CN106520522A - 一种dna萃取装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种DNA萃取装置及方法，该DNA萃取装置包括第一玻璃片、第二玻璃片，第一玻璃片和/或第二玻璃片上设置有凹槽，当第一玻璃片、第二玻璃片键合在一起时，凹槽形成封闭的萃取空间，第一玻璃片和/或第二玻璃片上设置有进液口，且第一玻璃片和/或第二玻璃片上还设置有出液口，进液口和出液口均与凹槽连通，凹槽的表面连接有氨基化基团。由于凹槽的表面连接有氨基化基团，在酸性环境下氨基化凹槽表面电荷为正电，可以吸附DNA，通过凹槽、进液口和出液口，可以依次分别加入酸性缓冲溶液、DNA溶液、淋洗液、洗脱液、清洗液，从而实现DNA的纯化、富集，实验时只需通过切换进液口进入的液体，就能实现DNA的萃取过程，操作简便、可靠。
Description
技术领域
本发明涉及生物样品提取技术领域，更具体而言，涉及一种DNA萃取装置及方法。
背景技术
目前实验室常规DNA提取方法主要还是采取碱裂解法或酚氯仿法，即液相提取法(Liquid-liquid Methods)，需要离心机等设备，而且操作步骤比较费时、繁琐，酚、氯仿对人体还有毒性。
较新的方法是使用SPE(solid phase extraction)法即固相提取法。与传统的液相提取法(Liquid-liquid Methods)相比，它具有成本低廉、使用方便，污染性小等优点。在DNA提取实验中，SPE法主要是利用一些固体物质的表面，如硅表面、玻璃、离子交换树脂或者经过修饰的磁珠等特异的吸附DNA。这种方法的好处是DNA的降解较少，结合使用蛋白变性剂和RNA降解试剂，可以使DNA的纯度和产量得到提高，而且SPE法操作步骤相对减少，可以适应不同的样本。
同时，也有使用微磁珠进行生物样品中DNA提取，其原理是：微磁珠表面可以修饰各种化学基团，利用DNA可以和羧基标记的磁珠进行可逆结合的原理，对样本中生物分子进行选择和分离。同时由于其具有超顺磁性，可以通过外加磁场进行操纵。因此操作更方便，这种技术也被称为固相可逆固定法(solid-phase reversible immobilization，SPRI)。和原有的酚氯仿等方法比较，试剂更安全，无需离心机等设备。
但是，磁珠操作的方法仍未实现小型化和便携化，需要较大的设备，试剂消耗也较多。传统的方法试剂消耗较多，对设备倚赖高，检测成本也较高；由于一些危险致病细菌和病毒的存在，使得一次性检测成为必要，而常规的方法成本都较高，设备无法一次性使用，使得污染和感染的机会增高。
为克服上述问题，中国专利公告号为CN1314700C的中国专利公开了一种生物样品中DNA提取的方法，通过使用塑性材料聚二甲基硅氧烷制作用于样品DNA提取的芯片，工艺上采用快速成型法，使得芯片制作的成本低廉。但是其仍然存在DNA的纯化、富集效率低，操作较为复杂的问题。
因此，如何提高DNA的纯化、富集效率低，进一步减少操作步骤，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种DNA的纯化、富集效率高、操作步骤简单的DNA萃取装置及方法。
一方面，本发明提出的一种DNA萃取装置，包括第一玻璃片、第二玻璃片，所述第一玻璃片和/或第二玻璃片上设置有凹槽，当所述第一玻璃片、第二玻璃片键合在一起时，所述凹槽形成封闭的萃取空间，所述第一玻璃片和/或第二玻璃片上设置有进液口，且所述第一玻璃片和/或第二玻璃片上还设置有出液口，所述进液口和出液口均与所述凹槽连通，所述凹槽的表面连接有氨基化基团。
