CN103952287B - 基于fta卡的微流控的核酸提取装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于FTA卡的微流控的核酸提取装置及方法，所述装置包括：进样单元、提取单元、收集单元及动力装置；所述进样单元，包括：分别装载有用于制作核酸提取液的多种进样成分的多个试剂容器、以及连接各所述试剂容器并可切换各所述试剂容器连通至提取单元的第一控制阀，所述第一控制阀连接有动力装置，而所述动力装置所述进样单元、提取单元及收集单元间的液体或气体的流动提供动力，所述提取单元内部设有供嵌入FTA卡的容纳空间，所述收集单元包括用于收集所述核酸提取液的提取液收集容器；整个装置完成核酸提取操作简便，提取快速，便于核酸保存及分析，且可处理复杂样品，并且装置制备简单，成本低廉。

Description

基于FTA卡的微流控的核酸提取装置及方法
技术领域
本发明涉及一种核酸提取装置，尤其涉及一种基于FTA卡的微流控的核酸提取装置及方法。
背景技术
目前，核酸的快速提取和完整保存在当今科研、检测等领域有着巨大的需求。由于可以简化相关的操作，固相提取越来越受到人们的重视。核酸的固相提取技术是一种不需要离心操作，只需要利用核酸在不同的液体环境下可以和固相基质相互结合或分离的原理而进行核算的提取或保存的技术。由于不需要离心机，固相提取通常装置会非常小巧简单，同时也便于进行自动化或与下游其他技术整合。目前，核算固相提取通常有磁珠法、硅珠法和FTA法。相比较而言，磁珠法和硅珠法由于使用的溶液种类比较繁多，步骤比较复杂。而FTA法，由于其固有的属性，只需要去离子水就可以完成除杂或者核算的洗脱，非常简便，大大简化了核酸固相提取的操作。
FTA卡是由Whatmann公司开发的一种滤纸样卡片，由于其经过专利的化学配方浸渍，能溶解细胞膜并改变蛋白质特性，实现一步裂解细胞膜（壁），并且失活和吸附可能损害核酸的各种物质。样品中的传染性病原体在FTA卡上5秒钟内就可完全失活。FTA卡有两种，一种是固定型，即核酸被固定在卡片上，其他杂质被去离子水洗脱下来，并且固定型FTA卡可保护核酸免于UV光线损害、以及微生物和真菌的侵蚀。经过Whatmann公司持续的测试，基因组DNA在FTA卡上在室温下储存17年以上而不会减少PCR效率。另一种是洗脱型，即FTAElute卡，这种卡上吸附的核酸在去离子水的作用下会被洗脱到溶液中，而其他的成份都会被保留在卡上，从而实现一步法的核酸提取。并且FTAElute卡又发展出FTAElute指示型，即卡片呈粉红色，在使用过之后变为白色，可以方便无色样品的采集和避免人们错误地重复使用。
核酸提取装置的微型化也是近年来人们努力的方向。利用微流控芯片技术，人们已经尝试把硅珠法和磁珠法整合到了芯片中，但是这些装置还存在各种各样的问题，比如，中国专利申请号为200880023815.4，201110372801.7和201010042681.X等文献中所提及的核酸微流控提取方法，虽然可以初步地提取出所需的核酸，但是存在步骤复杂，成本高昂，不易操作，适用范围不广等各类问题。同时，FTA卡整合进微流控装置的研发尝试才刚刚开始，例如把FTA固定型卡片作为固相提取介质和PMMA做成的芯片整合，但该装置的缺点是加工很复杂，成本相对较高。
有鉴于上述的缺陷，本设计人积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的核酸提取装置，使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于FTA卡的微流控的核酸提取装置及方法。
为解决上述或其他技术问题，本发明提供的一种基于FTA卡的微流控的核酸提取装置，包括：进样单元、提取单元、收集单元及动力装置；所述进样单元，包括：分别装载有用于制作核酸提取液的多种进样成分的多个试剂容器、以及连接各所述试剂容器并可切换各所述试剂容器连通至提取单元的第一控制阀；所述第一控制阀连接有动力装置；所述动力装置为所述进样单元、提取单元及收集单元间的液体或气体的流动提供动力；所述提取单元，内部设有供嵌入FTA卡的容纳空间；所述收集单元，包括：用于收集所述核酸提取液的提取液收集容器。
