CN111304077B - 一种用于核酸提取的集成微流控芯片及其提取方法 - Google Patents
一种用于核酸提取的集成微流控芯片及其提取方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111304077B CN111304077B CN202010139590.1A CN202010139590A CN111304077B CN 111304077 B CN111304077 B CN 111304077B CN 202010139590 A CN202010139590 A CN 202010139590A CN 111304077 B CN111304077 B CN 111304077B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- dna
- cell
- chip
- nucleic acid
- reagent chamber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000605 extraction Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 title claims abstract description 56
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 title claims abstract description 56
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 title claims abstract description 56
- 238000001216 nucleic acid method Methods 0.000 title description 2
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 claims abstract description 166
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 111
- YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N (+)-Biotin Chemical compound N1C(=O)N[C@@H]2[C@H](CCCCC(=O)O)SC[C@@H]21 YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N 0.000 claims abstract description 102
- 229960002685 biotin Drugs 0.000 claims abstract description 53
- 239000011616 biotin Substances 0.000 claims abstract description 53
- 102000053602 DNA Human genes 0.000 claims abstract description 51
- 235000020958 biotin Nutrition 0.000 claims abstract description 51
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims abstract description 45
- 238000002372 labelling Methods 0.000 claims abstract description 36
- 108020004682 Single-Stranded DNA Proteins 0.000 claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000005336 cracking Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 53
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 claims description 50
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 49
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 44
- 230000006037 cell lysis Effects 0.000 claims description 43
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 37
- 230000029087 digestion Effects 0.000 claims description 28
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 24
- 108091023037 Aptamer Proteins 0.000 claims description 17
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 claims description 16
- 239000006285 cell suspension Substances 0.000 claims description 15
- 239000000872 buffer Substances 0.000 claims description 13
- 102000016928 DNA-directed DNA polymerase Human genes 0.000 claims description 9
- 108010014303 DNA-directed DNA polymerase Proteins 0.000 claims description 9
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 claims description 8
- 102000012410 DNA Ligases Human genes 0.000 claims description 7
