设计提出了一种通过物理震荡的方式结合某种试剂实现样品裂解的核酸提取装置。
关键词：细菌核酸提取；样品制备；核酸提取仪
1.前言
基因测序、分子诊断、生物医药等生命科学需要大量的样品制备，随着生物技术的发展，目前临床诊断及生物实验处理的样品数量往往很大。传统的核酸制备方式是将待测样品加入含有化学试剂或裂解酶的试剂中，通过化学反应达到核酸样本的制备。这种方法有毒害物质，存在样品制备耗时大，效率低，处理的样品少，有交叉污染等诸多缺点，逐渐难以满足高速、大批量的核酸提取要求。现有的核酸提取仪单次处理的样品数量较少，系统结构复杂，价格昂贵，提取耗时长，常常需要吸附、洗涤、洗脱等繁琐操作步骤。
针对上述问题，本设计提供了一种许多样品可以同时做振荡操作，且用时少，效率高，一致性好的核酸提取装置。
2.设计方案
2.1设计方案描述
本设计采用以下方案：
它包括振荡器组件，连接所述振荡器组件的样品架组件，所述振荡器组件的控制系统，以及安装所述振荡器组件和控制系统的机座；所述振荡器组件包括电机，连接在所述电机输出轴上的偏心套，连接在所述偏心套的偏心轴上的轴承，以及连接在所述轴承外圈的轴承套，所述轴承套顶部具有一与其一体的螺纹套，所述电机的固定板上设置一止转套，所述止转套与轴承套之间连接有若干拉伸弹簧；所述样品架组件包含试管架，插设在所述试管架上的若干样品管，设置在所述样品管顶部的一顶紧板，所述顶紧板的顶部连接一锁紧盖，所述锁紧盖顶部连接一锁紧手柄，所述锁紧手柄的底部螺杆穿过所述锁紧盖、顶紧板、试管架，固定在所述振荡器组件的螺纹套内，所述顶紧板与所述试管架之间弹性连接。
所述振荡器组件中的偏心套上，与所述电机输出轴连接的偏心孔和一体设置的偏心轴的轴线，均位于所述偏心套中心线的一侧，且二者之间间隔一距离。
所述顶紧板与所述试管架之间的弹性连接，包括固定连接并凸伸出所述顶紧板底部的两对称的端部具有凸缘的连接销，对应设置在所述试管架上的两渐缩的弧形孔，套设在所述锁紧手柄螺杆上的弹簧和弹簧调节片，所述两连接销穿过所述两弧形孔的大头端，经所述锁紧手柄转动后，定位在所述两弧形孔的销头端。
2.2附图说明
2.3具体实施方式说明
结合附图对本设计进行详细说明。
如图1示，本设计包括振荡器组件10，样品架组件20，控制系统50，安装振荡器组件10和控制系统50的机座60。
如图2、图3示，本设计的振荡器组件10包括电机11，偏心套12、轴承套14，止转套15和拉伸弹簧16。偏心套12上具有一与电机11连接的偏心孔，并通过螺钉固定在电机11的输出轴上。偏心套12的顶部具有一与其一体的偏心轴17，偏心轴17与偏心孔均靠近偏心套12中心线的一侧，且二者之间保持一偏心距离，这样当偏心套12在电机11的带动下做偏心转动时，偏心套12中心线的另一端可以起到配重的作用。偏心轴17固定连接轴承13的内圈，轴承13的外圈固定连接轴承套14，轴承套14的上部设置有一与其一体的螺纹套18，螺纹套18具有内螺纹，用于连接样品架组件20。止转套15连接在电机固定板19上，四根拉伸弹簧16的一端分别固定连接止转套15，四根拉伸弹簧16的另一端分别固定连接轴承套14上部的边缘，从而使轴承套14受到一柔性的拉伸力，使其只能随偏心轴17沿电机输出轴做一“O”型轨迹转动，而自身不饶偏心轴17转动，即只做公转，不自转。这样样品管内的样品始终受到迁移加速度作用，可充分裂解。
如图4、图5所示，本设计的样品架组件 20包括试管架21，样品管22，锁紧盖23，顶紧板24和锁紧手柄25。试管架21上插设有若干样品管22，试管架21中部设置有一中心孔26和两弧形孔27。
如图6、图7所示，锁紧盖23中心设置有中心孔28，中心孔28周围设置有两圈通孔29，在外圈通孔29中包括对称设置的两台阶孔30。与锁紧盖23对应，在顶紧板24上设置有中心孔31和通孔32、33和螺孔34。
