一种用于实时荧光PCR的防污染装置及方法

技术领域

本发明涉及PCR技术领域，更具体地，涉及一种用于实时荧光PCR的防污染装置及方法。

背景技术

聚合酶链反应(PCR)技术是一种对特定的靶核酸片段在体外进行快速扩增的方法，通常由变性—退火—延伸三个基本反应步骤构成，通过不同温度的循环实现靶核酸的扩增。

实时荧光PCR技术是在PCR技术基础上发展起来的核酸/基因检测技术，是一种在PCR反应体系中加入荧光标记探针或荧光染料，利用对荧光信号的实时检测来监测整个PCR进程，最后通过特异的荧光信号/标准曲线/内标对核酸或基因进行定性或定量分析的方法。

实时荧光PCR仪的最大特点是具有较大扩增能力与极高的灵敏性，操作复杂，所以在其操作过程中常有污染发生，即使极少量的污染也会造成假阳性，稍有差错就会出现假阴性。长期以来，如何采取有效的措施，最大限度地防止污染，是实时荧光PCR仪的一个重大设计要求。

中国专利CN111197004A，公开了一种全自动实时荧光定量PCR工作站，实现了PCR过程的全自动操作，但是该装置在操作过程中容易造成污染，造成测量不准确等问题。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中的至少一个缺陷，提供一种用于实时荧光PCR的防污染装置及方法，实现了对存放样品的试管进行多重密封，有效防止了样品的污染。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于实时荧光PCR的防污染装置，包括固定支架、用于存放试管的第一活动支架、柱塞泵、用于固定套筒和吸头的第二活动支架、用于驱动第二活动支架移动的电机、用于驱动第一活动支架在水平面移动的运动模块、套筒、吸头、用于存放样品的第一试管、用于存放球封所用吸球的第二试管、用于存放液封所用液体的第三试管以及用于存放吸头的第四试管，所述的第二活动支架安装于固定支架上，且与第二滑动支架沿Z轴方向滑动连接，所述的套筒竖向设置且可拆卸安装于第二活动支架上，所述的套筒的一端通过管道与柱塞泵连接，另一端与吸头可拆卸连接；所述的第一活动支架通过运动模块安装于固定支架上，且位于第二活动支架的下方；所述的第一试管、第二试管、第三试管以及第四试管均竖向设置且可拆卸安装于第一活动支架上。在本发明中，第一活动支架通过运动模块的驱动，实现在水平面上左右或前后移动，以将放置在第一活动支架上的第一试管、第二试管、第三试管、第四试管移动至套筒的正下方，实现吸头吸液、套筒吸住吸球等动作，从而将液体及吸球移至第一试管中；第二活动支架位于第一活动支架的正上方，第二活动支架通过电机的驱动，能够沿着Z轴方向上下移动，以实现下降时从试管中吸液、或滴液至试管中；本发明提供的防污染装置，在使用时，吸头放置在第四试管中，移动第一活动支架使第四试管位于套筒的正下方，电机驱动第二活动支架下降，使套筒的底部一端下压吸头以穿进吸头的孔中，从而实现吸头套设在套筒上；之后，反复移动第一活动支架和第二活动支架，实现将存放在第三试管中的油移动至第一试管中，实现样品的第一重密封；然后，再将吸头脱卸至第四试管中，通过套筒将存放在第二试管中的吸球移动至第一试管中，实现样品的第二重密封，另外，根据需要还可以在第一试管外盖上封盖，实现第三重密封；多重密封，有效防止了样品的污染，且全自动的操作，工作效率高。

在其中一个实施例中，所述的第二活动支架包括横向设置且与固定支架沿Z轴方向滑动连接的长条形套筒架、横向设置且与固定支架沿Z轴方向滑动连接且位于套筒架正下方的长条形吸头脱卸板，沿套筒架的长度方向间隔设有多个第一安装通孔，沿吸头脱卸板的长度方向间隔设有多个与第一安装通孔位置一一对应的第二安装通孔；所述的套筒的一端固定于第一安装通孔中，另一端穿设于第二安装通孔中，且与吸头连接。套筒架用于固定套筒，吸头脱卸板用于在脱卸吸头时，通过吸头脱卸板将吸头顶脱；另外吸头脱卸板还可以用用来压住封盖，使封盖与第一试管仅仅贴合。

在其中一个实施例中，所述的第二安装通孔中设有第一环形凸台，所述的吸头与套筒连接的一端设有用于与第一环形凸台相抵的第二环形凸台。当需要脱卸吸头时，第二电机驱动吸头脱卸板下移，第一环形凸台与吸头上的第二环形凸台相抵，从而将吸头顶脱，实现吸头的自动脱卸。

