CN115141751B - 一种核酸提取与检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种核酸提取与检测装置，涉及核酸检测技术领域，包括主体和芯片，主体内至少具备三个容置腔，常态下的三个容置腔均处于密封状态，第一腔体内用于容置磁珠承载体，第二腔体内用于容置存有检测试剂的冻干球，第三腔体内用于容置溶解液；主体上还具备进样口，第二腔体和第一腔体能够分别与第三腔体连通；第一腔体内的磁珠承载体能够被主体外的磁性件吸附固定，且当第一腔体和第三腔体连通时，磁珠承载体能够被主体外侧的磁性件吸附并在第一腔体和第三腔体内往复移动，第三腔体还能够与芯片的加样口连通。本发明还提供了一种核酸提取与检测方法，本发明提供的方案能够降低操作过程中引入的杂菌污染或检测反应造成的气溶胶污染的可能性。
Description
技术领域
本发明涉及核酸检测技术领域，特别是涉及一种核酸提取与检测装置及方法。
背景技术
气溶胶是指悬浮在气体介质中的固态或液态颗粒所组成的气态分散系统。这些固态或液态颗粒的密度与气体介质的密度可以相差微小，也可以悬殊很大。对于司法鉴定、第三方检测机构等感染源检测实验室而言，核酸扩增污染一直是一个令人苦恼的问题。核酸扩增检测特异性强、灵敏度高，对疾病的诊断起着至关重要的作用，但在操作过程中易受到污染，导致假阳性的结果，其中最常见且最难消除的污染就是气溶胶污染。核酸扩增产物的污染主要发生在核酸扩增产物分析阶段，因为核酸扩增产物拷贝量大（一般为1013拷贝/ml），所以极微量的PCR产物就会造成假阳性。另外，因为在空气与液体面摩擦时会形成气溶胶，所以比较剧烈地摇动反应管，开盖时吸样，以及反复吸样都可形成气溶胶污染。一旦形成气溶胶污染，则可引起整个实验室污染，甚至需要关闭实验室。
DNA提取技术是分子生物学研究的基础技术，是DNA检验的第一步骤，也是最关键的步骤。其中，磁珠法核酸提取技术具有传统DNA提取方法无法比拟的优势，该技术依据与硅胶膜离心柱相同的原理，运用纳米技术对超顺磁性纳米颗粒的表面进行改良和表面修饰后，制备成超顺磁性氧化硅纳米磁珠，该磁珠能在微观界面上与核酸分子特异性地识别和高效结合。磁珠法核酸提取一般可以分为四步:裂解--结合--洗涤--洗脱，利用氧化硅纳米微球的超顺磁性，在Chaotropic盐（盐酸胍、异硫氰酸胍等）和外加磁场的作用下，能将血液、动物组织、食品、病原微生物等样本中的DNA和RNA分离出来，可应用在临床疾病诊断、输血安全、法医学鉴定、环境微生物检测、食品安全检测、分子生物学研究等多种领域。
纸基微流控芯片是一种新兴的微流控分析技术平台，具有成本低、加工简易、使用和携带方便等优点，在临床诊断、食品质量控制和环境监测等应用领域具有很大的应用前景。纸基微流控芯片采用纸张作为基底替代硅、玻璃、高聚物等材料，这种分析器件被称为纸上微型实验室，也称为微流控纸分析器件，其在临床诊断、食品质量、环境监测等领域有极广泛的应用。
现有技术中，核酸提取的整个过程通常完全暴露在大气环境中，核酸提取与检测操作通常需要分步进行，操作繁琐、耗时长，所需仪器设备多，且容易在操作中引入污染或引起气溶胶污染，不利于对待测样品的快速检测。
发明内容
本发明的目的是提供一种核酸提取与检测装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，降低操作过程中引入的杂菌污染或检测反应造成的气溶胶污染的可能性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种核酸提取与检测装置，包括主体和芯片，所述主体内至少具备三个容置腔，三个所述容置腔分别为第一腔体、第二腔体和第三腔体，常态下的三个所述容置腔均处于密封状态，所述第一腔体内用于容置磁珠承载体，所述磁珠承载体为永磁体或能够被磁化的物体，所述第二腔体内用于容置存有检测试剂的冻干球，所述第三腔体内用于容置溶解液；
