CN115703991A - 微型扩增仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型扩增仪，所述扩增仪包括承载部、加热部、安装架体和外壳，所述承载部、加热部通过安装架体设置在外壳内；所述承载部设有一个用于放置待测样本的承载腔位；所述加热部围设于承载腔位外围进行电加热，所述扩增仪还包括离心部，所述离心部带动承载部做旋转离心运动。本发明微型扩增仪，采用可充电的电池，扩增仪整体体积小巧，可以装口袋或者装在包里携带，无需通电，任何场合均可使用，无需专业人士操作，结果清晰易判，尤其适合家庭或者采检现场使用，取样品后15分钟即可有结果。

Description

微型扩增仪

技术领域

本发明涉及核酸检测(DNA或RNA)技术领域，具体涉及一种微型扩增仪。

背景技术

核酸检测作为一种具有高灵敏度及特异性的方法，目前已经广泛应用于许多领域，例如疾病诊断，食品安全，传染病防治等。用简单方式对特定核酸序列进行检测，可以赋予现场护理(point-of-care)诊断和现场病原体检测更大的价值。

PCR(聚合酶链式反应)是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术，它可看作是生物体外的特殊DNA复制，PCR的最大特点，是能将微量的DNA大幅增加。然而，PCR作为经典的核酸检测方法，其固有的变性-复性-延伸循环，要求其必须需要热循环仪设备作为支撑，同时因为气溶胶污染问题，专业实验室也作为必须要条件。其中PCR延展技术平台，特别是定量PCR(qPCR)方法，是最广泛使用的病原体检测方法，并且被认为是新的金标准测试。qPCR提供短得多的样品到结果(sample-to-result)的时间(3到5小时)。然而，尽管qPCR被广泛接受，但它因依赖标准参考物质(标准曲线)进行定量而受到限制。不可靠和不一致的商业标准参考物质也可能影响qPCR定量的准确度。此外，qPCR易于受到由环境样品中自然存在的物质(例如，重金属和有机质)引起的抑制，从而导致靶定量不准确或假阴性结果。因而极大地限制了PCR在床旁快速诊断(POCT)和现场快速检测等领域的应用。与qPCR相比，最近的数字PCR技术已被证明是用于环境样品中的微生物病原体检测的更稳健的解决方案。数字PCR基于分区(partitioning)和泊松统计，因此，不需要比较外部定量标准来对未知浓度的样品定量。然而，将数字PCR方法实施于使用点应用(point-of-useapplication)可能是挑战性的。这是因为数字PCR需要昂贵的仪器(即Bio-rad液滴数字PCR)、设备齐全的实验室环境和训练有素的技术人员来进行测定。这些因素严重限制数字PCR在资源有限背景下的可及性和应用。

为了克服这些缺点，一大类等温核酸扩增的新方法大量出现，其中LAMP是最受关注也是最有应有前景的一种方法。

环介导等温扩增技术(loop-mediated isothermal amplification，LAMP)是2000年日本荣研化学株式会社开发的替代PCR核酸扩增方法。其特点是针对靶基因的6个区域设计4种特异引物，在链置换DNA聚合酶(Bst DNApolymerase)的作用下，60-65℃恒温扩增，15-60分钟左右即可实现10⁹～10¹⁰倍的核酸扩增，具有操作简单、特异性强、产物易检测等特点。LAMP作为一种分子生物学检测技术，具有高特异性、高敏感性、简单、便捷及成本低的特点，已广泛用于临床疾病的诊断、流行性细菌或病毒的定性定量检测、动物胚胎性别鉴定及基因芯片。

因此，LAMP检测用于检测微生物的快速、简化、低成本的测定，以在集中式实验室之外，例如，在需要对资源有限的地方的环境水进行现场使用点测试的情况下提供分子测定。

LAMP检测在等温条件下进行，等温条件可以维持在不同的仪器中，例如热循环仪和水浴。该设备使得能够通过加热装置内部的检测室来扩增样品的DNA/cDNA，以检测病原体。

核酸扩增仪利用链置换型DNA聚合酶在恒温条件下进行扩增反应，可在15-60分钟内实现109-1010倍的扩增，反应能产生大量的扩增产物即焦磷酸镁白色沉淀，可以通过肉眼观察白色沉淀的有无来判断靶基因是否存在。LAMP方法的优势除了高特异性和高灵敏度外，操作还十分的简单，在应用阶段对仪器的要求低，一个简单的恒温装置就能实现反应，结果检测也非常简单，直接肉眼观察白色沉淀或者绿色荧光即可，不像普通PCR方法需要进行凝胶电泳观察结果，是一种适合现场、基层快速检测的方法。

