CN110656108B - 芯片、核酸提取纯化装置以及核酸提取纯化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种芯片、核酸提取纯化装置以及核酸提取纯化方法，涉及核酸提取与纯化技术领域，所述芯片内部设置有提纯通路以及埋设在该提纯通路周围的电极对，所述提纯通路包括分离通路，所述电极对位于所述分离通路。在上述技术方案中，通过该芯片内部设置的提纯通路结构，当样品投入至提纯通路后，便可以完全实现全自动化进行核酸提取纯化的整个过程，无需工作人员进行复杂的操作步骤，提供该提纯通路的芯片便于携带。所以，通过该芯片对核酸进行提取和纯化能够实现微流控技术中真正意义上的便携化与自动化。

Description

芯片、核酸提取纯化装置以及核酸提取纯化方法

技术领域

本发明涉及核酸提取与纯化技术领域，尤其是涉及一种芯片、核酸提取纯化装置以及核酸提取纯化方法。

背景技术

生物大分子核糖核酸的分离与纯化技术是进行分子生物学各方面研究的基础，是生命科学研究与应用中的关键技术。目前常用的核酸提取纯化方法是使用核酸提取仪和特定的柱提取试剂盒或磁珠提取试剂盒进行核酸的提取与纯化。

随着微流控芯片技术的发展，基于微流控芯片的核酸提取方法也得到了发展。现有的微流控核酸提取方法分为柱提取法(硅固相吸附法)和磁珠法(磁性纳米颗粒吸附法)，这两种方法虽然常用，但是两种方法的提取过程操作较为复杂，难以实现核酸提取纯化的便携化与自动化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种芯片、核酸提取纯化装置以及核酸提取纯化方法，以解决现有技术中核酸提取过程操作复杂的技术问题。

本发明提供的一种用于核酸提取纯化的芯片，所述芯片内部设置有提纯通路以及埋设在该提纯通路周围的电极对，所述提纯通路包括分离通路，所述电极对位于所述分离通路。

进一步的，所述电极对包括第一电极对和/或第二电极对；所述分离通路包括第一分离通路和/或第二分离通路；

所述提纯通路还包括裂解通路、结合通路和洗脱通路，所述裂解通路的末段与所述结合通路的首段连通，所述结合通路的末段通过所述第一分离通路与所述洗脱通路的首段连通，所述洗脱通路的末段连通所述第二分离通路，所述第二分离通路的末段连通有核酸出口；所述第一电极对位于所述第一分离通路，和/或所述第二电极对位于所述第二分离通路。

进一步的，所述提纯通路还包括：

样品口和裂解液口，所述样品口和所述裂解液口与所述裂解通路的首段连通；

微球试剂口，所述微球试剂口连通在所述裂解通路和所述结合通路之间；

洗脱试剂口，所述洗脱试剂口连通在所述结合通路和所述第一分离通路之间或所述第一分离通路与所述洗脱通路之间；

第一废液口和第二废液口，所述第一废液口与所述第一分离通路的末段连通，所述第二废液口与所述第二分离通路的末段连通。

进一步的，所述电极对包括若干金属件，若干所述金属件贴近所述分离通路设置。

进一步的，若干所述金属件位于所述分离通路的侧部并沿着所述分离通路的长度方向排列设置；

或者，若干所述金属件位于所述分离通路的底部并沿着所述分离通路的宽度方向排列设置，每个所述金属件均沿所述分离通路的长度方向延伸。

进一步的，所述芯片还包括：

缓冲液口，所述缓冲液口连通在所述结合通路和所述第一分离通路之间；

和/或，废液通路，所述第一废液口和所述第二废液口通过所述废液通路汇集；

和/或，所述裂解通路、所述结合通路和/或所述洗脱通路呈弯曲通路结构。

本发明还提供了一种核酸提取纯化装置，包括控制系统和所述的芯片；所述控制系统包括：

至少一个电源，至少一个所述电源与所述电极对电连接；

电压控制器，所述电压控制器与所述电源控制连接，以能够调整供电电压参数；

流体控制器，所述流体控制器与所述芯片的提纯通路连接。

进一步的，所述控制系统还包括：

加热器，所述加热器与所述提纯通路导热连接；

温度传感器，所述温度传感器与所述加热器数据连接。

本发明还提供了一种核酸提取纯化方法，基于所述的芯片或所述的核酸提取纯化装置，包括如下步骤：

微球-核酸结合体经过分离通路时在介电泳力作用下从杂质中分离出来；

和/或，洗脱开的微球和核酸经过分离通路时在介电泳力作用下将微球和核酸分离。

进一步的，包括如下步骤：

将样品在注入裂解液的裂解通路中裂解，裂解出的核酸进入到所述结合通路中与微球试剂结合成微球-核酸结合体，微球-核酸结合体经过第一分离通路时在介电泳力作用下从杂质中分离出来；

