CN112126589A - 一种基于磁棒法的自主吸液式核酸检测卡盒及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁棒法的自主吸液式核酸检测卡盒及使用方法。所述卡盒结构简单，仅包括一体式盒体和推进阀两部分，所述一体式盒体包括8个从右至左线性排列的管状结构，前6个管状结构用于进行磁棒法核酸提取操作，纯化后的核酸样本位于6号管中，并通过7号管中的推进阀控制打开液体通道，使6号管中的液体样本在大气压的挤压下自主进入预先抽真空的8号扩增反应管中，溶解扩增反应管内预封装的固体冻干试剂，后进行扩增检测操作。本发明结构简单，制造成本低，控制方便，能够低成本且高效地完成“样本入，结果出”的一体化核酸检测。

Description

一种基于磁棒法的自主吸液式核酸检测卡盒及使用方法

技术领域

本发明涉及一种核酸一体化检测技术,具体涉及一种基于磁棒法的自主吸液式核酸检测卡盒及使用方法，属于生物化学和医学检测技术领域。

背景技术

核酸检测为突发传染性疾病提供了一种准确高效的检测方法，近年来，基于核酸检测的设备装置被不断推向市场，但是目前市场上大多数的核酸检测设备仍然存在功能单一的问题，无法独立自主地完成核酸检测的所有操作步骤，需要较多的人工操作，这不仅对检测环境和实验人员技术水平提出了较高的要求，更增加了由于样本在不同设备间转移以及手工操作过程中可能造成的交叉污染的风险，这无疑大大限制了核酸检测在传染病诊断领域的应用。为了解决以上问题，不少公司着力研发一体化核酸检测设备，目前市场上已有几款具备实现核酸提取和扩增检测一体化的仪器装置，但是这些装置大多造价昂贵，卡盒结构复杂装配难度高，检测成本高，并不适合应用推广。

发明内容

技术问题：

针对核酸检测领域目前存在的大多数检测设备无法全自动完成核酸检测所有步骤，或有少数设备具备核酸提取和扩增检测一体化，但是却造价昂贵，结构复杂，检测成本高等问题，本发明提供了一种结构简单，加工装配方便，检测成本低的核酸提取和扩增检测一体化卡盒。

技术方案：

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种基于磁棒法的自主吸液式核酸检测卡盒及使用方法，其特征在于：包括一体式盒体和推进阀两部分；所述一体式盒体包括8个从右至左线性排列的竖直管状结构，其中，1～6号管为上方下圆结构，1～5号管的尺寸相同，6号管比1-5号管短，6号管底部高于1～5号管；7号管为方形结构；8号管是扩增反应管，为带盖的封闭管状结构，上部为圆柱形，下部为圆锥形；所述推进阀安设在7管中。

进一步的，所述1～6号管，管内预封装磁珠法核酸提取所需的液体试剂，管口设置凸起的棱，并在棱上通过超声波、加热等方法封膜密封。

进一步的，所述7号管在与6号管相邻侧壁靠近6号管底部位置设置一个圆形开孔，连通6号管和7号管，在7号管与8号管相邻侧壁靠近8号管管口位置设置一个圆形开孔，连通7号管和8号管，7号管底部开设一个圆形通气小孔。

进一步的，所述8号管中预封装扩增检测所需固体冻干试剂。

进一步的，所述推进阀为截面呈正方形的长条形结构，推进阀的阀体上开设两个从右至左斜向下贯穿阀体截面中心相互平行的圆形上通道和下通道；推进阀在外部装置推动下向下运动。

进一步的，当推进阀推进到某两个设定深度时，可以使上通道和下通道分别连通7号管左右侧壁两个开孔。

进一步的，所述1号管和6号管底部设置加热控制装置，可对1号管和6号管中的液体进行加热。

进一步的，所述扩增反应管的顶盖上方设置加热装置可对顶盖进行加热，扩增反应管的底部设置升降温循环控制装置，可对反应管内部液体进行快速升降温控制；所述扩增反应管侧面设置荧光激发检测装置，可对管内反应进行光学检测。

进一步的，所述核酸检测卡盒使用方法的步骤如下：

(a)卡盒装配过程：首先将固体冻干试剂加入扩增反应管中，关盖；然后安装推进阀，使上通道对准7号管左右侧壁开孔，使6号管和扩增反应管连通，从6号管抽气，使扩增反应管内部达到真空状态，下压推进阀关闭通道，此时8号管中保持真空状态；然后，将核酸提取所需液体试剂依次装入1～6号管中，并在管口通过超声波、加热等方式封膜密封。

