CN117384750B - 一种全集成数字化核酸分析卡盒 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全集成数字化核酸分析卡盒，包括试剂存储单元、流体转移单元和液滴生成检测单元，试剂存储单元用于存储样本和试剂，流体转移单元用于实现流体在不同的试剂存储管之间转移以处理样本以及提取核酸、用于将流体转移至液滴生成检测单元，液滴生成检测单元用于将流体形成液滴、供液滴进行生化反应以及生化反应的检测。全集成数字化核酸分析卡盒能够实现核酸分析的全流程操作，降低了核酸分析的成本，提高核酸分析的效率；全集成数字化核酸分析卡盒仅需一套配套仪器即可，降低了配套仪器的成本，提高了核酸分析的效率，减小了对空间的需求，降低了使用成本；降低了操作员的操作难度、对操作人员的要求以及扩增产物泄露的风险。

Description

一种全集成数字化核酸分析卡盒

技术领域

本发明涉及体外诊断技术领域，更具体地说，涉及一种全集成数字化核酸分析卡盒。

背景技术

液滴微流控技术结合了微流控以及液滴技术。在微流道的作用下，一相流体在另一相不互溶的流体中分散并形成一系列微液滴，每个微液滴相互隔离，互不干扰的微液滴可以作为一个微反应器，完成相关生化反应和检测。

上述液滴微流控技术具有液滴体积微小、液滴生产速度快、以及液滴均匀性好等优点，因此，液滴微流控技术是体外诊断等领域的较优选择。

在核酸分析这方面，核酸的处理通过核酸处理装置完成、液滴的生成通过液滴生成装置完成、反应体系的反应和反应产物的检测通过液滴反应检测装置完成，其中，核酸处理装置、液滴生成装置和液滴反应检测装置均是不同的装置且相对独立，导致液滴微流动技术应用于核酸分析所需装置较多，成本较高，而且效率较低。

另外，核酸处理装置、液滴生成装置和液滴反应检测装置均需要配套仪器完成相应的工作，也导致液滴微流动技术应用于核酸分析所需装置较多，成本较高、效率较低；同时，配套仪器较多，所需空间较多，成本较高。

另外，核酸处理装置处理好的反应体系需要转移至液滴生成装置，液滴生成装置所生成的液滴需要转移至液滴检测装置，在转移过程中需要操作人员的专业操作，操作难度较大，对操作人员的要求较高，且存在扩增产物泄露的风险。

综上所述，液滴微流动技术如何应用于核酸分析，以降低核酸分析的成本，提高核酸分析的效率，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种全集成数字化核酸分析卡盒，以降低核酸分析的成本，提高核酸分析的效率。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种全集成数字化核酸分析卡盒，包括：试剂存储单元，流体转移单元，以及液滴生成检测单元；

其中，所述试剂存储单元用于存储核酸分析所需的样本和试剂；

所述流体转移单元用于实现流体在所述试剂存储单元内不同的试剂存储管之间转移以处理样本以及提取核酸、以及用于将流体转移至所述液滴生成检测单元；

所述液滴生成检测单元用于将流体形成液滴、供所述液滴进行生化反应、以及生化反应的检测。

可选地，所述试剂存储单元、所述流体转移单元和所述液滴生成检测单元集成于同一芯片。

可选地，所述试剂存储单元和所述流体转移单元集成于第一芯片，所述液滴生成检测单元集成于第二芯片，所述第一芯片和所述第二芯片通过连接管连通。

可选地，所述试剂存储单元用于存储样本、处理样本以及提取核酸所需的试剂、以及液滴生成油。

可选地，所述试剂存储单元用于存储样本、处理样本、以及提取核酸所需的试剂，所述液滴生成检测单元具有用于供液滴生成油加入以及存储液滴生成油的油相腔室。

可选地，所述试剂存储单元包括：多个试剂存储管，以及密封盖；

其中，所述密封盖用于密封所述试剂存储管的顶端管口，所述密封盖具有密封盖通气孔，所述密封盖通气孔和所述试剂存储管的管腔连通；

所述试剂存储管设置于所述流体转移单元所在的芯片，且每个所述试剂存储管均能够单独和所述流体转移单元连通。

可选地，所述流体转移单元包括：推杆和旋转选通阀；

其中，所述旋转选通阀具有相连通的阀第一通道和阀第二通道；

所述旋转选通阀可转动设置于所述芯片，随着所述旋转选通阀的转动，所述阀第一通道的一端通过所述芯片能够和每个所述试剂存储管连通、以及所述液滴生成检测单元连通；

所述推杆沿所述旋转选通阀的转动轴线可推拉地设置在所述阀第二通道内，且所述推杆和所述阀第二通道密封连接。

可选地，所述流体转移单元和所述液滴生成检测单元集成于同一个芯片；

所述液滴生成检测单元包括：水相腔室，均与所述水相腔室连通的水相进入通道和水相通气通道，油相腔室，均与所述油相腔室连通的油相进入通道和油相通气通道，液滴生成结构，液滴输送通道，液滴检测腔室，以及检测腔室通气通道；

