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CN111778137B - 一种三自由度文库制备卡盒及方法 - Google Patents

一种三自由度文库制备卡盒及方法 Download PDF

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CN111778137B CN202010605311.6A CN202010605311A CN111778137B CN 111778137 B CN111778137 B CN 111778137B CN 202010605311 A CN202010605311 A CN 202010605311A CN 111778137 B CN111778137 B CN 111778137B
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Abstract

本发明涉及一种三自由度文库制备卡盒及方法，通过结合混合试剂托盘的旋转以及移液器与混合试剂托盘之间的相对水平移动，在有限的小体积内为移液器与试剂孔之间相互定位提供了两自由度的移动能力，极大地扩展了能够提供的试剂孔数量，进而实现整个系统功能的增加和适用性的扩展；同时设备结构简单、成本低，适用于一次性使用。

Description

一种三自由度文库制备卡盒及方法
技术领域
本发明涉及基因测序装置技术领域，尤其涉及一种三自由度文库制备卡盒及方法。
背景技术
20世纪50年代以后，随着分子遗传学的发展，人们逐渐认识到基因的本质是控制生物性状、具有遗传效应的DNA片段。基因一方面能忠实地进行自我复制，以保证生物的基本特征；另一方面基因也能发生变异，导致疾病的发生。基因测序可以快速准确地获取生物遗传信息，揭示基因组的复杂性和多样性，在生命科学研究中扮演十分重要的角色；同样，基因测序对临床医学也具有十分重要的意义和价值，很多疾病的机理研究和临床诊断逐渐依赖于基因测序技术。
文库制备是基因测序工作中必不可少的重要步骤之一。传统的手工操作进行文库制备中，加样、温浴反应、纯化、洗脱等过程都需要人为参与来完成，同时整个过程是在一个相对开放的实验室环境中来完成。这样操作的缺点就是人为操作出现误差的概率很大，结果不可控，同时样本极易对环境造成污染，样本之间交叉污染的风险也会大大增加。因此，自动化、封闭式的文库制备装置和方法是研究的一个主要方向。
申请号201080031828.3，名称为“进行扩增子挽救多重PCR的装置”的发明专利申请公开了一种用于PCR扩增和DNA扩增子检测的盒子结构，通过密封盒子内的可垂直、水平移动吸液管对底座上呈一直线排列的多个室进行移液操作；申请号201580007560.2，名称为“复合液体池(CLC)介导的核酸文库制备装置及其使用方法”的发明专利申请公开了一种文库制备装置，其包含有对应6个板位置之间进行移动的由机器人控制的移液器；申请号201611190715.3，名称为“应用于第二代高通量测序的全自动RNA文库制备装置”的发明申请公开了一种全自动RNA文库制备装置，其包括有直线依次排列的9个试剂仓以及由螺杆控制移动的取样针；申请号201910106150.3，名称为“基因测序文库制备装置”的发明专利公开了一种能够驱动注射单元升降以及圆形卡盒底盘旋转的文库制备外部装置，使用此外部装置可以对封闭设置的卡盒进行对应的操作；申请号201910106163.0，名称为“封闭式测序文库制备卡盒”的发明专利申请公开了一种用于文库制备的封闭式卡盒，尤其对应用于上述申请号201910106150.3发明专利所述的制备装置，提供了可垂直上下移动的注射单元以及可以旋转的圆形底盘，所述注射单元通过所述圆形底盘的旋转可以依次对应圆形底盘上沿周向同心设置的一圈多个容纳槽进行移液操作。上述现有技术均针对文库制备过程提出了封闭性的、自动化的解决方案，但是在实际应用于文库制备的过程中，仍然存在问题。
