CN110777049A - 微流控芯片、核酸检测仪及核酸检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微流控芯片、核酸检测仪及核酸检测方法。其中微流控芯片包括芯片主体、提取单元、定量单元以及扩增单元。芯片主体具有远心端和近心端，芯片主体能够在转动装置的驱动下绕靠近近心端的转动中心转动。提取单元、定量单元以及扩增单元分别设置于芯片主体。定量单元与提取单元连通。扩增单元位于定量单元与远心端之间，扩增单元与定量单元连通。上述微流控芯片、核酸检测仪及核酸检测方法，减少了核酸试剂的运转环节，缩短了核酸检测的时间，保证了核酸检测过程的有效进行。

Description

微流控芯片、核酸检测仪及核酸检测方法

技术领域

本发明涉及核酸检测领域，特别是涉及一种微流控芯片、核酸检测仪及核酸检测方法。

背景技术

核酸提取与PCR扩增是核酸检测过程中的重要步骤，对核酸检测结果的准确性具有重要的影响。目前在进行核酸提取与PCR扩增的过程中，普遍应用的是处理标本、提取核酸，再把核酸产物转移到扩增管内。由于涉及到DNA或RNA暴露于空气中，扩增试剂也暴露于空气中，所以目前的操作步骤对环境提出了较高的要求，需要建设专业的核酸检测实验室，同时对污染或被污染的因素做出限制，否则容易出现核酸检测过程失效的现象。因此在临床应用、科研领域等需要进行核酸扩增的应用场景，都要进行一个比较大的投入。

发明内容

基于此，有必要针对目前核酸检测过程对环境要求较高、容易失效的问题，提供一种集成度高、有效保证核酸检测过程顺利进行的微流控芯片、核酸检测仪及核酸检测方法。

一种微流控芯片，包括：

芯片主体，具有远心端和近心端，所述芯片主体能够与转动装置连接，所述芯片主体能够在转动装置的驱动下绕靠近所述近心端的转动中心转动；

提取单元，设置于所述芯片主体，内部封装提取试剂，所述提取单元允许加入一定体积的核酸试剂；

定量单元，设置于所述芯片主体，所述定量单元与所述提取单元连通；

扩增单元，设置于所述芯片主体，内部封装扩增试剂，所述扩增单元位于所述定量单元与所述远心端之间，所述扩增单元与所述定量单元连通。

在其中一个实施例中，所述提取单元包括加样槽和封装提取试剂的提取槽，所述加样槽开设于所述芯片主体上靠近所述近心端的一端，所述加样槽用于加入一定体积的核酸试剂；所述提取槽开设于所述芯片主体上靠近所述远心端的一端；所述芯片主体上还开设提取流道，所述提取流道连通所述加样槽和所述提取槽；所述提取槽与所述定量单元连通。

在其中一个实施例中，所述定量单元包括定量槽，所述定量槽开设于所述提取槽与所述近心端之间，所述芯片主体上还开设有虹吸流道，所述虹吸流道连通所述提取槽和所述定量槽，所述提取槽在外力的作用下通过所述虹吸流道将核酸液体输送至所述定量槽；所述定量槽与所述扩增单元连通。

在其中一个实施例中，所述定量单元包括多个所述定量槽，多个所述定量槽沿所述芯片主体的转动周向间隔分布；所述芯片主体上还开设有定量流道，所述定量流道沿所述芯片主体的转动周向延伸，所述定量流道位于多个所述定量槽与所述近心端之间，所述定量流道与多个所述定量槽分别连通，所述定量流道与所述虹吸流道连通，所述定量流道用于将所述虹吸流道内的核酸试剂输送至多个所述定位槽；多个所述定位槽分别与所述扩增单元连通。

在其中一个实施例中，所述扩增单元包括多个封装扩增试剂的扩增槽，所述扩增槽的数量与所述定量槽的数量相同，多个所述扩增槽沿所述芯片主体的转动周向间隔分布，所述扩增槽开设于所述定量槽与所述远心端之间，所述芯片主体上还开设若干扩增流道，每条所述扩增流道分别连通一个所述扩增槽和一个所述定量槽，所述扩增流道做疏水处理；所述芯片主体转动时驱动核酸试剂由所述定量槽进入对应的所述扩增槽。