所述主体上还具备进样口，至少所述第一腔体能够与所述进样口连通，所述第二腔体和所述第一腔体能够分别与所述第三腔体连通；所述第二腔体与所述第三腔体连通时，所述冻干球能够被转移至所述第三腔体内，所述第一腔体内的磁珠承载体能够被所述主体外的磁性件吸附固定，且当所述第一腔体和所述第三腔体连通时，所述磁珠承载体能够被所述主体外侧的磁性件吸附并在所述第一腔体和所述第三腔体内往复移动，所述第三腔体还能够与所述芯片的加样口连通。
优选的，所述主体内还具备第四腔体，所述第四腔体内用于容置洗涤液，所述第一腔体能够与所述第四腔体连通，且当所述第一腔体和所述第四腔体连通时，所述磁珠承载体能够被所述主体外侧的磁性件吸附并在所述第一腔体和所述第三腔体内往复移动。
优选的，所述主体为透明材料制成，所述主体包括主体本体和两个旋转件，所述主体本体内开设有两个旋转槽，两个所述旋转件分别能够旋转地设置于两个所述旋转槽内，水平放置时，一个所述旋转槽位于另一个所述旋转槽的正上方，两个所述旋转槽之间的所述主体本体上开设有连通两个所述旋转槽的第一通道，两个所述旋转件上均开设有两个自表面向内部延伸的凹槽，并分别形成所述第一腔体、所述第二腔体、所述第三腔体和所述第四腔体，且所述凹槽沿所述旋转件的周向排布，常态下，所述凹槽的开口被所述旋转槽的内壁覆盖密封，转动所述旋转件能够使得各所述凹槽与所述第一通道连通。
优选的，所述旋转件的中部设置有沿着轴向延伸的磁性件容置槽，所述磁性件容置槽用于容置所述磁性件。
优选的，所述主体本体上还开设有干燥腔，所述干燥腔自所述旋转槽的内壁向远离所述旋转件的方向延伸，所述干燥腔内用于容置吸水材料，所述干燥腔能够与所述第一腔体连通。
优选的，所述主体本体上还开设有容纳槽，所述容纳槽位于所述旋转槽的正上方，所述容纳槽的截面积自上至下逐渐变小，所述容纳槽的下端开口，所述第一腔体能够与所述容纳槽的下端开口连通。
优选的，所述芯片为纸基芯片。
本发明还提供了一种核酸提取与检测方法，利用如上所述的核酸提取与检测装置来实现，包括如下步骤：
步骤1：打开第一腔体，并将吸附有核酸的磁珠与结合液的混合液加入至第一腔体内；
步骤2：利用磁性件将第一腔体内的磁珠承载体吸附固定，磁珠承载体能够将磁珠吸附固定；
步骤3：将第一腔体内的结合液吸出或抽出；
步骤4：连通所述第二腔体与所述第三腔体，并将冻干球转移至所述第三腔体内，冻干球在溶解液内溶解形成检测试剂溶液；
步骤5：连通所述第三腔体和所述第一腔体，利用磁性件在所述第三腔体和所述第一腔体外侧往复移动并带动磁珠承载体往复移动，使检测试剂溶液将吸附于磁珠上的核酸洗脱至检测试剂溶液中；
步骤6：利用磁性件将磁珠承载体吸附固定于第一腔体内；
步骤7：连通第三腔体和所述芯片的加样口，并将第三腔体内的检测试剂溶液转移至所述芯片中进行核酸检测。
优选的，所述核酸提取与检测装置中的所述主体内还具备第四腔体，所述第四腔体内用于容置洗涤液，所述第一腔体能够与所述第四腔体连通，且当所述第一腔体和所述第四腔体连通时，所述磁珠承载体能够被所述主体外侧的磁性件吸附并在所述第一腔体和所述第三腔体内往复移动；
在所述步骤3之后还具备磁珠的洗涤过程，包括：
步骤a：连通所述第一腔体与所述第四腔体，利用磁性件在所述第一腔体和所述第四腔体外侧往复移动并带动磁珠承载体往复移动，使洗涤液对磁珠进行洗涤；
步骤b：利用磁性件将磁珠承载体吸附固定于第一腔体内，使得磁珠与第四腔体内的洗涤液分离。
优选的，所述主体上还开设有干燥腔，所述干燥腔内用于容置吸水材料，所述干燥腔能够与所述第一腔体连通；在所述步骤b之后还具备
步骤c：连通所述干燥腔和所述第一腔体，所述吸水材料对所述磁珠上的洗涤液进行吸收。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
利用本发明提供的装置及方法进行核酸提取与检测时，常态下的三个容置腔均处于密封状态，保证了其内预存物品的洁净程度，防止被外界污染，且各容置腔相互连通时也均为密封连通，这就使得整个核酸提取与检测过程均在密闭条件下进行，进而降低了操作过程中引入的杂菌污染或检测反应造成的气溶胶污染的可能性。
