CN112221544A - 一种集采样与检测一体化的微流控芯片 - Google Patents

一种集采样与检测一体化的微流控芯片 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种集采样与检测一体化的微流控芯片，包括通过微流控芯片本体的进样口匹配连接的中空采样软管，微流控芯片本体包括依次耦合连接的样本预处理区、核酸提取与纯化区、核酸扩增与检测区以及负压产生与驱动区；负压产生与驱动区产生负压，为采样提供驱动力，采集的样本依次通过中空采样软管、进样口、样本预处理区、核酸提取与纯化区以及核酸扩增与检测区。可实现采样与检测一体化，去除中间环节，真正实现即时检测的目标，提高检测效率及检测准确率。同时，针对类似新冠肺炎的传染型疾病，通过调整软管长度以及构建的微流控芯片内部的负压环境，可有效降低医护人员采样过程中被感染的风险，甚至实现非专业人员亦可进行自主采样的目标。

Description

一种集采样与检测一体化的微流控芯片
技术领域
本发明涉及生物检测技术领域，尤其涉及一种集采样与检测一体化的微流控芯片。
背景技术
现阶段基于微流控芯片的生物检测技术，可在一定程度上减少样本处理等过程中，因人员操作不当或引入气溶胶等导致的检测准确率降低的问题，有效提高了检测效率，日趋成为生物检测的主要方式。但目前均采取专业医护人员先进行采样、再送至专业检测仪器进行检测的方式，无法真正实现采样与检测的一体化，不能实现即时准确检测，不能满足大批量即时检测的应用需求。
特别地，针对类似于新型冠状病毒肺炎的传染型疾病，开发一种集采样与检测一体化的微流控芯片，在方便快捷检测的同时，又能有效提高检测准确率，成为亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种集采样与检测一体化的微流控芯片。具体地，利用一根特殊材质制成的极细的中空软管，将样本采集处与微流控芯片的进样口连接起来，软管长度可调，可实现鼻、口、下呼吸道等不同部位的样本采集。在微流控芯片的尾端设置包含活塞及活塞杆的负压腔，活塞杆尾部伸出至微流控芯片外部。采集样本时，通过拉拽活塞杆尾部实现微流控芯片内部的负压环境，为样本采集提供动力，同时亦可驱动微流控芯片内部流体的流动。通过上述方式，可实现采样与检测一体化的微流控芯片，去除中间环节，真正实现即时检测的目标，提高检测效率及检测准确率。同时，针对类似新冠肺炎的传染型疾病，通过调整软管长度以及构建的微流控芯片内部的负压环境，可有效降低医护人员采样过程中被感染的风险，甚至实现非专业人员亦可进行自主采样的目标。
为解决上述技术问题，本发明提供一种集采样与检测一体化的微流控芯片，包括通过微流控芯片本体的进样口匹配连接的中空采样软管，所述微流控芯片本体包括依次耦合连接的样本预处理区、核酸提取与纯化区、核酸扩增与检测区以及负压产生与驱动区；所述负压产生与驱动区产生负压，为采样提供驱动力，采集的样本依次通过所述中空采样软管、所述进样口、所述样本预处理区、所述核酸提取与纯化区以及所述核酸扩增与检测区，从而实现采样与检测一体化。
可选的，所述中空采样软管为硅胶软管或塑胶软管等。可减轻样本采集过程中患者的不适感。
可选的，所述中空采样软管长度可调节，可实现不同采集部位的样本采集。方便各种不同采集部位的采集，扩展了应用场景。
可选的，所述采集部位包括口、鼻、下呼吸道等中的至少一种。
可选的，所述微流控芯片本体表面还设有用于容纳所述中空采样软管的凹槽。使得中空采样软管可收纳至该凹槽中，方便运输携带，避免软管被污染。
可选的，所述样本预处理区包括依次连接的第一试剂预存区、回形流道、第一废液池；样本从所述进样口进入后，与所述第一试剂预存区中的试剂相互接触，在所述回形流道流动过程中充分混合，完成病毒灭活过程，废液储存至所述第一废液池。
可选的，所述核酸提取与纯化区包括依次连接的第二废液池、第二试剂预存区、核酸提取反应通道、第三废液池；因样本预处理区中的流体较多，故经预处理后的样本会先通过第二废液池，进行废液的再收集，而后与所述第二试剂预存区中的核酸提取试剂接触，在所述核酸提取反应通道流动过程中充分混合，完成核酸提取与纯化过程，废液储存至所述第三废液池。
可选的，所述核酸扩增与检测区包括第三试剂预存区、恒温扩增反应池与第四废液池；经核酸提取与纯化后的样本与所述第三试剂预存区中的试剂接触，在所述恒温扩增反应池中进行反应，废液存储至所述第四废液池。