如图8、所示，锁紧手柄25下部的伸出杆上具有一段螺杆35，将螺杆35穿过锁紧盖23和定紧板24的中心孔28、31，用螺钉穿过内圈的通孔29、33将顶紧板23和锁紧盖24固定在锁紧手柄25上的螺孔36中。在锁紧盖23上的一对台阶孔30中，用两螺钉37连接两个穿过顶紧板24上通孔32且底部具有凸缘38的连接销39，再用螺钉40穿过锁紧盖23上的通孔29固定在顶紧板24上的螺孔34中；在锁紧手柄25的螺杆35上套设一弹簧41，并用螺纹连接一弹簧调节片42，然后固定一个螺母43，再将螺杆35穿过样品架21的中心孔26，将顶紧板26底部的两连接销39上的凸缘38，插入试管架21的两弧形孔27的大头端，旋转锁紧手柄25，便可以将连接销39旋转到弧形孔27的小头端定位，使样品架21和顶紧板24通过弹簧41弹性顶紧，以使样品管22不可随意轴向窜动；最后将锁紧手柄25的螺杆35端部拧紧在振荡器组件10顶部的螺纹套18中，使振荡器组件10和样品架组件20固定连接在一起。
本设计装置运转时，电机11的输出轴带动偏心套12转动，偏心套12上的偏心轴17带动轴承套14和其上的样品组件20绕电机11的输出轴做一“O”型轨迹的转动。当操作完成后，转动锁紧手柄25，便可以使两连接销39转动至弧形孔27的大头端，打开锁紧板24，从样品架21上取出裂解完成的样品管22，再换上新的样品管22后，盖上顶紧板24，进行下一个周期的操作。
2.4本设计方案实现的创新性及优点
本设计由于采用以上技术方案，其具有以下优点：①由于本设计同时可装载数十个样品管，解决了传统核酸提取方法的费时、效率底下的问题。②使用本设计装置一批样品数量多，特殊的震荡机构使多样品管震荡幅度相同，实现了多份样品的均一制备，并且减少了样品制备过程中的交叉污染。③本设计灵敏度高，提取细菌核酸，取1ul（微升）做PCR（聚合酶链反应，Polymerase Chain Reaction）， 敏感性为103个菌/100μl。④本设计通用性好，不同生物、不同菌株、不同检测基因、不同样品（液体培养或固体培养）、不同试验批次操作步骤相同，实验重复性高，管间提取效率相同。⑤本设计提取核酸的稳定性好，提取的DNA于4℃保存40天和60天后，其检测灵敏度没有显著变化。⑥本设计结构简单，操作方便，安全性好，易于维护，无需酶和有害化学试剂。本设计可用于提取细菌类（G+菌，G-菌，分支杆菌）真菌（酵母、白色念珠菌），病毒等微生物核酸包括RNA的提取。
2.5质控实验
物理质控
（1）核酸提取管。保持液体澄清且pH8.0；体积不得低于70μl；管内观察必须同时存在大小玻璃珠。
（2）核酸提取液。保持液体澄清且pH8.0；体积不得低于1ml。
生物质控（提取效率质控）
从每批产品中，随机抽取6个试剂盒，每个试剂盒里面随机抽取2个提取管，用于提取下面的系列稀释菌液，一共得到12管提取液。进行PCR电泳。要求灵敏度必须达到敏感性为103个菌/100μl为合格。
实验方法具体如下：
培养标准株肠球菌WHO20菌株，10倍系列稀释菌液，取100μl提取核酸，对庆大霉素耐药基因aac做扩增实验，使用普通PCR体系及扩增程序即可。并进行电泳试验（细菌原液109个/ml） ：仪器灵敏性和稳定性试验显示了我们能够稳定达到的高提取效率水平。提取的DNA于4℃保存40天和60天后，其检测灵敏度没有显著变化。
3.结束语
高通量的核酸提取设备可以快速、大量的完成核酸提取，把实验人员从繁重的传统手工操作中解脱出来，同时具备样品均一性好，提取效率高，安全可靠等优点。
实践证明此设计可高效快速提取样品核酸，适用范围广：可提取细菌，多数真菌，病毒等样本；操作极为简便，仅需两步操作，不超过10分钟即可完成提取。经实验证明，此方法核酸提取效率可稳定在高水平，重复性好，不同批次的实验重复性高，管间提取效率均相同；通用性好，不同生物、不同菌株、不同检测基因、不同样品（液体培养或固体培养）、不同实验批次操作步骤相同。
参考文献：
[1]译者：（美国）M.谢纳著，张亮.《生物芯片分析》，科学出版社，2005-10
[2]闻邦椿.《机械设计手册》.机械工业出版社，2010-01
作者简介：
戴春喜（1980.2—）男，硕士，高级工程师，北京人，山东瑞安泰医疗技术有限公司，从事机械设计工作。
