CN111826263B - 用于生物样品中的核酸提取的微流控装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于生物样品中的核酸提取的微流控装置及方法，涉及微流控领域，包括：一可动的连接通路，所述连接通路的一端为流体入口，另一端为流体出口；一固定相，所述固定相设置于所述连接通路中，在所述连接通路中有流体经过时，所述流体流经所述固定相；若干孔，所述孔分两组设置于所述连接通路的两侧，位于所述流体入口一侧的所述孔可与所述流体入口适配，位于所述流体出口一侧的所述孔可与所述流体出口适配。通过预先设置的多个孔以及可移动与不同的孔连接形成流体通道的连接通路，使得手动操作的步骤大大减少，从而使得操作变得简便而不需要专业的技术人员。

Description

用于生物样品中的核酸提取的微流控装置及方法

技术领域

本发明涉及微流控领域，尤其涉及一种用于生物样品中的核酸提取的微流控装置及方法。

背景技术

核酸(例如DNA和RNA)具有特异的编码序列，可以用于生物体(例如动植物、细胞、细菌及病毒等)的定性和定量分析。高效快速的从生物样本中纯化和提取核酸，对分子生物学科学研究和临床医学分子诊断具有重要的意义。

现有的核酸提取方法主要包括分离柱和磁珠法。分离柱中包含可以对核酸进行可逆吸附的固定相，而磁珠表面可以对核酸进行可逆吸附。通常的核酸提取主要包含以下步骤：1)样品裂解，将核酸从原有的结构(例如细胞中)释放出来；2)在一定的条件下，让溶液中的核酸分子吸附到表面(例如分离柱的固定相或磁珠的表面)；3) 在一定的条件下，使用清洗液进行清洗，去除杂质；清洗液不会影响核酸分子在表面的吸附；4)在一定的条件下，使用洗脱液将原先吸附在表面上的核酸分子洗脱。上述一系列步骤可能会根据具体样品、所选取的流动相和固定相有所差别。通常情况下，不仅可以完成核酸的提取和纯化，还可以通过控制洗脱液和样品溶液的体积比例达到对核酸的浓缩。

分离柱多为低通量的手动操作为主，其中的代表产品是凯杰公司(Qiagen)的核酸离心分离柱QIAprep Spin Column。QIAprep离心分类柱包含独特的硅胶膜，在高浓度离液盐存在下可结合多达20μgDNA，并允许在少量低盐缓冲液中洗脱。QIAprep 膜技术消除了费时的苯酚-氯仿萃取和酒精沉淀带来的问题和不便。分离柱通常结合离心机使用，手动将液体依次注入离心柱中，通过离心产生的离心力使流体按设计顺序依次通过固定相硅胶膜。分离柱也可以结合真空底座(vacuum manifold)使用，手动将液体依次注入离心柱中，通过真空底座产生的负压使流体按设计顺序依次通过固定相硅胶膜。此类方法的优势是离心柱子成本相对较低，在低通量条件下，经过专业培训的操作人员可以完成相应的核酸提取步骤，比较适合科研实验室使用。此类方法的劣势是通量较低，需要手动加液，在操作过程中容易产生液体撒漏和产生气溶胶。

磁珠法分离可以通过低通量的手动操作完成，也可以通过高通量的集成化仪器完成。磁珠法的主要原理是样品裂解处理后，游离的核酸可以吸附在磁珠的表面。磁珠具有较大的表面积/体积比例，结合相应的震荡操作可以使磁珠和溶液充分接触，提高核酸提取的效率。随后，磁珠可以在外界磁场的作用下形成聚集，和原样品裂解液分离。清洗液可以与磁珠混合，去除其他杂质。施加磁场后，磁珠和清洗液也可以完成分离。最后，洗脱液与磁珠混合，可以将吸附在磁珠上纯化后的核酸分子洗脱到溶液中，完成核酸提取。这种方法的优势是可以被集成到自动化流程中，但这些自动化机器通常体积较大且价格较为昂贵。

特别的，样品裂解的方式可以有温度裂解(例如热裂解)、机械裂解(例如磁珠打碎bead beating，和研磨等)、超声裂解(通过超声波将细胞膜破损)、化学裂解(例如加入氢氧化钠溶液)、生物裂解(例如加入蛋白酶K，protease K)或以上裂解方式的组合。

本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

1、现有的离心分离柱核酸提取方法(离心或真空)需要多步手动操作，因此需要专业的技术人员，且容易生成气溶胶，造成环境污染。

2、现有的手动核酸提取方法耗时较长。

3、现有的方法需要在实验室的洁净环境完成，无法在更多的应用场景进行核酸的提取。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种用于生物样品中的核酸提取的微流控方法及设备，解决现有技术中存在的上述技术问题。