所述油相腔室和所述水相腔室均与所述液滴生成结构连通，所述液滴输送通道连通所述液滴生成结构和液滴检测腔室，所述检测腔室通气通道和所述液滴检测腔室连通；

所述旋转选通阀具有第一通气孔、第二通气孔和第三通气孔；

在所述旋转选通阀的阀第一通道和所述检测腔室通气通道连通时，所述第一通气孔和所述油相通气通道连通、且所述第二通气孔和所述水相通气通道连通；

在所述旋转选通阀的阀第一通道和所述油相进入通道连通时，所述第三通气孔和所述油相通气通道连通；

在所述旋转选通阀的阀第一通道和所述水相进入通道连通时，所述第三通气孔和所述水相通气通道连通。

可选地，所述流体转移单元集成于第一芯片，所述液滴生成检测单元集成于第二芯片，所述第一芯片和所述第二芯片通过第一连接管和第二连接管连通；

所述液滴生成检测单元包括：水相腔室，与所述水相腔室连通的水相进入通道，油相腔室，液滴生成结构，液滴输送通道，液滴检测腔室，以及检测腔室通气通道；

所述水相腔室的顶端设置有疏水透气膜，所述油相腔室具有用于加入液滴生成油以及用于排气的开口；

所述油相腔室和所述水相腔室均与所述液滴生成结构连通，所述液滴输送通道连通所述液滴生成结构和液滴检测腔室，所述检测腔室通气通道和所述液滴检测腔室连通；

所述检测腔室通气通道和所述水相进入通道能够单独和所述阀第一通道连通，且所述水相进入通道能够通过所述第二芯片、所述第一连接管和所述第一芯片单独和所述阀第一通道连通，所述检测腔室通气通道能够通过所述第二芯片、所述第一连接管和所述第一芯片单独和所述阀第一通道连通。

可选地，所述第一连接管和所述第二连接管均通过管固定件固定于所述第一芯片，且所述第一连接管和所述第二连接管均通过管密封件和所述第一芯片密封连接。

可选地，所述旋转选通阀包括阀主体和阀底盖；

其中，所述阀主体和所述阀底盖沿所述旋转选通阀的转动轴线上下分布，所述阀主体和所述阀底盖固定连接且密封连接，所述阀第二通道设置于所述阀主体，所述阀第一通道设置于所述阀主体和所述阀底盖。

可选地，所述阀底盖的上侧设置有用于容纳磁珠的底盖凹槽，所述底盖凹槽和所述阀第二通道相对且连通；

和/或，所述阀主体和所述芯片通过密封垫密封连接；其中，所述密封垫和所述芯片固定连接且密封连接，所述阀主体和所述密封垫密封连接且转动配合；所述流体转移单元还包括底板，所述旋转选通阀可转动地设置在所述底板上，所述底板和所述芯片固定连接以夹紧所述旋转选通阀和所述密封垫。

可选地，所述液滴生成检测单元的液滴生成结构为流动聚焦结构；

和/或，所述液滴生成检测单元的液滴输送通道包括至少两级输送通道，相邻的两级输送通道中，位于上游的一级输送通道的数目小于位于下游的一级输送通道的数目且位于上游的一级输送通道的输送横截面大于位于下游的一级输送通道的输送横截面；且所述液滴输送通道用于使液滴平铺进入所述液滴生成检测单元的液滴检测腔室；

和/或，所述液滴生成检测单元的液滴检测腔室中设置有阻挡柱，所述阻挡柱用于限制液滴在生物反应过程中移动。

本发明提供的全集成数字化核酸分析卡盒，能够实现核酸处理、微液滴生成、反应体系反应以及反应产物的检测，即能够实现核酸分析的全流程操作，以降低核酸分析的成本，提高核酸分析的效率；而且，全集成数字化核酸分析卡盒仅需一套配套仪器即可，降低了配套仪器的成本，也提高了核酸分析的效率，还减小了对空间的需求，降低了使用成本；同时，不需要人工转移流体，即不需要操作人员的专业操作，降低了操作员的操作难度，从而降低了对操作人员的要求，且降低了扩增产物泄露的风险。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的全集成数字化核酸分析卡盒的结构示意图；

