CN117025379B - 一种rapid恒温扩增核酸检测装置以及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种RAPID恒温扩增核酸检测装置以及检测方法，涉及生物学检测装置技术领域，其包括取样模块、稀释模块、恒温扩增模块、反应物稀释模块、检测模块，各模块之间通过螺纹连接，各个模块之间通过配合实现采样、核酸提取、核酸扩增、核酸检测于一体。本发明提供的RAPID恒温扩增检测产品反应装置结构简单，具备操作方便、灵活性好、适用范围广的优点，整个核酸检测过程能够实现实时检测，降低了时间成本，避免了人力、物力等浪费。
Description
技术领域
本发明涉及生物学检测装置技术领域，具体涉及RAPID恒温扩增检测产品反应装置。
背景技术
在现有的核酸扩增技术中，如等温扩增技术，已经可以实现样本裂解后无需纯化直接进行扩增反应，大大提高了核酸检测效率，发明WO2021180239A1公开了一种防污染单管核酸恒温扩增检测系统，该技术不需要纯化步骤，将适量生物样本加入到反应管中，处理1-3分钟左右，即可上机进行实时荧光检测；发明CN109402240A公开了一种核酸释放剂、核酸PCR扩增方法和PCR扩增试剂盒，该核酸释放剂可以使含有RNA的样品在室温下直接释放出RNA，且能够与PCR反应液直接混合进行PCR扩增，无需进行复杂的核酸提取和纯化过程即可完成扩增。
目前一次性生物核酸采样检测通常是咽拭子检测，咽拭子检测采样方式分为口咽拭子采样和鼻咽拭子采样，医护人员利用咽拭子进行采集样本，将采集到的样本再进行转运至实验室由专业人员进行检测，整个核酸检测流程需要分步分区域进行，并且需要有一定的医学技能，在进行采样、检测过程中容易被污染，造成假阳性的检测结果。整个核酸检测流程采样和检测不能一体化，需要花费较长的时间，处理效率较低。例如现有技术WO2021237396A1中公布了一种核酸检测装置，该装置能够实现将提取的核酸样品进行扩增检测，但是其存在的问题在于无法实现将采集的样品直接进行核酸提取和反应，使得需要额外进行核酸提取处理和反应，导致了检测流程的复杂性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：如何能够将裂解液、稀释液、扩增试剂装配在一个集成器械中，并且只通过简单的操作就能够在器械中实现裂解、稀释和扩增反应。
为解决上述问题，本发明提供了一种RAPID恒温扩增检测产品反应装置，本发明可满足采样、核酸提取、核酸扩增、核酸检测于一体，提高工作效率，减低污染风险。
一种RAPID恒温扩增核酸检测装置，包括：取样模块、稀释模块、核酸扩增模块、反应物稀释模块和检测模块；
取样模块中包括取样腔，用于存储裂解液，上部套接有可在取样腔中上下滑动的推杆，取样腔侧部开设取样口，底部的端面设封口膜；
稀释模块中包括稀释腔，用于存储稀释液，稀释模块顶部与取样模块的底部之间为可拆卸连接；
核酸扩增模块中包括加热腔，加热腔用于存储扩增试剂，加热腔底部设封口膜，核酸扩增模块的底部设有朝向下方的第一刺破装置，核酸扩增模块的顶部与稀释模块的底部之间为可拆卸连接；
反应物稀释模块包括反应物稀释腔，用于存储扩增产物稀释液，反应物稀释模块的顶部与核酸扩增模块的底部之间为可拆卸连接；反应物稀释腔中设有朝向上方的第二刺破装置，用于刺破加热腔底部的封口膜；并且反应物稀释腔的顶部端面设有封口膜，且能够被第一刺破装置刺破；反应物稀释腔的底部端面设有封口膜；
检测模块中包括检测区，用于存储检测试剂；还包括用于显示检测结果的显示区。
在推杆的顶端设推柄。
在取样腔的侧部设有滑轨，且推杆的杆体上设限位卡，限位卡嵌入于滑轨中。
在滑轨的底部侧方设限位槽，当推杆旋转一定角度后，限位卡能够卡接在限位槽中。
推杆的底部的侧面设胶塞，用于与取样腔的内壁之间的密封。
