CN106947683A - 一种核酸提取纯化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种核酸提取纯化装置及方法，将核酸提取所必需的试剂，分别封装、整合、集成在一个封闭的系统内，在配套仪器所施加的外力配合下，按序实现核酸提取纯化及后续的检测与分析过程，简化核酸提取流程，加快提取速度，同时避免样品间的交叉污染，并实现核酸提取从一个步骤到下一个步骤自动实施的复杂处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种核酸提取纯化领域，尤其是涉及一种基于一立体双面盘式装置、并在离心力驱动下实现的核酸提取纯化装置及方法。
背景技术
核酸是由许多核苷酸聚合成的生物大分子化合物，是生物体遗传信息的携带者，为生命的最基本物质之一。因此无论是进行核酸序列与结构的研究，还是对基因功能、表达进行探索，亦或是进行基因工程、蛋白工程，首先都需要对核酸进行分离和纯化；同时，核酸提取产物的质量也将直接关系到后续实验的成败。因此核酸的提取及纯化是分子生物学实验技术中最重要，也是最基本的操作。
对核酸提取和纯化的方法多种多样，可涉及生物、化学、机械、热学或声学等多种不同的处理方式。但无论使用何种方式进行处理，基本上都包括细胞内含物释放、核酸分离和纯化、核酸的沉淀或吸附、以及核酸在缓冲液中释放这几个主要步骤，而这些步骤几乎每个都需要有不同试剂的配合，样本在多种试剂间发生不同的反应，从而实现核酸最终的分离和纯化。这些步骤繁多且复杂，传统方法是由专业人员在实验室中手工进行处理，然而，这些手工处理方法的效率低、花费高、并存在操作误差。随着不同自动化程度核酸提取设备的不断涌现，实验室人员可以利用核酸提取设备同时处理多个不同的样品，但是如何将核酸提取所必需的试剂，分别封装、整合、集成在一个封闭的系统内，简化核酸提取流程，加快提取速度,同时避免样品间的交叉污染，并实现核酸提取从一个步骤到下一个步骤自动实施的复杂处理装置和方法，仍是受市场所期待，且急待进行开发的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种核酸提取纯化装置及方法，基于一具有一定厚度的、立体双面盘式封闭装置，并在配套仪器所施加的外力配合下，按序实现核酸提取纯化及后续的检测与分析过程。
为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种核酸提取纯化装置，其特征在于，其包括：基体，及设置于基体上的多个试剂腔室、核酸吸附腔室、废液腔室、产物腔室和核酸分析单元，所述试剂腔室、废液腔室和产物腔室通过相应的流道与核酸吸附腔室相通，所述废液腔室和产物腔室通过相应的回流气道与各个试剂腔室相通，各个腔室、流道和回流气道位于基体的正面、反面或贯穿基体，所述试剂腔室靠近基体的中心位置设置；且所述试剂腔室、核酸吸附腔室、废液腔室和核酸分析单元，或者所述试剂腔室、核酸吸附腔室、产物腔室和核酸分析单元在基体的径向由内向外依次设置，所述核酸分析单元与产物腔室相连通；液体样品在基体旋转产生的离心力作用下，依次由试剂腔室，流经核酸吸附腔室，并分别流向废液腔室和产物腔室，完成核酸提取纯化过程，最后在核酸分析单元内进行后续检测与分析。
优选地，所述试剂腔室包括第一试剂腔室、至少一个第二试剂腔室和第三试剂腔室，所述第一试剂腔室上设置有用于添加液体样本的加样口，且预封装有细胞裂解液并预留有用于添加液体样本所需的空间；所述第二试剂腔室预封装有洗涤液；所述第三试剂腔室预封装有将核酸物质从核酸吸附腔室中洗脱的核酸洗脱液。
优选地，所述第一试剂腔室内可添加液体样本的体积为100ul～500ul。
优选地，所述试剂腔室通过公用的或通过各自的试剂流道与核酸吸附腔室相连通；所述废液腔室通过废液流道与核酸吸附腔室相连通；所述产物腔室通过产物流道与核酸吸附腔室相连通；所述废液腔室还通过第一试剂回流气道与试剂腔室相连通；所述产物腔室还通过第二试剂回流气道与试剂腔室相连通；所述核酸分析单元通过分析回流气道与产物腔室相连通。
