CN108192816A - 一种样本自动处理和核酸扩增装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种样本自动处理和核酸扩增装置及使用方法，主要包括多个用于核酸扩增试剂保存与反应的圆形腔室、多个用于样本处理试剂保存与反应的圆柱状腔室；整体呈圆盘状结构，所述的圆盘状结构分内圈和外圈两部分，内圈能够以中轴为中心进行相对于外圈的水平旋转，多个用于核酸扩增试剂保存与反应的圆形腔室均匀分布在圆盘状结构外圈上，在多个用于样本处理试剂保存与反应的圆柱状腔室中。本发明将传统的手工提取纯化核酸方式有机地整合为全自动的封闭式处理过程,消减繁琐的手工操作步骤,有效地避免了潜在的假阳性污染风险，而且操作过程快捷,便于大批量样本数检测。

Description

一种样本自动处理和核酸扩增装置及使用方法

技术领域

本发明涉及分子生物学的核酸提取和扩增反应的领域，具体涉及一种自动从样本中提取核酸并进行扩增的装置及使用方法。

背景技术

核酸提取和扩增是生物医学研究和临床分子诊断工作的重要方法步骤。在临床分子检验实际应用中,经常需要同时处理较多的样本,而目前常规的核酸提取分离技术包含沉淀，离心等一系列过程，步骤复杂、耗时耗力、效率低，难以满足对高通量临床样品进行提取纯化的工作需求。同时，在进行用于扩增核酸的聚合酶链式反应(Polymerase ChainReaction，简称PCR)和恒温扩增式反应实验操作中,需要通过手工方式将各种反应成分如酶、引物与探针等从不同的储存管移入核酸扩增反应管内,操作繁琐,容易出错,不利于大规模高通量的核酸扩增反应,限制了分子诊断技术的开展。

因此,为提高工作效率,需要设计开发一种能够自动从样本中提取核酸并进行扩增的耗材装置，能够在配套的仪器设备里自动化完成核酸提取扩增的全部处理过程。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种样本自动处理和核酸扩增装置及使用方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种样本自动处理和核酸扩增装置及使用方法，主要包括多个用于核酸扩增试剂保存与反应的圆形腔室、多个用于样本处理试剂保存与反应的圆柱状腔室；整体呈圆盘状结构，所述的圆盘状结构分内圈和外圈两部分，内圈能够以中轴为中心进行相对于外圈的水平旋转，多个用于核酸扩增试剂保存与反应的圆形腔室均匀分布在圆盘状结构外圈上，在多个用于样本处理试剂保存与反应的圆柱状腔室中，有一个中心反应腔室位于圆盘状结构内圈中央，其余圆柱状腔室均匀分布在圆盘状结构外圈，与多个用于核酸扩增试剂保存与反应的圆形腔室交叉分布。材质为聚丙烯树脂(PP)塑料或聚碳酸酯(PC)树脂塑料或聚乙烯(PE)树脂塑料。

所述圆柱状中心反应腔室内含可由外力控制上下移动的橡胶柱塞和可吸附核酸的纳米磁珠，中心反应腔室底部与外圈的用于样本处理试剂保存与反应的圆柱状腔室和用于核酸扩增试剂保存与反应的圆形腔室分别通过微流通道呈放射状相连接，中心反应腔室底部为内圈侧壁，含1个微流通道开孔，可通过内圈的水平旋转使中心反应腔室与其他腔室相连接的多个微流通道逐一开启。

所述分布在外圈的圆柱状腔室按顺时针方向顺序包括以下腔室：

1).裂解试剂腔室，装载有裂解试剂，所述裂解试剂包括至少以下之一：胍盐、离液盐、红细胞溶解试剂、清洁剂、螯合剂、氢氧化钠、DNA酶抑制剂、RNA酶抑制剂、抗凝剂、凝血剂、蛋白酶、表面活性剂。

