CN106434317B - 一种用于生物化学反应的流体样品处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生物化学反应的流体样品处理装置。所涉及的装置包括加样口、样品处理腔、至少两个反应腔、废液腔和分液检测腔阵列，流体样品靠压力和重力依次流经加样口、样品处理腔、至少两个反应腔后流入分液检测腔阵列或者流入分液检测腔阵列和废液腔；所述样品处理腔上连通有至少一个试剂腔，每个反应腔上连通有至少一个试剂腔。本发明的装置依靠压力和重力作用实现驱动流体流动，较易实现流体的顺利进入和通过各反应腔和检测腔。同时装置采用液泡预封装的方式储存试剂，可避免装置额外设置试剂储存结构，减小装置的总体积。

Description

一种用于生物化学反应的流体样品处理装置

技术领域

本发明涉及一种用于生物化学反应的流体处理装置，具体涉及一种用以对流体生物、临床或环境样品进行处理，分离，提取，分配和生物化学反应的装置和方法。

背景技术

诸如实验室检测、临床检验或环境监测中对流体样品的识别和分析一般包括一系列生物化学反应的处理步骤，这些步骤可能包括对流体样品的化学、光学、电子、机械、热或声的处理。不管是包括批量处理的工作站、台式仪器，还是基于一次性试剂盒的POCT设备，这样的处理过程典型地都包括复杂的流体装置和处理程序。

人们对流体样品(如生物样品、临床样品或环境样品)进行分析可能有不同的目的，其中一个方面就是开发一种能有效鉴定流体样品中生物物质的方法。这种方法可用于疾病的临床诊断，特别是针对一些传染性强的感染性疾病，有利于实现快速诊断、治疗和感染控制，或者这种方法也可以用于环境污染物的识别等。核酸扩增(如聚合酶链反应，PCR)是目前最为广泛使用的用于鉴定生物物质的方法，但是将该方法用于非实验室环境(如野外现场即时诊断)进行生物物质的鉴定时存在一些问题，其中一个关键问题是在对一个典型生物样品进行核酸扩增前，需要对该样品进行一系列的前处理(如细胞裂解、核酸提取、富集浓缩)。核酸扩增虽然只是众多流体处理方法中的一种，也需要一系列同时或顺序处理步骤，这些处理步骤本身又有很多并且各种各样，除了可能的稀释和浓缩步骤，还包括如化学、光学、电、热、机械、声学、处理、感测或监控的步骤。

迄今为止，这些复杂的流体处理通常是在实验室中由人工进行处理，或者利用专业机器人同时处理多个不同的样品。然而，这些方法处理速度慢、成本高、存在人工误差、且存在交叉污染。传统的流体处理系统要求流体样品连续流动通过一系列不同腔室，其中每个腔室按顺序用于特定的操作步骤，当流体样品依次从一个腔室流到另一个腔室的时候，流体样品经历了依据一个特定程序的处理步骤。然而，使这些处理过程实现自动化需要复杂的流体装置和处理程序，因此，仍需要开发这类装置。

发明内容

针对现有技术的缺陷或不足，本发明的目的一方面在于提供一种用于生物化学反应的流体样品处理装置。

本发明提供的用于生物化学反应的流体样品处理装置，该装置包括加样口、样品处理腔、至少两个反应腔、废液腔和分液检测腔阵列，流体样品靠压力和重力依次流经加样口、样品处理腔、至少两个反应腔后流入分液检测腔阵列或者流入分液检测腔阵列和废液腔；所述样品处理腔上连通有至少一个试剂腔，每个反应腔上连通有至少一个试剂腔。

一种实施方式中，本发明的每个试剂腔中封装有储液泡，所述储液泡包括封存膜和封存在封存膜中的反应试剂。

一种实施方式中，本发明的分液检测腔阵列中封装有固态试剂。

一种实施方式中，本发明的加样口、样品处理腔和至少两个反应腔沿流体重力方向依次分布，且所述样品处理腔和至少两个反应腔中相邻的腔体之间通过第一主流道连通；所述分液检测腔阵列位于流体重力方向上，且所述分液检测腔阵列通过第二主流道与分液检测腔阵列相邻的反应腔连通；所述废液腔位于流体重力方向上，且所述废液腔通过废液流道与至少两个反应腔连通；所述试剂腔通过侧流道与样品处理腔和反应腔连通。

一种实施方式中，本发明的第一主流道、第二主流道和侧流道流体的进口在流体重力方向上高于其流体的出口；所述样品处理腔、各反应腔和废液腔上所设流体进口在流体重力方向上高于样腔内液位。

一种实施方式中，本发明的分液检测腔阵列包括多组阵列分布的分液检测腔，每组分液检测腔包括分液腔和检测腔，多个分液腔串联，与反应腔最近的分液腔通过第二主流道与反应腔连通，每个分液腔上连通有检测腔。

