一种基于RepRap开源3D打印平台的低成本、自动化核酸提取系统

A Low-cost,Automated Nucleic Acid Extrac?tion System Converted from the Open-Source RepRap 3D Printer

二维码有效期 120s

摘要自动化核酸提取技术对于核酸扩增和高通量测序等分子检测应用至关重要.当前,大部分商用自动化核酸提取仪主要以磁分离技术为主,采用高度集成的封闭式结构设计方案,成本高,且不利于在资源有限的环境下使用.此外,核酸样本处理功能模块一旦固定,便很难根据需要对其功能更新和拓展.为了应对上述挑战,该文在基于"快速复制原型机(RepRap)"开源项目的低成本3D打印平台上,设计并构建了一套桌面式8通道自动化核酸提取系统.采用RepRap开源设计,系统模块功能的设计更快速、灵活,可编程,可以根据需要及时进行迭代更新,缩短了系统的研制和测试周期.在开发的系统中,加热、机械运动和8通道磁分离模块功能可与开源3D打印硬件无缝集成.其中,将8通道磁分离模块直接替换3D打印平台的热挤出机,通过G-code编程,可实现自动化核酸提取的高精度定位和机械运动控制.此外,该系统为自动化核酸提取开发了专用实验方案和控制软件.其中,三轴运动平台和核酸提取模块分别由上位机和模块驱动电路进行有效控制;加热模块由4个专门设计的铝制加热底座和3D打印机原有的加热板组成.加热底座通过与96深孔板适配,使深孔板贴合在加热板上,可实现较高的热转换效率.该研究以λDNA为标准核酸样品,对系统的核酸提取纯度、提取效率(一致性和稳定性)进行分析,验证了系统的提取性能.结果显示,该系统对高浓度样品的提纯性能和效率优于低浓度样品.该系统还实现了大肠杆菌细胞质粒DNA的自动提取,进一步展示了其对于真实细胞样本纯化的有效性.该文研制的核酸提取系统有望为在实验室之外的资源有限环境中进行现场快速分子检测(POCT)提供一种经济有效的手段.