首先，上述现有技术中，文库制备装置整体多采用两自由度活动结构，且两自由度中至少一个自由度需要用于移液器(吸液器、取样针等，均为同一作用部件的不同表述)的垂直移动，即只剩余一个自由度用于移液器与试剂孔(室、试剂仓、容纳槽等均为同一作用部件的不同表述)之间相互定位移动，而无论此自由度来自移液器的水平移动或者是试剂孔部件的单自由度移动，都极大限制了有限体积内能够有效容纳使用的试剂孔数量；其次，采用封闭式文库制备设备的一大优势是减少了文库制备过程对于操作环境的严苛要求，即可以脱离高等级实验室的束缚在任意位置进行文库制备操作，特别是小型化设备可以支持在如车载平台等支持快速部署的环境内进行操作，极大扩展了文库制备适用范畴，而如申请号201580007560.2所公开技术方案虽然支持多达数百个试剂孔，但设备整体体积庞大，实际上只是将原有开放环境的人工操作步骤整合在一个封闭外壳内并由机器人代替人工直接操作，但设备操作过程中涉及替换承托板等需要开启设备外壳的操作，依然需要设置在满足要求的固定实验室环境中；最后，文库制备过程精度要求高，对于污染非常敏感，因此操作中直接接触试剂的设备、装置均必须为一次性使用，这也限制了文库制备装置本身不能采用过于复杂的结构，以减少损耗和浪费。
以上提出的三个问题实质是互相联系的，矛盾在于文库制备过程多样、复杂，需要提供尽可能多的试剂孔数量以适应不同的文库制备需要并提高操作效率；但同时对于小体积以及一次性使用的要求又限制了文库制备装置所能提供的试剂孔数量，不能满足文库制备的功能需要。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提出一种三自由度文库制备卡盒及方法，除去移液器垂直移动所占用的一个自由度之外，还在有限的小体积内为移液器与试剂孔之间相互定位移动提供了两个自由度，极大地扩展了能够提供的试剂孔数量，同时设备结构简单、成本低，适用于一次性使用。
为实现以上目的，本发明所采用的技术方案包括：
一种三自由度文库制备卡盒，其特征在于，包括设置在密封卡盒内的移液器和混合试剂托盘；
所述移液器至少可垂直移动的设置在所述密封卡盒内；
所述混合试剂托盘为圆形托盘且至少可以以其几何中心为轴顺时针或逆时针旋转；所述混合试剂托盘上设置有多个试剂孔，且所述多个试剂孔设置为至少包括两种不同的孔距；
所述移液器与所述混合试剂托盘几何中心之间的俯视投影相对直线距离可通过移液器或混合试剂托盘的水平移动改变，使所述移液器可以依选择垂直对应所述混合试剂托盘上任意一个所述试剂孔并对所述试剂孔进行液体吸取或液体注入操作；
所述孔距包括所述混合试剂托盘几何中心至所述试剂孔几何中心的直线距离，和/或，所述混合试剂托盘几何中心至所述试剂孔对应移液器进行液体吸取或液体注入操作位置的直线距离。
进一步地，所述移液器沿任意一条穿过所述混合试剂托盘几何中心的直线从所述混合试剂托盘几何中心至所述混合试剂托盘边缘水平移动。
进一步地，所述混合试剂托盘上设置有由内向外三种不同孔距的同心圆环形依次排列的多个试剂孔，形成内圈试剂孔组、中圈试剂孔组和外圈试剂孔组三个各自沿不同孔距同心圆依次排列的若干试剂孔组成的组。
进一步地，所述内圈试剂孔组包括至少一个磁珠试剂孔，且所述磁珠试剂孔为可拆卸结构；所述中圈试剂孔组包括多个文库构建试剂孔；所述外圈试剂孔组至少包括多个反应试剂孔、多个文库捕获试剂孔、一个清洗试剂孔和一个废液试剂孔。
进一步地，所述磁珠试剂孔、文库构建试剂孔、反应试剂孔、文库捕获试剂孔、清洗试剂孔和废液试剂孔具有不同的容积和/或形状。
进一步地，所述多个反应试剂孔中至少一个为可拆卸结构。
进一步地，所述磁珠试剂孔、文库构建试剂孔、反应试剂孔、文库捕获试剂孔、清洗试剂孔和废液试剂孔的俯视投影面积之和占所述混合试剂托盘俯视投影面积的90％及以上。
进一步地，所述混合试剂托盘还一体成型有从动齿轮，外部驱动装置通过齿轮啮合连接驱动所述从动齿轮转动带动所述混合试剂托盘旋转。
进一步地，所述从动齿轮不侵占所述混合试剂托盘顶部试剂孔区域。
进一步地，所述混合试剂托盘还设置有限位卡条；所述限位卡条依据控制锁死/开放所述混合试剂托盘旋转。
进一步地，所述移液器分别连接有端部伸出所述密封卡盒外的旋转轴和丝杠；所述丝杠旋转驱动所述移液器水平移动；所述旋转轴旋转带动设置在所述旋转轴上的垂直驱动齿轮旋转驱动所述移液器垂直移动。
