CN110923134A - 一种核酸微流控制检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种核酸微流控制检测系统，包括预处理腔、孵育腔、废液腔、反应腔、磁珠捕获系统、磁控转移系统、压力控制系统和光学检测系统，其中磁珠捕获系统设置在孵育腔中。预处理腔用于提取生物样本中的核酸。提取的核酸进入孵育腔中与磁珠捕获系统进行孵育，捕获目标核酸。磁控转移系统用于吸附磁珠捕获系统并能够带动磁珠捕获系统由孵育腔转移至反应腔。压力控制系统用于驱动液体在系统内的转移。废液腔用于盛放废液。反应腔用于使目标核酸进行扩增反应。光学检测系统用于检测荧光信号。本发明能够实现在一个芯片上完成核酸的纯化和检测，从而实现核酸的快速准确检测。此外，本发明结构简单、体积小、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种核酸微流控制检测系统，属于生物医学领域。
背景技术
分子诊断作为体外诊断行业发展最快的行业，包含着多种检测技术，比如荧光定量PCR、DNA芯片、基因测序等。但是当前的核酸检测技术一般都是使用不同的仪器分步完成操作的。比如最常见的荧光定量PCR，需要先使用磁珠法或者纯化柱法将核酸分离纯化，然后转移到8连管或者96孔板中，再放入荧光定量PCR仪中进行操作。这样的操作可以将每一步都精细化，但是存在的问题就是操作步骤多，容易出错。而且操作过程中处于开放环境，容易发生污染。同时，多个大型仪器同时操作，不仅耗时，而且体积非常大，对实验室要求也高，成本巨大。
微流控技术是在很小的芯片上，集成地完成核酸纯化和检测等多个步骤，该方法可以在密闭的环境中完成所有的实验操作，而且对样本量需求很少，因此，微流控技术成为了一种新兴的核酸检测技术。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于微流控技术的核酸微流控制检测系统，其可以在加样后在一个芯片上完成核酸纯化和检测，从而实现核酸的快速精确检测。
为实现上述目的，本发明提供了一种核酸微流控制检测系统，包括预处理腔、孵育腔、废液腔、反应腔、磁珠捕获系统、磁控转移系统、压力控制系统和光学检测系统，预处理腔设置有进样口，孵育腔和废液腔顶部均设置有气孔和气孔控制阀门，反应腔顶部为光学透明盖，磁珠捕获系统设置于孵育腔中，磁控转移系统设置于孵育腔上方并能够在孵育腔和反应腔之间来回移动，压力控制系统与进样口连接，光学检测系统位于光学透明盖上方；其中，预处理腔与孵育腔通过连接通道一连通，孵育腔与废液腔通过连接通道二连通，孵育腔与反应腔通过连接通道三连通，连接通道一与预处理腔连接处设置有仅允许核酸和水通过的滤膜、与孵育腔连接处设置有阀门一，连接通道二与孵育腔连接处设置有阀门二，连接通道三与孵育腔连接处设置有阀门三。
进一步地，所述预处理腔、孵育腔、废液腔、连接通道一、连接通道二和连接通道三的内底壁均位于同一水平面，所述反应腔的内底壁低于连接通道三的内底壁。
进一步地，所述磁珠捕获系统为磁性微流混悬溶液，所述磁性微流混悬溶液包含磁性微球，所述磁性微球表面修饰有与目标核酸相对应的捕获探针。
进一步地，所述孵育腔和反应腔的下方均设置有温度可控的加热装置。
进一步地，所述温度控制范围在4-100℃之间。
进一步地，所述预处理腔、孵育腔、废液腔和反应腔的内底壁均由不对核酸产生吸附的材料制成。
进一步地，所述不对核酸产生任何吸附的材料选用塑料或玻璃。
进一步地，所述预处理腔内预先放置有用于提取核酸的裂解液。
进一步地，所述反应腔内预先放置有用于核酸扩增的反应混合液。所述反应混合液包含反应缓冲液、dNTPs混合液、MgCl2溶液、聚合酶、引物、荧光探针、去离子水等。
与现有技术相比，本发明的核酸微流控制检测系统，基于微流控技术，通过设置预处理腔、孵育腔、废液腔、反应腔、磁珠捕获系统、磁控转移系统、压力控制系统和光学检测系统以及对各装置的逐级控制实现在一个芯片上完成核酸的纯化和检测，从而实现核酸的快速超微量检测。此外，本发明结构简单、体积小、成本低、操作容易。