使微球-核酸结合体经过注入洗脱液的洗脱通路中洗脱，洗脱开的微球和核酸经过第二分离通路时在介电泳力作用下将微球和核酸分离。

在上述技术方案中，通过该芯片内部设置的提纯通路结构，当样品投入至提纯通路后，便可以完全实现全自动化进行核酸提取纯化的整个过程，无需工作人员进行复杂的操作步骤，提供该提纯通路的芯片便于携带。所以，通过该芯片对核酸进行提取和纯化能够实现微流控技术中真正意义上的便携化与自动化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例提供的提纯通路的结构示意图；

图2为本发明另一个实施例提供的提纯通路的结构示意图；

图3为本发明一个实施例提供的第一电极对的布置结构示意图；

图4为如图3提供的第一电极对布置结构侧视图；

图5为本发明另一个实施例提供的第一电极对的布置结构示意图；

图6为本发明又一个实施例提供的第一电极对的布置结构示意图；

图7为本发明再一个实施例提供的第一电极对的布置结构示意图；

图8为如图7提供的第一电极对布置结构底部立体图；

图9为本发明一个实施例提供的控制系统的电连接示意图；

图10为本发明另一个实施例提供的控制系统的电连接示意图；

图11为本发明一个实施例提供的加热器和温度传感器的电连接示意图。

附图标记：

1、裂解通路；2、结合通路；

3、洗脱通路；4、第一分离通路；

5、第二分离通路；6、第一电极对；

7、第二电极对；8、控制系统；

11、样品口；12、裂解液口；

21、微球试剂口；22、洗脱试剂口；

23、缓冲液口；41、第一废液口；

51、核酸出口；52、第二废液口；

53、废液通路；

61、金属件；62、第一点状金属件；

63、第一条状金属件；

81、电源；82、电压控制器；

83、加热器；84、温度传感器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本实施例提供的一种用于核酸提取纯化的芯片，所述芯片内部设置有提纯通路以及埋设在该提纯通路周围的电极对，所述提纯通路包括分离通路，所述电极对位于所述分离通路。

在利用该芯片进行核酸提取纯化的过程中，将芯片的提纯通路与外接的流体控制器连接，该流体控制器可以对提纯通路内的流体按照预设的方向驱动，使流体按照提取纯化过程流经提纯通路的各个通路部分。样品和裂解液被投入到提纯通路后样品会在与裂解液充分混合后实现对样品的裂解，使样品中的核酸裂解出来。将微球试剂投入后，微球与裂解出来的核酸混合后能够与其特异性结合，形成微球-核酸结合体。将电极对连接在电源上，通过电源对电极对进行供电能够使电极对在分离通路上施加适合的介电泳场，该介电泳场产生的介电泳力可以实现对经过分离通路内不同粒子的分离(即介电泳现象)，此时在该介电泳力下微球-核酸结合体便能够与样品裂解后的其他杂质分离。将洗脱液投入后，洗脱液和微球-核酸结合体充分反应，在该反应作用下将微球与核酸脱开。同理，将电极对连接在电源上，通过电源对电极对进行供电能够使电极对在分离通路上施加适合的介电泳场，该介电泳场产生的介电泳力可以实现对经过分离通路内不同粒子的分离(即介电泳现象)，此时洗脱开的微球和核酸便能够在该介电泳力下分离。

综上所述，通过该芯片内部设置的提纯通路结构，当样品投入至提纯通路后，便可以完全实现全自动化进行核酸提取纯化的整个过程，无需工作人员进行复杂的操作步骤，提供该提纯通路的芯片便于携带。所以，通过该芯片对核酸进行提取和纯化能够实现微流控技术中真正意义上的便携化与自动化。