进一步地，所述旋转轴与设置在所述旋转轴上的垂直驱动齿轮为间隙配合，所述垂直驱动齿轮可沿所述旋转轴轴向自由移动；所述旋转轴与所述垂直驱动齿轮之间采用至少具有一个切面的周向限位连接传递扭矩。
进一步地，所述旋转轴和所述丝杠伸出所述密封卡盒的端部均同时设置有内花键和外花键；外部驱动装置通过与所述内花键和外花键相对应的外花键和内花键共同作用传递扭矩至所述旋转轴和所述丝杠。
进一步地，所述卡盒还包括混合试剂托盘基座、移液器泵组件与卡盒外壳；
所述混合试剂托盘基座包括底座与上盖；所述混合试剂托盘置于所述混合试剂托盘基座内并由所述底座、上盖提供垂直移动限位和水平平面移动限位；
所述移液器泵组件为所述移液器提供液体吸取或液体注入驱动力；
所述卡盒外壳独立设置有能够加热保温指定试剂孔的热盖和对指定试剂孔能够开启/密封关闭的取样通孔。
本发明还涉及一种三自由度文库制备卡盒的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、卡盒组装，将密封保存有所需试剂的混合试剂托盘通过混合试剂托盘基座安装在卡盒外壳内形成完整卡盒；
S2、文库制备，将安装有混合试剂托盘的完整卡盒连接在外部驱动装置上，通过外部驱动装置操作混合试剂托盘旋转、移液器的水平移动和移液器的垂直移动，完成文库制备过程；
S3、废弃物处理，使用后的卡盒断开与外部驱动装置连接并作为废弃物妥善处理。
进一步地，所述步骤S1包括将拆卸单独保存的装载有磁珠的磁珠试剂孔安装在所述混合试剂托盘上。
进一步地，所述步骤S1包括使用限位卡条将所述混合试剂托盘锁死在制备初始位置。
进一步地，所述步骤S2包括通过外部驱动装置推动所述限位卡条放开所述混合试剂托盘旋转。
进一步地，所述步骤S2包括利用热盖加热保温所述混合试剂托盘上设置的反应试剂孔。
进一步地，所述步骤S3包括通过取样通孔从所述反应试剂孔吸取制备产物。
本发明的有益效果为：
采用本发明所述三自由度文库制备卡盒，巧妙地在有限体积内实现了系统的三自由度移动结构，极大地拓展了同等体积下系统可以提供的试剂孔数量，进而实现整个系统功能的增加和适用性的扩展；在增加了试剂孔数量的同时，尽可能的降低系统中一次性使用部分的结构复杂性，采用简单的传动结构即可实现各自由度下的移动需要，传动效果稳定、安装和拆卸简便，特别适用于一次性使用和操作中的快速更换。本发明还涉及一种三自由度文库制备卡盒的使用方法，通过利用本方法可以高效率的完成多种文库制备操作，避免开放式操作的试剂污染问题。
附图说明
图1为本发明三自由度文库制备卡盒的第一实施例示意图。
图2为本发明三自由度文库制备卡盒的第一实施例爆炸示意图。
图3为本发明移液器的一种实施例示意图。
图4为本发明混合试剂托盘第一实施例俯视示意图。
图5为本发明混合试剂托盘与混合试剂托盘基座组装实施例示意图。
图6为本发明三自由度文库制备卡盒与外部驱动装置组装实施例示意图。
图7为本发明混合试剂托盘第二实施例试剂孔分布示意图。
附图编号说明：1-移液器、11-旋转轴、12-丝杠、2-混合试剂托盘、21-试剂孔、211-磁珠试剂孔、212-文库构建试剂孔、213-反应试剂孔、214-清洗试剂孔、215-废液试剂孔、216-文库捕获试剂孔、22-从动齿轮、23-限位卡条、3-混合试剂托盘基座、31-底座、32-上盖、4-移液器泵组件、5-卡盒外壳、51-热盖、52-取样通孔、6-外部驱动装置。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明的内容，将结合附图和实施例详细说明。
如图1所示为本发明三自由度文库制备卡盒的第一实施例的外观整体示意图，可见卡盒主要的部件大部分置于密封的卡盒外壳5内部，裸露在卡盒外壳5外部的部分主要为用于连接外部驱动装置6的旋转轴11、丝杠12以及从动齿轮22，即如实施例1所示的卡盒具有三个分别独立的驱动位置，进而有能力提供三自由度的驱动。从卡盒外壳5外部还可见用于加热保温试剂孔21中部分指定孔的热盖51以及用于从试剂孔21中部分指定孔吸取液体的取样通孔52；所述的取样通孔52主要用于吸取制备完成的文库试剂，因此在文库制备过程中所述取样通孔52需要维持密封关闭，并只在文库制备前放入样本以及制备之后需要进行取样操作时打开。