作为上述DNA萃取装置在一方面的改进，优选地，其特征在于，所述第一玻璃片的下表面及所述第二玻璃片的上表面均设置有凹槽，所述第一玻璃片下表面的凹槽与所述第二玻璃片上表面的凹槽的结构相同。
作为上述DNA萃取装置在一方面的改进，优选地，所述进液口和出液口均设置在第一玻璃片上。
作为上述DNA萃取装置在一方面的改进，优选地，所述凹槽呈六边形或菱形结构，所述进液口)和出液口与六边形或菱形的两个顶点连通。
作为上述DNA萃取装置在一方面的改进，优选地，所述第一玻璃片、第二玻璃片为石英材质，所述凹槽通过刻蚀制成。
作为上述DNA萃取装置在一方面的改进，优选地，还包括恒流泵、硅胶管及硬质导管，所述恒流泵依次通过硅胶管和硬质导管与所述进液口和出液口连接。
作为上述DNA萃取装置在一方面的改进，优选地，包括5个恒流泵，5个恒流泵分别用于输送酸性缓冲溶液、DNA溶液、淋洗液、洗脱液和清洗液。
本发提出的DNA萃取装置，包括第一玻璃片、第二玻璃片，第一玻璃片和/或第二玻璃片上设置有凹槽，当第一玻璃片、第二玻璃片键合在一起时，凹槽形成封闭的萃取空间，第一玻璃片和/或第二玻璃片上设置有进液口，且第一玻璃片和/或第二玻璃片上还设置有出液口，进液口和出液口均与凹槽连通，凹槽的表面连接有氨基化基团。DNA为负电性物质，在溶液中可与正电性物质发生静电作用而吸附在一起，本发明基于这一特征，利用第一玻璃片、第二玻璃片(其主要成分为二氧化硅，即SiO2)表面改性后得到电性可控的表面，与DNA在不同pH溶液中的不同作用力，在芯片上的薄层通道中实现DNA的萃取。由于凹槽的表面连接有氨基化基团，在酸性环境下氨基化凹槽表面电荷为正电，可以吸附DNA，通过凹槽、进液口和出液口，可以依次分别加入酸性缓冲溶液、DNA溶液、淋洗液、洗脱液、清洗液，从而实现DNA的纯化、富集，实验时只需通过切换进液口进入的液体，就能实现DNA的萃取过程，操作简便、可靠。
另一方面，本发明提出的一种利用上述DNA萃取装置的DNA萃取方法，包括以下步骤：
步骤20：通过所述进液口向所述凹槽中加入酸性缓冲溶液，使所述凹槽表面电荷为正电；
步骤30：通过所述进液口向所述凹槽中加入DNA溶液，使DNA溶液与所述凹槽表面的氨基发生静电作用并将DNA吸附在所述凹槽表面；
步骤40：通过所述进液口向所述凹槽中加入淋洗液，去除所述凹槽中的正电性和中性物质；
步骤50：通过所述进液口向所述凹槽中加入洗脱液，以改变所述凹槽表面的氨基的电性为负电性，使DNA从所述凹槽表面脱附；
步骤60：通过所述进液口向所述凹槽中加入清洗液，以清洗所述凹槽的表面。
作为上述DNA萃取方法在一方面的改进，优选地，在步骤20之前，还包括步骤10：将所述第一玻璃片、第二玻璃片键合在一起，通过所述进液口向所述凹槽中加入无水乙醇和超纯水清洗所述凹槽至少2次，并真空干燥第一预定时间；然后，通过所述进液口向所述凹槽中加入氨基化反应溶液，氨基化反应溶液充满所述凹槽后，将所述第一玻璃片、第二玻璃片放入的水浴中反应，反应第二预定时间后，依次用无水乙醇及去离子水通过超声波清洗至少2次，并干燥所述第一玻璃片、第二玻璃片第三预定时间。
作为上述DNA萃取方法在一方面的改进，优选地，在步骤10中，通过所述进液口向所述凹槽中加入淋洗液无水乙醇和超纯水清洗所述凹槽3次；反应第二预定时间后，依次用无水乙醇及去离子水通过超声波清洗3次；第一预定时间、第二预定时间、第三预定时间为12小时，预定温度为70摄氏度；
在步骤20-60中，通过恒流泵向所述进液口提供酸性缓冲溶液、DNA溶液、淋洗液、洗脱液、清洗液。