推杆的底部端面开设有锥形槽，锥形槽底面积大于顶面积，并且在锥形槽的顶部设有一个竖直槽，竖直槽用于容纳拭子端部的细杆。
反应物稀释腔的底部端面设有封口膜，并且在检测区中设有第三刺破装置，当反应物稀释腔与检测区装配时，第三刺破装置能够将反应物稀释腔的底部端面的封口膜刺破。
取样腔底部设第一外螺纹，稀释腔顶部设第一内螺纹，第一外螺纹和第一内螺纹之间相配合。
稀释腔底部设第二外螺纹，核酸扩增反应模块顶部设第四内螺纹，第二外螺纹和第四内螺纹之间相配合。
反应物稀释腔顶部设第三内螺纹，核酸扩增反应模块底部设第三外螺纹，第三内螺纹和第三外螺纹之间相配合。
检测区中设定量溶液腔，用于存储反应液。
一种核酸检测方法，其是用于非治疗与诊断目的，包括如下步骤：
步骤，采用上述的RAPID恒温扩增核酸检测装置，将拭子从取样腔放入后折断，并与取样腔中的裂解液进行裂解反应；
步骤，压动推杆，使拭子端部刺破取样腔底部的端面的封口膜，将裂解产物排至稀释腔；
步骤，将稀释腔与核酸扩增模块进行装配，压动推杆，使稀释产物进入加热腔，进行扩增反应；
步骤，将反应物稀释模块与核酸扩增模块进行装配，先由第一刺破装置将反应物稀释模块的封口膜刺破，再由第二刺破装置将核酸扩增模块上的加热腔上的封口膜刺破，使扩增产物进入反应物稀释腔；
步骤，将反应物稀释模块与检测模块进行装配，使稀释后的反应物在检测模块上进行检测并显示反应结果。
所述的步骤中，检测模块上的第三刺破装置将反应物稀释腔的底部端面的封口膜刺破，使稀释后的反应物流入定量溶液腔。
本发明具有的有益效果是：本发明提供的RAPID恒温扩增检测产品反应装置通过五个模块之间的配合，实现了采样、核酸提取、核酸扩增、核酸检测于一体，整个检测过程实现了实时检测，节省了时间、人力、物力等，降低了污染风险，具备操作简单、灵活性强的优点，可以说，本发明是一种整体结构简单、适用范围广、生产成本低的核酸检测装置。
附图说明
图1为本发明所述的RAPID恒温扩增检测产品反应装置的全部结构示意图；
图2为本发明所述的RAPID恒温扩增检测产品反应装置的推杆结构示意图；
图3为本发明所述的RAPID恒温扩增检测产品反应装置的取样模块结构示意图；
图4为本发明所述的RAPID恒温扩增检测产品反应装置的稀释模块结构示意图；
图5为本发明所述的RAPID恒温扩增检测产品反应装置的核酸扩增模块结构示意图；
图6为本发明所述的RAPID恒温扩增检测产品反应装置的反应物稀释模块结构示意图；
图7为本发明所述的RAPID恒温扩增检测产品反应装置的检测模块结构示意图；
图8为图7的剖视图；
图9为本发明所述的RAPID恒温扩增检测产品反应装置核酸扩增模块连接后的结构示意图；
图10为本发明所述的RAPID恒温扩增检测产品反应装置核酸扩增模块与反应物稀释模块连接后的结构示意图；
图11为图10的剖视图；
图12为本发明所述的RAPID恒温扩增检测产品反应装置检测模块连接后的结构示意图；
图13为本发明中一种实施例的推杆2的底部结构的放大图。
其中，1、推柄；2、推杆；3、限位卡；4、滑轨；5、取样口；6、取样腔；7、第一外螺纹；8、第一皮圈；9、第一内螺纹；10、稀释腔；11、第二外螺纹；12、第二皮圈；13、第二内螺纹；14、螺帽；15、内螺帽；16、第三外螺纹；17、第三皮圈；18、加热腔；19、第一刺破装置；20、第三内螺纹；21、反应物稀释腔；22、第二刺破装置；23、检测区；24、第三刺破装置；25、显示区；26、定量溶液腔；27、核酸扩增模块；28、反应物稀释模块；29、第四内螺纹；30、第四皮圈；31、检测模块；32、胶塞；33、限位槽；34、竖直槽；35、锥形槽；36、拭子端部。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，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“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于图1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设备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。