图2为图1所示的全集成数字化核酸分析卡盒的爆炸图；

图3为图2中试剂存储管的结构示意图；

图4为图2中密封盖的结构示意图；

图5为图4所示的密封盖的另一方向的结构示意图；

图6为图2中基板的结构示意图；

图7为图6所示的基板的另一方向的结构示意图；

图8为图2为本发明实施例一提供的全集成数字化核酸分析卡盒中液滴生成检测单元的结构示意图；

图9为图8的局部放大图；

图10为图2中旋转选通阀的选通阀主体的结构示意图；

图11为图10所示的选通阀主体的另一方向的结构示意图；

图12为图2中旋转选通阀的选通阀底盖的结构示意图；

图13为图12所示的选通阀底盖的另一方向的结构示意图；

图14为图2中密封垫的结构示意图；

图15为图14中密封垫的另一方向的结构示意图；

图16为图2中底板的结构示意图；

图17为本发明实施例一提供的全集成数字化核酸分析卡盒的俯视图；

图18为图17的A-A向剖视图；

图19为图2中推杆的结构示意图；

图20为本发明实施例一提供的全集成数字化核酸分析卡盒处于第六试剂存储管所对应的基板通孔和主体第三通气孔连通的状态下的示意图；

图21为本发明实施例一提供的全集成数字化核酸分析卡盒处于主体第三通气孔和油相进入通孔连通、主体第四通气孔和油相通气孔连通的状态下的示意图；

图22为本发明实施例一提供的全集成数字化核酸分析卡盒处于第一试剂存储管所对应的基板通孔和主体第三通气孔连通的状态下的示意图；

图23为本发明实施例一提供的全集成数字化核酸分析卡盒处于第二试剂存储管所对应的基板通孔和主体第三通气孔连通的状态下的示意图；

图24为本发明实施例一提供的全集成数字化核酸分析卡盒处于第三试剂存储管所对应的基板通孔和主体第三通气孔连通的状态下的示意图；

图25为本发明实施例一提供的全集成数字化核酸分析卡盒处于第四试剂存储管所对应的基板通孔和主体第三通气孔连通的状态下的示意图；

图26为本发明实施例一提供的全集成数字化核酸分析卡盒处于第五试剂存储管所对应的基板通孔和主体第三通气孔连通的状态下的示意图；

图27为本发明实施例一提供的全集成数字化核酸分析卡盒处于主体第三通气孔和水相进入通孔连通、主体第四通气孔和水相通气孔连通的状态下的示意图；

图28为本发明实施例一提供的全集成数字化核酸分析卡盒处于主体第三通气孔和检测腔室通气孔、主体第一通气孔和油相通气孔连通、主体第二通气孔和水相通气孔连通的状态下的示意图；

图29为图28的局部放大图；

图30为本发明实施例二提供的全集成数字化核酸分析卡盒的结构示意图；

图31为图30所示的全集成数字化核酸分析卡盒的爆炸图；

图32为图31中基板的结构示意图；

图33为图32所示的基板的另一方向的结构示意图；

图34为图31中液滴生成结构层的结构示意图；

图35为图34所示的液滴生成结构层的另一方向的结构示意图；

图36为图35的局部放大图；

图37为图31中连接管和管固定件的连接示意图；

图38为图37所示结构的爆炸图；

图39为本发明实施例二提供的全集成数字化核酸分析卡盒处于主体第三通气孔和水相进入通孔连通的状态下的示意图；

图40为本发明实施例二提供的全集成数字化核酸分析卡盒处于主体第三通气孔和检测腔室通气孔的状态下的示意图。

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。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本申请实施例的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。

本申请提供了一种全集成数字化核酸分析卡盒，能够实现核酸处理、微液滴生成、反应体系反应以及反应产物的检测，即能够实现核酸分析的全流程操作，以降低核酸分析的成本，提高核酸分析的效率。其中，核酸处理包括样本处理、以及核酸的提取和纯化，反应产物的检测可以为数字化检测。

如图1-图29所示，本发明实施例一提供了一种全集成数字化核酸分析卡盒；如图30-图40所示，本实施例二提供了一种全集成数字化核酸分析卡盒。

下面结合附图分别对两个实施例进行具体说明。

实施例一

如图1和图2所示，本发明实施例一提供的全集成数字化核酸分析卡盒包括：试剂存储单元01，流体转移单元02，以及液滴生成检测单元03。

试剂存储单元01包括六个试剂存储管400，六个试剂存储管400分别为第一试剂存储管400a、第二试剂存储管400b、第三试剂存储管400c、第四试剂存储管400d、第五试剂存储管400e和第六试剂存储管400f。

以采用磁珠法提取核酸以及使用CRISPR-Cas技术实现了目标核酸的非扩增检测为例，可选择第一试剂存储管400a用于存储样本和裂解液，第二试剂存储管400b用于存储磁珠悬浮液，第三试剂存储管400c用于存储清洗液，第四试剂存储管400d用于存储洗脱液和CRISPR-Cas反应所需的缓冲液，第五试剂存储管400e用于存储CRISPR-Cas反应所需的冻干试剂，第六试剂存储管400f用于存储液滴生成油。该液滴生成油可为矿物油或氟化油等，本实施例对此不做限定。

可以理解的是，CRISPR-Cas技术即为常间回文重复序列丛集-常间回文重复序列丛集关联蛋白技术。

需要说明的是，全集成数字化核酸分析卡盒还可以进行数字LAMP反应和数字PCR反应。在进行数字LAMP反应时，第四试剂存储管400d用于存储洗脱液和数字LAMP反应所需的缓冲液，第五试剂存储管400e用于存储数字LAM反应所需的冻干试剂。在进行数字PCR反应时，第四试剂存储管400d用于存储洗脱液和数字PCR反应所需的缓冲液，第五试剂存储管400e用于存储数字PCR反应所需的冻干试剂。

