CN112322472B - 一种适用于核酸检测的即时检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于核酸检测的即时检测装置，包括电池、电极印刷板、加热片、纸基芯片，其中，所述电池用于为所述加热片提供电源，所述电极印刷板用于为所述加热片提供电极；所述加热片设置在所述电极印刷板的上表面，所述纸基芯片设置在所述加热片的上表面，所述纸基芯片中心位置设置有至少一个凹槽，用于核酸检测反应。本发明提供的即时检测装置，具有体积小，可视化观察检测过程，操作简单、使用便捷等优点，对于贫困或资源有限地区实现核酸检测具有重要的意义。

Description

一种适用于核酸检测的即时检测装置
技术领域
本发明涉及即时检测技术领域，尤其涉及一种传染病即时检测装置及其制备方法。
背景技术
即时检测(POC)装置，可即时、快速、可靠地检测生物标志物或病原体，例如艾滋病毒、乙肝病毒、冠状病毒等常见传染病病毒，开发即时检测装置在资源有限的环境或实际应用中具有十分重要的意义。
蛋白质(如抗原和抗体)和核酸(DNA或RNA)是POC的常见靶标，用于蛋白质检测的POC设备在商业转化产品中已比较成熟，并普遍使用基于抗原抗体特异性结合的免疫分析技术，比如应用于各种样本(如血液和尿液)的侧流分析。但是，在感染后的早期阶段，低水平的蛋白质很难被检测到，而核酸检测(NAT)如聚合酶链式反应(PCR)或等温扩增方法如LAMP，可以检测低水平甚至单个拷贝的核酸，但其几乎都是在中心实验室中使用昂贵的仪器和专业人员检测的。因此，为了提高核酸检测的便捷性，本领域的技术人员致力于开发一种适用于核酸检测的即时检测装置。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种适用于核酸检测的即时检测装置，提高现有核酸检测的便捷性。
为实现上述目的，本发明提供了一种适用于核酸检测的即时检测装置，包括电池、电极印刷板、加热片、纸基芯片，其中，
所述电池与所述电极印刷板连接，所述加热片设置在所述电极印刷板的上表面，所述电池用于为所述加热片提供电源，所述电极印刷板用于为所述加热片提供电极；所述加热片包括尼龙滤纸和尼龙滤纸表面的加热层，所述加热层包括多壁碳纳米管和十二烷基苯磺酸钠；
所述纸基芯片设置在所述加热片的上表面，所述纸基芯片中心位置设置有至少一个凹槽，用于核酸检测反应，所述纸基芯片包括依次层叠设置的六层Whatman 1号层析纸，所述Whatman 1号层析纸上方设置有透明层，用于密封所述纸基芯片和观察纸基芯片内的反应。
进一步地，所述加热片通过如下制备方法制备得到：将所述多壁碳纳米管和所述十二烷基苯磺酸钠分散于去离子水中，倒入放有所述尼龙滤纸的抽滤器中抽滤，抽滤完成后经烘干、剪裁后得到所述加热片。
进一步地，所述多壁碳纳米管和所述十二烷基苯磺酸钠的质量比为3:1。
进一步地，所述加热片的电阻为10-20Ω。
进一步地，所述纸基芯片表面设置有蜡层。
进一步地，所述透明层为塑料密封膜或盖玻片。
进一步地，所述电极印刷板包括塑料板以及设置在塑料板靠近所述加热片表面上的电极条。
进一步地，所述电极条通过丝网印刷机将氯化导电银浆印刷在所述塑料板表面。
进一步地，所述电池的电压为1-20V。
进一步地，所述电池的电压为1.5-10V。
本发明提供了一种适用于核酸检测的即时检测装置，其包括集成了多壁碳纳米管的加热片，可以为核酸检测反应提供所需的温度，同时其表面设置有透明层，可肉眼观测检测反应过程，本发明提供的即时检测装置，具有体积小，可视化观察检测过程，操作简单、使用便捷等优点，对于贫困或资源有限地区实现核酸检测具有重要的意义。
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是本发明一实施例提供的即时检测装置的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的即时检测装置的俯视图；
图3是本发明一实施例提供的即时检测装置中电极印刷板的俯视图；
图4A是本发明一实施例提供的Whatman 1号层析纸具有亲水性时的表面样貌图；
图4B是本发明一实施例提供的Whatman 1号层析纸具有疏水性时的表面样貌图；
图5是本发明一实施例提供的即时检测装置中加热片表面样貌的SEM图；
图6是对本发明一实施例提供的加热片的电热性能测试结果图；