一种实施方式中，本发明的分液检测腔阵列包括多组阵列分布的分液检测腔，每组分液检测腔包括分液腔和检测腔，各分液腔通过分支流道与第二主流道连通，且各分支流道与第二主流道之间的夹角角度为90°～180°，每个分液腔上连通有检测腔。

一种实施方式中，本发明的装置包括加样口、样品处理腔、第一反应腔、第二反应腔、废液腔和分液检测腔阵列。

一种实施方式中，本发明的样品处理腔连通有两个试剂腔，该两个试剂腔分别预封装有裂解液储液泡和磁珠储液泡；第一反应腔连通两个试剂腔，该两个试剂腔分别预封装有第一洗涤液储液泡和第二洗涤液储液泡；第二反应腔连通一个试剂腔，该试剂腔预封装有洗脱液储液泡；所述分液检测腔阵列包括五组阵列分布的分液检测腔，每个检测腔中预封装有固态PCR核酸检测试剂。

一种实施方式中，本发明的装置整体为矩形，且矩形装置的外边缘有硬质边框。

一种实施方式中，每个反应腔上连通有一个废液腔。

一种实施方式中，本发明的装置包括加样口、样品处理单元、至少两个反应单元和分液检测腔阵列，所述加样口、样品处理单元、至少两个反应单元和分液检测腔阵列沿流体重力方向依次分布；所述样品处理单元包括样品处理腔和试剂腔，所述试剂腔和样品处理腔联通，且所述试剂腔的流体出口和样品处理腔的流体进口沿流体重力方向依次分布，也就是说，在重力作用下，流体可依次经试剂腔的流体出口、样品处理腔的流体进口，由试剂腔进入样品处理腔；所述反应单元包括废液腔、反应腔和试剂腔，所述试剂腔、反应腔和废液腔依次联通，并且所述试剂腔的流体出口、反应腔的流体进口和废液腔的流体进口沿重力方向依次分布，也就是说，在重力作用下，流体可依次流经试剂腔的流体出口、反应腔的流体进口和废液腔的流体进口；所述加样口、样品处理腔、至少两个反应腔和分液检测腔依次联通。

本发明的反应单元采用模块化设计，多个反应单元可以使用相同的控制机构实现液体转移和反应需求。

一种实施方式中，本发明的加样口、样品处理单元、至少两个反应单元和分液检测腔阵列之间呈阵列分布，所述样品处理单元的样品处理腔和试剂腔呈阵列分布，所述反应单元中的废液腔、反应腔和试剂腔呈阵列分布，所述加样口、样品处理腔、至少两个反应腔和分液检测腔呈阵列分布。

一种实施方式中，本发明的样品处理腔与试剂腔的联通流道上设有隔断，用于预封装样品处理试剂。

一种实施方式中，本发明的反应腔与试剂腔的联通流道上设有隔断，用于预封装反应试剂。

一种实施方式中，本发明的样品处理腔上连通有一个预留腔，所述试剂腔的流体出口、样品处理腔的流体进口和预留腔的流体进口沿流体重力方向依次分布。

一种实施方式中，本发明装置整体为矩形，且矩形装置的两个边上设有平行齿孔，以便于所述装置在仪器中的传输，同时保持在传输过程中装置的平展状态。

本发明的装置依靠压力和重力作用实现驱动流体流动，较易实现流体的顺利进入和通过各反应腔和检测腔。同时装置采用流体控制方式，使封装有试剂的腔体与相邻的腔体之间虽然由流道相连接，但只有在外力作用下才可以实现两个腔体间的流体转移。

一种流体控制实施方式中，本发明所述装置采用的流体控制方式为储液泡，预封装有试剂的储液泡存于试剂腔内，对试剂腔施加外部压力，可使储液泡破裂并释放液体试剂，反复挤压试剂腔可以将液体试剂通过连通的流道转移至相邻的腔体。储液泡的材料和制作工艺能够保证其在试剂腔无任何破损的情况下先发生破裂，并且在储存、运输过程中不受到挤压作用，不会发生试剂泄漏。

一种流体控制实施方式中，本发明所述装置采用的流体控制方式为流道隔断，在拟封装试剂的腔体与相邻腔体连接的流道内设置隔断，对试剂腔施加外部压力，预封装的液体试剂可以冲破流道内的隔断，反复挤压可以将液体试剂通过连通的流道转移至相邻的腔体。流道隔断的材料和制作工艺能够保证其在试剂腔和流道无任何破损的情况下先发生破裂，并且在储存、运输过程中不受到挤压作用，不会发生试剂泄漏。