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1为本发明提供的一种核酸提取与检测装置中主体的正面结构示意图；
图2为图1的背面结构示意图；
图3为图1的俯视图；
图4为图3的B-B向剖视图；
图5为本发明提供的另一种核酸提取与检测装置中主体的俯视图；
图6为图5的A-A向剖视图；
图中：100、主体；1、主体本体；11、容纳槽；12、第一通道；13、第二通道；14、进样口；15、干燥腔；2、旋转件；21、第一腔体；22、第二腔体；23、第三腔体；24、第四腔体；25、磁性件容置槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
本发明的目的是提供一种核酸提取与检测装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，降低操作过程中引入的杂菌污染或检测反应造成的气溶胶污染的可能性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
本实施例提供一种核酸提取与检测装置，如图1~图4所示，包括主体100和芯片，主体100内至少具备三个容置腔，三个容置腔分别为第一腔体21、第二腔体22和第三腔体23，常态下的三个容置腔均处于密封状态，第一腔体21内用于容置磁珠承载体，磁珠承载体为永磁体或能够被磁化的物体，磁珠承载体用于将携带有核酸的磁珠吸附固定，第二腔体22内用于容置存有检测试剂的冻干球，第三腔体23内用于容置溶解液；将冻干球投放至溶解液中后，冻干球能够溶解并释放出其内的检测试剂；溶解液优选为水；
主体100上还具备进样口14，至少第一腔体21能够与进样口14连通，以便于工作人员通过进样口14向第一腔体21内添加吸附有核酸的磁珠与结合液的混合液，第二腔体22和第一腔体21能够分别与第三腔体23连通；第二腔体22与第三腔体23连通时，第二腔体22位于第三腔体23正上方，冻干球在自身重力的作用下下落至第三腔体23内，本实施例利用冻干球自身的重力将冻干球转移至第三腔体23内，在其他实施例中可通过相应的驱动装置以及控制器来控制冻干球进行转移，第一腔体21内的磁珠承载体能够被主体100外的磁性件吸附固定，且当第一腔体21和第三腔体23连通时，磁珠承载体能够被主体100外侧的磁性件吸附并在第一腔体21和第三腔体23内往复移动，第三腔体23还能够与芯片的加样口连通。
利用本实施例提供的装置进行核酸提取与检测时，常态下的三个容置腔均处于密封状态，保证了其内预存物品的洁净程度，防止被外界污染，且各容置腔相互连通时也均为密封连通，这就使得整个核酸提取与检测过程均在密闭条件下进行，进而降低了操作过程中引入的杂菌污染或检测反应造成的气溶胶污染的可能性。
进一步的，磁珠承载体优选为钢珠，但不限于钢珠，即也可以是永磁的或者容易被磁化的其他材料的物体，形状也不用必须是球体，设置为球体是为了便于对其进行转移。
进一步的，主体100内还具备第四腔体24，第四腔体24内用于容置洗涤液，洗涤液优选为乙醇，第一腔体21能够与第四腔体24连通，且当第一腔体21和第四腔体24连通时，磁珠承载体能够被主体100外侧的磁性件吸附并在第一腔体21和第三腔体23内往复移动，以便于对磁珠进行充分洗涤，保证其上核酸的洁净度，进而提高检测结果的准确性。
进一步的，主体100包括主体本体1和两个旋转件2，主体本体1内开设有两个旋转槽，两个旋转件2分别能够旋转地设置于两个旋转槽内，水平放置时，一个旋转槽位于另一个旋转槽的正上方，两个旋转槽之间的主体本体1上开设有连通两个旋转槽的第一通道12，两个旋转件2上均开设有两个自表面向内部延伸的凹槽，并分别形成第一腔体21、第二腔体22、第三腔体23和第四腔体24，且凹槽沿旋转件2的周向排布，常态下，凹槽的开口被旋转槽的内壁覆盖密封，转动旋转件2能够使得各凹槽与第一通道12连通，将主体设置为透明材料以便于工作人员实时观察各容置腔内部物品的位置并对其进行调整。
