CN116790364A - 基于dna条形码对生物物种进行鉴定的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于DNA条形码对生物物种进行鉴定的装置及方法，涉及生物物种鉴定技术领域，包括机壳和主控箱，还包括设于机壳内的温控加热器以及两侧设有冷却槽的冷却机组，所述温控加热器上设有两个反应腔，所述温控加热器用于对反应腔进行温度可控的加热操作，两个所述反应腔呈相对倾斜设置而构成V字型结构；移料组件，所述移料组件包括竖移机组、设于竖移机组上的平移机组以及通过传动件相连接的两个移料架，两个移料架的初始位置与冷却机组两侧的冷却槽的位置相对应，所述移料架上设有夹持结构并通过夹持结构固定有管架。本发明提高了设备的交叉处理能力，装置的处理效率得到有效提升。
Description
技术领域
本发明属于生物物种鉴定技术领域，具体涉及基于DNA条形码对生物物种进行鉴定的装置及方法。
背景技术
DNA条形码分子鉴定法是利用基因组中一段公认的、相对较短的DNA序列来进行物种鉴定的一种分子生物学技术，是传统形态鉴别方法的有效补充，该技术为生物多样性调查和研究提供了一种新的高效和精确的手段，将有助于更好地保护和管理生物多样性和生态系统，该技术的工作流程包括样品采集、DNA提取、设计和合成通用引物、选引物，优化反应条件进行PCR扩增、PCR产物的纯化、序列测定和分析，其中，PCR扩增过程至关重要，扩增后的DNA片段使得测序仪能够检测到信号，便于后续的测定和分析；
目前针对生物物种鉴定使用的PCR扩增设备存在以下弊端，针对单组待测DNA样品的扩增需要重复进行升降温操作，扩增完成后，设备温度高，待测样品需要冷却后拿出再进行后续组别的扩增，导致单组样品的处理周期长，效率低，对此，我们提出了基于DNA条形码对生物物种进行鉴定的装置及方法。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供基于DNA条形码对生物物种进行鉴定的装置及方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明提供基于DNA条形码对生物物种进行鉴定的装置，包括机壳和主控箱，还包括，
设于机壳内的温控加热器以及两侧设有冷却槽的冷却机组，所述温控加热器上设有两个反应腔，且温控加热器用于对反应腔进行温度可控的加热操作，两个所述反应腔呈相对倾斜设置而构成V字型结构；
移料组件，所述移料组件包括竖移机组、设于竖移机组上的平移机组以及通过传动件相连接的两个移料架，两个移料架的初始位置与冷却机组两侧的冷却槽的位置相对应，所述移料架上设有夹持结构并通过夹持结构固定有管架；
先由所述平移机组驱动移料架从初始位置平移的同时驱动传动件带动移料架摆动至与反应腔正上方位置相对应，再由竖移机组驱动平移机组及移料架竖移，使得移料架上的管架伸入反应腔内。
作为本发明的进一步优化方案，所述平移机组包括滑动设于竖移机组上的横架、设于横架靠近冷却机组处的限位座、活动设于限位座上的滑座以及设于横架上与滑座相连接的电推杆，所述传动件设于滑座上。
作为本发明的进一步优化方案，所述传动件包括连接两个移料架的连杆、两个垂直轴接在滑座上的连轴件、设于两个连轴件顶端呈啮合配合的两个第一齿轮以及设于两个连轴件底端的两个呈间隙配合的第二齿轮，所述限位座上设有直齿条，所述直齿条的齿部延伸至两个所述第二齿轮的间隙处并与两个第二齿轮呈啮合配合。
作为本发明的进一步优化方案，所述移料架上开设与贯通槽，所述夹持结构包括设于贯穿槽内呈相对设置的卡架和限位板，所述卡架两端伸入移料架内，所述移料架内部对应卡架的两端设有与之相插接的弹簧杆。
作为本发明的进一步优化方案，所述卡架的外侧设有抵接板、轴接在移料架上的从动齿轮以及与从动齿轮同轴设置的凸轮件，所述平移机组上对称设有两个弧形齿条，所述移料架上开设有供弧形齿条贯穿的通孔。
作为本发明的进一步优化方案，所述机壳的上端面对应冷却机组的位置处轴接有上翻盖。
本发明还提供一种如上述任一所述的基于DNA条形码对生物物种进行鉴定的方法，其包括以下步骤：