本发明所述装置可以根据样品特性及检测需求灵活调整反应单元和分液检测单元的数量，以适应不同的样品、检测通量、检测用途等需求。

一种实施方式中，反应单元的数量可以根据流体样品的特性而增加，以适应更多样品处理步骤的需求。

一种实施方式中，分液检测腔阵列包含至少两个分液检测单元，每个分液检测单元包含一个分液腔和至少一个检测腔。分液检测腔阵列所包含的分液检测单元数量，可以根据待检样品的检测项目数量需求进行调整。每个分液检测腔单元所包含的检测腔数量可以根据检测用途而增加，以适应更多检测需求。

附图说明

图1表示本发明公开内容的一个实施方案中所使用的说明性的装置；

图2表示分液腔结构的一种实施方式，此时主流道与分支流道夹角为90°；

图3表示分液检测阵列结构的一种实施方式；

图4表示分液检测阵列结构的另一种实施方式；

图5为本发明装置结构的一种实施方式；

图6为本发明装置结构的实施方式之一；

图7为本发明装置结构的实施方式之一；

图8为本发明装置结构的实施方式之一。

具体实施方式

本发明的用于生物化学反应的流体样品处理装置为具有多个腔体和流道结构的一体化耗材，腔体之间通过流道相互连通。

本发明的装置用于生物化学反应的流体样品可能包括组织、细胞、蛋白质、核酸、碳水化合物、病毒颗粒、细菌化学品或生化物质等。

在某些实施方式中，本发明装置适用的样本可以是直接包含有生物物质的液体样本，如生物体液(血液、唾液、尿液、淋巴液、脑脊液、精液、胆汁等)、组织液、细胞内液等。

在某些实施方式中，本发明的装置适用的样本可以是含有生物物质的液体溶剂，如试子保存液，微生物培养液，粪便稀释液，鼻腔、阴道洗涤液、组织研磨液等。

本发明装置的材质包含至少一种制作材料，包括但不限于聚乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯、聚甲醛、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯。本发明装置的腔体和流道由至少两层制作材料密封形成。腔体可设置成不同形状，例如圆形、椭圆形、方形或不规则形状。连通腔体之间的流道也包括不同形状，可以是直线型，圆弧形，或不规则形状；在某种实施方式中，流道截面积是可以是渐变的。

在某些实施方式中，本发明装置整体外观的一面是平整的，所有腔体和流道都在另外一面形成凸起；腔体和流道也可以两面都凸起。

在某些实施方式中，本发明的装置上设置有硬质塑料材料构成的边框，该边框可以支撑耗材整体竖直放置，并保持展开的正常使用状态。

在某些实施方式中，本发明装置整体为矩形，且矩形装置的两个边上设有平行齿孔，以便于所述装置在仪器中的传输，同时保持在传输过程中装置的平展状态。

在某些实施方式中，本发明所述装置部分采用透明材料，以配合传感器监测诸如流体转移、装置传输等实时状态或适应诸如核酸荧光检测的光学扫描需求；部分采用不透光材料以减少诸如核酸荧光检测过程中的光学串扰现象。

在某些实施方式中，本发明装置中的至少一个反应腔用于流体样品中检测目标的捕获、吸附、洗涤、洗脱等提取或纯化的处理过程。该处理过程可以通过使用多种试剂实现。在一个具体实施方案中，样品处理模块各单元试剂腔内预封装的试剂包括：用于裂解细胞/组织、释放细胞内部物质的裂解液，用于去除细胞内如蛋白质、糖类等非目标核酸物质的洗涤液，用于溶解纯化后的目标核酸的洗脱液等。该处理过程可以使用至少一种微粒来实现。在一个具体实施方案中，可使用磁珠实现不同的作用，如细胞捕获、蛋白吸附、或核酸的提取或纯化。

本发明的装置还包括至少一个液体试剂预封装在塑料泡中形成的液泡，液泡储存于试剂腔内，受挤压后破裂，反复挤压可以将试剂排出试剂腔；该流体装置分液检测腔阵列中的检测腔预封装有固态试剂。

本发明的储液泡由至少一种塑料材料制成，包括聚乙烯，低密度聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯等。液泡由至少两层塑料材料密封形成，包括多种形状，例如半球形、椭球形、液滴形、圆柱形、椭圆柱形或不规则形。

本发明的储液泡储存于试剂腔内，可以在液体试剂的保存条件下和有效期内的正常保存，液泡在储存、运输过程中不受到挤压作用，不会发生试剂泄漏。

在使用本发明的装置时，通过挤压试剂腔可以使储液泡破裂并释放液体试剂，同时储液泡的材料和制作工艺保证在试剂腔无任何损失的情况下先发生破裂。反复挤压试剂腔可以将液体试剂通过连通的流道排出试剂腔。