(b)核酸检测过程：将装配好的一体式盒体撕去封膜，在1号管内加入待测样本，装入配套的检测设备中，检测设备中已装备检测所需的磁棒、磁棒套、温控和荧光检测装置。

首先进行磁棒法核酸提取操作：

1)裂解结合，外部仪器驱动磁棒和磁棒套同时进入2号管102中，将磁珠吸附在磁棒套上，然后驱动磁棒和磁棒套进入1号管101，撤去磁棒，吸附的磁珠从磁棒套上脱落进入1号管101的液体中，驱动磁棒套上下震动混匀液体，同时1号管101底部加热装置开启，促进裂解和结合；

2)洗涤，驱动磁棒和磁棒套同时进入1号管101，将磁珠吸附在磁棒套上，然后驱动磁棒和磁棒套进入3号管103，撤去磁棒，驱动磁棒套上下震动混匀清洗磁珠，清洗磁珠表面杂质，然后用同样的方法将磁珠转移至4号管104，进行第二次清洗操作；

3)除醇，驱动磁棒和磁棒套将磁珠转移至5号管105，撤去磁棒，驱动磁棒套上下震动，混匀液体，除去磁珠表面残留的洗涤剂；

4)洗脱，驱动磁棒和磁棒套将磁珠转移至6号管106中，撤去磁棒，驱动磁棒套上下震动，混匀液体，同时开启6号管106底部加热装置，促进洗脱，完成洗脱后，用同样的方法将磁珠转移至5号管105丢弃，核酸提取过程完成，纯化的核酸样本位于6号管液体中；

然后进行转液及扩增检测步骤：

1)转液，外部装置下压推进阀2，使下通道203对齐7号管107左右侧面开孔，6号管106中的液体在大气压的作用下压入扩增反应管108中，并溶化预封装在扩增反应管108内部的固体冻干试剂；

2)扩增检测，采用实时荧光PCR扩增检测，首先开启8号管108顶盖加热装置，使顶盖温度上升至99℃左右，然后，开启8号管108底部升降温热循环控制装置，进行PCR热循环控制，并在每个循环结束前进行荧光信号激发与采集，最终获得实时荧光曲线，通过分析荧光曲线获得检测结果。

进一步的，加热装置就是卡盒配套的设备带有的具有加热功能的装置，其形状与卡盒对应的管子适配，可根据实验要求设定温度，对目标管中的液体进行加热；后文的升降温循环控制装置也一样，只不过除了加热还可以主动制冷降温，以满足PCR反应快速升降温热循环的需求；荧光激发检测装置也是驱动设备上的一个模块，安装在扩增反应管侧面，用于发射激发光激发扩增反应管中的物质产生荧光信号，同时接收该荧光信号，并进行后续处理分析。

有益效果：

本发明的有益效果是：本发明构建了一种结构简单，控制简单的一体化核酸检测卡盒及使用方法，整个卡盒仅包含一体式盒体和推进阀两个独立部件，将基于磁棒法的核酸提取和实时荧光PCR扩增检测两个步骤集成其中。通过预先抽真空，然后通过推进阀开启通道的方式实现自主吸液，从而简化外部控制，大大降低了一体化核酸检测的复杂度，提高检测效率，降低了检测成本。

附图说明

图1是卡盒整体结构图；

图2是推进阀结构图；

图3是卡盒整体剖视结构图；

图4是卡盒装配及使用流程图；

其中：1是一体式盒体，2是推进阀，101是1号管，102是2号管，103是3号管，104是4号管，105是5号管，106是6号管，107是7号管，108是扩增反应管，109是7号管通气孔，201是推进阀阀体，202是推进阀上通道，203是推进阀下通道。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

一种基于磁棒法的自主吸液式核酸检测卡盒及使用方法，其特征在于：包括一体式盒体1和推进阀2两部分；所述一体式盒体1包括8个从右至左线性排列的竖直管状结构，其中，1～6号管为上方下圆结构，1～5号管的尺寸相同，6号管106比1-5号管短，6号管106底部高于1～5号管；7号管107为方形结构；8号管108是扩增反应管，为带盖的封闭管状结构，上部为圆柱形，下部为圆锥形；所述推进阀2安设在7管107中。