步骤一：采集并提取待测生物物种的样品DNA；
步骤二：将装有样品DNA和DNA条形码引物的管架放置于移料架，由平移机组驱动移料架平移的同时驱动传动件带动移料架转动使得移料架与反应腔的位置相对应，利用竖移机组驱动移料架下移，使装有样品DNA的管架伸入反应腔内，由温控加热器对反应腔内部进行温度可控的加热操作，进行样品DNA的PCR扩增过程，得到待测生物物种富集的DNA条形码片段；
步骤三：对扩增的DNA条形码片段进行测序、利用软件校正序列，建立系统进化树，得到分析鉴定结果；
步骤四：将研究样品的DNA序列、图像提交至DNA条形码数据库。
本发明的有益效果在于：
本发明设置移料组件，由移料组件驱动装有DNA待测样品的管架在冷却机组与温控加热器之间移动，完成重复循环变性-退火-延伸的扩增过程，另外针对处理样品较多情况下，能够单独由温控加热器完成重复循环变性-退火-延伸的扩增过程，再冷却机组提供扩增后的冷却操作，提高了设备的交叉处理能力，装置的处理效率得到有效提升。
附图说明
图1为本发明提供的整体结构示意图；
图2为本发明提供的内部结构俯视图；
图3为本发明提供的移料结构的工作状态图；
图4为本发明提供的移料架的结构示意图；
图5为本发明提供的齿条的立体结构示意图；
图中：1、机壳；2、主控箱；3、温控加热器；4、竖移机组；5、反应腔；6、移料架；7、管架；8、平移机组；81、横架；82、电推杆；83、滑座；84、限位座；85、直齿条；9、冷却机组；10、传动件；101、连杆；102、第一齿轮；103、第二齿轮；104、连轴件；11、夹持结构；111、卡架；112、弹簧杆；113、抵接板；114、限位板；115、从动齿轮；116、弧形齿条；117、凸轮件；12、上翻盖。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
如图1-3所示，本实施例提供基于DNA条形码对生物物种进行鉴定的装置，具体是针对待鉴定生物物种的DNA片段进行扩增的仪器设备；
结构包括机壳1和主控箱2，所述机壳1的上端面对应冷却机组9的位置处轴接有上翻盖12，还包括设于机壳1内的温控加热器3以及两侧设有冷却槽的冷却机组9，所述温控加热器3上设有两个反应腔5，所述温控加热器3用于对反应腔5进行温度可控的加热操作，两个所述反应腔5呈相对倾斜设置而构成V字型结构；
温控加热器3为温度可控的电热式加热器，设定温控加热器3的温度至DNA变性所需的温度，温控加热器3加热反应腔5使其内部温度上升至设定温度，放置于反应腔5内的DNA片段被加热至变性一段时间，使得DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA充分解离，使之成为单链，而冷却机组9为水冷机组，用于提供冷却退火功能，使得DNA片段经加热变性成单链后的温度降至55℃左右后引物与模板DNA单链互补序列可以配对结合，而DNA-引物结合物在TaqDNA聚合酶的作用下，以dNTP为反应原料，靶序列为模板，按碱基配对与半保留复制原理，合成一条新的与模板DNA链互补的半保留复制链，完成DNA片段扩增的过程；
所述移料组件包括竖移机组4、设于竖移机组4上的平移机组8以及通过传动件10相连接的两个移料架6，两个移料架6的初始位置与冷却机组9两侧的冷却槽的位置相对应，所述移料架6上设有夹持结构11并通过夹持结构11固定有管架7；
所述平移机组8包括滑动设于竖移机组4上的横架81、设于横架81靠近冷却机组9处的限位座84、活动设于限位座84上的滑座83以及设于横架81上与滑座83相连接的电推杆82，所述传动件10设于滑座83上，所述传动件10包括连接两个移料架6的连杆101、两个垂直轴接在滑座83上的连轴件104、设于两个连轴件104顶端呈啮合配合的两个第一齿轮102以及设于两个连轴件104底端的两个呈间隙配合的第二齿轮103，所述限位座84上设有直齿条85，所述直齿条85的齿部延伸至两个所述第二齿轮103的间隙处并与两个第二齿轮103呈啮合配合。