本发明提出的DNA萃取方法，通过进液口11向凹槽3中加入酸性缓冲溶液，酸性缓冲溶液进入凹槽3后，在酸性环境下氨基化凹槽3表面电荷为正电，从而，使得凹槽3表面电荷为正电；通过进液口11向凹槽3中加入DNA溶液，使DNA溶液与凹槽3表面的氨基发生静电作用并将DNA吸附在凹槽3表面；通过进液口11向凹槽3中加入淋洗液，去除凹槽3中的正电性和中性物质，纯化了DNA；通过进液口11向凹槽3中加入洗脱液，以改变凹槽3表面的氨基的电性为负电性，从而解除氨基化表面与吸附的DNA之间的静电吸附力，使DNA从凹槽3表面脱附；最后，使用结束后，通过进液口11向凹槽3中加入清洗液(如2mol/L的NaOH和超纯水)，以清洗凹槽3的表面。因此，通过本方法实现了DNA的纯化、富集，实验时只需通过切换进液口11进入的液体，就能实现DNA的萃取过程，操作简便、可靠。
附图说明
图1为本发明一种DNA萃取装置的示意图；
图2为图1中DNA萃取装置的第一玻璃片和第二玻璃片的示意图；
图3为本发明一种DNA萃取装置供液部分的示意图；
图4为本发明一种DNA萃取方法的示意图。
图中，1第一玻璃片；11进液口；12出液口；2第二玻璃片；3凹槽；4恒流泵；5硅胶管；6硬质导管
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，本发明中出现的“第一”、“第二”、“第三”仅用于区分不同部件或参数，无先后之分，更不作为结构或参数本身的限定；同时，本发明中的“和/或”，指既可以同时具备，也可以选择其中之一，如方案A和/或方案B，包括方案A、方案B、方案A且方案B此三种情况。
参见图1-3所示，本发明提出的一种DNA萃取装置，包括第一玻璃片1、第二玻璃片2，第一玻璃片1和/或第二玻璃片2上设置有凹槽3，当第一玻璃片1、第二玻璃片2键合在一起时(可以通过低温直接键合)，凹槽3形成封闭的萃取空间，第一玻璃片1和/或第二玻璃片2上设置有进液口11，且第一玻璃片1和/或第二玻璃片2上还设置有出液口12，进液口11和出液口12均与凹槽3连通，凹槽3的表面连接有氨基化基团。DNA为负电性物质，在溶液中可与正电性物质发生静电作用而吸附在一起，本发明基于这一特征，利用第一玻璃片1、第二玻璃片2(其主要成分为二氧化硅，即SiO2)表面改性后得到电性可控的表面，与DNA在不同pH溶液中的不同作用力，在芯片上的薄层通道中实现DNA的萃取。由于凹槽3的表面连接有氨基化基团，在酸性环境下氨基化凹槽表面电荷为正电，可以吸附DNA，通过凹槽3、进液口11和出液口12，可以依次分别加入酸性缓冲溶液、DNA溶液、淋洗液、洗脱液、清洗液，从而实现DNA的纯化、富集，实验时只需通过切换进液口11进入的液体，就能实现DNA的萃取过程，操作简便、可靠。
上述的DNA萃取装置，可以在第一玻璃片1上设置凹槽3，也可以在第二玻璃片2上设置凹槽3，优选地，第一玻璃片1的下表面及第二玻璃片2的上表面均设置有凹槽3，第一玻璃片1下表面的凹槽3与第二玻璃片2上表面的凹槽3的结构相同，两个凹槽3共同形成封闭的萃取空间。
上述的DNA萃取装置，进液口11可以设置在第一玻璃片1上，也可以设置在第二玻璃片上，当然也可以同时设在第一玻璃片1和第二玻璃片2上，出液口12可以设置在第一玻璃片1上，也可以设置在第二玻璃片上，当然也可以同时设在第一玻璃片1和第二玻璃片2上为简化结构，便于操作，优选地，进液口11和出液口12均设置在第一玻璃片1上。
上述DNA萃取装置，凹槽3可以为各种结构，优选地，凹槽3呈六边形(参考图1和2)或菱形结构，进液口11和出液口12与六边形或菱形的两个顶点连通。可以理解，除了六边形、菱形外，还可以为三边形、五边形、七边形、圆形等。
上述的DNA萃取装置，第一玻璃片1、第二玻璃片2为石英材质(主要成分为二氧化硅，即SiO2)，凹槽3通过刻蚀制成。第一玻璃片1、第二玻璃片2刻蚀后，凹槽3经过表面修饰处理后，SiO2的表面连接有氨基化基团。