优选地，各个试剂腔室上均设置有试剂流道口和与试剂流道口对应的第一试剂回流气道口，试剂流道口与试剂流道相通，第一试剂回流气道口与第一试剂回流气道或第二试剂回流气道相通。
优选地，每个试剂腔室上的试剂流道口均靠近试剂腔室的外侧壁设置，回流气道口均靠近试剂腔室的内侧壁设置。
优选地，每个试剂腔室上的试剂流道口均由自腔室的外侧壁向外凹陷形成的半圆弧状侧凹槽和自腔室底面向下凹陷形成的圆形凹槽组成。每个试剂腔室上的回流气道口均是自腔室底面向下凹陷形成的圆形凹槽。
优选地，所述试剂流道中对应每个试剂腔室设置有试剂流道阀，所述产物流道中设置有产物流道阀，所述第一试剂回流气道和第二试剂回流气道中设置有与试剂流道阀相对应的回流气道阀。
优选地，所述试剂流道内的试剂流道阀依次开启，使不同试剂按序依次流经核酸吸附腔室；试剂流道阀开启的同时，第一试剂回流气道或第二试剂回流气道中与试剂流道阀相对应的回流气道阀同时开启。
优选地，所述试剂腔室、核酸分析单元分布于基体的其中一端面上；所述废液腔室、产物腔室、分布于基体的另一端面上；所述核酸吸附腔室贯穿基体正反两面。
优选地，所述流道位于基体的单侧，连通处于装置同一面的两个腔室；或流道跨越基体正反两面，连通处于装置正反两面的两个腔室。
优选地，所述分析流道位于基体的其中一端面上；所述试剂流道位于基体的另一端面上；所述产物流道，废液流道以及回流气道贯穿基体的正反两面。
优选地，所述基体通过用于固定装置并带动装置旋转的旋转固定结构固定在配套仪器中，配套仪器在外部机械力作用下，带动基体单向或往复旋转运动。
优选地，所述旋转固定结构包括设置在基体上的至少一个转轴卡槽和/或至少一个旋转固定卡槽，所述转轴卡槽位于基体的中心处且与基体同心设置，所述旋转固定卡槽设置在试剂腔室外侧且靠近基体的外侧边设置，所述旋转固定卡槽贯穿基体。
优选地，所述流道、回流气道内所设置的阀门为刺破阀，所述刺破阀在外部按压结构的作用下将被刺破，该流道、回流气道将被导通。所述外部按压结构可以一次控制一个流道、回流气道的导通，也可以组合起来一次控制多个流道、回流气道的同时导通和闭合。
优选地，所述流道、回流气道内所设置的阀门为热封阀，所述热封阀在外部加热的作用下将被开启，再次加热，将再次关闭该阀门。
优选地，使用本发明装置之前，所有流道、回流气道内所设置的阀门将关闭，通过加样口添加液体样品后，通过热封将加样口密封。
优选地，所述装置旋转的转速大小为2000rpm～10000rpm。
优选地，所述基体的材料由至少一种塑料或树脂材料制成，所述塑料或树脂材料包括聚乙烯，低密度聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯。
优选地，所述基体整体为具有一定厚度的、双面加工的、立体盘式结构，在部分区域为厚度小于其他区域的单层结构。
优选地，所述试剂腔室、核酸吸附腔室、废液腔室、产物腔室由至少一层薄膜塑料材质塑封在硬质塑料材质上形成，或由至少两层薄膜状塑料材料密封形成。各个腔室的形状可为但不限于扇形、圆形、椭圆形、水滴形或不规则形。
优选地，所述流道由至少一层薄膜塑料材质塑封在硬质塑料材质上形成，或由至少两层薄膜状塑料材料密封形成。所述流道的形状可为但不限于直线形、圆弧形或不规则形状。
本发明还揭示了另外一种技术方案：一种核酸提取纯化方法，包括：
S1，向试剂腔室内添加液体样本，驱动装置旋转，液体样本在旋转产生的离心力作用下与各个试剂腔室内的试剂混匀，并按一定顺序依次流经核酸吸附腔室，最终被释放形成核酸产物，所述核酸产物流入产物腔室；
S2，进入产物腔室的核酸产物将在离心力配合下混匀，之后被转移到核酸分析单元，在核酸分析单元内完成核酸产物的扩增、荧光PCR检测与分析。
优选地，所述S1依次包括：
S11，液体样本进入试剂腔室与细胞裂解液混匀，并在外部加热的条件下将样本内的细胞破裂释放出来，形成混合液体，所述混合液体流入核酸吸附腔室，核酸物质将被捕获在核酸吸附腔室内，废弃液体则流入废液腔室；
S12，试剂腔室内的洗涤液流入核酸吸附腔室，洗涤样本除核酸以外的其它杂质，洗涤产生的废弃液体流入废液腔室；