平移机组8的应用过程为，电推杆82推动滑座83相对于限位座84产生滑动，使得滑座83上通过传动件10连接的两个移料架6产生平移，同时限位座84上的直齿条85与两个第二齿轮103产生传动，使得两个第二齿轮103转动，由于第一齿轮102与第二齿轮103经连轴件104同轴设置，进而两个第二齿轮103转动的同时，连轴件104及第一齿轮102也随之转动，移料架6通过连杆101与连轴件104连接，在连轴件104转动的同时，使得移料架6从与反应腔5相同的状态转动至水平状态，从而平移后能够与冷却机组9的冷却槽的位置相对应。
实施例1在应用时，工作人员在冷却机组9的位置处，将装有DNA待测样品的管架7固定在移料架6上，所述平移机组8驱动移料架6平移的同时驱动传动件10带动移料架6转动使得移料架6与反应腔5的位置相对应，再由竖移机组4驱动平移机组8整体实现高度下降，使得移料架6上的管架7整个置入反应腔5中进行变性过程，随后，进行退火复性过程时，再由竖移机组4驱动平移机组8复位至原高度，移料架6上的管架7离开反应腔5，再由平移机组8驱动移料架6从温控加热器3移动至冷却机组9处进行退火变性，在本实施例中，装载着DNA片段的管架7通过移料组件在温控加热器3及冷却机组9之间移动，使得DNA片段得以重复循环变性-退火-延伸三过程，获得尽可能多的半保留复制链，供后续的测序对比。
此外，本实施例的温控加热器3能够对反应腔5内的温度进行可控调节，在处理样品数较多的情况下，移料组件将装有装有DNA待测样品的管架7移动至反应腔5中，单独由温控加热器3控制反应腔5内部温度变化从而完成对DNA片段的重复循环变性-退火-延伸三过程，之后，再由移料组件驱动装有DNA待测样品的管架7移动至冷却机组9处下料，装有DNA待测样品的管架7在冷却机组9内部进行冷却，将下批次的装有DNA待测样品的管架7再放置在移料组件上，移料组件将装有装有DNA待测样品的管架7移动至反应腔5中，重复上述过程，实现针对处理样品较多情况下，设备的交叉处理能力，可提高效率。
实施例2
如图4-5所示，在实施例1的基础上，所述移料架6上开设与贯通槽，所述夹持结构11包括设于贯穿槽内呈相对设置的卡架111和限位板114，所述卡架111两端伸入移料架6内，所述移料架6内部对应卡架111的两端设有与之相插接的弹簧杆112。
所述卡架111的外侧设有抵接板113、轴接在移料架6上的从动齿轮115以及与从动齿轮115同轴设置的凸轮件117，所述平移机组8上对称设有两个弧形齿条116，所述移料架6上开设有供弧形齿条116贯穿的通孔。
夹持结构11应用时，夹持结构11初始状态下也具备一定的夹持力，便于固定管架7，另外，当平移机组8驱动移料架6从冷却机组9向着温控加热器3平移的同时驱动传动件10带动移料架6转动时，轴接在移料架6上的从动齿轮115与弧形齿条116产生啮合传动，从动齿轮115带着同轴设置的凸轮件117转动，使得凸轮件117的凸端接触抵接板113，使得抵接板113产生位移，抵接板113所连接的卡架111与弹簧杆112产生相对位移，弹簧杆112压缩，卡架111与限位板114之间的间距被压缩，将置放在两者间的管架7进行固定夹持，保证移料架6对管架7的固定效果，对应地，平移机组8驱动移料架6从温控加热器3向着冷却机组9平移后，夹持结构11对管架7的夹持效果减弱，便于工作人员将管架7推入冷却槽中冷却。
实施例3
本实施例还提供一种如上述任一所述的基于DNA条形码对生物物种进行鉴定的方法，其包括以下步骤：
步骤一：采集并提取待测生物物种的样品DNA；
步骤二：将装有样品DNA和DNA条形码引物的管架7放置于移料架6，由平移机组8驱动移料架6平移的同时驱动传动件6带动移料架6转动使得移料架6与反应腔5的位置相对应，利用竖移机组4驱动移料架6下移，使装有样品DNA的管架7伸入反应腔5内，由温控加热器3对反应腔5温度可控的加热操作，进行样品DNA的PCR扩增过程，得到待测生物物种富集的DNA条形码片段；
步骤三：对扩增的DNA条形码片段进行测序、利用软件校正序列，建立系统进化树，得到分析鉴定结果；
