CN103571740B

CN103571740B - 集核酸提取、扩增与检测一体化的装置

Info

Publication number: CN103571740B
Application number: CN201310481363.7A
Authority: CN
Inventors: 周国华; 邹秉杰; 王建平
Original assignee: 周国华
Current assignee: General Hospital of the Eastern War Zone of the Chinese People's Liberation Army
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2017-11-24
Anticipated expiration: 2033-10-15
Also published as: CN106119101A; CN103571740A; CN106119101B

Abstract

本发明公开了一种集核酸提取、扩增与检测一体化的装置，该装置为一种盒子，它包含：（1）一个封闭的腔体；（2）与腔体结合的底座；（3）底座上包含至少两个室；（4）至少一个吸液管，其设置在腔体内，可在腔体内转动与垂直移动。在本发明涉及的盒子内可实现核酸分子的提取、扩增以及检测。通过该盒子可以有效的避免在病原微生物等扩增检测中存在的污染问题。

Description

集核酸提取、扩增与检测一体化的装置

技术领域

本发明涉及核酸扩增以及核酸检测领域，具体涉及一种集核酸提取、扩增与检测一体化的装置。

背景技术

核酸扩增反应实现了对微量的核酸样本的扩增与检测，已经广泛应用于生物医药等领域中。目前，已经发展了包括聚合酶链式反应PCR、核酸环介导等温扩增反应LAMP、依赖核酸序列的扩增NASBA、滚环扩增反应RCA、连接扩增反应LCR、解旋酶依赖的核酸扩增反应HAD等多种核酸扩增方法。但是，这些基于目标序列的核酸扩增方法存在扩增产物易交叉污染的问题，由产物污染产生的假阳性信号会造成检测结果的错误判读。尽管已发展了一系列方法来防止扩增产物的交叉污染，如对PCR操作进行严格的分区控制、采用闭管扩增与检测的方法、利用酶解方法消除污染的方法等，但这些方法对实验条件以及操作人员要求较高，且人为因素影响较大。此外，现有扩增方法所使用的模板都是经过独立的样本提取过程，而提取过程中易造成模板交叉污染，影响样本检测结果的判断。虽然目前已有多种集核酸提取、扩增以及检测一体化的装置与设备，如GeneXpert System、icubate等，它们能够在一个封闭的体系中实现对待测核酸的提取、扩增与检测，极大地避免了样本在提取及扩增过程中的污染，有效的提高了核酸检测的准确性与可操作性。但这些装置构造复杂、均需使用荧光探针且设备价格昂贵。因此，急需开发一种相对简单、低成本的集核酸提取、扩增以及检测一体化的设备与装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集核酸提取、扩增与检测一体化的装置。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种盒子，它包含：（1）一个封闭的腔体；（2）与腔体结合的底座；（3）底座上包含至少两个室；（4）至少一个吸液管，其设置在腔体内，可在腔体内转动与垂直移动。

所述的底座与外壳紧密的组装起来，使盒子内形成一个封闭的腔体。

上述的盒子，进一步包含连接在腔体内的转轴，其能使吸液管在腔体内转动以及垂直移动。

上述的盒子，进一步包含连接在腔体内的吸液管泵，其能通过吸液管泵组件泵推杆抽吸空气使液体流入吸液管，通过吸液管泵组件泵推杆推注将液体排出吸液管。

上述的盒子，进一步包含腔体内的加样孔。

上述的盒子，进一步包含加样孔盖，可以将加样孔密封，使盒子内部形成一个封闭的腔室。

上述的盒子，进一步包含密封板，在加样孔盖密封加样孔以后，将密封板滑至加样孔盖处，防止加样孔盖脱落。

上述的密封板，所述的密封板嵌套在滑槽上，且滑槽只能单向滑至加样孔盖位置。

一个盒子，它包含：（1）密封的腔体；（2）可转动以及垂直移动的转轴；（3）连接在转轴上的吸液管支架，其可随转轴转动以及垂直移动；（4）连接在吸液管支架上的吸液管，其可随吸液管支架转动以及垂直移动；（5）底座带有至少两个腔室；（6）吸液管泵组件，其可使吸液管内产生气压的变化。