S13，预热试剂腔室内的核酸洗脱液，预热后的核酸洗脱液流入核酸吸附腔室，所捕获的核酸物质将被释放形成核酸产物，所述核酸产物将在离心力作用下流入产物腔室。
优选地，所述步骤S1和S2通过相应的阀门来控制实现。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明将核酸提取所必需的试剂，分别封装、整合、集成在一个封闭的系统内，在配套仪器所施加的外力配合下，按序实现核酸提取纯化及后续的检测与分析过程，简化核酸提取流程，加快提取速度，同时避免样品间的交叉污染，并实现核酸提取从一个步骤到下一个步骤自动实施的复杂处理。
附图说明
图1表示本发明实施例1中装置的A面平面示意图；
图2表示本发明实施例1中装置的A面立体示意图；
图3表示本发明实施例1中装置的B面平面示意图；
图4表示本发明实施例1中装置的B面立体示意图；
图5表示本发明实施例1中装置的A面封膜焊接图；
图6表示本发明实施例1中装置的B面封膜焊接图；
图7表示本发明实施例2中装置的A面平面示意图。
附图标记：
1、转轴卡槽，2、旋转固定卡槽，3、加样口，4、第一试剂腔室，5、第一试剂流道口，6、第一回流气道口，7、第二试剂腔室，8、第二试剂流道口，9、第二回流流气道，10、第三试剂腔室，11、第三试剂流道口，12、第三回流气道口，13、第四试剂腔室/第五试剂腔室，14、第四试剂流道口，15、第四回流气道口，16、核酸吸附腔室，17、废液流道口，18、产物流道口，19、分析流道阀，20、分析回流气道阀，21、核酸分析单元，22、分析流道，23、核酸PCR检测腔室，24、试剂流道，25、第一试剂流道阀，26、第二试剂流道阀，27、第三试剂流道阀，28、第四试剂流道阀，29、废液腔室，30、第一试剂回流气道，31、第一回流气道阀，32、第二回流气道阀，33、第三回流气道阀，34、第四回流气道阀，35、产物腔室，36、产物流道阀，37、分析流道口，38、分析回流气道口，39、基体，40、第二试剂回流气道，41、分析回流气道，13'、第四试剂腔室。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。
本发明所揭示的一种核酸提取纯化装置及方法，通过将核酸提取纯化与分析多个步骤所需的试剂，预封装在一个封闭装置内；将核酸提取纯化与分析所需腔室与流道，集成在一体化立体盘式装置的正反两面结构上、并在半径方向上合理分布；在配套仪器所施加的外力(加热，旋转产生的离心力，刺破等)配合下，按序自动化实现核酸提取纯化(包括液体样本处理、核酸物质捕获、核酸物质纯化、核酸物质洗脱)及后续的检测与分析(包括核酸产物的扩增、荧光PCR检测与分析)过程。
本发明所揭示的一种核酸提取纯化装置，其包括基体39，及设置在基体39上的试剂腔室、核酸吸附腔室16、废液腔室29、产物腔室35和核酸分析单元21，试剂腔室、废液腔室29和产物腔室35通过相应的流道与核酸吸附腔室16相通，废液腔室29和产物腔室35通过相应的回流气道与各个试剂腔室相通。本实施例1中基体39即为上述具有一定厚度的、立体双面圆形(形状不限于是圆形，可以是其他规则或不规则形状，如椭圆等)盘式装置。基体39分为正面和反面，上述各个腔室、核酸分析单元21、流道、回流气道分别位于双面盘式基体39的正反两面，或贯穿具有一定厚度的基体立体结构；以减小本发明装置的体积，并使各个腔室、流道、回流气道等的分布更合理化。
为了方便描述，标记基体39正面为A面，反面为B面。图1、图2分别表示本实施例1中基体A面的平面图及立体图；图3、图4分别表示本实施例1中基体B面的平面图及立体图。其中，一转轴卡槽1、多个试剂腔室、及核酸分析单元21设置于基体A面上；废液腔室29和产物腔室35设置于基体B面上；两个旋转固定卡槽2和核酸吸附腔室16贯穿基体正反两面。
