CN110669656B - 阻抗法一体化基因快速简易检测的可抛弃实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻抗法一体化基因快速简易检测的可抛弃实验装置及方法。下基体和上基体上下安装成整体外壳，整体外壳内部设置长方体空间和柱形空间，长方体空间中安装检测基板，检测基板上表面布置有两个内部电极和两个外部电极，两个内部电极和两个外部电极电连接；柱形空间作为反应腔室，两个内部电极位于反应腔室中，两个外部电极位于反应腔室之外，柱形空间开设有加样孔。本发明提出的装置在反应过程中通过实时监测反应腔室内部阻抗实现对目标DNA检测，实现了可抛弃简易实验的实施检测。

Description

阻抗法一体化基因快速简易检测的可抛弃实验装置及方法

技术领域

本发明涉及生化样品检测仪器领域，尤其涉及了一种基于阻抗法一体化基因快速检测装置，利用DNA在扩增过程中反应体系中碱基、蛋白质数量变化而引起溶液内部阻抗变化实现对目标DNA检测。

背景技术

基因扩增技术在食品安全领域有着重要应用，该技术可以实现目标DNA体外扩增，通过检测扩增到一定数量级的DNA进行检测实现目标DNA检测。利用该方法完成扩增的反应体系内部含有数量巨大的DNA分子，如果将反应体系暴露在外会造成气溶胶污染影响到后续实验结果。

阻抗生物传感器作为常用食品安全检测手段一种，具有免标记、检测快速等优点。该技术应用广泛，可以检测细菌数量，易敏英等人采用阻抗法实现了鲜牛奶中细菌数量快速检测；阻抗技术也可以应用到食品品质检测领域，蔡骋等人以红富士苹果为对象利用苹果阻抗特性来对其新鲜度进行分级，正确率达到87.9％。同样，该技术也可以应用在核酸检测领域，胡晓琴等人制备了一种电化学阻抗传感器，并利用该传感器实现对乳腺癌DNA检测。对于DNA扩增体系来说，当反应体系中DNA发生扩增时，溶液内部碱基数量会减少，这会引起反应液阻抗变化，通过测量反应溶液阻抗可以间接反应DNA数量来实现对目标DNA检测。

现有的基因检测技术通常采用八连管作为反应容器，结合外部的荧光检测装置进行实验，八连管仅做为反应容器。对于外部的检测设备要求比较高，八连管中需要加入的试剂的体积相对较大，增大了试剂的消耗，提高了实验成本。

发明内容

本发明目的在于为基因检测提供了一种基于阻抗法一体化基因快速简易检测的可抛弃实验装置及方法，同时结合阻抗检测技术快速、灵敏、简便的特点，实时监测反应体系内阻抗变化，间接对目标DNA基因实现检测，实现了可抛弃简易实验实施。

为了实现上述目的，本发明采用装置结构包括：

一、一种阻抗法一体化基因快速简易检测的可抛弃实验装置：

包括装置基体、内部电极和外部电极；装置基体包括分别位于上方和下方的上基体和下基体，下基体和上基体上下安装成整体外壳，在下基体和上基体之间的整体外壳内部设置一个水平扁平形的长方体空间和一个柱形空间，柱形空间位于长方体空间之上且和长方体空间连通；长方体空间中安装检测基板，检测基板上表面布置有两个内部电极和两个外部电极，两个内部电极经各自的布置于检测基板表面的电线后分别和两个外部电极电连接；柱形空间作为反应腔室，反应腔室内充满反应液，两个内部电极位于反应腔室中，内部电极与反应液直接接触，两个外部电极位于反应腔室之外，两个外部电极引出连接到外部检测仪器。

柱形空间之上的上基体顶面中心开设有用于注入反应液的加样孔，加样孔处用密封胶封闭。

所述的检测基板的形状、大小和长方体空间的形状、大小刚好吻合。

所述的上基体上开设有接线孔，接线孔贯穿上基体连通到外部电极处，接线孔插接接线端子，接线端子一端连接外部电极，另一端连接到外部检测仪器。

所述的柱形空间周围的上基体顶面开设环形凹槽。

所述的检测基板伸出于上基体和下基体形成的装置基体之外，且两个外部电极露出于装置基体之外和外部检测仪器电连接。

所述的上基体和下基体一体成型。

所述的基因检测可以为PCR扩增、LAMP扩增的检测实验。

二、一种制作方法：

采用PCB制作工艺在检测基板上制作出内部电极和外部电极及其连接电线，然后将带有内部电极和外部电极及其连接电线的检测基板通过注塑成型技术在周围制作出上基体和下基体，将形成的装置基体和检测基板封闭为一体。

