CN110699438A - 一种核酸检测装置及检测方法 - Google Patents

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杨成鹏
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Abstract

本发明涉及一种核酸检测装置及检测方法，该装置包括样品处理器和磁敏检测器；样品处理器包括试剂室、多个并列设置的PCR反应微流道、捕获芯片储存室、DNA修饰磁珠储存室和清洗液储存室；首个PCR反应微流道的顶端通过第一微通道与试剂出口连通，相邻两个PCR反应微流道通过第二微通道首尾连通；各个PCR反应微流道上从上到下依次设有3个温控器；捕获芯片储存室的进口通过第三微通道与末个PCR反应微流道的底端连通，并通过第四微通道与DNA修饰磁珠储存室连通，通过第五微通道与清洗液储存室连通；磁敏检测器的磁传感器感应捕获芯片储存室中的DNA修饰磁珠，并将DNA修饰磁珠的磁信号转化为电信号。采用该装置检测核酸，反应速度快且信号输出稳定。

Description

一种核酸检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及一种检测装置及检测方法，具体涉及一种核酸检测装置及检测方法。
背景技术
聚合酶链式反应(PCR)是一种基于DNA互补与耐高温DNA聚合酶的用于扩增特定DNA片段的分子生物学技术。目前使用的常规PCR仪具有拥有多达数十个可进行精密控制的PCR反应槽，这使得PCR仪可同时且大批量地进行反应条件不同的PCR反应。然而，对于快速、简单的DNA检测而言却是耗时且昂贵的。因此，基于微电子机械系统的PCR微分析系统得到越来越多的应用。在CN104745446A号与CN202744555U号等专利所公开的PCR微分析系统中，PCR反应混合物以在微流道中往复经过预先设定好的恒定温度区，从而快速地完成PCR反应。
然而，包括上述专利公开物在内的PCR微分析系统仍使用荧光染料与荧光信号分析系统对所扩增出的DNA进行探测分析，而荧光信号具有不稳定与易衰减的特点，且其试剂储存条件也相对苛刻。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种反应速度快、信号输出稳定的核酸检测装置及检测方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种核酸检测装置，其包括样品处理器和磁敏检测器；所述样品处理器包括试剂室、多个并列设置的PCR反应微流道、捕获芯片储存室、DNA修饰磁珠储存室和清洗液储存室；
所述试剂室上设有试剂进口和试剂出口；首个所述PCR反应微流道的顶端通过第一微通道与所述试剂出口连通，相邻两个所述PCR反应微流道通过第二微通道首尾连通，且所述第一微通道上设有阀门；各个所述PCR反应微流道上从上到下依次设有3个温控器，分别为用于控制DNA变性温度的第一温控器、用于控制DNA退火温度的第二温控器、用于控制DNA延伸温度的第三温控器；
所述捕获芯片储存室的进口通过第三微通道与末个所述PCR反应微流道的底端连通，并通过第四微通道与所述DNA修饰磁珠储存室连通，通过第五微通道与所述清洗液储存室连通；所述第三微通道、第四微通道和第五微通道上设有用于控制PCR反应物、DNA修饰磁珠和清洗液分别流入所述捕获芯片储存室的阀门；
所述磁敏检测器包括磁传感器和可容纳捕获芯片储存室的凹槽，所述捕获芯片储存室插于所述凹槽的内部，所述磁传感器感应捕获芯片储存室中的DNA修饰磁珠，并将DNA修饰磁珠的磁信号转化为电信号。
进一步地，所述试剂室位于所述PCR反应微流道的上方，所述捕获芯片储存室位于所述DNA修饰磁珠储存室和清洗液储存室的下方，且所述捕获芯片储存室的高度不高于所述PCR反应微流道的底端。
进一步地，所述核酸检测装置还包括加压器，所述加压器与所述试剂室、DNA修饰磁珠储存室和清洗液储存室分别连接。
进一步地，所述试剂室包括待测DNA容纳室和PCR反应液容纳室，所述待测DNA容纳室和PCR反应液容纳室上均设有试剂进口和试剂出口；所述待测DNA容纳室与所述PCR反应液容纳室连通；所述待测DNA容纳室或PCR反应液容纳室的试剂出口与首个所述PCR反应微流道的顶端连通。