其中，转轴卡槽1用于带动整个装置旋转，其位于基体39的圆心处且以基体39的圆心为中心，整体呈一有缺平面的圆孔状。旋转固定卡槽2贯穿基体39的A面和B面，其设置在试剂腔室外侧且靠近基体39的外圆边设置，整体呈一圆形孔状，两个旋转固定卡槽2相对设置，分别位于转轴卡槽1的两侧。具体操作时，通过转轴卡槽1、旋转固定卡槽2将装置固定在配套仪器中，并在外部机械力作用下，带动盘式装置单向或往复旋转运动。旋转所产生的离心力驱动装置内的液体流动、转移及混匀，以实现核酸提取纯化方法的全部流程，并将最终核酸提取产物应用于后续多种目的的核酸检测。在本实施例1中，该盘式装置旋转的转速大小为2000rpm～10000rpm，调节转速的快慢可以控制液体在流道中流动、及流经核酸吸附腔室的速度快慢。另外，该装置可以在机械外力的控制下来回旋转，使各腔室内的液体充分混匀；或使核酸吸附腔内的吸附材料与核酸物质充分接触。需要说明的是，转轴卡槽的形状、旋转固定卡槽的位置及形状不限于这里所描述的，旋转固定卡槽的设置位置只要实现将装置固定到相应设备上即可。
多个试剂腔室分布在基体39距离圆心较近的位置上，各个试剂腔室分布在基体转轴卡槽1的外侧，且沿转轴卡槽1周向但不限于周向分布，用于储存核酸提取及纯化所需试剂。本发明装置一般设置三至五个试剂腔室，本实施例1中设置了四个试剂腔室，分别是第一试剂腔室4、第二试剂腔室7、第三试剂腔室10和第四试剂腔室13，第一试剂腔室4内预封装有细胞裂解液且预留有用于添加液体样本所需的空间，本实施例1中第一试剂腔室4可添加液体样本的体积为100ul～500ul，液体样本体积可根据样品属性、提取产物需求量、及下游实验需求而增减。第一试剂腔室4上还设置有用于添加样本的加样口3，通过该加样口3添加液体样本到第一试剂腔室4内，在第一试剂腔室4内，由加样口3添加的液体样本与预封装的细胞裂解液充分混匀后，样本中的细胞在外部加热的配合下破裂并释放细胞内含物(核酸、蛋白、多糖等物质)，该混合液体流经核酸吸附腔室16，样本中的核酸物质将被捕获在核酸吸附腔室16内，废弃液体由相应流道流入废液腔室29。
第二、第三试剂腔室7、10内预封装有洗涤步骤所需的洗涤液，洗涤液依次流经核酸吸附腔室16，用于洗涤核酸吸附腔室16内除核酸以外的，诸如蛋白质、多糖等杂质，废弃液体由相应流道流入废液腔室29。第四试剂腔室13预封装有将核酸物质从核酸吸附腔室16中洗脱的核酸洗脱液，核酸洗脱液流经核酸吸附腔室16后，核酸吸附腔室16内所捕获和洗涤后的核酸物质，将释放在洗脱溶液中形成核酸提取纯化产物，并由相应流道流入产物腔室35。其中，洗涤步骤的数量与相应的封装洗涤液的试剂腔室数量可以根据样品属性、提取时间、以及下游实验需求而增减。如可以设置一个封装洗涤液的试剂腔室，这样试剂腔室就是三个；也可以设置两个封装洗涤液的试剂腔室，这样试剂腔室就是四个，以此类推。
每个试剂腔室上均设置有试剂流道口和与试剂流道口对应的回流气道口，即第一试剂腔室4上设置有第一试剂流道口5和第一回流气道口6，第二试剂腔室7上设置有第二试剂流道口8和第二回流气道口9，第三试剂腔室10上设置有第三试剂流道口11和第三回流气道口12，第四试剂腔室13上设置有第四试剂流道口14和第四回流气道口15。每个试剂腔室通过各自的试剂流道口与核酸吸附腔室16相连通，且通过各自的回流气道口与废液腔室29和产物腔室35相连通。本实施例1中，每个试剂腔室上的试剂流道口均靠近试剂腔室的外侧壁设置，均由自腔室的外侧壁向外凹陷形成的半圆弧状侧凹槽和自腔室底面向下凹陷形成的圆形凹槽组成。每个试剂腔室上的回流气道口均靠近试剂腔室的内侧壁设置，且均是自腔室底面向下凹陷形成的圆形凹槽。当然，试剂腔室上的试剂流道口和回流气道口的形状并不限于这里所描述的。
核酸吸附腔室16贯穿基体正反两面且位于试剂腔室外侧，用于捕获液体样本中的核酸物质。核酸吸附腔室16内包含上述用于捕获核酸物质的吸附材料，该吸附材料包括但不限于玻璃纤维、硅胶模或玻璃微珠等吸附材料。吸附材料可以在相应试剂和外力(如在加热和核酸洗脱试剂)配合下，将所捕获的核酸物质释放在缓冲溶液中，以实现核酸提取纯化目的。
核酸吸附腔室16通过试剂流道24与各个试剂腔室相连通，试剂流道24与各个腔室的试剂流道口相连通，即第一、第二、第三、第四试剂流道口5、8、11、14均与试剂流道24相连通，从而实现各个试剂腔室与核酸吸附腔室16的相连通。具体实施时，各个试剂腔室可以通过一个公用的试剂流道24或者通过各自的试剂流道24与核酸吸附腔室16的相连通，也就是说试剂腔室内的裂解液、洗涤液和洗脱液试剂可以由公用试剂流道24依次流经核酸吸附腔室16。本实施例1中，试剂流道24分布于基体的B面，且是公用的。