恒温扩增仪可应用在致病微生物、物种鉴定、动物疫病、转基因等领域，然而传统的恒温扩增仪体型较大，不便于携带，因此只能在实验室内进行使用。

因为基于扩增的核酸检测试剂及检测设备的局限性，导致目前检测中扩增操作也无法解决核酸或者其他待测样品的提取问题，扩增过程也需要多次开盖，尤其是通过八连管作为反应器时，且同样需要在专业的PCR实验室操作以避免污染，所以现有技术的核酸检测仍无法实现现场取样、现场检测，尤其是没有可实现直接加入样本后进行直接一次性完成反应的反应器，仍旧采用传统的八连管或者EP管，这是核酸检测无法很好的应用在POCT以及病原微生物拓展应用的重要掣肘。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种微型扩增仪，可以装口袋或者装在包里携带，无需通电，任何场合均可使用，无需专业人士操作，结果清晰易判。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种微型扩增仪，所述扩增仪包括承载部、加热部、安装架体和外壳，所述承载部、加热部通过安装架体设置在外壳内；所述承载部设有一个用于放置待测样本的承载腔位；所述加热部围设于承载腔位外围进行电加热，所述扩增仪还包括离心部，所述离心部带动承载部做旋转离心运动。

作为上述技术方案的进一步改进：

上述技术方案中优选地，所述承载部设有承载筒，所述承载筒的内腔构成承载腔位。

上述技术方案中优选地，所述加热部包括多个加热片，所述加热片围设于承载筒的周围，可以均匀加热。

上述技术方案中优选地，所述扩增仪还包括离心部和充电供电设备，所述离心部与承载筒通过一传动带连接，所述充电供电设备与离心部电连接供能，所述离心部带动承载筒旋转，所述承载筒与安装架体之间设有轴承。离心部和承载部并排设置，离心部的电机选用小巧型，能带动承载筒离心旋转即可，这样的设置可以使整个设备简单小巧，便于携带。

上述技术方案中优选地，所述外壳设有用于放置待测样本的器材口，所述器材口与承载腔位连通。即整个扩增仪只有一个入口，整体是密封在外壳中的，不容易进入灰尘，使用寿命长。

上述技术方案中优选地，所述承载筒为中空筒或底部为透明材质，所述扩增仪还包括拍照部，所述拍照部位于承载筒的底部。拍照部采用小型高精度的摄像头，并且具备闪光灯，例如手机的摄像头。

本发明提供的微型扩增仪，与现有技术相比有以下优点：

(1)本发明的微型扩增仪，采用可充电的锂电池，扩增仪整体的长宽高约为7*2*6cm，可以装口袋或者装在包里携带，无需通电，任何场合均可使用，无需专业人士操作，结果清晰易判，尤其适合家庭或者采检现场使用，取样品后15分钟即可有结果。

(2)本发明的微型扩增仪，通过加热部在反应过程中进行加热维持扩增反应所需的恒温环境；通过离心旋转将样本液和反应体系振动混匀。

(3)本发明的微型扩增仪，针对公共卫生事件，可通过简易加热设备配合相应的反应器实现，无需专业人士操作，结果清晰易判，适合目前国内外各类医疗检测场景需求，尤其是相对落后地区，可使其分子诊断能力大幅提升。

附图说明

图1是本发明实施例的使用状态示意图(未显示外壳)。

图2是本发明扩增仪的爆炸结构示意图。

图3是本发明反应器的结构示意图。

图中标号说明：

1、承载部；11、承载腔位；12、承载筒；2、加热部；3、离心部；4、电机；5、拍照部；6、外壳；61、盖子；7、安装架体；71、上安装座；72、底座；8、反应器；81、样本部；811、外管；812、内管；813、密封件；82、加样部；821、凹形塞；822、加样帽；823、撕拉环；824、加样塞；825、加样盖；83、反应部；831、外套管；832、内反应管；833、反应腔；834、分流塞；8341、凸起件；8342、微孔。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细、完整地说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的实验材料如无特殊说明，均为市场购买得到。

图1至图3示出了本发明微型扩增仪的一种实施方式，扩增仪包括承载部1、加热部2、安装架体71和外壳6，承载部1、加热部2通过安装架体71设置在外壳6内；承载部1设有一个用于放置待测样本的承载腔位11；加热部2位于承载部1下方对承载部1进行电加热，扩增仪还包括充电电池。

