用于石蜡包埋样品自动化提取核酸的系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于石蜡包埋样品自动化提取核酸的系统，包括固定于底板上的超声装置、温控装置和一次性样品处理卡盒，固定于XYZ运动平台上且悬空于一次性样品处理卡盒上方的自动移液器，以及控制系统。一次性样品处理卡盒用于实现核酸提取，超声装置用于产生高强度声波聚集在试管内部，作用在石蜡包埋样品上，使得石蜡乳化并溶于水中，与裂解液作用释放出细胞内部的核酸及其他物质；温控装置用于为处于其中的试管提供不同温度的金属浴；自动移液器用于实现各试管中液体的移动；控制系统用于控制核酸提取系统各部件工作。本发明专利技术通过HIFU技术实现样品脱蜡，自动化平台实现液体处理、磁珠操控和恒温孵育等功能，最终完成自动化核酸提取纯化。化核酸提取纯化。化核酸提取纯化。

【技术实现步骤摘要】
用于石蜡包埋样品自动化提取核酸的系统


[0001]本专利技术属于生物医学工程
，特别是一种用于石蜡包埋样品自动化提取核酸的系统。

技术介绍

[0002]石蜡包埋样品是一种将组织样品通过福尔马林固定，并进行石蜡包埋的样本制备技术，广泛应用于病理检测、法医鉴定、临床研究等领域。该样品能够在室温下保存较长时间，并且不会出现降解问题，可以在医院、组织库和研究中心等存储数十年。从该样品中从提取高质量、高纯度的核酸，对后续的分子诊断和分析过程至关重要，例如定量聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction,PCR)，Sanger测序，下一代测序(Next generation sequencing,NGS)和微阵列基因芯片等。然而由于石蜡的保护作用，试剂渗透进组织，因此从该样品中提取核酸具有挑战性。
[0003]从石蜡包埋组织样本中提取核酸需要以下步骤：化学脱蜡、除有机试剂、再水化、裂解细胞、消化蛋白和甲醛交联逆转等步骤。传统的化学脱蜡方法需要用到有机化学溶剂二甲苯，然而二甲苯是一种有害生态环境的溶剂，并且该脱蜡过程繁琐。长期接触二甲苯有损操作人员的健康，会造成头痛、恶心、呕吐和头晕等症状。此外，二甲苯具有高挥发性和易燃性，不利于存储、处理和自动化。
[0004]高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)技术能够在靶区域(即聚焦区域)内产生高强度声波脉冲，精准作用在样品上，可应用于细胞裂解、DNA或染色质剪切等样品预处理领域。聚焦超声脱蜡技术由Covaris公司提出，该技术通过产生500kHz的聚焦超声波作用在石蜡包埋样品上，实现乳化和分离石蜡，并且同时完成再水化，能够有效地提取高质量的核酸。然而Covaris的仪器依赖于人工操作，不能集成到自动化流程中，并且其价格昂贵。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对现有技术存在的问题，基于HIFU技术，设计一套从石蜡包埋样品中自动化提取核酸的系统及预装试剂的一次性样品处理卡盒。通过HIFU技术实现样品脱蜡，自动化平台实现液体处理、磁珠操控和恒温孵育等功能，最终完成自动化核酸提取纯化。
[0006]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种用于石蜡包埋样品自动化提取核酸的系统，所述系统包括固定于底板上的超声装置、温控装置和一次性样品处理卡盒，固定于XYZ运动平台上且悬空于一次性样品处理卡盒上方的自动移液器，以及控制系统；
[0007]所述一次性样品处理卡盒包括至少八个试管，其中一个试管用于装载石蜡包埋样品和裂解液，且位于超声装置中，一个试管为空管，作为反应腔且位于温控装置中，另一个试管用于存放最终的结果即核酸提取液，其他试管用于存放其他辅助提取核酸的反应液体；所述超声装置用于产生高强度声波聚集在试管内部，作用在石蜡包埋样品上，使得石蜡
乳化并溶于水中，与裂解液作用释放出细胞内部的核酸及其他物质；所述温控装置用于为处于其中的试管提供不同温度的金属浴；所述自动移液器用于实现各试管中液体的移动；所述控制系统用于控制提取核酸系统各部件工作。