核酸吸附腔室16的外侧还设置有废液流道口17和产物流道口18，本实施例1中，核酸吸附腔室16、废液流道口17、产物流道口18位于同一凹槽内。废液流道口17连通核酸吸附腔室16和废液腔室29，各个试剂腔室内产生的废弃液体在离心力的作用下通过该废液流道口17流入废液腔室29；产物流道口18连通核酸吸附腔室16和产物腔室35，核酸吸附腔室16内被释放形成的核酸产物在离心力的作用下通过该产物流道口18流入产物腔室35。
废液腔室29和产物腔室35在基体的半径方向上均分布在核酸吸附腔室16的外侧且通过相应的流道与核酸吸附腔室16相连通，分别用于收集反应后废弃液体和收集核酸提取纯化产物。其中，废液腔室29通过废液流道(图未示)与核酸吸附腔室16相互连通，核酸吸附腔室16中流出的废液由废液流道流入废液腔室29；具体来说，废液腔室29与废液流道相连通，废液流道与废液流道口17相连通，废液流道口17与核酸吸附腔室16相连通，从而实现了废液腔室29与核酸吸附腔室16的连通。产物腔室35与核酸吸附腔室16由产物流道(图未示)相互连通，核酸吸附腔室16中流出的核酸提取纯化产物由产物流道流入产物腔室35；具体来说，产物腔室35与产物流道相连通，产物流道与产物流道口18相连通，产物流道口18与核酸吸附腔室16相连通，从而实现了产物腔室35与核酸吸附腔室16的连通。
另外，为了控制并保证液体在封闭装置内流动，废液腔室29和产物腔室35通过对应的回流气道与各个试剂腔室相连通。本实施例1中，废液腔室通过第一试剂回流气道30与第一试剂腔室4、第二试剂腔室7和第三试剂腔室10相连通，具体来说，第一试剂回流气道30与第一、第二和第三试剂腔室4、7、10上的回流气道口6、9、12均相连通，从而实现废液腔室29与第一、第二和第三试剂腔室4、7、10的相连通；产物腔室35通过第二试剂回流气道40与第四试剂腔室13相连通，具体来说，第二试剂回流气道40与第四试剂腔室13上的第四回流气道口15相连通，从而实现产物腔室35与第四试剂腔室13的相连通。产物腔室35上还设置有分析流道口37，产物腔室35与第四试剂腔室13连通的第二试剂回流气道40上设置有分析回流气道口38。
优选地，为了控制各个试剂腔室内的试剂按照一定的顺序流经核酸吸附腔室16，各个试剂腔室与核酸吸附腔室16相连通的试剂流道24内，对应各个试剂腔室设置有相应的流道阀门，分别为第一试剂流道阀25、第二试剂流道阀26、第三试剂流道阀27和第四试剂流道阀28，相应阀门按照核酸提取纯化流程依次开启，以保证不同试剂按照一定顺序依次流经核酸吸附腔室16，即第一试剂流道阀25、第二试剂流道阀26、第三试剂流道阀27和第四试剂流道阀28按照先后顺序依次开启，以使对应试剂腔室内的液体依次流经核酸吸附腔室16。
优选地，各个试剂腔室与废液腔室29、产物腔室35相连通的回流气道中也设置有与试剂腔室内的流道阀门相对应的回流阀门。在本实施例1中，废液腔室29与第一、第二和第三试剂腔室4、7、10相连通的第一试剂回流气道30内，对应第一、第二和第三试剂腔室4、7、10设置有相应的回流阀门，分别为第一回流气道阀31、第二回流气道阀32和第三回流气道阀33；产物腔室35与各个试剂腔室相连通的第二试剂回流气道40内，对应第四试剂腔室13设置有相应的回流阀门，为第四回流气道阀34。
优选地，核酸吸附腔室16与产物腔室35相连的产物流道中，设置有与第四回流气道阀34相对应的产物流道阀36；废液腔室29与核酸吸附腔室16连通的废液流道内也设置有废液流道阀(图未示)，废液流道阀可在外力配合下开启，使反应后废弃的细胞裂解液和洗涤液由废液流道流入废液腔室29；该阀门可在外力配合下再次关闭，以保证废液腔室29内的废液不再流出，同时不再有其他液体流入废液腔室29。