进一步的，主体本体1的底部还开设有第二通道13，第二通道13的一端能够与第三腔体23连通，另一端与芯片的加样口连通。
进一步的，旋转件2的中部设置有沿着轴向延伸的磁性件容置槽25，磁性件容置槽25用于容置磁性件，磁性件为磁棒，磁棒能够插设于磁性件容置槽25内。
进一步的，如图5~图6所示，主体本体1上还开设有干燥腔15，干燥腔15自旋转槽的内壁向远离旋转件2的方向延伸，干燥腔15内用于容置吸水材料，干燥腔15能够与第一腔体21连通，以便于对洗涤后的磁珠进行干燥处理，减少磁珠所携带的水分，避免残留的溶液对后续检测反应造成影响，且进一步减少整个提取过程与外界环境接触的机会，避免污染。
进一步的，主体本体1上还开设有容纳槽11，容纳槽11位于旋转槽的正上方，容纳槽11的截面积自上至下逐渐变小，容纳槽11的下端开口，第一腔体21能够与容纳槽11的下端开口连通，以便于向第一腔体21内灌注吸附有核酸的磁珠与结合液的混合液。
进一步的，容纳槽11、一个旋转件2、第一通道12、另一个旋转件2、第二通道13以及芯片从上至下以此排布，进而仅利用重力即可实现溶液的转移过程。
进一步的，芯片为纸基芯片。
实施例二
本实施例提供了一种核酸提取与检测方法，利用实施例一中所述的核酸提取与检测装置来实现，包括如下步骤：
步骤1：打开第一腔体21，并将吸附有核酸的磁珠与结合液的混合液加入至第一腔体21内；
步骤2：利用磁性件将第一腔体21内的磁珠承载体吸附固定，磁珠承载体能够将磁珠吸附固定；
步骤3：将第一腔体21内的结合液吸出或抽出；
步骤4：连通第二腔体22与第三腔体23，并将冻干球转移至第三腔体23内，冻干球在溶解液内溶解形成检测试剂溶液；
步骤5：连通第三腔体23和第一腔体21，利用磁性件在第三腔体23和第一腔体21外侧往复移动并带动磁珠承载体往复移动，使检测试剂溶液将吸附于磁珠上的核酸洗脱至检测试剂溶液中；
步骤6：利用磁性件将磁珠承载体吸附固定于第一腔体21内；
步骤7：连通第三腔体23和芯片的加样口，并将第三腔体23内的检测试剂溶液转移至芯片中进行核酸检测。
利用本实施例提供的方法进行核酸提取与检测时，常态下的三个容置腔均处于密封状态，保证了其内预存物品的洁净程度，防止被外界污染，且各容置腔相互连通时也均为密封连通，这就使得整个核酸提取与检测过程均在密闭条件下进行，进而降低了操作过程中引入的杂菌污染或检测反应造成的气溶胶污染的可能性。
进一步的，核酸提取与检测装置中的主体内还具备第四腔体24，第四腔体24内用于容置洗涤液，第一腔体21能够与第四腔体24连通，且当第一腔体21和第四腔体24连通时，磁珠承载体能够被主体外侧的磁性件吸附并在第一腔体21和第三腔体23内往复移动；
在步骤3之后还具备磁珠的洗涤过程，包括：
步骤a：连通第一腔体21与第四腔体24，利用磁性件在第一腔体21和第四腔体24外侧往复移动并带动磁珠承载体往复移动，使洗涤液对磁珠进行洗涤；
步骤b：利用磁性件将磁珠承载体吸附固定于第一腔体21内，使得磁珠与第四腔体24内的洗涤液分离。
进一步的，在洗涤完成后，连通第一腔体21与进样口14，通过进样口14将第一腔体21内的洗涤液抽出或吸出。
进一步的，主体上还开设有干燥腔15，干燥腔15内用于容置吸水材料，干燥腔15能够与第一腔体21连通；在步骤b之后还具备
步骤c：连通干燥腔15和第一腔体21，吸水材料对磁珠上的洗涤液进行吸收，进一步减少整个提取过程与外界环境接触的机会，避免污染。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种核酸提取与检测装置，其特征在于：包括主体和芯片，所述主体内至少具备三个容置腔，三个所述容置腔分别为第一腔体、第二腔体和第三腔体，常态下的三个所述容置腔均处于密封状态，所述第一腔体内用于容置磁珠承载体，所述磁珠承载体为永磁体或能够被磁化的物体，所述第二腔体内用于容置存有检测试剂的冻干球，所述第三腔体内用于容置溶解液；
