CN114410448A - 多靶标核酸检测的微流控芯片及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了多靶标核酸检测的微流控芯片及检测方法，包括一种多靶标核酸检测的微流控芯片，包括：芯片主板，包括观察面与流动面，所述观察面与流动面表面均设有薄膜层；所述芯片主板上方设有加样漏斗，所述加样漏斗内设有加样口；所述观察面上部设有数个扩增孔，所述扩增孔内设有冻干酶球一，所述扩增孔侧边设有囊泡孔，所述观察面中部设有倍数于扩增孔检测孔，所述检测孔内设有冻干酶球二。本发明的有益效果为：将样本的提取、扩增和检测分开进行，其中提取步骤在提取瓶中实现，然后加样直接用提取瓶滴加到芯片的方式完成，将扩增和检测在同一个芯片上分步进行，保证反应充分和检测精度。
Description
技术领域
本发明属于微流控检测技术领域，具体涉及多靶标核酸检测的微流控芯片及检测方法。
背景技术
传统的核酸检测都要经过提取，纯化，扩增，检测多个步骤，需要用到多台仪器实现，优点是可批量处理样本，缺点是时间长，操作步骤繁琐。
现有的通过微流控芯片检测核酸技术：
1.转盘式芯片微流控产品，人工用注射器加样，通过离心力驱动液体，优点是单个芯片可设计10-30个检测孔位，但一般核酸检测靶标2-6个，缺点是需要加样需要通过注射器，加样后需手工操作密封，比如在加样口和排气口贴膜，使用较复杂，只适用医院场景多人份同时检测。
2.组合芯片微流控产品：一个芯片负责提取和纯化，通过仪器配合把纯化后样本加到检测芯片，优点是可实现POCT单人份检测，缺点是加样需要注射器，过程复杂，一次检测需要两个芯片，成本高，适用医院的POCT场景。
3.家用微流控产品：提取后样本通过压力加入到检测芯片中，扩增、检测同时进行，省去扩增后驱动液体的步骤，优点是使用过程简单，可实现个人使用的场景，缺点是样本未经纯化，扩增和检测同时进行，影响检测精度。
综上所述，为解决现有的技术问题，本发明设计了多靶标核酸检测的微流控芯片及检测方法。
发明内容
本发明为解决现有的技术问题，设计了多靶标核酸检测的微流控芯片及检测方法。
本发明的目的可通过以下技术方案来实现：
一种多靶标核酸检测的微流控芯片，包括：
芯片主板，包括观察面与流动面，所述观察面与流动面表面均设有薄膜层；
所述芯片主板上方设有加样漏斗，所述加样漏斗内设有加样口；
所述观察面上部设有数个扩增孔，所述扩增孔内设有冻干酶球一，所述扩增孔侧边设有囊泡孔，所述观察面中部设有倍数于扩增孔检测孔，所述检测孔内设有冻干酶球二；
所述流动面上部设有第一分流道，所述第一分流道上端与加样口连通，所述第一分流道下端连通有第二分流道，所述第二分流道下端与扩增孔上部连通，所述第一分流道上端的上方连通有加压流道，所述加压流道与囊泡孔连通，所述流动面中部设有第三分流道，所述第三分流道上端与扩增孔下部连通，所述第三分流道下端与检测孔上部连通。
进一步的，所述加样口侧边设有排气口，所述加样漏斗内于加样口与排气口之间设有隔板，所述观察面于扩增孔上方设有排气流道，所述排气流道下端与扩增孔侧面连通，所述流动面上部设有防喷流道，所述排气流道上端通过防喷流道与排气口连通。
进一步的，所述加样漏斗上设有铝箔膜，所述加样口上方套设有密封盖。
进一步的，所述扩增孔与第三分流道之间设有第一重力阀，所述第一重力阀包括上开口弯曲和下开口弯曲，所述上开口弯曲设置在扩增孔下方，所述下开口弯曲设置在扩增孔上方。
进一步的，所述观察面下部设有压力平衡槽，所述流动面下部设有汇聚流道，所述汇聚流道上端与检测孔连通，所述汇聚流道下端与压力平衡槽连通，所述汇聚流道与压力平衡槽连通处设有疏水透气膜。
进一步的，所述检测孔与汇聚流道之间设有第二重力阀。
进一步的，所述囊泡孔表面设有塑性膜层。
进一步的，所述加压流道中部设有防流淌弯折。
一种用于权利要求1所述多靶标核酸检测的微流控芯片的检测方法，包括以下步骤：
S1、撕去加样口上的铝箔膜，将样本提取液通过滴加的方式加入加样孔；
S2、样本提取液通过第一分流道与第二分流道，分流进入扩增孔内，与冻干酶球一发生反应；