进一步的，所述多个试剂容器包括：样本溶液容器、洗脱液容器及装有滤膜的空气连通容器，其中，所述第一控制阀分别管道连接所述样本溶液容器、洗脱液容器及空气连通容器，所述第一控制阀具有对应分别切换所述样本溶液容器、洗脱液容器或空气连通容器连通至提取单元的三个调节位。
进一步的，所述空气连通容器至少包括两个空瓶，所述第一控制阀连接所述空气连通容器的管道包括分别对应连接于所述两个空瓶的进气管道和出气管道。
进一步的，所述提取单元包括：载玻片底层、设有所述容纳空间的中层、及用作密封盖的上层，其中，所述中层的上、下表面分别设有连通至所述容纳空间内FTA卡的通道。
进一步的，所述FTA卡为圆柱形，所述容纳空间尺寸大小与所述FTA卡配合。
进一步的，所述中层为PDMS材质，所述载玻片底层与中层间通过等离子体键合。
进一步的，所述收集单元还包括废液收集容器、以及连接所述提取液收集容器和废液收集容器的第二控制阀；所述第二控制阀具有对应分别切换所述提取液收集容器及废液收集容器连通至所述提取单元的两个调节位。
进一步的，所述进样单元、提取单元、收集单元及动力装置间通过PE管道连接。
进一步的，所述动力装置为泵。
为解决上述或其他技术问题，本发明提供一种基于FTA卡的微流控的核酸提取方法，应用于上述核酸提取装置，所述核酸提取方法包括：调节第一控制阀以连通所述样本溶液容器至所述提取单元；通过所述动力装置获取第一预设量样品溶液至所述提取单元；等待预设时间使样品溶液和所述FTA卡作用；调节第一控制阀以连通所述洗脱液容器至提取单元；通过所述动力装置获取第二预设量洗脱液至所述提取单元对FTA卡上核酸进行洗脱；通过所述动力装置将所述作用生成的核酸提取液运送至所述提取液收集容器。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
1.核酸提取操作简便，便于非专业人士学习。
2.装置制备简单，成本低廉。
3.提取快速，并且可以处理复杂真实样品。
4.可以提取细菌、细胞、病毒等各种生物体的DNA和RNA。
5.既可以长时间保存核酸也可以提取核酸溶液进行即时分析。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后文所示。
附图说明
图1是本发明的基于FTA卡的微流控的核酸提取装置的一实施例的结构示意图；
图2是本发明的基于FTA卡的微流控的核酸提取装置中提取单元的一实施例的结构示意图；
图3是本发明的基于FTA卡的微流控的核酸提取方法的一实施例的流程示意图；
图4是本发明的基于FTA卡的微流控的核酸提取方法的一实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围；在不冲突的情况下，下列各实施例中的特征均可互换或组合。
参见图1，本发明提供的基于FTA卡的微流控的核酸提取装置4，包括：进样单元1、提取单元、收集单元2及动力装置3。
所述进样单元1，包括：分别装载有用于制作核酸提取液的多种进样成分的多个试剂容器、以及连接各所述试剂容器并可切换各所述试剂容器连通至提取单元的第一控制阀11，用于分配所述进样成分；所述第一控制阀11连接有动力装置3；所述动力装置3为所述进样单元1、提取单元及收集单元2间的液体或气体的流动提供动力，较佳的，在本实施例中，所述动力装置3为泵,其开启则提供所述动力，反之关闭则停止所述动力，所述液体或气体则不流动；进一步的，所述动力装置3为尺寸适合该核酸提取的实验环境的微型泵，对应的所述第一控制阀11也可以是微型阀。
在本实施例中，所述多个试剂容器包括：样本溶液容器12、洗脱液容器13及装有滤膜的空气连通容器14，其中，所述第一控制阀11分别管道连接所述样本溶液容器12、洗脱液容器13及空气连通容器14，所述第一控制阀11具有对应分别切换所述样本溶液容器12、洗脱液容器13或空气连通容器14连通至提取单元的三个调节位。