本发明装置的制作工艺非常简单，可以通过注塑成型技术将所述装置基体和所述检测电极封闭为一体，大大简化了制作工艺和成本。

所说的上基体和下基体材料采用PE/PP/PVC/PS/ABS/PMMA/POM/PC/PA等材料。

或者利用超声波焊接工艺将上基体和下基体与检测基板焊接为一体。

装置制作工艺不局限于注塑工艺和超声波焊接工艺。任何可以实现焊接效果的工艺都可以应用与此。

本发明的有益效果是：

本发明作为一种基因检测装置体积小巧，结合了荧光与阻抗两种检测方式，可以实现目标基因的可靠而有效的测定。实验过程中需要的实际量小、装置本身结合了前端传感器，可以选择阻抗或者荧光两种不同的检测方式，因此受到外部环境的限制相对较小，结合便携式阻抗检测仪可以实现现场快速检测。完成检测后装置直接丢弃，避免了厚度处理产物而带来的气溶胶污染等问题。

附图说明

图1为一体化结构电极嵌入型装置结构示意图；

图2为分体化结构电极嵌入型装置结构示意图；

图3为一体化结构电极外接型装置结构示意图；

图4为分体化结构电极外接型装置结构示意图；

图5为检测基板及其上电极结构示意图。

图中：下基体1，上基体2，装置基体3，接线孔4，加样孔5，反应腔室6，内部电极7，环形凹槽8，检测基板9，外部电极10。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1-图4所示，具体实施包括装置基体3、内部电极7和外部电极10；装置基体3包括分别位于上方和下方的上基体2和下基体1，下基体1和上基体2上下安装成整体外壳，在下基体1和上基体2之间的整体外壳内部设置一个水平扁平形的长方体空间和一个柱形空间，柱形空间位于长方体空间之上且和长方体空间连通。

长方体空间中安装检测基板9，检测基板9为PCB板的基板，如图5所示，检测基板9上表面布置有两个内部电极7和两个外部电极10，由内部电极7和外部电极10共同构成了检测电极，由检测电极、检测基板和外部检测仪器构成了检测模块。两个内部电极7经各自的布置于检测基板9表面的电线后分别和两个外部电极10电连接。

柱形空间作为反应腔室6，反应腔室6为密闭空间，为基因扩增/检测提供反应场所。反应腔室6内充满反应液，两个内部电极7位于反应腔室6中，内部电极7处于基因扩增的腔室中，内部电极7与基因扩增的反应液直接接触，两个外部电极10位于反应腔室6之外，两个外部电极10引出连接到外部检测仪器；通过采集测量外部电极10上的电信号而进而处理分析，从实现对反应液内部阻抗进行实时检测。具体实施的外部检测仪器可以为阻抗仪。

柱形空间之上的上基体2顶面中心开设有用于注入反应液的加样孔5，加样孔5处用密封胶封闭，加样孔5用于基因检测的反应液体的注入。

实验进行时，通过装置基体3上方加样孔5向腔室内部注入样品，利用密封胶封闭，防止在反应期间反应液损失和气溶胶污染。本发明的装置是一次性的，检测完成后将装置抛弃即可。

具体实施可根据需要检测电极9可设计为两种结构：电极嵌入型结构和电极外接型结构。

A)对于电极嵌入型装置，如图1和图2，可通过导线与外部电极10连接，并通过基体上预留的接线孔4接出，或者通过对应插头插入到预留的接线孔4中与外部外部电极10连接，将空腔内部电信号外接到外部检测设备。

具体是上基体2上开设有接线孔4，接线孔4贯穿上基体2连通到外部电极10处，接线孔4插接接线端子，接线端子一端连接外部电极10，另一端连接到外部检测仪器，从而通过接线孔和接线端子将外部电极引出连接到外部检测仪器。

B)对于电极外接型装置，如图3和图4，可通过导线与外部电极10连接，或者通过特殊插头与外部电极相接触，将空腔内部电信号外接到外部检测设备。

具体是检测基板9伸出于上基体2和下基体1形成的装置基体3之外，且两个外部电极10露出于装置基体3之外通过焊接导线和外部检测仪器电连接。

柱形空间周围的上基体2顶面开设环形凹槽8，可将整个装置置于水浴加热中，在反应腔室的周围布置环形凹槽8，能减小装置材料壁厚造成隔热问题，能增大反应腔室受水浴加热面积、减少反应腔室壁厚带来的热量隔离效果。