进一步地，所述待测DNA容纳室位于所述PCR反应液容纳室的上方，所述待测DNA容纳室的试剂出口与所述PCR反应液容纳室的试剂进口连通，所述PCR反应液容纳室的试剂出口与首个PCR反应微流道的顶端连通。
进一步地，所述试剂室还包括内置有DNA提取液的DNA提取室，所述DNA提取室与所述待测DNA容纳室的试剂进口连通。
进一步地，所述试剂室还包括内置有RNA提取液的RNA提取室和逆转录试剂储存室，所述逆转录试剂储存室与所述RNA提取室的试剂出口和所述待测DNA容纳室的试剂进口分别连通。
进一步地，所述第二微通道与多个所述PCR反应微流道一体成型。
进一步地，所述PCR反应微流道为10～30个。
进一步地，所述温控器包括加热体、与所述加热体电连接并检测加热体温度的温度传感器和与所述加热体电连接并控制加热体温度的温度控制单元；所述温度传感器还与温度控制单元电连接，用于将检测出的加热体的温度传输到所述温度控制单元；所述加热体设于所述PCR反应微流道上。
进一步地，所述样品处理器还包括废液池，所述废液池与所述捕获芯片储存室的出口连通，连通所述废液池与所述捕获芯片储存室的出口的管道上设有阀门。
进一步地，所述阀门为机械阀或电磁阀。
进一步地，所述机械阀为机械挡片或机械挡板；所述电磁阀为微型电磁阀。
另外，本发明还提供了一种核酸检测方法，其包括以下步骤：
(1)混合待测DNA与PCR反应液，得到混合液；
(2)使步骤(1)所得混合液顺次进入多个PCR反应微流道中，进行多次PCR反应，得到PCR反应产物；
(3)使步骤(2)所得PCR反应产物与含有捕获DNA的捕获芯片反应，得到含有待测DNA的捕获芯片；
(4)反应完后，用清洗液洗去未结合的DNA；
(5)使步骤(3)所得含有待测DNA的捕获芯片与DNA修饰磁珠反应；
(6)通过磁敏检测器检测信号。
进一步地，所述核酸检测方法包括以下步骤：
(1)将待测DNA与PCR反应液置于试剂室中混合，得到混合液；
(2)打开连通试剂室与首个PCR反应微流道的第一微通道上的阀门，使步骤(1)所得混合液顺次进入多个PCR反应微流道中，进行多次PCR反应，得到PCR反应产物；
(3)打开连通末个PCR反应微流道与捕获芯片储存室的第三微通道上的阀门，使步骤(2)所得PCR反应产物与含有捕获DNA的捕获芯片反应，得到含有待测DNA的捕获芯片；
(4)反应完后，打开连通捕获芯片储存室与清洗液储存室的第五微通道上的阀门，用清洗液洗去未结合的DNA；
(5)打开连通捕获芯片储存室与DNA修饰磁珠储存室的第四微通道上的阀门，使步骤(3)所得含有待测DNA的捕获芯片与DNA修饰磁珠反应；
(6)通过磁敏检测器检测信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的核酸检测装置设置了PCR反应微流道，在微流道中PCR反应进行，循环数可控，反应速度快；本发明进一步采用磁敏检测器，信号输出稳定，且不会随时间衰退。
采用本发明的核酸检测装置可定量检测DNA标志物。
附图说明
图1为本发明实施例1核酸检测装置中样品处理器的结构示意图；
图2为本发明实施例2核酸检测装置中样品处理器的结构示意图。
图中，1为试剂室，11为待测DNA容纳室，12为PCR反应液容纳室，13为DNA提取室，14为RNA提取室，15为逆转录试剂储存室，2为PCR反应微流道，31为第一温控器，32为第二温控器，33为第三温控器，41为捕获芯片储存室，42为DNA修饰磁珠储存室，43为清洗液储存室，5为加压器，6为废液池，71为第一微通道，72为第二微通，73为第三微通道，74为第四微通道，75为第五微通道，81为第一阀门，82为第二阀门，83为第三阀门，84为第四阀门，85为第五阀门。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明实施例的一种核酸检测装置，其包括样品处理器和磁敏检测器；本实施例样品处理器的结构如图1所示，其包括试剂室1、多个并列设置的PCR反应微流道2、捕获芯片储存室41、DNA修饰磁珠储存室42和清洗液储存室43；
