一种高通量核酸检测系统

技术领域

本发明属于医疗检测技术领域，具体是一种高通量核酸检测系统。

背景技术

对于细菌、病毒等核酸的大量筛查，现阶段主要还是通过实验室纯手工或人工+半机械式的操作来完成，不能实现一步进样检测，且必须在PCR实验室中进行，不能进行现场筛查。虽然，目前有如移动方舱类的移动式PCR实验室，虽然能将实验室放于现场，但占地面积也大，不灵活，造价成本高，也需纯手工或人工+半机械式的操作来完成，也不能实现一步进样检测。现有全自动核酸检测仪器，内部机械构造繁琐，导致仪器体积虽小但通量低，不能进行大量样本现场筛查，加大通量，仪器体积相应变大。

对于细菌、病毒等通过血液、鼻咽拭子、人体组织等样本的检测，主要是通过提取核酸检测的方式来实现。现阶段的主要检测方法中，检测通量与仪器体积大小相关，一般而言，通量大，仪器体积大，通量小，仪器体积小。对于芯片式的检测仪器，可以实现单样本多位点检测，如果要检测大量样本，其仪器体积也会随之增大，目前未见大通量芯片式检测仪器。

现也有全自动核酸检测仪器的发明，但内部机械构造繁琐，导致仪器体积虽小但通量低，不能进行大量样本现场筛查，加大通量，仪器体积相应变大。

中国实用新型专利CN212432985U一种扫描荧光检测装置，沿光束传播方向依次包括：激发光源模块，用于产生包含至少一种波长的光束，并发出一种波长的激发光束至第一光路整形模块；第一光路整形模块，用于接收所述激发光束并形成第一光斑；所述第一光斑用于照射到晶片上使晶片表面的有机物产生荧光；光收集模块，用于收集来自所述晶片表面的有机物产生的荧光；图像采集模块，用于接收所述光收集模块输出的荧光并进行成像。但该专利只能检测小通量的样本，不能用于大通量和样品多的检测，无法满足多人份同时检测。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种高通量核酸检测系统，该检测系统可实现便携式高通量现场快速全自动检测，实现一步加样、大量样本在小体积仪器中全自动快速检测，体积小、大通量(不少于100例)、预处理简单。

为达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种高通量核酸检测系统，所述核酸检测系统包括放样架、光学组件、检测组件和外壳；

所述放样架包括样品模块支撑架和若干个样品模块，若干个样品模块在放样架上成阵列设置；所述样品模块上设置样品管放置孔和/或若干个样品模块中相邻样品模块之间形成袋式样品管放置孔；样品模块上设置加热元件，用于对样品管放置孔和/或袋式样品管放置孔的加热；

所述光学组件包括光源、光源光传输器和光源滤光片；光源、光源光传输器和光源滤光片依次设置在光学组件支撑架上；

所述检测组件包括检测器、检测器光传输器和检测器滤光片，检测器、检测器光传输器和检测器滤光片依次设置在检测组件支撑架上；

所述放样架固定在外壳上，光学组件和检测组件设置在放样架的下方。

进一步地，所述放样架还包括致动装置和夹具，所述致动装置设置在样品模块的上方，所述夹具设置在样品模块的上方且邻近致动装置。

优选地，若干个样品模块在放样架上成阵列设置。

优选地，所述样品模块为正方体形或长方体形或圆柱形。

进一步地，所述样品模块上设置指示灯板。

进一步地，所述光学组件设置在光学组件导向轨上并可沿光学组件导向轨运动。

进一步地，所述检测组件设置在检测组件导向轨上并可沿检测组件导向轨运动。

优选地，所述加热元件为电加热丝、加热膜、陶瓷加热片或半导体加热片。

进一步地，所述核酸检测系统还包括放样架盖，所述放样架盖固定在外壳上，在放样时可以打开，并设置在放样架的上方。

本发明中，样品管或袋式样品管的内部分成两个独立的腔体，两个腔体中间隔离，所述隔离通过加热、磁力或挤压去除，将两个腔室联通。

进一步优选地，所述光学组件的数量是多个，呈环形将检测组件围在中心或者在检测组件周围空间按一定规律分布。

本发明的所述光源光传输器和检测器光传输器采用透镜或光纤，将光源的光通过光传输器传递至反应管，同时利用光传输器将反应管内试剂的荧光传输到检测器(例如相机)或者其他光线的接收器件。可以是每个反应管下部分别对应一条或一对光传输器，也可以是一条光传输器，由驱动机构将光传输器端部依次移动至各反应管底部采集荧光；还可以是一横排光传输器，由驱动机构将这排光传输器朝纵列方向移动，直到覆盖所有反应管。