冻干试剂也可为其他类型，例如液体试剂等，本实施例对此不做限定。

可以理解的是，数字LAMP反应即为数字环介导等温扩增反应，数字PCR反应即为数字聚合酶链式反应。

当然，全集成数字化核酸分析卡盒还可以进行其他反应，相应的调整第四试剂存储管400d和第五试剂存储管400e所用于存储的物质，本实施例对此不做限定。在实际情况中，还可适当地调整试剂存储管400的数目，并不局限于本实施例中所提及的六个试剂存储管400。因此，试剂存储单元01用于存储样本、处理样本以及提取核酸所需的试剂、以及液滴生成油。

对于试剂存储管400的具体结构，根据实际情况选择，本实施例对此不做限定。

如图3所示，试剂存储管400的底端具有底端管口401，试剂存储管400的顶端具有顶端管口402。

为了提高安全性，上述试剂存储单元01还包括密封盖300，该密封盖300和试剂存储管400的顶端管口402密封连接。为了便于密封连接，如图4所示，密封盖300设置有密封盖凸台302。该密封盖凸台302和顶端管口402套设配合以实现密封连接。此情况下，可选择密封盖凸台302外套于顶端管口402、或者密封盖凸台302伸于顶端管口402内（即顶端管口402外套于密封盖凸台302）。

在实际情况中，也可选择密封盖300通过其他方式密封顶端管口402，本实施例对此不做限定。

为了便于流体转移单元02转移试剂存储管400内的流体，如图5所示，密封盖300具有密封盖通气孔301，该密封盖通气孔301和试剂存储管400的管腔连通。该密封盖通气孔301用于实现在流体控制过程中通气以使流体顺畅流动。密封盖通气孔301处可设置疏水透气膜以防止全集成数字化核酸分析卡盒在工作过程中出现气溶胶污染。

密封盖300密封所有的试剂存储管400，简化了零部件，也简化了整个装置的装配。当然，也可选择一个密封盖300仅密封一个试剂存储管400、或者一个密封盖300密封两个试剂存储管400，并不局限于上述情况。

流体转移单元02用于实现流体的转移。流体转移单元02包括推杆100和旋转选通阀200。流体转移单元02集成在基板500上。

如图6所示，基板500的基板上表面501设置有基板第一凹槽503，基板第一凹槽503的槽底设置有基板通孔504。试剂存储管400的底端管口401和基板第一凹槽503连通且密封连接。其中，底端管口401和基板第一凹槽503一一对应。

结合图1和图2，如图10-图13所示，旋转选通阀200可转动地设置于基板500。可以理解的是，和全集成数字化核酸分析卡盒配套使用的配套仪器驱动旋转选通阀200转动。为了便于安装旋转选通阀200，旋转选通阀200设置有第一安装凸台219a和第二安装凸台219b，旋转选通阀200通过第一安装凸台219a和第二安装凸台219b和配套仪器固定连接，从而实现配套仪器带动旋转选通阀200转动。

旋转选通阀200包括阀主体210和阀底盖220。其中，阀主体210和阀底盖220沿旋转选通阀200的转动轴线上下分布，这样，方便了生产和制造，也可方便了安装。此情况下，第一安装凸台219a和第二安装凸台219b设置于阀主体210的底端，阀底盖220设置有和第一安装凸台219a对齐的阀第一安装孔224、以及和第二安装凸台219b对应的阀第二安装孔225。

在实际情况中，也可选择旋转选通阀200设置除阀第一安装孔224和阀第二安装孔225以外的其他固定结构，并不局限于上述结构。

阀主体210和阀底盖220固定连接且密封连接。为了便于阀主体210和阀底盖220固定连接且密封连接，可选择阀主体210和阀底盖220通过超声焊接或其他焊接方式实现固定连接且密封连接。

在实际情况中，可选择旋转选通阀200为其他结构，例如旋转选通阀200包括三个以上的零件，或者两个沿垂直于旋转选通阀200的旋转轴线的方向依次分布的两个零件，并不局限于上述结构。

为了实现流体的流转，阀主体210设置有主体第一通气孔211、主体第二通气孔212、主体第三通气孔213和主体第四通气孔214。阀底盖220设置有底盖第一通气孔222和底盖第二通气孔223。其中，主体第四通气孔214和底盖第一通气孔222相对且连通，主体第一通气孔211与主体第二通气孔212均和底盖第二通气孔223相对且连通。即，主体第一通气孔211和底盖第二通气孔223形成旋转选通阀200的第一通气孔，主体第二通气孔212和底盖第二通气孔223形成旋转选通阀200的第二通气孔，主体第四通气孔214和底盖第一通气孔222形成旋转选通阀200的第三通气孔。

需要说明的是，阀主体210还可设置主体第五通气孔215或者其他的通气孔以适用于其他结构的基板500，本实施例对此不做限定。其中，主体第五通气孔215和底盖第一通气孔222相对且连通，主体第五通气孔215和底盖第一通气孔222形成旋转选通阀200的第四通气孔。

主体第三通气孔213能够和每个基板第一凹槽503的基板通孔504连通。可以理解的是，旋转选通阀200转至某个设定位置，可实现主体第三通气孔213和某个基板第一凹槽503的基板通孔504连通。在旋转选通阀200的转至一个设定位置的情况下，主体第三通气孔213只能和一个基板第一凹槽503连通。这样，在旋转选通阀200的转至一个设定位置的情况下，主体第三通气孔213只能和位于该基板第一凹槽503的试剂存储管400连通。可以理解的是，设定位置和试剂存储管400一一对应，每个试剂存储管400均能够单独和主体第三通气孔213连通。

