基于核酸提取的全自动液体处理工作站设计

发布时间：2020-05-21 00:14

【摘要】：随着快速疾病检测、基因测序、核酸提取、生物制药等领域的发展,人们需要在短时间内处理大量的生物样本,传统的人工处理手段已很难满足市场的要求,而全自动液体处理工作站不仅可代替重复繁重的操作,极大程度的减轻操作人员的劳动量,而且可以减小因人为误差对实验的影响。本文通过对微量液体处理技术的研究和现代液体处理工作的需求,设计了一种针对核酸提取的全自动液体处理工作站,该工作站主要由工作台、微量移液机械臂、夹取机械臂和混匀仪四部分组成,通过控制系统完成液体的处理操作。工作站机械臂采用双直角坐标式的三维运动机构,分别搭载微量移液模块和夹取转移模块,其中微量移液模块是利用空气置换移液技术设计的注射式微量泵,为了提高液体处理效率,该泵采用八通道结构设计,且单个通道内最高可移取1250μl的液体;夹取转移机械臂主要由电动手指构成,在三维运动结构的配合下可轻松完成试剂盒从支架到混匀仪之间的转移。通过有限元软件Anasys中Workbench对三维运动结构进行有限元静力学应力分析和模态分析,并对设计中存在的问题进一步优化。工作站除了对样品进行精准移液操作,还需满足一些试验过程中对样本的混匀、震荡、加热和保温等功能需求,因此在工作站中整合了小型混匀仪。此外,为了监控移液过程中可能出现的异常现象使得试验进行准确移液,建立了压力实时监控系统和电容式液面探测系统,通过实时监控活塞内部压力的大小能有效的区分出堵塞、气泡和漏吸等异常状态,提高实验的可靠性。为了检测工作站的移液效果,对设计的微量泵移液精度用衡量法进行检测,试验结果表明微量泵的容量允许误差和测量重复性应均符合JJG 646-2006计量性能要求。
【图文】：

液体,放液,液面,通道

相比之下不仅节省人力成本，还降低了安全隐患，同时提高了实验结果的准确性避免人为误差，有些实验室已经实现了集样本处理、核酸扩增和信号检测一体化的分子诊断平台，实现了全自动的无人值守操作，这对传统的分子生物学临床检测工作将是一个巨大的推动[3-4]。瑞士哈美顿 Hamilton STAR 系列工作站利用空气置换技术进行吸放液，最多可同时安装 16 个独立的移液通道，每个通道都拥有独立的动态定位系统，在吸放液过程中通过实时监控系统监测是否出现异常，并且在吸液时采用压力式液面探测（PLLD）和电容式液面探测（CLLD）两种液面监测装置，可有效防止堵塞、气泡、少吸、漏吸和深入过深等状况，此外抗悬滴技术能主动补偿高挥发液体引起的压力变化，高效避免了气体置换产生的滴漏现象。移液枪头采用 CO-RE 装卸技术，能使一次性吸头精确地装载到移液通道上，内置的 O 型环嵌合可以保证高度的气密性。移液范围 10-1000μl，移液精度 1%，定位精度小于 0.1mm，完成单次采样用时较短，8 通道在 96 微孔板上连续移液仅需 6s。

工作站

第一章绪论，定位精准。国内在液体处理技术方面起步较晚，市场上主要有天隆科技移液工作站、芮宝提取仪、上海永创和北京同信天博。SF3 液体处理工作站采用单臂单通道设计移液范围在 0-1000μl，移液精度 CV 值小于 3.5%，可用于酶免检测、血型检测筛查、PCR 等，工作台面划分为 5 个工作区，tip 载架区、标本载架区、试剂冷、微孔板孵化区和 tips 收集区，并且提供定制化设计。SF6 是一款新的高精度能微量移液器，具有简洁大方外观设计，模块化的设计方法，精密性高，重复简单操作控制和具有多个感应报警功能，可有效减小人工操作带来的误差。总说国内有关液体处理工作站的产品型号仍然相对较少[5]，试剂消耗较大,分析速待提高，自动化程度和移液精度与国外还存在一定差距,市场竞争力较弱。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q-337

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