核酸分析单元21在基体径向位于产物腔室35的外侧，且与产物腔室35连通，产物腔室35内的核酸提取纯化产物由相应流道流入核酸分析单元21，用于核酸产物分析与检测。具体地，核酸分析单元21与产物腔室35上的分析流道口37相连通，从而连通核酸分析单元21与产物腔室35。核酸分析单元21还通过分析回流气道41与产物腔室35相连通，具体地，分析回流气道41与第二试剂回流气道40上的分析回流气道口38相连通。核酸分析单元21在外部热循环和光学检测模块的配合下，可以在实现核酸PCR扩增、实时荧光检测等检测功能。
需要说明的是，液体在流道(试剂流道24、废液流道、产物流道、分析流道22或22')内流动过程中，该条流道与其对应的回流气道(第一试剂回流气道30、第二试剂回流气道40、分析回流气道41)内的相应阀门将全部开启，以保证封闭装置内的气压平衡，使液体能够从一个腔室顺利的转移到另一个腔室。如第一试剂腔室4内的混合液体流入试剂流道前，同时开启第一试剂流道阀25和第一回流气道阀32，第二～第四试剂腔室类似；又如产物腔室35内的核酸产物进入核酸分析单元21之前，需同时开启分析流道阀19、分析回流气道阀20。流道内流道阀门和回流气道内的阀门配合开启/关闭，能够控制并保证液体在封闭装置内流动。另外，使用本发明装置之前，所有流道、回流气道内所设置的阀门将关闭，通过加样口3添加液体样品后，通过热封将加样口3密封。
优选地，流道、回流气道内所设置的阀门可为刺破阀，刺破阀在外部按压结构(图未示)的作用下将被刺破，该流道、回流气道将被导通。外部按压结构可以一次控制一个流道、回流气道的导通，也可以组合起来一次控制多个流道、回流气道的同时导通和闭合。在某些替换的实施方式中，本发明装置的流道、回流气道内所设置的阀门可为热封阀，热封阀在外部加热的作用下将被开启，再次加热，将再次关闭该阀门。本发明实施例1中设置的阀门选用的是刺破阀。
优选地，本发明的核酸提取纯化立体双面盘式装置由至少一种塑料、树脂材料制成，包括聚乙烯，低密度聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯等。本发明装置所提供的腔室(各个试剂腔室、废液腔室、产物腔室)可以由至少一层薄膜塑料材质塑封在硬质塑料材质上形成，也可以由至少两层薄膜状塑料材料密封形成，腔室的构造可包括多种形状，如扇形、圆形、椭圆形、水滴形或不规则形。
图5、图6表示本发明装置A面和B面封膜焊接图。本发明装置所包括的腔室、流道、回流气道、核酸分析单元和卡槽，均是在具有一定厚度的盘式硬质塑料上、双面雕刻，立体加工的，并由薄膜塑料材质覆盖在硬质塑料上封膜焊接完成，图5、图6中的灰色区域表示本发明装置在生产制造过程中需要焊接的区域。
具体地，在某些实施方式中，本发明装置所提供的流道(试剂流道、产物流道、废液流道)可以由至少一层薄膜塑料材质塑封在硬质塑料材质上形成，也可以由至少两层薄膜状塑料材料密封形成，流道的构造可包括多种形状，如直线型，圆弧形，或不规则形状。
在某些实施方式中，本发明装置整体均为具有一定厚度的双面立体盘式结构，以满足多个腔室及流道的在装置正反两面的合理分布。
在某些实施方式中，本发明装置在部分区域可以为较薄的单层结构，以适应一些腔室内反应的快速升降温需求。
需要说明的是，本发明装置上的腔室，根据其在半径方向上的位置，在离心力的驱动下，液体在腔室间连通的流道中是单向流动的。且在某些实施方式中，本发明所涉及的核酸提取纯化步骤，如细胞裂解、核酸洗脱等反应，核酸分析检测反应需要在外部加热的配合下实现。
另外，综上所述，本发明所涉及的液体混合，如样本与试剂的混匀；核酸提取纯化产物的混匀；核酸提取纯化产物与检测试剂的混合等，需要在外部模块带动所述装置来回旋转的配合下完成。本发明所涉及的液体转移，需要在外部模块带动装置单向旋转的配合下完成。转速大小的调节，可控制液体在流道中的流速，液体流经核酸吸附腔室的快慢。本发明所涉及的流道导通，如刺破阀的开启，需要在外部按压的配合下完成；本发明所涉及的流道闭合，如热封阀的关闭，需要在外部加热的配合下完成。本发明装置的流道仅位于双面立体盘式结构的单侧，连通处于装置同一面的两个腔室，液体在平面结构中沿半径方向由内向外流动。或者，本发明装置的流道可以跨越具有一定厚度的双面立体盘式结构，连通处于装置正反两面的两个腔室，液体在双面立体结构中沿半径方向由内向外流动。