如图10-图13、图17和图18所示，旋转选通阀200具有阀第一通道216和阀第二通道217，阀第一通道216的一端和主体第三通气孔213连通，阀第一通道216的另一端和阀第二通道217连通。可以理解的是，主体第三通气孔213即为阀第一通道216的通道口。

阀第二通道217沿旋转选通阀200的转动轴线设置，即阀第二通道217的长度方向平行于旋转选通阀200的转动轴线；阀第一通道216沿垂直于旋转选通阀200的转动轴线的方向设置，即阀第一通道216的长度方向垂直于旋转选通阀200的转动轴线。为了便于流体流动，阀第一通道216为直线通道。

为了便于形成阀第二通道217，阀主体210具有阀杆体218，阀第二通道217设置在阀杆体218上。

在旋转选通阀200包括阀主体210和阀底盖220的情况下，如图10和图11所示，阀第二通道217设置于阀主体210，阀第一通道216设置于阀主体210和阀底盖220。如图11所示，阀主体210设置有主体通道216b；如图12所示，阀底盖220设置有底盖通道216a。其中，底盖通道216a和主体通道216b对接且密封连接形成阀第一通道216。

在旋转选通阀200为其他结构的情况下，阀第一通道216和阀第二通道217的位置以及其他结构可根据情况进行适应性的调整，本实施例对此不做限定。

为了提高旋转选通阀200的结构紧凑性，阀第二通道217位于旋转选通阀200的中心位置，阀第一通道216自旋转选通阀200的中心位置延伸至旋转选通阀200的边缘位置，主体第三通气孔213位于旋转选通阀200的边缘位置。此情况下，阀第二通道217的长度方向和旋转选通阀200的转动轴线共线，阀第二通道217的长度方向即为阀第二通道217的轴向。

上述主体第三通气孔213、阀第一通道216和阀第二通道217形成阀流路，上述推杆100可推拉地设置在阀第二通道217内，且推杆100和阀第二通道217密封连接。这样，向上拉上述推杆100，能够实现流体从主体第三通气孔213依次进入阀第一通道216和阀第二通道217；向下推上述推杆100，能够实现流体自阀第二通道217和阀第一通道216进入主体第三通气孔213并通过主体第三通气孔213排出。因此，旋转选通阀200能够实现流体的各项操作。

为了保证全集成数字化核酸分析卡盒能够采用磁珠法提取核酸，阀底盖220的上侧设置有用于容纳磁珠的底盖凹槽221，该底盖凹槽221和阀第二通道217相对且连通。可以理解的是，底盖凹槽221位于阀第二通道217的正下方。

为了避免流体泄漏，要求阀主体210和基板500密封连接。如图2所示，基板500和旋转选通阀200通过密封垫800密封连接，即基板500和阀主体210通过密封垫800密封连接。密封垫800具有供阀杆体218穿过的密封垫安装孔804，基板500具有供阀杆体218穿过的基板安装孔505。

如图7所示，基板500的基板下表面502设置有基板第二凹槽530，该基板第二凹槽530用于容纳密封垫800。如图14和图18所示，密封垫800设置有密封垫通孔801，基板通孔504都有与其对应且连通的密封垫通孔801。这样，主体第三通气孔213能够通过密封垫通孔801和基板通孔504连通。

可以理解的是，上述密封垫800的密封垫正面803和基板第二凹槽530的槽底接触。对于基板第二凹槽530的形状，根据实际情况选择，例如基板第二凹槽530为圆形槽等，本实施例对此不做限定。

密封垫800和基板500通过密封胶实现密封连接和固定连接，确保了密封性良好。当然，也可选择密封垫800和基板500通过其他方式实现密封连接，本实施例对此不做限定。

为了便于密封垫800和阀主体210密封连接，如图15所示，上述密封垫800设置有密封垫凸台802，该密封垫凸台802与阀主体210相贴合以实现密封连接，从而实现对试剂存储单元01（试剂存储管400）的密封。

需要说明的是，旋转选通阀200是需要转动的，在旋转选通阀200转动过程中，基板500和密封垫800是固定不动的。这样，只有旋转选通阀200上的主体第三通气孔213与密封垫800上的密封垫通孔801相对，即主体第三通气孔213与基板500上相应的通孔相对，才会选通相应流路以实现流体的转移操作。

上述密封垫800和旋转选通阀200并未固定连接，为了提高密封垫800和旋转选通阀200密封连接可靠性，如图2所示，上述流体转移单元02还包括底板700，底板700和基板500固定连接，旋转选通阀200可转动地设置在底板700上，这样，通过底板700和基板500固定连接能够夹紧旋转选通阀200和密封垫800，为旋转选通阀200紧贴密封垫800提供了夹紧力，提高密封性能，防止了流体的渗漏。

