本發(fā)明涉及生命醫(yī)學(xué)檢測(cè)、診斷領(lǐng)域，尤其涉及一種基于微流控芯片的一體化核酸提取與擴(kuò)增檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

微流控芯片技術(shù)由于其獨(dú)到的技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，正日益受到世界各國研究人員的重視，在生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)診斷、食品安全、動(dòng)植物檢驗(yàn)檢疫等各領(lǐng)域均展示了潛在的應(yīng)用前景。對(duì)于生物醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域，微流控芯片的顯著優(yōu)勢(shì)在于：通過自動(dòng)化、流水式的工作模式，大幅縮短樣品處理時(shí)間，提高檢測(cè)效率，降低反應(yīng)試劑和樣品消耗，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、低成本、智能化的快速醫(yī)學(xué)檢測(cè)。

作為一種具有高靈敏度與高特異性的檢測(cè)方法，以pcr技術(shù)為基礎(chǔ)的核酸診斷分析方法是分子診斷中的核心技術(shù)之一。近年來，基于微流控芯片的核酸診斷分析方法也受到了廣泛關(guān)注。一方面，研制基于微流控芯片的核酸自動(dòng)提取系統(tǒng)，則可以通過微流控芯片實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)核酸提取各個(gè)手工操作步驟的自動(dòng)化，顯著提高核酸診斷分析效率；另一方面，研制基于微流控芯片的pcr擴(kuò)增檢測(cè)系統(tǒng)，則可以提高pcr擴(kuò)增效率、減少檢測(cè)時(shí)間，并通過降低試劑用量、減少人工操作等手段來降低檢測(cè)成本。將核酸自動(dòng)提取過程與pcr擴(kuò)增檢測(cè)過程相互集成，構(gòu)建一體化的核酸提取與擴(kuò)增檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)于進(jìn)一步提高核酸診斷分析效率，實(shí)現(xiàn)整個(gè)核酸診斷分析過程的自動(dòng)化具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。尤其是，基于新型的實(shí)時(shí)對(duì)流pcr技術(shù)，將自動(dòng)核酸提取與實(shí)時(shí)對(duì)流pcr擴(kuò)增檢測(cè)相結(jié)合，與基于傳統(tǒng)pcr的核酸診斷分析方法相比，借助更加高效的實(shí)時(shí)對(duì)流pcr，能夠進(jìn)一步提升全自動(dòng)核酸診斷分析系統(tǒng)的整體性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于設(shè)計(jì)一種一體化核酸提取與擴(kuò)增檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對(duì)原始樣品，如血液、唾液中的病毒顆粒進(jìn)行裂解、純化和洗脫，并對(duì)洗脫得到的核酸模板進(jìn)行cpcr擴(kuò)增反應(yīng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)增產(chǎn)物的實(shí)時(shí)熒光檢測(cè)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種一體化核酸提取與擴(kuò)增檢測(cè)系統(tǒng)，包括一次性微流控芯片和配套的檢測(cè)裝置。通過微流控芯片與檢測(cè)裝置的相互配合，依次完成裂解、核酸吸附、純化、洗脫、核酸擴(kuò)增等步驟，最終實(shí)現(xiàn)樣品進(jìn)-結(jié)果出的檢測(cè)過程。

該系統(tǒng)包括微流控芯片和檢測(cè)裝置，微流控芯片固定在檢測(cè)裝置的廢液芯片固定模塊上；其中，微流控芯片包括反應(yīng)單元和廢液存儲(chǔ)單元；檢測(cè)裝置包括振動(dòng)模塊、流體驅(qū)動(dòng)模塊、磁珠驅(qū)動(dòng)模塊、廢液芯片固定模塊、加熱模塊和熒光檢測(cè)模塊。反應(yīng)單元固定在廢液存儲(chǔ)單元上面，廢液存儲(chǔ)單元固定在廢液芯片固定模塊上，振動(dòng)模塊位于反應(yīng)單元底部，流體驅(qū)動(dòng)模塊通過軟管連接至廢液存儲(chǔ)單元?dú)饪滋?，加熱模塊位于微流控芯片的中部位置，熒光檢測(cè)模塊位于加熱模塊的上端，磁珠驅(qū)動(dòng)模塊位于振動(dòng)模塊的前端頂部。