或者整个装置可置于辐射环境下进行辐射加热。

进行实验时根据实验需要选适合的加热方式，如水浴加热、辐射加热等。以上方式仅仅是众多加热方式一种，任何可以实现对该装置加热方式都可以应用于此。

根据生产条件不同实验装置制作工艺有两种方案：一体化制作和分体化制作。

A)对于一体化制作方案：装置基体3为一个不可分的整体。装置基体与检测电极通过注塑等工艺直接将两个部分制作为一体，如图1和图3。

B)对于分体化制作方案：装置基体3有上基体2和下基体1组合固定连接构成，如图1和图3。

具体可采用PCB制作工艺在检测基板9上制作出内部电极7和外部电极10及其连接电线，类似于制作PCB板，然后将带有内部电极7和外部电极10及其连接电线的检测基板9通过注塑成型技术在周围制作出上基体2和下基体1，或者利用超声波焊接工艺将上基体2和下基体1与检测基板9焊接为一体，从而将形成的装置基体3和检测基板9封闭为一体，装置基体3与检测基板通过制作工艺作为一个整体。

本发明的实施工作过程如下：

外部设备通过检测到反应体系中阻抗变化间接确定是否有目标DNA扩增，实现对目标DNA基因检测。

在实验检测前，将反应液通过装置基体3上的加样孔5注入到反应腔室内部，然后使用密封胶将加样孔5封闭，避免在反应过程中液体损失以及气溶胶污染。整个装置设计小巧便携，可以实现现场检测等，并且反应腔室体积小巧，这对试剂的消耗量小，可以减少检测成本。

在实验检测时，当反应液的体系中含有目标DNA片段时，目标DNA在引物作用下扩增，消耗反应体系中碱基从而引起反应液阻抗变化，间接验证目标DNA存在。小巧的装置结合便携式阻抗检测仪器可以实现快速现场检测。装置设定使用寿命为一次性，因此减少了后续工作中对于装置的处理步骤。实验结束后，装置按照丢弃即可。

检测完成后该装置抛弃即可，避免后续打开反应容器造成气溶胶污染。

Claims (8)

1.一种阻抗法一体化基因快速简易检测的可抛弃实验装置，其特征在于：

包括装置基体（3）、内部电极（7）和外部电极（10）；装置基体（3）包括分别位于上方和下方的上基体（2）和下基体（1），下基体（1）和上基体（2）上下安装成整体外壳，在下基体（1）和上基体（2）之间的整体外壳内部设置一个水平扁平形的长方体空间和一个柱形空间，柱形空间位于长方体空间之上且和长方体空间连通；长方体空间中安装检测基板（9），检测基板（9）上表面布置有两个内部电极（7）和两个外部电极（10），两个内部电极（7）经各自的布置于检测基板（9）表面的电线后分别和两个外部电极（10）电连接；柱形空间作为反应腔室（6），反应腔室（6）内充满反应液，两个内部电极（7）位于反应腔室（6）中，内部电极（7）与反应液直接接触，两个外部电极（10）位于反应腔室（6）之外，两个外部电极（10）引出连接到外部检测仪器；柱形空间之上的上基体（2）顶面中心开设有用于注入反应液的加样孔（5），加样孔（5）处用密封胶封闭；

通过采集测量外部电极（10）上的电信号而进而处理分析，从实现对反应液内部阻抗进行实时检测；

所述的检测基板（9）的形状、大小和长方体空间的形状、大小刚好吻合。

2.根据权利要求1所述的一种阻抗法一体化基因快速简易检测的可抛弃实验装置，其特征在于：所述的上基体（2）上开设有接线孔（4），接线孔（4）贯穿上基体（2）连通到外部电极（10）处，接线孔（4）插接接线端子，接线端子一端连接外部电极（10），另一端连接到外部检测仪器。

3.根据权利要求1所述的一种阻抗法一体化基因快速简易检测的可抛弃实验装置，其特征在于：所述的柱形空间周围的上基体（2）顶面开设环形凹槽（8）。

4.根据权利要求1所述的一种阻抗法一体化基因快速简易检测的可抛弃实验装置，其特征在于：所述的检测基板（9）伸出于上基体（2）和下基体（1）形成的装置基体（3）之外，且两个外部电极（10）露出于装置基体（3）之外和外部检测仪器电连接。

5.根据权利要求1所述的一种阻抗法一体化基因快速简易检测的可抛弃实验装置，其特征在于：所述的上基体（2）和下基体（1）一体成型。

6.应用于权利要求1所述装置的一种制作方法，其特征在于：采用PCB制作工艺在检测基板（9）上制作出内部电极（7）和外部电极（10）及其连接电线，然后将带有内部电极（7）和外部电极（10）及其连接电线的检测基板（9）通过注塑成型技术在周围制作出上基体（2）和下基体（1），将形成的装置基体（3）和检测基板（9）封闭为一体。

7.根据权利要求6所述的一种制作方法，其特征在于：所说的上基体（2）和下基体（1）材料采用PE/PP/PVC/PS/ABS/PMMA/POM/PC/PA材料。

8.根据权利要求6所述的一种制作方法，其特征在于：或者利用超声波焊接工艺将上基体（2）和下基体（1）与检测基板（9）焊接为一体。

Images