试剂室1上设有试剂进口和试剂出口；首个PCR反应微流道2的顶端通过第一微通道71与试剂室1的试剂出口连通，相邻两个PCR反应微流道2通过第二微通道72首尾连通，这样多个PCR反应微流道2串联并形成迂回的流路，且第一微通道71上设有第一阀门81；各个PCR反应微流道2上从上到下依次设有3个温控器，分别为用于控制DNA变性温度的第一温控器31、用于控制DNA退火温度的第二温控器32、用于控制DNA延伸温度的第三温控器33；
捕获芯片储存室41的进口通过第三微通道73与末个PCR反应微流道2的底端连通，并通过第四微通道74与DNA修饰磁珠储存室42连通，通过第五微通道75与清洗液储存室43连通；第三微通道73上设有第二阀门82，第四微通道74上设有第三阀门83，第五微通道75上设有第五阀门85，打开第二阀门82、第三阀门83和第五阀门85中的一个阀门，可保证PCR反应物、DNA修饰磁珠和清洗液分别流入捕获芯片储存室41，即保证PCR反应物、DNA修饰磁珠和清洗液单独流入捕获芯片储存室41。
本实施例的磁敏检测器(磁敏检测器的结构为现有结构，在图中未画出)包括磁传感器和设于磁敏检测器上且可容纳捕获芯片储存室的凹槽，捕获芯片储存室41插于凹槽的内部，磁传感器感应捕获芯片储存室41中的DNA修饰磁珠，并将DNA修饰磁珠的磁信号转化为电信号。
本实施例的核酸检测装置设置了多个串联的PCR反应微流道2，PCR反应微流道2上设有多个温控器用来分别使DNA会变性、退火和延伸，这样当待测DNA和PCR反应液进入各个PCR反应微流道2时，DNA会变性、退火和延伸，即发生一次PCR；当待测DNA和PCR反应液进入第二微通道72时，不进行PCR反应。通过设定PCR反应微流道2的个数，可以进行多次PCR循环。PCR反应微流道2的个数即PCR循环的次数可根据实际需要设定，优选地，PCR反应微流道2为10～30个，例如10个、20个、30个等。当然，PCR反应微流道2的个数不限于10～30个，其也可以少于10个或者多于30个，10～30个只是一个优选数量。通过设置PCR反应微流道，在微流道中PCR反应进行，循环数可控，反应速度快。
PCR反应微流道2中的反应产物进入捕获芯片储存室41后，会被捕获芯片储存室41中的捕获DNA捕获，再与连接DNA修饰磁珠反应，通过检测磁信号即可检测待测DNA。通过检测磁信号，信号输出稳定，且不会随时间衰退。检测器为磁敏检测器，例如GMR检测器。
需说明的是，第一温控器31的温度需控制在DNA变性温度范围内，使DNA发生变性，例如其温度可为90℃；第二温控器32的温度需控制在DNA退火温度范围内，使DNA退火，例如其温度可为50℃；第三温控器33的温度需控制在DNA延伸温度范围内，使DNA延伸，例如其温度可为72℃。当然，DNA的变性、退火、延伸温度都是本领域的技术人员所熟知的，本领域的技术人员可根据常规知识以及实验需要进行调整和选择。
进一步地，试剂室1位于PCR反应微流道2的上方，捕获芯片储存室41位于DNA修饰磁珠储存室42和清洗液储存室43的下方，且捕获芯片储存室41的高度不高于PCR反应微流道2的底端。按照所述特定的方位排布各部件，这样有利于试剂顺利从上至下流动。当然，也可以通过外力使试剂按照预定的流路流动。
进一步地，核酸检测装置还包括加压器5，加压器5与试剂室1、DNA修饰磁珠储存室42和清洗液储存室43分别连接。加压器5可为试剂室1、DNA修饰磁珠储存室42和清洗液储存室43提供压力，即为试剂流动提供驱动力。加压器5可内置压缩空气驱动，也可以是机械压力驱动
进一步地，试剂室1包括待测DNA容纳室11和PCR反应液容纳室12，待测DNA容纳室11和PCR反应液容纳室12上均设有试剂进口和试剂出口；待测DNA容纳室11与PCR反应液容纳室12连通；待测DNA容纳室11或PCR反应液容纳室12的试剂出口与首个PCR反应微流道2的顶端连通。此时，将待测DNA与PCR反应液置于两个容纳室中，只要二者混合进入PCR反应微流道2中即可反应。当然，可以将待测DNA容纳室11的试剂出口与PCR反应液容纳室12的试剂进口连通，并将PCR反应液容纳室12的试剂出口与首个PCR反应微流道2的顶端连通；也可以将PCR反应液容纳室12的试剂出口与待测DNA容纳室11的试剂进口连通，并将待测DNA容纳室11的试剂出口与首个PCR反应微流道2的顶端连通。
优选地，待测DNA容纳室11位于PCR反应液容纳室12的上方，待测DNA容纳室11的试剂出口与PCR反应液容纳室12的试剂进口连通，PCR反应液容纳室12的试剂出口与首个PCR反应微流道2的顶端连通。