具體而言，振動(dòng)模塊包括振動(dòng)池2、緩沖棉、振動(dòng)電機(jī)固定環(huán)3、振動(dòng)電機(jī)4、芯片槽5、彈簧a6、限位銷釘7和卡扣8；所述振動(dòng)電機(jī)固定環(huán)3位于振動(dòng)池2上，緩沖棉置于振動(dòng)電機(jī)固定環(huán)3和振動(dòng)池2之間，振動(dòng)電機(jī)4內(nèi)嵌于振動(dòng)電機(jī)固定環(huán)3中，芯片槽5通過彈簧a6和限位銷釘7固定于振動(dòng)電機(jī)固定環(huán)3上表面，卡扣8安裝在芯片槽5的上表面。

流體驅(qū)動(dòng)模塊包括真空泵9、真空泵固定座10、軟管11、吸盤固定架12和吸盤13；真空泵9固定在真空泵固定座10上，吸盤13固定在吸盤固定架12上，吸盤固定架12固定在廢液芯片槽17上，軟管11連接真空泵9的進(jìn)氣口和吸盤13的內(nèi)孔；

磁珠驅(qū)動(dòng)模塊包括直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)14、磁鐵轉(zhuǎn)接架15和磁鐵16；磁鐵轉(zhuǎn)接架15固定在直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)14上，磁鐵16固定在磁鐵轉(zhuǎn)接架15上；

廢液芯片固定模塊包括廢液芯片槽17、底座18、彈簧b19和限位銷釘20；底座18設(shè)在廢液芯片槽17內(nèi)，底座18通過彈簧b19與限位銷釘20固定；

加熱模塊包括導(dǎo)熱塊21、加熱膜22、加熱膜固定片23和測(cè)溫元件24；導(dǎo)熱塊21通過隔熱材料固定于底板1上，加熱膜22固定于導(dǎo)熱塊21與加熱膜固定片23之間；導(dǎo)熱塊21頂部前端孔為擴(kuò)增管加熱槽，后端孔為測(cè)溫元件24的固定槽；

熒光檢測(cè)模塊包括激發(fā)光路和接收光路，其中，激發(fā)光路由led板25、led固定件26、led散熱片27、激發(fā)固定架28、第一濾光片29和光纖30構(gòu)成，接收光路由接收固定架31、第二濾光片32、光纖33組成；led板25固定在led固定件26上，散熱片27固定在led板25背面，led固定件26、第一濾光片29和光纖30固定在激發(fā)固定架28上，第二濾光片32和光纖33固定在接收固定架31上；

微流控芯片中，反應(yīng)單元包括蓋片34、提取腔35和擴(kuò)增管36，廢液存儲(chǔ)單元包括廢液腔37和密封圈38；蓋片34固定在提取腔35上，蓋片34上設(shè)有圓形注樣孔，提取腔35的底部包含有圓孔通道，擴(kuò)增管36位于提取腔35底部圓孔通道正下方，與圓孔通道連通，擴(kuò)增管36頂部為軟性材料制作。廢液腔37頂部包含有圓形凹槽，圓形凹槽內(nèi)嵌有密封圈38，圓形凹槽內(nèi)包含有通道孔并與廢液腔37連通，廢液腔37頂部包含有氣孔與吸盤13連通。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果。

1、本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種一體化核酸提取與擴(kuò)增檢測(cè)系統(tǒng)，通過微流控芯片與檢測(cè)裝置之間的相互配合，依次完成裂解、核酸吸附、純化、洗脫、核酸擴(kuò)增等步驟，最終實(shí)現(xiàn)樣品進(jìn)-結(jié)果出的檢測(cè)過程。本裝置具有體積小、自動(dòng)化程度高、方便快捷、操作簡單、成本低等特點(diǎn)。

2、本發(fā)明提出了一體化的核酸提取和擴(kuò)增檢測(cè)方法，將提取的核酸模板直接在同一個(gè)芯片上進(jìn)行核酸擴(kuò)增，并采用cpcr擴(kuò)增反應(yīng)方式，反應(yīng)速度快。

3、本發(fā)明提出了振動(dòng)的試劑混合方式，不僅實(shí)現(xiàn)反應(yīng)試劑之間的快速混合，還有助于磁珠吸附dna。

4、本發(fā)明提出了通過pcr擴(kuò)增試劑沖洗磁珠，使得磁珠表面吸附的核酸模板被溶解進(jìn)入pcr擴(kuò)增試劑，兩者相互混合后，停留在擴(kuò)增管內(nèi)，簡化操作步驟，加快檢測(cè)過程。

