的J位置吸600μL试剂J；加到离心管盒39；

16.用移盘架2把离心管盒39从磁珠分离盘37移到加热震荡盘38，室温震荡混匀15min；

17.移盘架2把离心管盒39从加热震荡盘38移到磁珠分离盘37，吸磁2min，用移液臂1在一号枪头适配器31取1000μL枪头从离心管盒39，吸去废液；

18.用移液臂1在一号枪头适配器31取1000μL枪头；从试剂槽载架35的K位置吸600μL试剂K；加到离心管盒39；

19.用移盘架2把离心管盒39从磁珠分离盘37移到加热震荡盘38，室温震荡混匀15min；

20.移盘架2把离心管盒39从加热震荡盘38移到磁珠分离盘37，吸磁2min。用移液臂在三号枪头适配器34取1000μL枪头从磁珠分离盘37，吸去废液；

21.用移液臂1在三号枪头适配器34取1000μL枪头；从试剂槽载架35的K位置吸600μL试剂K；加到离心管盒39；

22.用移盘架2把离心管盒39从磁珠分离盘37移到加热震荡盘38，室温震荡混匀15min；

23.移盘架2把离心管盒39从加热震荡盘38移到磁珠分离盘37，吸磁2min。用移液臂在三号枪头适配器34取1000μL枪头从离心管盒39吸去废液；

24.室温干燥10min；

25.用移液臂在二号枪头适配器32取200μL枪头；从试剂槽载架35E位置吸40μL试剂E；加到离心管盒39；

26.用移盘架2把离心管盒39从磁珠分离盘37移到加热震荡盘38，室温震荡混匀10min；

27.移盘架2把离心管盒39从加热震荡盘38移到磁珠分离盘37，吸磁2min；

28.用移液臂在二号枪头适配器32取200μL枪头从离心管盒39取40μL洗脱产物转移温控适配器36鼓盖PCR管的后24个孔中保存。产物可以进行PCR、RT-PCR、TMA、NASSBA、3SR、LCR、酶切反应、连接反应、转化、转染等分子实验。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。