进一步的，所述1～6号管，管内预封装磁珠法核酸提取所需的液体试剂，管口设置凸起的棱，并在棱上通过超声波、加热等方法封膜密封。

进一步的，所述7号管107在与6号管106相邻侧壁靠近6号管106底部位置设置一个圆形开孔，连通6号管106和7号管107，在7号管107与8号管108相邻侧壁靠近8号管108管口位置设置一个圆形开孔，连通7号管107和8号管108，7号管107底部开设一个圆形通气小孔。

进一步的，所述8号管108中预封装扩增检测所需固体冻干试剂。

进一步的，所述推进阀2为截面呈正方形的长条形结构，推进阀阀体201上开设两个从右至左斜向下贯穿阀体截面中心相互平行的圆形上通道202和下通道203；推进阀2在外部装置推动下向下运动。

进一步的，当推进阀2推进到某两个设定深度时，可以使上通道202和下通道203分别连通7号管107左右侧壁两个开孔。

进一步的，所述1号管101和6号管106底部设置加热控制装置，可对1号管101和6号管106中的液体进行加热。

进一步的，所述扩增反应管108的顶盖上方设置加热装置可对顶盖进行加热，扩增反应管108的底部设置升降温循环控制装置，可对反应管内部液体进行快速升降温控制；所述扩增反应管108侧面设置荧光激发检测装置，可对管内反应进行光学检测。

进一步的，所述核酸检测卡盒使用方法的步骤如下：

(a)卡盒装配过程：首先将固体冻干试剂加入扩增反应管108中，关盖；然后安装推进阀2，使上通道202对准7号管107左右侧壁开孔，使6号管106和扩增反应管108连通，从6号管106抽气，使扩增反应管108内部达到真空状态，下压推进阀2关闭通道，此时8号管108中保持真空状态；然后，将核酸提取所需液体试剂依次装入1～6号管中，并在管口通过超声波、加热等方式封膜密封。

(b)核酸检测过程：将装配好的一体式盒体1撕去封膜，在1号管101内加入待测样本，装入配套的检测设备中，检测设备中已装备检测所需的磁棒、磁棒套、温控和荧光检测装置。

首先进行磁棒法核酸提取操作：

1)裂解结合，外部仪器驱动磁棒和磁棒套同时进入2号管102中，将磁珠吸附在磁棒套上，然后驱动磁棒和磁棒套进入1号管101，撤去磁棒，吸附的磁珠从磁棒套上脱落进入1号管101的液体中，驱动磁棒套上下震动混匀液体，同时1号管101底部加热装置开启，促进裂解和结合；

2)洗涤，驱动磁棒和磁棒套同时进入1号管101，将磁珠吸附在磁棒套上，然后驱动磁棒和磁棒套进入3号管103，撤去磁棒，驱动磁棒套上下震动混匀清洗磁珠，清洗磁珠表面杂质，然后用同样的方法将磁珠转移至4号管104，进行第二次清洗操作；

3)除醇，驱动磁棒和磁棒套将磁珠转移至5号管105，撤去磁棒，驱动磁棒套上下震动，混匀液体，除去磁珠表面残留的洗涤剂；

4)洗脱，驱动磁棒和磁棒套将磁珠转移至6号管106中，撤去磁棒，驱动磁棒套上下震动，混匀液体，同时开启6号管106底部加热装置，促进洗脱，完成洗脱后，用同样的方法将磁珠转移至5号管105丢弃，核酸提取过程完成，纯化的核酸样本位于6号管液体中；

然后进行转液及扩增检测步骤：

1)转液，外部装置下压推进阀2，使下通道203对齐7号管107左右侧面开孔，6号管106中的液体在大气压的作用下压入扩增反应管108中，并溶化预封装在扩增反应管108内部的固体冻干试剂；

2)扩增检测，采用实时荧光PCR扩增检测，首先开启8号管108顶盖加热装置，使顶盖温度上升至99℃左右，然后，开启8号管108底部升降温热循环控制装置，进行PCR热循环控制，并在每个循环结束前进行荧光信号激发与采集，最终获得实时荧光曲线，通过分析荧光曲线获得检测结果。

进一步的，加热装置就是卡盒配套的设备带有的具有加热功能的装置，其形状与卡盒对应的管子适配，可根据实验要求设定温度，对目标管中的液体进行加热；后文的升降温循环控制装置也一样，只不过除了加热还可以主动制冷降温，以满足PCR反应快速升降温热循环的需求；荧光激发检测装置也是驱动设备上的一个模块，安装在扩增反应管侧面，用于发射激发光激发扩增反应管中的物质产生荧光信号，同时接收该荧光信号，并进行后续处理分析。