进一步的，所述电极对包括第一电极对6和/或第二电极对7；所述分离通路包括第一分离通路4和/或第二分离通路5；所述提纯通路包括裂解通路1、结合通路2和洗脱通路3，所述裂解通路1的末段与所述结合通路2的首段连通，所述结合通路2的末段通过第一分离通路4与所述洗脱通路3的首段连通，所述洗脱通路3的末段连通有第二分离通路5，所述第二分离通路5的末段连通有核酸出口51；所述第一电极对6位于所述第一分离通路4，和/或所述第二电极对7位于所述第二分离通路5。

进一步的，所述提纯通路还包括：样品口11和裂解液口12，所述样品口11和所述裂解液口12与所述裂解通路1的首段连通；

微球试剂口21，所述微球试剂口21连通在所述裂解通路1和所述结合通路2之间；

洗脱试剂口22，所述洗脱试剂口22连通在所述结合通路2和所述第一分离通路4之间或所述第一分离通路4与所述洗脱通路3之间；

第一废液口41和第二废液口52，所述第一废液口41与所述第一分离通路4的末段连通，所述第二废液口52与所述第二分离通路5的末段连通；所述第一电极对6位于所述第一分离通路4，和/或所述第二电极对7位于所述第二分离通路5。

根据上述结构，在利用该芯片进行核酸提取纯化的过程中，将芯片的提纯通路与外接的流体控制器连接，该流体控制器可以对提纯通路内的流体按照预设的方向驱动，使流体按照提取纯化过程流经提纯通路的各个通路部分。样品和裂解液可以分别从样品口11和裂解液口12投入，样品和裂解液进入到提纯通路后会在流体控制器的控制下进入到裂解通路1，在流经裂解通路1的过程中，样品会在与裂解液充分混合后实现对样品的裂解，使样品中的核酸裂解出来。其中，在对样品和裂解液进行投入时可以将二者同时投入也可以分开投入。当二者分开投入时可以先经裂解液口12投入裂解液，当裂解液充满裂解通路1和结合通路2(也可以至少充满裂解通路1)后，再将样品从样品口11投入，以保证样品能够在裂解通路1中与裂解液充分的混合并裂解出核酸。

将微球试剂从微球试剂口21投入后，微球会进入到结合通路2。当微球与裂解出来的核酸混合后能够与其特异性结合，形成微球-核酸结合体。将第一电极对6连接在电源上，通过电源对第一电极对6进行供电能够使第一电极对6在第一分离通路4上施加适合的介电泳场，该介电泳场产生的介电泳力可以实现对经过第一分离通路4内不同粒子的分离(即介电泳现象)，此时在该介电泳力下微球-核酸结合体便能够与样品裂解后的其他杂质分离，杂质经介电泳力和流体控制器的共同作用力下从第一废液口41排出，而微球-核酸结合体便可以在介电泳力和流体控制器的共同作用力下特异性的进入到洗脱通路3。

将洗脱液从洗脱试剂口22投入后，洗脱液和经第一分离通路4分离出来的微球-核酸结合体会在洗脱通路3中充分反应，在该反应作用下将微球与核酸脱开。其中，洗脱液可以在微球与核酸结合时从洗脱试剂口22投入，洗脱液也可以在微球与核酸结合成微球-核酸结合体后并在进入到洗脱通路3之前投入，此时需要保证微球-核酸结合体进入到洗脱通路3之前，洗脱液至少充满洗脱通路3，以能够与微球-核酸结合体及时混合。

将第二电极对7连接在电源上，通过电源对第二电极对7进行供电能够使第二电极对7在第二分离通路5上施加适合的介电泳场，该介电泳场产生的介电泳力可以实现对经过第二分离通路5内不同粒子的分离(即介电泳现象)，此时洗脱开的微球和核酸便能够在该介电泳力下分离，微球经介电泳力和流体控制器的共同作用力下从第二废液口52排出，而核酸便可以在介电泳力和流体控制器的共同作用力下特异性的进入到核酸出口51，在核酸出口51被收集。

对于上述分离粒子的介电泳现象，在非均匀电场中若极化后粒子的正负电荷中心处于不同电场强度的区域，会受到大小不同的作用力并出现位移，即介电泳现象。介电泳力的大小和方向受到多个因素的影响，最常用的介电泳力影响公式为：