- 108010061982 DNA Ligases Proteins 0.000 claims description 7
- 108010019160 Pancreatin Proteins 0.000 claims description 7
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 7
- 239000003480 eluent Substances 0.000 claims description 7
- 229940055695 pancreatin Drugs 0.000 claims description 7
- 230000009089 cytolysis Effects 0.000 claims description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 4
- 210000002249 digestive system Anatomy 0.000 claims description 3
- 239000012634 fragment Substances 0.000 claims description 3
- 238000012216 screening Methods 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract description 4
- 239000012895 dilution Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 238000007400 DNA extraction Methods 0.000 description 3
- 238000001712 DNA sequencing Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- SUYVUBYJARFZHO-RRKCRQDMSA-N dATP Chemical compound C1=NC=2C(N)=NC=NC=2N1[C@H]1C[C@H](O)[C@@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OP(O)(O)=O)O1 SUYVUBYJARFZHO-RRKCRQDMSA-N 0.000 description 2
- SUYVUBYJARFZHO-UHFFFAOYSA-N dATP Natural products C1=NC=2C(N)=NC=NC=2N1C1CC(O)C(COP(O)(=O)OP(O)(=O)OP(O)(O)=O)O1 SUYVUBYJARFZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RGWHQCVHVJXOKC-SHYZEUOFSA-J dCTP(4-) Chemical compound O=C1N=C(N)C=CN1[C@@H]1O[C@H](COP([O-])(=O)OP([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O)[C@@H](O)C1 RGWHQCVHVJXOKC-SHYZEUOFSA-J 0.000 description 2
- HAAZLUGHYHWQIW-KVQBGUIXSA-N dGTP Chemical compound C1=NC=2C(=O)NC(N)=NC=2N1[C@H]1C[C@H](O)[C@@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OP(O)(O)=O)O1 HAAZLUGHYHWQIW-KVQBGUIXSA-N 0.000 description 2
- NHVNXKFIZYSCEB-XLPZGREQSA-N dTTP Chemical compound O=C1NC(=O)C(C)=CN1[C@@H]1O[C@H](COP(O)(=O)OP(O)(=O)OP(O)(O)=O)[C@@H](O)C1 NHVNXKFIZYSCEB-XLPZGREQSA-N 0.000 description 2
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 230000002934 lysing effect Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000008363 phosphate buffer Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 235000011178 triphosphate Nutrition 0.000 description 2
- 239000001226 triphosphate Substances 0.000 description 2
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013592 cell lysate Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 239000005549 deoxyribonucleoside Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000002205 phenol-chloroform extraction Methods 0.000 description 1
- 239000003223 protective agent Substances 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000002342 ribonucleoside Substances 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 125000002264 triphosphate group Chemical class [H]OP(=O)(O[H])OP(=O)(O[H])OP(=O)(O[H])O* 0.000 description 1