本实施例中，安装架体71包括上安装座71和底座72，承载部1设有承载筒12，承载筒12安装于上安装座71。承载筒12的内腔构成承载腔位11。加热部2包括多个加热片，加热片围设于承载筒12的周围，可以采用陶瓷加热片。

本实施例中，扩增仪还包括离心部3，离心部3与承载筒12通过一传动带连接，离心部3包括电机4和传动轴，电机4安装在上安装座71和底座72之间，传动轴延伸出上安装座71，传动带与传动轴上的齿轮啮合传动。承载筒12设有与传动带配合的带槽，电机4带动传动轴，再通过传动带使承载筒12转动。承载筒12与安装架体71之间设有轴承。

本实施例中，外壳6设有用于放置待测样本的器材口，器材口与承载腔位11连通。减少了扩增仪的体积，使扩增仪更小巧。

本实施例中，承载筒12为中空筒或底部为透明材质，扩增仪还包括拍照部5，拍照部5位于承载筒12的底部。

本实施例的扩增仪还设有以及用于控制各零部件运行的控制模块。控制模块包括温度传感器、处理单元和无线单元。温度传感器用于检测承载部1的温度，并将检测数据传输至处理单元。摄像头与处理单元电连接。无线单元采用无线网络或者蓝牙形式，将处理单元的拍照结果传送至主机或者手机上，现有技术中通过无线单元进行数据传输的技术非常成熟，此处不做过多的解释，任何能够实现上述技术且小巧的结构都可以用于本实施例。扩增仪整体的长宽高约为7*2*6cm，可以装口袋或者装在包里携带，无需通电，任何场合均可使用，无需专业人士操作，结果清晰易判，尤其适合家庭或者采检现场使用，取样品后15分钟即可有结果。

本发明还设有配合微型扩增仪使用的反应器8，反应器8包括顺序连接的加样部82、样本部81和反应部83，其中加样部82和样本部81之间、样本部81和反应部83之间活动连接实现密封状态，加样部82为活塞结构，样本部81内预装有样本保存液，反应部83中装有反应体系；反应部83与样本部81连接处设有微孔8342，且微孔8342的孔径不大于样本液或样本保存液的毛细长度；微孔处的液体表面张力大于其重力。本实施例中，微孔的孔径采用0.3～0.6mm。在反应器8密封状态下，加样部82通过外力向反应部83方向运动实现密封状态下样本液穿过微孔8342压入反应部83内。为方便放于扩增仪中，反应器8整体采用圆管型结构，尤其优选地通体采用透明塑料材质制成。

本实施例中，反应部83内设有多个反应腔833，反应腔833内预设有独立的反应体系，可实现针对同一样本多个检测项的同时检测，且每个反应腔833近连接处的端部设有微孔8342，无外力情况下，液体不能从样本部81流入反应腔833。

本实施例中，反应部83设有套接的内反应管832和外套管831，内反应管832卡紧于外套管831内，外套管831的一端设有与样本部81配位螺接的内螺纹，反应部83设有分流塞834，分流塞834采用柔性材料制成，本实施例中采用透明橡胶材料制成。分流塞834位于反应腔833与样本部81的连接处，反应部83的上部一段为内螺纹段，反应腔833的位置不位于内螺纹的连接处，即分流塞834分割了内螺纹的连接处和反应腔833，分流塞834的一面向反应腔833内凸起以封闭腔口，每个凸起有一个微孔8342，微孔8342贯穿凸起，分流塞834面向样本部81的一面为光滑面。反应腔833通过分流塞834达到独立密封。反应前，每个反应腔833内都预埋设有反应体系，反应体系采用封埋的形式，如采用不容于水且随温度变化能够改变形态的材料封存反应体系。每个反应腔833可以设置不同的反应体系，用于检测不同项。由于反应器8整体小巧紧凑，优选设置4个反应腔833。

本实施例中，外套管831为中空管，内反应管832卡紧于外套管831中，内反应管832设有一个或超过一个的凸棱用于定位，外套管831设有对应的凹槽，内反应管832和外套管831可以一体制成，也可以分别制作。实际上在制作做成中，因为反应器8较小，为方便加工和便于埋设反应体系的操作，一般外套管831和内反应管832分为两个零部件制造，再进行组装。

本实施例中，外套管831外表面，即反应部83的外表面设有至少一个凸棱或者凹槽，用于反应器8放入扩增仪的承载腔位11时的定位，承载腔位11设有相配合的凹槽或者凸棱。