上述的DNA萃取装置，可以通过手动添加酸性缓冲溶液、DNA溶液、淋洗液、洗脱液、清洗液，优选地，该装置还包括恒流泵4、硅胶管5及硬质导管6，恒流泵4依次通过硅胶管5和硬质导管6与进液口11和出液口12连接。通过设置恒流泵4，使用时，只需通过切换恒流泵4的进液管就能实现DNA的萃取过程，操作更加简便。
为了添加萃取所需要的各种液体，优选地，该DNA萃取装置包括5个恒流泵4，5个恒流泵4分别用于输送酸性缓冲溶液、DNA溶液、淋洗液、洗脱液和清洗液。优选地，酸性缓冲溶液和淋洗液均为醋酸铵-醋酸缓冲溶液CH3COONa-CH3COOH(2mol/L pH 5.0)；洗脱液为TE缓冲液(20mmol/L Tris-HCl,1mmol/L EDTA-2Na,pH 8.0)
如图4所示，另一方面，本发明提出的一种利用上述DNA萃取装置的DNA萃取方法，包括以下步骤：
步骤20：通过进液口11向凹槽3中加入酸性缓冲溶液，使凹槽3表面电荷为正电；
步骤30：通过进液口11向凹槽3中加入DNA溶液，使DNA溶液与凹槽3表面的氨基发生静电作用并将DNA吸附在凹槽3表面；
步骤40：通过进液口11向凹槽3中加入淋洗液，去除凹槽3中的正电性和中性物质；
步骤50：通过进液口11向凹槽3中加入洗脱液，以改变凹槽3表面的氨基的电性为负电性，使DNA从凹槽3表面脱附；
步骤60：通过进液口11向凹槽3中加入清洗液，以清洗凹槽3的表面。
上述DNA萃取方法通过进液口11向凹槽3中加入酸性缓冲溶液，酸性缓冲溶液进入凹槽3后，在酸性环境下氨基化凹槽3表面电荷为正电，从而，使得凹槽3表面电荷为正电；通过进液口11向凹槽3中加入DNA溶液，使DNA溶液与凹槽3表面的氨基发生静电作用并将DNA吸附在凹槽3表面；通过进液口11向凹槽3中加入淋洗液，去除凹槽3中的正电性和中性物质，纯化了DNA；通过进液口11向凹槽3中加入洗脱液，以改变凹槽3表面的氨基的电性为负电性，从而解除氨基化表面与吸附的DNA之间的静电吸附力，使DNA从凹槽3表面脱附；最后，使用结束后，通过进液口11向凹槽3中加入清洗液(如2mol/L的NaOH和超纯水)，以清洗凹槽3的表面。因此，通过本方法实现了DNA的纯化、富集，实验时只需通过切换进液口11进入的液体，就能实现DNA的萃取过程，操作简便、可靠。
上述的DNA萃取方法，为了保证DNA萃取装置的萃取效率和质量，在步骤20之前，还包括步骤10：将第一玻璃片1、第二玻璃片2键合在一起(可以通过低温直接键合)，通过进液口11向凹槽3中加入无水乙醇和超纯水清洗凹槽3至少2次，并真空干燥第一预定时间；然后，通过进液口11向凹槽3中加入氨基化反应溶液，氨基化反应溶液充满凹槽3后，将第一玻璃片1、第二玻璃片2放入的水浴中反应，反应第二预定时间后，依次用无水乙醇及去离子水通过超声波清洗至少2次，并干燥第一玻璃片1、第二玻璃片2第三预定时间。优选地，在步骤10中，通过进液口11向凹槽3中加入淋洗液无水乙醇和超纯水清洗凹槽3三次；反应第二预定时间后，依次用无水乙醇及去离子水通过超声波清洗3次；第一预定时间、第二预定时间、第三预定时间为12小时(当然根据环境的温度和湿度的不同，干燥时间可以增加或减少，如11小时，13小时)，预定温度为70摄氏度；
在步骤20-60中，优选通过恒流泵4向进液口11提供酸性缓冲溶液、DNA溶液、淋洗液、洗脱液、清洗液。通过恒流泵4供液，使用时，只需通过切换恒流泵4的进液管就能实现DNA的萃取过程，操作更加简便。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种DNA萃取装置，其特征在于，包括第一玻璃片(1)、第二玻璃片(2)，所述第一玻璃片(1)和/或第二玻璃片(2)上设置有凹槽(3)，当所述第一玻璃片(1)、第二玻璃片(2)键合在一起时，所述凹槽(3)形成封闭的萃取空间，所述第一玻璃片(1)和/或第二玻璃片(2)上设置有进液口(11)，且所述第一玻璃片(1)和/或第二玻璃片(2)上还设置有出液口(12)，所述进液口(11)和出液口(12)均与所述凹槽(3)连通，所述凹槽(3)的表面连接有氨基化基团。