- UNXRWKVEANCORM-UHFFFAOYSA-N triphosphoric acid Chemical compound OP(O)(=O)OP(O)(=O)OP(O)(O)=O UNXRWKVEANCORM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
- C12N15/09—Recombinant DNA-technology
- C12N15/10—Processes for the isolation, preparation or purification of DNA or RNA
- C12N15/1003—Extracting or separating nucleic acids from biological samples, e.g. pure separation or isolation methods; Conditions, buffers or apparatuses therefor
- C12N15/1006—Extracting or separating nucleic acids from biological samples, e.g. pure separation or isolation methods; Conditions, buffers or apparatuses therefor by means of a solid support carrier, e.g. particles, polymers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/30—Against vector-borne diseases, e.g. mosquito-borne, fly-borne, tick-borne or waterborne diseases whose impact is exacerbated by climate change
Abstract
本发明涉及核酸检测技术领域,更具体地,涉及一种用于核酸提取的集成微流控芯片及其提取方法,包括顺次连通的核酸提取芯片、片段化DNA及纯化芯片、单链DNA生物素标记芯片;所述核酸提取芯片用于裂解待测单细胞并得到基因组DNA;所述片段化DNA及纯化芯片用于将所述基因组DNA进行片段化,然后分离提纯;所述单链DNA生物素标记芯片用于将片段化后的基因组DNA进行生物素标记得到双链DNA,然后对所述双链DNA进行解链。本发明能够将采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等集成在微芯片上,且可以多次使用;还能够实现核酸提取过程的自动化、全封闭,简化人工的操作过程,避免过程污染,提高核酸检测的效率和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及核酸检测技术领域,更具体地,涉及一种用于核酸提取的集成微流控芯片及其提取方法。
背景技术
核酸是遗传信息的载体,是最重要的生物信息分子,是分子生物学研究的主要对象,因此,核酸的提取技术是研究分子生物学最重要、最基础的技术。目前,常用的DNA提取方法是CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)法、SDS(十二烷基硫酸钠)法、酚氯仿法。这些传统的核酸提取方法需要用到的有机试剂较多,其中不乏一些有毒有害物质,并且在核酸提取后,所使用高盐溶液会对后续的扩增反应产生抑制作用,因此需要使用复杂繁复的洗脱操作来保证提取产物的纯度。
微流控技术以芯片为操作平台,具有液体流动可控、消耗试剂少以及分析速度快等特点。目前已有将微流控技术运用到核酸提取上,但是仍需要使用其他仪器用以辅助,导致操作繁琐且不易携带。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的微流控芯片操作繁琐且不易携带的不足,提供一种用于核酸提取的集成微流控芯片及其提取方法,能够将采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等集成在微芯片上,且可以多次使用;还能够实现核酸提取过程的自动化、全封闭,简化人工的操作过程,避免过程污染,提高核酸检测的效率和准确性。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
提供一种用于核酸提取的集成微流控芯片,包括顺次连通的核酸提取芯片、片段化DNA及纯化芯片、单链DNA生物素标记芯片;所述核酸提取芯片用于裂解待测单细胞并得到基因组DNA;所述片段化DNA及纯化芯片用于将所述基因组DNA进行片段化,然后分离提纯;所述单链DNA生物素标记芯片用于将片段化后的基因组DNA进行生物素标记得到双链DNA,然后对所述双链DNA进行解链。
本发明包括一种用于核酸提取的集成微流控芯片,核酸提取芯片用于裂解待测单细胞并得到基因组DNA;片段化DNA及纯化芯片用于将所述基因组DNA进行片段化,然后分离提纯;单链DNA生物素标记芯片用于将片段化后的基因组DNA与带有生物素标记的适配体连接以及对双链DNA进行解链,获得单链DNA。即能够依次完成细胞悬浮液制备、细胞裂解、DNA提取、DNA片段化、DNA标记和双链DNA解链的过程,不需要借助大型仪器,自动化、全封闭操作,便于DNA测序样本的提取。
优选地,所述核酸提取芯片包括顺次连通的细胞消化系统、细胞裂解系统、第一提纯系统,所述细胞消化系统和细胞裂解系统之间还设有检测装置;所述片段化DNA及纯化芯片包括片段化反应系统和与片段化反应系统相连通的第二提纯系统;所述单链DNA生物素标记芯片包括加热系统和与加热系统相连通的生物素标记系统;所述第一提纯系统与片段化反应系统相连通,所述第二提纯系统与加热系统相连通。
优选地,所述细胞消化系统包括用于承装PBS缓冲液的第一试剂腔、用于承装胰酶溶液的第二试剂腔、细胞消化池、第一废液池,所述第一试剂腔、第二试剂腔、第一废液池均与细胞消化池相连通。
优选地,所述细胞裂解系统包括用于承装PBS缓冲液的第三试剂腔、细胞裂解池、用于承装细胞裂解液的第四试剂腔,所述第三试剂腔、第四试剂腔均与细胞裂解池相连通。
优选地,所述片段化反应系统包括用于承装片段化试剂的第五试剂腔、用于承装PBS缓冲液的第六试剂腔、片段化反应池,所述第五试剂腔、第六试剂腔均与片段化反应池相连通。
优选地,所述加热系统包括加热池和设于加热池内的微加热器、温度传感器。