发明内容

本申请实施例通过提供一种用于生物样品中的核酸提取的微流控装置及方法，解决了现有技术中仍然需要多步手动操作和受环境限制的问题，实现了操作简便从而不需要专业的技术人员，闭盖处理从而不会产生环境污染，且可在更多的应用场景进行核酸的提取。

本申请实施例提供了一种用于生物样品中的核酸提取的微流控装置，包括：

一可动的连接通路，所述连接通路的一端为流体入口，另一端为流体出口；

一固定相，所述固定相设置于所述连接通路中，在所述连接通路中有流体经过时，所述流体流经所述固定相；

若干孔，所述孔分两组设置于所述连接通路的两侧，位于所述流体入口一侧的所述孔可与所述流体入口适配，位于所述流体出口一侧的所述孔可与所述流体出口适配；

两组所述孔又包括：

至少一个裂解液孔，所述裂解液孔位于所述流体入口一侧；

至少一个清洗液孔，所述清洗液孔位于所述流体入口一侧；

至少一个洗脱液孔，所述洗脱液孔位于所述流体入口一侧；

第一废液孔，所述第一废液孔位于所述流体出口一侧，与所述裂解液孔相对设置；

第二废液孔，所述第二废液孔位于所述流体出口一侧，与所述清洗液孔相对设置；

核酸孔，所述核酸孔位于所述流体出口一侧，与所述洗脱液孔相对设置；

当所述连接通路位于第一状态时，所述连接通路的所述流体入口与一个所述裂解液孔连接，所述连接通路的所述流体出口与所述第一废液孔连接；

当所述连接通路位于第二状态时，所述连接通路的所述流体入口与一个所述清洗液孔连接，所述连接通路的所述流体出口与所述第二废液孔连接；

当所述连接通路位于第三状态时，所述连接通路的所述流体入口与一个所述洗脱液孔连接，所述连接通路的所述流体出口与所述核酸孔连接。

进一步地，所述微流控装置为三层结构，分别为：第一层、第二层和设置于所述第一层和所述第二层之间的中间层；

所述第一层上设置有所述裂解液孔、所述清洗液孔和所述洗脱液孔；

所述第二层上设置有与所述裂解液孔对应的所述第一废液孔、与所述清洗液孔对应的所述第二废液孔以及与所述洗脱液孔对应的所述核酸孔；

所述中间层上设置有孔状所述连接通路，通过所述中间层的移动可使得所述连接通路连接所述第一层和所述第二层上对应的孔。

进一步地，所述第一层和所述第二层上的所述孔为线性排列；所述中间层可沿着线性排列的方向移动。

进一步地，所述第一层和所述第二层上的所述孔为圆形排列；所述中间层上的孔状所述连接通路绕着圆心转动。

进一步地，所述微流控装置为两层结构，其中上层设置有所述裂解液孔、所述清洗液孔、所述洗脱液孔，以及与所述裂解液孔对应的所述第一废液孔、与所述清洗液孔对应的所述第二废液孔以及与所述洗脱液孔对应的所述核酸孔；

下层设置有带有凹槽的所述连接通路，通过所述下层的移动可使得所述连接通路连接所述上层上对应的孔。

进一步地，所述上层的所述裂解液孔、所述清洗液孔、所述洗脱液孔呈线性排列为一排；与所述裂解液孔对应的所述第一废液孔、与所述清洗液孔对应的所述第二废液孔以及与所述洗脱液孔对应的所述核酸孔也线性排列为一排，并呈现为平行排列的两排；所述下层可沿着线性排列的方向移动。

进一步地，所述上层的所述裂解液孔、所述清洗液孔、所述洗脱液孔、与所述裂解液孔对应的所述第一废液孔、与所述清洗液孔对应的所述第二废液孔以及与所述洗脱液孔对应的所述核酸孔沿着圆周呈圆形排列；相对的孔分别设置于圆周直径的两端并位于圆周上；

所述下层的带有凹槽的所述连接通路通过所述圆形排列的圆心，可绕着圆心转动。

进一步地，所述第一废液孔和所述第二废液孔可以合并为一个废液孔。

进一步地，所述孔为圆形孔。

本申请实施例还提供了一种用于生物样品中的核酸提取的微流控方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、将连接通路设置于第一状态，所述连接通路的流体入口与裂解液孔连接，流体出口与第一废液孔连接；

步骤2、将样品加入所述裂解液孔中混合形成混合流体，在施加外部压力差后，所述裂解液孔中的所述混合流体沿着所述连接通路流经固定相进入所述第一废液孔，完成所述混合流体中的游离的核酸在所述固定相上的吸附；