2).洗涤试剂腔室(2管)，装载有洗涤试剂，所述洗涤试剂包括至少以下之一：乙醇、氯化钠、Tris盐酸。

3).洗脱试剂腔室，装载有洗脱试剂，所述洗脱试剂至少包括Tris盐酸。

所述用于核酸扩增试剂保存与反应的圆形腔室顶部封膜，以防试剂外漏，腔室内装有核酸恒温扩增或PCR扩增试剂，所述试剂包括至少以下之一：Bst聚合酶、Taq聚合酶、逆转录酶、四种核苷酸单体(dNTPs)、引物、探针。

所述样本包括至少以下物质之一：细胞、孢子、微生物、生物体活检组织、粪便、生物液、泥土和环境水。

所述细胞是生物体内的细胞和实验室培养细胞，所述微生物是病毒、细菌、霉菌、寄生虫，所述生物液是尿囊液、胆汁、胆酸、胆盐、胆色素、血液、血浆、血清、脑脊液、绒毛膜液、初乳、消化液、渗出物、漏出液、血淋巴、恶露、淋巴、乳糜、乳汁、胸水、唾液、羊脂、精液、痰、滑膜液、泪水、尿液或阴道液。

所述的渗出物是羊水、腹水或汗，所述漏出液是心包液或腹膜液，所述消化液是胃液、肠液或胰液。

本发明提供了一种自动提取与扩增样本核酸扩增的处理方法，该方法包括如下步骤：

1).打开裂解试剂腔室的橡胶柱塞，加入100-500微升的液体样本，待液体样本流入后关闭橡胶柱塞，使裂解液与液体样本在腔室内混合反应，液体样本裂解释放核酸；

2).水平旋转内圈，使中心反应腔室底部的1个微流通道开孔对应于连接裂解试剂腔室的微流通道；

3).通过外力作用向下移动裂解试剂腔室的橡胶柱塞，同时向上移动中心反应腔室的橡胶柱塞，使裂解试剂腔室的混合液体通过微流通道进入中心反应腔室，混合液体内的核酸与中心反应腔室的磁珠结合；

4).通过外力作用向上移动裂解试剂腔室的橡胶柱塞，同时向下移动中心反应腔室的橡胶柱塞，使混合液体通过微流通道返回裂解试剂腔室，而结合核酸的磁珠通过中心反应腔室外的磁铁吸引留在中心反应腔室底部；

5).水平旋转内圈，使中心反应腔室底部的1个微流通道开孔对应于连接一个洗涤试剂腔室的微流通道；

6).通过外力作用向下移动洗涤试剂腔室的橡胶柱塞，同时向上移动中心反应腔室的橡胶柱塞，洗涤试剂腔室的洗涤试剂通过微流通道进入中心反应腔室，使已结合核酸的磁珠浸入洗涤液，洗涤去除杂质；

7).通过外力作用向上移动洗涤试剂腔室的橡胶柱塞，同时向下移动中心反应腔室的橡胶柱塞，使洗涤后的液体通过微流通道返回洗涤试剂腔室，而结合核酸的磁珠通过中心反应腔室外的磁铁吸引留在中心反应腔室底部；

8).水平旋转内圈，使权利要求7所述的中心反应腔室底部的1个微流通道开孔对应于连接第二个洗涤试剂腔室的微流通道；

9).重复上述步骤6)和7)，进行第二次洗涤；

10).水平旋转内圈，使权利要求7所述的中心反应腔室底部的1个微流通道开孔对应于连接洗脱试剂腔室的微流通道；

11).通过外力作用向下移动洗脱试剂腔室的橡胶柱塞，同时向上移动中心反应腔室的橡胶柱塞，洗脱试剂腔室的洗脱试剂通过微流通道进入中心反应腔室，使已结合核酸的磁珠浸入洗脱液，样本核酸脱离磁珠，溶于洗脱液；

