一种小型多通道文库构建仪
技术领域
本实用新型属于基因测序技术领域，具体涉及一种小型多通道文库构建仪。
背景技术
近几年基因测序市场飞速发展，尤其是二代测序技术高通量，高准确率，低成本等优点让其得到更广泛的应用。二代测序的产业链可以分为上游的仪器设备端，中游测序服务以及下游的测序数据分析。国外二代测序仪制造商主要有Illumina、Life technologies和罗氏等。根据Genomeweb对2013度年全球测序仪器市场调查结果显示，Illumina占据了全球测序仪器市场71％的份额，Life technologies则排名第二分得16％的市场份额，罗氏和PacBio则以10％和3％分列第三和第四位。
二代测序的流程为样本制备(DNA纯化和文库构建)、测序和数据分析。其中测序由测序仪自动化完成，而样本制备需要大量的手工操作完成，不仅耗时而且通量很低，一天只能完成4个样本制备。此外，手工制备样本对技术人员的要求比较高，由于测序试剂的昂贵，不允许出错和浪费。
因此急需一种能够解决现有问题的小型多通道文库构建仪。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种小型多通道文库构建仪，彻底解决了手工制备样本耗时和通量低的问题，该系统整个流程由一站式工作站自动完成，避免出错且更适于实验室的标准化。
本实用新型提供了如下的技术方案：
一种小型多通道文库构建仪，包括机架，所述机架上设有第一支撑板和控制器，所述第一支撑板上设有用于存放试剂条和枪头的试管架和加样装置，所述试管架一侧设有废液盒，所述试管架底部分别活动设有加热装置和磁分离装置，所述加热装置和所述磁分离装置分别连接有第一传动机构和第二传动机构，所述试管架的上方设有所述加样装置，所述加样装置连接第三传动机构，所述第一传动机构、所述第二传动机构和所述第三传动机构均电连所述控制器。所述第一支撑板的个数为1个、2个或多个，也就意味着可以有多个反应工作站在同一个机器中，所述加热装置用于系统温度控制，所述磁分离装置便于磁场控制，当需要分离磁珠与上清时移到样品孔处，使磁珠与上清分离，当需要混匀磁珠和溶液时，移走所述磁分离装置，便于磁珠能够均匀的分布在溶液中，所述加样装置主要用于试剂的加入、试剂与磁珠的混匀以及磁珠与上清的分离时吸走上清。所述第一传动机构、所述第二传动机构和所述第三传动机构分别将所述加热装置、所述磁分离装置和所述加样装置移到需要的位置处，所述控制器控制所述第一传动机构、所述第二传动机构和所述第三传动机构的作用。试剂条和枪头可以相间放在所述试管架上，也可以将所述试管架分为试剂条放置区和枪头放置区。
优选的，所述试管架上活动设有用于扫描试剂盒信息的条码阅读器，所述条码阅读器连接第四传动机构，所述第四传动机构电连所述控制器。所述条码阅读器用于扫描试剂盒信息，便于确定所使用的试剂盒是否正确。
优选的，所述第四传动机构包括依次相连的第二驱动电机、第二电机齿轮、第二同步带和第二从动齿轮以及与所述第二同步带相互平行的沿所述机架长度方向设置的第三直线导轨，所述条码阅读器与所述第二同步带相连并在所述第三直线导轨上移动。
优选的，所述加样装置包括加样泵、加样针组件以及升降机构固定板，所述升降机构固定板设于所述第一支撑板上，所述加样泵与所述加样针组件之间通过软管连接，所述第三传动机构为与所述加样针组件相连并带动所述加样针组件在所述升降机构固定板上作上下运动的第三直线电机，所述试管架底部设有驱动所述试管架沿所述机架宽度方向作前后运动的Y向传动机构和驱动所述试管架沿所述机架长度方向作左右运动的X向传动机构。所述加样泵带动所述加样针组件吸放液体完成加样或者排废液的功能。所述加样针组件设置为上下运动，所述试管架可以X向左右或者Y向前后运动配合所述加样装置工作。所述加样针和加样泵的个数可以为8个，一次可以做8个样品。所述加样泵每四个一组，放在所述机架的两侧。