本发明的装置在使用时竖直放置，各个流道可以在外力按压的作用下实现导通和闭合；流体样品在挤压和重力作用下可从竖直方向上位置高的腔向位置低的腔单向流动。

本发明的装置竖直放置时，各个腔体在重力方向上有高有低，所有的流体样品流动都是由重力方向上位置高的腔体向位置低的腔体单向流动。配合不同流道的导通和闭合，流体收到挤压实现其在腔体间的转移，同时由于重力作用和从高到低的单向流动方向减小液体残留。

在某些实施方式中，本发明装置两个腔体间流道中流体是单向流动的，液体流出的腔体的流道出口在其下部，液体流入的腔体的流道入口在其上部。

在某些实施方式中，本发明装置的流道可以通过各种方式实施对流道的外力按压实现流道的导通和闭合，例如机械推杆按压，机械滚轮按压，或者夹子等可以实现流道密封制动的结构。

在某些实施方式中，本发明装置的腔体可以通过各种方式实施对腔体的外力挤压实现流体在腔体间的转移，例如机械推杆按压，机械滚轮按压等。

在某些实施方式中，本发明装置的流道按压结构可以一次控制一个流道的导通和闭合，也可以组合起来一次控制多个流道的同时导通和闭合。在某些实施方案中，流道的按压结构尽量靠近腔体的接口，减小流道中的流体残留。

在某些实施方式中，本发明所述装置采用的流体控制方式为流道隔断，在拟封装试剂的腔体与相邻的腔体连接的流道内设置隔断，对试剂腔施加外部压力，预封装的液体试剂可以冲破流道内的隔断，反复挤压可以将液体试剂通过连通的流道转移至相邻的腔体。

在某些实施方式中，本发明装置内部的大部分空气被抽出，各个腔体和流道都发生收缩。包含液泡的试剂腔和预封装固态试剂的反应腔由于腔体收缩将包紧液泡和固态试剂。当流体样品和液泡中的液体试剂被挤压到另一个反应腔时，反应腔收缩的侧壁可以张开并容纳流体样品和液体试剂，被挤压的反应腔或试剂腔侧壁则收缩，使得残留的流体很少。

在某些实施方式中，流体样品在反应腔中反应时，拍打该反应腔可加快反应时间；流体样品在反应腔中反应后，对该反应腔加压可将流体压出该反应腔。

在某些实施方式中，对试剂腔的挤压包括多种方式，例如在混匀时采用可调幅度的脉冲式挤压、排除腔体中流体中气泡时采用轻轻拍打的挤压。

本发明装置使用时，通过控制一体化耗材腔体间不同流道的导通和闭合状态，通过挤压和重力作用可以对流体进行多种处理，实现流体转移，混匀，分液等生物化学反应所需功能。

在某些实施方式中，通过流体转移、混匀等处理步骤，在外加磁场的作用下，可以实现细胞裂解、磁珠与核酸的吸附、磁珠的洗涤、核酸的洗脱等核酸提取和纯化功能。

在某些实施方式中，通过分液、混匀等处理步骤，可以实现模板分液、PCR体系建立等功能。

在某些实施方式中，在外部热循环和光学检测装置的作用下，可以在一些反应腔中实现核酸PCR扩增、实时荧光检测等检测功能。

在一个具体实施方式中，该装置使用前将所有流道封闭，通过加样口加入流体样品后将加样口密封；通过对一体化耗材外加流道按压开关控制结构、腔体挤压结构、磁场吸附装置、热循环装置和光学检测装置等，可以实现从样品进到结果出的封闭式、全自动的核酸提取、PCR扩增和检测功能。

在某些实施方式中，不同的检测用途可以通过检测模块中预封装的不同试剂实现，试剂可以为液体或固体。

在某些实施方式中，多种检测单元可以组合使用以实现多种检测用途。在一个具体实施方案中，第一个检测单元的检测腔内预封装有PCR试剂，第二个检测单元的检测腔内预封装有核酸杂交试剂。在外部热循环和光学检测装置的作用下，从样本处理模块中得到的核酸样本在第一个检测单元中进行扩增反应，扩增后的核酸样品在第二个检测单元进行进一步的杂交检测。在另一个具体实施方案中，第一个检测单元的检测腔内预封装有PCR试剂，第二个检测单元的检测腔内预封装有核酸测序试剂。在外部热循环和光学检测装置的作用下，从样本处理模块中得到的核酸样本在第一个检测单元中进行扩增反应，扩增后的核酸样品在第二个检测单元进行进一步的测序检测。