2.根据权利要求1所述的DNA萃取装置，其特征在于，所述第一玻璃片(1)的下表面及所述第二玻璃片(2)的上表面均设置有凹槽(3)，所述第一玻璃片(1)下表面的凹槽(3)与所述第二玻璃片(2)上表面的凹槽(3)的结构相同。
3.根据权利要求2所述的DNA萃取装置，其特征在于，所述进液口(11)和出液口(12)均设置在第一玻璃片(1)上。
4.根据权利要求2所述的DNA萃取装置，其特征在于，所述凹槽(3)呈六边形或菱形结构，所述进液口(11)和出液口(12)与六边形或菱形的两个顶点连通。
5.根据权利要求1所述的DNA萃取装置，其特征在于，所述第一玻璃片(1)、第二玻璃片(2)为石英材质，所述凹槽(3)通过刻蚀制成。
6.根据权利要求1-5任一项所述的DNA萃取装置，其特征在于，还包括恒流泵(4)、硅胶管(5)及硬质导管(6)，所述恒流泵(4)依次通过硅胶管(5)和硬质导管(6)与所述进液口(11)和出液口(12)连接。
7.根据权利要求6所述的DNA萃取装置，其特征在于，包括5个恒流泵(4)，5个恒流泵(4)分别用于输送酸性缓冲溶液、DNA溶液、淋洗液、洗脱液和清洗液。
8.一种利用权利要求1-7所述的DNA萃取装置的DNA萃取方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤20：通过所述进液口(11)向所述凹槽(3)中加入酸性缓冲溶液，使所述凹槽(3)表面电荷为正电；
步骤30：通过所述进液口(11)向所述凹槽(3)中加入DNA溶液，使DNA溶液与所述凹槽(3)表面的氨基发生静电作用并将DNA吸附在所述凹槽(3)表面；
步骤40：通过所述进液口(11)向所述凹槽(3)中加入淋洗液，去除所述凹槽(3)中的正电性和中性物质；
步骤50：通过所述进液口(11)向所述凹槽(3)中加入洗脱液，以改变所述凹槽(3)表面的氨基的电性为负电性，使DNA从所述凹槽(3)表面脱附；
步骤60：通过所述进液口(11)向所述凹槽(3)中加入清洗液，以清洗所述凹槽(3)的表面。
9.根据权利要求8所述的DNA萃取方法，其特征在于，在步骤20之前，还包括步骤10：将所述第一玻璃片(1)、第二玻璃片(2)键合在一起，通过所述进液口(11)向所述凹槽(3)中加入无水乙醇和超纯水清洗所述凹槽(3)至少2次，并真空干燥第一预定时间；然后，通过所述进液口(11)向所述凹槽(3)中加入氨基化反应溶液，氨基化反应溶液充满所述凹槽(3)后，将所述第一玻璃片(1)、第二玻璃片(2)放入的水浴中反应，反应第二预定时间后，依次用无水乙醇及去离子水通过超声波清洗至少2次，并干燥所述第一玻璃片(1)、第二玻璃片(2)第三预定时间。
10.根据权利要求9所述的DNA萃取方法，其特征在于，在步骤10中，通过所述进液口(11)向所述凹槽(3)中加入淋洗液无水乙醇和超纯水清洗所述凹槽(3)3次；反应第二预定时间后，依次用无水乙醇及去离子水通过超声波清洗3次；第一预定时间、第二预定时间、第三预定时间为12小时，预定温度为70摄氏度；
在步骤20-60中，通过恒流泵(4)向所述进液口(11)提供酸性缓冲溶液、DNA溶液、淋洗液、洗脱液、清洗液。
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