在其中一个实施例中，所述扩增槽的底部向所述芯片主体的远心端延伸，并且所述扩增槽的底部向所述芯片主体转动时的下部延伸。

在其中一个实施例中，所述芯片主体上还开设废液槽，所述虹吸流道与所述定量流道的一端连通，所述废液槽与所述定量流道的另一端连通；所述定量流道输送所述虹吸流道内的核酸液体依次填满多个所述定量槽，所述定量流道输送剩余的核酸液体至所述废液槽。

在其中一个实施例中，所述芯片主体呈扇形，所述芯片主体沿自身径向的小端为所述近心端，所述芯片主体沿自身径向的大端为所述远心端。

在其中一个实施例中，所述微流控芯片包括多个所述芯片主体，多个所述芯片主体之间相互连接，多个所述芯片主体以共同的转动中心为轴线呈中心对称分布。

在其中一个实施例中，所述提取单元的容积大于等于所述定量单元的容积，所述定量单元的容积大于等于所述扩增单元的容积。

在其中一个实施例中，所述芯片主体与转动装置可拆卸的固定连接。

在其中一个实施例中，所述芯片主体通过卡接、螺纹连接、压合的方式与转动装置可拆卸的固定连接。

在其中一个实施例中，所述提取单元中封装提取试剂，所述扩增单元中封装扩增试剂。

在其中一个实施例中，所述微流控芯片转动时的上表面通过薄膜进行覆盖密封。

一种核酸检测仪，包括转动装置以及上述方案任一项所述的微流控芯片，所述微流控芯片固定设置于所述转动装置，所述微流控芯片在所述转动装置的驱动下绕靠近所述近心端的转动中心转动。

在其中一个实施例中，所述转动装置包括转轴、转盘以及转动架，一个或多个所述微流控芯片以所述转动装置转动中心为轴线呈中心对称分布。

在其中一个实施例中，所述核酸检测仪还包括温控装置和驱动装置，所述温控装置围设于所述微流控芯片，所述驱动装置用于驱动所述提取单元内的核酸试剂流动至所述定量单元内。

一种核酸检测方法，适用于上述方案任一项所述的核酸检测仪，所述核酸检测方法包括：

在所述提取单元内加入核酸试剂；

控制所述提取单元的温度在设定的提取温度范围内，持续第二预设时间，所述提取单元对核酸试剂与提取试剂进行混合、提取和过滤；

通过外力驱动所述提取单元内的核酸液体流动至所述定量单元，直至填满所述定量单元；

控制所述微流控芯片随所述转动装置转动，以第二预设转速离心第三预设时间，以使所述定量单元内的核酸试剂流入封装了扩增试剂的所述扩增单元内；

控制所述扩增单元的温度在设定的扩增温度范围内进行设定次数的循环；

检测所述扩增单元内核酸试剂的扩增结果。

上述微流控芯片、核酸检测仪及核酸检测方法，将核酸的提取和扩增两个步骤通过微流控芯片顺次完成，减少了运转环节，进一步缩短了核酸检测的时间，同时保证了核酸检测过程的有效、顺利进行，利于临床急诊或野外检测的使用。由于是封闭的一站式检测，真正的样本进、结果出，进一步降低了使用门槛和成本，同时上述微流控芯片、核酸检测仪及核酸检测方法对检测环境要求较低，进而拓展了使用场景，例如社区医院、畜牧场、野外等原来不具备核酸检测条件的场景。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明一实施例提供的微流控芯片结构主视示意图；

图2为本发明一实施例提供的微流控芯片结构侧视示意图；

图3为图1中A-A截面结构示意图；

图4为图1中B-B截面结构示意图。

其中：10-微流控芯片；10a-芯片主体、100-加样槽、200-提取流道、300-提取槽、400-虹吸流道、500-定量流道、600-定量槽、700-扩增流道、800-扩增槽、900-废液槽。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。下面对具体实施方式的描述仅仅是示范性的，应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用以解释本发明，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。相反，当元件被称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“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。

微流控芯片是当前微全分析系统(Micro Total Analysis Systems，μ-TAS)发展的热点领域，它是以芯片为载体，并通过与生物、化学、药物筛选等技术的结合，完成包括试剂加载、分离、反应、检测等在内整个过程的技术。近年来，随着生物芯片技术的快速发展，微流控芯片在生命科学领域，分析化学和生物医学领域发挥着越来越重要的作用。随着医疗水平的不断提高，核酸检测在医疗检测中应用也越来越多，同时需求也是越来越高。集成度高的芯片能够在减少操作步骤、有效保证核酸检测过程有效、顺利的进行。

