CN104293659A - 一种全封闭一体式核酸扩增与检测管 - Google Patents

一种全封闭一体式核酸扩增与检测管 Download PDF

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Abstract

本发明涉及分子生物学领域，特别是核酸扩增与检测领域。具体而言，本发明涉及一种全封闭一体式核酸扩增与检测管。此外，本发明还涉及一种扩增和检测核酸的方法，其包括使用本发明的全封闭一体式核酸扩增与检测管。此外，本发明还涉及包含所述全封闭一体式核酸扩增与检测管的试剂盒，以及所述全封闭一体式核酸扩增与检测管用于制备试剂盒的用途。

Description

一种全封闭一体式核酸扩增与检测管
技术领域
本发明涉及分子生物学领域，特别是核酸扩增与检测领域。具体而言，本发明涉及一种全封闭一体式核酸扩增与检测管。此外，本发明还涉及一种扩增和检测核酸的方法，其包括使用本发明的全封闭一体式核酸扩增与检测管。此外，本发明还涉及包含所述全封闭一体式核酸扩增与检测管的试剂盒，以及所述全封闭一体式核酸扩增与检测管用于制备试剂盒的用途。
背景技术
聚合酶链式反应技术（以下简称PCR技术），是一种在体外快速扩增DNA的技术，其通常包括多个循环，每个循环包括变性、退火和延伸三个步骤，并且在理想状态下，每经过一个循环，目的核酸分子的数目就扩增一倍。一般而言，经过30-40个循环后，目的核酸分子数目就能扩增到原来的近109倍。因此，PCR是体外大量获得目的DNA片段的最有效方法，并且所获得的核酸分子可用于进一步的分析和检验。
目前，PCR技术已广泛地应用于基础研究和应用研究。例如，在基础研究中，PCR作为一个“无细胞基因扩增系统”，可用于克隆基因，并由此可对基因组DNA进行直接序列分析，检测突变位点，分析染色体重组等。在应用研究中，PCR则可以用于传染病的诊断、遗传疾病的检测、产前诊断、法医研究等。美国专利4,683,202；4,683,159；4,800,159；4,965,188等已对PCR技术做出了详细描述。
DNA的体内扩增是指，在细胞内有关因子的参与下，双螺旋的DNA分子被解链成2条单链，在引物酶的作用下合成DNA引物，引物与单链DNA碱基互补配对，形成引物单链DNA复合物；在DNA聚合酶作用下，沿着5’-3’方向，按碱基互补配对原则，在引物3’端开始，逐一将互补的三磷酸脱氧核苷酸接上，最终形成一条新的双链DNA分子。
DNA分子的体外PCR扩增模拟了体内的三个步骤：首先，在大约95℃的高温下加热双链DNA分子，以使双链间的氢键断裂，从而使得DNA热分解成两条互补的单链DNA分子（这一过程称为高温解链反应）；然后，温度迅速降到大约50-65℃的范围内，在这个温度下单链DNA与引物按碱基互补配对原则结合（这一过程称为低温退火反应）；退火反应结束后，温度又迅速升高到72℃左右，在这个温度下，在DNA聚合酶以及适当镁离子浓度的条件下，从引物的3’端开始结合单核苷酸，从而形成一条新的DNA（这一过程称为延伸反应）。经过一个这样的过程，原来的一个DNA双链分子就形成了两个DNA分子，增加了一倍。反复进行高温解链-低温退火-中温延伸三个过程，就可以获得数量更多的复制双链，并且这些新形成的双链又可以作为下次循环的模板。
通过这样一种循环扩增方法，经过30-40个循环，目的核酸分子数目可由1个增加到原来的近109倍。然而，PCR的高灵敏度始终伴随着这样的弊端，即，其极其容易被污染。仅仅1个DNA拷贝的污染就可能会导致获得错误的检测结果。因此，为了避免检测过程中的样品污染，国家卫生部明确规定：PCR临床诊断必须将样品处理、扩增和检测在分割的房间进行，而且物流是从样品处理，扩增至检测一个方向进行，否则扩增后的试管不能进行开放检测。
因此，如何在PCR的全过程中避免污染也是现今核酸扩增和检测领域的一个重要研究方向，并且也取得了很多的进展。例如，荧光PCR的出现使得对核酸产物的检测避免了开管取样的步骤，从而大大减少了核酸产物污染的机会。另外，UNG酶的使用也避免了PCR过程中核酸扩增产物的污染。然而，以上所述方法均需要昂贵的试剂或精密的仪器，且操作复杂，不适宜用于核酸的现场快速检测。
因此，本领域仍然迫切需要一种操作简单、快速、成本低廉、能够有效避免核酸扩增和检测过程中的污染的方法和装置。为此，本发明开发出了一种全封闭一体式核酸扩增与检测管。当使用本发明的全封闭一体式核酸扩增与检测管进行核酸扩增和检测时，在核酸扩增后无需开管即可进行核酸检测，从而有效避免了扩增产物的外泄以及扩增和检测中的污染。此外，使用本发明的全封闭一体式核酸扩增与检测管进行核酸扩增和检测时，操作简单、成本低廉、无须使用昂贵的试剂或精密的仪器，从而，本发明的全封闭一体式核酸扩增与检测管可广泛应用于核酸的体外诊断，且特别适宜用于核酸的现场快速检测。
发明内容
在本发明中，除非另有说明，否则本文中使用的科学和技术名词具有本领域技术人员所通常理解的含义。并且，本文中所用的分子遗传学、核酸化学、免疫学实验室操作步骤均为相应领域内广泛使用的常规步骤。同时，为了更好地理解本发明，下面提供相关术语的定义和解释。