步骤四：将研究样品的DNA序列、图像提交至DNA条形码数据库。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.基于DNA条形码对生物物种进行鉴定的装置，包括机壳(1)和主控箱(2)，其特征在于：还包括，
设于机壳(1)内的温控加热器(3)以及两侧设有冷却槽的冷却机组(9)，所述温控加热器(3)上设有两个反应腔(5)，且温控加热器(3)用于对反应腔(5)进行温度可控的加热操作，两个所述反应腔(5)呈相对倾斜设置而构成V字型结构；
移料组件，所述移料组件包括竖移机组(4)、设于竖移机组(4)上的平移机组(8)以及通过传动件(10)相连接的两个移料架(6)，两个移料架(6)的初始位置与冷却机组(9)两侧的冷却槽的位置相对应，所述移料架(6)上设有夹持结构(11)并通过夹持结构(11)固定有管架(7)；
先由所述平移机组(8)驱动移料架(6)从初始位置平移的同时驱动传动件(10)带动移料架(6)摆动至与反应腔(5)正上方位置相对应，再由竖移机组(4)驱动平移机组(8)及移料架(6)竖移，使得移料架(6)上的管架(7)伸入反应腔(5)内。
2.根据权利要求1所述的基于DNA条形码对生物物种进行鉴定的装置，其特征在于：所述平移机组(8)包括滑动设于竖移机组(4)上的横架(81)、设于横架(81)靠近冷却机组(9)处的限位座(84)、活动设于限位座(84)上的滑座(83)以及设于横架(81)上与滑座(83)相连接的电推杆(82)，所述传动件(10)设于滑座(83)上。
3.根据权利要求2所述的基于DNA条形码对生物物种进行鉴定的装置，其特征在于：所述传动件(10)包括连接两个移料架(6)的连杆(101)、两个垂直轴接在滑座(83)上的连轴件(104)、设于两个连轴件(104)顶端呈啮合配合的两个第一齿轮(102)以及设于两个连轴件(104)底端的两个呈间隙配合的第二齿轮(103)，所述限位座(84)上设有直齿条(85)，所述直齿条(85)的齿部延伸至两个所述第二齿轮(103)的间隙处并与两个第二齿轮(103)呈啮合配合。
4.根据权利要求1所述的基于DNA条形码对生物物种进行鉴定的装置，其特征在于：所述移料架(6)上开设与贯通槽，所述夹持结构(11)包括设于贯穿槽内呈相对设置的卡架(111)和限位板(114)，所述卡架(111)两端伸入移料架(6)内，所述移料架(6)内部对应卡架(111)的两端设有与之相插接的弹簧杆(112)。
5.根据权利要求4所述的基于DNA条形码对生物物种进行鉴定的装置，其特征在于：所述卡架(111)的外侧设有抵接板(113)、轴接在移料架(6)上的从动齿轮(115)以及与从动齿轮(115)同轴设置的凸轮件(117)，所述平移机组(8)上对称设有两个弧形齿条(116)，所述移料架(6)上开设有供弧形齿条(116)贯穿的通孔。
6.根据权利要求1所述的基于DNA条形码对生物物种进行鉴定的装置，其特征在于：所述机壳(1)的上端面对应冷却机组(9)的位置处轴接有上翻盖(12)。
7.一种如权利要求1-6任一所述的基于DNA条形码对生物物种进行鉴定的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：采集并提取待测生物物种的样品DNA；
步骤二：将装有样品DNA和DNA条形码引物的管架(7)放置于移料架(6)，由平移机组(8)驱动移料架(6)平移的同时驱动传动件(10)带动移料架(6)转动使得移料架(6)与反应腔(5)的位置相对应，利用竖移机组(4)驱动移料架(6)下移，使装有样品DNA的管架(7)伸入反应腔(5)内，由温控加热器(3)对反应腔(5)进行温度可控的加热操作，进行样品DNA的PCR扩增过程，得到待测生物物种富集的DNA条形码片段；
步骤三：对扩增的DNA条形码片段进行测序、利用软件校正序列，建立系统进化树，得到分析鉴定结果；
步骤四：将研究样品的DNA序列、图像提交至DNA条形码数据库。
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