其中，ε₀为真空介电常数；ε_p为粒子的相对介电常数；ε_f为流体介质的相对介电常数；r为粒子的半径；ω为外加电场信号的角频率；

为外加电场场强模的平方；σ_p为粒子的电导率；σ_f为流体介质的电导率。

介电泳力的方向取决于K(ω)实部部分(Clausius-Mossotti因子，简称CM因子，用Re[K(ω)]表示)的符号。当Re[K(ω)]＞0时，粒子在非均匀外加电场的作用下从低场强区域被吸引至高场强区域，为正介电电泳(pDEP)；反之，当Re[K(ω)]＜0时，将从高场强区域被排斥至低场强区域，为负介电电泳(nDEP)。需要注意的是，式中介电泳力(F_DEP)的计算有一个前提，那就是施加的非均匀交变电场的相位不发生变化。当相位发生变化的时候，此时的介电电泳力与K(ω)的虚部部分有关，称为行波介电泳。

在流体介质和粒子的电导率和相对介电常数一定后，介电泳力的大小受到粒子的粒径r(三次方关系)、场强E(梯度的平方关系)、频率(CM因子实部)和相位(CM因子虚部)的影响。其中利用不同粒径粒子受到的介电泳力为三次方关系可以很容易地分离体系中不同尺寸的同种粒子；通过调整电压值(场强随之变化)可以调整介电泳力的大小，从而改变粒子的运动轨迹，以促进样品分离；频率的作用主要体现在CM因子部分，选择适合的频率，可以使得待分离的两种或多种粒子的CM因子分别为正数、0或负数，并因而出现不同方向的介电泳力效果；相位的影响只存在于行波介电泳中，它能在具有适宜相位差的电极组的上方形成介电泳行波场，不同粒子会随着移动的行波场进行相应的位移，并完成分离。

当通过第一电极对6施加的介电泳场对微球-核酸结合体和杂质相对分离时，微球-核酸结合体与杂质难以用尺寸直接区分，但二者的电导率和相对介电常数存在明显差异。所以，在考虑了流场的影响后，可以选择适合的电场强度(电压)和频率的组合，或者也可以结合适合相位差的行波介电泳对二者进行分离。

当通过第二电极对7施加的介电泳场对微球和核酸相对分离时，可以直接依靠尺寸区分，且二者的电导率和相对介电常数亦存在明显差异。所以，在考虑了流场的影响后，无论是利用高场强的直流介电泳，或通过选择适合的电场强度(电压)和频率的组合，亦或是结合适合相位差的行波介电泳均能够完成对二者有效的分离。

本领域技术人员可以在对微球-核酸结合体和杂质，以及在对微球和核酸进行分离时选用合适的方式，所述第一电极对6和/或所述第二电极对7产生的介电泳包括直流介电泳、交流介电泳或行波介电泳。需要注意的是，各试剂介电常数对介电泳效果的影响，是因为不同试剂组成成分不同，其电导率和相对介电常数均不同，它们混合之后的流体的电导率和相对介电常数也会变化，所以最终的介电泳效果比纯缓冲液体系中的样品分离有着显著的区别，需要根据实际的情况对介电泳参数(电压、频率等)进行调整。

而通过电源对第一电极对6和第二电极对7施加的电压(频率、幅值、相位等)不同，如图9和图10所示，可以将单一电源提供的电压进行分流和变频处理后分别与第一电极对6和第二电极对7的电极相连，或者是将两个电源分别与第一电极对6和第二电极对7的电极相连。本领域技术人员可以根据需求选择，在此便不再赘述。

需要说明的是，在该芯片进行制造的时候可以将其设置为多层结构，例如芯片可以通过至少两层基板构成，在其中至少一个基板上雕刻能够构成提纯通路的槽结构，并使相邻基板结合时在芯片的内部形成该提纯通路。根据制造工艺与提纯通路的不同实施结构，构成该芯片的层数可以自行设置，在此不做限定。当然，根据制造工艺的差异，芯片也可以为单层结构。而在进行核酸提取纯化之前，便会针对不同类型核酸以及所使用各类试剂将第一电极对6和第二电极对7所施加的介电泳场调整合适，并将流体控制器的各类参数调整合适。其中，投入至所述微球试剂口21的微球包括硅胶微球、硅藻土微球、玻璃微球、有机硅烷微球和纳米磁珠中的任意一种或组合。