为了增强上述夹紧力，如图16所示，底板700设置有底板凹槽701，旋转选通阀200设置在底板凹槽701中。可以理解的是，在旋转选通阀200转动过程中，底板700固定不动。因此，旋转选通阀200和底板凹槽701转动配合，以保证旋转选通阀200的转动。

对于底板凹槽701的形状，根据实际情况选择。为了便于安装，可选择底板凹槽701为环形凹槽，例如圆环形凹槽等，本实施例对此不做限定。

为了便于安装，如图1和图2所示，可选择底板700和基板500通过第一紧固件600固定连接。该第一紧固件600可为螺纹连接件或销钉或其他。例如，第一紧固件600包括螺纹配合的第一螺栓602和第一螺母601，此情况下，基板500设置有第一安装沉孔529，第一螺母601位于第一安装沉孔529中。

上述密封垫800可为硅胶垫、橡胶垫或其他类型，本实施例对此不做限定。

在实际情况中，也可选择阀主体210和基板500通过其他方式实现密封连接，本实施例对此不做限定。

如图19所示，推杆100的顶端设置有推杆操作部101，这样，配套设备操作推杆操作部101，从而便于配套设备操作推杆100。推杆100的底端设置有推杆密封部102，该推杆密封部102和阀第二通道217密封连接，这样，便于保证推杆100和阀第二通道217密封连接。

当然，也可选择推杆100为其他结构，并不局限于图19所示的结构。

结合图1、图6-图9所示，液滴生成检测单元03包括：水相腔室517，均与水相腔室517连通的水相进入通道和水相通气通道518，油相腔室510，均与油相腔室510连通的油相进入通道和油相通气通道511，液滴生成结构534，液滴输送通道531，液滴检测腔室525，以及检测腔室通气通道。

水相进入通道的进口即为水相进入通孔513，水相通气通道518的出口即为水相通气孔519，油相进入通道的进口即为油相进入通孔506，油相通气通道511的出口即为油相通气孔512。

需要说明的是，在设置密封垫800的情况下，油相进入通孔506、油相通气孔512、水相进入通孔513和水相通气孔519均有与其对应的密封垫通孔801。

在旋转选通阀200的主体第三通气孔213对齐油相进入通孔506时，即主体第三通气孔213和油相进入通孔506连通，旋转选通阀200的主体第四通气孔214与油相通气孔512对齐，即主体第四通气孔214与油相通气孔512连通，此情况下，按压推杆100，可以将旋转选通阀200中的液体通过油相进入通道输送到油相腔室510中，油相腔室510中多余的空气通过主体第四通气孔214排出。

在旋转选通阀200的主体第三通气孔213对齐水相进入通孔513时，即主体第三通气孔213和水相进入通孔513连通，旋转选通阀200的主体第四通气孔214与水相通气孔519对齐，即主体第四通气孔214与水相通气孔519连通，此情况下，按压推杆100，可以将旋转选通阀200中的流体通过水相进入通道输送到水相腔室517中，水相腔室517中多余的空气通过主体第四通气孔214排出。可以理解的是，旋转选通阀200输送到水相腔室517的流体可为提取纯化后的核酸溶液，该核酸溶液包含相应生物反应所需的各项试剂。

为了便于排出油相腔室510内的气体，可选择油相腔室510和油相进入通道连通的位置低于油相腔室510和油相通气通道511连通的位置。此情况下，由于油相进入通孔506和油相通气孔512均位于同一侧，则油相进入通道的出口段低于油相通气通道511。

在实际情况中，也可选择通过其他方式达到便于排出油相腔室510内气体的目的，并不局限于上述说明。

为了便于排出水相腔室517内的气体，可选择水相腔室517和水相进入通道连通的位置低于水相腔室517和水相通气通道518连通的位置。此情况下，由于水相进入通孔513和水相通气孔519均位于同一侧，则水相进入通道的出口段低于水相通气通道518。

在实际情况中，也可选择通过其他方式达到便于排出水相腔室517内气体的目的，并不局限于上述说明。

油相进入通道包括依次连通的油相进入通孔506、油相第一通道507、油相第二通道508和油相第三通道509，其中，油相第三通道509和油相腔室510连通，油相第三通道509即为油相进入通道的出口段，油相第三通道509低于油相通气通道511。

水相进入通道包括依次连通的水相进入通孔513、水相第一通道514、水相第二通道515和水相第三通道516，其中，水相第三通道516和水相腔室517连通，水相第三通道516即为水相进入通道的出口段，水相第三通道516低于水相通气通道518。

水相腔室517与油相腔室510均和液滴生成结构534连通，液滴生成结构534、液滴输送通道531、液滴检测腔室525和检测腔室通气通道依次连通。在检测腔室通气通道打开的状态下（检测腔室通气通道和外界连通的状态下），水相腔室517内的反应体系和油相腔室510内的液滴生成油均进入液滴生成结构534，液滴生成结构534通过液滴生成油将反应体系生成液滴状反应体系，该液滴状反应体系通过液滴输送通道531输送至液滴检测腔室525，液滴状反应体系在液滴检测腔室525内发生反应，反应完成后在液滴检测腔室525进行检测，从而完成核酸分析。