12).水平旋转内圈，使中心反应腔室底部的1个微流通道开孔对应于连接第一个核酸扩增试剂保存与反应腔室的微流通道；

13).通过外力作用向下移动中心反应腔室的橡胶柱塞，部分含有核酸的洗脱试剂通过微流通道进入第一个核酸扩增试剂保存与反应腔室，使核酸与核酸扩增试剂混合；

14).水平旋转内圈，使中心反应腔室底部的1个微流通道开孔对应于连接第二个核酸扩增试剂保存与反应腔室的微流通道；

15).重复上述步骤13)，使核酸与第二个腔室的核酸扩增试剂混合；

16).重复上述步骤14)和15)，使核酸与第三、第四个核酸扩增试剂保存与反应腔室的核酸扩增试剂混合；

17).根据设定的扩增程序进行荧光PCR核酸扩增反应或恒温核酸扩增反应,并且还包括通过逆转录合成脱氧核糖核酸。

本发明的有益效果为：本发明将传统的手工提取纯化核酸方式有机地整合为全自动的封闭式处理过程,消减繁琐的手工操作步骤,有效地避免了潜在的假阳性污染风险，而且操作过程快捷,便于大批量样本数检测。

附图说明

图1为本发明的结构外观图。

图2为本发明的外圈结构示意图。

图3为本发明的结构俯视图。

附图标记说明：外圈1、中心反应腔室2、PCR反应室3、洗涤液A4、洗脱液5、洗涤液B6、旋转流道压盘7、加样口8。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：

如附图所示，这种样本自动处理和核酸扩增装置及使用方法，主要包括4个用于核酸扩增试剂保存与反应的圆形腔室，5个用于样本处理试剂保存与反应的圆柱状腔室，所述样本自动处理和核酸扩增装置外观为圆盘状结构，材质为聚丙烯树脂(PP)塑料或聚碳酸酯(PC)树脂塑料或聚乙烯(PE)树脂塑料。

所述圆盘状结构分内圈和外圈1两部分，内圈可以中轴为中心进行相对于外圈1的水平旋转，4个用于核酸扩增试剂保存与反应的圆形腔室均匀分布在圆盘状结构外圈1，在5个用于样本处理试剂保存与反应的圆柱状腔室中，有一个中心反应腔室2位于圆盘状结构内圈中央，其余4个圆柱状腔室均匀分布在圆盘状结构外圈1，与4个用于核酸扩增试剂保存与反应的圆形腔室交叉分布。

所述圆柱状中心反应腔室2内含可由外力控制上下移动的橡胶柱塞和可吸附核酸的纳米磁珠，中心反应腔室2底部与外圈1的4个用于样本处理试剂保存与反应的圆柱状腔室和4个用于核酸扩增试剂保存与反应的圆形腔室分别通过8个微流通道呈放射状相连接，中心反应腔室2底部为内圈侧壁，含1个微流通道开孔，可通过内圈的水平旋转使中心反应腔室2与其他腔室相连接的8个微流通道逐一开启。

所述圆柱状中心反应腔室2分别内含可由外力控制上下移动的橡胶柱塞。

所述4个分布在外圈1的圆柱状腔室按顺时针方向顺序包括以下腔室：

1).裂解试剂腔室，装载有裂解试剂，所述裂解试剂包括至少以下之一：胍盐、离液盐、红细胞溶解试剂、清洁剂、螯合剂、氢氧化钠、DNA酶抑制剂、RNA酶抑制剂、抗凝剂、凝血剂、蛋白酶、表面活性剂。

2).洗涤试剂腔室(2管)，装载有洗涤试剂，所述洗涤试剂包括至少以下之一：乙醇、氯化钠、Tris盐酸。

3).洗脱试剂腔室，装载有洗脱试剂，所述洗脱试剂至少包括Tris盐酸。

所述用于核酸扩增试剂保存与反应的圆形腔室顶部封膜，以防试剂外漏，腔室内装有核酸恒温扩增或PCR扩增试剂，所述试剂包括至少以下之一：Bst聚合酶、Taq聚合酶、逆转录酶、四种核苷酸单体(dNTPs)、引物、探针。