由上可知，通过该芯片内部设置的提纯通路结构，当样品从样品口11投入后，便可以经过裂解通路1、结合通路2、第一分离通路4、洗脱通路3和第二分离通路5，在裂解液、微球试剂、以及洗脱液作用下将样品中的核酸分离出来，从核酸出口51进行收集。核酸提取纯化的整个过程能够完全实现全自动化操作，无需工作人员进行复杂的操作步骤，提供该提纯通路的芯片便于携带。所以，通过该芯片对核酸进行提取和纯化能够实现微流控技术中真正意义上的便携化与自动化。并且，整个提取纯化过程不存在人源污染，可实现定量化提取，还能够适用于痕量-微量样品中核酸的提取纯化。

参考图3至图8所示，所述电极对包括若干金属件61，若干所述金属件61贴近所述离通路设置。具体的，所述第一电极对6包括若干第一金属件，若干所述第一金属件贴近所述第一分离通路4设置；和/或，所述第二电极对7包括若干第二金属件，若干所述第二金属件贴近所述第二分离通路5设置。此时，通过若干第一金属件构成的第一电极对6在电源供电下便可以对第一分离通路4施加介电泳场，从而实现对微球-核酸结合体和杂质的分离。同理，通过若干第二金属件构成的二电极对在电源供电下便可以对第二分离通路5施加介电泳场，从而实现对微球和核酸的分离。在该结构中，由于若干所述第一金属件贴近所述第一分离通路4设置，若干所述第二金属件也贴近所述第二分离通路5设置，所以介电泳的作用区域仅为芯片中尺寸占比很小的第一分离通路4和第二分离通路5，从而还可以便于实现与其它需求的集成，例如核酸扩增和检测，对此本领域技术人员可以选择设置，在此不做赘述。优选的，所述第一金属件和/或所述第二金属件为金属丝。

如图3至图5所示，若干所述金属件61位于所述分离通路的侧部并沿着所述分离通路的长度方向排列设置。具体的，若干所述第一金属件位于所述第一分离通路4的侧部并沿着所述第一分离通路4的长度方向排列设置；和/或，若干所述第二金属件位于所述第二分离通路5的侧部并沿着所述第二分离通路5的长度方向排列设置。此时，位于第一分离通路4侧部的第一金属件能够在第一分离通路4上施加单频介电泳或者双频介电泳。同理，位于第二分离通路5侧部的第二金属件能够在第二分离通路5上施加单频介电泳或者双频介电泳。

具体的，如图3和图4所示，若干所述第一金属件均匀排列在所述第一分离通路4的同一侧部；和/或，若干所述第二金属件均匀排列在所述第二分离通路5的同一侧部。此时，若干所述第一金属件在第一分离通路4周围施加的便是单频介电泳，同时若干所述第二金属件在第二分离通路5周围施加的也是单频介电泳。在若干第一金属件或若干第二金属件排列时，本领域技术人员可以根据需求设置相邻间距或者排列数量，在此不作限定。

具体的，如图5所示，若干所述第一金属件对称分布在所述第一分离通路4的相对两侧部；和/或，若干所述第二金属件对称分布在所述第二分离通路5的相对两侧部。此时，若干所述第一金属件在第一分离通路4周围施加的便是单频介电泳，同时若干所述第二金属件在第二分离通路5周围施加的也是单频介电泳。在若干第一金属件或若干第二金属件排列时，本领域技术人员可以根据需求设置相邻间距或者排列数量，在此不作限定。

如图7和图8所示，若干所述金属件61位于所述分离通路的底部并沿着所述分离通路的宽度方向排列设置，每个所述金属件均沿所述分离通路的长度方向延伸。

具体的，若干所述第一金属件位于所述第一分离通路4的底部并沿着所述第一分离通路4的宽方向排列设置，每个所述第一金属件均沿所述第一分离通路4的长度方向延伸；和/或，若干所述第二金属件位于所述第二分离通路5的底部并沿着所述第二分离通路5的宽方向排列设置，每个所述第二金属件均沿所述第二分离通路5的长度方向延伸。此时，位于第一分离通路4底部的第一金属件能够在第一分离通路4上施加行波介电泳。同理，位于第二分离通路5底部的第二金属件也能够在第二分离通路5上施加行波介电泳。