如本文中所使用的，术语“扩增”应从广义上来理解，其包括从RNA或DNA获得DNA的过程，并且包括但不限于PCR反应，逆转录反应，以及其各种变型（例如实时PCR反应）。
如本文中所使用的，术语“全封闭”是指，当扩增管（1）和检测管（2）组装完毕时，二者构成一个完全封闭的环境。
在一个方面，本发明提供了一种全封闭一体式核酸扩增与检测管，其包括相互配合的用于完成扩增反应的扩增管（1），和用于对扩增产物进行检测和结果判读的检测管（2），其中扩增管（1）与检测管（2）是密闭连接的，并且扩增管（1）位于检测管（2）的下方，并且检测管（2）包括固定在试纸条容纳固定区（7）中的试纸条（6）。
在一个优选的实施方案中，扩增管（1）和检测管（2）通过螺纹卡口结构、环状卡口结构或凸点锁扣结构而实现密闭连接。
在一个优选的实施方案中，扩增管（1）包括储液区（3）及核酸扩增区（4），其中储液区（3）位于核酸扩增区（4）的上方。任选地，储液区（3）中预装有用于核酸扩增的试剂，例如但不限于，引物，dNTP混合物，酶（例如DNA聚合酶或逆转录酶），探针，内标、缓冲液等。
在一个优选的实施方案中，扩增管（1）是适用于雷诺-本纳德对流PCR扩增的扩增管。雷诺-本纳德对流PCR扩增是指，利用自然对流（即雷诺-本纳德对流）原理进行PCR扩增的方法。该技术是将PCR反应液置于一个封闭的柱形反应腔内，反应腔的上下表面分别进行恒温控制，通常上端温度为60℃，下端温度为97℃。通过上下表面的温差驱动液体经过不同的温区，实现PCR扩增。这种方法不需要改变器件的温度，也不需要外加驱动来实现样品的流动，只需要一个反应腔，并控制其上下两端的温度为恒温，就可以实现PCR扩增。因此，该方法具有操作简单、成本低廉等优点。
因此，在一个优选的实施方案中，扩增管（1）是适用于雷诺-本纳德对流PCR扩增的扩增管，其包括储液区（3）及核酸扩增区（4），其中储液区（3）位于核酸扩增区（4）的上方。
在一个优选的实施方案中，所述核酸扩增区（4）的高度/内径比值为3－12。在进一步优选的实施方案中，所述核酸扩增区（4）的高度/内径比值为6－9，所述核酸扩增区（4）的最大内径小于或等于10mm，且所述核酸扩增区（4）的内径小于所述储液区（3）的内径。进一步优选地，所述核酸扩增区（4）的最大内径小于等于5mm。
在一个优选的实施方案中，所述核酸扩增区（4）的内腔为横截面上宽下窄的锥状中空结构或多层梯形中空结构。
在另一个优选的实施方案中，所述核酸扩增区（4）的内腔为上下内径相等的柱状中空结构。
在一个优选的实施方案中，所述核酸扩增区（4）上设有可见的体积刻度标识。在一个优选的实施方案中，所述储液区（3）的外壁上设有防滑沟槽。
在一个优选的实施方案中，所述核酸扩增区（4）与储液区（3）的连接处内部为圆滑导角结构。
在一个优选的实施方案中，扩增管（1）通过螺纹卡口（5）而和检测管（2）密闭连接。优选地，螺纹卡口（5）位于储液区（3）的内部。然而，螺纹卡口（5）也可以位于储液区（3）的外部。
在一个优选的实施方案中，试纸条（6）包括用于与扩增产物接触的样品垫区（8）及用于反应和呈现结果的检测区（9）。
在本领域中，利用试纸条来检测核酸扩增产物的方法已得到良好建立。例如，一个典型的方法是，在核酸扩增过程中，使扩增产物同时携带第一标记和第二标记（例如，通过使用带有第一标记（例如FITC）的探针以及带有第二标记（例如生物素）的引物对样品进行扩增），并且在试纸条的上游设置有可随流体移动的、特异性识别第一标记的检测剂（例如标记有鼠FITC抗体的乳胶颗粒），在下游（即，检测线处）固定有不可移动的、特异性识别第二标记的捕获剂（例如链霉亲和素）。由此，当样品中存在目的DNA时，在扩增后将产生同时携带第一标记和第二标记的扩增产物；该扩增产物在流动通过试纸条时，首先结合检测剂形成扩增产物/检测剂复合物，然后该复合物进一步被捕获剂捕获，并在固定捕获剂的位置处（即，检测线处）积累，并最终显现出有色条带。另外，为了验证试纸条的有效性，还可以在检测线的下游（即，质控线处）固定特异性识别检测剂的物质（例如羊抗鼠二抗），从而检测剂将在质控线处被捕获和积累，并显现出有色条带。此外，为了验证扩增过程的有效性，还可以在扩增过程中添加内标，并使内标的扩增产物携带第一标记和第三标记（例如，通过使用带有第一标记（例如FITC）的内标特异性探针和带有第三标记（例如地高辛）的内标特异性引物），并且在检测剂下游、质控线上游（即，内标线处）固定有不可移动的、特异性识别第三标记的捕获剂（例如抗地高辛抗体）。由此，在扩增过程中，内标将被扩增并产生携带有第一标记和第三标记的扩增产物，该扩增产物移动通过试纸条时将结合检测剂，并被特异性识别第三标记的捕获剂所捕获，从而在内标线处积累并显色。关于检测试纸条以及相关检测方法的详细描述，可参见例如，中国专利申请200610109620.4和MagdaAnastassova Dineva等人，JOURNAL OF CLINICALMICROBIOLOGY,2005年8月,第4015－4021页，其全部公开内容通过引用并入本文。