优选地,所述生物素标记系统包括的用于承装DNA连接酶的第七试剂腔、加热池、用于承装生物素标记的适配体的第八试剂腔、用于承装缓冲液的第九试剂腔,所述第七试剂腔、第八试剂腔、第九试剂腔均与加热池相连通。
优选地,所述第一提纯系统包括第一吸附通道和与第一吸附通道相连通的DNA收集池、第二废液池;第二提纯系统包括第二吸附通道和与第二吸附通道相连通的第三废液池。
本发明还提供一种用于核酸提取的集成微流控芯片的提取方法,包括以下步骤:
S1.将待测的单细胞置于所述细胞消化系统中,通过裂解待测单细胞得到单细胞悬浮液;
S2.在步骤S1之后,将所述单细胞悬浮液输送至所述细胞裂解系统进行裂解,得到破碎细胞液;
S3.在步骤S2之后,通过所述第一提纯系统对所述破碎细胞液进行提纯,得到DNA溶液;
S4.在步骤S3之后,将所述DNA溶液输送至所述片段化反应系统进行片段化处理,得到片段化DNA溶液;
S5.在步骤S4之后,通过所述第二提纯系统对所述片段化DNA溶液进行提纯;
S6.将从所述步骤S5中得到的片段化DNA溶液输送至所述加热系统,并通过所述生物素标记系统对片段化DNA进行标记连接得到双链DNA,然后通过加热系统对双链DNA进行加热使双链DNA解链,得到单链DNA。
本发明还包括一种用于核酸提取的集成微流控芯片的提取方法,通过运用微流控的提取方法提取核酸,能够大大减少试剂和样品的消耗量,使得实验成本得到减小;同时,还能够实现核酸提取过程的自动化、全封闭,简化操作过程,避免过程污染,提高核酸检测的效率和准确性。
进一步地,所述步骤S1具体包括:
将待测的单细胞置于所述细胞消化池中,然后向所述细胞消化池中注入胰酶溶液进行消化组织,得到单细胞悬浮液;
所述步骤S2具体包括:
通过所述检测装置对所述单细胞悬浮液中的细胞进行计数并筛选,并输送至所述细胞裂解池(107)中,然后向所述细胞裂解池(107)注入细胞裂解液进行单细胞裂解,得到破碎细胞液;
所述步骤S3具体包括:
将所述破碎细胞液输送至所述第一吸附通道,然后向所述第一吸附通道依次注入清洗液、DNA洗脱液,得到DNA溶液;
所述步骤S4具体包括:
将所诉DNA溶液输送至所述片段化反应池中,然后向所述片段化反应池注入片段化试剂,使DNA片段化;
所述步骤S5具体包括:
将从所述步骤S4得到的片段化DNA溶液输送至所述第二吸附通道,然后向所述第二吸附通道依次注入清洗液、DNA洗脱液,得到纯化后的片段化DNA溶液;
所述步骤S6具体包括:
将从所述步骤S5中得到的片段化DNA溶液输送至所述加热池中,然后向所述加热池依次注入DNA聚合酶、带有生物素标记的适配体、DNA连接酶,得到双链DNA,然后通过所述微加热器进行加热,使双链DNA解链得到单链DNA。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)细胞消化系统、细胞裂解系统、第一提纯系统的设置,能够用于制备单细胞悬浮液,细胞裂解,DNA吸附、清洗、洗脱、收集,并得到基因组DNA。
(2)片段化反应系统、第二提纯系统的设置,能够用于将基因组DNA进行片段化,然后分离提纯。
(3)加热系统、生物素标记系统的设置,能够用于将片段化后的基因组DNA与带有生物素标记的适配体连接以及对双链DNA进行加热解链,获得单链DNA。
附图说明
图1为本发明一种用于核酸提取的集成微流控芯片的结构示意图。
图2为本发明核酸提取芯片的结构示意图。
图3为本发明片段化DNA及纯化芯片的结构示意图。
图4为本发明单链DNA生物素标记芯片的结构示意图。
图5为本发明用于核酸提取的集成微流控芯片的提取方法的流程图。
图示标记说明如下:
1-核酸提取芯片,101-第一试剂腔,102-第二试剂腔,103-第一阀门,104-细胞消化池,105-第一废液池,106-第三试剂腔,107-细胞裂解池,108-第一吸附通道,109-DNA收集池,110-第四试剂腔,111-第二废液池,2-片段化DNA及纯化芯片,201-第五试剂腔,202-第六试剂腔,203-第二吸附通道,204-第三废液池,205-片段化反应池,206-第二微柱,3-单链DNA生物素标记芯片,301-第七试剂腔,302-加热池,303-第八试剂腔,304-第九试剂腔,305-微加热器,306-温度传感器。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中,附图仅用于示例性说明,表示的仅是示意图,而非实物图,不能理解为对本专利的限制;为了更好地说明本发明的实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;对本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件;在本发明的描述中,需要理解的是,若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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,因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明,不能理解为对本专利的限制,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例1
如图1至图4所示为本发明一种用于核酸提取的集成微流控芯片的实施例,包括顺次连通的核酸提取芯片1、片段化DNA及纯化芯片2、单链DNA生物素标记芯片3;核酸提取芯片1用于裂解待测单细胞并得到基因组DNA;片段化DNA及纯化芯片2用于将基因组DNA进行片段化,然后分离提纯;单链DNA生物素标记芯片3用于将片段化后的基因组DNA进行生物素标记得到双链DNA,然后对双链DNA进行解链。
核酸提取芯片1用于裂解待测单细胞并得到基因组DNA;片段化DNA及纯化芯片2用于将基因组DNA进行片段化,然后分离提纯;单链DNA生物素标记芯片3用于将片段化后的基因组DNA与带有生物素标记的适配体连接以及对双链DNA进行解链,获得单链DNA。即能够依次完成细胞悬浮液制备、细胞裂解、DNA提取、DNA片段化、DNA标记和双链DNA解链的过程,不需要借助大型仪器,自动化、全封闭操作,便于DNA测序样本的提取。
如图1所示,本实施例中核酸提取芯片1、片段化DNA及纯化芯片2、单链DNA生物素标记芯片3之间可拆卸连接,使集成微流控芯片能够拆分成三块具有不同功能的微流控芯片,可以分别实现核酸提取、DNA片段化、单链DNA-biotin标记以及双链DNA解链成单链DNA的功能,便于DNA测序样本的提取。本实施例中核酸提取芯片1、片段化DNA及纯化芯片2、单链DNA生物素标记芯片3的横截面均呈扇形;需要说明的是,芯片还可以为其他形状,该形状用于与液池匹配。