上述的盒子，进一步包含连通吸液管和吸液管泵的管子。

上述的盒子，进一步包含外壳内的加样孔。

上述的盒子，进一步包含加样孔盖。

一种盒子，它包含：（1）封闭的外壳；（2）吸液管支架；（3）固定在支架上的吸液管；（4）至少两个室；（5）控制吸液管在外壳内转动以及垂直运动的工具。

本申请涉及到一种封闭式盒子，可用于核酸的提取、至少一重的扩增以及检测。该盒子内部环境与外界环境通过盒子本身的材料隔开，形成一个独立的腔体，通过操纵盒子所携带的转轴实现对盒子内部的吸液管进行转动和垂直移动，从而实现吸液管在盒子内不同空间位置的移动；同时通过盒子携带的吸液管泵及其组件通过吸液管实现对至少一种核酸扩增反应以及检测反应的液体试剂在底座上的至少一个提取室、扩增室、检测室以及储液室之间移动，所述的试剂可以是提取以及核酸扩增所需的缓冲液、核酸扩增以及检测所需要的至少一种酶和至少扩增和检测一种目标核酸的核酸引物和探针。

本申请所述的盒子，可以进行任何核酸扩增反应，以及检测反应。通过靶标特异性的引物对经提取室提取的核酸模板进行扩增，产生至少一种扩增子。在至少一个检测室中，通过特异性的核酸检测探针对至少一种扩增子进行特异性的检测。通过所述的盒子可以有效的避免在病原微生物等扩增检测中存在的污染问题。

附图说明

图1是本申请提供的盒子整体结构图。

图2是本申请提供的盒子侧视结构图。

图3是本申请提供的盒子俯视结构图。

图4a是本申请提供的盒子底座的俯视图。

图4b是本申请提供的盒子底座的侧视图。

图4c是本申请提供的盒子底座的仰视图。

图5是本申请提供的盒子密封板不同角度结构图。

a为密封板立体图；b为密封板侧视图；c为密封板仰视图；d为密封板俯视图。

图6是本申请提供的盒子加样孔盖不同角度结构图。

a为加样孔盖俯视图；b为加样孔盖立体图；c为加样孔盖仰视图；d为加样孔盖正视图；e为加样孔盖侧视图。

图7是本申请提供的盒子泵推杆不同角度结构图。

a为泵推杆立体图；b为泵推杆正视图；c为泵推杆仰视图。

图8是本申请提供的盒子底座腔室保护板不同角度结构图。

a为保护板俯视图；b为保护板仰视图；c为保护板侧视图；d为保护板立体图。

具体实施方式

本申请所述的密封式盒子（图1），是由盒子底座5和外壳13密封而成的一个密闭式腔体，其内部含有吸液管泵2组件、转轴3组件、吸液管8、底座腔体等，所述的底座腔体包含至少一个提取室7、至少一个扩增室15、至少一个检测室10以及至少一个储液室11。该密闭式盒子提取的样本可以是任何形式的样本，包括血液、组织、痰液、尿液以及粪便等，通过加样孔14加入样本提取室7，为保证样本在盒子内无污染，在样本加入盒子内后，盖上加样孔盖17，并把密封板9滑到加样孔盖17上，同时盒子为一次性的使用。另外，为保证样本可以便利的加入盒子内的样本提取室7中，在加样孔14处的盒子高度相比盒子的另一侧被剖低了很多，其降低的尺寸根据实际需要可以适时调整。

为了保证在样本核酸的正常扩增以及检测，如图4a、4b和4c所示，盒子中底座5包含至少一个提取室7、至少一个扩增室15、至少一个检测室10以及至少一个储液室11。提取室7、扩增室15以及检测室10根据样本提取、扩增和检测的需要，设计不同的尺寸和形状，同时根据需要排布其位置，核酸扩增室15可完成至少一重的目的核酸片段的扩增，预先在扩增室15中将扩增所需要的至少一对引物、酶以及dNTP等混合到一起，或者预先将扩增室15中的引物、酶以及dNTP放入一个扩增室或者至少一个储液室11中；在检测室10中可以完成对至少一重产物的特异性检测，而完成特异性检测所需要的探针、酶等则是预先放入检测室10中或者至少一个储液室11中。储液室11可以根据实际需要，设计成不同的形状以及深度。储存的试剂包含提取所需要的裂解液、洗脱液，扩增所需要的引物、dNTP、酶，检测所需要的探针、酶，以及其他必须的试剂。这些试剂可满足至少对一种样本的目标序列进行检测，并且这些试剂是预先存放于相应的储液室11或者扩增室15或者检测室10后进行密封以方便运输和储藏；同时，这些密封的材料也要满足在盒子工作过程中能够很好的被吸液管刺穿并有利于液体试剂的转移，因此，我们选择铝箔纸这种适于盒子需要的材料。