附图说明
图1是本发明实施例的核酸微流控制检测系统的俯视图，其中仅示出了预处理腔、孵育腔、废液腔和反应腔；
图2是磁性微流混悬溶液转移至反应腔后反应腔、磁控转移系统和光学检测系统的侧面剖视图；
图3是本发明另一实施例中核酸微流控制检测系统的侧视示意图，其中为了突显反应腔与预处理腔、孵育腔和废液腔的位置关系，连接通道三画为倾斜状态（实际为水平状态）。
其中，1进样口；2预处理腔；3孵育腔；4废液腔；5反应腔； 6气孔控制阀门一；7气孔控制阀门二；8连接通道一；9连接通道二；10连接通道三；11滤膜；12阀门一；13阀门二；14阀门三；15光学透明盖；16反应混合液；17磁性微流混悬溶液；18塑料基底；19加热装置；20磁控转移系统；21光学检测系统。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1至2所示，一种核酸微流控制检测系统，包括预处理腔2、孵育腔3、废液腔4和反应腔5、磁珠捕获系统、磁控转移系统20、压力控制系统和光学检测系统21。
预处理腔2内设置有进样口1，含有核酸的生物样本可以从进样口1加入至预处理腔2中。预处理腔2预先放置有用于使样本裂解的裂解液。当生物样本进入预处理腔2后，与裂解液反应释放出核酸。
压力控制系统与进样口1相连接。压力控制系统为气体压力控制系统，通过注入和吸出气体，可以控制液体流向。
预处理腔2与孵育腔3通过连接通道一8连通。连接通道一8与预处理腔2连接处设置有滤膜11、与孵育腔3连接处设置有阀门一12。滤膜11可有效过滤大颗粒固体杂质，但是核酸和水可以顺利通过滤膜11到达孵育腔3。
孵育腔3顶部设置有气孔一和用于打开或关闭气孔一的气孔控制阀门一6，当阀门一12打开或关闭时，同时打开或关闭气孔控制阀门一6。当阀门一12和气孔控制阀门一6打开时，则通过压力控制系统，可使已裂解好的溶液由预处理腔2经连接通道一8进入孵育腔3。
磁珠捕获系统设置在孵育腔3内，所述磁珠捕获系统为磁性微流混悬溶液17，所述磁性微流混悬溶液17含有磁性微球，磁性微球表面修饰有与目标核酸相对应的捕获探针。当裂解好的溶液进入孵育腔3中后，与磁珠捕获系统进行孵育，捕获目标核酸。
孵育腔3与废液腔4通过连接通道二9连通，并与反应腔5通过连接通道三10连通。连接通道二9与孵育腔3连接处设置有阀门二13，连接通道三10与孵育腔3连接处设置有阀门三14。
废液腔4顶部设置有气孔二和用于打开或关闭气孔二的气孔控制阀门二7，当阀门二13打开或关闭时，同时打开或关闭气孔控制阀门二7。
磁控转移系统20为电磁控制系统，其设置于孵育腔3上方，且能够沿着孵育腔3、连接通道三10和反应腔5的路径来回移动。当孵育腔2中孵育完成后，磁控转移系统20启动，将磁性微流混悬溶液17吸附，打开阀门二13和气孔控制阀门二7，启动压力控制系统将孵育腔2中的废液转移至废液腔4。当废液转移至废液腔4之后，阀门二13和气孔控制阀门二7关闭，阀门三14打开，磁控转移系统20将吸附的磁性微流混悬溶液17从孵育腔3经由连接通道三10转移至反应腔5中进行反应。
反应腔5中预先放置有用于核酸扩增的反应混合液16，例如PCR反应混合液。所述反应混合液16包含反应缓冲液、dNTPs混合液、MgCl2溶液、聚合酶、引物、荧光探针、去离子水等。反应腔5顶部为光学透明盖15，以允许光线透过。
光学检测系统21设置在光学透明盖15上方，通过激发反应混合液16的荧光探针并检测荧光信号进行信号采集。
在优选实施例中，预处理腔2的腔底由塑料或玻璃等不对核酸产生任何吸附的材料制成，以避免核酸被吸附在腔底。
在优选实施例中，孵育腔3的腔底为塑料基底，塑料基底下方设置有温度可控的加热装置，例如加热箱、加热贴片等。所述加热装置可以将孵育腔3的温度控制在4-100℃之间。加热装置下方为承载基底，用于承载孵育腔3。
在优选实施例中，废液腔4的腔底为塑料基底。