[0008]进一步地，该系统还包括永磁铁，该永磁铁位于安装在底板上的直线导轨上，可沿导轨移动，实现靠近或远离试管，所述一次性样品处理卡盒还包括一个用于存放磁珠结合液的试管；永磁铁靠近有磁珠的试管时，磁珠在磁铁作用下聚集在试管壁上，此时可收集磁珠，除去上清液。
[0009]进一步地，所述超声装置包括水槽、聚焦超声换能器和透明亚克力板，所述水槽中加有超纯水，作为超声波传输的介质，所述聚焦超声换能器安装在水槽的底部，所述透明亚克力板贴于水槽侧壁，透过该亚克力板观察超声装置中试管内部情况。
[0010]进一步地，所述温控装置包括试管槽、铝合金外壳、测温孔，所述铝合金外壳中设有试管槽，铝合金外壳表面贴一层聚酰亚胺加热膜，用于加热，通过试管槽为处于其中的试管提供所需的反应温度，所述铝合金外壳底部侧壁上设有测温孔，测温孔中设有热敏电阻，用于测量铝合金外壳的温度。
[0011]进一步地，所述一次性样品处理卡盒包括放置试管的一次性夹具，该夹具通过顶端装有定位销的支撑柱固定在底板上，一次性夹具上设置八个试管，分别记为第一试管～第八试管，其中第一试管装石蜡包埋样品的切片和裂解液；第二试管为空管，作为整个系统的反应腔；第三试管装有含蛋白酶K的磁珠结合液；第四试管和第五试管均装有清洗液WB3；第六试管装有80％乙醇，第七试管装有洗脱液，第八试管用于存放最终的结果，即核酸提取液；初始状态时，一次性夹具表面贴有铝箔封板膜，将所有试管密封；一次性夹具装配后，第一试管位于超声装置中，第二试管位于温控装置中。
[0012]进一步地，所述控制系统包括计算机PC、微处理器MCU
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1、微处理器MCU
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2和微处理器MCU
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3，所述计算机PC控制3个微处理器和自动移液器；所述微处理器MCU
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1用于控制XYZ运动平台和直线导轨；所述微处理器MCU
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2用于控制HIFU部分，设置信号源产生基础信号，并通过功率放大电路进行放大，输出在聚焦超声换能器上，从而产生用于处理样品的超声波激励；所述微处理器MCU
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3用于控制温控装置的温度，通过温度测量电路测量热敏电阻的阻值，从而计算温控装置的温度，通过比例
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积分
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微分算法调节加热膜的加热功率，实时控制温度。
[0013]基于上述系统的核酸提取方法，包括以下步骤：
[0014]步骤1，取石蜡包埋样品的切片放入第一试管中，聚焦超声t1分钟；
[0015]步骤2，通过自动移液器将第一试管中的液体转移到第二试管中，T1℃恒温孵育t2分钟，再T2℃孵育t3分钟，T3℃冷却t4分钟；T2＞T1＞T3，t4＜t2,t3；
[0016]步骤3，将第三试管中的磁珠结合液转移到第二试管中，混匀后T4℃下孵育t5分钟，使用永磁铁在侧壁分离磁珠，将上清液转移到第一试管中；
[0017]步骤4，将第四试管中的WB3转移到第二试管中，混匀后使用永磁铁在侧壁分离磁珠，再将上清液转移到第三试管中；
[0018]步骤5，将第五试管中的WB3转移到第二试管中，混匀后使用永磁铁在侧壁分离磁珠，再将上清液转移到第四试管中；
[0019]步骤6，将第六试管中的一部分80％乙醇转移到第二试管中，混匀后使用永磁铁在