本申请所述的盒子可以与相应的底座机器相匹配，使用时可放入底座机器中，通过机器的一系列的必要器件的操作实现对盒子内部部件的一些移动或者变化，盒子内部部件设计提供垂直或者转动实现对盒子内部一些组件的操作。如图1所示，这些部件分别称为转轴3、支架12、吸液管8以及吸液管泵2。转轴3通过支架12固定连接吸液管8，通过与盒子匹配的机器控制转轴3的转动和上下垂直移动，进而控制吸液管8在底座5上不同的腔室之间移动；吸液管8通过管子与吸液管泵2相连接，与盒子匹配的机器控制泵推杆1的进出实现对吸液管8内的气压的控制，进而使液体试剂流入或者流出吸液管8，从而实现不同的液体试剂在底座5不同的腔室内移动。转轴3与支架12之间是密封的，为了做到很好的密封，在转轴3与支架12之间安放了密封圈（图中未能显示）。为了确保吸液管8转动的准确性，采用光学或者磁力学传感器对其转动位置进行检测，并及时调整。吸液管泵2内有弹簧4套在泵推杆1上，当在机械的作用下推泵推杆1时，吸液管8内的气体被排除，而当机械被撤去后，泵推杆1会在弹簧4作用下往外运动，使气体进入吸液管8，通过这一过程完成吸液管对液体试剂的吸取和排出。

附图2显示的是本申请所述盒子的侧视图。

附图3显示的为本申请所述盒子的俯视图，为保证盒子的密封性，增加了匹配加样孔14的加样孔盖17以及密封板9。为保证样本的安全性，盒子将不会再次被打开，因此，在样本由加样孔14加入盒子内的提取室7后，操作者应盖上加样孔盖17，同时将密封板9滑至加样孔盖17上方。由于密封板9滑动时单向的，因此，在密封板9滑动至加样孔盖17上方后将限定在此位置，确保加样孔盖17不能再次被滑开。同时，为保证加样孔盖17盖上加样孔14后的密封性，加样孔盖17所选用的材料为软性的塑料或者橡胶等具备一定弹性能力的材料。

附图4a、4b和4c所示的为本申请所述的盒子底座的俯视图、侧视图以及仰视图。图中分别从不同角度显示了样本提取室7、扩增室15、检测室10以及储液室11所排布的其中一种方式；图5所示的为本申请涉及的密封板9的俯视图、侧视图以及仰视图；图6所示的为本申请所述的盒子加样孔盖17的俯视图、侧视图以及仰视图；图7所示的为本申请所述的盒子泵推杆1的俯视图、侧视图以及仰视图；图8所示的为本申请所述的盒子底座5腔室的保护板6的俯视图、侧视图以及仰视图。

实施例

使用时，使用者打开盒子上的加样孔盖17，使用加样器向储有样本裂解液的提取室7中加入一定体积的样本或者预处理样本，然后将加样孔盖17盖在加样孔14上，并使密封板9滑至加样孔上。盒子放入底座单元中。盒子安装后盒子的转轴3、泵推杆1等将与机器装置相应的机械相匹配，底座单元中有用于核酸扩增的加热器、检测用的恒温加热器以及可以移动的磁铁。