对于液滴生成结构534的具体结构，根据实际情况选择。为了简化结构以及便于形成液滴，可根据流动聚焦发来设计液滴生成结构534。液滴生成结构534为流动聚焦液滴生成结构，液滴生成结构534为十字通道，该十字通道具有四个通道口，四个通道口分别为第一通道口、第二通道口、第三通道口和第四通道口。第一通道口、第二通道口、第三通道口和第四通道口在十字交叉处连通，该十字通道中通道自其通道口向十字交叉处渐缩。

油相腔室510通过油相排出通道和十字通道的第一通道口和第二通道口连通，第一通道口和第二通道口共轴线；上述水相腔室517通过水相排出通道和十字通道的第三通道口连通，十字通道的第四通道口和液滴输送通道531连通，第三通道口和第四通道口共轴线。

油相排出通道包括油相第四通道524，油相第四通道524的一端与油相腔室510连通，油相第四通道524远离油相腔室510的一端分裂为两个分通道，两个分通道分别为油相第一分通道524a和油相第二分通道524b，油相第一分通道524a和第一通道口连通，油相第二分通道524b和第二通道口连通。

水相排出通道包括：依次连通的水相第四通道520、水相第五通道521、水相第六通道522、水相第七通道523和水相第八通道535，其中，水相第四通道520的一端和水相腔室517连通，水相第八通道535的一端和十字通道的第三通道口连通。

液滴输送通道531连通液滴生成结构534和液滴检测腔室525连通，液滴生成结构534所生成的液滴进入液滴输送通道531，液滴输送通道531将液滴输送至液滴检测腔室525，液滴包含的反应体系以及反应所需的试剂，液滴在液滴检测腔室525发生反应。

液滴输送通道531包括至少两级输送通道。相邻的两级输送通道中，位于上游的一级输送通道的数目小于位于下游的一级输送通道的数目，位于下游的一级输送通道的数目是位于上游的一级输送通道的数目的整数倍，位于上游的一级输送通道的输送横截面大于位于下游的一级输送通道的输送横截面。

可以理解的是，液滴输送通道531是输送横截面逐级递减的树枝状结构。随着树枝状结构的分叉越多，输送横截面越小，最后一级输送通道平铺在液滴检测腔室525的入口处，能够让液滴平铺进入液滴检测腔室525。

液滴生成的动力来自于旋转选通阀200，当旋转选通阀200的主体第三通气孔213对齐检测腔室通气通道的出口（检测腔室通气孔528）时，此情况下，主体第三通气孔213和检测腔室通气孔528连通、旋转选通阀200的主体第一通气孔211与油相通气孔512对齐且连通、旋转选通阀200的主体第二通气孔212与水相通气孔519对齐且连通。此情况下，抽拉推杆100，液滴检测腔室525中的空气通过检测腔室通气通道被吸入旋转选通阀200中的阀第二通道217中，如此形成了一个负压，在负压的作用下，油相腔室510中的液滴生成油通过油相排出通道、水相腔室517中的反应体系进入水相排出通道，然后在液滴生成结构534处相遇生成液滴。利用上述负压可以生成尺寸均一、形态稳定的液滴。

在实际情况中，上述结构可以稳定生成直径为20-30um的微液滴。

如图6-图8所示，检测腔室通气通道包括依次连通的第一通气通道532、第二通气通道526、第三通气通道527和检测腔室通气孔528，其中，第一通气通道532的一端与液滴检测腔室525连通，检测腔室通气孔528即为检测腔室通气通道的出口。

需要说明的是，在设置密封垫800的情况下，密封垫800具有与检测腔室通气孔528对应的密封垫通孔801。

为了便于排出液滴检测腔室525内的气体，检测腔室通气通道的出口段高于液滴检测腔室525。在检测腔室通气通道包括依次连通的第一通气通道532、第二通气通道526、第三通气通道527和检测腔室通气孔528的情况下，可选择第三通气通道527和检测腔室通气孔528高于液滴检测腔室525。

在实际情况中，也可选择通过其他方式达到便于排出液滴检测腔室525内气体的目的，并不局限于上述说明。

液滴检测腔室525中设置有阻挡柱533，该阻挡柱533用于限制液滴在生物反应过程中移动，从而方便检测生物反应的结果。

对于阻挡柱533的大小和形状，根据实际情况选择，例如阻挡柱533的直径为100um、或略小于100um、或略大于100um，本实施例对此不做限定。

对于阻挡柱533的数目和分布，根据实际情况选择，本实施例对此不做限定。

为了提高阻挡效果，可选择阻挡柱533呈列分布，相邻的两列阻挡柱533沿液滴检测腔室525的长度方向依次分布，每列阻挡柱533具有至少两个阻挡柱533，每列阻挡柱533沿液滴检测腔室525的宽度方向依次分布，相邻的两列阻挡柱533中，一列的阻挡柱533和另一列的阻挡柱533错位分布，即在液滴检测腔室525的宽度方向上一列的阻挡柱533和另一列的阻挡柱533位于不同的位置。

