一种高通量病毒检测装置及其在检测新冠病毒中的应用

摘要

本发明公开了一种高通量病毒检测装置及其在检测新冠病毒中的应用，检测装置包括：病毒样本加样单元；试纸批量上料单元，设置试纸储槽，试纸储槽底部设置储存试纸出口，试纸储槽用于检测试纸的叠放；试纸收集缓冲单元，设置试纸收集槽，试纸收集槽底部设置收集试纸进口，试纸收集槽用于添加病毒样本后检测试纸的叠放；试纸转运单元，设置试纸夹具和运转动力部件，试纸夹具运输检测试纸的运动路径设置为先经过试纸储槽，再经过加样台，然后经过试纸收集槽；数据采集单元；结果检测运动单元，用于将试纸收集槽内的检测试纸输送至数据采集单元。本发明可以实现高通量新冠病毒的自动化检测，提高检测效率和避免交叉感染风险。

说明书

技术领域

本发明属于病毒检测及分析技术领域，涉及一种高通量病毒检测装置及其在检测新冠病毒中的应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

新型冠状病毒肺炎(新冠肺炎，COVID-19)是由新型冠状病毒引发的急性呼吸道传染病。临床主要表现是发热、干咳、少数患者伴有鼻塞、流涕、咽痛、结膜炎、肌痛和腹泻等症状。多数患者预后良好，少数患者病情危重。随着疫情的蔓延，对全球公众健康构成严重威胁。

感染患者的体液样本，如痰液、鼻咽拭子、肺泡灌洗液等，是目前病毒检测的主要样本来源。但是发明人研究发现，由于病毒的高传染性和高致病性，必须由具有资质的专业机构和专业人员进行检测，在样品量急剧增加的情况下，检测压力激增，不能及时对患者进行筛查、确诊；同时，现有检测方式和流程都需手动操作，一方面效率不高，另一方面增加了检测人员交叉感染的风险。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种高通量病毒检测装置及其在检测新冠病毒中的应用，本发明可以实现高通量新冠病毒的自动化检测，提高检测效率和避免交叉感染风险。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种高通量病毒检测装置，包括：

病毒样本加样单元，用于提取病毒样本并将提取的病毒样本输送至加样台上的检测试纸；

试纸批量上料单元，设置试纸储槽，试纸储槽底部设置储存试纸出口，所述试纸储槽用于检测试纸的叠放；

试纸收集缓冲单元，设置试纸收集槽，试纸收集槽底部设置收集试纸进口，所述试纸收集槽用于添加病毒样本后检测试纸的叠放；

试纸转运单元，设置试纸夹具和运转动力部件，运转动力部件带动试纸夹具运动，试纸夹具运输检测试纸的运动路径设置为先经过试纸储槽，再经过加样台，然后经过试纸收集槽；

数据采集单元，用于对添加病毒样本的检测试纸进行信息采集；

结果检测运动单元，用于将试纸收集槽内的检测试纸输送至数据采集单元。

对病毒检测时，需要将采集的病毒滴加至检测试纸上，病毒与检测试纸上的反应物进行特异性反应后产生物理或化学变化，利用这种产生的物理或化学变化，从而对病毒进行特异性检测。本发明经过研究发现实现高通量检测病毒存在以下问题：1.采用检测试纸对病毒(尤其是对新冠病毒)进行检测时，通常需要反应一段时间后才能进行数据采集；2.检测试纸的采集和添加病毒检测试纸的收集难以有效配合；3.反应后的检测试纸难以与数据检测单元配合进行数据采集。

本发明设置试纸批量上料单元用于为装置批量提供检测试纸；设置试纸收集缓冲单元目的在于将添加病毒后的检测试纸在运输至数据采集单元的过程中暂时储存，保证检测试纸上的病毒进行充分反应，然后通过结果检测运动单元，能够将充分反应后的检测试纸输送至数据采集单元，试纸转运单元负责试纸批量上料单元至试纸收集缓冲单元的运输，结果检测运动单元负责试纸收集缓冲单元至数据采集单元的运输，检测试纸在试纸收集缓冲单元充分反应过程中，试纸转运单元还能够将新的检测试纸的运输，使得最先进入试纸收集缓冲单元检测试纸进行充分反应时，能够将更多的检测试纸输送至试纸收集缓冲单元，从而实现病毒的高通量上样。