步骤3、将所述连接通路移动至第二状态，所述连接通路的流体入口与清洗液孔连接，流体出口与第二废液孔连接；

步骤4、在施加外部压力差后，所述清洗液孔中的清洗液沿着所述连接通路流经所述固定相进入所述第二废液孔，完成对在所述固定相上吸附的核酸的清洗；

步骤5、将所述连接通路移动至第三状态，所述连接通路的流体入口与洗脱液孔连接，流体出口与核酸孔连接；

步骤6、在施加外部压力差后，所述洗脱液孔中的洗脱液沿着所述连接通路流经所述固定相并完成对在所述固定相上吸附的核酸的洗脱，核酸在洗脱之后进入所述核酸孔。

进一步地，所述第一废液孔和所述第二废液孔可以合并为一个废液孔。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1)本申请实施例通过预先设置的多个孔以及可移动与不同的孔连接形成流体通道的连接通路，使得手动操作的步骤大大减少，从而使得操作变得简便而不需要专业的技术人员；

2)本申请实施例通过预先将各种液体注入不同的试剂孔中，并在常温或低温的条件下进行保存，体积小、价格低、速度快，使得操作不再受制于在大实验室这种环境的限制，可在中小实验室和其他实验区域有限的场景中实现应用，并且因为实现了闭盖处理从而不会产生环境污染，也使得可在更多的应用场景进行核酸的提取。

3)本申请实施例所提供的小型设备不需要高电压，甚至不需要外接电源，可以便捷的通过电池在非实验室环境完成核酸提取。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的核酸提取的微流控方法流程图；

图2是本发明的另一个较佳实施例的核酸提取的微流控方法流程图；

图3是本发明的一个较佳实施例的核酸提取的微流控装置主视图；

图4是图3所示的较佳实施例的微流控装置中间切面图；

图5是图3所示的较佳实施例的微流控装置在位置1工作示意图；

图6是图3所示的较佳实施例的微流控装置在位置2工作示意图；

图7是图3所示的较佳实施例的微流控装置在位置3工作示意图；

图8是本发明的另一个较佳实施例的核酸提取的微流控装置主视图；

图9是图8所示的较佳实施例的微流控装置在位置1工作示意图；

图10是图8所示的较佳实施例的微流控装置在位置2工作示意图；

图11是图8所示的较佳实施例的微流控装置在位置3工作示意图；

图12是本发明的另一个较佳实施例的核酸提取的微流控装置结构示意图；

图13是图12所示的较佳实施例的微流控装置主视图；

图14是图12所示的较佳实施例的微流控装置透视图；

图15是图12所示的较佳实施例的微流控装置在位置1工作示意图；

图16是图12所示的较佳实施例的微流控装置在位置2工作示意图；

图17是图12所示的较佳实施例的微流控装置在位置3工作示意图；

图18是本发明的另一个较佳实施例的核酸提取的微流控装置结构示意图；

图19是图18所示的较佳实施例的微流控装置主视图；

图20是图18所示的较佳实施例的微流控装置透视图；

图21是图18所示的较佳实施例的微流控装置在位置1工作示意图；

图22是图18所示的较佳实施例的微流控装置在位置2工作示意图；

图23是图18所示的较佳实施例的微流控装置在位置3工作示意图；

图24是本发明的另一个较佳实施例的核酸提取的微流控装置侧视图；

图25是本发明的另一个较佳实施例的核酸提取的微流控装置俯视图；

图26是本发明的另一个较佳实施例的核酸提取的微流控装置仰视图；

图27是图24所示的较佳实施例的微流控装置在位置1工作示意图；

图28是图24所示的较佳实施例的微流控装置在位置2工作示意图；

图29是图24所示的较佳实施例的微流控装置在位置3工作示意图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种用于生物样品中的核酸提取的微流控装置及方法，借助微流控装置中的流体(液体或气体)通过设备各处气压的差异，实现装置中流体的流动，并借助该微流控装置可以通过改变其包含的子部件的相对位置实现流体通道的联通和断开，最终实现生物样品中的核酸提取。通过上述装置和方法，本申请实施例解决了现有技术中仍然需要多步手动操作和受环境限制的问题，实现了操作简便从而不需要专业的技术人员，闭盖处理从而不会产生环境污染，且可在更多的应用场景进行核酸的提取。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1)本申请实施例通过预先设置的多个孔以及可移动与不同的孔连接形成流体通道的连接通路，使得手动操作的步骤大大减少，从而使得操作变得简便而不需要专业的技术人员；