可选的，所述负压产生与驱动区包括活塞和活塞杆，所述活塞杆尾部伸出至所述微流控芯片本体之外；通过拉拽所述活塞杆，将在所述活塞内产生负压腔，为样本采集和样本在微流控芯片本体内部的流动提供驱动力。
本发明的有益效果是：
根据本发明提供的一种集采样与检测一体化的微流控芯片，包括通过微流控芯片本体的进样口匹配连接的中空采样软管，微流控芯片本体包括依次耦合连接的样本预处理区、核酸提取与纯化区、核酸扩增与检测区以及负压产生与驱动区；负压产生与驱动区产生负压，为采样提供驱动力，采集的样本依次通过中空采样软管、进样口、样本预处理区、核酸提取与纯化区以及核酸扩增与检测区。可实现采样与检测一体化，去除中间环节，真正实现即时检测的目标，提高检测效率及检测准确率。同时，针对类似新冠肺炎的传染型疾病，通过调整软管长度以及构建的微流控芯片内部的负压环境，可有效降低医护人员采样过程中被感染的风险，甚至实现非专业人员亦可进行自主采样的目标。
附图说明
图1为本发明提供的微流控芯片工作示意图；
图2为本发明提供的微流控芯片的结构示意图一；
图3为本发明提供的微流控芯片的结构示意图二；
图4为本发明提供的样本预处理区微流道截面形状示意图；
图5为本发明提供的核酸提取与纯化区、核酸扩增与检测区以及各区域间连接的微流道截面形状示意图；
图6为本发明提供的微流控芯片表面凹槽设置结构示意图。
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，下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现阶段基于微流控芯片的生物检测技术，均采用由专业医护人员先采样、再送至专业检测仪器进行检测的方式，对采样人员的专业要求较高，另外由于存在中间环节，容易造成样本堆积等问题，降低了检测效率和准确率，无法满足大批量即时准确检测的应用需求。由于具有中间环节，也会在一定程度上降低检测结果的准确性。
因此，现阶段采样与检测相分离的方式，对采样人员的专业要求较高，导致目前的检测手段难以适应大批量即时检测的应用需求，降低了检测效率和准确率。
特别地，针对类似新冠肺炎的传染型疾病，本方案去除了中间环节，实现采样与检测一体化，既可提高检测效率、又能提高检测准确率；同时，非专业人员即可进行采样检测，有利于快速鉴定并控制其传播。
请参见图1，图1为本发明提供的微流控芯片工作示意图，利用一根特殊材质制成的中空采样软管1，中空采样软管1可选用硅胶软管或塑胶软管等，与微流控芯片的进样口2连接起来，软管长度可调，可实现口、鼻、下呼吸道等不同部位的样本采集。在微流控芯片的尾部设置由活塞和活塞杆组成的负压腔，活塞杆的尾部伸出至微流控芯片外部。通过拉拽活塞杆，可实现微流控芯片内部的负压环境，为采集样本提供足够的动力；同时，还可驱动微流控芯片内部流体的流动。通过上述方式，可实现采样与检测一体化的微流控芯片，即时准确地进行大批量的样本检测。另外，由于软管长度可调，可降低对采集人员的专业要求，实现非专业人员亦可进行样本采集的目的，进一步提升检测效率。
请参见图2-3，图2-3为本发明提供的微流控芯片的结构示意图，包括通过微流控芯片本体的进样口2匹配连接的中空采样软管1，微流控芯片本体包括依次耦合连接的样本预处理区3、核酸提取与纯化区4、核酸扩增与检测区5以及负压产生与驱动区6；负压产生与驱动区6产生负压，为采样提供驱动力，采集的样本依次通过中空采样软管1、进样口2、样本预处理区3、核酸提取与纯化区4以及核酸扩增与检测区5，从而实现采样与检测一体化。
样本预处理区3包括依次连接的第一试剂预存区31、回形流道32、第一废液池33；样本从进样口2进入后，与第一试剂预存区31中的试剂相互接触，在回形流道32流动过程中充分混合，完成病毒灭活过程，废液储存至第一废液池 33。
样本预处理区3微流道截面形状如图4所示，回形流道32截面形状为梯形，位置在上的上底长为0.5毫米，位置在下的下底略短于上底，腰长为0.2毫米，腰与垂线之间的夹角约为5度。
核酸提取与纯化区4包括依次连接的第二废液池41、第二试剂预存区42、核酸提取反应通道43、第三废液池44；因样本预处理区3中的流体较多，会先通过第二废液池41，进行废液的再收集，而后与第二试剂预存区42中的核酸提取试剂接触，在核酸提取反应通道43流动过程中充分混合，完成核酸提取与纯化过程，废液储存至第三废液池44。