如图6所示，所述第一金属件的数量为2个，2个所述第一金属件分别为位于所述第一分离通路4相对两侧部的第一点状金属件62和第一条状金属件63；所述第一点状金属件62位于所述第一分离通路4侧部的中央，所述第一条状金属件63沿所述第一分离通路4的长度方向延伸；和/或，所述第二金属件的数量为2个，2个所述第二金属件分别为位于所述第二分离通路5相对两侧部的第二点状金属件和第二条状金属件；所述第二点状金属件位于所述第二分离通路5侧部的中央，所述第二条状金属件沿所述第二分离通路5的长度方向延伸。此时，通过第一点状金属件62和第一条状金属件63便能够在第一分离通路4上施加三角场介电泳，同理，通过第二点状金属件和二条状金属件也能够在第二分离通路5上施加三角场介电泳。

参考图2所示，所述芯片还包括：缓冲液口23，所述缓冲液口23连通在所述结合通路2和所述第一分离通路4之间。该缓冲液口23适合于缓冲液的投放，缓冲液的主要作用是调节流体聚焦的效果，其流量可以影响第一分离通路4的分离效果。所以，在进行核酸的提取纯化之前，可以首先从缓冲液口23投入缓冲液，使缓冲液充满提纯通路。

继续参考图1和图2，所述芯片还包括：废液通路53，所述第一废液口41和所述第二废液口52通过所述废液通路53汇集。此时，经过第一分离通路4排出的杂质以及从第二分离通路5排出的微球便可以汇集在一起收集，提高了整个提取纯化过程的便捷性。

进一步的，所述裂解通路1、所述结合通路2和/或所述洗脱通路3呈弯曲通路结构。由于在核酸提取中，样品只有在与裂解液混合均匀后其中的细胞或组织才能实现有效的裂解，核酸与微球也需要充分接触以完成结合，微球上核酸的洗脱同样也需要微球-核酸结合体尽可能多地接触洗脱液。但是流体在微通道中的运动状态一般为层流，而处于层流状态的两部分流体很难实现均匀混合。所以，将裂解通路1、结合通路2、洗脱通路3设置呈弯曲通路结构，例如蛇形结构，是通过增加两部分流体的接触面积甚至在局部产生涡流来促进流体混合，从而促进样品裂解、微球结合以及核酸洗脱。

为了对利用该芯片的提纯通路进行核酸提取纯化的过程进行详细的阐述，现通过如下具体实施例进行解释和说明。

实施例1

动物RNA的提取与纯化

本实施例所用的芯片结构参数如下：

裂解通路1为弯曲结构(例如蛇形结构)，尺寸为100μm×1000μm×12.5(宽×长×段数)；结合通路2为弯曲结构(例如蛇形结构)，尺寸为100μm×1000μm×14.5(宽×长×段数)；洗脱通路3为弯曲结构(例如蛇形结构)，尺寸为100μm×1000μm×25(宽×长×段数)；所用样品为小鼠肝组织2mg；缓冲液为Tris(10mmol/L，pH＝8.0)溶液；所用核酸提取试剂为动物RNA抽提试剂，包括裂解液、结合液和洗脱液；第一分离通路4和第二分离通路5的介电泳均使用如图7和图8所示的行波介电泳，电压幅值分别为10V和12V。

基于上述体系进行核酸提取和纯化的方法，包括如下步骤：

1)加样与预反应：连通电源并开启配合的流体控制器，首先缓冲液从缓冲液口23进入并充满所有通路，然后裂解液从裂解液口12进入并占满第一分离通路4前缓冲液通路之外的所有通路，接着样品从样品口11进入并与裂解液在裂解通路1充分混合以完成样品的裂解，之后微球试剂从微球试剂口21进入并在结合通路2与裂解完成的核酸充分结合，微球结合的同时洗脱试剂从洗脱试剂口22进入并由第一分离通路4进入和占满整个洗脱通路3及其后的通路；

2)一次分离：结合完成的微球-核酸结合体离开结合通路2流入第一分离通路4时因受到第一电极对6产生的介电泳场的影响与其它杂质分开，并分别流入洗脱通路3和第一废液口41；

3)洗脱：微球-核酸结合体在洗脱通路3与洗脱液充分反应，而后微球与核酸脱开；

4)二次分离与核酸收集：离开洗脱通路3后微球和核酸的混合流体在第二分离通路5受到第二电极对7产生的介电泳场的作用而完成核酸与微球的分离，分离得到的核酸流入核酸出口51而被收集，微球则流入第二废液口52。