5、本發(fā)明提出了擴(kuò)增管既是連接通道，也是擴(kuò)增反應(yīng)器的設(shè)計(jì)，簡化了微流控芯片的結(jié)構(gòu)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1：為本發(fā)明一體化核酸提取與擴(kuò)增檢測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例示意圖。

圖2：為本發(fā)明振動(dòng)模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3：為本發(fā)明流體驅(qū)動(dòng)模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4：為本發(fā)明磁珠控制模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5：為本發(fā)明廢液芯片固定模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6：為本發(fā)明加熱模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7：為本發(fā)明熒光檢測(cè)模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8：為本發(fā)明微流控芯片整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、底板，2、振動(dòng)池，3、振動(dòng)電機(jī)固定環(huán)，4、振動(dòng)電機(jī)，5、芯片槽，6、彈簧a，7、限位銷釘，8、卡扣，9、真空泵，10、真空泵固定架，11、軟管，12、吸盤固定架，13、吸盤，14、直流電機(jī)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，15、磁鐵轉(zhuǎn)接架，16、磁鐵，17、廢液芯片槽，18、底座，19、彈簧b，20、限位銷釘，21、導(dǎo)熱塊，22、加熱膜，23、加熱膜固定，24、測(cè)溫文件，25、led板，26、led固定件，27、led散熱片，28、激發(fā)固定架，29、第一濾光片，30、光纖，31、接收固定架，32、第二濾光片，33、光纖，34、蓋片，35、提取腔，36、擴(kuò)增管，37、廢液腔，38、密封圈。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。以下對(duì)至少一個(gè)示例性實(shí)施例的描述實(shí)際上僅僅是說明性的，決不作為對(duì)本發(fā)明及其應(yīng)用或使用的任何限制?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

除非另外具體說明，否則在這些實(shí)施例中闡述的部件和步驟的相對(duì)布置、數(shù)字表達(dá)式和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。

同時(shí)，應(yīng)當(dāng)明白，為了便于描述，附圖中所示出的各個(gè)部分的尺寸并不是按照實(shí)際的比例關(guān)系繪制的。

對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適當(dāng)情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為授權(quán)說明書的一部分。

在這里示出和討論的所有示例中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實(shí)施例的其它示例可以具有不同的值。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步討論。

如圖1至圖8所示，該檢測(cè)裝置操作過程為：反應(yīng)前，將廢液存儲(chǔ)單元插入廢液芯片槽17內(nèi)，通過底座18的彈性結(jié)構(gòu)，使得廢液存儲(chǔ)單元與吸盤13緊密對(duì)接，將反應(yīng)單元從上往下插入到芯片槽5內(nèi)，通過卡扣8固定住反應(yīng)單元，擴(kuò)增管36底部通過密封圈38與廢液存儲(chǔ)單元緊密結(jié)合。

通過加樣孔將待測(cè)樣本和裂解液混合液注入到提取腔35內(nèi)，同時(shí)將磁珠注入到提取腔35內(nèi)。振動(dòng)模塊帶動(dòng)提取腔35快速振動(dòng)，使得提取腔35內(nèi)的裂解液與樣品、磁珠與液體試劑充分混合，磁珠吸附核酸?；旌贤瓿珊?，控制磁鐵16向下移動(dòng)至提取腔35前側(cè)，磁珠在磁鐵16的磁場(chǎng)作用下聚集到提取腔35的前側(cè)內(nèi)壁并被吸附住，啟動(dòng)真空泵9，提取腔35內(nèi)的廢液在負(fù)壓作用下通過擴(kuò)增管36向下轉(zhuǎn)移到廢液腔37內(nèi)，待廢液完全移除后，關(guān)閉真空泵9和復(fù)位磁鐵16，完成核酸裂解過程。

然后，通過加樣孔將洗滌液注入到提取腔35內(nèi)，與裂解過程進(jìn)行同樣操作，完成核酸提取的洗滌過程。

通過加樣孔注入pcr擴(kuò)增試劑，啟動(dòng)真空泵9并控制流速，pcr擴(kuò)增試劑在負(fù)壓作用下沖洗磁珠，將得磁珠表面吸附的核酸模板被溶解進(jìn)入pcr擴(kuò)增試劑，兩者相互混合后，停留在擴(kuò)增管36內(nèi)，關(guān)閉真空泵9。緊接著用石蠟油密封住擴(kuò)增管36上入口處，與此同時(shí)，通過磁鐵16將磁珠轉(zhuǎn)移到提取腔35內(nèi)，使得磁珠與pcr擴(kuò)增試劑完全分離。