在其中一个实施例中，多个第二安装通孔中的第一环形凸台所设置的深度值至少设有两组。将多个通孔中的第一环形凸台设置的深度分为至少两种深度值，这样可以分批次脱卸吸头，更加省力、安全。

在其中一个实施例中，所述的电机包括第一电机和第二电机；所述的第一电机的输出轴与套筒架连接，用于驱动套筒架沿Z轴方向上下移动；所述的第二电机的输出轴与吸头脱卸板连接，用于驱动吸头脱卸板沿Z轴方向上下移动。

在其中一个实施例中，还包括用于盖住第一试管管口的封盖，所述的封盖与第一试管可拆卸连接。当完成液封和球封后，盖上封盖，实现第三重密封，通过吸头脱卸板将封盖压紧，可防止在加热过程中爆盖，有效防止污染的同时也提高了安全性能。

在其中一个实施例中，在所述的第一试管的管口处设有密封圈；在所述的第一试管内靠近管口一端设有用于卡住吸球的球封卡位。密封圈用于实现封盖与试管管口的密封连接；球封卡位用于卡住吸球。

在其中一个实施例中，所述的第一活动支架上间隔设有多个放置槽，多个放置槽呈多排且相互平行分布，每一排中多个放置槽的间隔距离与多个第一安装通孔的间隔距离一一对应；所述的第一试管、第二试管、第三试管以及第四试管分别放置在放置槽中。放置槽呈多排设置，同一功能的试管放置在同一排，便于同时操作，提高效率；每一排放置槽之间的间隔距离与套筒之间的间隔距离一一对应，这样多个套筒或吸头可实现同时操作，提高了工作效率。

在其中一个实施例中，所述的运动模块包括X轴移动系统、Y轴移动系统，所述的第一活动支架分别与X轴移动系统和Y轴移动系统连接；第一活动支架的每排放置槽均沿X轴方向排列，所述的套筒架和吸头脱卸板也沿X轴方向设置。

在其中一个实施例中，还包括第三电机，所述的第二试管的底部设有通孔，在通孔中穿设有顶针，所述的顶针的一端用于顶住吸球，另一端与第三电机的输出轴连接。通过顶针将吸球顶出，便于套筒吸住吸球。

本发明还提供了一种用于实时荧光PCR的防污染方法，使用以上所述的防污染装置，包括以下步骤：

S1.油封：启动运动模块，使第一活动支架移动至第二活动支架的下方，且使装有吸头的第四试管刚好位于套筒的正下方；启动第一电机和第二电机，使第二支架以及套筒同时向下移动，直至套筒与吸头连接，吸头被套设在套筒上；然后，启动第一电机和第二电机，使第二支架上移，启动运动模块，使装有油的第三试管移动至吸头的正下方；再次启动第一电机和第二电机，吸头下移至第三试管中，启动柱塞泵，使吸头吸取少量油；最后，启动第一电机和第二电机，吸头上移，启动运动模块，将装有样品的第一试管移动至吸头的正下方；再次启动第一电机和第二电机，吸头下移，柱塞泵泄压，吸头中的油滴落至第一试管中，完成第一层密封；

S2.球封：首先，启动运动模块，将第四试管移动至吸头的正下方，启动第二电机，吸头脱卸板向下移动，吸头脱卸板上的第一环形凸台与吸头上的第二环形凸台相抵，吸头被顶出，掉落至第四试管中；启动运动模块，使装有密封球的第二试管移动至套筒的正下方；然后，启动第一电机和第二电机，第二活动支架下移，使套筒的吸嘴与密封球接触，启动柱塞泵，套筒将密封球吸住；启动第一电机和第二电机，使第二活动支架整体上移；启动运动模块，使第一试管移动至套筒的正下方；最后，启动第一电机和第二电机，使套筒下移，柱塞泵泄压，密封球掉落至第一试管中，完成第二层密封；

S3.盖封：将封盖盖在第一试管上，启动第二电机，吸头脱卸板下移，使吸头脱卸板压住封盖，以保证脱卸板与第一试管紧密接触；完成第三层密封。

与现有技术相比，有益效果是：本发明提供的一种用于实时荧光PCR的防污染装置，可实现油封、球封、盖封，三重密封，有效防止了PCR试管被污染，而且三重密封全自动操作，效率高；通过设置多个套筒、吸头以及与其对应的试管，实现依次操作多个样品，效率高；通过封盖和吸头脱卸板的配合，在防止污染的同时，也提高了安全性能。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图。