如图1及图2所示，本发明提供一种微流控芯片10，包括芯片主体10a、提取单元、定量单元和扩增单元。芯片主体10a具有远心端和近心端，芯片主体10a能够与转动装置连接，芯片主体10a能够在转动装置的驱动下绕靠近近心端的转动中心转动。提取单元、定量单元和扩增单元分别设置于芯片主体10a上，提取单元、定量单元和扩增单元之间顺次连通。扩增单元位于定量单元与远心端之间，扩增单元与定量单元连通。本发明提供的微流控芯片10能够将加入提取单元的核酸试剂，通过转动或外力的作用依次输送至定量单元以及扩增单元。

可以理解的，为达到核酸提取和扩增的目的，提取单元中封装提取试剂，扩增单元中封装扩增试剂。核酸试剂流入提取单元后，能够溶解封装在提取单元内的、冻干的提取试剂，进一步实现核酸试剂和提取试剂的混合、提取和过滤的过程，获得提取核酸后的核酸试剂。提取核酸后的核酸试剂流入扩增单元后，能够溶解封装在扩增单元内的、冻干的扩增试剂，提取核酸后的核酸试剂和扩增试剂反应，进而实现核酸的扩增。其中定量单元能够将设定体积的核酸试剂输送至扩增单元，保证核酸扩增和检测过程的有效进行。需要注意的是，核酸液体由定量单元进入扩增单元的过程可以通过控制微流控芯片10的转速实现，因为扩增单元位于定量单元靠近远心端的一侧，核酸液体在离心的作用下即可顺利完成上述过程。但核酸液体不能在离心的作用下由靠近远心端的提取单元进入到靠近近心端的定量单元，需借助外力。

上述微流控芯片10，将核酸的提取和扩增两个步骤通过微流控芯片10顺次完成，减少了运转环节，进一步缩短了核酸检测的时间，同时保证了核酸检测过程的有效、顺利进行，利于临床急诊或野外检测的使用。由于是封闭的一站式检测，真正的样本进、结果出，进一步降低了使用门槛和成本，同时上述微流控芯片10、核酸检测仪及核酸检测方法对检测环境要求较低，进而拓展了使用场景，例如社区医院、畜牧场、野外等原来不具备核酸检测条件的场景。

为保证核酸试剂的每一次流转均能填满容纳核酸试剂的单元，在本发明一实施例中，提取单元的容积大于等于定量单元的容积，定量单元的容积大于等于扩增单元的容积。当提取单元、定量单元以及扩增单元的容积分别相等时，理论上只有每次核酸试剂均完全流入下一个单元时才能保证最终核酸扩增及检测过程的有效、顺利进行，但这种方式操作起来具有很大的难度，况且提取单元内还会有杂质沉淀，不可能将提取单元内的所有液体均转移至定量单元。作为一种可实现的方式，提取单元的容积大于定量单元的容积，定量单元的容积大于扩增单元的容积，如此能够保证每个单元内均能填满核酸试剂。

进一步，由于提取单元内因为会进行核酸的裂解、洗脱以及杂质的沉淀等过程，设定提取单元的容积与定量单元的容积比值介于1.2-1.5之间，进而保证提取单元内的核酸试剂能够填满定量单元。如此，可能会存在一部分核酸试剂从提取单元内被驱动流出，但由于定量单元内已经被填满而无法继续流进定量单元。为保证核酸试剂的顺利流转，在本实施例中，微流控芯片10还包括废液单元，废液单元与虹吸流道400或者定量单元连通，当核酸试剂填满定量单元后，剩余的核酸试剂流入废液单元储存起来，等待进一步处理。作为一种可实现的方式，废液单元的容积与定量单元的容积的比值介于0.5-1.2之间，保证能够储存全部未流入定量单元的核酸试剂。应当理解的是，由于核酸提取和核酸扩增的过程需要在设定的温度下进行，在本实施例中提取单元和扩增单元设置在芯片主体10a上便于控制其温度的部分。作为一种可实现的方式，提取单元和扩增单元靠近芯片主体10a的边缘或者表面设置，进一步，提取单元和扩增单元分别设置在芯片主体10a的远心端，以便于温控装置控制提取单元和扩增单元的温度。