其中,核酸提取芯片1包括顺次连通的细胞消化系统、细胞裂解系统、第一提纯系统,细胞消化系统和细胞裂解系统之间还设有检测装置;片段化DNA及纯化芯片2包括片段化反应系统和与片段化反应系统相连通的第二提纯系统;单链DNA生物素标记芯片3包括加热系统和与加热系统相连通的生物素标记系统;第一提纯系统与片段化反应系统相连通,第二提纯系统与加热系统相连通。本实施例中检测装置为由一个微孔及两个电极、根据库尔特计数器原理组成的装置。
其中,细胞消化系统、细胞裂解系统、第一提纯系统之间均设有第一阀门103,片段化反应系统与第二提纯系统之间设有第二阀门;加热系统与生物素标记系统之间设有第三阀门。本实施例中第一阀门103、第二阀门、第三阀门可以为使用电磁驱动的电磁阀,也可以为用热敏变形或气压驱动的阀门。
另外,细胞消化系统包括用于承装PBS缓冲液的第一试剂腔101、用于承装胰酶溶液的第二试剂腔102、细胞消化池104、第一废液池105,第一试剂腔101、第二试剂腔102、第一废液池105均与细胞消化池104相连通。细胞裂解系统包括用于承装PBS缓冲液的第三试剂腔106、细胞裂解池107、用于承装细胞裂解液的第四试剂腔110,第三试剂腔106、第四试剂腔110均与细胞裂解池107相连通。第一提纯系统包括第一吸附通道108和与第一吸附通道108相连通的DNA收集池109、第二废液池111。
具体地,如图2所示,细胞消化池104用于制备单细胞悬浮液,细胞消化池104与第一试剂腔101之间、与第二试剂腔102之间、与第一废液池105之间均通过分微流道相连,每条分微流道上均设置有第一阀门103,用以控制液体的流动。
还有,细胞裂解池107用于将单细胞裂解,细胞裂解池107与第三试剂腔106之间、与第四试剂腔110之间均通过分微流道相连,每条分微流道上均设置有第一阀门103,用以控制液体的流动。
细胞消化池104与细胞裂解池107之间通过主微流道相连,该主微流道的两端也均设置有第一阀门103,用以控制液体的流动。检测装置(图中未画出)位于主微流道上,利用电信号对细胞进行计数并筛选。第一吸附通道108的一端与细胞裂解池107相连接且连通,另一端与DNA收集池109、第二废液池111相连接且连通;第一吸附通道108与DNA收集池109之间、与第二废液池111之间均设置有第一阀门103,用以控制液体的流动。第一吸附通道108呈蜿蜒的蛇形,且第一吸附通道108内阵列有若干第一微柱;第一微柱呈圆柱状,能够用于吸附DNA。
另外,片段化反应系统包括用于承装片段化试剂的第五试剂腔201、用于承装PBS缓冲液的第六试剂腔202、片段化反应池205,第五试剂腔201、第六试剂腔202均与片段化反应池205相连通。第二提纯系统包括第二吸附通道203和与第二吸附通道203相连通的第三废液池204。
具体地,如图3所示,片段化反应池205用于将DNA片段化,片段化反应池205与DNA收集池109之间通过第一微流道相连,第一微流道上设置有第二阀门,用以控制液体的流动;片段化反应池205与第五试剂腔201之间、与第六试剂腔202之间均通过分微流道相连,每条分微流道上均设置有第二阀门,用以控制液体的流动。第二吸附通道203的一端与片段化反应池205相连,另一端与第三废液池204、单链DNA生物素标记芯片3向相连;第二吸附通道203与片段化反应池205之间、与第三废液池204之间、与单链DNA生物素标记芯片3之间均通过分微流道相连,每条分微流道上均设置有第二阀门,用以控制液体的流动。第二吸附通道203呈蜿蜒的蛇形,且第二吸附通道203内阵列有若干第二微柱206;第二微柱206呈圆柱状,能够用于吸附DNA。
另外,加热系统包括加热池302和位于加热池302内的微加热器305、温度传感器306。生物素标记系统包括的用于承装DNA连接酶的第七试剂腔301、加热池302、用于承装生物素标记的适配体的第八试剂腔303、用于承装缓冲液的第九试剂腔304,第七试剂腔301、第八试剂腔303、第九试剂腔304均与加热池302相连通。
具体地,如图4所示,加热池302用于标记DNA,以及用于加热使双链DNA解链;加热池302与第二吸附通道203之间通过第二微流道相连,第二微流道上设置有第三阀门,用以控制液体的流动。加热池302与第七试剂腔301之间、与第八试剂腔303之间、与第九试剂腔304之间均通过分微流道相连,每条分微流道上均设置有第三阀门,用以控制液体的流动。
实施例2
如图5所示为本发明一种用于核酸提取的集成微流控芯片的提取方法的实施例,包括以下步骤:
S1.将待测的单细胞置于所述细胞消化系统中,通过裂解待测单细胞得到单细胞悬浮液;
S2.在步骤S1之后,将所述单细胞悬浮液输送至所述细胞裂解系统进行裂解,得到破碎细胞液;
S3.在步骤S2之后,通过所述第一提纯系统对所述破碎细胞液进行提纯,得到DNA溶液;
S4.在步骤S3之后,将所述DNA溶液输送至所述片段化反应系统进行片段化处理,得到片段化DNA溶液;
S5.在步骤S4之后,通过所述第二提纯系统对所述片段化DNA溶液进行提纯;
S6.将从所述步骤S5中得到的片段化DNA溶液输送至所述加热系统,并通过所述生物素标记系统对片段化DNA进行标记连接得到双链DNA,然后通过加热作用使双链DNA解链,得到单链DNA。
通过运用微流控的提取方法提取核酸,能够大大减少试剂和样品的消耗量,使得实验成本得到减小;同时,还能够实现核酸提取过程的自动化、全封闭,简化操作过程,避免过程污染,提高核酸检测的效率和准确性。
当需要使用集成微流控芯片时:
对于核酸提取芯片1部分:第一试剂腔101装入PBS缓冲液;第三试剂腔106为具有三个的腔室的试剂腔,分别装入PBS缓冲液、清洗液、DNA洗脱液,且三个腔室互不连通;第二试剂腔102装入胰酶溶液;第四试剂腔110装入细胞裂解液;需要说明的是,PBS缓冲液为磷酸缓冲盐溶液(phosphate buffer saline),一般作为溶剂,起溶解保护试剂的作用。
对于片段化DNA及纯化芯片2部分:第五试剂腔201装入片段化试剂;第六试剂腔202为具有三个腔室的试剂腔,分别装入PBS缓冲液、清洗液、DNA洗脱液,且三个腔室互不连通。
对于单链DNA生物素标记芯片3部分:第七试剂腔301为具有两个腔室的试剂腔,分别装入DNA连接酶、DNA聚合酶,且两个腔室互不连通;第八试剂腔303装入带有生物素标记的适配体;第九试剂腔304装入PBS缓冲液。