优选的，所述试管架和所述第一支撑板之间设有第二支撑板，所述第一支撑板和所述第二支撑板上分别设有Y向传动机构和X向传动机构，所述Y向传动机构和所述X向传动机构分别与所述试管架和所述第二支撑板相连，所述Y向传动机构和所述X向传动机构均电连所述控制器。所述X向传动机构通过带动所述第二支撑板运动从而带动所述试管架运动。因为整个操作过程中所述试管架X向运动小于所述试管架Y向运动的频率，所述将所述Y向传动机构设于所述X向传动机构之上。整个操作过程中只有更换枪头时必须使用所述X向传动机构。
优选的，所述Y向传动机构包括第一同步带、设在所述第一同步带两端的第一电机齿轮和第一从动齿轮、第一驱动电机以及两个相互平行的第一导轨，所述第一导轨与所述第一同步带平行，所述试管架的底面设有用于横穿所述第一导轨的第一直线轴承和与所述第一同步带相连的同步带压片，所述第二支撑板上设有所述第一电机齿轮、所述第一从动齿轮和所述第一导轨，所述第二支撑板底部设有第二直线轴承，所述X向传动机构包括均设于所述第一支撑板上的第四直线电机和两个相互平行的第二导轨，所述第二导轨横穿所述第二直线轴承，所述第四直线电机与所述第二支撑板相连，所述第一支撑板上设有长条通孔，所述第一驱动电机穿过所述长条通孔与所述第一电机齿轮相连。所述第一驱动电机设于所述第一支撑板下节约空间，同时节约固定所述第一从动齿轮的材料。
优选的，所述加热装置包括若干个用于插入试管的温育槽、用于固定所述温育槽的温育槽固定板以及用于温育槽加热的加热电阻或加热垫，所述第一传动机构包括若干个第一直线导轨、与所述第一直线导轨活动相交的若干个第一滑块以及驱动所述加热装置上下运动的第一直线电机，所述第一滑块和所述第一直线电机均设于所述温育槽固定板上，所述第一直线电机与所述控制器相连，所述第一直线导轨沿所述机架的高度方向设于所述试管架的一侧。所述温育槽插入试管进行封闭式空气加热，有利于快速达到所需温度节约材料，相比在所述温育槽内加水进行加热可以避免所述温育槽内水溅出来或者蒸发出来容易损坏机器或者影响实验效果。所述温育槽为金属材质制成，可以包括铝或者不锈钢。
优选的，所述磁分离装置包括磁场固定板和设在所述磁场固定板上的强磁铁，所述第二传动机构包括2个第二直线导轨、与所述第二直线导轨活动相交的2个第二滑块以及第二直线电机，所述第二滑块设于所述磁场固定板的两端，所述第二直线电机设于所述磁场固定板上并电连所述控制器，所述第二直线导轨沿所述机架的宽度方向设于所述试管架的两侧。也可以是所述磁场固定板和所述强磁铁之间设有磁铁固定板，也就是所述磁铁固定板的两端分别与所述磁场固定板和所述强磁铁相连，避免磁铁对所述第二直线电机产生影响，所述强磁铁分布在所述磁铁固定板上的位置与所述试管架的试管孔的位置相对应。
优选的，所述强磁铁为L型。便于所述试管与所述强磁铁的充分接触。
小型多通道文库构建仪构建文库的方法如下：使用DNA纯化试剂盒与文库构建试剂盒两种试剂盒，且两种试剂盒都以试剂条的形式使用。
第一步：DNA纯化，将待纯化的DNA样品放入纯化试剂盒的样品孔中，打开小型多通道文库构建仪，仪器开始自检，自检合格后，将装有DNA样品的试剂条和枪头放入所述试管架中，所述条码阅读器读取试剂盒信息确认后开始纯化，依次经过加入磁珠使磁珠与DNA样品混匀孵育5分钟、第一次磁性分离去上清、第一次加入80％乙醇清洗DNA样品使80％乙醇与磁珠混匀1-2分钟、第二次磁性分离去上清、第二次加入80％乙醇清洗DNA样品使80％乙醇与磁珠混匀1-2分钟、第三次磁性分离去上清、使磁珠干燥5分钟、加洗脱缓冲液使洗脱缓冲液与磁珠混匀孵育5分钟、磁性分离并保持2-3分钟和转移上清到新样品管中，其中在磁珠与DNA样品混匀孵育5分钟、80％乙醇与磁珠混匀以及洗脱缓冲液与磁