当微流控芯片10固定安装于转动装置，转动装置的回转中心即为微流控芯片10的转动中心，微流控芯片10自身的形状不必然为回转体或者具有自身的回转中心，当然微流控芯片10也可以是回转体结构或者就自身形状来说具有回转中心。在本发明一实施例中，如图1及图2所示，微流控芯片10的芯片主体10a呈扇形，芯片主体10a沿自身径向的小端为近心端，芯片主体10a沿自身径向的大端为远心端。扇形的微流控芯片10便于通过自身的拼接形成一个完成的圆盘状。扇形的中心角可以根据实际的情况进行设计，只要能满足上述各实施例中微流控芯片10的各项功能即可。具体的，扇形的中心角包括30°、45°、60°、90°、120°、150°、180°、270°等。本实施例中给出的微流控芯片10的圆心角为60°。在本实施例中，可以是一个或者多个微流控芯片10同时安装在转动装置上，当多个微流控芯片10安装于转动装置时，应当将多个微流控芯片10以转动装置的转动中心为轴线呈中心对称分布，进而保证转动装置带动多个微流控芯片10高速或者低速转动时的平衡。

当然，也可以在仅安装一个微流控芯片10即可满足核酸检测需求的情况下，在转动装置上加装一个空的微流控芯片10，并使加装的微流控芯片10与检测用的微流控芯片10关于转动装置的转动中心呈中心对称。作为一种可实现的方式，多个相同中心角的微流控芯片10同时安装到转动装置上，多个微流控芯片10在转动装置上形成完整的圆盘，或者以转动装置的转动中心为轴线呈中心对称。作为另一种可实现的方式，多个相异中心角的微流控芯片10同时安装到转动装置上，多个微流控芯片10在转动装置上形成完整的圆盘，或者以转动装置的转动中心为轴线呈中心对称。在其它的实施例中，微流控芯片10还可以三角形或者其他规则/不规则的多边形，只要能按照上述各实施例中的方案集成提取单元、定量单元、扩增单元、以及废液单元即可。

在本发明一实施例中，微流控芯片10包括多个芯片主体10a，多个芯片主体10a之间相互连接，多个芯片主体10a以共同的转动中心为轴线呈中心对称分布。区别于上述实施例中将多个微流控芯片10以中心对称的方式安装到转动装置上，本实施例中将多个芯片主体10a以连接的方式组合为一个整体式的微流控芯片10，便于微流控芯片10的安装及拆卸。具体的，每个微流控芯片10中包括两个、三个、四个或者多个芯片主体10a，两个、三个、四个或者多个芯片主体10a以共同的转动中心为轴线呈中心对称分布。进一步，多个芯片主体10a之间为固定位置的连接或者位置可调的固定连接。多个芯片主体10a之间为固定来接且相互之间的位置不可调时，微流控芯片10以固定的形态进行存储、运输、使用及后处理。多个芯片主体10a之间为固定来接且相互之间的位置可调时，微流控芯片10以便于收纳的形态进行存储、运输及后处理，以中心对称的形态进行使用。作为一种可实现的方式，一个微流控芯片10中的多个芯片主体10a之间沿回转圆周方向的距离可调整。

提取单元、定量单元、扩增单元的作用分别是接收核酸试剂并提取核酸、对核酸试剂进行定量以及核酸扩增和检测。可选的，提取单元、定量单元、扩增单元是以安装的方式固定在芯片主体10a上，或者提取单元、定量单元、扩增单元以开槽的方式在芯片主体10a上加工而出。在本发明一实施例中，如图1、图2及图3所示，提取单元、定量单元、扩增单元分别为在芯片主体10a上开出的槽。具体的，提取单元包括加样槽100，加样槽100开设于芯片主体10a上靠近近心端的一端，加样槽100用于加入一定体积的核酸试剂。提取单元还包括封装提取试剂的提取槽300，提取槽300开设于芯片主体10a上靠近远心端的一端。芯片主体10a上还开设提取流道200，提取流道200连通加样槽100和提取槽300，提取流道200进行疏水处理，加样槽100内的核酸试剂直接流入提取槽300内，或者芯片主体10a转动时驱动核酸试剂由加样槽100通过提取流道200进入提取槽300，提取槽300与定量单元连通。可选的，加样槽100以及提取槽300的形状、深度可根据各自对应的容积确定。在本实施例中，加样槽100的截面呈扇形，提取槽300的截面呈矩形。