结合图1，其中显示了RAPID恒温扩增检测产品反应装置中的全部模块，具体是包括取样模块、稀释模块、核酸扩增模块、反应物稀释模块以及检测模块，其中取样模块、稀释模块、核酸扩增模块、反应物稀释模块的腔体内预设反应物：取样模块的作用，是用于将获得的拭子样品装载于模块中，并进行直接裂解；稀释模块的作用是将裂解产物进行适当的稀释，使其适合后续的扩增反应过程；而核酸扩增模块，是用于将稀释后的裂解产物进行恒温扩增，而反应物稀释模块是用于进一步地对扩增产物进行稀释；检测模块是用于将获得的稀释扩增产物进行检测。取样模块、稀释模块、核酸扩增模块（恒温扩增模块）和反应物稀释模块之间均可以通过螺纹进行连接，初始时，取样模块和稀释模块通过螺纹连接，完成取样以及稀释后，通过螺纹连接上核酸扩增模块，完成定量取液后，取下采样模块和稀释模块，核酸扩增反应结束后，通过螺纹连接上反应物稀释模块。
具体而言，如图1、图2、图3、图4所示，对于取样模块和稀释模块，其中取样模块中包括有取样腔6，取样腔6为管式结构，同时还包括有推杆2，推杆2的上端为推柄1，用于套接在管式结构当中，推杆2的下端有胶塞32，其作用是与取样腔6的管内壁相贴合并起到密封作用；在取样腔6的侧壁上开设有滑轨4，同时在推杆2的侧部设有限位卡3，限位卡3套接于滑轨4当中，另外在滑轨4的底部的一侧还设有限位槽33，当推杆2旋转后，能够使得限位卡3嵌入至限位槽33中，防止其自由上下运动；在取样腔6的侧壁上还开设有取样口5，取样口5的位置低于限位卡3，在取样腔6的底部设有第一外螺纹7和第一皮圈8，底部的端面封口膜，取样腔6内预设裂解液，封口膜用于对底部封闭，但是当其被刺破时，又能够使裂解液流出。
同时，对于稀释模块，其主要包括稀释腔10，在稀释腔10的上端设有第一内螺纹9，用于与第一外螺纹7进行活动连接，而第一皮圈8用于密封，使得稀释模块能够安装于取样模块的下方。稀释模块中预灌注稀释液，并且在其底部还设有第二外螺纹11和第二皮圈12，底部的端面设有封口膜，封口膜用于对底部封闭，但是当其被刺破时，又能够使稀释液流出；通常，在稀释模块中通过安装一个螺帽14，与第二外螺纹11之间连接固定，第二皮圈12用于密封，螺帽14的作用是保护封口膜。取样模块中取样腔6外壳上的滑轨4和推杆2上的限位卡3配合可以实现采样、稀释以及定量取液的功能。
在进行装配时，先将取样腔6底部以及稀释腔10底部覆好封口膜，在稀释腔10内预存稀释液；采样前先将推杆2向左旋转，使其能够自由上下运动，再向上拉，露出取样口5，将采样后的咽拭子从取样口5置于取样腔6，掰断棉签棍，使咽拭子头置于取样腔6底部，再将推杆2向下推，向右旋转恢复至初始位置，摇晃混匀使其在取样腔6进行第一阶段的裂解反应，得到第一阶段的裂解产物；
在完成裂解反应后，继续用力推下推杆2，使咽拭子头捅破取样腔6底部封口膜，上下颠倒混匀，使得第一阶段的裂解产物与稀释腔10内的稀释液进行稀释混合，得到第二阶段的生物样品。另外，如图13所示，由于在将拭子从取样口5放入并折断后，其拭子端部36通常朝下，而此时其通常在取样腔6中呈一定的倾斜角度，如果直接将推杆2压下时，有可能会导致将拭子端部36压成水平角度，一方面使推压过程阻力增大，不易操作，另一方面也有可能不能较好地将封口膜压破，因此，在推杆2的底部开设有一个锥形槽35，锥形槽35底面积大于顶面积，并且在锥形槽35的顶部设有一个竖直槽34，竖直槽34用于容纳拭子端部的细杆；由于在向下压动推杆2时，锥形槽35通常底面较大，使得拭子细杆能够与锥形槽35内壁相接触，随着压动的继续进行，细杆逐渐向垂直方向转动，直至恰好嵌入至竖直槽34中，使得细杆被固定，此时保证了拭子端部36垂直向下，由于其截面较小且角度固定，能够有效刺破底部的封口膜，使裂解液排出。