图7A-7E是对本发明一实施例提供的加热片在不同电压下电热性能测试结果图；
图8A是本发明一实施例提供的加热片在不同电压下红外观察图；
图8B是本发明一实施例提供的加热片在5V电压下不同时间的红外观察图；
图9是本发明一实施例提供的纸基芯片密封性测试结果示意图；
图10A是本发明一实施例提供的含有不同浓度HBV核酸的LAMP反应结果示意图；
图10B是本发明一实施例提供的含有不同浓度HBV核酸的LAMP反应结果示意图。
附图标记说明：
1：电池、2：电极印刷板、3：加热片、4：纸基芯片、2-1：塑料板、2-2：电极条。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。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。
实施例1
本实施例提供了一种适用于核酸检测的即时检测装置，如图1-2所示，该装置包括电池1、电极印刷板2、加热片3、纸基芯片4，使用双面胶或固体胶将电极印刷板2、加热片3以及纸基芯片之间粘结起来，并使接触面平整充分接触，以下就各部分进行详细介绍：
电池1用于为加热片提供电源，电压为5V；
电池1的一端设置有电极印刷板2，电极印刷板2作为即时检测装置的底板，并为加热片3提供电极，具体地，如图3所示，电极印刷板2包括塑料板2-1以及设置在塑料板2-1上表面的电极条2-2，塑料板2-1为45mm*36mm的长方形，通过丝网印刷机将氯化导电银浆印刷在塑料板表面，形成电极条2-2。
电极印刷板2的上方设置有加热板3，作为加热元件为纸基芯片中的反应提供温度，加热片3包括尼龙滤纸和尼龙滤纸表面的加热层，加热层包括多壁碳纳米管和十二烷基苯磺酸钠，
具体地，加热片3的制备方法包括如下步骤：
将0.015g的多壁碳纳米管和0.005g的十二烷基苯磺酸钠混合在100mL的去离子水中，超声分散1h后，倒入放有尼龙滤纸的抽滤器中抽滤，使得多壁碳纳米管压实在尼龙滤纸表面，多壁碳纳米管相互交叉形成电路系统，为纸基芯片供热，抽滤完成后将多壁碳纳米管和尼龙滤纸放入烘箱中烘干、剪裁后得到加热片3。
加热片3的上方设置有纸基芯片4，用于核酸检测反应，具体地，纸基芯片4包括依次层叠设置的六层Whatman 1号层析纸以及Whatman 1号层析纸上方的透明层，其中，Whatman 1号层析纸的大小为25mm*25mm的正方形，最下层的层析纸作为基底，其余五层依次设置在其上方，五层层析纸中心位置设置有直径为5mm的圆孔，组成纸基芯片的凹槽，此时层析纸表面形貌如图4A所示，随后将纸基芯片表面涂布一层蜡层，使得蜡填充在层析纸的纤维中，纸基芯片表面疏水，用于容纳检测过程所涉及的试剂，此时层析纸表面形貌如图4B所示；而层析纸上表面设置有塑料密封膜或盖玻片，用于密封纸基芯片和观察纸基芯片内的反应。
本发明进一步对即时装置中的加热片表面样貌进行SEM观察，如图5所示，多壁碳纳米管直径为50nm左右，长度为10-20μm。
为了进一步研究加热片的加热性能，本申请选用三个电阻值(10Ω、15Ω、20Ω)的加热片进行电热性能测试，具体地，在加热片两端依次施加1-5V电压，待加热片表面稳定后测试加热片地平均温度，测试结果如图6所示，可以看出，随着电压地增大，加热片的温度越高，加热片的电阻越小，温度越高，并且在5V电压下，三种不同电阻的加热片均可达到60℃以上，本领域技术人员可根据核酸反应所需温度调节加热片的电阻以及电池电压。
进一步地，本发明还测试了10Ω、15Ω、20Ω的加热片在1-5V电压下的温度，测试结果如图7A-7E所示，可以看出，当电压在1-3V时，加热片均无法达到60℃，无法满足检测反应所需温度，当电压达到4V以上时，加热片可在5min内达到60℃以上。
进一步地，使用红外摄像机观察15Ω加热片在不同电压和不同时间的温度分布，其中，图8A为加热片在不同电压下达到稳定时的温度分布，图8B为加热片在5V电压下不同时间下的温度分布，根据图8A-8B可知，本发明提供的加热片加热温度分布均匀，可对其表面的纸基芯片均匀加热，具有良好的加热性能。
综上，本发明提供的加热片可对其表面的纸基芯片进行均匀加热，为核酸检测反应提供所需的温度，而且升温速度较快，具有加热稳定、制备成本低，安全性高等优点。