因此，在一个优选的实施方案中，试纸条（6）的检测区（9）包括测试线，其用于确定目标核酸分子是否存在于样品中；并且任选地包括质控线和/或内标线，其中所述质控线用于验证试纸条本身的有效性；所述内标线用于验证扩增过程的有效性。在一个优选的实施方案中，试纸条（6）的检测区（9）可包括一条或多条测试线，从而可用于单重或多重检测（即，检测一种或多重目标核酸分子）。
在一个优选的实施方案中，试纸条容纳固定区（7）包括试纸条底座（10）和试纸条上盖（11），其中，试纸条底座部分（10）和试纸条上盖部分（11）能够密闭连接且将试纸条（6）固定在其中。
在一个优选的实施方案中，试纸条底座部分（10）包括用于支撑试纸条（6）的横隔（12）、用于试纸条（6）定位的凹槽（13）、用于实现试纸条（6）的样品垫区（8）与检测区（9）物理性分隔的横隔（14）、用于实现检测管（2）试纸条容纳固定区（7）的试纸条底座部分（10）的上方和试纸条上盖部分（11）的上方密闭的凸条（15）、用于实现检测管（2）的试纸条容纳固定区（7）的试纸条底座部分（10）的侧边和试纸条上盖部分（11）的侧边密闭的凸点（16）、用于与扩增管（1）的螺纹卡口（5）配合的螺纹卡口（17）；并且
试纸条上盖部分（11）包括用于将试纸条（6）卡紧的相对于横隔（12）的横隔（18）、用于试纸条（6）定位的相对于凹槽（13）的凹槽（19）、用于实现试纸条（6）的样品垫区（8）与检测区（9）物理性分隔的相对于横隔（14）的横隔（20）、用于实现检测管（2）的试纸条容纳固定区（7）的试纸条底座部分（10）的上方和试纸条上盖部分（11）的上方密闭的相对于凸条（15）的凹槽（21）、用于实现检测管（2）的试纸条容纳固定区（7）的试纸条底座部分（10）的侧边和试纸条上盖部分（11）的侧边密闭的相对于凸点（16）的凹槽（22）、用于与扩增管（1）实现密闭的相对于螺纹卡口（17）的螺纹卡口（23）。
在一个优选的实施方案中，试纸条上盖部分（11）还包括用于观测试纸条（6）的检测区（9）的透明视窗（24）。
在一个优选的实施方案中，在将扩增管（1）和检测管（2）组装完毕后，二者构成一个全封闭的环境，从而防止管内的扩增产物外泄，和避免可能的外来物质的污染。
在一个优选的实施方案中，在将扩增管（1）和检测管（2）组装完毕后，通过超声波对各组装部件进行焊接，和/或，通过对所述全封闭一体式核酸扩增与检测管整体进行包膜处理，从而实现更优的密闭效果。
在一个优选的实施方案中，扩增管（1）或检测管（2）由聚合材料制成。在一个优选的实施方案中，扩增管（1）或检测管（2）由玻璃或塑料制成。
在一个优选的实施方案中，所述核酸是DNA或RNA。
在一个优选的实施方案中，所述扩增是PCR反应。
在一个优选的实施方案中，所述扩增是逆转录反应。
在另一个方面，本发明提供了一种扩增和检测样品中的目的核酸的方法，其包括使用本发明的全封闭一体式核酸扩增与检测管。
在一个优选的实施方案中，本发明的方法包括以下步骤：
a)在扩增管（1）内进行核酸扩增反应；
b)在扩增反应完成后，倒转全封闭一体式核酸扩增与检测管，并且在全封闭条件下，使扩增管（1）内的扩增产物进入检测管（2），并转移至检测试纸条（6）上，而无需打开一体式核酸扩增与检测管；和
c)读取试纸条（6）上的检测结果。
在一个优选的实施方案中，在步骤b）中通过离心或震动使扩增管（1）内的扩增产物进入检测管（2），并接触试纸条（6）的样品垫区（8），然后，扩增产物通过毛细作用迁移经过试纸条（6）的检测区（9）。
在一个优选的实施方案中，在步骤c）中，优选通过透明视窗（24），优选通过肉眼读取试纸条（6）上的检测结果。
在一个优选的实施方案中，在检测结束后，不打开所述一体式核酸扩增与检测管，并将其整体废弃于安全处。
在一个优选的实施方案中，步骤a）包括：
a1）将待检测的样品和用于进行扩增反应的试剂添加至核酸扩增区（4），并且例如通过离心或震动，使反应混合物混匀；
a2）将检测管（2）与扩增管（1）密闭连接（例如通过螺纹卡口（5）、螺纹卡口（17）和螺纹卡口（23））；和
a3）将密闭连接后的全封闭一体式核酸扩增与检测管插入扩增仪进行核酸扩增。
在一个优选的实施方案中，所述核酸是DNA或RNA。
在一个优选的实施方案中，所述扩增是PCR反应。
在一个优选的实施方案中，所述扩增是逆转录反应。
在另一个方面，本发明提供了一种试剂盒，其包含本发明的全封闭一体式核酸扩增与检测管。本发明的试剂盒可用于在全封闭的条件下，在同一管内进行核酸扩增和检测。
在另一个方面，还提供了本发明的全封闭一体式核酸扩增与检测管用于进行核酸扩增和检测的用途。核酸扩增和检测作为一个通用的平台，可广泛应用于各个方面：例如，其可用于非诊断目的，例如检测不与疾病相关的特定基因或突变的存在；此外，其也可用于诊断目的，例如传染病的诊断、遗传疾病的检测、产前诊断、法医研究等等。
在另一个方面，还提供了本发明的全封闭一体式核酸扩增与检测管用于制备试剂盒的用途，所述试剂盒用于进行核酸扩增和检测。
发明的有益效果
本发明提供了一种全封闭一体式核酸扩增与检测管，以及在所述全封闭一体式管内进行核酸扩增及检测的方法。与现有技术相比，本发明的技术方案将核酸扩增与试纸检测整合至同一密闭式扩增与检测反应管内，其具有以下有益效果：