以下是发明人提供的具体实施例，以对本发明的技术方案作进一步解释说明。

实施例1：

如图1所示的流体处理装置，用于处理流体样品，进行核酸样品处理、提取纯化、扩增，以及荧光PCR检测，可完成对样品中多种核酸目标的定性检测。

该实施例的装置包括一个用于加入流体样品的加样口1和用于流体样品裂解以及核酸吸附的样品处理腔3，加样口1和样品处理腔3通过流道2连通；流道2的出口在流体重力方向上高于样品处理腔3的液位，流体样品加入加样口1后经流道2到达样品处理腔3。

样品处理腔3用于完成流体样品裂解以及核酸吸附，第一试剂腔4中预封装有裂解液储液泡，第一试剂腔4通过流道5和样品处理腔3连通，流道5的出口在流体重力方向上高于样品处理腔3的液位，第一试剂腔4受压后储液泡破裂从而将裂解液挤出液泡，进而压出第一试剂腔4经流道5进入样品处理腔3。

第二试剂腔6中预封装有磁珠悬液储液泡，第二试剂腔6通过流道7和样品处理腔3连通，流道7的出口在流体重力方向上高于样品处理腔3的液位，第二试剂腔6受压后储液泡破裂从而将磁珠悬液压出液泡，进而压出第二试剂腔6经流道7进入样品处理腔3。裂解液、磁珠保存液和流体样品混合后，使用外力拍打样品处理腔3进行裂解，样品裂解后，磁珠吸附样品核酸。

第一反应腔9实现样品核酸与磁珠复合体洗涤功能，第一反应腔9通过流道8和样品处理腔3连通，流道8的进口在流体重力方向上高于样品处理腔3的液位，流道8的出口在流体重力方向上高于第一反应腔9的液位，样品处理腔3受压后使裂解反应后的混合液经流道8进入第一反应腔9。

第一反应腔9通过流道15和废液腔14连通，流道15的进口在流体重力方向上高于第一反应腔9的液位，流道15的出口在流体重力方向上高于废液腔14的液位，通过装置外部的磁铁吸附固定附着有核酸的磁珠，并对第一反应腔9加压使混合液经流道15进入废液腔14。

第三试剂腔10中预封装有用于洗涤样品中除核酸以外，如蛋白质、多糖等杂质的第一洗涤液储液泡，第三试剂腔10通过流道11和第一反应腔9连通，流道11的出口在流体重力方向上高于第一反应腔9的液位，第三试剂腔10受压后使液泡破裂从而将第一洗涤液压出液泡，进而压出第三试剂腔10经流道11进入第二反应腔9，外部磁铁释放在第一反应腔9中的磁珠，拍打第一反应腔9使第一洗涤液对附着有核酸的磁珠进行洗涤，洗涤后磁铁吸附磁珠，对第一反应腔9加压使第一洗涤液经流道15进入废液腔14。

第四试剂腔12中预封装有用于洗涤样品中除核酸以外，如蛋白质、多糖等杂质的第二洗涤液储液泡，第四试剂腔12通过流道13和第一反应腔9连通，流道12的出口在流体重力方向上高于第一反应腔9的液位，第四试剂腔12受压后使液泡破裂从而将第二洗涤液压出液泡，进而压出第四试剂腔12经流道13进入第一反应腔9，外部磁铁释放磁珠，拍打第二反应腔9使第一洗涤液对附着有核酸的磁珠进行洗涤。

第二反应腔16实现样品核酸与磁珠复合体洗涤液二的转移和样品核酸的洗脱功能，第二反应腔16通过流道17和第一反应腔9连通，流道17的进口在流体重力方向上高于第一反应腔9的液位，流道17的出口在流体重力方向上高于第二反应腔16的液位，对第一反应腔9加压使第二洗涤液和附着有核酸的磁珠经流道17进入第二反应腔16。

废液腔14通过流道18和第二反应腔16连通，流道18的进口在流体重力方向上高于第二反应腔16的液位，流道18的出口在流体重力方向上高于废液腔14的液位，通过装置外部磁铁吸附固定附着有核酸的磁珠，对第二反应腔16加压使洗涤液二经流道18进入废液腔14。

第五试剂腔19中预封装有用于洗脱磁珠复合体上样品核酸的洗脱液储液泡，第五试剂腔19通过流道20和第二反应腔16连通，流道11的出口在流体重力方向上高于第二反应腔16的液位，第五试剂腔19受压后使液泡破裂从而将洗脱液压出液泡，进而压出第五试剂腔19经流道20进入第二反应腔16，外部磁铁释放在第二反应腔16中的磁珠，拍打第二反应腔16使洗脱液对附着有核酸的磁珠进行洗脱，洗脱后样品核酸和磁珠分离，利用装置外部的磁铁吸附固定磁珠。