本发明装置的液体流动方式由离心力实现驱动，配合流道、回流气道中阀门的控制，使不同液体在装置中按照不同顺序，依次定向流动。本发明的工作原理为：液体样本在离心力作用下，由距离圆心较近的腔室(例如各试剂腔室)，流经核酸吸附腔室，流向距离圆心较远的腔室(例如废液腔室和产物腔室)；在此过程中，样本中的核酸物质在核酸吸附腔室内被捕获、多次洗涤、洗脱后流至产物腔室，完成核酸提取纯化过程，最终在核酸分析单元内进行后续检测与分析。具体地，本发明的核酸提取纯化的具体流程包括：
将本发明装置B面向上放入配套仪器内，由转轴卡槽1和旋转固定卡槽2将本发明装置固定在配套仪器内的相应位置上。在装置B面由加样口3添加液体样本后，装置B面的加样口3在将被热封关闭。
添加后的液体样本进入第一试剂腔室4，与细胞裂解液在外力配合下来回旋转充分混匀，并在外部加热的条件下将样本内的细胞破裂，细胞内的核酸、蛋白、多糖等物质将被释放出来。
外力按压刺破第一试剂流道刺破阀25、第一回流气道刺破阀31，第一试剂腔室4内的混合液体将在离心力的作用下由第一试剂流道口5进入试剂流道24，并沿试剂流道24流入核酸吸附腔室16，核酸物质将被捕获在核酸吸附腔室16内，废弃液体将在离心力的作用下由废弃流道口17，流入废液腔室29。
外力按压刺破第二试剂流道刺破阀26、第二回流气道刺破阀32，第二试剂腔室7内的洗涤液1将在离心力的作用下将由第二试剂流道口8进入试剂流道24，并沿试剂流道24流入核酸吸附腔室16，洗涤除核酸以外的其它杂质，废弃液体将在离心力的作用下由废弃流道口17，流入废液腔室29。
外力按压刺破第三试剂流道刺破阀27、第三回流气道刺破阀33，第三试剂腔室10内的洗涤液2将在离心力的作用下将由第三试剂流道口11进入试剂流道24，并沿试剂流道24流入核酸吸附腔室16，洗涤除核酸以外的其它杂质，废弃液体将在离心力的作用下由废弃流道口17，流入废液腔室29。
装置B面的废弃流道口17将被热封关闭，第四试剂腔室13内的核酸洗脱液在外部加热的条件下被预热。
外力按压刺破第四试剂流道刺破阀28、第四回流气道刺破阀34、产物流道刺破阀36，第四试剂腔室13内的已被预热的核酸洗脱液将在离心力作用下由第四试剂流道口14进入试剂流道24，并沿试剂流道24流入核酸吸附腔室16，所捕获的核酸物质将被释放形成核酸产物，核酸产物将在离心力作用下由产物流道口18，流入产物腔室35。
进入产物腔室35的核酸产物将在外力配合下，来回旋转充分混匀，之后将被转移到核酸分析单元21。核酸分析单元21在外部热循环和光学检测模块的配合下，实现核酸产物的扩增、荧光PCR检测与分析。
实施例2：
图7表示本发明装置的实施例2的A面平面示意图，该实施例与实施列1装置不同的是，该实施例包括五个试剂腔室，分别为用于储存细胞裂解液的第一试剂腔室4、用于储存洗涤液1的第二试剂腔室7、用于储存洗涤液2的第三试剂腔室10、用于储存洗涤液3的第四试剂腔室13'、用于储存核酸洗脱液的第五试剂腔室13。本发明装置的洗涤液腔室的数量可以根据样品属性、提取时间、以及下游实验需求而增减。
本发明提供的核酸提取纯化装置和方法，可适用于多种液体样品，包括但不限于生物样本，或含有生物物质的环境样本、溶剂样本等。在某些实施方式中，本发明所适用的样本可以是液体生物样本，如体液(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，本发明所适用的样本可以是含有生物物质的溶剂样本，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。在某些实施方式中，本发明所适用的样本可以是包含有生物物质的液体环境样本，如海水，河水、湖水、井水、土壤溶液等。
本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。
Claims (11)