步骤S1的具体步骤如下:
S11.将提取到的生物组织,即待测的单细胞,置于细胞消化池104中,然后通过第二试剂腔102向细胞消化池104中注入胰酶溶液进行消化组织,并静置一分钟左右,得到单细胞悬浮液;
S12.在步骤S11之后,通过第一试剂腔101向细胞消化池104中注入PBS缓冲液漂洗细胞,漂洗后的废液输送至第一废液池105中;
S13.在步骤S12之后,将步骤S12中得到的悬浮液引入主微流道,单细胞依次通过主微流道,利用电信号对细胞进行计数并筛选,然后输送至细胞裂解池107中;
步骤S2的具体步骤如下:
在步骤S13之后,通过第四试剂腔110向细胞裂解池107注入细胞裂解液,在细胞裂解池107中裂解单细胞,接着通过第三试剂腔106向细胞裂解池107中注入PBS缓冲液保护生物分子活性,得到破碎细胞液;
步骤S3的具体步骤如下:
S31.在步骤S2之后,将破碎细胞液输送至第一吸附通道108,使其中的DNA吸附于第一微柱上;
S32.在步骤S31之后,通过第三试剂腔106向第一吸附通道108中注入清洗液,除去蛋白质等杂质,然后将该部分液体输送至第二废液池111中;
S33.在步骤S32之后,通过第三试剂腔106向第一吸附通道108中注入DNA洗脱液,使DNA从第一微柱上洗脱下来,得到DNA溶液;
S34.在步骤S7之后,将DNA溶液输送至DNA收集池109,实现核酸提取功能。
步骤S4的具体步骤如下:
S41.将通过步骤S34得到的DNA溶液通过第一微流道输送至片段化反应池205中;
S42.在步骤S41之后,通过第五试剂腔201向片段化反应池205注入片段化试剂,使DNA片段化。
步骤S5的具体步骤如下:
S51.将步骤S42中得到的片段化DNA输送至第二吸附通道203,然后通过第六试剂腔202向第二吸附通道203注入清洗液冲去杂质,然后将该部分液体输送至第三废液池204中;
S52.在步骤S51之后,通过第六试剂腔202向第二吸附通道203注入DNA洗脱液将附于第二微柱206上的DNA洗脱下来,然后通过第六试剂腔202向第二吸附通道203注入PBS缓冲液,得到纯化后的片段化DNA,实现片段化DNA及纯化功能。
步骤S6的具体步骤如下:
S61.将步骤S52得到的纯化后的片段化DNA通过第二微流道输送至加热池302中;
S62.通过第七试剂腔301向加热池302中注入DNA聚合酶,并通过第八试剂腔303向加热池302中注入带有生物素标记的适配体;在DNA聚合酶的作用下使DNA双链3’-末端分别加上一个碱基;其中,带有生物素标记的适配体中包含dNTP,dNTP在DNA聚合酶的催化作用下能够聚合成DNA;需要说明的是,dNTP是构成DNA的基本单元,dNTP是deoxy-ribonucleoside triphosphate(脱氧核糖核苷三磷酸)的缩写,是包括dATP、dGTP、dTTP、dCTP等在内的统称,N是指含氮碱基,代表变量指代A、T、G、C、U等中的一种;本实施例中dNTP可以为dATP、dGTP、dTTP、dCTP任意一种;还有,DNA聚合酶与带有生物素标记的适配体之间无注入顺序要求,也就是说,还可以先注入带有生物素标记的适配体、再注入DNA聚合酶,或者是DNA聚合酶与带有生物素标记的适配体同时注入;
S63.通过第七试剂腔301向加热池302中注入DNA连接酶,使带有生物素标记的适配体与末端碱基配对连接上DNA双链,实现DNA-生物素标记功能;其中,适配体指的是dNTP。
S64.通过第九试剂腔304向加热池302注入PBS缓冲液;
S65.通过微加热器使加热池302升温,使DNA双链变性,解链成DNA单链,实现双链DNA解链解链功能;另外,通过温度传感器306能够得知加热池302内的温度。
需要说明的是,在步骤S1至步骤S3中,液体的注入、输送均通过各处的第一阀门103进行控制;在步骤S4至步骤S5中,液体的注入、输送均通过各处的第二阀门进行控制;在步骤S6中,液体的注入、输送均通过各处的第三阀门进行控制。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于核酸提取的集成微流控芯片的提取方法,其特征在于,所述集成微流控芯片包括顺次连通的核酸提取芯片(1)、片段化DNA及纯化芯片(2)、单链DNA生物素标记芯片(3);所述核酸提取芯片(1)用于裂解待测单细胞并得到基因组DNA;所述片段化DNA及纯化芯片(2)用于将所述基因组DNA进行片段化,然后分离提纯;所述单链DNA生物素标记芯片(3)用于将片段化后的基因组DNA进行生物素标记得到双链DNA,然后对所述双链DNA进行解链;
其中,所述核酸提取芯片(1)包括顺次连通的细胞消化系统、细胞裂解系统、第一提纯系统,所述细胞消化系统和细胞裂解系统之间还设有检测装置;所述片段化DNA及纯化芯片(2)包括片段化反应系统和与片段化反应系统相连通的第二提纯系统;所述单链DNA生物素标记芯片(3)包括加热系统和与加热系统相连通的生物素标记系统;所述第一提纯系统与片段化反应系统相连通,所述第二提纯系统与加热系统相连通;所述加热系统包括加热池(302)和设于加热池(302)内的微加热器(305)、温度传感器(306);
所述提取方法包括以下步骤:
S1.将待测的单细胞置于所述细胞消化系统中,通过裂解待测单细胞得到单细胞悬浮液;
S2.在步骤S1之后,将所述单细胞悬浮液输送至所述细胞裂解系统进行裂解,得到破碎细胞液;
S3.在步骤S2之后,通过所述第一提纯系统对所述破碎细胞液进行提纯,得到DNA溶液;
S4.在步骤S3之后,将所述DNA溶液输送至所述片段化反应系统进行片段化处理,得到片段化DNA溶液;
S5.在步骤S4之后,通过所述第二提纯系统对所述片段化DNA溶液进行提纯;
S6.将从所述步骤S5中得到的片段化DNA溶液输送至所述加热系统,并通过所述生物素标记系统对片段化DNA进行标记连接得到双链DNA,然后通过加热使双链DNA解链,得到单链DNA;其中,所述步骤S6具体包括:
将从所述步骤S5中得到的片段化DNA溶液输送至所述加热池(302)中,然后向所述加热池(302)依次注入DNA聚合酶、带有生物素标记的适配体、DNA连接酶,使带有生物素标记的适配体与末端碱基配对连接上DNA双链,得到双链DNA,然后通过所述微加热器(305)进行加热,使双链DNA解链得到单链DNA。
2.根据权利要求1所述的用于核酸提取的集成微流控芯片的提取方法,其特征在于,所述细胞消化系统包括用于承装缓冲液的第一试剂腔(101)、用于承装胰酶溶液的第二试剂腔(102)、细胞消化池(104)、第一废液池(105),所述第一试剂腔(101)、第二试剂腔(102)、第一废液池(105)均与细胞消化池(104)相连通。