(1)在同一管内进行核酸扩增与试纸条检测，即扩增与检测过程是全封闭的，可有效防止核酸扩增产物外泄，避免交叉污染，并且可有效避免核酸扩增与检测过程中的污染；
(2)操作简便、快速：不同于传统的试纸条检测方式（其在扩增完成后还需进行探针添加、孵育和/或稀释等步骤），本发明所述的方法仅需在扩增完成后倒转反应管，通过离心、震动或其他方式，使扩增产物进入检测管，并与试纸条接触，静置数分钟后即可进行结果观测；
(3)成本低廉，有效地降低了核酸扩增和检测的高价格门槛。
此外，本发明符合国家卫生部门对核酸诊断试剂的相关规定，对核酸的现场快速检测具有重要的意义。
下面将结合附图和实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将理解，下列附图和实施例仅用于说明本发明，而不是对本发明的范围的限定。根据附图和优选实施方案的下列详细描述，本发明的各种目的和有利方面对于本领域技术人员来说将变得显然。
附图说明
图1示意性显示了全封闭一体式核酸扩增与检测管的结构。其中，图1A、图1B、图1C分别呈现的是正视图、侧视图及后视图。图1D呈现的是检测管（2）的透视图。
图2示意性说明了本发明的优选全封闭一体式核酸扩增与检测管的结构。图2A呈现的是全封闭一体式核酸扩增与检测管的正视方向分解图，图2B呈现的是全封闭一体式核酸扩增与检测管的后视方向分解图。其中，试纸条底座部分（10）的凹槽（13）及与其相对应的试纸条上盖部分（11）的凹槽（19），用于试纸条定位；试纸条底座部分（10）的横隔（12）及与其相对应的试纸条上盖部分（11）的横隔（18），用于试纸条（6）的支撑与卡紧；试纸条底座部分（10）的横隔（14）及与其相对应的试纸条上盖部分（11）的横隔（20），用于实现试纸条（6）的样品垫区（8）与检测区（9）的物理性分隔；试纸条底座部分（10）的凸条（15）及与其相对应的试纸条上盖部分（11）的凹槽（21），用于实现试纸条底座部分（10）与试纸条上盖部分（11）在上方的密闭；试纸条底座部分（10）的凸点（16）及与其相对应的试纸条上盖部分（11）的凹槽（22），用于实现试纸条底座部分（10）与试纸条上盖部分（11）在侧边的密闭；试纸条底座部分（10）的螺纹卡口（17）及与其相对应的试纸条上盖部分（11）的螺纹卡口（23），用于实现检测管（2）与扩增管（1）的密闭；试纸条上盖部分（11）的透明视窗（24）用于试纸条（6）的检测结果观测。
图3示意性说明了使用本发明的全封闭一体式核酸扩增与检测管进行核酸扩增与检测的流程。
图4显示了实施例2中使用全封闭一体式核酸扩增与检测管进行核酸扩增与检测的结果。其中，图4A显示以HBV全长质粒为范本的检测结果：检测线（T线）与质控线（C线）均呈红色。质控线（C线）呈红色说明检测有效，检测线（T线）呈红色说明检测结果为阳性。图4B显示以超纯水为范本的检测结果：检测线（T线）不呈色，质控线（C线）呈红色。质控线（C线）呈红色说明检测有效，检测线（T线）不呈色说明检测结果为阴性。
图5显示了实施例3中使用全封闭一体式核酸扩增与检测管进行核酸扩增与检测的结果。其中，图5A显示以HCV血清提取模板为范本的检测结果：检测线（T线）与质控线（C线）均呈红色。质控线（C线）呈红色说明检测有效，检测线（T线）呈红色说明检测结果为阳性。图5B显示以超纯水为范本的检测结果：检测线（T线）不呈色，质控线（C线）呈红色。质控线（C线）呈红色说明检测有效，检测线（T线）不呈色说明检测结果为阴性。
图6显示了实施例4中使用全封闭一体式核酸扩增与检测管进行核酸扩增与检测的结果。其中，图6A显示以HBV全长质粒为范本的检测结果：检测线（T线）、内标线（I线）与质控线（C线）均呈红色。内标线（I线）呈红色说明扩增有效，质控线（C线）呈红色说明试纸条检测有效，检测线（T线）呈红色说明检测结果为阳性。图6B显示以超纯水为范本的检测结果：检测线（T线）不呈色，内标线（I线）与质控线（C线）均呈红色。内标线（I线）呈红色说明扩增有效，质控线（C线）呈红色说明试纸条检测有效，检测线（T线）不呈色说明检测结果为阴性。图6的结果还表明，本发明的全封闭一体式核酸扩增与检测管以及相关方法适合用于多重检测。
具体实施方式
本发明提供了一种全封闭一体式核酸扩增与检测管。特别地，图1和图2显示了本发明的全封闭一体式核酸扩增与检测管的一种优选实施方案，其包括相互配合的用于完成扩增反应的扩增管（1）和用于对扩增产物进行检测和结果判读的检测管（2）；其中，扩增管（1）包括位于上方的储液区（3）及位于下方的核酸扩增区（4），其中储液区（3）内部有用于与检测管（2）实现密闭的螺纹卡口（5）；检测管（2）包括试纸条（6）及试纸条容纳固定区（7）。