实施例：

一种基于磁棒法的低成本自主吸液式核酸检测卡盒，能够在外部仪器装置的驱动下在1～6号管内完成磁棒法核酸提取，并通过下压安设在7号管107中的推进阀2，打开液体通道，使液体在大气压的作用下自主进入扩增反应管108进行后续扩增检测操作，从而实现全自动一体化核酸检测。

卡盒装配过程：首先将固体冻干试剂加入扩增反应管108中，关盖；然后安装推进阀2，使上通道202对准7号管107左右侧壁开孔，使6号管106和扩增反应管108连通，从6号管106抽气，使扩增反应管108内部达到真空状态，下压推进阀2关闭通道，此时8号管中保持真空状态；然后，将核酸提取所需液体试剂依次装入1～6号管中，并在管口通过超声波、加热等方式封膜密封，本实施例所采用的试剂装配方案为：1号管101裂解结合液，2号管102磁珠液，3号管103洗涤液Ⅰ，4号管104洗涤液Ⅱ，5号管105除醇液，6号管106洗脱液。

核酸检测过程：将装配好的卡盒撕去封膜，在1号管101内加入待测样本，装入配套的检测设备中，检测设备中已装备检测所需的磁棒、磁棒套、温控和荧光检测装置；

首先进行磁棒法核酸提取操作：

1)裂解结合，外部仪器驱动磁棒和磁棒套同时进入2号管102中，将磁珠吸附在磁棒套上，然后驱动磁棒和磁棒套进入1号管101，撤去磁棒，吸附的磁珠从磁棒套上脱落进入1号管101的液体中，驱动磁棒套上下震动混匀液体，同时1号管101底部加热装置开启，促进裂解和结合；

2)洗涤，驱动磁棒和磁棒套同时进入1号管101，将磁珠吸附在磁棒套上，然后驱动磁棒和磁棒套进入3号管103，撤去磁棒，驱动磁棒套上下震动混匀清洗磁珠，清洗磁珠表面杂质，然后用同样的方法将磁珠转移至4号管104，进行第二次清洗操作；

3)除醇，驱动磁棒和磁棒套将磁珠转移至5号管105，撤去磁棒，驱动磁棒套上下震动，混匀液体，除去磁珠表面残留的洗涤剂；

4)洗脱，驱动磁棒和磁棒套将磁珠转移至6号管106中，撤去磁棒，驱动磁棒套上下震动，混匀液体，同时开启6号管106底部加热装置，促进洗脱，完成洗脱后，用同样的方法将磁珠转移至5号管105丢弃，核酸提取过程完成，纯化的核酸样本位于6号管液体中；

然后进行转液及扩增检测步骤：

1)转液，外部装置下压推进阀2，使下通道203对齐7号管107左右侧面开孔，6号管106中的液体在大气压的作用下压入扩增反应管108中，并溶化预封装在扩增反应管108内部的固体冻干试剂；

2)扩增检测，本实施例采用实时荧光PCR扩增检测，首先开启8号管108顶盖加热装置，使顶盖温度上升至99℃左右，然后，开启8号管108底部升降温热循环控制装置，进行PCR热循环控制，并在每个循环结束前进行荧光信号激发与采集，最终获得实时荧光曲线，通过分析荧光曲线获得检测结果。

综上，本发明在外部设备驱动下，可完成一体化核酸检测。

本发明提供的技术方案与现有的性能数据比较如下:

以上描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于磁棒法的自主吸液式核酸检测卡盒及使用方法，其特征在于：包括一体式盒体和推进阀两部分；所述一体式盒体包括8个从右至左线性排列的竖直管状结构，其中，1~6号管为上方下圆结构，1~5号管的尺寸相同，6号管比1-5号管短，6号管底部高于1~5号管；7号管为方形结构；8号管是扩增反应管；所述推进阀安设在7管中。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁棒法的自主吸液式核酸检测卡盒及使用方法，其特征在于，所述8号管为带盖的封闭管状结构，上部为圆柱形，下部为圆锥形。

3.根据权利要求1所述的一种基于磁棒法的自主吸液式核酸检测卡盒及使用方法，其特征在于，所述1~6号管，管内预封装磁珠法核酸提取所需的液体试剂，管口设置凸起的棱，并在棱上通过超声波、加热等方法封膜密封。