如图2所示为第一实施例的爆炸视图，通过图2可以得知第一实施例中卡盒内部的结构。其中，设置有若干试剂孔21的混合试剂托盘2通过设置在混合试剂托盘基座3内可拆卸的安装在卡盒外壳5底部；移液器1上依次连接有旋转轴11和丝杠12，同时通过所连接的移液器泵组件4为液体吸取、注入操作提供驱动力。移液器1的下端部是用于吸取、注入液体的移液头，通过丝杠12旋转可以控制移液器1沿丝杠前后移动，配合所述混合试剂托盘2的旋转既能实现移液器1的移液头垂直对齐任意试剂孔21，再通过旋转轴11旋转驱动移液器1垂直下降即可使移液头穿破试剂孔21上的薄膜伸入所对齐的试剂孔21内并接触到试剂孔21内所保存的试剂以进行吸取操作，对于试剂液体的注入操作也有类似的操作过程。
如图3所示为移液器1的一种实施例结构示意图，主要解释了本发明所述移液器1如何通过旋转轴11以及丝杠12的组合驱动形成水平、垂直两自由度移动能力。其中负责驱动移液器1水平前后移动的丝杠12设置为优先级更高的驱动结构，通过所述丝杠12的正、反旋转能够驱动移液器1整体水平前后移动；负责驱动移液器1实现垂直移动的旋转轴11较丝杠12为相对优先级较低的驱动结构，旋转轴11正、反旋转仅驱动移液器1中移液头部分组件进行垂直上下移动；为保证移液精度，所述移液器1会先下降至待移液孔底，将孔底作为初始位置，然后向上移动一定的距离，进而进行液体的吸取和/或释放；同时旋转轴11的扭矩传递采用含有至少一个切面的周向限位连接，使旋转轴11的扭矩传递不影响移液器1的水平移动，并且可以实现移液器1的水平、垂直方向同时移动。
本发明的另一个重点在于设计了具有不同孔距的试剂孔以提高混合试剂托盘2所能容纳的试剂孔21数量。传统的文库制备卡盒设计中，试剂孔的排布多采用一直线或孔距相同的一圈同心圆排列方法，这样能够减少卡盒中移液组件的结构复杂度，但也极大的限制了所能排列的试剂孔数量，因为卡盒体积被控制的情况下为了保证试剂的有效吸取、注入操作，不能无限制缩小试剂孔的所占面积。如图4所示为本发明卡盒下所能够采用的一种混合试剂托盘2的优选实施例示意图，通过将不同作用的试剂孔21分类排列为三个具有不同孔距的同心圆，实现了在相同体积内数倍于现有技术的试剂孔21数量，并采用了外圈一体成型的从动齿轮22设计。在该实施例中，混合试剂托盘2的中心部分设置了4个磁珠试剂孔211，这4个磁珠试剂孔211既能够全部装载同一种磁珠试剂以提供充足的试剂量，也可以根据需要分别装载不同的磁珠试剂使单一卡盒能够支持同时使用多种磁珠试剂，同时磁珠试剂孔211部分设计为可以从混合试剂托盘2上分离，以便能够单独存放磁珠试剂；由内向外的，混合试剂托盘2的中圈设置了多达16个相互独立的文库构建试剂孔212，能够依据需要分别装载相同或不同的试剂，极大地扩展了本发明所述卡盒能够实现的功能；最外圈部分设置了分别独立设置两两成组的共6个反应试剂孔，用于完成主要的反应过程，且其中一组或多组的反应试剂孔可以根据需要可拆卸的替换为其他功能模块(如QC模块)，以进一步扩展卡盒的使用功能；混合试剂托盘2外圈还设置了13个相互独立的文库捕获试剂孔216，分别装载文库捕获时所使用的各种试剂，极大的扩展了本发明所述卡盒能够实现的功能；外圈的剩余部分设置为不规则的多个试剂孔21，包括实验必须的清洗试剂孔214以及废液试剂孔215，这些清洗试剂孔214以及废液试剂孔215充分利用了混合试剂托盘2上的剩余空间，最终实现混合试剂托盘2超过90％的面积均得到有效利用的效果。
如图5所示为本发明混合试剂托盘与混合试剂托盘基座组装实施例示意图，通过应用混合试剂托盘基座3能够实现混合试剂托盘2的垂直、水平移动限位以及实现了混合试剂托盘2可拆卸的安装在所述卡盒外壳5上。同时为了便于卡盒使用，所述混合试剂托盘2还配套设置有用于旋转限位的限位卡条23，在图5所示实施例中限位卡条23为机械式限位结构，通过插入混合试剂托盘基座3内使其端部限位齿与从动齿轮22相匹配接触，限制混合试剂托盘2旋转。这在卡盒的初始化过程中能够简化操作过程，方便进行初始化定位。