珠混匀均是通过所述加样装置不停地吹吸DNA样品使其混匀实现的，当然也可以通过所述X向传动机构或者所述Y向传动机构使得所述试管架移动来混匀DNA样品，磁性分离去上清是将所述磁性分离装置移到所述样品孔底部吸附住磁珠再用所述加样装置去除废液，通过所述Y向传动机构移动所述试管架将废液移到试剂条的废液孔中，将枪头丢到所述废液盒中，使用新枪头是通过所述X向传动机构移动所述试管架和所述第三传动机构带动所述加样针上下移动实现的，加入磁珠和80％乙醇以及洗脱缓冲液均是通过所述Y向传动机构移动所述试管架和所述第三传动机构带动所述加样针上下移动实现的，磁珠干燥是通过室温干燥或者所述加热装置实现加热干燥。
第二步：将获得的纯化后的DNA处理成DNA小片段，在仪器外使用酶切或者超声波打断DNA的方式实现；
第三步：构建文库，将所述加热装置加热达到30度，依次经过End repairing试剂30摄氏度温育30分钟、A-tailing试剂温育30摄氏度30分钟和Ligation试剂30摄氏度温育15分钟，每次温育结束后都需要将获得的混合液纯化，纯化方法与所述第一步的纯化方法相同，最后得到纯化的DNA直接测序；或者依次经过End repairing试剂30摄氏度温育30分钟和Ligation试剂30摄氏度温育15分钟，每次温育结束后都需要将获得的混合液纯化，纯化方法与所述第一步的纯化方法相同，最后得到纯化的DNA直接测序。
本实用新型的有益效果是：彻底解决了手工制备样本耗时和通量低的问题，该系统整个流程由一站式工作站自动完成，避免出错且更适于实验室的标准化。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1是本实用新型轴侧示意图；
图2是本实用新型爆炸图；
图3是试管架示意图；
图4是DNA样本纯化后的基因文库构建流程图。
其中图中标记为：1、机架；2、第一支撑板；21、长条通孔；3、第二支撑板；31、第二直线轴承；3、控制器；4、试管架；41、同步带压片；42、第一直线轴承；5、加样装置；51、加样泵；52、加样针组件；53、升降机构固定板；6、废液盒；7、加热装置；71、温育槽；72、温育槽固定板；8、磁分离装置；81、磁场固定板；82、磁铁固定板；83、强磁铁；9、第一传动机构；91、第一直线导轨；92、第一滑块；93、第一直线电机；10、第二传动机构；101、第二直线导轨；102、第二滑块；103、第二直线电机；11、第三传动机构；111、第三直线电机；12、条码阅读器；13、第四传动机构；131、第二驱动电机；132、第二电机齿轮；133、第二同步带；134、第二从动齿轮；135、第三直线导轨；14、X向传动机构；141、第四直线电机；142、第二导轨；15、Y向传动机构；151、第一驱动电机；152、第一电机齿轮；153、第一同步带；154、第一从动齿轮；155、第一导轨。
具体实施方式
如图1-3所示，一种小型多通道文库构建仪，包括机架1，机架1上设有第一支撑板2和控制器3，第一支撑板2上设有用于存放试剂条和枪头的试管架4和加样装置5，试管架4一侧设有废液盒6，试管架4底部分别活动设有加热装置7和磁分离装置8，加热装置7和磁分离装置8分别连接有第一传动机构9和第二传动机构10，试管架4的上方设有加样装置5，加样装置5连接第三传动机构11，第一传动机构9、第二传动机构10和第三传动机构11均电连控制器3。
具体的，试管架4上活动设有用于扫描试剂盒信息的条码阅读器12，条码阅读器12连接第四传动机构13，第四传动机构13电连控制器3。条码阅读器12用于扫描试剂盒信息，便于确定所使用的试剂盒是否正确。第四传动机构13包括依次相连的第二驱动电机131、第二电机齿轮132、第二同步带133和第二从动齿轮134以及与所述第二同步带133相互平行的沿机架1长度方向设置的第三直线导轨135，条码阅读器12与第二同步带133相连并在第三直线导轨135上移动。