在一个优选的实施方案中，试纸条容纳固定区（7）包括试纸条底座部分（10）和试纸条上盖部分（11），用于容纳和固定试纸条（6）。其中，试纸条底座部分（10）的凹槽（13）及与其相对应的试纸条上盖部分（11）的凹槽（19），用于试纸条定位；试纸条底座部分（10）的横隔（12）及与其相对应的试纸条上盖部分（11）的横隔（18），用于试纸条（6）的支撑与卡紧；试纸条底座部分（10）的横隔（14）及与其相对应的试纸条上盖部分（11）的横隔（20），用于实现试纸条（6）的样品垫区（8）与检测区（9）的物理性分隔；试纸条底座部分（10）的凸条（15）及与其相对应的试纸条上盖部分（11）的凹槽（21），用于实现试纸条底座部分（10）与试纸条上盖部分（11）在上方的密闭；试纸条底座部分（10）的凸点（16）及与其相对应的试纸条上盖部分（11）的凹槽（22），用于实现试纸条底座部分（10）与试纸条上盖部分（11）在侧边的密闭；试纸条底座部分（10）的螺纹卡口（17）及与其相对应的试纸条上盖部分（11）的螺纹卡口（23），用于实现检测管（2）与扩增管（1）的密闭；试纸条上盖部分（11）的透明视窗（24）用于试纸条（6）的检测结果观测。
在一个优选的实施方案中，在将扩增管（1）与检测管（2）组装完毕后，可通过超声波对各组装部件进行焊接，和/或，通过对所述全封闭一体式核酸扩增与检测管整体进行包膜处理，以实现更优的密闭效果。
本发明还提供了一种扩增和检测样品中的目的核酸的方法，其包括使用本发明的全封闭一体式核酸扩增与检测管。特别地，图3显示了本发明方法的一种优选实施方案，其包括：
1）将待检测的样品和用于进行扩增反应的试剂添加至扩增管（1）的核酸扩增区（4），并且例如通过离心或震动，使反应混合物混匀；
2）通过螺纹卡口（5）、螺纹卡口（17）和螺纹卡口（23）将检测管（2）与扩增管（1）密闭连接（即，扣合）；
3）将密闭连接后的管插入扩增仪进行核酸扩增；
4）在扩增反应完成后，取出全封闭一体式管；
5）倒转全封闭一体式管，并通过离心或震动使扩增管（1）内的扩增产物进入检测管（2），并转移至检测试纸条（6）上；和
6）通过透明视窗（24）读取试纸条（6）上的检测结果。
在一个优选的实施方案中，在检测结束后，不打开所述一体式核酸扩增与检测管，并将其整体废弃于安全处。
实施例
现参照下列意在举例说明本发明（而非限定本发明）的实施例来描述本发明。
除非特别指明，本发明中所使用的分子生物学实验方法和免疫检测法，基本上参照J.Sambrook等人，分子克隆：实验室手册，第2版，冷泉港实验室出版社，1989，以及F.M.Ausubel等人，精编分子生物学实验指南，第3版，John Wiley&Sons,Inc.，1995中所述的方法进行；酶的使用依照产品制造商推荐的条件。本领域技术人员知晓，实施例以举例方式描述本发明，且不意欲限制本发明所要求保护的范围。
实施例1：全封闭一体式核酸扩增与检测管
如图1和图2所示，本发明的全封闭一体式核酸扩增与检测管包括相互配合的用于完成扩增反应的扩增管（1）和用于对扩增产物进行检测和结果判读的检测管（2）；其中，检测管（2）包括试纸条（6）及试纸条容纳固定区（7）。在扩增结束后，将全封闭一体式核酸扩增与检测管从扩增仪从取出，整管倒转并通过离心、震动或其他方式，在全封闭条件下，使扩增产物从扩增管（1）进入检测管（2），并与其中的试纸条（6）接触，而后，扩增产物通过毛细现象向试纸条检测区（9）迁移，并在检测线和/或质控线上发生抗原－抗体的特异性免疫反应。
在本实施例中，全封闭一体式核酸扩增与检测管中的扩增管（1）包括位于上方的储液区（3）及位于下方的核酸扩增区（4），其中储液区（3）内部有用于与检测管（2）实现密闭的螺纹卡口（5）。
同时，全封闭一体式核酸扩增与检测管的检测管（2）包括试纸条底座部分（10）和试纸条上盖部分（11），用于容纳和固定试纸条（6）。其中，试纸条底座部分（10）的凹槽（13）及与其相对应的试纸条上盖部分（11）的凹槽（19），用于试纸条定位；试纸条底座部分（10）的横隔（12）及与其相对应的试纸条上盖部分（11）的横隔（18），用于试纸条（6）的支撑与卡紧；试纸条底座部分（10）的横隔（14）及与其相对应的试纸条上盖部分（11）的横隔（20），用于实现试纸条（6）的样品垫区（8）与检测区（9）的物理性分隔；试纸条底座部分（10）的凸条（15）及与其相对应的试纸条上盖部分（11）的凹槽（21），用于实现试纸条底座部分（10）与试纸条上盖部分（11）在上方的密闭；试纸条底座部分（10）的凸点（16）及与其相对应的试纸条上盖部分（11）的凹槽（22），用于实现试纸条底座部分（10）与试纸条上盖部分（11）在侧边的密闭；试纸条底座部分（10）的螺纹卡口（17）及与其相对应的试纸条上盖部分（11）的螺纹卡口（23），用于实现检测管（2）与扩增管（1）的密闭；试纸条上盖部分（11）的透明视窗（24）用于试纸条（6）的检测结果观测。
另外，在将扩增管（1）与检测管（2）组装完毕后，可通过超声波对各组装部件进行焊接，和/或，通过对所述全封闭一体式核酸扩增与检测管整体进行包膜处理，以实现更优的密闭效果。
实施例2：应用实施例1的全封闭一体式核酸扩增与检测管进行的、以DNA为模板的扩增与检测
1、实验材料
化学试剂：LightCycler FastStart DNA Master HybridizationMixture(Roche,Germany)，二价镁离子，超纯水