图2是本发明套筒与第二活动支架结构示意图。

图3是本发明第一活动支架结构示意图。

图4是本发明第一试管结构示意图。

图5是本发明吸头与套筒连接示意图。

附图说明：1、固定支架；2、第一活动支架；21、放置槽；3、柱塞泵；4、第二活动支架；41、套筒架；42、吸头脱卸板；5、电机；51、第一电机；52、第二电机；6、运动模块；7、套筒；8、吸头；81、第二环形凸台；9、第一试管；91、球封卡位。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。

如图1至图3所示，一种用于实时荧光PCR的防污染装置，包括固定支架1、用于存放试管的第一活动支架2、柱塞泵3、用于固定套筒7和吸头8的第二活动支架4、用于驱动第二活动支架4移动的电机5、用于驱动第一活动支架2在水平面移动的运动模块6、套筒7、吸头8、用于存放样品的第一试管9、用于存放球封所用吸球的第二试管、用于存放液封所用液体的第三试管以及用于存放吸头8的第四试管，第二活动支架4安装于固定支架1上，且与第二滑动支架沿Z轴方向滑动连接，套筒7竖向设置且可拆卸安装于第二活动支架4上，套筒7的一端通过管道与柱塞泵3连接，另一端与吸头8可拆卸连接；第一活动支架2通过运动模块6安装于固定支架1上，且位于第二活动支架4的下方；第一试管9、第二试管、第三试管以及第四试管均竖向设置且可拆卸安装于第一活动支架2上。在本发明中，第一活动支架2通过运动模块6的驱动，实现在水平面上左右或上下移动，以将放置在第一活动支架2上的第一试管9、第二试管、第三试管、第四试管移动至套筒7的正下方，实现吸头8吸液、套筒7吸球等动作，从而将液体及吸球移至第一试管9中；第二活动支架4位于第一活动支架2的正上方，第二活动支架4通过电机5的驱动，能够沿着Z轴方向上下移动，以实现下降时从试管中吸液、或滴液至试管中；本发明提供的防污染装置，在使用时，吸头8放置在第四试管中，移动第一活动支架2使第四试管位于套筒7的正下方，电机5驱动第二活动支架4下降，使套筒7的底部一端下压吸头8以穿进吸头8的孔中，从而实现吸头8套设在套筒7上；之后，反复移动第一活动支架2和第二活动支架4，实现将存放在第三试管中的油移动至第一试管9中，实现样品的第一重密封；然后，再将吸头8脱卸至第四试管中，通过套筒7将存放在第二试管中的吸球移动至第一试管9中，实现样品的第二重密封，另外，根据需要还可以在第一试管9外盖上封盖，实现第三重密封；多重密封，有效防止了样品的污染，且全自动的操作，工作效率高。

在一些实施例中，如图2所示，第二活动支架4包括横向设置且与固定支架1沿Z轴方向滑动连接的长条形套筒架41、横向设置且与固定支架1沿Z轴方向滑动连接且位于套筒架41正下方的长条形吸头脱卸板42，沿套筒架41的长度方向间隔设有多个第一安装通孔，沿吸头脱卸板42的长度方向间隔设有多个与第一安装通孔位置一一对应的第二安装通孔；套筒7的一端固定于第一安装通孔中，另一端穿设于第二安装通孔中，且与吸头8连接。套筒架41用于固定套筒7，吸头脱卸板42用于在脱卸吸头8时，通过吸头脱卸板42将吸头8顶脱；另外吸头脱卸板42还可以用来压住封盖，使封盖与第一试管9仅仅贴合。

在一些实施例中，在固定支架1上设置滑槽，套筒架41和吸头脱卸板42上设置滑块，通过滑块与滑槽滑动连接，同时还能够实现限位作用，避免电机5在驱动套筒架41和吸头脱卸板42上下移动时发生抖动；提高移动时的稳定性。

在其中一个实施例中，如图5所示，第二安装通孔中设有第一环形凸台，吸头8与套筒7连接的一端设有用于与第一环形凸台相抵的第二环形凸台81。当需要脱卸吸头8时，第二电机52驱动吸头脱卸板42下移，第一环形凸台与吸头8上的第二环形凸台81相抵，从而将吸头8顶脱，实现吸头8的自动脱卸。

在另一个实施例中，多个第二安装通孔中的第一环形凸台所设置的深度值至少设有两组。将多个通孔中的第一环形凸台设置的深度分为至少两种深度值，这样可以分批次脱卸吸头8，更加省力、安全。