所述样本包括至少以下物质之一：细胞、孢子、微生物、生物体活检组织、粪便、生物液、泥土和环境水。

所述细胞是生物体内的细胞和实验室培养细胞，所述微生物是病毒、细菌、霉菌、寄生虫，所述生物液是尿囊液、胆汁、胆酸、胆盐、胆色素、血液、血浆、血清、脑脊液、绒毛膜液、初乳、消化液、渗出物、漏出液、血淋巴、恶露、淋巴、乳糜、乳汁、胸水、唾液、羊脂、精液、痰、滑膜液、泪水、尿液或阴道液。

所述的渗出物是羊水、腹水或汗，所述漏出液是心包液或腹膜液，所述消化液是胃液、肠液或胰液。

实施例1：

打开裂解试剂腔室的橡胶柱塞，加入100-500微升的液体样本，待液体样本流入后关闭橡胶柱塞，使裂解液与液体样本在腔室内混合反应，液体样本裂解释放核酸。

水平旋转内圈，使中心反应腔室2底部的1个微流通道开孔对应于连接裂解试剂腔室的微流通道。裂解液与液体样本的筒槽对齐。

外力向下推动裂解试剂腔室的橡胶柱塞，同时向上移动中心反应腔室2的橡胶柱塞，使裂解试剂腔室的混合液体通过微流通道进入中心反应腔室2，混合液体内的核酸与中心反应腔室2的磁珠结合。

外力向上移动裂解试剂腔室的橡胶柱塞，同时向下推动中心反应腔室2的橡胶柱塞，使混合液体通过微流通道返回裂解试剂腔室，而结合核酸的磁珠通过中心反应腔室2外的磁铁吸引留在中心反应腔室底部。

水平旋转内圈，使中心反应腔室2底部的1个微流通道开孔对应于连接第一个洗涤试剂腔室的微流通道。

外力向下推动第一个洗涤试剂腔室的橡胶柱塞，同时向上移动中心反应腔室2的橡胶柱塞，第一个洗涤试剂腔室的洗涤试剂通过微流通道进入中心反应腔室2，使已结合核酸的磁珠浸入洗涤液，洗涤去除杂质。

外力向上移动第一个洗涤试剂腔室的橡胶柱塞，同时向下推动中心反应腔室2的橡胶柱塞，使洗涤后的液体通过微流通道返回第一个洗涤试剂腔室，而结合核酸的磁珠通过磁铁吸引留在中心反应腔室2底部。

水平旋转内圈，使中心反应腔室2底部的1个微流通道开孔对应于连接第二个洗涤试剂腔室的微流通道。

外力向下推动第二个洗涤试剂腔室的橡胶柱塞，同时向上移动中心反应腔室2的橡胶柱塞，第二个洗涤试剂腔室的洗涤试剂通过微流通道进入中心反应腔室2，使已结合核酸的磁珠浸入洗涤液，洗涤去除杂质。

外力向上移动第二个洗涤试剂腔室的橡胶柱塞，同时向下推动中心反应腔室2的橡胶柱塞，使洗涤后的液体通过微流通道返回第二个洗涤试剂腔室，而结合核酸的磁珠通过磁铁吸引留在中心反应腔室2底部。

水平旋转内圈，使中心反应腔室2底部的1个微流通道开孔对应于连接洗脱试剂腔室的微流通道。

外力作用向下推动洗脱试剂腔室的橡胶柱塞，同时向上移动中心反应腔室2的橡胶柱塞，洗脱试剂腔室的洗脱试剂通过微流通道进入中心反应腔室2，使已结合核酸的磁珠浸入洗脱液，样本核酸脱离磁珠，溶于洗脱液。