侧壁分离磁珠，再将上清液转移到第五试管中；
[0020]步骤7，将管306中剩下的80％乙醇转移到第二试管中，混匀后使用永磁铁在侧壁分离磁珠，再将上清液转移到第六试管中，并静置t6分钟，使得乙醇挥发；
[0021]步骤8，将第七试管中的洗脱液转移到第二试管中，混匀后T5℃孵育t7分钟，使用永磁铁在侧壁分离磁珠，再将上清液转移到第八试管中，得到样品中核酸提取物。
[0022]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于石蜡包埋样品自动化提取核酸的系统，其特征在于，所述系统包括固定于底板(6)上的超声装置(1)、温控装置(2)和一次性样品处理卡盒(3)，固定于XYZ运动平台上且悬空于一次性样品处理卡盒(3)上方的自动移液器(4)，以及控制系统；所述一次性样品处理卡盒(3)包括至少八个试管，其中一个试管用于装载石蜡包埋样品和裂解液，且位于超声装置(1)中，一个试管为空管，作为反应腔且位于温控装置(2)中，另一个试管用于存放最终的结果即核酸提取液，其他试管用于存放其他辅助提取核酸的反应液体；所述超声装置(1)用于产生高强度声波聚集在试管内部，作用在石蜡包埋样品上，使得石蜡乳化并溶于水中，与裂解液作用释放出细胞内部的核酸及其他物质；所述温控装置(2)用于为处于其中的试管提供不同温度的金属浴；所述自动移液器(4)用于实现各试管中液体的移动；所述控制系统用于控制核酸提取系统各部件工作。2.根据权利要求1所述的用于石蜡包埋样品自动化提取核酸的系统，其特征在于，该系统还包括永磁铁(5)，该永磁铁(5)位于安装在底板(6)上的直线导轨上，可沿导轨移动，实现靠近或远离试管，所述一次性样品处理卡盒(3)还包括一个用于存放磁珠结合液的试管；永磁铁(5)靠近有磁珠的试管时，磁珠在磁铁作用下聚集在试管壁上，此时可收集磁珠，除去上清液。3.根据权利要求2所述的用于石蜡包埋样品自动化提取核酸的系统，其特征在于，所述超声装置(1)包括水槽(101)、聚焦超声换能器(102)和透明亚克力板(103)，所述水槽(101)中加有超纯水，作为超声波传输的介质，所述聚焦超声换能器(102)安装在水槽(101)的底部，所述透明亚克力板(103)贴于水槽(101)侧壁，透过该亚克力板观察超声装置(1)中试管内部情况。4.根据权利要求1所述的用于石蜡包埋样品自动化提取核酸的系统，其特征在于，所述温控装置(2)包括试管槽(201)、铝合金外壳(202)、测温孔(203)，所述铝合金外壳(202)中设有试管槽(201)，铝合金外壳(202)表面贴一层聚酰亚胺加热膜，用于加热，通过试管槽(201)为处于其中的试管提供所需的反应温度，所述铝合金外壳(202)底部侧壁上设有测温孔(203)，测温孔(203)中设有热敏电阻，用于测量铝合金外壳(202)的温度。5.根据权利要求1所述的用于石蜡包埋样品自动化提取核酸的系统，其特征在于，所述自动移液器(4)选用TECAN的ADP移液器。6.根据权利要求1所述的用于石蜡包埋样品自动化提取核酸的系统，其特征在于，所述一次性样品处理卡盒(3)包括放置试管的一次性夹具(309)，该夹具通过顶端装有定位销的支撑柱固定在底板(6)上，一次性夹具(309)上设置八个试管，分别记为第一试管(301)～第八试管(308)，其中第一试管(301)装石蜡包埋样品的切片和裂解液；第二试管(302)为空管，作为整个系统的反应腔；第三试管(303)装有含蛋白酶K的磁珠结合液；第四试管(304)和第五试管(305)均装有清洗液WB3；第六试管(306)装有80％乙醇，第七试管(307)装有洗脱液，第八试管(308)用于存放最终的结果，即核酸提取液；初始状态时，一次性夹具(309)表面贴有铝箔封板膜，将所有试管密封；一次性夹具(309)装配后，第一试管(30...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅茜，雷祝兵，董文飞，庞欣佩，李力，常智敏，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：