完成取样并稀释后，接下来，连接上核酸扩增模块，完成定量取液后取下取样模块和稀释模块，之后进行恒温扩增，扩增结束后连接上反应物稀释模块，稀释完成后再连接检测模块，实现采样、核酸提取、核酸扩增、核酸检测一体化。
更具体而言，对于核酸扩增模块27，其如图5和图11所示，其主体为倒圆台状的加热腔18(倒圆台状)，内预设可贮存固体微球或者用于核酸扩增的溶液,加热腔18的底部为封口膜,用于封闭其中的反应原料,并且封口膜可以被由下向上刺破,进而使反应产物排出，微球中可以封装有反应原料，进行扩增反应的过程中既可以采用固体原料反应也可以采用液体反应液；当采用固态反应原料时，例如可以采用负载有反应物的微球，微球中包含Tris-Ac、肌酸激酶、磷酸肌酸二钠盐、二硫苏糖醇、dNTPs、三磷酸腺苷、醋酸钾、醋酸镁等。RT-nfo微球中包含重组酶UvsX、重组酶辅助蛋白UvsY、单链结合蛋白gp32、DNA聚合酶Bsu及核酸外切酶IV及引物探针等。预先将上述成分配制溶液后，通过将液体试剂经液氮预冻成固态，再通过冻干机在真空低温环境下脱水，形成高品质、稳定的冻干球。冻干微球技术能够最大限度的保持酶/蛋白等的活性，且冻干球具有疏松网状结构，复溶迅速，并可以常温运输及长期室温保存。加热腔可以通过外置的恒温孵育器进行反应控温，使RAPID反应进行。加热腔18上端设置第四内螺纹29，在存储时，通过内螺帽15使其封闭，其中采用第四皮圈30进行密封，下端面设置封口膜；另外，其底部还包括有第一刺破装置19,其刺破方向朝下。在使用时，取下内螺帽15，并通过第四内螺纹29与第二外螺纹11之间进行连接固定，将核酸扩增模块27连接在稀释腔10底部，推杆2再往下推2.6mm完成定量取液后，为防止回弹再向右旋转，将推杆2上突起卡在滑轨4上的限位槽33中使固定，之后取下取样模块和稀释模块进行第三阶段生物PCR反应，得到第三阶段的扩增产物。
当得到了扩增产物后，可以根据试剂的情况选择进行直接检测，或者选择稀释后再进行检测。当需要进行稀释处理时，将反应物稀释模块28旋转安装上（其具体的结构如图6所示），整体上为腔体,在反应物稀释腔21内预存稀释液，在顶部设第三内螺纹20,用于与核酸扩增模块27的第三外螺纹16进行连接固定，反应物稀释腔21上端和下端均设封口膜,用于对其中的稀释液进行封闭,在安装过程首先核酸扩增模块27上的第一刺破装置19(螺旋式)先将反应物稀释模块28的封口膜刺破，在旋转过程中，反应物稀释模块28内部的的第二刺破装置22(刺破的方向朝上,圆锥式)将核酸扩增模块27上的加热腔18上的封口膜刺破，使扩增反应液向下流出,再经过摇晃混匀，得到第四阶段的生物样品；
将反应物稀释模块28再接在检测模块31的检测区23，检测区23上的第三刺破装置24(圆环式)将反应物稀释模块28底端的封口膜刺破，多余液体流到定量溶液腔26，剩余液体完成试纸条检测，在检测模块31的显示区25观察核酸检测结果。这里的检测和显示区，可以采用现有技术中的检测试剂进行，例如侧向流胶体金试纸条，在对应引物及探针上修饰不同基团，所修饰基团可与侧向流胶体金试纸条上对应的特异性抗体结合从而显色，针对靶标基因进行扩增后，阳性样本可在侧向流胶体金试纸条上抗体所在位置显色，阴性样本不显色。
在其他的一些实施方式中,RAPID恒温扩增检测产品反应装置中，取样腔6的体积约为0.785mL，稀释腔10的体积约为1.5mL，加热腔18的最小孔径为4mm，反应物稀释腔21的体积约为5mL。
Claims (7)
1.一种RAPID恒温扩增核酸检测装置，其特征在于，包括：取样模块、稀释模块、核酸扩增模块、反应物稀释模块和检测模块；
取样模块中包括取样腔（6），用于存储裂解液，上部套接有可在取样腔（6）中上下滑动的推杆（2），取样腔（6）侧部开设取样口（5），底部的端面设封口膜；