进一步，如图1、图2及图4所示，定量单元包括定量槽600，定量槽600开设于提取槽300与近心端之间，芯片主体10a上还开设有虹吸流道400，虹吸流道400连通提取槽300和定量槽600，虹吸流道400做亲水处理，提取槽300在外力的作用下通过虹吸流道400将核酸液体输送至定量槽600，定量槽600与扩增单元连通。扩增单元包括封装扩增试剂的扩增槽800，扩增槽800开设于定量槽600与远心端之间，芯片主体10a上还开设扩增流道700，扩增流道700连通扩增槽800和定量槽600，扩增流道700做疏水处理。在上述实施例中，微流控芯片10能够将加入加样槽100的核酸试剂，通过转动或外力的作用依次输送至提取槽300、定量槽600以及扩增槽800。为达到核酸提取和扩增的目的，提取槽300中封装提取试剂，扩增槽800中封装扩增试剂。核酸试剂从加样槽100经由提取流道200流入提取槽300后，能够溶解封装在提取槽300内的、冻干的提取试剂，进而实现核酸试剂和提取试剂的混合、提取和过滤的过程，获得提取核酸后的核酸试剂。提取核酸后的核酸试剂从提取槽300经由虹吸流道400、定量槽600以及扩增流道700流入扩增槽800后，能够溶解封装在扩增槽800内的、冻干的扩增试剂，提取核酸后的核酸试剂和扩增试剂反应，进而实现核酸的扩增。

其中定量槽600能够将设定体积的核酸试剂经由扩增流道700输送至扩增槽800，保证核酸扩增和检测过程的有效进行。需要注意的是，核酸液体由加样槽100进入提取槽300、以及由定量槽600进入扩增槽800的过程可以分别通过控制微流控芯片10的转速实现，因为提取槽300位于加样槽100靠近远心端的一侧，以及扩增槽800位于定量槽600靠近远心端的一侧；提取流道200及扩增流道700分别进行了疏水处理，核酸液体在微流控芯片10未转动时不能通过提取流道200及扩增流道700，微流控芯片10转动时，核酸液体在离心的作用下即可顺利通过提取流道200及扩增流道700。但核酸液体不能在离心的作用下由靠近远心端的提取槽300经由虹吸流道400进入到靠近近心端的定量槽600，需借助外力。作为一种可实现的方式，可借助核酸检测仪上的气囊推杆向提取槽300内加压，以使核酸液体经由虹吸流道400进入定量槽600中，并且虹吸流道400自身的亲水性也能保证核酸液体由提取槽300顺利流动至定量槽600。

定量单元的作用是为扩增单元提供设定体积的核酸试剂。可选的，定量单元能够提供一份设定体积的核酸试剂，或者定量单元能够提供多份设定体积的容积。在本发明一实施例中，如图1、图2及图4所示，定量单元包括多个定量槽600，多个定量槽600沿芯片主体10a的转动周向间隔分布，多个定位槽分别与扩增单元连通。多个定位槽能够分别向扩增单元内提供设定体积的核酸试剂。进一步，芯片主体10a上还开设有定量流道500，定量流道500沿芯片主体10a的转动周向延伸，定量流道500位于多个定量槽600与近心端之间，定量流道500与多个定量槽600分别连通，定量流道500与虹吸流道400连通，定量流道500做亲水处理，定量流道500用于将虹吸流道400内的核酸试剂输送至多个定位槽。当虹吸流道400内的核酸试剂流动至定量流道500时，定量流道500输送核酸试剂顺次填满由近及远的多个定量槽600。定量流道500能够实现核酸试剂向各个定量槽600的快速输送。