2)本申请实施例通过预先将各种液体注入不同的试剂孔中，并在常温或低温的条件下进行保存，体积小、价格低、速度快，使得操作不再受制于在大实验室这种环境的限制，可在中小实验室和其他实验区域有限的场景中实现应用，并且因为实现了闭盖处理从而不会产生环境污染，也使得可在更多的应用场景进行核酸的提取。

3)本申请实施例所提供的小型设备不需要高电压，甚至不需要外接电源，可以便捷的通过电池在非实验室环境完成核酸提取。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同符号表示，各处结构或功能相似的组件以相似符号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

实施例一

如图1所示，本申请实施例包含3个基本位置：P1、P2和P3。在这3个基本位置，流体通道的位置相对不同，可以连接不同的流体通路，其中：(S)代表样品，(A) 代表裂解液，(B)代表清洗液，(C)代表洗脱液，(M)代表固定相，(W1)和(W2) 分别代表2个废液孔(W1为第一废液孔和W2为第二废液孔)，(N)代表纯化后的核酸孔。

本申请实施例提供的一种用于生物样品中的核酸提取的微流控方法，包括以下步骤：

步骤1、将连接通路设置于第一状态，连接通路的流体入口与裂解液孔连接，流体出口与第一废液孔连接，形成流体通道，即在位置1(P1)，流体通道联通(S+A)、 (M)、(W1)部分；

步骤2、将样品加入裂解液孔中混合形成混合流体，在施加外部压力差后，裂解液孔中的混合流体沿着连接通路流经固定相进入第一废液孔，完成混合流体中的游离的核酸在固定相上的吸附，即在施加外部压力差后，流体由(S+A)流经(M)进入 (W1)，完成(S+A)中游离核酸在固定相(M)上的吸附；

步骤3、将连接通路移动至第二状态，连接通路的流体入口与清洗液孔连接，流体出口与第二废液孔连接，形成流体通道，即在位置2(P2)，(M)和其他部件的相对位置发生改变，此时流体通道联通(B)、(M)和(W2)部分；

步骤4、在施加外部压力差后，清洗液孔中的清洗液沿着连接通路流经固定相进入第二废液孔，完成对在固定相上吸附的核酸的清洗，即在施加外部压力差后，清洗液可以由(B)流经(M)进入(W2)，完成对在固定相(M)上吸附的核酸的清洗；

步骤5、将连接通路移动至第三状态，连接通路的流体入口与洗脱液孔连接，流体出口与核酸孔连接，形成流体通道，即在位置3(P3)，(M)和其他部件的相对位置再次发生改变，此时流体通道联通(C)、(M)和(N)部分；

步骤6、在施加外部压力差后，洗脱液孔中的洗脱液沿着连接通路流经固定相并完成对在固定相上吸附的核酸的洗脱，核酸在洗脱之后进入核酸孔，即在施加外部压力差后，洗脱液可以由(C)流经(M)进入(N)，完成对在固定相(M)上吸附的核酸的洗脱到(N)中的过程。

实施例二

在实施例一的基础上，将第一废液孔(W1)和第二废液孔(W2)可以合并为一个废液孔W(如图2所示)。

本申请实施例提供的一种用于生物样品中的核酸提取的微流控方法，包括以下步骤：

步骤1、将连接通路设置于第一状态，连接通路的流体入口与裂解液孔连接，流体出口与废液孔连接，形成流体通道，即在位置1(P1)，流体通道联通(S+A)、(M)、 (W)部分；

步骤2、将样品加入裂解液孔中混合形成混合流体，在施加外部压力差后，裂解液孔中的混合流体沿着连接通路流经固定相进入废液孔，完成混合流体中的游离的核酸在固定相上的吸附，即在施加外部压力差后，流体由(S+A)流经(M)进入(W)，完成(S+A)中游离核酸在固定相(M)上的吸附；

步骤3、将连接通路移动至第二状态，连接通路的流体入口与清洗液孔连接，流体出口与废液孔连接，形成流体通道，即在位置2(P2)，(M)和其他部件的相对位置发生改变，此时流体通道联通(B)、(M)和(W)部分；

步骤4、在施加外部压力差后，清洗液孔中的清洗液沿着连接通路流经固定相进入废液孔，完成对在固定相上吸附的核酸的清洗，即在施加外部压力差后，清洗液可以由(B)流经(M)进入(W)，完成对在固定相(M)上吸附的核酸的清洗；

步骤5、将连接通路移动至第三状态，连接通路的流体入口与洗脱液孔连接，流体出口与核酸孔连接，形成流体通道，即在位置3(P3)，(M)和其他部件的相对位置再次发生改变，此时流体通道联通(C)、(M)和(N)部分；