4.根据权利要求1所述的一种基于磁棒法的自主吸液式核酸检测卡盒及使用方法，其特征在于，所述7号管在与6号管相邻侧壁靠近6号管底部位置设置一个圆形开孔，连通6号管和7号管，在7号管与8号管相邻侧壁靠近8号管管口位置设置一个圆形开孔，连通7号管和8号管，7号管底部开设一个圆形通气小孔。

5.根据权利要求1所述的一种基于磁棒法的自主吸液式核酸检测卡盒及使用方法，其特征在于，所述8号管中预封装扩增检测所需固体冻干试剂。

6.根据权利要求1所述的一种基于磁棒法的自主吸液式核酸检测卡盒及使用方法，其特征在于，所述推进阀为截面呈正方形的长条形结构，推进阀的阀体上开设两个从右至左斜向下贯穿阀体截面中心相互平行的圆形上通道和下通道；推进阀在外部装置推动下向下运动。

7.根据权利要求1和6任一所述的一种基于磁棒法的自主吸液式核酸检测卡盒及使用方法，其特征在于，当推进阀推进到某两个设定深度时，上通道和下通道分别连通权利要求3所述的7号管左右侧壁两个开孔。

8.根据权利要求1所述的一种基于磁棒法的自主吸液式核酸检测卡盒及使用方法，其特征在于，所述1号管和6号管底部设置加热控制装置。

9.根据权利要求1所述的一种基于磁棒法的自主吸液式核酸检测卡盒及使用方法，其特征在于，所述扩增反应管的顶盖上方设置加热装置，扩增反应管的底部设置升降温循环控制装置；所述扩增反应管侧面设置荧光激发检测装置。

10.根据权利要求1所述的一种基于磁棒法的自主吸液式核酸检测卡盒及使用方法，其特征在于，核酸检测卡盒使用方法的步骤如下：

（a）卡盒装配过程：首先将固体冻干试剂加入扩增反应管中，关盖；然后安装推进阀，使上通道对准7号管左右侧壁开孔，使6号管和扩增反应管连通，从6号管抽气，使扩增反应管内部达到真空状态，下压推进阀关闭通道，此时8号管中保持真空状态；然后，将核酸提取所需液体试剂依次装入1~6号管中，并在管口通过超声波、加热等方式封膜密封；

（b）核酸检测过程：将装配好的一体式盒体撕去封膜，在1号管内加入待测样本，装入配套的检测设备中，检测设备中已装备检测所需的磁棒、磁棒套、温控和荧光检测装置；

首先进行磁棒法核酸提取操作：

1）裂解结合，外部仪器驱动磁棒和磁棒套同时进入2号管102中，将磁珠吸附在磁棒套上，然后驱动磁棒和磁棒套进入1号管101，撤去磁棒，吸附的磁珠从磁棒套上脱落进入1号管101的液体中，驱动磁棒套上下震动混匀液体，同时1号管101底部加热装置开启，促进裂解和结合；

2）洗涤，驱动磁棒和磁棒套同时进入1号管101，将磁珠吸附在磁棒套上，然后驱动磁棒和磁棒套进入3号管103，撤去磁棒，驱动磁棒套上下震动混匀清洗磁珠，清洗磁珠表面杂质，然后用同样的方法将磁珠转移至4号管104，进行第二次清洗操作；

3）除醇，驱动磁棒和磁棒套将磁珠转移至5号管105，撤去磁棒，驱动磁棒套上下震动，混匀液体，除去磁珠表面残留的洗涤剂；

4）洗脱，驱动磁棒和磁棒套将磁珠转移至6号管106中，撤去磁棒，驱动磁棒套上下震动，混匀液体，同时开启6号管106底部加热装置，促进洗脱，完成洗脱后，用同样的方法将磁珠转移至5号管105丢弃，核酸提取过程完成，纯化的核酸样本位于6号管液体中；

然后进行转液及扩增检测步骤：

1）转液，外部装置下压推进阀2，使下通道203对齐7号管107左右侧面开孔，6号管106中的液体在大气压的作用下压入扩增反应管108中，并溶化预封装在扩增反应管108内部的固体冻干试剂；

2）扩增检测，采用实时荧光PCR扩增检测，首先开启8号管108顶盖加热装置，使顶盖温度上升至99℃左右，然后，开启8号管108底部升降温热循环控制装置，进行PCR热循环控制，并在每个循环结束前进行荧光信号激发与采集，最终获得实时荧光曲线，通过分析荧光曲线获得检测结果。

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