在本实施例中，如图所示所述三个调节位分别是调节位1a、调节位1b和调节位1c，调节位1a对应样本溶液容器12连通，调节位1b对应洗脱液容器13连通，调节位1c对应空气连通容器14；所述样本溶液可以是无菌三蒸水，所述洗脱液为无菌洗脱液；所述空气连通容器14至少包括两个空瓶，所述第一控制阀11连接所述空气连通容器14的管道包括分别对应连接于所述两个空瓶的进气管道和出气管道，用于提供空气，其中，所述滤膜厚度为0.22微米。
请一并参阅图2，所述提取单元，可以是芯片，内部设有供嵌入FTA卡的容纳空间421。在本实施例中，所述提取单元包括：载玻片底层41（即实验用载玻片，为玻璃材质）、设有所述容纳空间421的中层42、及用作密封盖的上层43，其中，所述中层42的上、下表面分别设有连通至所述容纳空间421内FTA卡的上表面通道422及下表面通道423，供液体进出FTA卡。
在本实施例中，所述载玻片底层41厚度为2mm；所述中层42为聚二甲基矽氧烷（PDMS）材质，呈15mm的方形；所述FTA卡为FTAElute卡，形状为圆柱形，所述容纳空间421内径为6mm，尺寸大小与所述FTA卡配合，较佳的，两者为紧密结合；所述中层42的厚度为500微米；所述上层43密封盖也可为PMDS材质，厚度为2mm，所述载玻片底层41与中层42之间通过等离子体键合；所述上、下表面通道422、423宽度100um，高度100um，长度为8mm，其连通于所述FTA卡的水平段方向为沿所述圆柱中轴上的圆心指向所述方形中层42的对角线。
所述收集单元2，包括：用于收集所述核酸提取液的提取液收集容器23。在本实施例中，优选的，所述收集单元2还包括废液收集容器22、以及连接所述提取液收集容器23和废液收集容器22的第二控制阀，用于分配来自所述提取单元的收集成分；所述第二控制阀具有对应分别切换所述提取液收集容器23及废液收集容器22连通至所述提取单元的两个调节位，在途中即为调节位2a和调节位2b，调节位2a对应废液收集容器22连通，所述调节位2b对应提取液收集容器23连通。
在本实施例中，所述进样单元1、提取单元、收集单元2及动力装置3间通过PE管道连接，相应的，各单元的内部也可通过PE管道连接；在上述实施例中，所述第一控制阀11和第二控制阀皆可具有用于调节至各自调节位的调节扳手。
如图3所示，本发明还提供一种基于FTA卡的微流控的核酸提取方法，应用于上述核酸提取装置4，所述核酸提取方法包括：
步骤S1：调节第一控制阀11以连通所述样本溶液容器12至所述提取单元；
步骤S2：通过所述动力装置3获取第一预设量样品溶液至所述提取单元；
步骤S3：等待预设时间使样品溶液和所述FTA卡作用；
步骤S4：调节第一控制阀11以连通所述洗脱液容器13至提取单元；
步骤S5：通过所述动力装置3获取第二预设量洗脱液至所述提取单元对FTA卡上核酸进行洗脱；
步骤S6：通过所述动力装置3将所述作用生成的核酸提取液运送至所述提取液收集容器23。
在本实施例中，优选的，上述提取过程中液体或气体流速控制在1000-1500ul/h，优选的，所述第一预设量为500ul，所述预设时间为10分钟。
如图4所示，本发明的基于FTA卡的微流控的核酸提取方法，结合上述实施例，还可提供一实施例，所述方法包括：
步骤S1’：将第一控制阀11调节至调节位1a，第二控制阀调节至2a；
步骤S2’：打开动力装置3(即泵)，吸入500ul样品溶液；在本实施例中，第一预设量即为500ul；
步骤S3’：关闭动力装置3，等待10分钟使使样品溶液和所述FTA卡充分作用；在本实施例中，所述预设时间即为10分钟；
步骤S4’：将第一控制阀11调节至调节位1b，第二控制阀调节至调节位2b；此时即准备清洗FTA卡，并收集所述作用产生的收集成分；
步骤S5’：打开动力装置3，吸入500ul洗脱液（例如为去离子水等），对FTA卡上DNA进行洗脱；
步骤S6’：若在管道中有残留（例如核酸提取液），则将第一控制阀11调节至调节位1c，第二控制阀保持调节位2b，以使空气瓶中空气因为压强差产生气流将管道内残留送入提取液收集容器23；