步骤6、在施加外部压力差后，洗脱液孔中的洗脱液沿着连接通路流经固定相并完成对在固定相上吸附的核酸的洗脱，核酸在洗脱之后进入核酸孔，即在施加外部压力差后，洗脱液可以由(C)流经(M)进入(N)，完成对在固定相(M)上吸附的核酸的洗脱到(N)中的过程。

如实施例一和实施例二中所示的核酸提取的微流控方法，本申请实施例提出了一个小型微流控装置进行核酸的闭盖式自动化快速提取的装置。该装置包括一个微流控设备和一个可以具有位置控制结构和压力控制结构的小型仪器(base station)。该位置控制模块可以提供转动的位置控制或者直线的位置控制或者二者的组合。该压力控制模块可以向微流控设备提供正压或者负压或者二者的组合。微流控设备和控制系统可以通过机械结构嵌合，也可以通过气压装置结合。特别的，该位置控制模块可以通过手动控制、简单的机械结构(例如：弹簧)或电动的机械结构(例如：马达)，或这些方式的组合。特别的，该压力控制模块可以通过手动改变压力、简单的机械结构(例如：弹簧)改变压力或电动的流体泵改变微流控设备内的压力。

特别的，将样品(S)加入裂解液(A)的过程中：样品可以是固体(例如拭子)、液体(如尿液或血液)、气体、或者以上样品的组合。样品和裂解液可以在加入样品的过程中进行手动的混合(例如吹打混合，或者上下摇晃)或者(机械辅助的，例如磁场或声波等)自动的混合或者两者的组合。

特别的，(A)、(B)、(C)中所提及的液体试剂可以被预先加入到试剂孔中，在常温或低温的条件下进行保存。

特别的，在(W)中可以加入消毒试剂，当(S)中的样品经过(M)进入(W) 时可以进行消毒处理(dis-infection)。

特别的，可以在(N)中预置基因扩增试剂，例如PCR试剂，直接在(N)中进行相应的核酸扩增检测。

特别的，固定相可以是二氧化硅(silica)材料。

特别的，固定相可以是壳聚糖(chitosan)材料。

特别的，(A)中的裂解液可以是离液盐(chaotropic salt)，例如硫氰酸钾。

特别的，(B)中的清洗液可以是70％的乙醇溶液。

特别的，(C)中的洗脱液可以是低盐的水溶液。

特别的，微流控器件中的压力差可以是由负压(例如真空泵)提供。

实施例三

如图3所示，为一种最简线性结构的用于生物样品中的核酸提取的微流控装置。

微流控装置包括：

一可动的连接通路，连接通路的一端为流体入口，另一端为流体出口。

一固定相(M)，固定相设置于连接通路中，在连接通路中有流体经过时，流体流经固定相。

若干孔，孔分两组设置于连接通路的两侧，位于流体入口一侧的孔可与流体入口适配，位于流体出口一侧的孔可与流体出口适配。

两组孔又包括：

一个裂解液孔(A)，裂解液孔位于流体入口一侧；

一个清洗液孔(B)，清洗液孔位于流体入口一侧；

一个洗脱液孔(C)，洗脱液孔位于流体入口一侧；

第一废液孔(W1)，第一废液孔位于流体出口一侧，与裂解液孔相对设置；

第二废液孔(W2)，第二废液孔位于流体出口一侧，与清洗液孔相对设置；

核酸孔(N)，核酸孔位于流体出口一侧，与洗脱液孔相对设置。

该装置为三层结构，其中：

第一层包含：一个裂解液孔(A)、一个清洗液孔(B)、一个洗脱液孔(C)；

第二层包含：第一废液孔(W1)、第二废液孔(W2)、核酸孔(N)；

中间层包含：中间层上设置有孔状连接通路和(M)可逆吸附核酸的固定相，通过中间层的移动可使得连接通路连接第一层和第二层上对应的孔。

中间层设置于第一层和第二层之间(如图4所示)。

其中，第一层、第二层和中间层都为长方形的形状。一般来说，第一层和第二层的长与宽相同。中间层的宽度与第一层和第二层的宽度相同，但长度会比第一层和第二层的长度要长。长度多出来的部分可以作为操控部，使得连接通路可以位于不同的位置。