仪器耗材：自制核酸扩增仪（参见申请CN201110456811.9）；实施例1的全封闭一体式核酸扩增与检测管，其中检测管（2）中的试纸条（6）在上游设置了标记有抗FITC鼠抗体的乳胶颗粒，在下游的检测线（T）上固定有链霉亲和素（SA），在更下游的质控线（C）上固定有羊抗鼠二抗（GAM-IgG）。
引物：B3F（生物素标记的）：
5’-GGTTATCGCTGGATGTGTCTGCGGC-3’
B3R：
5’-AGGACAAACGGGCAACATACCTTGATAGT-3’
探针：B3T（FITC标记的）：
5’-CATCCTGCTGCTATGCCTCATCTTCTT-3’
检测范本1：HBV全长质粒，浓度为103拷贝/ml
检测范本2：超纯水
2、实验方法：
a)扩增试剂的配置：1pmol B3F，1pmol B3R，0.25pmol B3T，4μl LightCycler FastStart DNA Master Hybridization Mixture，4mM二价镁离子，10μl检测范本1或检测范本2，总体积40μl，剩余体积用超纯水补足。
b)核酸扩增：将配置好的扩增反应混合物添加至扩增管（1）的储液区（3）中，将检测管（2）与扩增管（1）扣合，并通过离心、振动或其他方式，使扩增反应混合物从储液区（3）流至核酸扩增区（4）并混匀；将装有扩增反应混合物的全封闭一体式核酸扩增与检测管插入自制核酸扩增仪，进行PCR核酸扩增。
c)扩增产物的检测：将全封闭一体式核酸扩增与检测管倒置并通过离心、振动或其他方式，在全封闭条件下，使扩增产物从扩增管（1）进入检测管（2），并与试纸条（6）的样品垫区（8）接触并被其吸附，而后，扩增产物通过毛细现象向试纸条的检测区（9）迁移，并依次通过标记有抗FITC鼠抗体的乳胶颗粒、固定有链霉亲和素（SA）的检测线和固定有羊抗鼠二抗（GAM-IgG）的质控线，并在检测线和质控线上发生特异性相互作用。静置5分钟后，即可通过透明检测视窗（24）肉眼观测检测结果。
实施例2的检测结果见图4。图4A显示以HBV全长质粒为范本的检测结果：检测线（T线）与质控线（C线）均呈红色。质控线（C线）呈红色说明检测有效，检测线（T线）呈红色说明检测结果为阳性。图4B显示以超纯水为范本的检测结果：检测线（T线）不呈色，质控线（C线）呈红色。质控线（C线）呈红色说明检测有效，检测线（T线）不呈色说明检测结果为阴性。
实施例3：应用实施例1的全封闭一体式核酸扩增与检测管进行的、以RNA为模板的扩增与检测
1、实验材料
化学试剂：AccessQuick Master Mix（Promega），AMV ReverseTranscriptase，DEPC水。
仪器耗材：自制核酸扩增仪（参见申请CN201110456811.9）、实施例1的全封闭一体式核酸扩增与检测管，其中检测管（2）中的试纸条（6）在上游设置了标记有抗FITC鼠抗体的乳胶颗粒，在下游的检测线（T）上固定有链霉亲和素（SA），在更下游的质控线（C）上固定有羊抗鼠二抗（GAM-IgG）。
引物：C3F（生物素标记的）：
5’-AGTGCCCCGGGAGGTCTCGTAGACCGT G-3’
C3R：5’-ACCTGGGGCCCCTGCGCGGCAACAAGTATA-3’
探针：C3T（FITC标记的）：5’-TCCTAAACCTCAAAGA-3’
检测范本1：HCV血清提取模板，浓度为104拷贝/ml
检测范本2：DEPC水。
2、实验方法：
a)扩增试剂的配置：1pmol C3F，1pmol C3R，0.25pmol C3T，20μl AccessQuick Master Mix(Promega)，AMV Reverse Transcriptase8u，10μl检测范本1或检测范本2，总体积40μl，剩余体积用超纯水补足。
b)核酸扩增：将配置好的扩增反应混合物添加至扩增管（1）的储液区（3）中，将检测管（2）与扩增管（1）扣合，并通过离心、振动或其他方式，使扩增反应混合物从储液区（3）流至核酸扩增区（4）并混匀；将装有扩增反应混合物的全封闭一体式核酸扩增与检测管插入自制核酸扩增仪，进行逆转录扩增。
c)扩增产物的检测：将全封闭一体式核酸扩增与检测管倒置并通过离心、振动或其他方式，在全封闭条件下，使扩增产物从扩增管（1）进入检测管（2），并与试纸条（6）的样品垫区（8）接触并被其吸附，而后，扩增产物通过毛细现象向试纸条的检测区（9）迁移，并依次通过标记有抗FITC鼠抗体的乳胶颗粒、固定有链霉亲和素（SA）的检测线和固定有羊抗鼠二抗（GAM-IgG）的质控线，并在检测线和质控线上发生特异性相互作用。静置5分钟后，即可通过透明检测视窗（24）肉眼观测检测结果
实施例3的检测结果见图5。图5A显示以HCV血清提取模板为范本的检测结果：检测线（T线）与质控线（C线）均呈红色。质控线（C线）呈红色说明检测有效，检测线（T线）呈红色说明检测结果为阳性。图5B显示以超纯水为范本的检测结果：检测线（T线）不呈色，质控线（C线）呈红色。质控线（C线）呈红色说明检测有效，检测线（T线）不呈色说明检测结果为阴性。图4和5的结果表明，本发明的全封闭一体式核酸扩增与检测管以及相关方法不仅适合用于DNA分子的扩增与检测，而且适用于RNA分子的扩增与检测。