水平旋转内圈，使中心反应腔室2底部的1个微流通道开孔对应于连接第一个核酸扩增试剂保存与反应腔室的微流通道。

外力向下推动中心反应腔室的橡胶柱塞，部分含有核酸的洗脱试剂通过微流通道进入第一个核酸扩增试剂保存与反应腔室，使核酸与其中的核酸扩增试剂混合。

水平旋转内圈，使中心反应腔室2底部的1个微流通道开孔对应于连接第二个核酸扩增试剂保存与反应腔室的微流通道。

外力向下推动中心反应腔室2的橡胶柱塞，部分含有核酸的洗脱试剂通过微流通道进入第二个核酸扩增试剂保存与反应腔室，使核酸与其中的核酸扩增试剂混合。

水平旋转内圈，使中心反应腔室2底部的1个微流通道开孔对应于连接第三个核酸扩增试剂保存与反应腔室的微流通道。

外力向下推动中心反应腔室的橡胶柱塞，部分含有核酸的洗脱试剂通过微流通道进入第三个核酸扩增试剂保存与反应腔室，使核酸与其中的核酸扩增试剂混合。

水平旋转内圈，使中心反应腔室2底部的1个微流通道开孔对应于连接第四个核酸扩增试剂保存与反应腔室的微流通道。

外力向下推动中心反应腔室的橡胶柱塞，部分含有核酸的洗脱试剂通过微流通道进入第四个核酸扩增试剂保存与反应腔室，使核酸与其中的核酸扩增试剂混合。

根据设定的扩增程序进行核酸荧光PCR扩增或荧光恒温扩增。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种样本自动处理和核酸扩增装置，其特征在于：主要包括多个用于核酸扩增试剂保存与反应的圆形腔室、多个用于样本处理试剂保存与反应的圆柱状腔室；整体呈圆盘状结构，所述的圆盘状结构分内圈和外圈(1)两部分，内圈能够以中轴为中心进行相对于外圈(1)的水平旋转，多个用于核酸扩增试剂保存与反应的圆形腔室均匀分布在圆盘状结构外圈(1)上，在多个用于样本处理试剂保存与反应的圆柱状腔室中，有一个中心反应腔室(2)位于圆盘状结构内圈中央，其余圆柱状腔室均匀分布在圆盘状结构外圈(1)，与多个用于核酸扩增试剂保存与反应的圆形腔室交叉分布。

2.根据权利要求1所述的样本自动处理和核酸扩增装置，其特征在于：所述圆柱状中心反应腔室(2)内含可由外力控制上下移动的橡胶柱塞和可吸附核酸的纳米磁珠，中心反应腔室(2)底部与外圈(1)的用于样本处理试剂保存与反应的圆柱状腔室和用于核酸扩增试剂保存与反应的圆形腔室分别通过微流通道呈放射状相连接，中心反应腔室(2)底部为内圈侧壁，含1个微流通道开孔，可通过内圈的水平旋转使中心反应腔室(2)与其他腔室相连接的多个微流通道逐一开启。

3.根据权利要求1所述的样本自动处理和核酸扩增装置，其特征在于：所述分布在外圈的圆柱状腔室按顺时针方向顺序包括以下腔室：

1).裂解试剂腔室，装载有裂解试剂，所述裂解试剂包括至少以下之一：胍盐、离液盐、红细胞溶解试剂、清洁剂、螯合剂、氢氧化钠、DNA酶抑制剂、RNA酶抑制剂、抗凝剂、凝血剂、蛋白酶、表面活性剂；

2).洗涤试剂腔室，装载有洗涤试剂，所述洗涤试剂包括至少以下之一：乙醇、氯化钠、Tris盐酸；

3).洗脱试剂腔室，装载有洗脱试剂，所述洗脱试剂至少包括Tris盐酸。

4.根据权利要求1所述的样本自动处理和核酸扩增装置，其特征在于：所述用于核酸扩增试剂保存与反应的圆形腔室顶部封膜，以防试剂外漏，腔室内装有核酸恒温扩增或PCR扩增试剂，所述试剂包括至少以下之一：Bst聚合酶、Taq聚合酶、逆转录酶、四种核苷酸单体、引物、探针。