S3、样本提取液充满扩增孔后，在加样口上盖上密封盖；
S4、待样本提取液完成第一次扩增反应后，挤压囊泡孔上的球状薄膜，通过囊泡孔向扩增孔输出压力，使样本提取液通过第一重力阀与第二分流道，分流进入检测孔，与冻干酶球二发生反应。
S5、由光学传感器读取检测孔内的荧光信号，其中一个检测孔作为内参，剩余检测孔为靶标检测孔。
相比现有技术，本发明结构设置合理：1、将样本的提取、扩增和检测分开进行，其中提取步骤在提取瓶中实现，然后加样直接用提取瓶滴加到芯片的方式完成，将扩增和检测在同一个芯片上分步进行，保证反应充分和检测精度；2、芯片加样漏斗的进样口设计，利用重力和毛细作用力完成进样，不需要注射器或加样枪；3、排气口和加样口集中在一起，只需一个密封盖便可完成整个芯片的密封，避免气溶胶污染；4、样本扩增后，通过挤压芯片表面的囊泡产生压力，驱动液体进入检测孔位，在保证密封的同时，可实现扩增后全自动驱动液体；5、流道设计利用重力，可实现重力阀门、自动排气的功能；6、操作简单，滴加样本后盖上密封盖，其余操作都由仪器自动完成，适合家用或社区、企业使用场景，可实现单人份POCT检测。
附图说明
图1为观察面示意图；
图2为流动面示意图；
图3为加样漏斗结构示意图；
图4为囊泡孔结构示意图；
参见图1至图4，其中：1、芯片主板；2、观察面；21、扩增孔；211、冻干酶球一；22、囊泡孔；221、塑性膜层；23、检测孔；231、冻干酶球二；24、排气流道；25、压力平衡槽；3、流动面；31、第一分流道；32、第二分流道；33、加压流道；331、防流淌弯折；34、第三分流道；35、防喷流道；36、第一重力阀；361、上开口弯曲；362、下开口弯曲；37、汇聚流道；371、疏水透气膜；38、第二重力阀；4、薄膜层；5、加样漏斗；51、加样口；52、排气口；53、隔板；54、铝箔膜；55、密封盖。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的技术方案作进一步的阐述。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一：
一种多靶标核酸检测的微流控芯片，包括：
芯片主板1，包括观察面2与流动面3，所述观察面2与流动面3表面均设有薄膜层4；
所述芯片主板1上方设有加样漏斗5，所述加样漏斗5内设有加样口51；
所述观察面2上部设有数个扩增孔21，所述扩增孔21内设有冻干酶球一211，所述扩增孔21侧边设有囊泡孔22，所述观察面2中部设有倍数于扩增孔21检测孔23，所述检测孔23内设有冻干酶球二231；
所述流动面3上部设有第一分流道31，所述第一分流道31上端与加样口51连通，所述第一分流道31下端连通有第二分流道32，所述第二分流道下端32与扩增孔21上部连通，所述第一分流道31上端的上方连通有加压流道33，所述加压流道33与囊泡孔22连通，所述流动面3中部设有第三分流道34，所述第三分流道34上端与扩增孔21下部连通，所述第三分流道34下端与检测孔23上部连通。
具体的，芯片主板1所用材料可以是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)或聚丙烯(PP)，优选为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，通过注塑加工成型，表面的薄膜层4将各孔洞与各流道围合密封，薄膜层4的封膜工艺可以是激光焊接、热压焊接、超声焊接，优选为激光焊接。使用时，将样本提取液通过滴加的方式加入加样口51，由重力和毛细作用下，经过第一分流道31与第二分流道32的两次分流，将样本提取液均匀分流到各个扩增孔21内，与冻干酶球一211反应，由于加压流道33在第一分流道31上方，加样时不会流入加压流道33内；加样完成后，密封住加样口51保持微流芯片内部气密性，挤压囊泡孔22上的薄膜层4，囊泡孔22内存在有空气或液态油等内容物，受挤压后流至加压流道33，但停留在加压流道33不会流至后续流道，通过加压流道33向后续流道加压，压力传递至扩增孔21，将扩增孔21内的样本提取液从第三分流道34压出，并均匀分流到检测孔23内，与冻干酶球二231反应，多个检测孔23的其中一个作为内参，其余检测孔23为靶标检测孔，通过光学传感器读取每个检测孔23内的荧光信号。
实施例二：
实施例二与实施例一的区别在于，所述加样口51侧边设有排气口52，所述加样漏斗5内于加样口51与排气口52之间设有隔板53，所述观察面2于扩增孔21上方设有排气流道24，所述排气流道24下端与扩增孔21侧面连通，所述流动面3上部设有防喷流道35，所述排气流道24上端通过防喷流道35与排气口52连通。
具体的，在由加样孔51向扩增孔21内滴加样本提取液时，需要通过排气流道24与排气口52排出扩增孔21内原有的空气，排气流道24与排气口52之间横向设置的防喷流道35，可以增加空气在排出时的阻力，防止样本提取液进入速度过快，从排气流道24和排气口52溢出；排气口52与加样口51同设在加样漏斗5内，在进行挤压囊泡孔22步骤时，可以同时密封，保持气密性。
实施例三：
实施例三与实施例一的区别在于，所述加样漏斗5上设有铝箔膜54，所述加样口5上方套设有密封盖55。
具体的，使用前，铝箔膜54密封住加样漏斗5的上开口，使微流芯片内部与外界隔绝，避免储存时受到污染，也可提升冻干酶球一211、冻干酶球二231的保持时间，密封盖55可以保护铝箔膜54不会破损，使用时需要先打开密封盖55，将铝箔膜54撕去；在滴加完样品提取液后，可以使用密封盖55再次将加样漏斗5的上开口密封，保持内部气密性。
实施例四：
实施例四与实施例一的区别在于，所述扩增孔21与第三分流道34之间设有第一重力阀36，所述第一重力阀36包括上开口弯曲361和下开口弯曲362，所述上开口弯曲361设置在扩增孔21下方，所述下开口弯曲362设置在扩增孔21上方。
具体的，上开口弯曲361可以增加样本提取液从扩增孔21流出的阻力，由于连通器效应，样本提取液在上开口弯曲361与下开口弯曲362之间流道的液面高度，与扩增孔21内液面高度相同，下开口弯曲362高于扩增孔21，可以保证样本提取液优先充满扩增孔21，而不会流入后续流道。
实施例五：
实施例五与实施例一的区别在于，所述观察面2下部设有压力平衡槽25，所述流动面3下部设有汇聚流道37，所述汇聚流道37上端与检测孔23连通，所述汇聚流道37下端与压力平衡槽25连通，所述汇聚流道37与压力平衡槽25连通处设有疏水透气膜371。
具体的，压力平衡槽25可以在挤压囊泡孔22的步骤时，容纳检测孔23排出的空气，压力平衡槽25表面的薄膜层会鼓出，通过薄膜层的微形变多容纳空气，使芯片内部不会压力过高；疏水透气膜371保证空气可进入，而液体不会流入，以确保检测孔23里充满液体且处于正压。
实施例六：
实施例六与实施例一的区别在于，所述检测孔23与汇聚流道37之间设有第二重力阀38。
具体的，第二重力阀38可以保证液体优先充满检测孔23，且第二重力阀38与检测23孔的连通处，位于检测孔23的上部，起到优先排除气泡的作用。
实施例七：
实施例七与实施例一的区别在于，所述囊泡孔22表面设有塑性膜层221。
具体的，挤压囊泡孔22后，塑性膜层221可以保持挤压变形的状态不会回弹，使挤压出的样本提取液不会回流。
实施例八：
实施例八与实施例一的区别在于，所述加压流道33中部设有防流淌弯折331。
具体的，防流淌弯折331可以防止囊泡孔22内的内容物在挤压后，流淌进后续流道。
实施例九：
一种用于权利要求1所述多靶标核酸检测的微流控芯片的检测方法，包括以下步骤：
S1、撕去加样口上的铝箔膜，将样本提取液通过滴加的方式加入加样孔；
S2、样本提取液通过第一分流道与第二分流道，分流进入扩增孔内，与冻干酶球一发生反应；
S3、样本提取液充满扩增孔后，在加样口上盖上密封盖；
S4、待样本提取液完成第一次扩增反应后，挤压囊泡孔上的球状薄膜，通过囊泡孔向扩增孔输出压力，使样本提取液通过第一重力阀与第二分流道，分流进入检测孔，与冻干酶球二发生反应。
S5、由光学传感器读取检测孔内的荧光信号，其中一个检测孔作为内参，剩余检测孔为靶标检测孔。
本发明的优点在于，1、将样本的提取、扩增和检测分开进行，其中提取步骤在提取瓶中实现，然后加样直接用提取瓶滴加到芯片的方式完成，将扩增和检测在同一个芯片上分步进行，保证反应充分和检测精度；2、芯片加样漏斗的进样口设计，利用重力和毛细作用力完成进样，不需要注射器或加样枪；3、排气口和加样口集中在一起，只需一个密封盖便可完成整个芯片的密封，避免气溶胶污染；4、样本扩增后，通过挤压芯片表面的囊泡产生压力，驱动液体进入检测孔位，在保证密封的同时，可实现扩增后全自动驱动液体；5、流道设计利用重力，可实现重力阀门、自动排气的功能；6、操作简单，滴加样本后盖上密封盖，其余操作都由仪器自动完成，适合家用或社区、企业使用场景，可实现单人份POCT检测。
本文中所描述的仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。本发明所属领域的技术人员对所描述的具体实施例进行的修改或补充或采用类似的方式替换，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种多靶标核酸检测的微流控芯片，其特征在于，包括：
芯片主板，包括观察面与流动面，所述观察面与流动面表面均设有薄膜层；
所述芯片主板上方设有加样漏斗，所述加样漏斗内设有加样口；
所述观察面上部设有数个扩增孔，所述扩增孔内设有冻干酶球一，所述扩增孔侧边设有囊泡孔，所述观察面中部设有倍数于扩增孔的检测孔，所述检测孔内设有冻干酶球二；
所述流动面上部设有第一分流道，所述第一分流道上端与加样口连通，所述第一分流道下端连通有第二分流道，所述第二分流道下端与扩增孔上部连通，所述第一分流道上端的上方连通有加压流道，所述加压流道与囊泡孔连通，所述流动面中部设有第三分流道，所述第三分流道上端与扩增孔下部连通，所述第三分流道下端与检测孔上部连通。
2.根据权利要求1所述的一种多靶标核酸检测的微流控芯片，其特征在于，所述加样口侧边设有排气口，所述加样漏斗内于加样口与排气口之间设有隔板，所述观察面于扩增孔上方设有排气流道，所述排气流道下端与扩增孔侧面连通，所述流动面上部设有防喷流道，所述排气流道上端通过防喷流道与排气口连通。
3.根据权利要求2所述的一种多靶标核酸检测的微流控芯片，其特征在于，所述加样漏斗上设有铝箔膜，所述加样口上方套设有密封盖。
4.根据权利要求1所述的一种多靶标核酸检测的微流控芯片，其特征在于，所述扩增孔与第三分流道之间设有第一重力阀，所述第一重力阀包括上开口弯曲和下开口弯曲，所述上开口弯曲设置在扩增孔下方，所述下开口弯曲设置在扩增孔上方。
5.根据权利要求1所述的一种多靶标核酸检测的微流控芯片，其特征在于，所述观察面下部设有压力平衡槽，所述流动面下部设有汇聚流道，所述汇聚流道上端与检测孔连通，所述汇聚流道下端与压力平衡槽连通，所述汇聚流道与压力平衡槽连通处设有疏水透气膜。
6.根据权利要求5所述的一种多靶标核酸检测的微流控芯片，其特征在于，所述检测孔与汇聚流道之间设有第二重力阀。
7.根据权利要求1所述的一种多靶标核酸检测的微流控芯片，其特征在于，所述囊泡孔表面设有塑性膜层。
8.根据权利要求1所述的一种多靶标核酸检测的微流控芯片，其特征在于，所述加压流道中部设有防流淌弯折。
9.一种用于权利要求1所述多靶标核酸检测的微流控芯片的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、撕去加样口上的铝箔膜，将样本提取液通过滴加的方式加入加样孔；
S2、样本提取液通过第一分流道与第二分流道，分流进入扩增孔内，与冻干酶球一发生反应；
S3、样本提取液充满扩增孔后，在加样口上盖上密封盖；
S4、待样本提取液完成第一次扩增反应后，挤压囊泡孔上的球状薄膜，通过囊泡孔向扩增孔输出压力，使样本提取液通过第一重力阀与第二分流道，分流进入检测孔，与冻干酶球二发生反应。
S5、由光学传感器读取检测孔内的荧光信号，其中一个检测孔作为内参，剩余检测孔为靶标检测孔。
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