实施例4：应用实施例1的全封闭一体式核酸扩增与检测管进行的、含内标监控的、以DNA为范本的扩增与检测
1、实验材料
化学试剂：LightCycler FastStart DNA Master HybridizationMixture(Roche,Germany)，二价镁离子，超纯水
仪器耗材：自制核酸扩增仪（参见申请CN201110456811.9）；实施例1的全封闭一体式核酸扩增与检测管，其中检测管（2）中的试纸条（6）在上游设置了标记有抗FITC鼠抗体的乳胶颗粒，在下游的检测线（T）上固定有链霉亲和素（SA），在内标线（I）上固定有抗地高辛抗体，在更下游的质控线（C）上固定有羊抗鼠二抗（GAM-IgG）。
引物：B3F（生物素标记的）：
5’-GGTTATCGCTGGATGTGTCTGCGGC-3’
B3R：5’-AGGACAAACGGGCAACATACCTTGATAGT-3’
IF（地高辛标记的）：
5’-TTGGCGATGGCTGTATCTGTGGGCT-3’
IR：5’-AACGGACAAGCGGCAAACCTAGATTGTTA-3’
探针：B3T（FITC标记的）：
5’-CATCCTGCTGCTATGCCTCATCTTCTT-3’
IT（FITC标记的）：
5’-GCCTCATCCTGCTTGTTGGTTAAGCTGA-3’
内标：T-I（在pMD-18T载体中）
5’-TTGGCGATGGCTGTATCTGTGGGCTGTTTTATCATCTTCCTCTGGCCTCATCCTGCTTGTTGGTTAAGCTGAGTTGGTTCTTCTGGTAACAATCTAGGTTTGCCGCTTGTCCGTT-3’
检测范本1：HBV全长质粒，浓度为103拷贝/ml
检测范本2：超纯水。
2、实验方法：
a)扩增试剂的配置：1pmol B3F，1pmol B3R，0.25pmol B3T，1pmol IF，1pmol IR，0.25pmol IT，4μl LightCycler FastStart DNAMaster Hybridization Mixture，4mM二价镁离子，2μl内标质粒T-I（浓度为105拷贝/ml），10μl检测范本1或10μl检测范本2，总体积40μl，剩余体积用超纯水补足。
b)核酸扩增：将配置好的扩增反应混合物添加至扩增管（1）的储液区（3）中，将检测管（2）与扩增管（1）扣合，并通过离心、振动或其他方式，使扩增反应混合物从储液区（3）流至核酸扩增区（4）并混匀；将装有扩增反应混合物的全封闭一体式核酸扩增与检测管插入自制核酸扩增仪，进行PCR核酸扩增。
c)扩增产物的检测：将全封闭一体式核酸扩增与检测管倒置并通过离心、振动或其他方式，在全封闭条件下，使扩增产物从扩增管（1）进入检测管（2），并与试纸条（6）的样品垫区（8）接触并被其吸附，而后，扩增产物通过毛细现象向试纸条的检测区（9）迁移，并依次通过标记有抗FITC抗体的乳胶颗粒、固定有链霉亲和素（SA）的检测线、固定有抗地高辛抗体的内标线（I）和固定有羊抗鼠二抗（GAM-IgG）的质控线，并在检测线、内标线和质控线上发生特异性相互作用。静置5分钟后，即可通过透明检测视窗（24）肉眼观测检测结果。
实施例4的检测结果见图6。图6A显示以HBV全长质粒为范本的检测结果：检测线（T线）、内标线（I线）与质控线（C线）均呈红色。内标线（I线）呈红色说明扩增有效，质控线（C线）呈红色说明试纸条检测有效，检测线（T线）呈红色说明检测结果为阳性。若质控线（C线）和/或内标线（I线）之任一不呈色，则说明扩增和/或检测有问题：内标线（I线）不呈色说明扩增存在问题；质控线（C线）不呈色说明检测试纸存在问题。图6B显示以超纯水为范本的检测结果：检测线（T线）不呈色，内标线（I线）与质控线（C线）均呈红色。内标线（I线）呈红色说明扩增有效，质控线（C线）呈红色说明试纸条检测有效，检测线（T线）不呈色说明检测结果为阴性。图6的结果还表明，本发明的全封闭一体式核酸扩增与检测管以及相关方法适合用于多重检测，即，可用于检测一种或多种目标核酸分子。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制。尽管本发明的具体实施方式已经得到详细的描述，但本领域技术人员将理解：根据已经公开的所有教导，可以对细节进行各种修改和变动，并且这些改变均在本发明的保护范围之内。本发明的全部范围由所附权利要求及其任何等同物给出。

Claims (8)

1.一种全封闭一体式核酸扩增与检测管，其包括相互配合的用于完成扩增反应的扩增管（1），和用于对扩增产物进行检测和结果判读的检测管（2），其中扩增管（1）与检测管（2）是密闭连接的，并且扩增管（1）位于检测管（2）的下方，并且检测管（2）包括固定在试纸条容纳固定区（7）中的试纸条（6）；
优选地，扩增管（1）和检测管（2）通过螺纹卡口结构、环状卡口结构或凸点锁扣结构而实现密闭连接；