优选的，当完成上述提取后，还可以包括：
步骤S7’：对所收集核酸提取液作阴性对照，例如用无核酸水进行相同步骤的处理，当然较佳的，亦可利用相同的核酸提取装置。
综上所述，本发明涉及一种基于FTA卡的微流控的核酸提取装置及方法，所述装置包括：进样单元、提取单元、收集单元及动力装置；所述进样单元，包括：分别装载有用于制作核酸提取液的多种进样成分的多个试剂容器、以及连接各所述试剂容器并可切换各所述试剂容器连通至提取单元的第一控制阀，所述第一控制阀连接有动力装置，而所述动力装置所述进样单元、提取单元及收集单元间的液体或气体的流动提供动力，所述提取单元内部设有供嵌入FTA卡的容纳空间，所述收集单元包括用于收集所述核酸提取液的提取液收集容器；整个装置完成核酸提取操作简便，提取快速，便于核酸保存及分析，且可处理复杂样品，并且装置制备简单，成本低廉。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
1.核酸提取操作简便，便于非专业人士学习。
2.装置制备简单，成本低廉。
3.提取快速，并且可以处理复杂真实样品。
4.可以提取细菌、细胞、病毒等各种生物体的DNA和RNA。
5.既可以长时间保存核酸也可以提取核酸溶液进行即时分析。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于FTA卡的微流控的核酸提取装置，其特征在于，包括：进样单元、提取单元、收集单元及动力装置；
所述进样单元，包括：分别装载有用于制作核酸提取液的多种进样成分的多个试剂容器、以及连接各所述试剂容器并可切换各所述试剂容器连通至提取单元的第一控制阀；所述第一控制阀连接有动力装置；所述动力装置为所述进样单元、提取单元及收集单元间的液体或气体的流动提供动力；所述多个试剂容器包括：样本溶液容器、洗脱液容器及装有滤膜的空气连通容器，其中，所述第一控制阀分别管道连接所述样本溶液容器、洗脱液容器及空气连通容器，所述第一控制阀具有对应分别切换所述样本溶液容器、洗脱液容器或空气连通容器连通至提取单元的三个调节位；所述空气连通容器至少包括两个空瓶，所述第一控制阀连接所述空气连通容器的管道包括分别对应连接于所述两个空瓶的进气管道和出气管道；
所述提取单元，内部设有供嵌入FTA卡的容纳空间；所述提取单元还包括：载玻片底层、设有所述容纳空间的中层、及用作密封盖的上层，其中，所述中层的上、下表面分别设有连通至所述容纳空间内FTA卡的通道；
所述收集单元，包括：用于收集所述核酸提取液的提取液收集容器、废液收集容器、以及连接所述提取液收集容器和废液收集容器的第二控制阀；所述第二控制阀具有对应分别切换所述提取液收集容器及废液收集容器连通至所述提取单元的两个调节位。
2.根据权利要求1所述的基于FTA卡的微流控的核酸提取装置，其特征在于：所述FTA卡为圆柱形，所述容纳空间尺寸大小与所述FTA卡配合。
3.根据权利要求1所述的基于FTA卡的微流控的核酸提取装置，其特征在于，所述中层为PDMS材质，所述载玻片底层与中层间通过等离子体键合。
4.根据权利要求1所述的基于FTA卡的微流控的核酸提取装置，其特征在于：所述进样单元、提取单元、收集单元及动力装置间通过PE管道连接。
5.根据权利要求1或4所述的基于FTA卡的微流控的核酸提取装置，其特征在于：所述动力装置为泵。
6.一种基于FTA卡的微流控的核酸提取方法，应用于如权利要求2所述的核酸提取装置，其特征在于，所述核酸提取方法包括：
调节第一控制阀以连通所述样本溶液容器至所述提取单元；
通过所述动力装置获取第一预设量样品溶液至所述提取单元；
等待预设时间使样品溶液和所述FTA卡作用；
调节第一控制阀以连通所述洗脱液容器至提取单元；
通过所述动力装置获取第二预设量洗脱液至所述提取单元对FTA卡上核酸进行洗脱；
通过所述动力装置将所述作用生成的核酸提取液运送至所述提取液收集容器。
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