进一步地，试剂室1还包括内置有DNA提取液的DNA提取室13，DNA提取室13与待测DNA容纳室11的试剂进口连通。这使得DNA提取过程可直接在本发明装置内进行。
进一步地，第二微通道72与多个PCR反应微流道2一体成型。
进一步地，第一温控器31、第二温控器32、第三温控器33均包括加热体、与加热体电连接并检测加热体温度的温度传感器和与加热体电连接并控制加热体温度的温度控制单元；温度传感器还与温度控制单元电连接，用于将检测出的加热体的温度传输到温度控制单元；加热体设于PCR反应微流道2上。本发明的装置可采用本领域常用的温控器，温控器的具体结构在图1中未标出。其中，加热体可以是条状的，这样一个加热体可同时给多个PCR反应微流道2加热；加热体也可以片状的，一个加热体用于单独给一个PCR反应微流道2加热。
为方便收集清洗液或其他废液，核酸检测装置还包括废液池6，废液池6与捕获芯片储存室41的出口连通，连通废液池6与捕获芯片储存室41的出口的管道上设有第四阀门84。
进一步地，阀门为机械阀或电磁阀。更进一步地，机械阀为机械挡片或机械挡板；电磁阀为微型电磁阀。
本实施例核酸检测装置的使用方法(即采用本实施例核酸检测装置测定核酸的方法)为：
(1)在DNA提取室13中提取DNA，得到待测DNA；
(2)步骤(1)得到的待测DNA由DNA提取室13进入待测DNA容纳室11；
(3)待测DNA在PCR反应液容纳室12中与PCR反应液混合，得到混合液；
(4)打开连通试剂室1与首个PCR反应微流道2的第一微通道71上的第一阀门81，使步骤(3)所得混合液顺次进入多个PCR反应微流道2中，进行多次PCR反应，得到PCR反应产物；
(5)打开连通末个PCR反应微流道2与捕获芯片储存室41的第三微通道73上的第二阀门82，使步骤(4)所得PCR反应产物与含有捕获DNA的捕获芯片反应，得到含有待测DNA的捕获芯片；
(6)反应完后，打开连通捕获芯片储存室41与清洗液储存室43的第五微通道75上的第五阀门85，用清洗液洗去未结合的DNA；
(7)打开连通捕获芯片储存室41与DNA修饰磁珠储存室42的第四微通道74上的第三阀门83，使步骤(5)所得含有待测DNA的捕获芯片与DNA修饰磁珠反应；
(8)通过磁敏检测器检测信号。
实施例2
本发明实施例的一种核酸检测装置，其与实施例1的区别在仅于样品处理器中试剂室1不同，本实施例核酸检测装置的样品处理器如图2所示，试剂室1不包括内置有DNA提取液的DNA提取室13，但本实施例的试剂室1还包括内置有RNA提取液的RNA提取室14和逆转录试剂储存室15，逆转录试剂储存室15与所述RNA提取室和待测DNA容纳室11的试剂进口分别连通。
采用本实施例的核酸检测装置可提取RNA并进行RNA测定。本实施例的核酸检测装置的使用方法与实施例1仅步骤(1)不同，本实施例的核酸检测装置的使用时，步骤(1)为：在RNA提取室14中提取RNA，提取的RNA由RNA提取室进入逆转录试剂储存室15，进行逆转录，得到待测DNA。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (15)

1.一种核酸检测装置，其特征在于，包括样品处理器和磁敏检测器；所述样品处理器包括试剂室、多个并列设置的PCR反应微流道、捕获芯片储存室、DNA修饰磁珠储存室和清洗液储存室；
所述试剂室上设有试剂进口和试剂出口；首个所述PCR反应微流道的顶端通过第一微通道与所述试剂出口连通，相邻两个所述PCR反应微流道通过第二微通道首尾连通，且所述第一微通道上设有阀门；各个所述PCR反应微流道上从上到下依次设有3个温控器，分别为用于控制DNA变性温度的第一温控器、用于控制DNA退火温度的第二温控器、用于控制DNA延伸温度的第三温控器；
所述捕获芯片储存室的进口通过第三微通道与末个所述PCR反应微流道的底端连通，并通过第四微通道与所述DNA修饰磁珠储存室连通，通过第五微通道与所述清洗液储存室连通；所述第三微通道、第四微通道和第五微通道上设有用于控制PCR反应物、DNA修饰磁珠和清洗液分别流入所述捕获芯片储存室的阀门；