卡盒整体与外部驱动装置6的连接可以如图6所示，旋转轴11与丝杠12均通过伸出卡盒外壳5的内花键和外花键传递扭矩，同时外部驱动装置6设置有对应的外花键和内花键，使该扭矩传递过程应用两套内、外花键的匹配连接，分摊了扭矩，能够有效避免装置磨损带来的精度降低问题；所述混合试剂托盘2通过从动齿轮22与外部驱动装置6上的主动齿轮啮合连接驱动，整体上实现卡盒的三自由度驱动能力。在这种设置方式下，主要的驱动结构均设置在外部驱动装置6，且不需要与试剂直接接触，可以重复多次使用；卡盒部分结构简单、成本低，可以适用于一次性使用避免试剂污染。
为了进一步说明本发明所述三自由度文库制备卡盒，以具有如图7所示试剂孔21分布的混合试剂托盘2第二实施例说明一种典型的文库构建过程。需注意图7中所标注的所有数字编号均为其所具有的不同试剂孔21的独立编号，即如图7所示混合试剂托盘2具有编号从1至47的47个相互独立的试剂孔21。为了避免混淆，以下文库构建过程说明均以w+编号的形式表示特定的试剂孔21，例如w1、w6或w30，以下表1给出了各试剂孔编号以及其所对应的试剂孔名称/种类。
表1
Figure BDA0002560867190000081
Figure BDA0002560867190000091
Figure BDA0002560867190000101
采用如图7所示混合试剂托盘2的文库制备包括以下步骤：
转移DNA至w1；
从w28转移末端补平试剂到w1；
进行混合；
底部模块转动；
使PCR模块覆盖管底；
降落热盖覆盖w1与w2；
进行反应；
反应完成；
底部模块离开w1；
热盖离开w1与w2；
从w30转移连接试剂1到w1；
从w31转移连接试剂2到w1；
充分混合；
上升加热模块；
进行加热反应；
反应完成；
去掉加热模块；
混合磁珠；
从w45或w47转移磁珠至w1；
充分混合；
静止一定时间；
底部转动，使磁力模块覆盖w1下方；
静止一定时间；
去除上清；
从w5、w12、w27中任一个转移洗涤试剂到w1；
静止一定时间；
去除上清；
从w5、w12、w27中任一个转移洗涤试剂到w1；
静止一定时间；
去除上清；
磁力模块离开w1；
从w32转移PCR扩增试剂1到w1；
从w33转移PCR扩增引物1到w1；
充分混合；
PCR模块覆盖到w1；
热盖覆盖到w1与w2上；
进行PCR反应；
去除底部PCR模块；
去除热盖；
从w6转移磁珠混合试剂到w1；
充分混匀；
静止一定时间；
底部转动，使磁力模块覆盖w1下方；
静止一定时间；
去除上清；
从w5、w12、w27中任一个转移洗涤试剂到w1；
静止一定时间；
去除上清；
从w5、w12、w27中任一个转移洗涤试剂到w1；
静止一定时间；
去除上清；
磁力模块离开w1；
转移洗脱液到w1；
充分混匀；
静止一定时间；
底部转动，使磁力模块覆盖w1下方；
静止一定时间；
吸取w1中上清到w2中；
建库完成；
吸取清洗液清洗w1；
转移走所有w1中的液体；
从w37加入封闭液到w2中；
混匀磁珠；
从w45或w47吸取固定体积磁珠到w2中；
充分混匀；
静止一定时间；
底部转动，使磁力模块覆盖w2下方；
静止一定时间；
去除上清；
从w5、w12、w27中任一个转移洗涤试剂到w2；
静止一定时间；
去除上清；
从w5、w12、w27中任一个转移洗涤试剂到w2；
静止一定时间；
去除上清；
磁力模块离开w2；
从w38转移捕获试剂到w2；
充分混匀；
静止一定时间；
底部转动，使磁力模块覆盖w2下方；
静止一定时间；
转移w2中上清到w1；
吸取清洗液清洗w2；
转移走所有w2中的液体；
底部加热模块上升，覆盖在w1与w2下方；
热盖下降，覆盖w1与w2；
进行加热反应；
侧部磁力加热模块覆盖w10与w11；
底部磁力加热模块覆盖w19与w20；
进行捕获磁珠清洗；
混合捕获磁珠；
从w46转移捕获磁珠至w11；
静止一定时间；
去除所有w11中上清；
转移捕获磁珠清洗试剂到w11中；
静止一定时间；
去除所有w11中上清；
转移捕获磁珠清洗试剂到w11中；
静止一定时间；
去除所有w11中上清；
从w40转移捕获试剂2到w11中；