实施例2

哺乳动物DNA的提取与纯化

本实施例所用的芯片结构参数如下：

裂解通路1为弯曲结构(例如蛇形结构)，尺寸为120μm×1000μm×10.5(宽×长×段数)；结合通路2为弯曲结构(例如蛇形结构)，尺寸为120μm×1000μm×12.5(宽×长×段数)；洗脱通路3为弯曲结构(例如蛇形结构)，尺寸为120μm×1000μm×21(宽×长×段数)；所用样品为1.2mm小鼠尾尖；缓冲液为去离子水；所用核酸提取试剂为动物DNA抽提试剂，包括裂解液、结合液和洗脱液；第一分离通路4和第二分离通路5的介电泳均使用如图7和图8所示的行波介电泳，电压幅值分别为10V和12V。

基于上述体系进行核酸提取和纯化的方法，包括如下步骤：

1)加样与预反应：连通电源并开启流体控制器，首先缓冲液从缓冲液口23进入并充满所有通路，然后裂解液从裂解液口12进入并占满第一分离通路4前缓冲液通路之外的所有通路，接着样品从样品口11进入并与裂解液在裂解通路1充分混合以完成样品的裂解，之后微球试剂从微球试剂口21进入并在结合通路2与裂解完成的核酸充分结合，微球结合的同时洗脱试剂从洗脱试剂口22进入并由第一分离通路4进入和占满整个洗脱通路3及其后的通路；

2)一次分离：结合完成的微球-核酸结合体离开结合通路2流入第一分离通路4时因受到第一电极对6产生的介电泳场的影响与其它杂质分开，并分别流入洗脱通路3和第一废液口41；

3)洗脱：微球-核酸结合体在洗脱通路3与洗脱液充分反应，而后微球与核酸脱开；

4)二次分离与核酸收集：离开洗脱通路3后微球和核酸的混合流体在第二分离通路5受到第二电极对7产生的介电泳场的作用而完成核酸与微球的分离，分离得到的核酸流入核酸出口51而被收集，微球则流入第二废液口52。

参考图1至图10所示，本发明还提供了一种核酸提取纯化装置，包括控制系统8和上述的芯片；所述控制系统8包括：

至少一个电源，至少一个所述电源与所述电极对电连接；

电压控制器，所述电压控制器与所述电源控制连接，以能够调整供电电压参数；

流体控制器，所述流体控制器与所述芯片的提纯通路连接。

具体的，至少一个所述电源与第一电极对6和/或第二电极对7电连接。

在该核酸提取纯化装置中采用了上述芯片，对核酸进行提取纯化时可以通过电压控制器控制电源的供电电压参数，例如频率、幅值、相位等。同时，通过流体控制器控制提纯通路内流体的流动，使流体能够按照预设的方向流动。优选的，所述流体控制器为微流量泵或微流量控制器。由于所述芯片的具体结构、功能原理以及技术效果均在前文详述，在此便不再赘述。任何有关于所述芯片的技术内容和提取纯化步骤均可以参考前文，在此不再赘述。

如图11所示，所述核酸提取纯化装置还包括：加热器，所述加热器与所述提纯通路导热连接。由于温度会对样品的裂解、核酸与微球的结合/洗脱效果产生明显的影响，所以通过加热器对提纯通路的温度进行有效控制可以促进提取纯化效果，例如使用含CTAB的裂解液时多使用65℃或37-45℃的反应条件，使用蛋白酶K裂解时多使用70℃的反应条件，通过温度调节使不同反应区域处于各自适宜的温度可以提高核酸提取的得率(即相对产量)。优选的，所述加热器可采用加热电阻。装配时，所述加热器可以与所述裂解通路1、所述结合通路2和/或所述洗脱通路3导热连接。

进一步的，所述核酸提取纯化装置还包括：温度传感器，所述温度传感器与所述加热器数据连接。此时，通过温度传感器可以对加热器的加热温度进行实时检测，以能够对各个部分加热温度进行掌控，实时调整加热温度至预设范围内，以能够通过控制温度来保证提取纯化的效果。

进一步的，所述第一电极对6和/或所述第二电极对7施加的电压为低压双高频交流电。优选低压双高频交流电的介电泳方式，是因为低压的安全系数高不容易出现危险，而直流介电泳往往为了避免加工成本高昂的微纳电极而无法使用低压，交流介电泳中双频率比单频率具有更强的作用效果。