优选地，扩增管（1）包括储液区（3）及核酸扩增区（4），其中储液区（3）位于核酸扩增区（4）的上方；任选地，储液区（3）中预装有用于核酸扩增的试剂，例如引物，dNTP混合物，酶（例如DNA聚合酶或逆转录酶），探针，内标、缓冲液；
优选地，扩增管（1）通过螺纹卡口（5）而和检测管（2）密闭连接；进一步优选地，螺纹卡口（5）位于储液区（3）的内部。然而，螺纹卡口（5）也可以位于储液区（3）的外部；
优选地，试纸条（6）包括用于与扩增产物接触的样品垫区（8）及用于反应和呈现结果的检测区（9）；进一步优选地，试纸条（6）的检测区（9）包括一条或多条测试线，其用于确定目标核酸分子是否存在于样品中；并且任选地包括质控线和/或内标线，其中所述质控线用于验证试纸条本身的有效性；所述内标线用于验证扩增过程的有效性；
优选地，在将扩增管（1）和检测管（2）组装完毕后，通过超声波对各组装部件进行焊接，和/或，对所述全封闭一体式核酸扩增与检测管整体进行包膜处理；
优选地，扩增管（1）或检测管（2）由聚合材料制成；优选地，扩增管（1）或检测管（2）由玻璃或塑料制成。
2.权利要求1的全封闭一体式核酸扩增与检测管，其中试纸条容纳固定区（7）包括试纸条底座（10）和试纸条上盖（11），其中，试纸条底座部分（10）和试纸条上盖部分（11）能够密闭连接且将试纸条（6）固定在其中；
优选地，试纸条底座部分（10）包括用于支撑试纸条（6）的横隔（12）、用于试纸条（6）定位的凹槽（13）、用于实现试纸条（6）的样品垫区（8）与检测区（9）物理性分隔的横隔（14）、用于实现检测管（2）试纸条容纳固定区（7）的试纸条底座部分（10）的上方和试纸条上盖部分（11）的上方密闭的凸条（15）、用于实现检测管（2）的试纸条容纳固定区（7）的试纸条底座部分（10）的侧边和试纸条上盖部分（11）的侧边密闭的凸点（16）、以及用于与扩增管（1）的螺纹卡口（5）配合的螺纹卡口（17）；并且，试纸条上盖部分（11）包括用于将试纸条（6）卡紧的相对于横隔（12）的横隔（18）、用于试纸条（6）定位的相对于凹槽（13）的凹槽（19）、用于实现试纸条（6）的样品垫区（8）与检测区（9）物理性分隔的相对于横隔（14）的横隔（20）、用于实现检测管（2）的试纸条容纳固定区（7）的试纸条底座部分（10）的上方和试纸条上盖部分（11）的上方密闭的相对于凸条（15）的凹槽（21）、用于实现检测管（2）的试纸条容纳固定区（7）的试纸条底座部分（10）的侧边和试纸条上盖部分（11）的侧边密闭的相对于凸点（16）的凹槽（22）、以及用于与扩增管（1）实现密闭的相对于螺纹卡口（17）的螺纹卡口（23）；
优选地，试纸条上盖部分（11）还包括用于观测试纸条（6）的检测区（9）的透明视窗（24）。
3.一种试剂盒，其包含权利要求1或2的全封闭一体式核酸扩增与检测管。
4.一种扩增和检测样品中的目的核酸的方法，其包括使用权利要求1或2的全封闭一体式核酸扩增与检测管，
优选地，所述核酸是DNA或RNA；
优选地，所述扩增是PCR反应或逆转录反应。
5.权利要求4的方法，其包括以下步骤：
a)在扩增管（1）内进行核酸扩增反应；
b)在扩增反应完成后，倒转全封闭一体式核酸扩增与检测管，并且在全封闭条件下，使扩增管（1）内的扩增产物进入检测管（2），并转移至检测试纸条（6）上，而无需打开一体式核酸扩增与检测管；和
c)读取试纸条（6）上的检测结果；
优选地，在步骤b）中通过离心或震动使扩增管（1）内的扩增产物进入检测管（2），并接触试纸条（6）的样品垫区（8），然后，扩增产物通过毛细作用迁移经过试纸条（6）的检测区（9）；
优选地，在步骤c）中，通过透明视窗（24），优选通过肉眼，读取试纸条（6）上的检测结果；
优选地，在检测结束后，不打开所述一体式核酸扩增与检测管，并将其整体废弃于安全处；
优选地，步骤a）包括：
a1）将待检测的样品和用于进行扩增反应的试剂添加至核酸扩增区（4），并且例如通过离心或震动，使反应混合物混匀；
a2）将检测管（2）与扩增管（1）密闭连接（例如通过螺纹卡口（5）、螺纹卡口（17）和螺纹卡口（23））；和
a3）将密闭连接后的全封闭一体式核酸扩增与检测管插入扩增仪进行核酸扩增。
6.权利要求4的方法，其包括以下步骤：
1）将待检测的样品和用于进行扩增反应的试剂添加至扩增管（1）的核酸扩增区（4），并且例如通过离心或震动，使反应混合物混匀；
2）通过螺纹卡口（5）、螺纹卡口（17）和螺纹卡口（23）将检测管（2）与扩增管（1）密闭连接（即，扣合）；
3）将密闭连接后的管插入扩增仪进行核酸扩增；
4）在扩增反应完成后，取出全封闭一体式管；
5）倒转全封闭一体式管，并通过离心或震动使扩增管（1）内的扩增产物进入检测管（2），并转移至检测试纸条（6）上；和
6）通过透明视窗（24）读取试纸条（6）上的检测结果。
7.权利要求1或2的全封闭一体式核酸扩增与检测管用于进行核酸扩增和检测的用途。
8.权利要求1或2的全封闭一体式核酸扩增与检测管用于制备试剂盒的用途，所述试剂盒用于进行核酸扩增和检测。
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