本发明主要用于细菌、病毒等的大通量筛查，通过简单的操作，即可实现病毒、细菌等样本一体式、大通量快速筛查。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.实现短时间小体积的高通量检测；实现便携式操作，仪器方便携带，占地面积小可应对新冠疫情等不同时间及地方突发公共卫生事件；一步加样，操作方便，培训方便，可实现大量样本及时检测，节省人员、时间。

2.一次性大通量检测，仪器体积小方便部署和移动，不需要借助移动装置或者借助简单的移动装置，一次检测完成，输出判读结果；

3.造型简单，造价低；所需的仪器配件简单，使仪器造价降低，使仪器整体体积得以缩小。

附图说明

图1为本发明放样架中样品模块的排列图；

图2为光学组件的结构示意图；

图3为检测组件的结构示意图；

图4为本发明核酸检测系统的一种剖面图；

图5为本发明核酸检测系统的结构示意图；

图6本发明核酸检测系统的剖面图的另一种剖面图；

图7为本发明光学组件和检测组件的布局图；

附图标记：

1、样品模块支撑架；2、样品管放置孔；3、加热元件；4、光源；5、光源光传输器；6、光源滤光片；7、光学组件支撑架；8、检测器；9、检测器光传输器；10、检测器滤光片；11、检测组件支撑架；12、致动装置；13、夹具；14、袋式样品管放置孔；15、指示灯板；16、放样架盖；17、外壳。

具体实施方式

下面以附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图4和图5所示，一种高通量核酸检测系统，所述核酸检测系统包括放样架、光学组件、检测组件和外壳；

如图1所示，所述放样架包括样品模块支撑架1和若干个样品模块，若干个样品模块在样品模块支撑架1上成阵列设置，所述样品模块上设置样品管放置孔2，样品管放置孔2周围设置加热元件3；

如图2所示，所述光学组件包括光源4、光源光传输器5和光源滤光片6；光源4、光源光传输器5和光源滤光片6依次设置在光学组件支撑架7上；

如图3所示，所述检测组件包括检测器8、检测器光传输器9和检测器滤光片10，检测器8、检测器光传输器9和检测器滤光片10依次设置在检测组件支撑架11上；

所述放样架固定在外壳上，光学组件和检测组件设置在放样架的下方。

所述样品模块为正方体形。

所述样品模块上设置指示灯板15。所述指示灯板用于指示样品模块中的样品检测结果是否为阳性，当为阳性时，指示灯亮起。

所述加热元件3为电加热丝。

本发明采用封闭式核酸反应管、检测组件、光学组件及大批量反应管放样架在外壳内巧妙的排布来实现。封闭式核酸反应管可通过检测仪内部的加热操作来实现完全密闭的反应管内部的液体流动，并于完全封闭的管内完成生化反应。反应管内部放置快速提取试剂及快速PCR试剂。

本发明大批量(不少于100例)的反应管采用阵列的方式排布，可实现最终仪器大小在300mm*300mm*480mm以内；检测组件位于反应管放样架的下方，可以采用相机整体或局部拍照的方式进行检测；光学组件采用弧光灯、LED灯或钨灯等作为光源。

封闭式核酸反应管内部分成两个独立的腔体，用于存放不同种类的试剂，两个腔室中间通过物理措施进行隔离，可以通过热学方法、磁力学或其他机械方式将两个腔室联通，完成试剂混合。

本发明的光学组件含光源、光传输器系统和波长选择机构，出射激发光，试剂管内检测物质受激发出荧光，检测组件捕获荧光，进行结果判读处理。

本发明的对加热元件进行温度控制，通过温度循环方式实现试剂管内的核酸扩增反应过程。

与传统的检测相比较，本发明可以实现多通量、大靶面的一次检测，激发、发射、检测组件之间没有运动机构，稳定的结构关系极大地降低了系统复杂性，提高了系统检测效率，没有运动机构减轻了仪器的重量，减小了仪器的体积，适合快速部署。

咽拭子等样品加入反应管后，通过拧紧反应管等操作完全密封反应管。将反应管放于本发明中，通过加热或其他简单的操作实现液体在封闭管内流动，完成核酸快提、快速PCR反应等操作。

实施例2

如图5和图6所示，一种高通量核酸检测系统，所述核酸检测系统包括放样架、光学组件、检测组件和外壳；

如图1所示，所述放样架包括样品模块支撑架1和若干个样品模块，若干个样品模块在样品模块支撑架1上成阵列设置，所述样品模块内设加热元件3；所述放样架还包括致动装置12和夹具13，所述致动装置12设置在样品模块的上方，所述夹具13设置在样品模块的上方且邻近致动装置12，若干个样品模块中相邻样品模块之间形成袋式样品管放置孔14，加热元件可对袋式样品管放置孔内的样品袋进行加热。