分液检测腔阵列用于实现核酸提取产物分液与检测。分液检测腔阵列通过主流道22与第二反应腔16中连通，主流道22的进口在重力方向上高于第二反应腔16中的液位，主流道22与侧流道的夹角θ为120°，对第二反应腔16中加压使核酸洗脱液即核酸提取产物经主流道22进入分液腔21以进行分液。

该实施例的装置外边缘设置硬质塑料材料构成的边框26，该边框可以支撑耗材整体竖直放置，并保持展开的正常使用状态。

实施例2：

该实施例与实施例1不同之处，如图2所示，主流道22与各侧流道25夹角θ等于90度，流道22的进口与第二反应腔16连通，流道22的出口为侧流道25的进口，侧流道25的出口与分液腔21连通。在该实施方式中，对第二反应腔16连通加压使含有核酸的洗脱液经流道22、侧流道25进入分液腔21以进行分液。

实施例3：

该实施例与实施例1不同之处在于，如图3所示，分液检测腔阵列中的分液腔21分布在主流道22上。在该实施方式中，分液腔阵列通过主流道22和第二反应腔16连通，对第二反应腔16加压使核酸洗脱液经主流道22进入分液腔阵列以进行分液。

各检测腔23预封装有用于核酸扩增、荧光检测的PCR固态试剂，在外部热循环和光学检测装置的配合作用下，用于实现PCR反应体系建立、核酸扩增、荧光检测等功能。各检测腔23通过流道阵列24和分液腔阵列21连通，对分液腔阵列加压使核酸洗脱液经流道阵列24进入各检测腔23与PCR固态试剂混合，以进行进一步的核酸扩增。

实施例4：

该实施例与实施例3不同之处在于，如图3所示，分液检测腔阵列的另一端可以是一个用于辅助分液的腔体28，确保分液均匀。

实施例5：

该实施例与实施例3不同之处在于，如图4所示，分液检测腔阵列的另一端通过一个回流流道27与上述第二反应腔16连通，以减少流体分液过程中产生气泡。

实施例6：

如图5所示，该实施例的用于生物化学反应的流体处理装置，用于进行流体样品处理、核酸提取纯化、扩增，以及荧光PCR检测，可完成对样品中多种核酸目标的定性、定量检测。

该实施例的装置包括用于加入流体样品的加样模块6-1、用于处理样品的样品处理模块6-2和分液检测腔阵列，其中：样本处理模块6-2由一个样本处理单元6-8和两个反应单元6-16、6-24构成；分液检测腔阵列由用于分配样品的分液模块6-3和用于样品检测的检测模块6-4构成。

该示例性实施例的装置的加样模块6-1由加样瓶6-5和加样口6-6构成，加样瓶6-5的流体出口嵌入在加样口6-6内，加样口6-6与第一主流道6-7连通，加样瓶6-5中的流体样品经过加样口6-6流入第一主流道6-7，并进入样本处理模块6-2，第一主流道6-7的进口在重力方向上高于其出口。

样本处理单元6-8用于流体样品裂解以及核酸吸附功能，由试剂腔6-9、样品处理腔6-12和预留腔6-13构成，且三个腔体沿流体流动方向由高至低依次连接；试剂腔6-9与样品处理腔6-12通过侧流道6-11连接，侧流道6-11连接内设有隔断6-10，并且侧流道6-11的进口在重力方向上高于其出口；样品处理腔6-12与预留腔6-13通过侧流道6-14连通，侧流道6-14的进口在重力方向上高于其出口；试剂腔6-9预封装有裂解液和磁珠，在外力作用下试剂冲破隔断6-10，经侧流道6-11进入样品处理腔6-12，与经第一主流道6-7进入样品处理腔6-12的流体样品混合；使用外力拍打样品处理腔6-12进行样品裂解，并使磁珠吸附样品细胞裂解后释放的核酸。对样品处理腔6-12施加外部压力使裂解反应后的混合液经流道6-15进入反应单元6-16，流道6-15的进口在重力方向上高于其出口。

反应单元6-16用于实现样品核酸与磁珠复合体的洗涤功能，由试剂腔6-17、反应腔6-20和废液腔6-21构成，且三个腔体沿流体流动方向由高至低依次连接；试剂腔6-17与反应腔6-20通过侧流道6-19连接，侧流道6-19连接内设有隔断6-18，并且侧流道6-19的进口在重力方向上高于其出口；反应腔6-20与废液腔6-21通过侧流道6-22连通，侧流道6-22的进口在重力方向上高于其出口；裂解反应后的混合液经流道6-15进入反应腔6-20，通过装置外部的磁铁吸附固定反应腔6-20内附着有核酸的磁珠，并对反应腔6-20加压使混合液经流道6-22进入废液腔6-21；试剂腔6-17预封装有用于洗涤样品中除核酸以外，如蛋白质、多糖等杂质的洗涤液，在外力作用下洗涤液冲破隔断6-18，经侧流道6-19进入反应腔6-20，外部磁铁释放在反应腔6-20内附着有核酸的磁珠，使用外力拍打反应腔6-20使洗涤液对附着有核酸的磁珠进行洗涤，对反应腔6-20施加外部压力使洗涤后的混合液经流道6-23进入反应单元6-24，流道6-23的进口在重力方向上高于其出口。