開啟加熱膜22使溫度升至95℃，開始pcr擴(kuò)增反應(yīng)，在擴(kuò)增反應(yīng)過程中通過熒光檢測(cè)模塊對(duì)擴(kuò)增管36中的擴(kuò)增產(chǎn)物熒光信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并顯示結(jié)果，至此，完成核酸提取與擴(kuò)增檢測(cè)的全過程。

本發(fā)明是一種一體化核酸提取與擴(kuò)增檢測(cè)系統(tǒng)，將核酸自動(dòng)提取過程與cpcr擴(kuò)增檢測(cè)過程相互集成，進(jìn)一步提高核酸診斷分析效率，實(shí)現(xiàn)整個(gè)核酸診斷分析過程的自動(dòng)化。通過微流控芯片與檢測(cè)裝置的相互配合，完成了裂解、核酸吸附、純化、洗脫、核酸擴(kuò)增等步驟，實(shí)現(xiàn)了樣本進(jìn)-結(jié)果出的檢測(cè)過程。

將核酸提取功能和cpcr擴(kuò)增檢測(cè)功能集成在一個(gè)微流控芯片上，自動(dòng)完成核酸分析過程。振動(dòng)模塊、流體驅(qū)動(dòng)模塊、磁珠驅(qū)動(dòng)模塊、加熱模塊、熒光檢測(cè)模塊的控制全部通過一個(gè)微控制器實(shí)現(xiàn)。

核酸提取過程中，提取腔35內(nèi)反應(yīng)試劑的混合、反應(yīng)試劑與磁珠之間的相互混合通過振動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)。各步產(chǎn)生的廢液通過提取腔35與廢液腔37之間的等效連接通道，擴(kuò)增管36，排放到廢液腔37中。廢液腔37氣孔通過吸盤13與真空泵9相連，實(shí)現(xiàn)提取腔35內(nèi)反應(yīng)試劑的反應(yīng)停留和廢液的排放控制。

通過調(diào)整磁鐵16的位置，對(duì)提取腔35內(nèi)磁珠施加有效的磁場(chǎng)控制，避免廢液排放過程中的磁珠流失。通過再次調(diào)整磁鐵16的位置，將磁珠轉(zhuǎn)移到擴(kuò)增管36入口處，由磁鐵16固定磁珠，且使磁珠平鋪散開。

通過pcr擴(kuò)增試劑沖洗磁珠，使得磁珠表面吸附的核酸模板被溶解進(jìn)入pcr擴(kuò)增試劑，兩者相互混合后，停留在擴(kuò)增管36內(nèi)。

帶擴(kuò)增模板的pcr擴(kuò)增試劑進(jìn)入擴(kuò)增管36后，用石蠟油封閉其上部的入口，通過磁鐵16將磁珠轉(zhuǎn)移到提取腔35內(nèi)，使得磁珠與pcr擴(kuò)增試劑完全分離。

擴(kuò)增管36通過底部的毛細(xì)管通道與廢液腔37相連，由于表面張力作用，pcr擴(kuò)增試劑能夠停留在擴(kuò)增管36中。擴(kuò)增管36底部固定有加熱模塊，通過加熱膜22為擴(kuò)增反應(yīng)提供所需的穩(wěn)定溫度。

在擴(kuò)增管36中間位置固定有熒光檢測(cè)模塊，激發(fā)光路和接收光路成90度方向，對(duì)擴(kuò)增管36中的擴(kuò)增產(chǎn)物熒光信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。

上述附圖及具體實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明并不局限于此。在由本發(fā)明權(quán)利要求所限定的發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行細(xì)微的改變均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。如加熱器類型、各功能性氣孔、通道、反應(yīng)腔的形狀、尺寸以及數(shù)量等。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例的全部或部分步驟可以通過硬件來完成，也可以通過程序來指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲(chǔ)于一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，上述提到的存儲(chǔ)介質(zhì)可以是只讀存儲(chǔ)器，磁盤或光盤等。

本發(fā)明的描述是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發(fā)明限于所公開的形式。很多修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯然的。選擇和描述實(shí)施例是為了更好說明本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明從而設(shè)計(jì)適于特定用途的帶有各種修改的各種實(shí)施例。