如图2所示，所述光学组件包括光源4、光源光传输器5和光源滤光片6；光源4、光源光传输器5和光源滤光片6依次设置在光学组件支撑架7上；

如图3所示，所述检测组件包括检测器8、检测器光传输器9和检测器滤光片10，检测器8、检测器光传输器9和检测器滤光片10依次设置在检测组件支撑架11上；

所述放样架固定在外壳上，光学组件和检测组件设置在放样架的下方。

所述样品模块为正方体形。所述样品模块上设置指示灯板15。所述指示灯板用于指示样品模块中的样品是否为阳性，当为阳性时，指示灯亮起。

所述加热元件3为陶瓷加热片。

本发明采用的软袋式反应管，该反应软管有两个节段组成，节段间有一不大于0.5mm的小通孔，孔的一端封闭(也可采用热融材料封闭，当加热时，热融材料融化，使通孔连通上下节段)，上节段处的管孔上方应放有滤芯、滤膜等物质，盖子下方节段可存有核酸提取液等试剂，第二个节段可存有PCR反应液等试剂，管底部厚度应不少于1mm，管底部透明，便于检测。

将软袋式反应管放入袋式样品管放置孔内，此时，反应管的上节段和下节段呈90°夹角，上节段平放在样品模块的上表面上，上节段处上方有致动装置，下节段呈竖直状态中放置在袋式样品管放置孔内，处于两个模块的加热元件之间，上节段和下节段之间连接处的上方设置夹具。

致动装置用于挤压上节段液体，使其流入下节段中；夹具用于阻隔第一节段与第二节段液体。也可控制加热元件对反应管的融封部位进行加热，从而连通上下节段。夹具用于阻隔两节段液体。

具体操作步骤如下：咽拭子等样品加入上节段后，关闭管盖，放于仪器中；通过致动装置实现上节段液体流入下节段中，通过夹具阻隔两节段液体，再对下节段流体进行加热，试剂开始反应，最后通过检测装置，于下方检测信号。或，通过加热与降温实现上节段液体流入下节段中，通过夹具阻隔两节段液体，再对下节段流体进行加热，试剂开始反应，最后通过检测装置，于下方检测信号。

本发明大批量(不少于100例)的反应管采用阵列的方式排布，可实现最终仪器大小在300mm*300mm*480mm以内。

实施例3

一种高通量核酸检测系统，所述核酸检测系统包括放样架、光学组件、检测组件和外壳；

所述放样架包括样品模块支撑架1和若干个样品模块，若干个样品模块在样品模块支撑架1上成阵列设置，所述样品模块上设置样品管放置孔2，样品管放置孔2周围设置加热元件3；所述放样架还包括致动装置12和夹具13，所述致动装置12设置在样品模块的上方，所述夹具13设置在样品模块的上方且邻近致动装置12，若干个样品模块中相邻样品模块之间形成袋式样品管放置孔14，加热元件可对袋式样品管放置孔内的样品袋进行加热。

所述光学组件包括光源4、光源光传输器5和光源滤光片6；光源4、光源光传输器5和光源滤光片6依次设置在光学组件支撑架7上；

所述检测组件包括检测器8、检测器光传输器9和检测器滤光片10，检测器8、检测器光传输器9和检测器滤光片10依次设置在检测组件支撑架11上；

所述放样架固定在外壳上，光学组件和检测组件设置在放样架的下方。

所述样品模块为正方体形。

所述样品模块上设置指示灯板15。所述指示灯板用于指示样品模块中的样品是否为阳性，当为阳性时，指示灯亮起。

所述加热元件3为半导体加热片。

本实施例是一种多功能核酸检测系统，即可以使用通用的反应管，还可以使用软袋式反应管。

当采用通用的封闭式反应管时，其实施过程与实施例1相同，当采用软袋式反应管时，其实施过程与实施例2相同。

实施例4

与实施例1相比，本实施例的高通量核酸检测系统还包括放样架盖，所述放样架盖固定在外壳上，并设置在放样架的上方，用于将反应管放入放样架后，将放样架盖盖在放样架上。

同理，在实施例2-3中，也可包括放样架盖。

实施例5

与实施例1相比，本实施例的高通量核酸检测系统还包括光学组件导向轨和检测组件导向轨。光学组件导向轨和检测组件导向轨的两端固定在外壳上。所述光学组件设置在光学组件导向轨上并可沿光学组件导向轨运动；所述检测组件设置在检测组件导向轨上并可沿检测组件导向轨运动。

同理，实施例1-4中也可进一步的包括光学组件导向轨和检测组件导向轨。

实施例6

与实施例1相比，本实施例中的光学组件的数量是多个，呈环形将检测组件围在中心，光学组件可以和检测组件共用一个滤光片，如图7所示；还可分别使用滤光片，即光学组件仍然包括光源、光源光传输器和光源滤光片，检测组件仍然包括检测器、检测器光传输器和检测器滤光片，当光学组件呈环形将检测组件围在中心。

同理，实施例1-5中也可进一步的采用上述光学组件和检测组件的布置方式。

本发明未详细说明的内容均可采用本领域的常规技术知识。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。