反应单元6-24用于实现样品核酸的洗脱功能，由试剂腔6-25、反应腔6-28和废液腔6-29构成，且三个腔体沿流体流动方向由高至低依次连接。试剂腔6-25与反应腔6-28通过侧流道6-27连接，侧流道6-27连接内设有隔断6-26，并且侧流道6-27的进口在重力方向上高于其出口；反应腔6-28与废液腔6-29通过侧流道6-30连通，侧流道6-30的进口在重力方向上高于其出口。洗涤后的混合液经流道6-23进入反应腔6-28，通过装置外部的磁铁吸附固定反应腔6-28内附着有核酸的磁珠，并对反应腔6-28加压使混合液经流道6-30进入废液腔6-29。试剂腔6-25预封装有用于洗脱磁珠复合体上样品核酸的洗脱液，在外力作用下洗脱液冲破隔断6-26经侧流道6-27进入反应腔6-28，外部磁铁释放在反应腔6-28内附着有核酸的磁珠，使用外力拍打反应腔6-28使洗脱液对附着有核酸的磁珠进行洗脱，洗脱后样品核酸和磁珠分离，利用装置外部的磁铁再次吸附固定磁珠。对反应腔6-28施加外部压力使核酸洗脱液即核酸提取产物经第三主流道6-31进入分液模块6-3进行分液，第三主流道6-31的进口在重力方向上高于其出口。

该示例性实施例的装置的分液模块6-3由五个呈阵列分布的，且形状、大小相同的分液腔6-33、五个分液辅助腔6-32a和一个分液辅助腔6-32b构成。五个分液辅助腔6-32a位于第三主流道6-31上，用于减少分液过程中产生的气泡。每个分液辅助腔6-32a与每个分液腔6-34之间由分支流道6-33连通，各分支流道与第三主流道之间的夹角角度为90度。反应腔6-28内的核酸提取产物经第三主流道6-31上的各分液辅助腔6-32a进入各个分液腔6-34进行分液，分液辅助腔6-32a能够减少分液过程中产生的气泡。分液辅助腔6-32b位于第三主流道6-31末端，用于减少分液过程中产生的溢流现象，并容纳分液过程中产生的气泡，辅助分液过程。每个分液腔6-34与每个检测腔6-36由分支流道6-35连通，对分液腔6-34施加外部压力使分液后的核酸提取产物经分支流道6-35进入检测模块6-4进行检测，分支流道6-35的进口在重力方向上高于其出口。

该示例性实施例的装置的检测模块6-4由一个检测单元构成，该检测单元包括五个大小、形状相同且呈阵列分布的检测腔6-36，检测腔6-36中预封装有用于核酸扩增、荧光检测的PCR固态试剂。对分液腔6-34施加外部压力使分液后的核酸提取产物经分支流道6-35进入检测腔6-36，使用外力拍打检测腔6-36使PCR固态试剂与液体核酸提取产物充分溶解以建立PCR反应体系，检测腔6-36内的该PCR反应体系在外部热循环和光学检测装置的配合作用下，能够实现进一步的PCR核酸扩增、荧光检测等功能。

该示例性实施例的装置整体为矩形，且矩形装置的两个边上设有平行齿孔6-37，以便于所述装置在仪器中的传输，同时保持在传输过程中装置的平展状态。

图6所示，实施例6所示的装置结构中样品处理模块所包含的单元数量可根据样本特性及处理步骤进行调节；分液模块的分液腔数量可根据检测数量进行调节；检测模块所包含的检测单元和检测腔数量可根据检测目的及检测数量调节。

实施例7：

如图7所示，该实施例与实施列6装置所采用隔断的流体控制方式不同的是，该实施例的装置采用储液泡流体控制方式，各试剂腔中预封装有试剂的储液泡存于试剂腔内。

实施例8：

图8表示本发明装置的一个实施方案，此时检测模块部分采用透明材料、部分采用不透光材料，以适应核酸荧光检测的光学扫描需求，并减少光学串扰现象。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (13)

1.一种用于生物化学反应的流体样品处理装置，其特征在于，所述装置包括加样口、样品处理腔、至少两个反应腔、废液腔和分液检测腔阵列，流体样品靠压力和重力依次流经加样口、样品处理腔、至少两个反应腔后流入分液检测腔阵列或者流入分液检测腔阵列和废液腔；