当连接通路位于第一状态，即位置-1(P1)时，连接通路的流体入口与一个裂解液孔连接，连接通路的流体出口与第一废液孔连接(如图5所示)。

当连接通路位于第二状态时，即位置-2(P2)时，连接通路的流体入口与一个清洗液孔连接，连接通路的流体出口与第二废液孔连接(如图6所示)。

当连接通路位于第三状态时，即位置-3(P3)时，连接通路的流体入口与一个洗脱液孔连接，连接通路的流体出口与核酸孔连接(如图7所示)。

其中，第一层和第二层上的孔为线性排列；中间层可沿着线性排列的方向移动。

实施例四

实施例三中所提供的用于生物样品中的核酸提取的微流控装置也可以是圆形的结构，通过旋转的方式联通不同的流体通道。

具体来说，依然是三层结构，中间层设置于第一层和第二层之间(如图8所示)。

其中，第一层、第二层和中间层都为大小相同的圆盘形状。中间层会设置有一个凸出的操控部，使得连接通路可以位于不同的位置。

第一层的圆盘上包含：一个裂解液孔(A)、一个清洗液孔(B)、一个洗脱液孔(C)；

第二层的圆盘上包含：第一废液孔(W1)、第二废液孔(W2)、核酸孔(N)；

中间层包含：中间层上设置有孔状连接通路和(M)可逆吸附核酸的固定相，通过中间层的转动可使得连接通路连接第一层和第二层上对应的孔。

其中，第一层和第二层上的孔为圆形排列，即沿着圆盘的圆心以设定的半径排列于弧形的圆周上；中间层上的孔状连接通路绕着圆盘的圆心转动。

当连接通路位于第一状态，即位置-1(P1)时，连接通路的流体入口与一个裂解液孔连接，连接通路的流体出口与第一废液孔连接(如图9所示)。

当连接通路位于第二状态时，即位置-2(P2)时，连接通路的流体入口与一个清洗液孔连接，连接通路的流体出口与第二废液孔连接(如图10所示)。

当连接通路位于第三状态时，即位置-3(P3)时，连接通路的流体入口与一个洗脱液孔连接，连接通路的流体出口与核酸孔连接(如图11所示)。

实施例五

在实施例三中，微流控装置为三层结构。在本实施例中，将实施例三中的结构调整为两层结构(如图12所示)。上层设置有裂解液孔(A)、清洗液孔(B)、洗脱液孔 (C)，以及与裂解液孔对应的第一废液孔(W1)、与清洗液孔对应的第二废液孔(W2) 以及与洗脱液孔对应的核酸孔(N)；下层设置有带有凹槽的连接通路，通过下层的移动可使得连接通路连接上层上对应的孔。(M)可逆吸附核酸的固定相设置于连接通路上。

上层的裂解液孔(A)、清洗液孔(B)、洗脱液孔(C)呈线性排列为一排；与裂解液孔对应的第一废液孔(W1)、与清洗液孔对应的第二废液孔(W2)以及与洗脱液孔对应的核酸孔(N)也线性排列为一排，并呈现为平行排列的两排；下层可沿着线性排列的方向移动(如图13所示)。

其中，上层和下层都为长方形的形状。一般来说，上层和下层的宽度相同，但下层的长度会比上层的长度要长。下层长度多出来的部分可以作为操控部，使得连接通路可以位于不同的位置(如图14所示)。

当连接通路位于第一状态，即位置-1(P1)时，连接通路的流体入口与一个裂解液孔连接，连接通路的流体出口与第一废液孔连接(如图15所示)。

当连接通路位于第二状态时，即位置-2(P2)时，连接通路的流体入口与一个清洗液孔连接，连接通路的流体出口与第二废液孔连接(如图16所示)。

当连接通路位于第三状态时，即位置-3(P3)时，连接通路的流体入口与一个洗脱液孔连接，连接通路的流体出口与核酸孔连接(如图17所示)。

实施例六

在实施例四中，微流控装置为三层结构。在本实施例中，将实施例四中的结构调整为两层结构(如图18所示)。上层设置有裂解液孔(A)、清洗液孔(B)、洗脱液孔 (C)，以及与裂解液孔对应的第一废液孔(W1)、与清洗液孔对应的第二废液孔(W2) 以及与洗脱液孔对应的核酸孔(N)；下层设置有带有凹槽的连接通路，通过下层的移动可使得连接通路连接上层上对应的孔。(M)可逆吸附核酸的固定相设置于连接通路上(如图19所示)。

上层的裂解液孔(A)、清洗液孔(B)、洗脱液孔(C)、第一废液孔(W1)、第二废液孔(W2)、核酸孔(N)为圆形排列，即沿着圆盘的圆心以设定的半径排列于弧形的圆周上；下层的带有凹槽的连接通路通过圆形排列的圆心，可绕着圆心转动(如图20所示)。