所述磁敏检测器包括磁传感器和可容纳捕获芯片储存室的凹槽，所述捕获芯片储存室插于所述凹槽的内部，所述磁传感器感应捕获芯片储存室中的DNA修饰磁珠，并将DNA修饰磁珠的磁信号转化为电信号。
2.如权利要求1所述的核酸检测装置，其特征在于，所述试剂室位于所述PCR反应微流道的上方，所述捕获芯片储存室位于所述DNA修饰磁珠储存室和清洗液储存室的下方，且所述捕获芯片储存室的高度不高于所述PCR反应微流道的底端。
3.如权利要求1所述的核酸检测装置，其特征在于，所述核酸检测装置还包括加压器，所述加压器与所述试剂室、DNA修饰磁珠储存室和清洗液储存室分别连接。
4.如权利要求1所述的核酸检测装置，其特征在于，所述试剂室包括待测DNA容纳室和PCR反应液容纳室，所述待测DNA容纳室和PCR反应液容纳室上均设有试剂进口和试剂出口；所述待测DNA容纳室与所述PCR反应液容纳室连通；所述待测DNA容纳室或PCR反应液容纳室的试剂出口与首个所述PCR反应微流道的顶端连通。
5.如权利要求4所述的核酸检测装置，其特征在于，所述待测DNA容纳室位于所述PCR反应液容纳室的上方，所述待测DNA容纳室的试剂出口与所述PCR反应液容纳室的试剂进口连通，所述PCR反应液容纳室的试剂出口与首个所述PCR反应微流道的顶端连通。
6.如权利要求4或5所述的核酸检测装置，其特征在于，所述试剂室还包括内置有DNA提取液的DNA提取室，所述DNA提取室与所述待测DNA容纳室的试剂进口连通。
7.如权利要求4或5所述的核酸检测装置，其特征在于，所述试剂室还包括内置有RNA提取液的RNA提取室和逆转录试剂储存室，所述逆转录试剂储存室与所述RNA提取室的试剂出口和所述待测DNA容纳室的试剂进口分别连通。
8.如权利要求1所述的核酸检测装置，其特征在于，所述第二微通道与多个所述PCR反应微流道一体成型。
9.如权利要求1所述的核酸检测装置，其特征在于，所述PCR反应微流道为10～30个。
10.如权利要求1所述的核酸检测装置，其特征在于，所述温控器包括加热体、与所述加热体电连接并检测加热体温度的温度传感器和与所述加热体电连接并控制加热体温度的温度控制单元；所述温度传感器还与温度控制单元电连接，用于将检测出的加热体的温度传输到所述温度控制单元；所述加热体设于所述PCR反应微流道上。
11.如权利要求1所述的核酸检测装置，其特征在于，所述样品处理器还包括废液池，所述废液池与所述捕获芯片储存室的出口连通，连通所述废液池与所述捕获芯片储存室的出口的管道上设有阀门。
12.如权利要求1或11所述的核酸检测装置，其特征在于，所述阀门为机械阀或电磁阀。
13.如权利要求12所述的核酸检测装置，其特征在于，所述机械阀为机械挡片或机械挡板；所述电磁阀为微型电磁阀。
14.一种核酸检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)混合待测DNA与PCR反应液，得到混合液；
(2)使步骤(1)所得混合液顺次进入多个PCR反应微流道中，进行多次PCR反应，得到PCR反应产物；
(3)使步骤(2)所得PCR反应产物与含有捕获DNA的捕获芯片反应，得到含有待测DNA的捕获芯片；
(4)反应完后，用清洗液洗去未结合的DNA；
(5)使步骤(3)所得含有待测DNA的捕获芯片与DNA修饰磁珠反应；
(6)通过磁敏检测器检测信号。
15.如权利要求14所述的核酸检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将待测DNA与PCR反应液置于试剂室中混合，得到混合液；
(2)打开连通试剂室与首个PCR反应微流道的第一微通道上的阀门，使步骤(1)所得混合液顺次进入多个PCR反应微流道中，进行多次PCR反应，得到PCR反应产物；
(3)打开连通末个PCR反应微流道与捕获芯片储存室的第三微通道上的阀门，使步骤(2)所得PCR反应产物与含有捕获DNA的捕获芯片反应，得到含有待测DNA的捕获芯片；
(4)反应完后，打开连通捕获芯片储存室与清洗液储存室的第五微通道上的阀门，用清洗液洗去未结合的DNA；
(5)打开连通捕获芯片储存室与DNA修饰磁珠储存室的第四微通道上的阀门，使步骤(3)所得含有待测DNA的捕获芯片与DNA修饰磁珠反应；
(6)通过磁敏检测器检测信号。
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