所述样品处理腔上连通有至少一个试剂腔，每个反应腔上连通有至少一个试剂腔；每个试剂腔中封装有储液泡，所述储液泡包括封存膜和封存在封存膜中的反应试剂；所述加样口、样品处理腔和至少两个反应腔沿流体重力方向依次分布，且所述样品处理腔和至少两个反应腔中相邻的腔体之间通过第一主流道连通；

所述分液检测腔阵列位于流体重力方向上，且所述分液检测腔阵列通过第二主流道与分液检测腔阵列相邻的反应腔连通；

所述废液腔位于流体重力方向上，且所述废液腔通过废液流道与至少两个反应腔连通；

所述试剂腔通过侧流道与样品处理腔和反应腔连通；

所述分液检测腔阵列包括多组阵列分布的分液检测腔，每组分液检测腔包括分液腔和检测腔，多个分液腔串联，与反应腔最近的分液腔通过第二主流道与反应腔连通，每个分液腔上连通有检测腔。

2.如权利要求1所述的用于生物化学反应的流体样品处理装置，其特征在于，所述分液检测腔阵列中封装有固态试剂。

3.如权利要求1所述的用于生物化学反应的流体样品处理装置，其特征在于，所述第一主流道、第二主流道和侧流道流体的进口在流体重力方向上高于其流体的出口；

所述样品处理腔、各反应腔和废液腔上所设流体进口在流体重力方向上高于腔内液位。

4.如权利要求1所述的用于生物化学反应的流体样品处理装置，其特征在于，所述分液检测腔阵列包括多组阵列分布的分液检测腔，每组分液检测腔包括分液腔和检测腔，各分液腔通过分支流道与第二主流道连通，且各分支流道与第二主流道之间的夹角角度为90°～180°，每个分液腔上连通有检测腔。

5.如权利要求1-4任一项权利要求所述的用于生物化学反应的流体样品处理装置，其特征在于，所述装置包括加样口、样品处理腔、第一反应腔、第二反应腔、废液腔和分液检测腔阵列。

6.如权利要求5所述的流体样品处理装置，其特征在于，样品处理腔连通有两个试剂腔，该两个试剂腔分别预封装有裂解液储液泡和磁珠储液泡；

第一反应腔连通两个试剂腔，该两个试剂腔分别预封装有第一洗涤液储液泡和第二洗涤液储液泡；

第二反应腔连通一个试剂腔，该试剂腔预封装有洗脱液储液泡；

所述分液检测腔阵列包括五组阵列分布的分液检测腔，每个检测腔中预封装有固态PCR核酸检测试剂。

7.如权利要求1所述的用于生物化学反应的流体样品处理装置，其特征在于，所述装置整体为矩形，且矩形装置的外边缘有硬质边框。

8.如权利要求1所述的用于生物化学反应的流体样品处理装置，其特征在于，每个反应腔上连通有一个废液腔。

9.如权利要求1或4所述的用于生物化学反应的流体样品处理装置，其特征在于，所述装置包括加样口、样品处理单元、至少两个反应单元和分液检测腔阵列，所述加样口、样品处理单元、至少两个反应单元和分液检测腔阵列沿流体重力方向依次分布；

所述样品处理单元包括样品处理腔和试剂腔，所述试剂腔和样品处理腔联通，且所述试剂腔的流体出口和样品处理腔的流体进口沿流体重力方向依次分布；

所述反应单元包括废液腔、反应腔和试剂腔，所述试剂腔、反应腔和废液腔依次联通，并且所述试剂腔的流体出口、反应腔的流体进口和废液腔的流体进口沿流体重力方向依次分布；

所述加样口、样品处理腔、至少两个反应腔和分液检测腔依次联通。

10.如权利要求9所述的用于生物化学反应的流体样品处理装置，其特征在于，所述加样口、样品处理单元、至少两个反应单元和分液检测腔阵列之间呈阵列分布，所述样品处理单元的样品处理腔和试剂腔呈阵列分布，所述反应单元中的废液腔、反应腔和试剂腔呈阵列分布，所述加样口、样品处理腔、至少两个反应腔和分液检测腔呈阵列分布。

11.如权利要求9所述的用于生物化学反应的流体样品处理装置，其特征在于，所述样品处理腔与试剂腔的联通流道上设有隔断。

12.如权利要求9所述的用于生物化学反应的流体样品处理装置，其特征在于，所述反应腔与试剂腔的联通流道上设有隔断。

13.如权利要求9所述的用于生物化学反应的流体样品处理装置，其特征在于，所述样品处理腔上连通有一个预留腔，所述试剂腔的流体出口、样品处理腔的流体进口和预留腔的流体进口沿流体重力方向依次分布。