扩增单元的作用是实现核酸的扩增和检测，当扩增单元内只包括一个扩增槽800时，微流控芯片10一次性只能进行单个样品的扩增和检测，当扩增单元内包括多个扩增槽800时，微流控芯片10能够一次性进行多个样品的扩增和检测。在本发明一实施例中，如图1、图2及图3所示，扩增单元包括多个扩增槽800，扩增槽800的数量与定量槽600的数量相同，多个扩增槽800沿芯片主体10a的转动周向间隔分布，扩增槽800开设于定量槽600与远心端之间，芯片主体10a上还开设若干扩增流道700，每条扩增流道700分别连通一个扩增槽800和一个定量槽600，扩增流道700做疏水处理。芯片主体10a转动时驱动核酸试剂由定量槽600进入对应的扩增槽800。作为一种可实现的方式，扩增单元包括4-16个不直接连通的扩增槽800，在4色荧光标记的试剂上，可以实现16-64种病原微生物筛查，进而实现精准医疗，上呼吸道感染，下呼吸道感染，发热伴出疹，发热伴腹泻，流感类型等症候群检测(五大症候群或八大症候群)。

在本实施例中，如图1及图3所示，扩增单元内包括八个扩增槽800，对应的定量单元内也包括八个定量槽600，八个扩增槽800和八个定量槽600之间分别通过独立的扩增流道700连通。做疏水处理的扩增流道700不会直接将定量槽600中的核酸试剂输送至对应的扩增流道700，待定量流道500中的核酸试剂顺次填满八个定量槽600后，微流控芯片10随转动装置转动，八个定量槽600内的核酸试剂在离心作用下分别流动至对应的扩增槽800内，进行在设定的温度条件下完成核酸试剂的扩增以及后续的结果检测。扩增槽800的内径和深度是直接决定扩增槽800容积的因素，可选的，扩增槽800的延伸方向是竖直方向或者倾斜方向。在本发明一实施例中，扩增槽800由槽口指向槽底的连线向微流控芯片10的外侧延伸，意即扩增槽800的底部向芯片主体10a的远心端延伸，并且扩增槽800的底部向芯片主体10a转动时的下部延伸。上述方式倾斜设置的扩增槽800不仅能够在一定程度上增大扩增槽800的容积，而且能够使扩增槽800的腔体更加靠近微流控芯片10的远心端，从而更容易通过温控装置调节扩增槽800内的温度。

当提取单元的容积大于定量单元的容积时，能够充分保证有足够量的液体填满定量槽600进而保证扩增过程对核酸试剂体积的要求。但如果在微流控芯片10离心的过程中，仍存在部分核酸试剂存留在虹吸流道400、定量流道500或者定量槽600中时，各个间隔设置的扩增槽800内的核酸液体可能由于分别与这些存留的核酸试剂接触而出现相互干扰。在本发明一实施例中，如图1、图2及图3所示，芯片主体10a上还开设废液槽900，虹吸流道400与定量流道500的一端连通，废液槽900与定量流道500的另一端连通。定量流道500输送虹吸流道400内的核酸液体依次填满多个定量槽600，定量流道500输送剩余的核酸液体至废液槽900。可以理解的，废液槽900的容积足以容纳未进入扩增单元的全部剩余核酸试剂。废液槽900将剩余的核酸试剂收集起来，既保证了核酸扩增及检测过程的有效进行，又能保证微流控芯片10后处理过程的便捷进行。

为保证核酸提取和核酸扩增过程中核酸试剂不被污染，需要将芯片主体10a上开设的槽以及流道裸露的部分全部遮蔽。作为一种可实现的方式，提取流道200、提取槽300、虹吸流道400、定量流道500、定量槽600、废液槽900、扩增流道700以及扩增槽800均开设在芯片主体10a的内部，只有加样槽100留有在微流控芯片10表面的加样孔，待加样过程完毕后，使用密封片或者密封膜将加样槽100的加样孔遮蔽。作为另外一种可实现的方式，加样槽100、流体流道、提取槽300、虹吸流道400、定量流道500、定量槽600、废液槽900、扩增流道700以及扩增槽800均由芯片主体10a的表面向内部开设，微流控芯片10转动时的上表面通过薄膜进行覆盖密封。核酸检测过程中，易产生气溶胶，导致交叉污染。本发明提供的微流控芯片10改进了这一现状，为全封闭式的。流通界面都采取了隔膜(薄膜密封)、缓冲(定量槽600起到缓冲作用，定量槽600能够容纳气溶胶)、封口(膜或者橡胶密封)的设计。

微流控芯片10在转动装置的驱动下进行转动是核酸试剂完成提取与扩增过程不可或缺的条件。在本发明一实施例中，芯片主体10a与转动装置可拆卸的固定连接，便于微流控芯片10装配于转动装置或者从转动装置取下。进一步，芯片主体10a通过卡接、螺纹连接、压合的方式等与转动装置可拆卸的固定连接。可以理解的，微流控芯片10与转动装置的连接方式为上述多种方式中的一种或者几种方式的组合，比如微流控芯片10的底部与转动装置卡接，同时微流控芯片10的顶部通过压合件与转动装置连接。