稀释模块中包括稀释腔（10），用于存储稀释液，稀释模块顶部与取样模块的底部之间为可拆卸连接；
核酸扩增模块中包括加热腔（18），加热腔（18）用于存储扩增试剂，加热腔（18）底部设封口膜，核酸扩增模块的底部设有朝向下方的第一刺破装置（19），核酸扩增模块的顶部与稀释模块的底部之间为可拆卸连接；
反应物稀释模块包括反应物稀释腔（21），用于存储扩增产物稀释液，反应物稀释模块的顶部与核酸扩增模块的底部之间为可拆卸连接；反应物稀释腔（21）中设有朝向上方的第二刺破装置（22），用于刺破加热腔（18）底部的封口膜；并且反应物稀释腔（21）的顶部端面设有封口膜，且能够被第一刺破装置（19）刺破；反应物稀释腔（21）的底部端面设有封口膜；
检测模块中包括检测区（23），用于存储检测试剂；还包括用于显示检测结果的显示区；
推杆（2）的底部端面开设有锥形槽（35），锥形槽（35）底面积大于顶面积，并且在锥形槽（35）的顶部设有一个竖直槽（34），竖直槽（34）用于容纳拭子端部的细杆；
反应物稀释腔（21）的底部端面设有封口膜，并且在检测区中设有第三刺破装置（24），当反应物稀释腔（21）与检测区（23）装配时，第三刺破装置（24）能够将反应物稀释腔（21）的底部端面的封口膜刺破。
2.根据权利要求1所述的RAPID恒温扩增核酸检测装置，其特征在于，在取样腔（6）的侧部设有滑轨（4），且推杆（2）的杆体上设限位卡（3），限位卡（3）嵌入于滑轨（4）中。
3.根据权利要求2所述的RAPID恒温扩增核酸检测装置，其特征在于，在滑轨（4）的底部侧方设限位槽（33），当推杆（2）旋转一定角度后，限位卡（3）能够卡接在限位槽（33）中。
4.根据权利要求1所述的RAPID恒温扩增核酸检测装置，其特征在于，推杆（2）的底部的侧面设胶塞（32），用于与取样腔（6）的内壁之间的密封。
5.根据权利要求1所述的RAPID恒温扩增核酸检测装置，其特征在于，取样腔（6）底部设第一外螺纹（7），稀释腔（10）顶部设第一内螺纹（9），第一外螺纹（7）和第一内螺纹（9）之间相配合；
稀释腔（10）底部设第二外螺纹（11），核酸扩增反应模块顶部设第四内螺纹（29），第二外螺纹（11）和第四内螺纹（29）之间相配合；
反应物稀释腔（21）顶部设第三内螺纹（20），核酸扩增反应模块底部设第三外螺纹（16），第三内螺纹（20）和第三外螺纹（16）之间相配合。
6.根据权利要求1所述的RAPID恒温扩增核酸检测装置，其特征在于，检测区（23）中设定量溶液腔（26），用于存储反应液。
7.一种核酸检测方法，其是用于非治疗与诊断目的，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，采用权利要求1所述的RAPID恒温扩增核酸检测装置，将拭子从取样腔（6）放入后折断，并与取样腔（6）中的裂解液进行裂解反应；
步骤2，压动推杆（2），使拭子端部（36）刺破取样腔（6）底部的端面的封口膜，将裂解产物排至稀释腔（10）；
步骤3，将稀释腔（10）与核酸扩增模块（27）进行装配，压动推杆（2），使稀释产物进入加热腔（18），进行扩增反应；
步骤4，将反应物稀释模块（28）与核酸扩增模块（27）进行装配，先由第一刺破装置（19）将反应物稀释模块（28）的封口膜刺破，再由第二刺破装置（22）将核酸扩增模块（27）上的加热腔（18）上的封口膜刺破，使扩增产物进入反应物稀释腔（21）；
步骤5，将反应物稀释模块（28）与检测模块（31）进行装配，使稀释后的反应物在检测模块上进行检测并显示反应结果；
所述的步骤5中，检测模块（31）上的第三刺破装置（24）将反应物稀释腔（21）的底部端面的封口膜刺破，使稀释后的反应物流入定量溶液腔（26）。
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