当连接通路位于第一状态，即位置-1(P1)时，连接通路的流体入口与一个裂解液孔连接，连接通路的流体出口与第一废液孔连接(如图21所示)。

当连接通路位于第二状态时，即位置-2(P2)时，连接通路的流体入口与一个清洗液孔连接，连接通路的流体出口与第二废液孔连接(如图22所示)。

当连接通路位于第三状态时，即位置-3(P3)时，连接通路的流体入口与一个洗脱液孔连接，连接通路的流体出口与核酸孔连接(如图23所示)。

实施例七

本实施例为旋转型核酸提取微流控装置，如图24、图25和图26所示。该装置包含上下两个部分。上部由注塑加工成型的聚碳酸酯(polycarbonate)材料。该结构也可以由3D打印成型。其为直径80mm的圆盘状，包含6个等间隔分布的直径25mm 的贯通的孔。其下表面包含两个弧形的滑轨槽。

下层可以由注塑加工的聚氨酯(polyurethane)构成。聚氨酯较聚碳酸酯软，当上下层由外力，如夹力的作用下，可以紧密贴合。其中下层包含一个流道，由于上下层的紧密贴合，这个流道中的液体不会漏出。

流道中间的圆形结构放置可以可逆吸附核酸的石英纤维材料(silica fiber)。纤维材料具有较大的表面积，可以有效的对核酸进行吸附。下层的上表面还具有两个突起的结构，可以与上层嵌合，并控制转动的方向。

下层的底面有一个突起，上面有一个T型的凹槽。T型凹槽可以和外部的手动或机械结构相嵌合，可以通过上下层的相对转动，实现下层流道两端与上层的不同的微孔的连接。

负压可以由负压泵提供，负压泵可以通过软管和(W1)、(W2)和(N)三个微孔连接。另外三个微孔：(A)包含0.5mL的5M硫氰酸胍(Guanidinium thiocyanate) 水溶液；(B)包含0.5mL的70％乙醇(体积比)溶液；(C)包含0.5mL的去离子水。本实例中的(A)、(B)和(C)三个孔中的溶液都是预先放置在微孔中，进行室温保存。

特别的，裂解液的配方可以是14.77g异硫酸胍溶解在20mL 0.1M Tris缓冲液中，再加入4.4mL 0.2M EDTA(pH＝8.0)和0.325mL Triton X-100。

在位置1时(如图27所示)，拭子样品可以放置到(A)孔中，并搅拌5秒。搅拌的过程可以延长到1分钟甚至更长。该过程可以是拭子上的生物学样本洗脱到(A) 孔中的裂解液中，并通过与裂解液的混合进行样品裂解，将核酸释放到溶液中。特别的，拭子可以移出，也可以将拭子头剪断留在(A)孔中。随后，在(W1)孔连接负压软管，开启负压泵，使负压为10psi；(A)中的裂解的样品经过下层的流道，通过核酸提取固定相(M)，流入废液孔(W1)中。在该过程中，被裂解的溶液中的核酸分子吸附到固定相上。

两层通过手动顺时针旋转60度，到达位置-2(如图28所示)。在该位置，下层的流道连接了上层的包含清洗液的(B)孔和废液孔-2(W2)。(B)孔中的清洗液为0.5 mL的70％乙醇水溶液。在(W2)孔连接负压软管，开启负压泵，使负压为10psi； (B)中的清洗液经过下层的流道，通过核酸提取固定相(M)，流入废液孔(W2)中。在该过程中，清洗液可以纯化固定相上吸附的核酸。

两层再次通过手动顺时针旋转60度，到达位置-3(如图29所示)。在该位置下层的流道连接了上层的包含洗脱液的(C)孔和核酸回收孔(N)。(C)孔中的洗脱液为 0.2mL的去离子水。在(N)孔连接负压软管，开启负压泵，使负压为10psi；(C) 中的洗脱液经过下层的流道，通过核酸提取固定相(M)，流入核酸回收孔(N)中。在该过程中，洗脱液可以从纯化固定相上将吸附的核酸洗脱到(N)孔中。

(N)孔中纯化的核酸可以回收进行下一步的PCR反应、恒温扩增反应或其他核酸检测反应或者在-20度或-80度的冰箱里储存。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于生物样品中的核酸提取的微流控装置，其特征在于，包括：