本发明还提供一种核酸检测仪，包括转动装置以及上述方案任一项所述的微流控芯片10，微流控芯片10固定设置于转动装置，微流控芯片10在转动装置的驱动下绕靠近近心端的转动中心转动。上述核酸检测仪，将核酸的提取和扩增两个步骤通过微流控芯片10顺次完成，减少了运转环节，进一步缩短了核酸检测的时间，同时保证了核酸检测过程的有效、顺利进行，利于临床急诊或野外检测的使用。由于是封闭的一站式检测，真正的样本进、结果出，进一步降低了使用门槛和成本，同时上述微流控芯片10、核酸检测仪及核酸检测方法对检测环境要求较低，进而拓展了使用场景，例如社区医院、畜牧场、野外等原来不具备核酸检测条件的场景。可选的，上述实施例中的转动装置包括转轴、转盘以及转动架，一个或多个微流控芯片10以转动装置的转动中心为轴线呈中心对称分布。进一步，核酸检测仪还包括温控装置和驱动装置，温控装置围设于微流控芯片10，驱动装置用于驱动提取单元内的核酸试剂流动至定量单元内。

本发明还一种核酸检测方法，适用于上述实施例中的核酸检测仪，核酸检测方法包括：

在提取单元内加入核酸试剂；

控制提取单元的温度在设定的提取温度范围内，持续第二预设时间，提取单元对核酸试剂与提取试剂进行混合、提取和过滤；

通过外力驱动提取单元内的核酸液体流动至定量单元，直至填满定量单元；

控制微流控芯片10随转动装置转动，以第二预设转速离心第三预设时间，以使定量单元内的核酸试剂流入封装了扩增试剂的扩增单元内；

控制扩增单元的温度在设定的扩增温度范围内进行设定次数的循环；

检测扩增单元内核酸试剂的扩增结果。

上述核酸检测方法，在检测过程中将核酸的提取和扩增两个步骤通过微流控芯片10顺次完成，减少了运转环节，进一步缩短了核酸检测的时间，同时保证了核酸检测过程的有效、顺利进行，利于临床急诊或野外检测的使用。由于是封闭的一站式检测，真正的样本进、结果出，进一步降低了使用门槛和成本，同时上述微流控芯片10、核酸检测仪及核酸检测方法对检测环境要求较低，进而拓展了使用场景，例如社区医院、畜牧场、野外等原来不具备核酸检测条件的场景。可选的，上述第二预设转速以及第二预设时间、第三预设时间，可根据微流控芯片10内各种槽及流道的具体尺寸以及核酸试剂的体积进行设定。作为一种可实现的方式，第二预设转速的范围介于1500rpm-2500rpm之间，第二预设时间的范围介于2min-3min，第三预设时间的范围介于2min-3min。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (18)

1.一种微流控芯片，其特征在于，包括：

芯片主体，具有远心端和近心端，所述芯片主体能够与转动装置连接，所述芯片主体能够在转动装置的驱动下绕靠近所述近心端的转动中心转动；

提取单元，设置于所述芯片主体，内部封装提取试剂，所述提取单元允许加入一定体积的核酸试剂；

定量单元，设置于所述芯片主体，所述定量单元与所述提取单元连通；

扩增单元，设置于所述芯片主体，内部封装扩增试剂，所述扩增单元位于所述定量单元与所述远心端之间，所述扩增单元与所述定量单元连通。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述提取单元包括加样槽和封装提取试剂的提取槽，所述加样槽开设于所述芯片主体上靠近所述近心端的一端，所述加样槽用于加入一定体积的核酸试剂；所述提取槽开设于所述芯片主体上靠近所述远心端的一端；所述芯片主体上还开设提取流道，所述提取流道连通所述加样槽和所述提取槽；所述提取槽与所述定量单元连通。

3.根据权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述定量单元包括定量槽，所述定量槽开设于所述提取槽与所述近心端之间，所述芯片主体上还开设有虹吸流道，所述虹吸流道连通所述提取槽和所述定量槽，所述提取槽在外力的作用下通过所述虹吸流道将核酸液体输送至所述定量槽；所述定量槽与所述扩增单元连通。