具体的，加样装置5包括加样泵51、加样针组件52以及升降机构固定板53，升降机构固定板53设于第一支撑板2上，加样泵51与加样针组件52之间通过软管连接，第三传动机构11为与加样针组件52相连并带动加样针组件52在升降机构固定板53上作上下运动的第三直线电机111，试管架4底部设有驱动试管架4沿机架1宽度方向作前后运动的Y向传动机构15和驱动试管架4沿机架1长度方向作左右运动的X向传动机构14。加样泵51带动加样针组件52吸放液体完成加样或者吸废液的功能。加样针组件52设置为上下运动，试管架4可以X向左右或者Y向前后运动配合加样装置5工作。加样针和加样泵51的个数可以为8个，一次可以做8个样品。加样泵51每四个一组，放在机架1的两侧。试管架4和第一支撑板2之间设有第二支撑板3，第一支撑板2和第二支撑板3上分别设有Y向传动机构15和X向传动机构14，Y向传动机构15包括第一同步带153、设在第一同步带153两端的第一电机齿轮152和第一从动齿轮154、第一驱动电机151以及两个相互平行的第一导轨155，第一导轨155与第一同步带153平行，试管架4的底面设有用于横穿第一导轨155的第一直线轴承42和与第一同步带153相连的同步带压片41，第二支撑板3上设有第一电机齿轮152、第一从动齿轮154和第一导轨155，第二支撑板3底部设有第二直线轴承31，X向传动机构14包括均设于第一支撑板2上的第四直线电机141和两个相互平行的第二导轨142，第二导轨142横穿第二直线轴承31，第四直线电机141与第二支撑板3相连，通过带动第二支撑板3运动从而带动试管架4运动。第二支撑板3上设有长条通孔21，第一驱动电机151穿过长条通孔21与第一电机齿轮152相连。第一驱动电机151设于第一支撑板2下节约空间，同时节约固定第一从动齿轮154的材料。
具体的，加热装置7包括若干个用于插入试管的温育槽71、用于固定温育槽71的温育槽固定板72以及用于温育槽71加热的加热电阻或加热垫，第一传动机构9包括若干个第一直线导轨91、与第一直线导轨91活动相交的若干个第一滑块92以及驱动加热装置7上下运动的第一直线电机93，第一滑块92和第一直线电机93均设于温育槽固定板72上，第一直线电机93与控制器3相连，第一直线导轨91沿机架1的高度方向设于试管架4的一侧。温育槽71插入试管进行封闭式空气加热，有利于快速达到所需温度节约材料，相比在温育槽71内加水进行加热可以避免温育槽71内水溅出来或者蒸发出来容易损坏机器或者影响实验效果。温育槽71为金属材质制成，可以包括铝或者不锈钢。
具体的，磁分离装置8包括磁场固定板81、磁铁固定板82和L型的强磁铁83，磁铁固定板82两端分别与磁场固定板81和强磁铁83相连，第二传动机构10包括2个第二直线导轨101、与第二直线导轨101活动相交的2个第二滑块102以及驱动磁分离装置8沿机架1宽度方向前后移动的第二直线电机103，第二滑块102设于磁场固定板81的两端，第二直线电机103设于磁场固定板81上并电连控制器3，第二直线导轨101沿机架1的宽度方向设于试管架4的两侧。强磁铁83分布在磁铁固定板82上的位置与试管架4的试管孔的位置相对应。
如图4所示，小型多通道文库构建仪构建文库的方法如下：使用DNA纯化试剂盒与文库构建试剂盒两种试剂盒，且两种试剂盒都以试剂条的形式使用。
第一步：DNA纯化，将待纯化的DNA样品放入纯化试剂盒的样品孔中，打开小型多通道文库构建仪，仪器开始自检，自检合格后，将装有DNA样品的试剂条和枪头放入试管架4中，条码阅读器12读取试剂盒信息确认后开始纯化，依次经过加入磁珠使磁珠与DNA样品混匀孵育5分钟、第一次磁性分离去上清、第一次加入80％乙醇清洗DNA样品使80％乙醇与磁珠混匀1-2分钟、第二次磁性分离去上清、第二次加入80％乙醇清洗DNA样品使80％乙醇与磁珠混匀1-2分钟、第三次磁性分离去上清、使磁珠干燥5分钟、加洗脱缓冲液使洗脱缓冲液与磁珠混匀孵育5分钟、磁性分离并保持2-3分钟和转移上清到新样品管中，其中在磁珠与DNA样品混匀孵育5分钟、80％乙醇与磁珠混匀以及洗脱缓冲液与磁珠混匀均是通过加样装置5不停地吹吸DNA样品使其混匀实现的，磁性分离去上清是将磁性分离装置移到样品孔底部吸附住磁珠再用加样装置5去除废液，通过Y向传动机构15移动试管架4将废液移到试剂条的废液孔中，将枪头丢到废液盒6中，使用新枪头是通过X向传动机构14移动试管架4和第三传动机构11带动加样针组件上下移动实现的，加入磁珠和80％乙醇以及洗脱缓冲液均是通过Y向传动机构15移动试管架4和第三传动机构11带动加样针组件上下移动实现的，磁珠干燥是通过室温干燥或者加热装置7实现加热干燥。也就是条码阅读器12读取试剂盒信息确认后开始纯化时，X向传动机构14带动试管架4移动，使得加样装置5位于试剂条装有磁珠的孔中，吸取磁珠，然后在带动试管架4将磁珠放入样品孔中，加样泵51带动加样针不停的吹吸样品孔5分钟，使DNA样品与磁珠充分混匀，磁分离装置8移到样品孔底部，等待1-2分钟，使用加样装置5吸取上清液，X向传动机构14带动试管架4移动，将上清液排入试剂条的废品孔中，将枪头排入废液盒6中，Y向传动机构15带动试管架4移动，加样装置5重新使用新的枪头，X向传动机构14带动试管架4移动，加样装置5吸取一定量的80％乙醇，加入样品孔中，第二驱动装置移开磁分离装置8，使用加样装置5不停的吹吸样品孔1-2分钟，磁分离装置8移到样品孔底部，等待1-2分钟，使用加样装置5吸取上清液，使用加样装置5吸取上清液，X向传动机构14带动试管架4移动，将上清液排入试剂条的废品孔中，将枪头排入废液盒6中，Y向传动机构15带动试管架4移动，加样装置5重新使用新的枪头，再取80％乙醇重复清洗一次，弃除上清后，将加热装置7移到样品孔处，使样品孔的试管插入温育槽71中，加热5分钟烘干磁珠，Y向传动机构15带动试管架4移动，加样装置5重新使用新的枪头，X向传动机构14带动试管架4移动，使用加样装置5取一定量洗脱液加入样品孔中，使用加样装置5不停的吹吸样品孔5分钟，使洗脱液与磁珠充分混匀，使DNA从磁珠中溶解入洗脱液中，将磁分离装置8移到加样孔底部，等待1-2分钟，使用加样装置5吸走纯化DNA样品转移到新的试管中。
第二步：将获得的纯化后的DNA处理成DNA小片段，在仪器外使用酶切或者超声波打断DNA的方式实现；
第三步：构建文库，将加热装置7加热达到30度，依次经过End repairing试剂30摄氏度温育30分钟、A-tailing试剂温育30摄氏度30分钟和Ligation试剂30摄氏度温育15分钟，每次温育结束后都需要将获得的混合液纯化，纯化方法与第一步的纯化方法相同，最后得到纯化的DNA直接测序如适合Illumina的测序仪；或者依次经过End repairing试剂30摄氏度温育30分钟和Ligation试剂30摄氏度温育15分钟，每次温育结束后都需要将获得的混合液纯化，纯化方法与第一步的纯化方法相同，最后得到纯化的DNA直接测序如适合IonTorrent的测序仪。
本实施例的优点：
1、彻底解决了手工制备样本耗时和通量低的问题，该系统整个流程由一站式工作站自动完成，避免出错且更适于实验室的标准化；
2、分装后的DNA样本经本实用新型的小型多通道文库构建仪处理后直接用于二代测序，不需要额外处理。8个试剂条位，可同时进行8个样本制备，大大提高样本制备效率。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