所述主体上还具备进样口，至少所述第一腔体能够与所述进样口连通，所述第二腔体和所述第一腔体能够分别与所述第三腔体连通；所述第二腔体与所述第三腔体连通时，所述冻干球能够被转移至所述第三腔体内，所述第一腔体内的磁珠承载体能够被所述主体外的磁性件吸附固定，且当所述第一腔体和所述第三腔体连通时，所述磁珠承载体能够被所述主体外侧的磁性件吸附并在所述第一腔体和所述第三腔体内往复移动，所述第三腔体还能够与所述芯片的加样口连通；
所述主体内还具备第四腔体，所述第四腔体内用于容置洗涤液，所述第一腔体能够与所述第四腔体连通，且当所述第一腔体和所述第四腔体连通时，所述磁珠承载体能够被所述主体外侧的磁性件吸附并在所述第一腔体和所述第三腔体内往复移动；
所述主体为透明材料制成，所述主体包括主体本体和两个旋转件，所述主体本体内开设有两个旋转槽，两个所述旋转件分别能够旋转地设置于两个所述旋转槽内，水平放置时，一个所述旋转槽位于另一个所述旋转槽的正上方，两个所述旋转槽之间的所述主体本体上开设有连通两个所述旋转槽的第一通道，两个所述旋转件上均开设有两个自表面向内部延伸的凹槽，并分别形成所述第一腔体、所述第二腔体、所述第三腔体和所述第四腔体，且所述凹槽沿所述旋转件的周向排布，常态下，所述凹槽的开口被所述旋转槽的内壁覆盖密封，转动所述旋转件能够使得各所述凹槽与所述第一通道连通。
2.根据权利要求1所述的核酸提取与检测装置，其特征在于：所述旋转件的中部设置有沿着轴向延伸的磁性件容置槽，所述磁性件容置槽用于容置所述磁性件。
3.根据权利要求1所述的核酸提取与检测装置，其特征在于：所述主体本体上还开设有干燥腔，所述干燥腔自所述旋转槽的内壁向远离所述旋转件的方向延伸，所述干燥腔内用于容置吸水材料，所述干燥腔能够与所述第一腔体连通。
4.根据权利要求1所述的核酸提取与检测装置，其特征在于：所述主体本体上还开设有容纳槽，所述容纳槽位于所述旋转槽的正上方，所述容纳槽的截面积自上至下逐渐变小，所述容纳槽的下端开口，所述第一腔体能够与所述容纳槽的下端开口连通。
5.根据权利要求1所述的核酸提取与检测装置，其特征在于：所述芯片为纸基芯片。
6.一种核酸提取与检测方法，其特征在于：利用权利要求1~5任意一项所述的核酸提取与检测装置来实现，包括如下步骤：
步骤1：打开第一腔体，并将吸附有核酸的磁珠与结合液的混合液加入至第一腔体内；
步骤2：利用磁性件将第一腔体内的磁珠承载体吸附固定，磁珠承载体能够将磁珠吸附固定；
步骤3：将第一腔体内的结合液吸出或抽出；
步骤4：连通所述第二腔体与所述第三腔体，并将冻干球转移至所述第三腔体内，冻干球在溶解液内溶解形成检测试剂溶液；
步骤5：连通所述第三腔体和所述第一腔体，利用磁性件在所述第三腔体和所述第一腔体外侧往复移动并带动磁珠承载体往复移动，使检测试剂溶液将吸附于磁珠上的核酸洗脱至检测试剂溶液中；
步骤6：利用磁性件将磁珠承载体吸附固定于第一腔体内；
步骤7：连通第三腔体和所述芯片的加样口，并将第三腔体内的检测试剂溶液转移至所述芯片中进行核酸检测。
7.根据权利要求6所述的核酸提取与检测方法，其特征在于：所述核酸提取与检测装置中的所述主体内还具备第四腔体，所述第四腔体内用于容置洗涤液，所述第一腔体能够与所述第四腔体连通，且当所述第一腔体和所述第四腔体连通时，所述磁珠承载体能够被所述主体外侧的磁性件吸附并在所述第一腔体和所述第三腔体内往复移动；
在所述步骤3之后还具备磁珠的洗涤过程，包括：
步骤a：连通所述第一腔体与所述第四腔体，利用磁性件在所述第一腔体和所述第四腔体外侧往复移动并带动磁珠承载体往复移动，使洗涤液对磁珠进行洗涤；
步骤b：利用磁性件将磁珠承载体吸附固定于第一腔体内，使得磁珠与第四腔体内的洗涤液分离。
8.根据权利要求7所述的核酸提取与检测方法，其特征在于：所述主体上还开设有干燥腔，所述干燥腔内用于容置吸水材料，所述干燥腔能够与所述第一腔体连通；在所述步骤b之后还具备步骤c；
所述步骤c：连通所述干燥腔和所述第一腔体，所述吸水材料对所述磁珠上的洗涤液进行吸收。
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