4.根据权利要求3所述的微流控芯片，其特征在于，所述定量单元包括多个所述定量槽，多个所述定量槽沿所述芯片主体的转动周向间隔分布；所述芯片主体上还开设有定量流道，所述定量流道沿所述芯片主体的转动周向延伸，所述定量流道位于多个所述定量槽与所述近心端之间，所述定量流道与多个所述定量槽分别连通，所述定量流道与所述虹吸流道连通，所述定量流道用于将所述虹吸流道内的核酸试剂输送至多个所述定位槽；多个所述定位槽分别与所述扩增单元连通。

5.根据权利要求4所述的微流控芯片，其特征在于，所述扩增单元包括多个封装扩增试剂的扩增槽，所述扩增槽的数量与所述定量槽的数量相同，多个所述扩增槽沿所述芯片主体的转动周向间隔分布，所述扩增槽开设于所述定量槽与所述远心端之间，所述芯片主体上还开设若干扩增流道，每条所述扩增流道分别连通一个所述扩增槽和一个所述定量槽，所述扩增流道做疏水处理；所述芯片主体转动时驱动核酸试剂由所述定量槽进入对应的所述扩增槽。

6.根据权利要求5所述的微流控芯片，其特征在于，所述扩增槽的底部向所述芯片主体的远心端延伸，并且所述扩增槽的底部向所述芯片主体转动时的下部延伸。

7.根据权利要求4所述的微流控芯片，其特征在于，所述芯片主体上还开设废液槽，所述虹吸流道与所述定量流道的一端连通，所述废液槽与所述定量流道的另一端连通；所述定量流道输送所述虹吸流道内的核酸液体依次填满多个所述定量槽，所述定量流道输送剩余的核酸液体至所述废液槽。

8.根据权利要求1-7任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述芯片主体呈扇形，所述芯片主体沿自身径向的小端为所述近心端，所述芯片主体沿自身径向的大端为所述远心端。

9.根据权利要求8所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片包括多个所述芯片主体，多个所述芯片主体之间相互连接，多个所述芯片主体以共同的转动中心为轴线呈中心对称分布。

10.根据权利要求1-7任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述提取单元的容积大于等于所述定量单元的容积，所述定量单元的容积大于等于所述扩增单元的容积。

11.根据权利要求1-7任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述芯片主体与转动装置可拆卸的固定连接。

12.根据权利要求11所述的微流控芯片，其特征在于，所述芯片主体通过卡接、螺纹连接、压合的方式与转动装置可拆卸的固定连接。

13.根据权利要求1-7任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述提取单元中封装提取试剂，所述扩增单元中封装扩增试剂。

14.根据权利要求1-7任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片转动时的上表面通过薄膜进行覆盖密封。

15.一种核酸检测仪，其特征在于，包括转动装置以及权利要求1-14任一项所述的微流控芯片，所述微流控芯片固定设置于所述转动装置，所述微流控芯片在所述转动装置的驱动下绕靠近所述近心端的转动中心转动。

16.根据权利要求15所述的核酸检测仪，其特征在于，所述转动装置包括转轴、转盘以及转动架，一个或多个所述微流控芯片以所述转动装置转动中心为轴线呈中心对称分布。

17.根据权利要求15或16所述的核酸检测仪，其特征在于，所述核酸检测仪还包括温控装置和驱动装置，所述温控装置围设于所述微流控芯片，所述驱动装置用于驱动所述提取单元内的核酸试剂流动至所述定量单元内。

18.一种核酸检测方法，适用于权利要求15-17任一项所述的核酸检测仪，所述核酸检测方法包括：

在所述提取单元内加入核酸试剂；

控制所述提取单元的温度在设定的提取温度范围内，持续第二预设时间，所述提取单元对核酸试剂与提取试剂进行混合、提取和过滤；

通过外力驱动所述提取单元内的核酸液体流动至所述定量单元，直至填满所述定量单元；

控制所述微流控芯片随所述转动装置转动，以第二预设转速离心第三预设时间，以使所述定量单元内的核酸试剂流入封装了扩增试剂的所述扩增单元内；

控制所述扩增单元的温度在设定的扩增温度范围内进行设定次数的循环；

检测所述扩增单元内核酸试剂的扩增结果。

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