在其中一个实施例中，套筒架41上设有16个第一安装通孔，吸头脱卸板42上设有16个第二安装通孔，在套筒架41上安装有16个套筒7，每个套筒7对应设有一个吸头8；同样的第一活动支架2上每排均设有16个放置槽21，至少设有四排放置槽21，分别对应第一试管9、第二试管、第三试管和第四试管；这样，在操作的时候，一次性可以操作16组样品，效率高；另外，第一环形凸台设置的深度值设有3组，每组至少有5个第二安装通孔中第一环形凸台设置的深度值一样，这样在进行脱卸吸头8的时候，可以分为三组脱卸，每次脱卸5个吸头8，相比于一次性将16个吸头一起脱卸更加的省力、安全。

在其中一个实施例中，如图1和图2所示，电机5包括第一电机51和第二电机52；第一电机51的输出轴与套筒架41连接，用于驱动套筒架41沿Z轴方向上下移动；第二电机52的输出轴与吸头脱卸板42连接，用于驱动吸头脱卸板42沿Z轴方向上下移动。

在一些实施例中，还包括用于盖住第一试管9管口的封盖，封盖与第一试管9可拆卸连接。当完成液封和球封后，盖上封盖，实现第三重密封，通过吸头脱卸板42将封盖压紧，可防止在加热过程中爆盖，有效防止污染的同时也提高了安全性能。

在其中一个实施例中，在第一试管9的管口处设有密封圈；在第一试管9内靠近管口一端设有用于卡住吸球的球封卡位91。密封圈用于实现封盖与试管管口的密封连接；球封卡位91用于卡住吸球。

如图4所示，第一试管9可以设置多个第一试管9连成一排，如6联管的形式，这样便于移动、操作。

在一些实施例中，如图1和图3所示，第一活动支架2上间隔设有多个放置槽21，多个放置槽21呈多排且相互平行分布，每一排中多个放置槽21的间隔距离与多个第一安装通孔的间隔距离一一对应；第一试管9、第二试管、第三试管以及第四试管分别放置在放置槽21中。放置槽21呈多排设置，同一功能的试管放置在同一排，便于同时操作，提高效率；每一排放置槽21之间的间隔距离与套筒7之间的间隔距离一一对应，这样多个套筒7或吸头8可实现同时操作，提高了工作效率。

在其中一个实施例中，如图3所示，运动模块6包括X轴移动系统、Y轴移动系统，第一活动支架2分别与X轴移动系统和Y轴移动系统连接；第一活动支架2的每排放置槽21均沿X轴方向排列，套筒架41和吸头脱卸板42也沿X轴方向设置。

在另一个实施例中，还包括第三电机，第二试管的底部设有通孔，在通孔中穿设有顶针，顶针的一端用于顶住吸球，另一端与第三电机的输出轴连接。通过顶针将吸球顶出，便于套筒7吸住吸球。

在另一个实施例中，还提供了一种用于实时荧光PCR的防污染方法，使用以上所述的防污染装置，包括以下步骤：

S1.油封：启动运动模块6，使第一活动支架2移动至第二活动支架4的下方，且使装有吸头8的第四试管刚好位于套筒7的正下方；启动第一电机51和第二电机52，使第二支架以及套筒7同时向下移动，直至套筒7与吸头8连接，吸头8被套设在套筒7上；然后，启动第一电机51和第二电机52，使第二支架上移，启动运动模块6，使装有油的第三试管移动至吸头8的正下方；再次启动第一电机51和第二电机52，吸头8下移至第三试管中，启动柱塞泵3，使吸头8吸取少量油；最后，启动第一电机51和第二电机52，吸头8上移，启动运动模块6，将装有样品的第一试管9移动至吸头8的正下方；再次启动第一电机51和第二电机52，吸头8下移，柱塞泵3泄压，吸头8中的油滴落至第一试管9中，完成第一层密封；

S2.球封：首先，启动运动模块6，将第四试管移动至吸头8的正下方，启动第二电机52，吸头脱卸板42向下移动，吸头脱卸板42上的第一环形凸台与吸头8上的第二环形凸台81相抵，吸头8被顶出，掉落至第四试管中；启动运动模块6，使装有密封球的第二试管移动至套筒7的正下方；然后，启动第一电机51和第二电机52，第二活动支架4下移，使套筒7的吸嘴与密封球接触，启动柱塞泵3，套筒7将密封球吸住；启动第一电机51和第二电机52，使第二活动支架4整体上移；启动运动模块6，使第一试管9移动至套筒7的正下方；最后，启动第一电机51和第二电机52，使套筒7下移，柱塞泵3泄压，密封球掉落至第一试管9中，完成第二层密封；

S3.盖封：将封盖盖在第一试管9上，启动第二电机52，吸头脱卸板42下移，使吸头脱卸板42压住封盖，以保证吸头脱卸板与第一试管9紧密接触；完成第三层密封。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。