打开热盖；
吸取所有w11中试剂到w2中；
充分混匀；
关闭热盖；
静止一定时间；
打开热盖；
从w21或w22吸取捕获洗涤试剂1进入到w2；
充分混匀w2中试剂；
底部模块置换为边部磁力模块；
w10与w11,w19与w20同步置换，保持温度；
保持一定时间；
吸除w2中上清；
从w19或w20吸取捕获洗涤试剂2到w2中；
底部模块置换为加热模块；
w10与w11,w19与w20同步置换，保持温度；
充分混匀；
保持一定时间；
底部模块置换为边部磁力模块；
w10与w11,w19与w20同步置换，保持温度；
吸除w2中上清；
从w19或w20吸取捕获洗涤试剂2到w2中；
底部模块置换为加热模块；
w10与w11,w19与w20同步置换，保持温度；
充分混匀；
保持一定时间；
底部模块置换为边部磁力模块；
吸除w2中上清；
去除所有底部模块；
从w5吸取磁珠洗涤试剂(常温)到w2中；
充分混匀；
边部磁力模块覆盖w2；
静止一定时间；
吸除上清；
从w23吸取捕获洗涤试剂3到w2中；
去除底部模块；
充分混匀；
边部磁力模块覆盖w2；
静止一定时间；
吸除上清；
从w25吸取捕获洗涤试剂4到w2中；
去除底部模块；
充分混匀；
边部磁力模块覆盖w2；
静止一定时间；
吸除上清；
去除底部模块；
从w42吸取捕获PCR扩增试剂2到w2中；
从w43吸取捕获PCR扩增引物2到w2中；
充分混匀；
底部PCR模块覆盖w1与w2；
热盖下降，覆盖w1与w2；
进行PCR反应；
PCR反应完成，去除热盖；
PCR模块去除；
混合磁珠；
从w45或w47加入一定体积磁珠到w2中；
充分混匀；
静止一定时间；
边部磁力模块覆盖w2；
静止一定时间；
吸除上清；
吸取磁珠洗涤试剂2到w2中；
静止一定时间；
吸除上清；
吸取磁珠洗涤试剂2到w2中；
静止一定时间；
吸除上清；
从w26吸取文库洗脱试剂到w2中；
去除底部模块；
充分混匀；
上升边部磁力模块；
静止一定时间；
吸取上清到w1中；
底部模块去除；
热盖覆盖到w1与w2上防止挥发；
捕获文库构建完成。
使用本发明所述三自由度文库制备卡盒还可以简化现有技术中的扩增操作步骤，同样参考如图7所示的试剂孔21分布，在扩增操作中可以优选使用如表2所示的试剂孔名称/种类：
表2
试剂孔编号 试剂孔名称/种类
w1 反应孔1
w2 反应孔2
w3 PCR1反应液室
w4 引物室
w5 洗涤液1室
w6 洗脱液室
w7 PCR2反应液室
w8 洗涤液2室
w9 废液室
w10 回收室
w44 磁珠室
具体的扩增操作步骤包括：
卡盒位置初始化，确认每个孔位在正确的位置上；
转动卡盒，使其移动到预定的位置；
移动移液装置至指定位置；
底部圆盘转动，使W3在吸液器下方；
移液管刺穿w3上的箔密封；
移液管继续向下进入W3中，并确定底部位置；
移液管升高到预定的高度位置；
圆盘转动，使w1指定位置；
移液管转入液体到w1中；
移液管回到预定高度；
移液管刺穿w4上的箔密封；
移液管继续向下进入w4中，并确定底部位置；
吸取定量的液体；
移液管升高到预定的高度位置；
圆盘转动，使w1到指定位置；
移液管转入液体到w1中；
移液管通过吸收和释放反复操作，混匀w1中液体；
移液管回到预定高度；
热盖下压，覆盖w1位置；
底座PCR单元上升，覆盖w1下方；
底座单元开始整个PCR循环过程；
过程完毕后，热盖离开w1；
底部模块离开w1；
移动移液管到w44；
吸取定量体积的磁珠；
移液管升高到预定的高度位置；
移液管移动到w1上方固定位置；
将固定体积的磁珠加入到w1中；
移液管通过上下的吸收及释放，对w1中液体进行混匀；
移液管离开w1到指定高度位置；
保持静止一定时间；
移动底部带有环状磁力架的模块，覆盖w1下方；
保持静止一定时间；
移液管进入w1中，吸取一定量的液体；
移液管离开w1到指定高度位置；
底部转动使w9置于移液管下方；
转移液体到w9；
移液管移动到固定的高度；
底部圆盘转动，使w5到移液管下方；
移液管吸收一定体积的洗涤液；
移液管移动到固定的高度；
圆盘转动，使w1在移液管下方；
移液管转移液体到w1中；
移液管移动到固定的高度；