核酸扩增与检测区5包括第三试剂预存区51、恒温扩增反应池52与第四废液池53；经核酸提取与纯化后的样本与第三试剂预存区51中的试剂接触，在恒温扩增反应池52中进行充分反应，废液存储至第四废液池53。
核酸提取与纯化区4、核酸扩增与检测区5以及各区域间连接的微流道的截面形状如图5所示，其截面形状为梯形，位置在上的上底长为0.2毫米，位置在下的下底略短于上底，腰长为0.2毫米，腰与垂线之间的夹角约为5度。
负压产生与驱动区6包括活塞61和活塞杆62，活塞杆62尾部伸出至微流控芯片本体之外；通过拉拽活塞杆62，将在活塞内产生负压腔。为采集样本提供足够的动力，以及驱动微流控芯片内部样本的流动。
请参见图6，为了方便携带运输，避免中空采样软管1被污染，微流控芯片本体表面还设有用于容纳中空采样软管1的凹槽7，中空采样软管1在收缩状态下，可完全容纳在该凹槽7中。
传统的基于微流控芯片的检测，均是由专业医护人员先进行采样、再送至专业检测仪器进行检测的方式。这种采样与检测相分离的检测方式，由于中间环节的存在，不利于检测效率的提升，也对检测准确性带来一定影响。本发明提出的一种集采样与检测一体化的微流控芯片，将采样与检测耦合到微流控芯片上，实现真正的即时检测，在提高检测效率的同时，又提高了检测准确率，特别适用于大批量即时准确检测的场景。另外，针对类似新冠肺炎的传染型疾病，还可有效降低医护人员感染的风险，为快速精准鉴定并控制其传播提供有力保障。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种集采样与检测一体化的微流控芯片，其特征在于，包括通过微流控芯片本体的进样口匹配连接的中空采样软管，所述微流控芯片本体包括依次耦合连接的样本预处理区、核酸提取与纯化区、核酸扩增与检测区以及负压产生与驱动区；所述负压产生与驱动区产生负压，为采样提供驱动力，采集的样本依次通过所述中空采样软管、所述进样口、所述样本预处理区、所述核酸提取与纯化区以及所述核酸扩增与检测区，从而实现采样与检测一体化。
2.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述中空采样软管为硅胶软管、或塑胶软管。
3.如权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述中空采样软管长度可调节，可实现不同采集部位的样本采集。
4.如权利要求3所述的微流控芯片，其特征在于，所述采集部位包括口、鼻、下呼吸道中的至少一种。
5.如权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片本体表面还设有用于容纳所述中空采样软管的凹槽。
6.如权利要求1-5任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述样本预处理区包括依次连接的第一试剂预存区、回形流道、第一废液池；样本从所述进样口进入后，与所述第一试剂预存区中的试剂相互接触，在所述回形流道流动过程中充分混合，完成病毒灭活过程，废液储存至所述第一废液池。
7.如权利要求1-5任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述核酸提取与纯化区包括依次连接的第二废液池、第二试剂预存区、核酸提取反应通道、第三废液池；因样本预处理区中的流体较多，会先通过第二废液池，进行废液的再收集，而后与所述第二试剂预存区中的核酸提取试剂接触，在所述核酸提取反应通道流动过程中充分混合，完成核酸提取与纯化过程，废液储存至所述第三废液池。
8.如权利要求1-5任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述核酸扩增与检测区包括第三试剂预存区、恒温扩增反应池与第四废液池；经核酸提取与纯化后的样本与所述第三试剂预存区中的试剂接触，在所述恒温扩增反应池中进行反应，废液存储至所述第四废液池。
9.如权利要求1-5任一项所述的微流控芯片，其特征在于，所述负压产生与驱动区包括活塞和活塞杆，所述活塞杆尾部伸出至所述微流控芯片本体之外；通过拉拽所述活塞杆，将在所述活塞内产生负压腔，为样本采集和样本在微流控芯片本体内部的流动提供驱动力。
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