本发明的试纸储槽和试纸收集槽用于检测试纸的叠放，能够充分利用检测装置的空间，减少检测装置的占地面积，使得检测装置能够检测更多的病毒样本，降低检测时间。试纸储槽底部设置储存试纸出口使得未添加病毒的检测试纸在试纸储槽的运动方向由上至下，保证检测试纸的添加简便。而试纸收集槽底部设置收集试纸进口，添加病毒后的检测试纸在试纸收集槽的运动方向由下至上，不仅能够通过其运输方式和检测试纸自身重力保证添加病毒后检测试纸的顺序，从而保证病毒样本的检测顺序，同时保证病毒与检测试纸的充分反应；而且使得添加病毒后的检测试纸从试纸收集槽的上部开口被结果检测运动单元运输至数据采集单元，运输简便。

试纸夹具运输检测试纸的运动路径设置为先经过试纸储槽，再经过加样台，然后经过试纸收集槽，能够使检测试纸从试纸储槽底部的储存试纸出口运出；经过加样台时，通过病毒样本加样单元的配合将病毒样本添加至检测试纸，然后从底部进入试纸收集槽，通过底部进入的检测试纸将试纸收集槽垫高，从而实现添加病毒的检测试纸在试纸收集槽内由下向上的运动。

另一方面，一种上述高通量病毒检测装置在检测新冠病毒中的应用。

本发明采用上述高通量病毒检测装置，能够一次性加入若干采集后的新冠病毒样本，同时对添加的新冠病毒样本进行连续化检测，实现新冠病毒高通量自动化检测，提高检测效率和避免交叉感染风险。

本发明的有益效果为：

1.本发明通过试纸批量上料单元、试纸收集缓冲单元和试纸运转单元的配合使得检测试纸连续化输送，同时使得不同病毒样本能够迅速与不同的检测试纸配合，并利于运输与缓冲的时间完成病毒与检测试纸之间的完全反应，能够连续化检测，从而实现新冠病毒高通量自动化检测，提高检测效率和避免交叉感染风险。

2.本发明通过病毒样本加样单元与试纸转运单元的配合，能够保证在检测试纸运输的过程中将病毒添加至检测试纸中，完成检测试纸中病毒样本的上样。

3.本发明设置试纸转运单元和结果检测运动单元，能够保证试纸转运单元的连续运行，避免试纸收集缓冲单元中的缓冲时间影响试纸转运单元的运转，保证连续化操作，同时能够通过结果检测运动单元保证完全反应后的检测试纸能够连续化运转至数据采集单元进行信息采集(检测)，从而实现连续化检测。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施方式的高通量病毒检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例的高通量病毒检测装置整机结构示意图；

图3为本发明实施例病毒样本灭活单元的结构示意图；

图4为本发明实施例病毒样本加样单元的结构示意图；

图5为本发明实施例试纸批量上料单元的结构示意图；

图6为本发明实施例试纸转运单元的结构示意图；

图7为本发明实施例试纸夹具的结构示意图；

图8为本发明实施例试纸收集缓冲单元的结构示意图；

图9为本发明实施例试纸结果检测运动单元示意图的结构示意图；

图10为本发明实施例数据采集及试纸丢弃单元的结构示意图；

图11为本发明实施例中试纸转运过程图；

其中：1、整机支架，2、病毒样本灭活单元，3、病毒样本加样单元，4、试纸批量上料单元，5、试纸转运单元，6、试纸收集缓冲单元，7、试纸结果检测运动单元，8、试纸丢弃及数据采集单元，9、样本座，10、灭活舱室门，11、灭活舱室，12、真空泵，13、电动滑台，14、机械臂，15、电缆，16、取样泵管，17、取样针，18、储存支架，19、试纸储槽，19-1、储存试纸出口，19-2、滑道开口，20、试纸夹具，20-1、卡槽、20-2、楔形结构，21、传动杆，22、第一运转电机，23、第二运转电机，24、收集支架，25、试纸收集槽，26、收集电机，27、试纸顶杆，28、运转丝杠，29、运转电机，30、推杆，31、推动丝杠，32、限位开关，33、推动电机，34、检测探头，35、检测试纸(简称试纸)，36、加样台。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

鉴于检测试纸对病毒检测存在难以实现高通量的检测的问题，因而本发明提出了一种高通量病毒检测装置及其在检测新冠病毒中的应用。

本发明的一种典型实施方式，提供了一种高通量病毒检测装置，如图1所示，包括：

病毒样本加样单元3，用于提取病毒样本并将提取的病毒样本输送至加样台36上的检测试纸35；

试纸批量上料单元4，设置试纸储槽，试纸储槽底部设置储存试纸出口，所述试纸储槽用于检测试纸的叠放；

试纸收集缓冲单元6，设置试纸收集槽，试纸收集槽底部设置收集试纸进口，所述试纸收集槽用于添加病毒样本后检测试纸35的叠放；

试纸转运单元，设置试纸夹具20和运转动力部件，运转动力部件带动试纸夹具20运动，试纸夹具20运输检测试纸35的运动路径设置为先经过试纸储槽，再经过加样台36，然后经过试纸收集槽；