本发明在最上层Whatman 1号层析纸表面设置有透明层，具体为塑料密封膜或盖玻片，本发明进一步对纸基芯片的密封性进行测试，具体地，将装有25μL去离子水的纸基芯片放在60℃烘箱中45min，观察水的蒸发量，测试结果如图9所示，水量仅减少了5％左右，说明本发明提供的纸基芯片具有较好的密封性，可有效用于核酸检测反应。
此外，可以在纸基芯片表面设置两个或两个以上的凹槽，可为多个同时进行的反应提供反应腔室，具体凹槽个数可结合实际需要进行设置。
实施例2
本实施例以HBV为例，使用实施例1提供的装置进行检测，具体测试方法包括如下步骤：
首先，根据HBV核酸序列，设计以下LAMP引物：
B3:5'-CGGGGTTTTTCTTGTTGAC-3',
F3:5'-TGAGGCATAGCAGCAGGAT-3',
BIP:5'-TCCCCCTAGAAAATTGAGAGAAGTAATCCTCACAATACCACAGAG-3',FIP:5'-TGGCCAAAATTCGCAGTCCCAAAACGCCGCAGACACATC-3'。
将5μL，5M的甜菜碱、1μL，150mM的MgSO4、3.5μL，10mM的dNTPs、2.5μL 10×Bsm缓冲液(购自Thermo Scientific)、1μL Bsm大片段DNA聚合酶(8U/μL，购自ThermoScientific)、5μL去离子水、1μL HBV DNA、0.5μL，10μM的引物F3、0.5μL，10μM的引物B3、2μL，20μM的引物FIP、2μL，20μM的引物BIP以及1μL，3mM的HNB配制得到25μL的LAMP试剂。
提取HBV的DNA并配制5IU/mL-5×109IU/mL(10倍梯度稀释)的待测样品，使用HNB作为颜色指示剂，加入到即时检测装置的凹槽中，编号1-10，并同时设置对照组n(对照组内不包括HBV的DNA)，在5V电压下加热15Ω的加热片，反应45min后，通过透明层观察所有反应的颜色，具体如图10A所示，可以看出，实验组1-10均呈蓝色(阳性)，而对照组n为紫色(阴性)，为了避免假阳性结果，本发明进一步使用1％琼脂糖凝胶电泳确定每种浓度的LAMP反应，检测结果如图10B所示，可以看出，阳性条带均有拖尾条带，确定LAMP反应成功，也进一步说明本发明提供的装置可用于核酸检测，该装置具有体积小，可视化观察检测过程，操作简单、使用便捷等优点，对于贫困或资源有限地区实现核酸检测具有重要的意义。
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 (10)

1.一种适用于核酸检测的即时检测装置，其特征在于，包括电池、电极印刷板、加热片、纸基芯片，其中，
所述电池与所述电极印刷板连接，所述加热片设置在所述电极印刷板的上表面，所述电池用于为所述加热片提供电源，所述电极印刷板用于为所述加热片提供电极；所述加热片包括尼龙滤纸和尼龙滤纸表面的加热层，所述加热层包括多壁碳纳米管和十二烷基苯磺酸钠；
所述纸基芯片设置在所述加热片的上表面，所述纸基芯片中心位置设置有至少一个凹槽，用于核酸检测反应，所述纸基芯片包括依次层叠设置的六层Whatman 1号层析纸，所述Whatman 1号层析纸上方设置有透明层，用于密封所述纸基芯片和观察纸基芯片内的反应。
2.如权利要求1所述的即时检测装置，其特征在于，所述加热片通过如下制备方法制备得到：将所述多壁碳纳米管和所述十二烷基苯磺酸钠分散于去离子水中，倒入放有所述尼龙滤纸的抽滤器中抽滤，抽滤完成后经烘干、剪裁后得到所述加热片。
3.如权利要求2所述的即时检测装置，其特征在于，所述多壁碳纳米管和所述十二烷基苯磺酸钠的质量比为3:1。
4.如权利要求1所述的即时检测装置，其特征在于，所述加热片的电阻为10-20Ω。
5.如权利要求1所述的即时检测装置，其特征在于，所述纸基芯片表面设置有蜡层。
6.如权利要求1所述的即时检测装置，其特征在于，所述透明层为塑料密封膜或盖玻片。
7.如权利要求1所述的即时检测装置，其特征在于，所述电极印刷板包括塑料板以及设置在塑料板靠近所述加热片表面上的电极条。
8.如权利要求7所述的即时检测装置，其特征在于，所述电极条通过丝网印刷机将氯化导电银浆印刷在所述塑料板表面。
9.如权利要求1所述的即时检测装置，其特征在于，所述电池的电压为1-20V。
10.如权利要求1所述的即时检测装置，其特征在于，所述电池的电压为1.5-10V。
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