1.一种核酸提取纯化装置，其特征在于，其包括：基体，及设置于基体上的多个试剂腔室、核酸吸附腔室、废液腔室、产物腔室和核酸分析单元，所述试剂腔室、废液腔室和产物腔室通过相应的流道与核酸吸附腔室相通，所述废液腔室和产物腔室通过相应的回流气道与各个试剂腔室相通，各个腔室、流道和回流气道位于基体的正面、反面或贯穿基体，所述试剂腔室靠近基体的中心位置设置；且所述试剂腔室、核酸吸附腔室、废液腔室和核酸分析单元，或者所述试剂腔室、核酸吸附腔室、产物腔室和核酸分析单元在基体的径向由内向外依次设置，所述核酸分析单元与产物腔室相连通；液体样品在基体旋转产生的离心力作用下，依次由试剂腔室，流经核酸吸附腔室，并分别流向废液腔室和产物腔室，完成核酸提取纯化过程，最后在核酸分析单元内进行后续检测与分析。
2.根据权利要求1所述的核酸提取纯化装置，其特征在于，所述试剂腔室包括第一试剂腔室、至少一个第二试剂腔室和第三试剂腔室，所述第一试剂腔室上设置有用于添加液体样本的加样口，且预封装有细胞裂解液并预留有用于添加液体样本所需的空间；所述第二试剂腔室预封装有洗涤液；所述第三试剂腔室预封装有将核酸物质从核酸吸附腔室中洗脱的核酸洗脱液。
3.根据权利要求1或2所述的核酸提取纯化装置，其特征在于，所述试剂腔室通过公用的或通过各自的试剂流道与核酸吸附腔室相连通；所述废液腔室通过废液流道与核酸吸附腔室相连通；所述产物腔室通过产物流道与核酸吸附腔室相连通；所述废液腔室还通过第一试剂回流气道与试剂腔室相连通；所述产物腔室还通过第二试剂回流气道与试剂腔室相连通；所述核酸分析单元通过分析回流气道与产物腔室相连通。
4.根据权利要求3所述的核酸提取纯化装置，其特征在于，所述试剂流道中对应每个试剂腔室设置有试剂流道阀，所述第一试剂回流气道和第二试剂回流气道中设置有与试剂流道阀相对应的回流气道阀。
5.根据权利要求4所述的核酸提取纯化装置，其特征在于，所述试剂流道内的试剂流道阀依次开启，使不同试剂按序依次流经核酸吸附腔室；试剂流道阀开启的同时，第一试剂回流气道或第二试剂回流气道中与试剂流道阀相对应的回流气道阀同时开启。
6.根据权利要求3所述的核酸提取纯化装置，其特征在于，所述试剂腔室、核酸分析单元、分析回流气道分布于基体的其中一端面上；所述试剂流道、废液腔室、产物腔室、第一试剂回流气道、第二试剂回流气道分布于基体的另一端面上；所述核酸吸附腔室贯穿基体。
7.根据权利要求1所述的核酸提取纯化装置，其特征在于，所述基体通过用于固定装置并带动装置旋转的旋转固定结构固定到配套仪器中，配套仪器在外部机械力作用下，带动基体单向或往复旋转运动。
8.根据权利要求7所述的核酸提取纯化装置，其特征在于，所述旋转固定结构包括设置在基体上的至少一个转轴卡槽和/或至少一个旋转固定卡槽，所述转轴卡槽位于基体的中心处且与基体同心设置，所述旋转固定卡槽设置在试剂腔室外侧且靠近基体的外侧边设置，所述旋转固定卡槽贯穿基体。
9.一种基于权利要求1～8任意一项所述装置的核酸提取纯化方法，其特征在于，包括：
S1，向试剂腔室内添加液体样本，驱动装置旋转，液体样本在旋转产生的离心力作用下与各个试剂腔室内的试剂混匀，并按一定顺序依次流经核酸吸附腔室，最终被释放形成核酸产物，所述核酸产物流入产物腔室；
S2，进入产物腔室的核酸产物将在离心力配合下混匀，之后被转移到核酸分析单元，在核酸分析单元内完成核酸产物的扩增、荧光PCR检测与分析。
10.根据权利要求9所述的核酸提取纯化方法，其特征在于，所述S1依次包括：
S11，液体样本进入试剂腔室与细胞裂解液混匀，并在外部加热的条件下将样本内的细胞破裂释放出来，形成混合液体，所述混合液体流入核酸吸附腔室，核酸物质将被捕获在核酸吸附腔室内，废弃液体则流入废液腔室；
S12，试剂腔室内的洗涤液流入核酸吸附腔室，洗涤样本除核酸以外的其它杂质，洗涤产生的废弃液体流入废液腔室；
S13，预热试剂腔室内的核酸洗脱液，预热后的核酸洗脱液流入核酸吸附腔室，所捕获的核酸物质将被释放形成核酸产物，所述核酸产物将在离心力作用下流入产物腔室。
11.根据权利要求9所述的核酸提取纯化方法，其特征在于，所述步骤S1和S2通过相应的阀门来控制实现。
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