静止一定时间；
移液管移动到w1中，吸取一定量的液体；
移液管移动到固定的高度；
底部转动使w9置于移液管下方；
转移液体到w9；
移液管移动到固定的高度；
底部圆盘转动，使w5到移液管下方；
移液管吸收一定体积的洗涤夜；
移液管移动到固定的高度；
圆盘转动，使w1在移液管下方；
移液管转移液体到w1中；
移液管移动到固定的高度；
静止一定时间；
移液管移动到w1中，吸取一定量的液体；
移液管移动到固定的高度；
底部转动使w9置于移液管下方；
转移液体到w9；
移液管移动到固定的高度；
底部圆盘转动，使W7在移液管的下方位置；
移液管吸取一定体积的试剂；
移液管移动到固定的高度；
底部模块离开w1；
底部圆盘转动，使w1位置在移液管下方；
移液管释放液体到w1中；
移液管通过吸收和释放，混匀w1中液体；
移液管移动到固定的高度；
静止一定时间；
底部磁力模块升起，覆盖w1下方；
静止一定时间；
移液管吸收一定体积的液体；
移液管移动到固定的高度；
底部圆盘转动，使w2在移液管下方；
移液管释放液体到w2中；
底部磁力模块脱离w2；
底部模块覆盖w2位置；
热盖降落，覆盖w2；
模块进行反应；
过程完毕后，热盖离开w2；
底部模块离开w2；
移动移液管到w44；
吸取定量体积的磁珠；
移液管弹簧升高移液管尖端离开w44，到预定的高度位置；
移液管移动到w2上方固定位置；
将固定体积的磁珠加入到w2中；
移液管通过上下的吸收及释放，对w2中液体进行混匀；
移液管离开w2到指定高度位置；
保持静止一定时间；
移动底部带有环状磁力架的模块，覆盖w2下方；
保持静止一定时间；
移液管进入w2中，吸取一定量的液体；
移液管离开w2到指定高度位置；
底部转动使w9置于移液管下方；
转移液体到w9；
移液管移动到固定的高度；
底部圆盘转动，使w8到移液管下方；
移液管吸收一定体积的洗涤夜；
移液管移动到固定的高度；
圆盘转动，使w2在移液管下方；
移液管转移液体到w2中；
移液管移动到固定的高度；
静止一定时间；
移液管移动到w2中，吸取一定量的液体；
移液管移动到固定的高度；
底部转动使w9置于移液管下方；
转移液体到w9；
移液管移动到固定的高度；
底部圆盘转动，使w8到移液管下方；
移液管吸收一定体积的洗涤夜；
移液管移动到固定的高度；
圆盘转动，使w2在移液管下方；
移液管转移液体到w2中；
移液管移动到固定的高度；
静止一定时间；
移液管移动到w2中，吸取一定量的液体；
移液管移动到固定的高度；
底部圆盘转动，w10移到移液管下方；
释放液体至w10；
移液管回到指定位置；
热盖下压，盖在w10上；
完成。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换等都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (20)

1.一种三自由度文库制备卡盒，其特征在于，包括设置在密封卡盒内的移液器和混合试剂托盘；
所述移液器至少垂直移动的设置在所述密封卡盒内；
所述混合试剂托盘为圆形托盘且至少以其几何中心为轴顺时针或逆时针旋转；所述混合试剂托盘上设置有多个试剂孔，且所述多个试剂孔设置为至少包括两种不同的孔距；
所述移液器与所述混合试剂托盘几何中心之间的俯视投影相对直线距离通过移液器或混合试剂托盘的水平移动改变，使所述移液器可以依选择垂直对应所述混合试剂托盘上任意一个所述试剂孔并对所述试剂孔进行液体吸取或液体注入操作；
所述孔距包括所述混合试剂托盘几何中心至所述试剂孔几何中心的直线距离，和/或，所述混合试剂托盘几何中心至所述试剂孔对应移液器进行液体吸取或液体注入操作位置的直线距离。
2.如权利要求1所述的卡盒，其特征在于，所述移液器沿任意一条穿过所述混合试剂托盘几何中心的直线从所述混合试剂托盘几何中心至所述混合试剂托盘边缘水平移动。
3.如权利要求2所述的卡盒，其特征在于，所述混合试剂托盘上设置有由内向外三种不同孔距的同心圆环形依次排列的多个试剂孔，形成内圈试剂孔组、中圈试剂孔组和外圈试剂孔组三个各自沿不同孔距同心圆依次排列的若干试剂孔组成的组。