3.根据权利要求2所述的用于核酸提取的集成微流控芯片的提取方法,其特征在于,所述细胞裂解系统包括用于承装缓冲液的第三试剂腔(106)、细胞裂解池(107)、用于承装细胞裂解液的第四试剂腔(110),所述第三试剂腔(106)、第四试剂腔(110)均与细胞裂解池(107)相连通。
4.根据权利要求3所述的用于核酸提取的集成微流控芯片的提取方法,其特征在于,所述片段化反应系统包括用于承装片段化试剂的第五试剂腔(201)、用于承装缓冲液的第六试剂腔(202)、片段化反应池(205),所述第五试剂腔(201)、第六试剂腔(202)均与片段化反应池(205)相连通。
5.根据权利要求1所述的用于核酸提取的集成微流控芯片的提取方法,其特征在于,所述生物素标记系统包括的用于承装DNA连接酶的第七试剂腔(301)、加热池(302)、用于承装生物素标记的适配体的第八试剂腔(303)、用于承装缓冲液的第九试剂腔(304),所述第七试剂腔(301)、第八试剂腔(303)、第九试剂腔(304)均与加热池(302)相连通。
6.根据权利要求3所述的用于核酸提取的集成微流控芯片的提取方法,其特征在于,所述第一提纯系统包括第一吸附通道(108)和与第一吸附通道(108)相连通的DNA收集池(109)、第二废液池(111);所述第二提纯系统包括第二吸附通道(203)和与第二吸附通道(203)相连通的第三废液池(204)。
7.根据权利要求6所述的用于核酸提取的集成微流控芯片的提取方法,其特征在于,所述步骤S1具体包括:
将待测的单细胞置于所述细胞消化池(104)中,然后向所述细胞消化池(104)中注入胰酶溶液进行消化组织,得到单细胞悬浮液;
所述步骤S2具体包括:
通过所述检测装置对所述单细胞悬浮液中的细胞进行计数并筛选,并输送至所述细胞裂解池(107)中,然后向所述细胞裂解池(107)注入细胞裂解液进行单细胞裂解,得到破碎细胞液;
所述步骤S3具体包括:
将所述破碎细胞液输送至所述第一吸附通道(108),然后向所述第一吸附通道(108)依次注入清洗液、DNA洗脱液,得到DNA溶液;
所述步骤S4具体包括:
将所述DNA溶液输送至所述片段化反应池(205)中,然后向所述片段化反应池(205)注入片段化试剂,使DNA片段化。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010139590.1A CN111304077B (zh) | 2020-03-03 | 2020-03-03 | 一种用于核酸提取的集成微流控芯片及其提取方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010139590.1A CN111304077B (zh) | 2020-03-03 | 2020-03-03 | 一种用于核酸提取的集成微流控芯片及其提取方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111304077A CN111304077A (zh) | 2020-06-19 |
CN111304077B true CN111304077B (zh) | 2023-10-24 |
Family
ID=71149409
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010139590.1A Active CN111304077B (zh) | 2020-03-03 | 2020-03-03 | 一种用于核酸提取的集成微流控芯片及其提取方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111304077B (zh) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111760601B (zh) * | 2020-07-03 | 2022-04-22 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种集成液路切换阀的微流控芯片及核酸检测方法 |
CN113649095B (zh) * | 2021-09-13 | 2022-04-08 | 大连理工大学 | 一种用于核酸检测的高度集成式微流控芯片及使用方法 |
CN115873691B (zh) * | 2023-02-24 | 2023-05-16 | 北京凡知医学科技有限公司 | 一种微流控芯片和核酸提取纯化方法及装置 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1712540A (zh) * | 2004-06-15 | 2005-12-28 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种单细胞凋亡dna片段化检测用微流控芯片 |
CN102115711A (zh) * | 2010-01-06 | 2011-07-06 | 深圳先进技术研究院 | 微流控芯片及核酸提取纯化方法 |
CN105349401A (zh) * | 2015-10-14 | 2016-02-24 | 安徽易康达光电科技有限公司 | 一种多功能的集成化微流控核酸分析芯片及制备和分析方法 |
CN109576345A (zh) * | 2018-10-17 | 2019-04-05 | 西人马(厦门)科技有限公司 | 一种用于dna提取的微流控芯片及其检测方法 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9409166B2 (en) * | 2007-12-10 | 2016-08-09 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Integrated PCR reactor for cell lysis, nucleic acid isolation and purification, and nucleic acid amplication related applications |