现以提取好的样本为例，对盒子内部运行具体扩增以及检测步骤进行叙述：

1）通过旋转转轴3移动吸液管8至提取室正上方，并通过底座单元机的光学或者磁性传感器验证该运动。

2）压下泵推杆1排出吸液管8的空气，同时下压转轴3使吸液管8进入提取室7并使吸液管8尖部至样本提取室7液面以下。

3）适当松开泵推杆1，吸液泵弹簧4升高使提取好的样本溶液流入吸液管8。

4）松开转轴3，支架12内弹簧升高使转轴3升高，吸液管8升高离开提取室7。

5）旋转转轴3，使吸液管8移至扩增室15的上方位置，采用底座单元机的光学或磁性传感器验证该运动。

6）下压转轴3使吸液管8刺破扩增室15口处的密封铝箔纸，进入盛有扩增体系的扩增室15，并使吸液管8尖部至液面以下。

7）压下泵推杆1排出吸液管8的液体。

8）松开转轴3，支架12内弹簧升高使转轴3升高，吸液管8升高离开扩增室15。

9）旋转转轴3，使吸液管8移至甘油存储室的上方位置，采用底座单元机的光学或磁性传感器验证该运动。

10）下压转轴3使吸液管8刺破甘油储液室11口处的密封铝箔纸，进入并将并使吸液管8尖部至液面以下。

11）适当松开泵推杆1，吸液管泵弹簧4升高使矿物油流入吸液管。

12）松开转轴3，支架12内弹簧升高使转轴3升高，吸液管8升高离开矿物油储液室11。

13）旋转转轴3，使吸液管8移至扩增室15的上方位置，采用底座单元机的光学或磁性传感器验证该运动。

14）下压转轴3使吸液管8进入扩增室15并使吸液管8尖部至液面以下。

15）压下泵推杆1排出吸液管8的液体。

16）松开转轴3，支架12内弹簧升高使转轴3升高，吸液管8升高离开扩增室15。

17）底座单元机进行核酸扩增的程序。

18）底座单元机保持扩增室15的温度为室温。

19）下压转轴3使吸液管8进入扩增室15并使吸液管8尖部至液面以下。

20）适当松开泵推杆1，吸液管泵弹簧4升高使扩增产物流入吸液管8。

21）松开转轴3，支架12内弹簧升高使转轴3升高，吸液管8升高离开扩增室15。

22）旋转转轴3，使吸液管8移至检测室10的上方位置，采用底座单元机的光学或磁性传感器验证该运动。

23）下压转轴3使吸液管8刺破甘油检测室10口处的密封铝箔纸，进入并将并使吸液管8尖部至液面以下。

24）压下泵推杆1排出吸液管8的液体。

25）松开转轴3，支架12内弹簧升高使转轴3升高，吸液管8升高离开检测室10。

26）旋转转轴3，使吸液管8移至检测用酶的储液室11上方位置，采用底座单元机的光学或磁性传感器验证该运动。

27）下压转轴3使吸液管8刺破检测用酶的存储室口处的密封铝箔纸，进入并将并使吸液管8尖部至液面以下。

28）适当松开泵推杆1，吸液管泵弹簧4升高使检测用酶溶液流入吸液管8。

29）松开转轴3，支架12内弹簧升高使转轴3升高，吸液管8升高离开储液室11。

30）旋转转轴3，使吸液管8移至检测室10上方位置，采用底座单元机的光学或磁性传感器验证该运动。

31）下压转轴3使吸液管8进入检测室10并使吸液管8尖部至液面以下。

32）压下泵推杆1排出吸液管8的液体。

33）松开转轴3，支架12内弹簧升高使转轴3升高，吸液管8升高离开检测室10。

34）旋转转轴3，使吸液管8移至矿物油储液室11上方位置，采用底座单元机的光学或磁性传感器验证该运动。

35）下压转轴3使吸液管8进入储液室11并使吸液管8尖部至液面以下。

36）适当松开泵推杆1，吸液管泵弹簧4升高使矿物油流入吸液管8。

37）松开转轴3，支架12内弹簧升高使转轴3升高，吸液管8升高离开储液室11。

38）旋转转轴3，使吸液管8移至检测室10上方位置，采用底座单元机的光学或磁性传感器验证该运动。

39）下压转轴3使吸液管8进入检测室10并使吸液管8尖部至液面以下。

40）压下泵推杆1排出吸液管8的液体。

41）松开转轴3，支架12内弹簧升高使转轴3升高，吸液管8升高离开检测室。

42）底座单元机进行扩增产物检测的程序。

43）底座单元机保持检测室10的温度为室温。

44）底座单元机的检测体系对检测室的结果进行检测，并判读结果。

一些步骤可以进行一次以上。如上以及相关附图的所示，本申请描述了一个用于核酸扩增并检测的装置。并且所述的盒子的作用可以在适当的改进后进行更多的功能。

Claims

1.一种集核酸提取、扩增与检测一体化的装置，其特征在于它包含：

（1）一个封闭的腔体；

（2）与腔体结合的底座；

（3）底座上包含至少两个室；

（4）至少一个吸液管，其设置在腔体内，可在腔体内水平环形移动与垂直移动；

进一步包含连接在腔体内的转轴，所述的转轴通过吸液管支架固定连接所述的吸液管，该转轴能通过吸液管支架带动吸液管在腔体内水平环形移动以及垂直移动。

2.根据权利要求1所述的集核酸提取、扩增与检测一体化的装置，其特征在于所述的底座与外壳紧密的组装起来，使盒子内形成一个封闭的腔体。

3.根据权利要求1所述的集核酸提取、扩增与检测一体化的装置，其特征在于进一步包含连接在腔体内的吸液管泵，其能通过吸液管泵组件泵推杆抽吸空气使液体流入吸液管，通过吸液管泵组件泵推杆推注将液体排出吸液管。

4.根据权利要求1所述的集核酸提取、扩增与检测一体化的装置，其特征在于进一步包含腔体内的加样孔。

5.根据权利要求1所述的集核酸提取、扩增与检测一体化的装置，其特征在于进一步包含加样孔盖，可以将加样孔密封，使盒子内部形成一个封闭的腔室。

6.根据权利要求5所述的集核酸提取、扩增与检测一体化的装置，其特征在于进一步包含密封板，在加样孔盖密封加样孔以后，将密封板滑至加样孔盖处，防止加样孔盖脱落。

7.根据权利要求6所述的集核酸提取、扩增与检测一体化的装置，其特征在于密封板嵌套在滑槽上，且滑槽只能单向滑至加样孔盖位置。