在优选实施例中，如图2所示，反应腔5的腔底为塑料基底18，塑料基底18下方设置有温度可控的加热装置19，例如加热箱、加热贴片等。所述加热装置19可以将反应腔5的温度控制在4-100℃之间。加热装置19下方为承载基底，用于承载反应腔5。
在优选实施例中，连接通道一8由不对核酸产生任何吸附的材料制成，或者仅其内壁由不对核酸产生任何吸附的材料制成。
在优选实施例中，如图3所示，为了实现液体在预处理腔2、孵育腔3、废液腔4和反应腔5之间的平稳移动，将预处理腔2、孵育腔3、废液腔4、连接通道一8、连接通道二9和连接通道三10的内底壁设置为处于同一水平面。同时，为了避免进入反应腔5的磁性微流混悬溶液17反流入连接通道三10，将反应腔5的内底壁设置为低于连接通道三10的内底壁。
本发明核酸微流控制检测系统的工作原理如下：
使生物样本从进样口1进入预处理腔2，与裂解液反应释放出核酸；打开阀门一12，同时打开气孔控制阀门一6，通过压力控制系统，将裂解好的溶液由预处理腔2经滤膜11、连接通道一8进入孵育腔3，以与孵育腔3内的磁珠捕获系统进行孵育，捕获目标核酸；当孵育腔2中孵育完成后，磁控转移系统20启动，将磁性微流混悬溶液17吸附，打开阀门二13和气孔控制阀门二7，通过压力控制系统将孵育腔2中的废液转移至废液腔4；当废液转移至废液腔4之后，关闭阀门二13和气孔控制阀门二7，打开阀门三14，磁控转移系统20将吸附的磁性微流混悬溶液17从孵育腔3经由连接通道三10转移至反应腔5中进行反应；反应完成后，光学检测系统21启动，通过激发反应混合液16的荧光探针检测荧光信号并对信号进行采集。
以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种核酸微流控制检测系统，其特征在于，包括预处理腔、孵育腔、废液腔、反应腔、磁珠捕获系统、磁控转移系统、压力控制系统和光学检测系统，预处理腔设置有进样口，孵育腔和废液腔顶部均设置有气孔和气孔控制阀门，反应腔顶部为光学透明盖，磁珠捕获系统设置于孵育腔中，磁控转移系统设置于孵育腔上方并能够在孵育腔和反应腔之间来回移动，压力控制系统与进样口连接，光学检测系统位于光学透明盖上方；其中，预处理腔与孵育腔通过连接通道一连通，孵育腔与废液腔通过连接通道二连通，孵育腔与反应腔通过连接通道三连通，连接通道一与预处理腔连接处设置有仅允许核酸和水通过的滤膜、与孵育腔连接处设置有阀门一，连接通道二与孵育腔连接处设置有阀门二，连接通道三与孵育腔连接处设置有阀门三。
2.根据权利要求1所述的核酸微流控制检测系统，其特征在于，所述预处理腔、孵育腔、废液腔、连接通道一、连接通道二和连接通道三的内底壁均位于同一水平面，所述反应腔的内底壁低于连接通道三的内底壁。
3.根据权利要求1所述的核酸微流控制检测系统，其特征在于，所述磁珠捕获系统为磁性微流混悬溶液，所述磁性微流混悬溶液包含磁性微球，所述磁性微球表面修饰有与目标核酸相对应的捕获探针。
4.根据权利要求1所述的核酸微流控制检测系统，其特征在于，所述孵育腔和反应腔的下方均设置有温度可控的加热装置。
5.根据权利要求4所述的核酸微流控制检测系统，其特征在于，所述温度控制范围在4-100℃之间。
6.根据权利要求1所述的核酸微流控制检测系统，其特征在于，所述预处理腔、孵育腔、废液腔和反应腔的内底壁均由不对核酸产生吸附的材料制成。
7.根据权利要求6所述的核酸微流控制检测系统，其特征在于，所述不对核酸产生任何吸附的材料选用塑料或玻璃。
8.根据权利要求1所述的核酸微流控制检测系统，其特征在于，所述预处理腔内预先放置有用于提取核酸的裂解液。
9.根据权利要求1所述的核酸微流控制检测系统，其特征在于，所述反应腔内预先放置有用于核酸扩增的反应混合液。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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