WO2017075293A1 (en) * | 2015-10-28 | 2017-05-04 | Silicon Valley Scientific, Inc. | Method and apparatus for encoding cellular spatial position information |
WO2017146062A1 (ja) * | 2016-02-22 | 2017-08-31 | 日本電気株式会社 | マイクロチップ |
-
2020
- 2020-03-03 CN CN202010139590.1A patent/CN111304077B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1712540A (zh) * | 2004-06-15 | 2005-12-28 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种单细胞凋亡dna片段化检测用微流控芯片 |
CN102115711A (zh) * | 2010-01-06 | 2011-07-06 | 深圳先进技术研究院 | 微流控芯片及核酸提取纯化方法 |
CN105349401A (zh) * | 2015-10-14 | 2016-02-24 | 安徽易康达光电科技有限公司 | 一种多功能的集成化微流控核酸分析芯片及制备和分析方法 |
CN109576345A (zh) * | 2018-10-17 | 2019-04-05 | 西人马(厦门)科技有限公司 | 一种用于dna提取的微流控芯片及其检测方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN111304077A (zh) | 2020-06-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111304077B (zh) | 一种用于核酸提取的集成微流控芯片及其提取方法 | |
CN108103057B (zh) | 用于纯化核酸的方法和试剂盒 | |
DE60028819T2 (de) | Verfahren zur behandlung einer matrixnukleinsäure unter verwendung einer integrierten mikrofluidischen platte | |
US20150217293A1 (en) | Fluid Processing Device and Method | |
EP3916090A1 (en) | Isotachophoresis for purification of nucleic acids | |
CN107299054B (zh) | Dna测序装置的控制系统及控制方法 | |
EP1892295B1 (en) | Method and device of isolating and amplifying nucleic acid from microorganism cell using nonplanar solid substrate | |
US20030082565A1 (en) | Method of manufacturing kit for isolating nucleic acids or biological materials, kit manufactured by the method, and apparatus using the kit | |
US20140179909A1 (en) | Microfluidic device for nucleic acid extraction and fractionation | |
CN105296349A (zh) | 一种用于dna快速检测的微流控芯片、检测系统和装置 | |
CN108315389B (zh) | 一种微体积细胞核酸扩增方法 | |
Lien et al. | Extraction of genomic DNA and detection of single nucleotide polymorphism genotyping utilizing an integrated magnetic bead-based microfluidic platform | |
WO2014100866A1 (en) | Method for complete tracking of a set of biological samples containing dna or rna through molecular barcode identification during laboratorial workflow and kit for collecting biological samples containing dna or rna | |
CN102586226B (zh) | 一种基于连续液滴操控的微流控芯片核酸纯化平台 | |
Wu et al. | Robotic sample preparation system based on magnetic separation | |
CN116103116A (zh) | 一种核酸分析卡盒 | |
US6492162B1 (en) | Apparatus for the recovery of nucleic acids | |
CN212199282U (zh) | 一种用于核酸提取的集成微流控芯片 | |
CN113025695A (zh) | 高通量单细胞染色质可及性的测序方法 | |
CN114525275B (zh) | 低共熔溶剂应用于dna提取、dna提取方法及试剂盒 | |
US20030060620A1 (en) | Methods and apparatus for the recovery of nucleic acids | |
CN114682313A (zh) | 操作管的制作方法 | |
EP1616951A1 (en) | Method of isolating nucleic acid and, for nucleic acid isolation, kit and apparatus | |
EP1454983A1 (en) | Process for recovery of nucleic acids | |
CN104974999A (zh) | 一种可控性的核酸抽提法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |