CN114591812B - 生物反应芯片及离心式微流控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物反应芯片及离心式微流控系统,生物反应芯片包括:反应主体,反应主体内分别设置有裂解结合腔、清洗腔及洗脱腔,反应主体上开设有与裂解结合腔连通的加液口,以加注样本;与反应主体可滑移且密封连接的磁珠转移板,磁珠转移板能够带动磁珠转移腔分别移动至与裂解结合腔、清洗腔及洗脱腔的连通处,以使得磁珠转移板能够在磁力作用下,将裂解结合腔内的磁珠吸附至磁珠转移腔内,以清洗磁珠转移腔内的磁珠,以及洗脱磁珠转移腔内的磁珠。本发明通过设置磁珠转移板滑移实现将磁珠分别转运至裂解结合腔、清洗腔及洗脱腔来实现各个步骤的进行,便于实现磁珠的转移控制,且核酸的提取通过磁珠实现,降低了芯片的成本。
Description
技术领域
本发明涉及体外诊断设备技术领域,尤其是涉及一种生物反应芯片及离心式微流控系统。
背景技术
面对新冠疫情的重大挑战,需要芯片和系统在短时间内完成核酸检测,实现“样本进-结果出”。核酸检测的流程主要分为核酸提取、核酸扩增、结果检测部分。
核酸提取主要有硅膜法,而硅膜法提取需要较高的芯片制造工艺,会极大地提高芯片的制造成本。为了降低成本,目前,市面上有一些采用磁珠法,而磁珠法难以对磁珠进行有效控制以实现核酸的提取。
发明内容
有鉴于此,本发明的第一个目的是提供一种生物反应芯片,旨在降低核酸提取所需的芯片制造成本,便于对磁珠进行有效控制以实现转移,进而方便核酸的提取。
本发明的第二个目的是提供一种离心式微流控系统。
为了实现上述第一个目的,本发明提供了如下方案:
一种生物反应芯片,包括:
反应主体,所述反应主体内分别设置有裂解结合腔、预加有清洗液的清洗腔及预加有洗脱液的洗脱腔,所述反应主体上开设有与所述裂解结合腔连通的加液口,以加注混合有待测细胞、裂解结合液及磁珠的样本;
与所述反应主体可滑移且密封连接的磁珠转移板,所述磁珠转移板面向所述反应主体的面上开设有磁珠转移腔,所述磁珠转移板能够带动所述磁珠转移腔分别移动至与所述裂解结合腔、所述清洗腔及所述洗脱腔的连通处,以使得所述磁珠转移板能够在磁力作用下,将所述裂解结合腔内的磁珠吸附至所述磁珠转移腔内,以清洗所述磁珠转移腔内的磁珠,以及洗脱所述磁珠转移腔内的磁珠。
在一个具体的实施方案中,所述反应主体内还分别设置有预加有扩增液的预扩增腔、预加有反应液的反应液存储腔、预混合腔以及预设个反应腔,预混合腔分别与所述预扩增腔及所述反应液存储腔通过第一开关阀及第二开关阀连通,各个所述反应腔内分别加设有不同的引物;
所述反应主体在离心力的作用下,所述洗脱腔内的液体能够进入所述预扩增腔,所述扩增腔内的液体及所述反应液存储腔内的液体能够进入所述反应液存储腔混合后,进入各个所述反应腔内。
在另一个具体的实施方案中,所述反应主体内还设置有反应液混合腔,
沿着远离所述生物反应芯片的离心中心的方向,所述反应液存储腔、所述第二开关阀、所述反应液混合腔及所述预混合腔依次连通设置;
和/或
所述第一开关阀及所述第二开关阀均为石蜡阀,且在加热及离心力作用下能够打开所述第一开关阀及所述第二开关阀。
在另一个具体的实施方案中,所述生物反应芯片还包括盛放在所述裂解结合腔内的第一钢珠及盛放在所述反应液存储腔内的第二钢珠;
所述第一钢珠能够进入所述磁珠转移腔、所述洗脱腔及所述预扩增腔内;
所述第二钢珠能够进入所述反应液混合腔内。
在另一个具体的实施方案中,所述反应主体内还设置有缓冲腔,
沿着远离所述生物反应芯片的离心中心的方向,所述洗脱腔、所述第一开关阀、所述预扩增腔、所述缓冲腔及所述预混合腔依次连通设置;
和/或
所述反应主体内还设置有分配通道,
沿着远离所述生物反应芯片的离心中心的方向,所述预混合腔、所述分配通道及所述反应腔依次连通设置。
在另一个具体的实施方案中,所述预扩增腔与所述缓冲腔之间通过第一虹吸通道连通;
所述反应液混合腔与所述预混合腔之间通过第二虹吸通道连通;
所述预混合腔与所述分配通道之间通过第三虹吸通道连通,所述第三虹吸通道上安装有第三开关阀。
在另一个具体的实施方案中,所述预扩增腔与所述反应液混合腔及所述预混合腔通过第一通气结构连接以通气,所述第一通气结构分别连通所述预扩增腔、所述反应液混合腔及所述预混合腔的位置处设置有第一通气开关阀;
所述预混合腔与所述分配通道之间通过第二通气结构连接以通气,所述第二通气结构连通所述预混合腔的位置处设置有第二通气开关阀。
在另一个具体的实施方案中,所述反应主体包括芯片主体、密封体、密封垫及压紧板;
所述密封垫设置在所述芯片主体及所述磁珠转移板之间,所述压紧板与所述芯片主体连接,且压紧所述磁珠转移板到所述芯片主体上;
所述压紧板及所述磁珠转移板中,一者上开设有长条滑槽,另一者上设置有与所述长条滑槽滑移连接的滑移杆;
所述芯片主体上开设有对应各个腔的凹槽,所述密封体密封安装在所述芯片主体上,以密封所述凹槽形成各个腔。
在另一个具体的实施方案中,所述反应主体上还开设有第一排气孔、清洗液加液口、洗脱液加样口、第二排气孔及反应液加样口,
所述第一排气孔与所述裂解结合腔连通,用于所述裂解结合腔内加入所述样本时,排出所述裂解结合腔内的气体,
所述清洗液加液口与所述清洗腔连通,用于向所述清洗腔内注入清洗液,
所述第二排气孔与所述清洗腔连通,用于在所述清洗腔加入清洗液时,排出所述清洗腔内的气体,
所述洗脱液加样口与所述洗脱腔连通,用于向所述洗脱腔内注入洗脱液,
所述反应液加样口与所述反应液存储腔连通,用于向所述反应液存储腔内注入反应液;
和/或
所述裂解结合腔的侧壁设置有用于导向的第一导向面,
所述清洗腔的侧壁设置有用于导向的第二导向面。
根据本发明的各个实施方案可以根据需要任意组合,这些组合之后所得的实施方案也在本发明范围内,是本发明具体实施方式的一部分。
本发明提供的生物反应芯片,使用时,预先向清洗腔注入清洗液,并预先向洗脱腔注入洗脱液;接着,通过加液口向裂解结合腔内注入混合有待测细胞、裂解结合液及磁珠的样本,待测细胞在裂解结合液的作用下破裂,核酸吸附到磁珠上;然后,驱动磁珠转移板滑移至磁珠转移腔与裂解结合腔连通处;接着,在磁力作用下,将裂解结合腔内的磁珠吸附至磁珠转移腔内;然后,驱动磁珠转移板滑移至磁珠转移腔与清洗腔连通处,以清洗磁珠转移腔内的磁珠;最后,驱动磁珠转移板滑移至磁珠转移腔与洗脱腔连通处,以洗脱磁珠转移腔内的核酸,实现核酸的提取。本发明通过设置磁珠转移板滑移实现将磁珠分别转运至裂解结合腔、清洗腔及洗脱腔来实现各个步骤的进行,便于实现磁珠的转移控制,且核酸的提取通过磁珠实现,降低了芯片的成本。
为了实现上述第二个目的,本发明提供了如下方案:
一种离心式微流控系统,包括芯片托盘模块、动力组件、核酸提取模块、信号检测模块及如上述中任意一项所述的生物反应芯片;
所述生物反应芯片固定在所述芯片托盘模块上;
所述动力组件与所述芯片托盘模块传动连接,以驱动所述芯片托盘模块转动,带动所述生物反应芯片做离心运动;
所述核酸提取模块用于完成所述生物反应芯片中核酸的提取;
所述信号检测模块用于对所述生物反应芯片上的结果进行读取。
在一个具体的实施方案中,所述芯片托盘模块包括盛放件、压紧盘及压紧件;
所述盛放件上开设有容纳所述生物反应芯片的容纳槽;
所述压紧盘压设所述生物反应芯片到所述容纳槽内;
所述压紧件锁止所述压紧盘及所述盛放件。
在另一个具体的实施方案中,所述盛放件包括托盘主体、下盖及加热膜;
所述托盘主体上开设有至少1个容纳孔,且所述容纳孔沿着所述托盘主体的轴心环布设置;
所述加热膜固定在所述托盘主体的底端,以封闭所述容纳孔的孔底,以形成所述容纳槽,所述加热膜用于加热所述生物反应芯片至预设反应温度;
所述下盖固定在所述加热膜的底端,以将所述加热膜固定到所述托盘主体上。
在另一个具体的实施方案中,所述核酸提取模块包括凸台、磁吸件、滑台、滑轨及提取控制机构;
所述滑轨安装在所述提取控制机构上,所述滑台与所述滑轨可滑移连接,所述提取控制机构用于控制所述滑台沿着所述滑轨滑动;
所述凸台安装在所述滑台上,用于随着所述滑台的滑移推动所述生物反应芯片的磁珠转移板相对于所述生物反应芯片的反应主体滑移;
所述磁吸件安装在所述凸台上,以吸附所述反应主体内的磁珠至所述生物反应芯片的磁珠转移腔内。
在另一个具体的实施方案中,所述核酸提取模块还包括与所述提取控制机构信号连接的加热件;
所述加热件固定在所述凸台上,且位于所述托盘主体的中心处,所述磁吸件与所述生物反应芯片一一对应设置,且环形均布在所述加热件的周向;
所述加热件用于加热各个所述生物反应芯片。
在另一个具体的实施方案中,所述动力组件包括电源模块及电机模块;
所述电源模块用于给所述离心式微流控系统中的各模块提供电能;
所述电机模块与所述芯片托盘模块传动连接。
在另一个具体的实施方案中,所述电机模块包括电机、传动装置、码盘、滑环、温度控制板及支撑架;
所述电机、所述码盘及所述滑环均安装在所述支撑架上,所述电机通过所述传动装置分别与所述码盘的转子及所述滑环的转子传动连接,所述温度控制板与所述芯片托盘模块连接,所述滑环用于给所述温度控制板提供电能。
在另一个具体的实施方案中,所述离心式微流控系统还包括外壳;
所述芯片托盘模块、所述动力组件、所述核酸提取模块、所述信号检测模块及所述生物反应芯片均安装在所述外壳内。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a为本发明实施例提供的离心式生物反应芯片示意图;
图1b为本发明实施例提供的离心式生物反应芯片爆炸图;
图1c为本发明实施例提供的离心式生物反应芯片右侧视示意图;
图1d为本发明实施例提供的离心式生物反应芯片左侧视示意图;
图1e为本发明实施例提供的离心式生物反应芯片后视示意图;
图1f为本发明实施例提供的离心式生物反应芯片下视示意图;
图1g为本发明实施例提供的离心式生物反应芯片主体正视图;
图2为本发明实施例提供的磁珠转移板示意图;
图3a为本发明实施例提供的离心式微流控系统示意图;
图3b为本发明实施例提供的离心式微流控系统剖面图;
图4为本发明实施例提供的提取模块示意图;
图5a为本发明实施例提供的芯片托盘模块示意图;
图5b为本发明实施例提供的芯片托盘模块爆炸图;
图6为本发明实施例提供的电机模块示意图;
图7为本发明实施例提供的信号检测模块示意图;
图8a-1为本发明实施例提供的生物反应芯片提取初始状态后视示意图;
图8a-2为本发明实施例提供的生物反应芯片提取初始状态下视示意图;
图8b为本发明实施例提供的生物反应芯片提取吸附状态后视示意图;
图8c为本发明实施例提供的生物反应芯片提取清洗状态后视示意图;
图8d为本发明实施例提供的生物反应芯片提取洗脱状态后视示意图;
图8e为本发明实施例提供的生物反应芯片提取洗脱状态下视示意图;
图8f为本发明实施例提供的生物反应芯片预扩增状态下视示意图;
图8g为本发明实施例提供的生物反应芯片混合状态下视示意图;
图8h为本发明实施例提供的生物反应芯片分配状态下视示意图;
图8i为本发明实施例提供的生物反应芯片扩增检测状态下视示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图1a-图8i,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“顶面”、“底面”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位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作,因此不能理解为本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
结合图1a-图8i所示,本发明一方面提供了一种生物反应芯片100,以降低核酸提取所需的芯片制造成本,便于对磁珠进行有效控制以实现转移。
具体地,生物反应芯片100包括反应主体101及磁珠转移板102,如图1a-图1e所示。反应主体101内分别设置有裂解结合腔101-1、清洗腔101-2及洗脱腔101-3,且裂解结合腔101-1、清洗腔101-2及洗脱腔101-3之间相互隔开且不导通,如图1e和图1f所示。具体裂解结合腔101-1、清洗腔101-2及洗脱腔101-3的形状及尺寸不限,可以根据需要进行设定。
如图1c所示,反应主体101上开设有与裂解结合腔101-1连通的加液口101-4,以加注混合有待测细胞、裂解结合液及磁珠的样本,且当加入样本完成后,加液口101-4密封设置。
为了便于向裂解结合腔101-1内加入样本,本发明公开了反应主体101上还开设有第一排气孔101-20,第一排气孔101-20与裂解结合腔101-1连通。第一排气孔101-20能够在向裂解结合腔101-1内加入样本时,排出裂解结合腔101-1内的气体,便于顺利加注样本到裂解结合腔101-1内。当加注完成后,采用紫外固化胶等密封第一排气孔101-20。
清洗腔101-2内预加有清洗液,洗脱腔101-3内预加有洗脱液,具体地,反应主体101上还开设有清洗液加液口101-21及洗脱液加样口101-22,清洗液加液口101-21与清洗腔101-2连通,用于向清洗腔101-2内注入清洗液,洗脱液加样口101-22与洗脱腔101-3连通,用于向洗脱腔101-3内注入洗脱液。即清洗腔101-2内预加的清洗液及洗脱腔101-3预加的洗脱液分别通过清洗液加液口101-21及洗脱液加样口101-22加注实现,当加注完成后,采用紫外固化胶等密封清洗液加液口101-21及洗脱液加样口101-22。
为了便于向清洗腔101-2内加入清洗液,本发明公开的反应主体101上还开设有第二排气孔101-23,第二排气孔101-23与清洗腔101-2连通。第二排气孔101-23能够在向清洗腔101-2加入清洗液时,排出清洗腔101-2内的气体,便于加注清洗液的顺利进行,当加注完成后,采用紫外固化胶等密封第二排气孔101-23。
磁珠转移板102与反应主体101可滑移且密封连接,磁珠转移板102面向反应主体101的面上开设有磁珠转移腔102-1,如图2所示,磁珠转移板102能够带动磁珠转移腔102-1分别移动至与裂解结合腔101-1、清洗腔101-2及洗脱腔101-3的连通处,以使得磁珠转移板102能够在磁力作用下,将裂解结合腔101-1内的磁珠吸附至磁珠转移腔102-1内,以清洗磁珠转移腔102-1内的磁珠,以及洗脱磁珠转移腔102-1内的磁珠。
具体地,芯片主体101-15上开设有与裂解结合腔101-1、清洗腔101-2及洗脱腔101-3分别连通的第一通道101-25a、第二通道101-25b及第三通道101-25c,以使得磁珠转移腔102-1能够分别与裂解结合腔101-1、清洗腔101-2及洗脱腔101-3通过第一通道101-25a、第二通道101-25b及第三通道101-25c连通,如图1g所示。
本发明提供的生物反应芯片100,使用时,预先向清洗腔101-2注入清洗液,并预先向洗脱腔101-3注入洗脱液;接着,通过加液口101-4向裂解结合腔101-1内注入混合有待测细胞、裂解结合液及磁珠的样本,待测细胞在裂解结合液的作用下破裂,核酸吸附到磁珠上;然后,驱动磁珠转移板102滑移至磁珠转移腔102-1与裂解结合腔101-1连通处;接着,在磁力作用下,将裂解结合腔101-1内的磁珠吸附至磁珠转移腔102-1内;然后,驱动磁珠转移板102滑移至磁珠转移腔102-1与清洗腔101-2连通处,以清洗磁珠转移腔102-1内的磁珠;最后,驱动磁珠转移板102滑移至磁珠转移腔102-1与洗脱腔101-3连通处,以洗脱磁珠转移腔102-1内的核酸,实现核酸的提取。本发明通过设置磁珠转移板102滑移实现将磁珠分别转运至裂解结合腔101-1、清洗腔101-2及洗脱腔101-3来实现各个步骤的进行,便于实现磁珠的转移控制,且核酸的提取通过磁珠实现,降低了芯片的成本。
在一些实施例中,如图1f所示,反应主体101内还分别设置有预扩增腔101-5、反应液存储腔101-6、预混合腔101-7以及反应腔101-8,反应腔101-8的个数为预设个,具体个数根据需要进行设定,各个反应腔101-8内分别加设有不同的引物。当然,可以理解地,也可以设置至少2个反应腔101-8内设置相同的引物,以提高检测准确度。
具体地,反应腔101-8中,装载固定有不同的引物,以检测不同的指标,值得说明的是,反应腔101-8内引物可在同一个扩增的体系下发生反应;反应腔101-8数量根据具体的反应而定,但是不少于2个,本实施例对此不做限定。
预扩增腔101-5预加有扩增液,以完成对核酸的预扩增。预混合腔101-7与预扩增腔101-5连通,为了便于控制预混合腔101-7与预扩增腔101-5的通断,本发明公开了预混合腔101-7与预扩增腔101-5之间设置有第一开关阀103。
反应液存储腔101-6能够加入反应液,具体地,反应主体101上开设有反应液加样口101-24,通过反应液加样口101-24向反应液存储腔101-6内加入反应液,并在加入完成后,通过紫外固化胶等密封反应液加样口101-24。
反应液存储腔101-6与预混合腔101-7连通,为了便于控制反应液存储腔101-6与预混合腔101-7的通断,本发明公开了反应液存储腔101-6与预混合腔101-7之间设置有第二开关阀104。
反应主体101在离心力的作用下,洗脱腔101-3内的液体能够进入预扩增腔101-5,扩增腔内的液体及反应液存储腔101-6内的液体能够进入反应液存储腔101-6混合后,进入各个反应腔101-8内。
需要说明的是,生物反应芯片100可进行两步反应检测,可适用于核酸扩增反应,如在预扩增腔101-5中可进行多重PCR(Polymerase chain reaction,聚合酶链式反应)、多重RPA(Recombinase polymerase amplification,重组酶聚合扩增)、多重LAMP(Loopmediated isothermal amplification,环介导等温扩增反应)等反应中的一种,在预混和腔中装有第二步扩增反应的试剂,例如,用于PCR、RPA、LAMP等反应的试剂,在反应腔101-8中装载了适用于第二步扩增试剂的引物用于第二步扩增,最后在反应腔101-8中检测最后的产物,上述不同的扩增方法可以进行组合。
还需要说明的是,各个反应腔101-8内引物可在同一个扩增的体系下发生反应;反应腔101-8数量根据具体的反应而定,但是不少于2个,本实施例对此不做限定。
进一步地,本发明公开了反应主体101内还设置有反应液混合腔101-9,沿着远离生物反应芯片100的离心中心的方向,反应液存储腔101-6、第二开关阀104、反应液混合腔101-9及预混合腔101-7依次连通设置。可以理解的是,反应液混合腔101-9中可以完成反应液和反应液混合腔101-9中原有试剂的混合。
具体地,第一开关阀103及第二开关阀104均为石蜡阀,且在加热及离心力作用下能够打开第一开关阀103及第二开关阀104。
为了更好地保存反应液,第一开关阀103及第二开关阀104中充满固态的石蜡,石蜡在常温状态下为固态,在高温情况下为粘稠液态,可以理解的是,石蜡不影响上述反应的进行,不影响上述石蜡阀后液体流动。此外,在存储运输过程中,反应液存储腔101-6中的液体和洗脱腔101-3中的液体不会流动至反应液混合腔101-9和预扩增腔101-5中。
第一开关阀103及第二开关阀104内预填充石蜡,石蜡种类和型号由具体的生物反应决定,本实例对此不做限定,值得说明的是,石蜡不会影响下步反应,且石蜡不会阻塞下游反应的通道。
需要说明的是,第一开关阀103及第二开关阀104为石蜡阀仅是本发明的一个具体实施方式,在实际应用中,也可以设置第一开关阀103及第二开关阀104为电磁阀等。
在一些实施例中,反应主体101内还设置有缓冲腔101-10,沿着远离生物反应芯片100的离心中心的方向,洗脱腔101-3、第一开关阀103、预扩增腔101-5、缓冲腔101-10及预混合腔101-7依次连通设置。
本发明通过设置缓冲腔101-10,有效地避免了预扩增中,预扩增腔101-5中的液体提前进入预混合腔101-7中,同时,还避免了在混合时多余预扩增液体进入预混合腔101-7中。
进一步地,本发明公开了预扩增腔101-5与缓冲腔101-10之间通过第一虹吸通道101-12连通,第一虹吸通道101-12的最内端相对于预扩增腔101-5的最内端更靠近生物反应芯片100的离心中心,此时,若预扩增完成,需要降低离心速度或者停止离心,使预扩增腔101-5内的液体通过毛细力填充到第一虹吸通道101-12,随后增大离心速度,使得预扩增腔101-5的液体可以转移到预混合腔101-7中。具体地,第一虹吸通道101-12具有亲液性。
需要说明的是,第一虹吸通道101-12具有亲液性仅是本发明的一个具体实施方式,在实际应用中,也可以在液体填充到第一虹吸通道101-12中时,通过提高离心的加速度,使得预扩增腔101-5中的液体通过欧拉力转移到预混合腔101-7中,此时,第一虹吸通道101-12不需要具有亲液性,简化了生物反应芯片100的结构,降低了整个生物反应芯片100的成本。
更进一步地,本发明公开了反应液混合腔101-9与预混合腔101-7之间通过第二虹吸通道101-13连通。第二虹吸通道101-13的最内端相对于反应液混合腔101-9的最内端更靠近生物反应芯片100的离心中心,此时,混合完成,需要降低离心速度或者停止离心,使反应液混合腔101-9内的液体通过毛细力填充到第二虹吸通道101-13,随后增大离心速度,使得反应液混合腔101-9的液体可以转移到预混合腔101-7中。具体地,第二虹吸通道101-13具有亲液性。
需要说明的是,第二虹吸通道101-13具有亲液性仅是本发明的一个具体实施方式,在实际应用中,也可以在液体填充到第二虹吸通道101-13中时,通过提高离心加速度,使得反应液混合腔101-9中的液体通过欧拉力转移到预混合腔101-7中,此时,第二虹吸通道101-13不需要具有亲液性,也简化了生物反应芯片100的结构,也降低了整个生物反应芯片100的成本。
在一些实施例中,反应主体101内还设置有分配通道101-11,沿着远离生物反应芯片100的离心中心的方向,预混合腔101-7、分配通道101-11及反应腔101-8依次连通设置。
在应用的过程中,反应液混合腔101-9和预扩增腔101-5中的液体在预混合腔101-7混合,形成预混液,预混液经分配通道101-11到达每个反应腔101-8内,每个反应腔101-8可检测一种指标,反应腔101-8之间检测指标不同。
可以理解地,预混合腔101-7位于分配通道101-11靠近生物反应芯片100的离心中心的内侧。反应液混合腔101-9和预扩增腔101-5位于预混合腔101-7靠近生物反应芯片100的离心中心的内侧。所有的反应腔101-8位于远离离心中心的最外侧,所有的芯片主体101均以离心中心A为圆心沿周向等间隔分布。
在实际应用过程中,对于如何实现液体的流动,根据实际情况进行选择,本实施例对此不做限定。上述液体包括样品、预扩增液、反应液、以及反应液和预扩增液的混合液等。
进一步地,本发明公开了预混合腔101-7与分配通道101-11之间通过第三虹吸通道101-14连通,第三虹吸通道101-14的最内端相对于预混合腔101-7内液体的最内端更靠近生物反应芯片100的离心中心,此时,混合完成,需要降低离心速度或者停止离心,使预混合腔101-7内的液体通过毛细力填充到第三虹吸通道101-14,随后增大离心速度,使得预混合腔101-7的液体可以转移到分配通道101-11中。
具体地,第三虹吸通道101-14具有亲液性,需要说明的是,第三虹吸通道101-14具有亲液性仅是本发明的一个具体实施方式,在实际应用中,也可以在液体填充到第三虹吸通道101-14中时,通过提高离心的加速度,使得预混合腔101-7中的液体通过欧拉力转移到分配通道101-11中,此时虹吸通道不需要具有亲液性,也简化了生物反应芯片100的结构,也降低了整个生物反应芯片100的成本。
上述亲液性,是指亲液体性能。若液体为水,则亲液性即为亲水性。
在实际应用过程中,对于生物反应芯片100的具体离心速度和离心加速度,根据实际需要进行选择,本实施例对此不做限定。
为了避免预混合腔101-7中的液体未经混合均匀就到达分配通道101-11中,本发明公开了第三虹吸通道101-14上安装有第三开关阀107。对于第三开关阀107的数目,根据实际需要选择。本实施例中以第三开关阀107的个数为1个为例,位于第三虹吸通道101-14靠近预混合腔101-7的一端。
具体地,本发明公开了第三开关阀107为界面阀,需要说明的是,第三开关阀107为界面阀仅是本发明的一个具体实施方式,在实际应用中,也可以设置第三开关阀107为电磁阀等。
需要说明的是,洗脱腔101-3与预扩增腔101-5之间通过第一连通通道101-25d连通,缓冲腔101-10与预混合腔101-7之间通过第二连通通道101-25e连通,反应液存储腔101-6与反应液混合腔101-9之间通过第三连通通道101-25f连通,预混合腔101-7与第三虹吸通道101-14之间通过第四连通通道101-25g连通。
为了便于反应液从反应液加样口101-24进入反应液存储腔101-6,本发明公开了反应液加样口101-24与反应液存储腔101-6之间及第三通道101-25c与洗脱腔101-3之间分别通过倾斜设置的第一转移通道101-26b及第二转移通道101-26a连通。
在一些实施例中,预扩增腔101-5与反应液混合腔101-9及预混合腔101-7通过第一通气结构108连接以通气,第一通气结构108的形状如图1f所示,呈T字型,当然,可以理解地,第一通气结构108的形状不限,只要满足能够实现同时导通预扩增腔101-5与反应液混合腔101-9及预混合腔101-7的管路结构均属于本发明的保护范围。
进一步地,本发明公开了第一通气结构108分别连通预混合腔101-7、反应液混合腔101-9及预混合腔101-7的位置处设置有第一通气开关阀110。
具体地,第一通气结构108连通预混合腔101-7处设置的第一通气开关阀110有效避免了预混合腔101-7中的液体进入第一通气结构108。
第一通气结构108连通反应液混合腔101-9处设置的第一通气开关阀110有效避免了预扩增腔101-5中的液体进入第一通气结构108。
第一通气结构108连通预混合腔101-7处设置的第一通气开关阀110有效避免了预混合腔101-7中的液体进入第一通气结构108。
进一步地,本发明公开了第一通气开关阀110为界面阀,需要说明的是,第一通气开关阀110为界面阀仅是本发明的一个具体实施方式,在实际应用中,也可以设置第一通气开关阀110为电磁阀等。
在一些实施例中,预混合腔101-7与分配通道101-11之间通过第二通气结构109连接以通气。第二通气结构109的形状如图1f所示,可以理解地,第二通气结构109的形状不限于为图1f所示的形状,只要满足能够预混合腔101-7与分配通道101-11之间通气的管路结构均属于本发明的保护范围。
为了避免预混合腔101-7中的液体未经混合均匀就到达分配通道101-11中,本发明公开了第二通气结构109连通预混合腔101-7的位置处设置有第二通气开关阀111。
具体地,本发明公开了第二通气开关阀111为界面阀,需要说明的是,第二通气开关阀111为界面阀仅是本发明的一个具体实施方式,在实际应用中,也可以设置第二通气开关阀111为电磁阀等。
在一些实施例中,生物反应芯片100还包括第一钢珠105及第二钢珠106,第一钢珠105和第二钢珠106的个数及体积不限,可以根据需要进行设定。
具体地,第一钢珠105盛放在裂解结合腔101-1内,第二钢珠106盛放在反应液存储腔101-6内。
在核酸提取的过程中,第一钢珠105能够在磁吸力的作用下分别进入磁珠转移腔102-1、洗脱腔101-3及预扩增腔101-5内,第二钢珠106能够进入反应液混合腔101-9内。
在核酸提取过程中,第一钢珠105可以排开磁珠转移腔102-1中的裂解结合液,同理,在洗脱过程中,第一钢珠105也可以排开洗脱不需要的清洗液,因此,第一钢珠105可减少磁珠转移过程中的死体积,从而提高提取效率。液体从洗脱腔101-3转移到预扩增腔101-5中,由于洗脱腔101-3中液体体积较少,在离心状态下可能无法冲破第一开关阀103(石蜡阀),可以通过电磁场对第一钢珠105进行电磁加热,加热后的第一钢珠105在离心力的作用下可冲破第一开关阀103;反应液存储腔101-6中液体体积较大,第二钢珠106和液体可以凭借自己的离心力冲破第二开关阀104(石蜡阀),因此,第一钢珠105和第二钢珠106可以有效降低反应所需的条件。第一钢珠105和第二钢珠106分别在反应液混合腔101-9和预扩增腔101-5中,离心时通过左右晃动,从而增加液体的混合程度,提高混合的效率,减少混合时间。
需要说明的是,为了让第一钢珠105及第二钢珠106通过,本发明公开了洗脱腔101-3与预扩增腔101-5之间的第一连通通道101-25d及反应液存储腔101-6与反应液混合腔101-9之间的第三连通通道101-25f的宽度均需要较宽,深度也需要较深,同时较大的通道截面积可以保证反应液存储腔101-6、洗脱腔101-3、反应液预混腔及预扩增腔101-5通气,从而保证液体顺利转移。
还需要说明的是,在提取过程中,需配合特定的裂解结合液、清洗液和洗脱液来完成核酸提取,具体类型可以根据需要进行选择。
为了便于裂解结合腔101-1内的磁珠及第一钢珠105进入磁珠转移腔102-1内,本发明公开了裂解结合腔101-1的侧壁设置有用于导向的第一导向面101-1a,如图1e所示。裂解结合腔101-1沿着靠近第一通道101-25a的方向,横截面逐渐缩小,呈锥体设置,即第一导向面101-1a呈锥面。需要说明的是,第一导向面101-1a不限于为锥面,也可以是弧面等,只要满足导向的结构均属于本发明的保护范围。
为了便于清洗腔101-2内的磁珠及第一钢珠105进入磁珠转移腔102-1内,本发明公开了清洗腔101-2的侧壁设置有用于导向的第二导向面101-2a,如图1e所示。清洗腔101-2沿着靠近第二通道101-25b的方向,横截面逐渐缩小,呈锥体设置,即第二导向面101-2a呈锥面。需要说明的是,第二导向面101-2a不限于为锥面,也可以是弧面等,只要满足导向的结构均属于本发明的保护范围。
在一些实施例中,反应主体101包括芯片主体101-15、密封体101-16、密封垫101-17及压紧板101-18,密封垫101-17设置在芯片主体101-15及磁珠转移板102之间,压紧板101-18与芯片主体101-15连接,且压紧磁珠转移板102到芯片主体101-15上,以实现芯片主体101-15与磁珠转移板102之间的密封,避免液体泄漏。具体地,本发明公开了密封垫101-17为硅胶垫,需要说明的是,密封垫101-17不限于为硅胶垫,也可以是其它弹性密封材料制成的密封件。
为了实现磁珠转移板102与芯片主体101-15之间的可滑移连接,本发明公开了压紧板101-18及磁珠转移板102中,一者上开设有长条滑槽102-2,另一者上设置有与长条滑槽102-2滑移连接的滑移杆101-19。
本实施例中,以长条滑槽102-2开设在磁珠转移板102上,滑移杆101-19固定在芯片主体101-15上为例,如图1b所示。
需要说明的是,长条滑槽102-2的长度方向沿着平行裂解结合腔101-1、清洗腔101-2及洗脱腔101-3在芯片主体101-15上的排布方向设置。如图1a所示,裂解结合腔101-1、清洗腔101-2及洗脱腔101-3分别沿着芯片主体101-15的高度方向设置,对应地,长条滑槽102-2沿着平行芯片主体101-15的高度方向开设。需要说明的是,也可以设置裂解结合腔101-1、清洗腔101-2及洗脱腔101-3水平设置,或者倾斜设置等。
芯片主体101-15上开设有对应各个腔的凹槽,密封体101-16密封安装在芯片主体101-15上,以密封凹槽形成各个腔。具体地,如图1a-图1e所示,芯片主体101-15呈L形,即包括竖直板和与竖直板垂直连接的水平板,裂解结合腔101-1、清洗腔101-2、第一通道101-25a、第二通道101-25b及第三通道101-25c均开设在竖直板上,洗脱腔101-3、预扩增腔101-5、反应液存储腔101-6、预混合腔101-7、反应液混合腔101-9、缓冲腔101-10、分配通道101-11、反应腔101-8及连通它们的各个通道等均开设在水平板上,为了便于将磁珠转移腔102-1内的磁珠等转移至洗脱腔101-3内,设置第三通道101-25c向下倾斜设置。
为了保证反应的稳定性,芯片主体101-15的所用材料不与芯片主体101-15内的试剂及液体发生反应;为了便于检测和观察芯片主体101-15内部反应的情况,所用芯片主体101-15的材料为透明材料。需要说明的是,芯片主体101-15的材料需要保证在上述反应加热的过程中保持物理和化学性质的稳定。
在实际应用中,芯片主体101-15的材质为透明PMMA,PMMA(polymethylmethacrylate)为聚甲基丙烯酸甲酯。
对于密封体101-16,需要保证在芯片主体101-15加热和反应的过程中,不与试剂发生反应,且保证密封性,为了便于检测结果和观察芯片主体101-15内的反应,密封体101-16采用透明材料,本实例中采用生物兼容的单面胶。
进一步地,本发明公开了滑移杆101-19具体为紧固件,紧固件将压紧板101-18压紧到芯片主体101-15上。
紧固件要保证一定的强度,以此保证密封性,同时,需要确保在电磁加热时不会被加热,本实施例对紧固件材料不做限定。
结合图3a-图7所示,本发明另一方面提供了一种离心式微流控系统1000,具体地,离心式微流控系统1000包括芯片托盘模块200、动力组件300、核酸提取模块400、信号检测模块500及如上述中任意一项实施例中的生物反应芯片100。
生物反应芯片100固定在芯片托盘模块200上,需要说明的是,固定在芯片托盘模块200上的生物反应芯片100不限于为1个,具体可以根据需要进行设定。
动力组件300与芯片托盘模块200传动连接,以驱动芯片托盘模块200转动,带动生物反应芯片100做离心运动。
核酸提取模块400用于完成生物反应芯片100中核酸的提取,信号检测模块500用于对生物反应芯片100上的结果进行读取。
离心式微流控系统1000使用时,将生物反应芯片100固定到芯片托盘模块200上,将样品通过加液口101-4加注裂解结合腔101-1中,加注的样品包含含有测试者细胞的裂解结合液和磁珠,裂解结合液将细胞裂解,释放出核酸,同时提供磁珠吸附的环境,磁珠用于吸附细胞裂解后游离的核酸,此时,磁珠转移板102中的磁珠转移腔102-1正对裂解结合腔101-1中的第一通道101-25a,随后核酸提取模块400将磁珠吸附到磁珠转移腔102-1中,随后推动磁珠转移板102向下移动,使磁珠转移腔102-1对准第二通道101-25b,此时,磁珠转移腔102-1与清洗腔101-2中的清洗液接触,达到清洗的目的;随后,继续推动磁珠转移板102,使磁珠转移腔102-1对准第三通道101-25c,磁珠转移腔102-1内磁珠与洗脱腔101-3内的洗脱液接触混合从而完成洗脱,至此完成核酸的提取。动力组件300驱动芯片托盘模块200旋转,洗脱的核酸在洗脱腔101-3中,在加热和离心力的作用下,冲破第一开关阀103到达预扩增腔101-5内,同时,反应液也冲破第二开关阀104到达反应液混合腔101-9中,与其中的试剂混合,在预扩增腔101-5中液体完成预扩增后,随后和反应液混合腔101-9进入预混合腔101-7,混合后液体经过分配通道101-11分配后进入反应腔101-8中进行第二步扩增和检测;最后,信号检测模块500读取生物反应芯片100上的结果。
在一些实施例中,如图5a-图5b所示,本发明具体公开了芯片托盘模块200包括盛放件201、压紧盘202及压紧件203,盛放件201上开设有容纳生物反应芯片100的容纳槽,便于定位安装生物反应芯片100。
为了进一步提高生物反应芯片100的定位准确度,本发明公开了容纳槽的形状与生物反应芯片100的形状相契合。
具体地,容纳槽的个数为多个,且环形均布在盛放件201的端面上。
压紧盘202压设生物反应芯片100到容纳槽内,具体地,压紧盘202上开设有允许芯片主体101-15的竖直板穿过的通槽,压紧盘202压紧在芯片主体101-15的水平板上。
压紧件203锁止压紧盘202及盛放件201,具体地,压紧件203的中心处开设有通孔,托盘主体201-1的中心处开设有螺纹孔,螺钉等穿过压紧件203上的通孔,并与托盘主体201-1上的螺纹孔螺纹连接,以实现压紧盘202及盛放件201的锁紧。
进一步地,本发明具体公开了盛放件201包括托盘主体201-1、下盖201-2及加热膜201-3,托盘主体201-1可以有效传热,具体地,托盘主体201-1上开设有至少1个容纳孔201-2a,且容纳孔201-2a沿着托盘主体201-1的轴心环布设置。
加热膜201-3固定在托盘主体201-1的底端,以封闭容纳孔201-2a的孔底,以形成容纳槽,加热膜201-3用于加热生物反应芯片100至预设反应温度。
下盖201-2固定在加热膜201-3的底端,以将加热膜201-3固定到托盘主体201-1上,以保护加热膜201-3在离心时候不被损伤。
需要说明的是,芯片主体101-15、加热膜201-3及下盖201-2上开设的孔及槽是为了固定及信号检测,孔和槽的位置依据生物反应芯片100的位置和数量,具体的检测方式决定,本实施例对此不做限定。
在一些实施例中,如图4所示,核酸提取模块400包括凸台401、磁吸件402、滑台403、滑轨404及提取控制机构405,滑轨404安装在提取控制机构405上,滑台403与滑轨404可滑移连接,提取控制机构405用于控制滑台403沿着滑轨404滑动。
凸台401安装在滑台403上,用于随着滑台403的滑移推动磁珠转移板102相对于反应主体101滑移。
磁吸件402安装在凸台401上,以吸附反应主体101内的磁珠至磁珠转移腔102-1内。
具体地,本发明公开了凸台401为圆台,磁吸件402为环形均布在圆台上的磁铁条,磁铁条的个数与生物反应芯片100的个数一一对应设置,且磁铁条沿着芯片主体101-15上的压紧板101-18围设的导槽滑移。
进一步地,本发明公开的核酸提取模块400还包括与提取控制机构405信号连接的加热件406。
加热件406固定在凸台401上,且位于托盘主体201-1的中心处,磁吸件402与生物反应芯片100一一对应设置,且环形均布在加热件406的周向,加热件406用于加热各个生物反应芯片100。
具体地,本发明公开的加热件406呈圆柱状,且加热件406内设置有线圈,用于对芯片主体101-15内的钢珠进行电磁加热。为了便于控制线圈的启停,本发明公开了提取控制机构405与线圈信号连接,以控制线圈的启停。
提取控制机构405能够保证滑台403的位移,从而保证磁珠转移板102上的磁珠转移腔102-1可以与第一通道101-25a、第二通道101-25b及第三通道101-25c精确对准。磁铁条在加热件406电磁加热时可以保持磁力,且磁铁条的磁力可以保证吸附磁珠和钢珠。
在一些实施例中,动力组件300包括电源模块301及电机模块302,电源模块301用于给离心式微流控系统1000中的各模块提供电能,电机模块302与芯片托盘模块200传动连接。
电机模块302提供离心所需的离心力,并且保证在离心时对芯片托盘模块200的供电支持。
进一步地,如图6所示,本发明公开了电机模块302包括电机302-1、传动装置302-2、码盘302-3、滑环302-4、温度控制板302-5及支撑架302-6。
电机302-1、码盘302-3及滑环302-4均安装在支撑架302-6上,电机302-1通过传动装置302-2分别与码盘302-3的转子及滑环302-4的转子传动连接,温度控制板302-5与芯片托盘模块200连接,滑环302-4用于给温度控制板302-5提供电能。
进一步地,本发明公开了电机模块302还包括电机控制器302-7,电机控制器302-7用于控制电机302-1转动。
具体地,本发明公开了传动装置302-2包括第一同步轮302-2a、第二同步轮302-2b和皮带302-2c,第一同步轮302-2a安装在电机302-1的输出轴上,第二同步轮302-2b安装在转轴上,皮带302-2c与第一同步轮302-2a及第二同步轮302-2b传动连接。可以理解的是,第二同步轮302-2b、码盘302-3、滑环302-4及温度控制板302-5同轴设置,且与转轴紧密配合。码盘302-3的转动可以为电机控制器302-7提供位置信号,从而更加精确地控制电机302-1转动的速度和位置。
在一些实施例中,离心式微流控系统1000还包括外壳600,芯片托盘模块200、动力组件300、核酸提取模块400、信号检测模块500及生物反应芯片100均安装在外壳600内。
外壳600的设置保证了反应区域与环境隔开,保证操作者安全的同时保证反应和检测的稳定性。
离心式微流控系统1000使用时,包括以下步骤:
步骤S1:预先向清洗液加液口101-21加注清洗液,预先向洗脱液加样口101-22加注洗脱液,预先向反应液加样口101-24加注反应液,加注后用紫外胶将各个口密封固定;预先向第一开关阀103和第二开关阀104加注石蜡;预先向裂解结合腔101-1和反应液存储腔101-6分别加入第一钢珠105和第二钢珠106;预先向反应液混合腔101-9和预扩增腔101-5装载试剂,预先向各个反应腔101-8点引物并烘干;
步骤S2:向加液口101-4加注样本,随后将生物反应芯片100固定到托盘模块中;
步骤S3:通过码盘302-3对芯片托盘模块200定位,使芯片托盘模块200旋转到初始位置,此时,核酸提取模块400和生物反应芯片100配合;
步骤S4:提取控制机构405推动滑台403,滑台403推动磁珠转移板102,使磁珠转移腔102-1正对第一通道101-25a,此时,磁吸件402吸附磁珠和第一钢珠105到磁珠转移腔102-1中;
步骤S5:提取控机构推动滑台403,滑台403推动磁珠转移板102,使磁珠转移腔102-1正对第二通道101-25b,对磁珠进行清洗;
步骤S6:提取控机构推动滑台403,滑台403推动磁珠转移板102,使磁珠转移腔102-1正对第三通道101-25c,对核酸进行洗脱;
步骤S7:加热件406通过电磁感应加热第一钢珠105和第二钢珠106,此时托盘主体201-1上的加热膜201-3也开始加热,将第一开关阀103和第二开关阀104加热至粘稠状态;
步骤S8:滑台403向上滑动,随后开始离心,第一钢珠105和第二钢珠106冲破第一开关阀103和第二开关阀104,使得反应液和洗脱液分别进入反应液混合腔101-9及预扩增腔101-5中;
步骤S9:反复切换离心方向,充分混合反应液混合腔101-9和预扩增腔101-5中的液体及试剂;
步骤S10:托盘主体201-1上的加热膜201-3按照所采用的预扩增方式进行加热;
步骤S11:提高离心速度,或者,降低转速或停止离心,使反应液混合腔101-9中的液体部分充满第二虹吸通道101-13,使预扩增腔101-5中的预扩增液部分充满第一虹吸通道101-12;
步骤S12:提高离心速度,将反应液混合腔101-9和预扩增腔101-5中的液体转移到预混合腔101-7;
步骤S13:提高离心转速使进入预混合腔101-7中的液体进入到第三虹吸通道101-14中,随后降低转速,待液体充满整个离心通道后,提高转速,将预混合腔101-7中的液体转移到分配通道101-11中;
步骤S14:提高转速,将分配通道101-11中的液体转移到反应腔101-8中,随后加热膜201-3按照第二次扩增试剂的要求对加热,对核酸进行扩增;
步骤S15:扩增的同时,信号检测模块500将对每一个反应腔101-8中的信号进行检测,通过对信号的判读得出最终的结果。
需要说明的是,本申请获得“广州呼吸健康研究院开放课题(中国恒大集团所提供资金资助)-2020GIRHHMS02”的资助。
还需要说明的是,本文中,表示方位的词,例如,上下等均是以图1 a的方向进行的设定,仅为了表述的方便,并不具有其它特定含义。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和创造特点相一致的最宽的范围。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (12)
1.一种生物反应芯片,其特征在于,包括:
反应主体,所述反应主体内分别设置有裂解结合腔、预加有清洗液的清洗腔及预加有洗脱液的洗脱腔,所述反应主体上开设有与所述裂解结合腔连通的加液口,以加注混合有待测细胞、裂解结合液及磁珠的样本;
与所述反应主体可滑移且密封连接的磁珠转移板,所述磁珠转移板面向所述反应主体的面上开设有磁珠转移腔,所述磁珠转移板能够带动所述磁珠转移腔分别移动至与所述裂解结合腔、所述清洗腔及所述洗脱腔的连通处,以使得所述磁珠转移板能够在磁力作用下,将所述裂解结合腔内的磁珠吸附至所述磁珠转移腔内,以清洗所述磁珠转移腔内的磁珠,以及洗脱所述磁珠转移腔内的磁珠;
所述反应主体内还分别设置有预加有扩增液的预扩增腔、预加有反应液的反应液存储腔、预混合腔以及预设个反应腔,预混合腔分别与所述预扩增腔及所述反应液存储腔通过第一开关阀及第二开关阀连通,各个所述反应腔内分别加设有不同的引物;
所述反应主体在离心力的作用下,所述洗脱腔内的液体能够进入所述预扩增腔,所述扩增腔内的液体及所述反应液存储腔内的液体能够进入所述反应液存储腔混合后,进入各个所述反应腔内;
所述第一开关阀为石蜡阀,且在加热及离心力作用下能够打开所述第一开关阀;
所述生物反应芯片还包括盛放在所述裂解结合腔内的第一钢珠;
所述第一钢珠能够进入所述磁珠转移腔、所述洗脱腔及所述预扩增腔内。
2.根据权利要求1所述的生物反应芯片,其特征在于,所述反应主体内还设置有反应液混合腔,
沿着远离所述生物反应芯片的离心中心的方向,所述反应液存储腔、所述第二开关阀、所述反应液混合腔及所述预混合腔依次连通设置;
和/或
所述第二开关阀为石蜡阀,且在加热及离心力作用下能够打开所述第二开关阀。
3.根据权利要求2所述的生物反应芯片,其特征在于,还包括盛放在所述裂解结合腔内的第一钢珠及盛放在所述反应液存储腔内的第二钢珠;
所述第一钢珠能够进入所述磁珠转移腔、所述洗脱腔及所述预扩增腔内;
所述第二钢珠能够进入所述反应液混合腔内。
4.根据权利要求2所述的生物反应芯片,其特征在于,所述反应主体内还设置有缓冲腔,
沿着远离所述生物反应芯片的离心中心的方向,所述洗脱腔、所述第一开关阀、所述预扩增腔、所述缓冲腔及所述预混合腔依次连通设置;
和/或
所述反应主体内还设置有分配通道,
沿着远离所述生物反应芯片的离心中心的方向,所述预混合腔、所述分配通道及所述反应腔依次连通设置。
5.根据权利要求4所述的生物反应芯片,其特征在于,所述预扩增腔与所述缓冲腔之间通过第一虹吸通道连通;
所述反应液混合腔与所述预混合腔之间通过第二虹吸通道连通;
所述预混合腔与所述分配通道之间通过第三虹吸通道连通,所述第三虹吸通道上安装有第三开关阀。
6.根据权利要求4所述的生物反应芯片,其特征在于,所述预扩增腔与所述反应液混合腔及所述预混合腔通过第一通气结构连接以通气,所述第一通气结构分别连通所述预扩增腔、所述反应液混合腔及所述预混合腔的位置处设置有第一通气开关阀;
所述预混合腔与所述分配通道之间通过第二通气结构连接以通气,所述第二通气结构连通所述预混合腔的位置处设置有第二通气开关阀。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的生物反应芯片,其特征在于,所述反应主体包括芯片主体、密封体、密封垫及压紧板;
所述密封垫设置在所述芯片主体及所述磁珠转移板之间,所述压紧板与所述芯片主体连接,且压紧所述磁珠转移板到所述芯片主体上;
所述压紧板及所述磁珠转移板中,一者上开设有长条滑槽,另一者上设置有与所述长条滑槽滑移连接的滑移杆;
所述芯片主体上开设有对应各个腔的凹槽,所述密封体密封安装在所述芯片主体上,以密封所述凹槽形成各个腔。
8.根据权利要求1-6中任意一项所述的生物反应芯片,其特征在于,所述反应主体上还开设有第一排气孔、清洗液加液口、洗脱液加样口、第二排气孔及反应液加样口,
所述第一排气孔与所述裂解结合腔连通,用于所述裂解结合腔内加入所述样本时,排出所述裂解结合腔内的气体,
所述清洗液加液口与所述清洗腔连通,用于向所述清洗腔内注入清洗液,
所述第二排气孔与所述清洗腔连通,用于在所述清洗腔加入清洗液时,排出所述清洗腔内的气体,
所述洗脱液加样口与所述洗脱腔连通,用于向所述洗脱腔内注入洗脱液,
所述反应液加样口与所述反应液存储腔连通,用于向所述反应液存储腔内注入反应液;
和/或
所述裂解结合腔的侧壁设置有用于导向的第一导向面,
所述清洗腔的侧壁设置有用于导向的第二导向面。
9.一种离心式微流控系统,其特征在于,包括芯片托盘模块、动力组件、核酸提取模块、信号检测模块及如权利要求1-8中任意一项所述的生物反应芯片;
所述生物反应芯片固定在所述芯片托盘模块上;
所述动力组件与所述芯片托盘模块传动连接,以驱动所述芯片托盘模块转动,带动所述生物反应芯片做离心运动;
所述核酸提取模块用于完成所述生物反应芯片中核酸的提取;
所述信号检测模块用于对所述生物反应芯片上的结果进行读取。
10.根据权利要求9所述的离心式微流控系统,其特征在于,所述芯片托盘模块包括盛放件、压紧盘及压紧件,
所述盛放件上开设有容纳所述生物反应芯片的容纳槽,
所述压紧盘压设所述生物反应芯片到所述容纳槽内,
所述压紧件锁止所述压紧盘及所述盛放件;
和/或
所述核酸提取模块包括凸台、磁吸件、滑台、滑轨及提取控制机构,
所述滑轨安装在所述提取控制机构上,所述滑台与所述滑轨可滑移连接,所述提取控制机构用于控制所述滑台沿着所述滑轨滑动,
所述凸台安装在所述滑台上,用于随着所述滑台的滑移推动所述生物反应芯片的磁珠转移板相对于所述生物反应芯片的反应主体滑移,
所述磁吸件安装在所述凸台上,以吸附所述反应主体内的磁珠至所述生物反应芯片的磁珠转移腔内;
和/或
所述动力组件包括电源模块及电机模块,
所述电源模块用于给所述离心式微流控系统中的各模块提供电能,
所述电机模块与所述芯片托盘模块传动连接。
11.根据权利要求10所述的离心式微流控系统,其特征在于,所述盛放件包括托盘主体、下盖及加热膜,
所述托盘主体上开设有至少1个容纳孔,且所述容纳孔沿着所述托盘主体的轴心环布设置,
所述加热膜固定在所述托盘主体的底端,以封闭所述容纳孔的孔底,以形成所述容纳槽,所述加热膜用于加热所述生物反应芯片至预设反应温度,
所述下盖固定在所述加热膜的底端,以将所述加热膜固定到所述托盘主体上;
和/或
所述核酸提取模块还包括与所述提取控制机构信号连接的加热件,
所述加热件固定在所述凸台上,且位于所述托盘主体的中心处,所述磁吸件与所述生物反应芯片一一对应设置,且环形均布在所述加热件的周向,
所述加热件用于加热各个所述生物反应芯片;
和/或
所述电机模块包括电机、传动装置、码盘、滑环、温度控制板及支撑架,
所述电机、所述码盘及所述滑环均安装在所述支撑架上,所述电机通过所述传动装置分别与所述码盘的转子及所述滑环的转子传动连接,所述温度控制板与所述芯片托盘模块连接,所述滑环用于给所述温度控制板提供电能。
12.根据权利要求9-11中任意一项所述的离心式微流控系统,其特征在于,还包括外壳;
所述芯片托盘模块、所述动力组件、所述核酸提取模块、所述信号检测模块及所述生物反应芯片均安装在所述外壳内。
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CN114591812A (zh) | 2022-06-07 |
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