本实施例中，加样部82包括套接的凹形塞821和加样帽822，加样帽822与样本部81连接的一段设有外螺纹连接段，内设一插入凹形塞821呈套接的硬性凸起件8341，凸起件8341采用圆柱形或圆筒形，凸起件8341与外螺纹连接段采用同心圆环的结构，凸起件8341与外螺纹连接段中间有环形空腔。凹形塞821采用透明橡胶材料制成，凹形塞821采用内设圆柱腔的活塞结构，活塞顶的腔口处设有向外延展的圆环，圆环的外径与环形空腔外径相同，另一端活塞头的直径略大于样本部81的内腔直径，实现活塞头在样本部81内腔中的活塞功能即可。凹形塞821套接在加样帽822上时，活塞头部分突出加样帽822，即可实现加样部82与样本部81之间的密封连接，又可通过单向旋转加样部82向样本部81加压实现样本液进入反应部83中。

本实施例中，样本部81为一同轴套管，内管812、外管811均为中空管，外管811一端设有内螺纹，一端设有内螺纹，设有外螺纹段的管径略小于外管811中段和设有内螺纹段的管径。内管812的管径与外管811的小管径相同。样本部81还设有密封件813，反应前通过密封件813和加样部82将样本保存液封存在内管812的腔中，放入待测样本时取掉密封件813。

本实施例中，加样部82加样帽822的外螺纹与外管811的内螺纹螺接于外管811于内管812之间的空腔，凹形塞821位于内管812中，密封内管812。反应部83外套管831的内螺纹与外管811的外螺纹螺接，连接处内管812的端部向外延展形成限位环，用于限制内管812在外管811中的位置，并能防止样本保存液或样本液进入外管811于内管812的隔腔中。

本实施例中，加样部82还设有一撕拉环823，撕拉环823用于限制加样部82旋转。撕拉环823位于样本部81的外管811于加样帽822之间，采用点断式连接，并且撕拉环823向外延展设有便于撕拉的操作段。加样帽822的一端的外圆周设有多个凸棱，便于旋转加压操作。样本部81和反应部83的外圆周也设有多个摩擦凸棱，便于旋转时操作。

本发明的快检设备在检测之前，先将反应体系分别预埋在反应腔833内，反应体系为冻干状态，通过遇热可溶解的封隔层(例如石蜡)将反应体系预埋在反应腔内，样本保存液封装于样本部81内管812的腔中。取样拭子待测样本蘸取分泌物或唾液，打开反应部和样本部，去掉密封件，将带有样品的拭子段装入反应器的样本部81中，拧紧反应部83和加样部82，撕掉撕拉环823，旋转加样部82对样本液进行加压，迫使样本液通过微孔8342流入反应腔833中。再将反应器8放入扩增仪的承载腔位11中，盖上盖子，然后加热部2工作对反应器开始加热，加热温度到60-65℃，加热部2停止加热，离心部3工作使反应器做旋转离心运动，使样本液和反应体系振动混匀进行反应。温度传感器检测到温度低于60℃时，离心部3停止工作，加热部2工作，反应后对显色后的反应器进行拍照。本实施例中充电电池可以采用昂贵的高功率电池，为了减少成本采用较低功率电池时，为了使加热部2和离心部3更好的正常运行，采用了加热部2和离心部3间隔工作的方式。如果电池可以同时给加热部2和离心部3供能，则可以加热的同时离心旋转。

上述实施案例只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种微型扩增仪，其特征在于，所述扩增仪包括承载部、加热部、安装架体和外壳，所述承载部、加热部通过安装架体设置在外壳内；所述承载部设有一个用于放置待测样本的承载腔位；所述加热部围设于承载腔位外围进行电加热，所述扩增仪还包括离心部，所述离心部带动承载部做旋转离心运动。

2.根据权利要求1所述的微型扩增仪，其特征在于，所述承载部设有承载筒，所述承载筒的内腔构成承载腔位。

3.根据权利要求2所述的微型扩增仪，其特征在于，所述加热部包括多个加热片，所述加热片围设于承载筒的周围。

4.根据权利要求2所述的微型扩增仪，其特征在于，所述扩增仪还包括充电供电设备，所述离心部与承载筒通过一传动带连接，所述充电供电设备与离心部电连接供能，所述离心部带动承载筒旋转，所述承载筒与安装架体之间设有轴承。

5.根据权利要求1所述的微型扩增仪，其特征在于，所述外壳设有用于放置待测样本的器材口，所述器材口与承载腔位连通。

6.根据权利要求2所述的微型扩增仪，其特征在于，所述承载筒为中空筒或底部为透明材质，所述扩增仪还包括拍照部，所述拍照部位于承载筒的底部。

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