本发明还提供了一种核酸提取纯化方法，基于上述的芯片或上述的核酸提取纯化装置，包括如下步骤：

将样品在注入裂解液的裂解通路1中裂解，裂解出的核酸进入到所述结合通路2中与微球试剂结合成微球-核酸结合体，微球-核酸结合体经过第一分离通路4时在介电泳力作用下从杂质中分离出来；使微球-核酸结合体经过注入洗脱液的洗脱通路3中洗脱，洗脱开的微球和核酸经过第二分离通路5时在介电泳力作用下将微球和核酸分离。

通过上述核酸提取纯化方法能够使核酸提取纯化的整个过程完全实现全自动化操作，无需工作人员进行复杂的操作步骤。并且，整个提取纯化过程不存在人源污染，可实现定量化提取，还能够适用于痕量-微量样品中核酸的提取纯化。在通过该核酸提取纯化方法对核酸进行提取纯化时，可以参考前文对于芯片或核酸提取纯化装置相关内容的记载，在此便不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种用于核酸提取纯化的芯片，其特征在于，所述芯片内部设置有提纯通路以及埋设在该提纯通路周围的电极对，所述提纯通路包括分离通路，所述电极对位于所述分离通路；所述电极对包括第一电极对和/或第二电极对；所述分离通路包括第一分离通路和/或第二分离通路；所述提纯通路还包括裂解通路、结合通路和洗脱通路，所述裂解通路的末段与所述结合通路的首段连通，所述结合通路的末段通过所述第一分离通路与所述洗脱通路的首段连通，所述洗脱通路的末段连通所述第二分离通路，所述第一电极对位于所述第一分离通路，和/或所述第二电极对位于所述第二分离通路。

2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述第二分离通路的末段连通有核酸出口。

3.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述提纯通路还包括：

样品口和裂解液口，所述样品口和所述裂解液口与所述裂解通路的首段连通；

微球试剂口，所述微球试剂口连通在所述裂解通路和所述结合通路之间；

洗脱试剂口，所述洗脱试剂口连通在所述结合通路和所述第一分离通路之间或所述第一分离通路与所述洗脱通路之间；

第一废液口和第二废液口，所述第一废液口与所述第一分离通路的末段连通，所述第二废液口与所述第二分离通路的末段连通。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的芯片，其特征在于，所述电极对包括若干金属件，若干所述金属件贴近所述分离通路设置。

5.根据权利要求4所述的芯片，其特征在于，若干所述金属件位于所述分离通路的侧部并沿着所述分离通路的长度方向排列设置；

或者，若干所述金属件位于所述分离通路的底部并沿着所述分离通路的宽度方向排列设置，每个所述金属件均沿所述分离通路的长度方向延伸。

6.根据权利要求3所述的芯片，其特征在于，所述芯片还包括：

缓冲液口，所述缓冲液口连通在所述结合通路和所述第一分离通路之间；

和/或，废液通路，所述第一废液口和所述第二废液口通过所述废液通路汇集；

和/或，所述裂解通路、所述结合通路和/或所述洗脱通路呈弯曲通路结构。

7.一种核酸提取纯化装置，其特征在于，包括控制系统和如权利要求1-6中任一项所述的芯片；所述控制系统包括：

至少一个电源，至少一个所述电源与所述电极对电连接；

电压控制器，所述电压控制器与所述电源控制连接，以能够调整供电电压参数；

流体控制器，所述流体控制器与所述芯片的提纯通路连接。

8.根据权利要求7所述的核酸提取纯化装置，其特征在于，所述控制系统还包括：

加热器，所述加热器与所述提纯通路导热连接；

温度传感器，所述温度传感器与所述加热器数据连接。

9.一种核酸提取纯化方法，其特征在于，基于权利要求1-6中任一项所述的芯片或权利要求7或8所述的核酸提取纯化装置，包括如下步骤：

微球-核酸结合体经过分离通路时在介电泳力作用下从杂质中分离出来；

和/或，洗脱开的微球和核酸经过分离通路时在介电泳力作用下将微球和核酸分离。

10.根据权利要求9所述的核酸提取纯化方法，其特征在于，包括如下步骤：

将样品在注入裂解液的裂解通路中裂解，裂解出的核酸进入到所述结合通路中与微球试剂结合成微球-核酸结合体，微球-核酸结合体经过第一分离通路时在介电泳力作用下从杂质中分离出来；

使微球-核酸结合体经过注入洗脱液的洗脱通路中洗脱，洗脱开的微球和核酸经过第二分离通路时在介电泳力作用下将微球和核酸分离。

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