一可动的连接通路，所述连接通路的一端为流体入口，另一端为流体出口；

一固定相，所述固定相设置于所述连接通路中，在所述连接通路中有流体经过时，所述流体流经所述固定相；

若干孔，所述孔分两组设置于所述连接通路的两侧，位于所述流体入口一侧的所述孔可与所述流体入口适配，位于所述流体出口一侧的所述孔可与所述流体出口适配；

两组所述孔又包括：

至少一个裂解液孔，所述裂解液孔位于所述流体入口一侧；

至少一个清洗液孔，所述清洗液孔位于所述流体入口一侧；

至少一个洗脱液孔，所述洗脱液孔位于所述流体入口一侧；

第一废液孔，所述第一废液孔位于所述流体出口一侧，与所述裂解液孔相对设置；

第二废液孔，所述第二废液孔位于所述流体出口一侧，与所述清洗液孔相对设置；

核酸孔，所述核酸孔位于所述流体出口一侧，与所述洗脱液孔相对设置；

当所述连接通路位于第一状态时，所述连接通路的所述流体入口与一个所述裂解液孔连接，所述连接通路的所述流体出口与所述第一废液孔连接；

当所述连接通路位于第二状态时，所述连接通路的所述流体入口与一个所述清洗液孔连接，所述连接通路的所述流体出口与所述第二废液孔连接；

当所述连接通路位于第三状态时，所述连接通路的所述流体入口与一个所述洗脱液孔连接，所述连接通路的所述流体出口与所述核酸孔连接；

所述微流控装置为两层结构，其中上层设置有所述裂解液孔、所述清洗液孔、所述洗脱液孔，以及与所述裂解液孔对应的所述第一废液孔、与所述清洗液孔对应的所述第二废液孔以及与所述洗脱液孔对应的所述核酸孔；

下层设置有带有凹槽的所述连接通路，通过所述下层的移动可使得所述连接通路连接所述上层上对应的孔。

2.如权利要求1所述的用于生物样品中的核酸提取的微流控装置，其特征在于，所述微流控装置为三层结构，分别为：第一层、第二层和设置于所述第一层和所述第二层之间的中间层；

所述第一层上设置有所述裂解液孔、所述清洗液孔和所述洗脱液孔；

所述第二层上设置有与所述裂解液孔对应的所述第一废液孔、与所述清洗液孔对应的所述第二废液孔以及与所述洗脱液孔对应的所述核酸孔；

所述中间层上设置有孔状所述连接通路，通过所述中间层的移动可使得所述连接通路连接所述第一层和所述第二层上对应的孔。

3.如权利要求2所述的用于生物样品中的核酸提取的微流控装置，其特征在于，所述第一层和所述第二层上的所述孔为线性排列；所述中间层可沿着线性排列的方向移动。

4.如权利要求2所述的用于生物样品中的核酸提取的微流控装置，其特征在于，所述第一层和所述第二层上的所述孔为圆形排列；所述中间层上的孔状所述连接通路绕着圆心转动。

5.如权利要求1所述的用于生物样品中的核酸提取的微流控装置，其特征在于，所述上层的所述裂解液孔、所述清洗液孔、所述洗脱液孔呈线性排列为一排；与所述裂解液孔对应的所述第一废液孔、与所述清洗液孔对应的所述第二废液孔以及与所述洗脱液孔对应的所述核酸孔也线性排列为一排，并呈现为平行排列的两排；所述下层可沿着线性排列的方向移动。

6.如权利要求1所述的用于生物样品中的核酸提取的微流控装置，其特征在于，所述上层的所述裂解液孔、所述清洗液孔、所述洗脱液孔、与所述裂解液孔对应的所述第一废液孔、与所述清洗液孔对应的所述第二废液孔以及与所述洗脱液孔对应的所述核酸孔沿着圆周呈圆形排列；相对的孔分别设置于圆周直径的两端并位于圆周上；

所述下层的带有凹槽的所述连接通路通过所述圆形排列的圆心，可绕着圆心转动。

7.如权利要求1所述的用于生物样品中的核酸提取的微流控装置，其特征在于，所述第一废液孔和所述第二废液孔可以合并为一个废液孔。

8.如权利要求1所述的用于生物样品中的核酸提取的微流控装置，其特征在于，所述孔为圆形孔。

9.一种用于生物样品中的核酸提取的微流控方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1、将连接通路设置于第一状态，所述连接通路的流体入口与裂解液孔连接，流体出口与第一废液孔连接；

步骤2、将样品加入所述裂解液孔中混合形成混合流体，在施加外部压力差后，所述裂解液孔中的所述混合流体沿着所述连接通路流经固定相进入所述第一废液孔，完成所述混合流体中的游离的核酸在所述固定相上的吸附；

步骤3、将所述连接通路移动至第二状态，所述连接通路的流体入口与清洗液孔连接，流体出口与第二废液孔连接；

步骤4、在施加外部压力差后，所述清洗液孔中的清洗液沿着所述连接通路流经所述固定相进入所述第二废液孔，完成对在所述固定相上吸附的核酸的清洗；

步骤5、将所述连接通路移动至第三状态，所述连接通路的流体入口与洗脱液孔连接，流体出口与核酸孔连接；

步骤6、在施加外部压力差后，所述洗脱液孔中的洗脱液沿着所述连接通路流经所述固定相并完成对在所述固定相上吸附的核酸的洗脱，核酸在洗脱之后进入所述核酸孔。

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