数据采集单元，用于对添加病毒样本的检测试纸进行信息采集；

结果检测运动单元，用于将试纸收集槽内的检测试纸输送至数据采集单元。

采用检测试纸对病毒进行高通量检测时，需要检测装置能够提供多个检测试纸与病毒进行反应。然而，病毒在检测试纸中需要经过一段时间的反应才能进行数据采集，从而导致检测装置难以连续提供检测试纸。

本发明设置试纸收集缓冲单元目的在于将添加病毒后的检测试纸在运输至数据采集单元的过程中暂时储存，保证检测试纸上的病毒进行充分反应。

本发明设置试纸转运单元和试纸批量上料单元，能够通过试纸转运单元将试纸批量上料单元中检测试纸运输至试纸收集缓冲单元。

另外，由于病毒与检测试纸需要在试纸收集缓冲单元内进行缓冲反应完全，到试纸转运单元不能连续的将反应后的检测试纸难以与数据检测单元配合进行数据采集。

本发明设置结果检测运动单元，能够将充分反应后的检测试纸输送至数据采集单元，试纸转运单元负责试纸批量上料单元至试纸收集缓冲单元的运输，结果检测运动单元负责试纸收集缓冲单元至数据采集单元的运输，检测试纸在试纸收集缓冲单元充分反应过程中，试纸转运单元还能够将新的检测试纸的运输，使得最先进入试纸收集缓冲单元检测试纸进行充分反应时，能够将更多的检测试纸输送至试纸收集缓冲单元。

本发明通过上述配合从而实现检测装置难以连续提供检测试纸。

另外，而检测试纸面积较大，连续提供检测试纸则需要检测装置提供更大的面积，而检测装置的面积有限，则会导致检测试纸连续提供的量较少。本发明试纸储槽和试纸收集槽用于检测试纸的叠放，能够充分利用检测装置的空间，减少检测装置的占地面积，从而能够提供更多的检测试纸，使得检测装置能够检测更多的病毒样本，降低检测时间。由于检测试纸叠放，使得检测试纸的采集和添加病毒检测试纸的收集存在难以有效配合的问题。本发明试纸储槽底部设置储存试纸出口使得未添加病毒的检测试纸在试纸储槽的运动方向由上至下，保证检测试纸的添加简便。而试纸收集槽底部设置收集试纸进口，添加病毒后的检测试纸在试纸收集槽的运动方向由下至上，不仅能够通过其运输方式和检测试纸自身重力保证添加病毒后检测试纸的顺序，从而保证病毒样本的检测顺序，同时保证病毒与检测试纸的充分反应；而且使得添加病毒后的检测试纸从试纸收集槽的上部开口被结果检测运动单元运输至数据采集单元，运输简便。

本发明中的试纸夹具运输检测试纸的运动路径设置为先经过试纸储槽，再经过加样台，然后经过试纸收集槽，能够使检测试纸从试纸储槽底部的储存试纸出口运出；经过加样台时，通过病毒样本加样单元的配合将病毒样本添加至检测试纸，然后从底部进入试纸收集槽，通过底部进入的检测试纸将试纸收集槽垫高，从而实现添加病毒的检测试纸在试纸收集槽内由下向上的运动。

该实施方式的一些实施例中，试纸储槽底部、试纸收集槽底部及加样台均设置用于试纸夹具运动的开口。方便试纸夹具将检测试纸取出、运动与放置。

由于试纸收集槽内的检测试纸占据收集试纸进口，后来的检测试纸从收集试纸进口进入试纸收集槽内较为困难，为了方便试纸收集槽内的检测试纸由下向上垫高，在一种或多种实施例中，试纸夹具设置用于接收检测试纸的卡槽，卡槽前端设置楔形结构，所述楔形结构用于将试纸收集槽内的检测试纸翘起。通过楔形结构将检测试纸翘起，使收集试纸进口腾空，从而使后来的检测试纸能够更方便的从收集试纸进口进入试纸收集槽内。试纸夹具运输检测试纸的运动路径的方向为前，反向为后。

该实施方式的一些实施例中，试纸收集缓冲单元设置柱形结构，柱形结构边缘设置若干试纸储槽。能够放置更多的检测试纸。

在一种或多种实施例中，柱形结构底部设置储存电机。用于柱形结构的旋转，方便将试纸储槽运转到试纸夹具运输检测试纸的运动路径，避免运动路径的复杂设置，降低成本。

该实施方式的一些实施例中，试纸收集缓冲单元设置柱状结构，柱状结构边缘设置若干试纸收集槽。能够放置更多的检测试纸。

在一种或多种实施例中，柱状结构底部设置收集电机。用于柱状结构的旋转，方便将试纸收集槽运转到试纸夹具运输检测试纸的运动路径，避免运动路径的复杂设置，降低成本。

试纸转运单元运转动力部件包括运转电机和传动杆，转电机和传动杆的配合带动试纸夹具运动。

该实施方式的一些实施例中，结果检测运动单元设置试纸顶杆和运动动力部件，运动动力部件带动试纸顶杆上下运动，使试纸收集槽内的检测试纸从试纸收集槽顶部开口顶出。

运动动力部件包括运转电机和运转丝杠，运转电机和运转丝杠的配合带动试纸顶杆上下运动。

试纸顶杆可以横向设置也可以竖向设置，当竖向设置时，需要纵向空间较大，不利于节约空间，在一种或多种实施例，试纸顶杆横向设置，试纸收集槽的侧壁设置用于试纸顶杆运动的开口。能够使试纸顶杆从侧向将检测试纸顶出试纸收集槽。此时，试纸收集缓冲单元设置柱状结构，柱状结构边缘设置若干试纸收集槽后，当一个试纸收集槽收集满后，柱状结构旋转，使空的试纸收集槽继续收集检测试纸，而满载检测试纸的试纸收集槽可以通过试纸顶杆的运动，使检测试纸顶出至数据采集单元进行检测。

数据采集单元设置在试纸收集槽上方，以便对顶出的检测试纸进行信息采集。

该实施方式的一些实施例中，数据采集单元包括推杆、推动动力部件和检测探头，推动动力部件带动推杆水平运动，使被顶出的检测试纸推向检测探头。能够通过后一个试纸将前一个检测过的检测试纸推出，能够更好的实现不同检测试纸的连续信息采集。

推动动力部件包括推动电机和推动丝杠，推动电机和推动丝杠的配合带动推杆水平运动。

该实施方式的一些实施例中，病毒样本加样单元设置机械臂、机械动力部件、压力泵、压力泵管和取样针，取样针安装在机械臂上；机械动力部件带动机械臂运动，使取样针在病毒样本与加样台之间运动；压力泵进行压力控制通过压力泵管使取样针实现病毒样本的取样及输送。

在一种或多种实施例中，病毒样本加样单元设置清洗水箱。通过压力泵和压力泵管将水输送至取样针，实现对取样针的清洗，从而使得取样针能够连续取样。

该实施方式的一些实施例中，包括病毒样本灭活单元及病毒样本运动部件，病毒样本灭活单元用于对病毒样本进行灭活，病毒样本运动部件能带动病毒样本运动至病毒样本灭活单元和病毒样本加样单元配合位置。

不同的病毒样本放置在不同样本管中，若干样本管放置在样本座上。病毒样本运动部件带动样本座进行运动。

本发明的另一种实施方式，提供了一种上述高通量病毒检测装置在检测新冠病毒中的应用。

本发明采用上述高通量病毒检测装置，能够一次性加入若干采集后的新冠病毒样本，同时对添加的新冠病毒样本进行连续化检测，实现新冠病毒高通量自动化检测，提高检测效率和避免交叉感染风险。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

实施例

一种高通量病毒检测装置，如图2所示，包括病毒样本灭活单元2，负责对病毒样本进行灭活处理；病毒样本加样单元3，包括样本转运机械臂和取样针，负责向系统提供病毒检测样本；试纸批量上料单元4，负责储存试纸；试纸收集缓冲单元6，负责收集加样后的试纸，并提供一个缓冲区给试纸一个检测的缓冲时间；试纸转运单元5，负责按照需求先将试纸单个转运至加样台，然后将试纸转运至试纸收集缓冲单元6；试纸结果检测运动单元7，负责将加过病毒样品的试纸转运至试纸丢弃及数据采集单元8；试纸丢弃及数据采集单元8，负责判读试纸上的结果并将判读后的试纸回收；上述各单元均安装在整机支架1上，各单元在控制程序的驱动下自动完成新冠病毒检测并生成结果报告。

病毒样本灭活单元2，如图3所示，包括样本座9、舱室门10、全自动舱室11、真空泵12和电动滑台13。样本座9为8行12列排列的支架，可同时容纳96个样品管。全自动舱室11内置恒温加热管和负压控制系统(即真空泵12)。当样本座9进行灭活时，舱室门10打开，电动滑台13自动将样本座推入到舱室，待样本座9进入舱室后关闭舱室门10，此时真空泵12开始工作并保持负压环境，内部气体不会外溢，同时内置恒温加热管开始高温灭菌。灭菌时间到了后舱室门10自动打开，同时电动滑台13将样本座从舱室内拖出，待拖出后舱室门10关闭。

病毒样本加样单元3，如图4所示，包括样本转运机械臂14、用以连接控制机械臂14控制器的电缆15、取样泵管16和取样针17。机械臂14内设置机械臂运动部件，负载机械臂14的运动。当样本座9灭菌完成后，样本座9通过滑轨推至取样针17下方，由机械臂14控制取样针17根据控制程序中样本管在样本座所处位置定点、定量取样加入到检测试纸加样口，在每次取样后通过取样泵管16连接的压力泵冲洗取样针17，避免交叉污染。

样本座9通过电动滑台13进入全自动舱室11的起点与通过滑轨推送至取样针17下方的起点相比，但是方向不同。电动滑台13送入全自动舱室11是Y轴运动，滑轨至取样针下方是X轴运动。两个动作不能同时运行，只有在起始点才能选择其中一个动作运行，运行过程中，另一轴禁止动作；而另一轴需要动作时，需要已动作的轴恢复至起始位置，通过程序的控制，两个运动方向并不会彼此影响。

试纸批量上料单元4，如图5所示，包括储存支架18，储存支架18边缘均匀设置6个试纸储槽19，每个试纸储槽19可容纳20个试纸，一次性可容纳120个试纸，主要负责大批量装载未检测试纸，其下部安装有储存电机，可在程序控制下旋转，向试纸转运单元5提供未检测试纸。试纸储槽19底部侧壁开设储存试纸出口19-1，试纸储槽19底板开设第一滑道开口19-2。

试纸收集缓冲单元6，如图8所示，包括收集支架24，收集支架24边缘设置6个试纸收集槽25，试纸收集槽25底部侧壁开设收集试纸进口25-1，试纸收集槽25底板开设第二滑道开口25-2。收集支架24底部设置收集电机26，负责将加样后的试纸收集到缓冲组件试纸槽位置，每个试纸槽满了以后，收集支架24会在收集电机26带动下转动至下一个空试收集纸槽位置，等待试纸转运单元5继续推送试纸。试纸收集缓冲单元6的容量为120个试纸。

试纸转运单元5，如图6所示，包括试纸夹具20、传动杆21、第一运转电机22和第二运转电机23。试纸夹具20，如图7所示，设置卡槽20-1，卡槽20-1前端设置楔形结构20-2。试纸夹具20在第一运转电机22控制下可左右运动，在第二运转电机23控制下可左右运动，通过试纸夹具20的上下、左右运动使试纸夹具20运动至试纸储槽19正下方，使试纸储槽19底部的试纸卡合在试纸夹具20的卡槽20-1内，然后通过试纸夹具20左右运动将未检测试纸从试纸储槽19的储存试纸出口19-1推出，并推到加样台位置等待加样，待加样完成后再通过试纸夹具20左右运动将加完样的试纸转运到收集缓冲单元6，从收集试纸进口25-1进入至试纸收集槽25内，如图11所示。试纸夹具20在第一滑道开口19-2和第二滑道开口25-2内运动，每完成一次加样任务，试纸转运单元5将置换一个未检测试纸。当试纸收集槽25存在试纸时，存在的试纸挡住收集试纸进口25-1，试纸夹具20前端楔形结构20-2将存在的试纸翘起，露出收集试纸进口25-1，从而使得新的试纸进入试纸收集槽25内。

试纸结果检测运动单元7，如图9所示，包括试纸顶杆27、运转丝杠28和运转电机29，运转丝杠28在运转电机29推动下拉动试纸顶杆27，试纸顶杆27水平设置，试纸顶杆27从第二滑道开口25-2进入试纸收集槽25内，从而将已反应过的试纸从试纸收集槽25内顶出，进入至数据采样及试纸丢弃单元8的通道上。

数据采集及试纸丢弃单元8，如图10所示，包括推杆30、推动丝杠31、限位开关32、推动电机33和检测探头34。在推动电机33推动下，推动丝杠31带动推杆30将已反应过的检测试纸按照先后顺序推入到结果判读位置，限位开关32负责控制试纸35准确停靠在结果判读位置，检测探头34负责读取试纸有效区和阴阳区的颜色，并将结果输出。在后的试纸将在前的试纸推出，使在前的试纸脱离结果判读位置并掉落丢弃。掉落丢弃的试纸经过收集盒收集，人工从检测装置中拿出。

本实施例提供的病毒检测装置能够用于新冠病毒的高通量检测。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。