5.根据权利要求1所述的样本自动处理和核酸扩增装置，其特征在于：所述样本包括至少以下物质之一：细胞、孢子、微生物、生物体活检组织、粪便、生物液、泥土和环境水。

6.一种样本自动处理和核酸扩增装置的使用方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

1).打开裂解试剂腔室的橡胶柱塞，加入100-500微升的液体样本，待液体样本流入后关闭橡胶柱塞，使裂解液与液体样本在腔室内混合反应，液体样本裂解释放核酸；

2).水平旋转内圈，使中心反应腔室(2)底部的1个微流通道开孔对应于连接裂解试剂腔室的微流通道；

3).通过外力作用向下移动裂解试剂腔室的橡胶柱塞，同时向上移动中心反应腔室的橡胶柱塞，使裂解试剂腔室的混合液体通过微流通道进入中心反应腔室(2)，混合液体内的核酸与中心反应腔室(2)的磁珠结合；

4).通过外力作用向上移动裂解试剂腔室的橡胶柱塞，同时向下移动中心反应腔室的橡胶柱塞，使混合液体通过微流通道返回裂解试剂腔室，而结合核酸的磁珠通过中心反应腔室(2)外的磁铁吸引留在中心反应腔室(2)底部；

5).水平旋转内圈，使中心反应腔室(2)底部的1个微流通道开孔对应于连接一个洗涤试剂腔室的微流通道；

6).通过外力作用向下移动洗涤试剂腔室的橡胶柱塞，同时向上移动中心反应腔室(2)的橡胶柱塞，洗涤试剂腔室的洗涤试剂通过微流通道进入中心反应腔室(2)，使已结合核酸的磁珠浸入洗涤液，洗涤去除杂质；

7).通过外力作用向上移动洗涤试剂腔室的橡胶柱塞，同时向下移动中心反应腔室(2)的橡胶柱塞，使洗涤后的液体通过微流通道返回洗涤试剂腔室，而结合核酸的磁珠通过中心反应腔室(2)外的磁铁吸引留在中心反应腔室(2)底部；

8).水平旋转内圈，使中心反应腔室(2)底部的1个微流通道开孔对应于连接第二个洗涤试剂腔室的微流通道；

9).重复上述步骤6)和7)，进行第二次洗涤；

10).水平旋转内圈，使中心反应腔室(2)底部的1个微流通道开孔对应于连接洗脱试剂腔室的微流通道；

11).通过外力作用向下移动洗脱试剂腔室的橡胶柱塞，同时向上移动中心反应腔室(2)的橡胶柱塞，洗脱试剂腔室的洗脱试剂通过微流通道进入中心反应腔室(2)，使已结合核酸的磁珠浸入洗脱液，样本核酸脱离磁珠，溶于洗脱液；

12).水平旋转内圈，使中心反应腔室(2)底部的1个微流通道开孔对应于连接第一个核酸扩增试剂保存与反应腔室的微流通道；

13).通过外力作用向下移动中心反应腔室(2)的橡胶柱塞，部分含有核酸的洗脱试剂通过微流通道进入第一个核酸扩增试剂保存与反应腔室，使核酸与核酸扩增试剂混合；

14).水平旋转内圈，使中心反应腔室(2)底部的1个微流通道开孔对应于连接第二个核酸扩增试剂保存与反应腔室的微流通道；

15).重复上述步骤13)，使核酸与第二个腔室的核酸扩增试剂混合；

16).重复上述步骤14)和15)，使核酸与第三、第四个核酸扩增试剂保存与反应腔室的核酸扩增试剂混合；

17).根据设定的扩增程序进行荧光PCR核酸扩增反应或恒温核酸扩增反应,并且还包括通过逆转录合成脱氧核糖核酸。