4.如权利要求3所述的卡盒，其特征在于，所述内圈试剂孔组包括至少一个磁珠试剂孔，且所述磁珠试剂孔为可拆卸结构；所述中圈试剂孔组包括多个文库构建试剂孔；所述外圈试剂孔组至少包括多个反应试剂孔、多个文库捕获试剂孔、一个清洗试剂孔和一个废液试剂孔。
5.如权利要求4所述的卡盒，其特征在于，所述磁珠试剂孔、文库构建试剂孔、反应试剂孔、文库捕获试剂孔、清洗试剂孔和废液试剂孔具有不同的容积和/或形状。
6.如权利要求4所述的卡盒，其特征在于，所述多个反应试剂孔中至少一个为可拆卸结构。
7.如权利要求5所述的卡盒，其特征在于，所述磁珠试剂孔、文库构建试剂孔、反应试剂孔、文库捕获试剂孔、清洗试剂孔和废液试剂孔的俯视投影面积之和占所述混合试剂托盘俯视投影面积的90%及以上。
8.如权利要求2所述的卡盒，其特征在于，所述混合试剂托盘还一体成型有从动齿轮，外部驱动装置通过齿轮啮合连接驱动所述从动齿轮转动带动所述混合试剂托盘旋转。
9.如权利要求8所述的卡盒，其特征在于，所述从动齿轮不侵占所述混合试剂托盘顶部试剂孔区域。
10.如权利要求9所述的卡盒，其特征在于，所述混合试剂托盘还设置有限位卡条；所述限位卡条依据控制锁死/开放所述混合试剂托盘旋转。
11.如权利要求2所述的卡盒，其特征在于，所述移液器分别连接有端部伸出所述密封卡盒外的旋转轴和丝杠；所述丝杠旋转驱动所述移液器水平移动；所述旋转轴旋转带动设置在所述旋转轴上的垂直驱动齿轮旋转驱动所述移液器垂直移动。
12.如权利要求11所述的卡盒，其特征在于，所述旋转轴与设置在所述旋转轴上的垂直驱动齿轮为间隙配合，所述垂直驱动齿轮沿所述旋转轴轴向自由移动；所述旋转轴与所述垂直驱动齿轮之间采用至少具有一个切面的周向限位连接传递扭矩。
13.如权利要求11所述的卡盒，其特征在于，所述旋转轴和所述丝杠伸出所述密封卡盒的端部均同时设置有内花键和外花键；外部驱动装置通过与所述内花键和外花键相对应的外花键和内花键共同作用传递扭矩至所述旋转轴和所述丝杠。
14.如权利要求1至13任一项所述的卡盒，其特征在于，所述卡盒还包括混合试剂托盘基座、移液器泵组件与卡盒外壳；
所述混合试剂托盘基座包括底座与上盖；所述混合试剂托盘置于所述混合试剂托盘基座内并由所述底座、上盖提供垂直移动限位和水平平面移动限位；
所述移液器泵组件为所述移液器提供液体吸取或液体注入驱动力；
所述卡盒外壳独立设置有能够加热保温指定试剂孔的热盖和对指定试剂孔能够开启/密封关闭的取样通孔。
15.一种三自由度文库制备卡盒的使用方法，其特征在于，包括使用如权利要求14所述的卡盒执行以下步骤：
S1、卡盒组装，将密封保存有所需试剂的混合试剂托盘通过混合试剂托盘基座安装在卡盒外壳内形成完整卡盒；
S2、文库制备，将安装有混合试剂托盘的完整卡盒连接在外部驱动装置上，通过外部驱动装置操作混合试剂托盘旋转、移液器的水平移动和移液器的垂直移动，完成文库制备过程；
S3、反应产物取出以及废弃物处理，使用后的卡盒断开与外部驱动装置连接并从反应试剂孔中吸取出反应产物，其余部分作为废弃物妥善处理。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述步骤S1包括将拆卸单独保存的装载有磁珠的磁珠试剂孔安装在所述混合试剂托盘上。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述步骤S1包括使用限位卡条将所述混合试剂托盘锁死在制备初始位置。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括通过外部驱动装置推动所述限位卡条放开所述混合试剂托盘旋转。
19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括利用热盖加热保温所述混合试剂托盘上设置的反应试剂孔。
20.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述步骤S3包括通过取样通孔从所述反应试剂孔吸取制备产物。
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