在液滴检测腔室525的长度方向上，液滴检测腔室525中和液滴输送通道531连通的液滴进口位于液滴检测腔室525的一端，液滴检测腔室525中和第一通气通道532连通的通气口位于液滴检测腔室525的另一端。

为了便于形成上述液滴生成检测单元03，上述液滴生成检测单元03集成在基板500上，基板上表面501的通道和腔室通过密封上板900封闭，裸露在基板下表面502的通道和腔室通过第一密封下板1000封闭。可以理解的是，基板500、密封上板900和第一密封下板1000形成芯片，基板500、密封上板900和第一密封下板1000均为芯片的一部分。

如图6所示，油相进入通孔506、油相第一通道507、油相第二通道508的一端、油相腔室510的一端、油相通气通道511、油相通气孔512、水相进入通孔513、水相第一通道514、水相第二通道515的一端、水相腔室517的一端、水相通气通道518、水相通气孔519、水相第五通道521的一端、水相第六通道522、水相第七通道523的一端、第二通气通道526的一端、第三通气通道527、以及检测腔室通气孔528均裸露在基板上表面501，此情况下，密封上板900封闭上述结构。

如图7和图8所示，水相第二通道515的另一端、水相第三通道516、水相腔室517的另一端、水相第四通道520、水相第五通道521的另一端、油相第二通道508的另一端、油相第三通道509、油相腔室510的另一端、油相第四通道524、液滴生成结构534、液滴输送通道531、液滴检测腔室525的一端、第一通气通道532、第二通气通道526的另一端、水相第七通道523的另一端、以及水相第八通道535均裸露在基板下表面502，此情况下，第一密封下板1000封闭上述结构。

上述密封上板900与第一密封下板1000可为单面胶，也可为COC、PC、或者PMMA等透明性良好的聚合物材料件。若密封上板900与第一密封下板1000为聚合物材料件，密封上板900与第一密封下板1000可采用热压键合或超声焊接等方式与基板500相贴合。

可以理解的是，COC即为环烯烃共聚物，PC即为聚碳酸酯，PMMA即为聚甲基丙烯酸甲酯。

下面以全集成数字化核酸分析卡盒采用磁珠法提取核酸、采用CRISPR-Cas技术进行目标核酸的非扩增检测，说明全集成数字化核酸分析卡盒的工作过程。

在实验开始前，第五试剂存储管400e内存放有CRISPR-Cas反应所需的冻干试剂小球。实验开始后，将液滴生成油加入到第六试剂存储管400f内，磁珠悬浮液加入到第二试剂存储管400b内，清洗液加入到第三试剂存储管400c中，洗脱液和CRISPR-Cas反应所需缓冲液加入到第四试剂存储管400d中。将样本和裂解液加入到第一试剂存储管400a后，盖上密封盖300后，将全集成数字化核酸分析卡盒放在配套仪器上即可由配套仪器自行完成剩余操作过程。其中，样本可以是血液、尿液、或者拭子涮洗液等。

转动旋转选通阀200，如图17、图18和图20所示，使得阀主体210上的主体第三通气孔213对准基板500上第六试剂存储管400f所对应的基板通孔504，此时，阀主体210上内的阀第二通道217通过阀第一通道216、主体第三通气孔213、密封垫800上的密封垫通孔801、基板500上的基板通孔504与第六试剂存储管400f依次相连通。此情况下，抽拉推杆100，阀第二通道217内形成负压，将第六试剂存储管400f内的液滴生成油抽入阀第二通道217内暂存。

然后，继续转动旋转选通阀200，如图21所示，使主体第三通气孔213对准基板500上的油相进入通孔506，此时，旋转选通阀200上的主体第四通气孔214对准基板500上的油相通气孔512。这样，使油相腔室510通过油相通气通道511、油相通气孔512、主体第四通气孔214和底盖第一通气孔222连通外界，如图13所示。此情况下，推动推杆100，阀第二通道217内的液滴生成油通过主体第三通气孔213、油相第一通道507、油相第二通道508和油相第三通道509被注入油相腔室510中，完成油相填注。

然后，继续转动旋转选通阀200，如图22所示，使阀主体210上的主体第三通气孔213对准基板500上第一试剂存储管400a所对应的基板通孔504。此情况下，反复推拉推杆100，第一试剂存储管400a中的裂解液和样本便通过基板通孔504、密封垫通孔801和阀第一通道216在阀第二通道217和第一试剂存储管400a中来回转移，在来回转移过程中，裂解液与样本充分混合，使样本中的细胞裂解，释放出核酸。推拉推杆100数次后，将全部的样本与裂解液完全吸入阀第二通道217中。

然后，继续转动旋转选通阀200，如图23所示，使阀主体210上的主体第三通气孔213对准基板500上与第二试剂存储管400b所对应的基板通孔504。此情况向下，反复推拉推杆100，阀第二通道217内的样本与裂解液与第二试剂存储管400b中的磁珠悬浮液充分混合，溶液中游离的核酸被磁珠吸附。推拉推杆100数次后，将全部的液体完全吸入阀第二通道217中，然后将一块磁铁放置于旋转选通阀200的阀第二通道217的正下方（磁铁位于全集成数字化核酸分析卡盒的外部），缓缓推动推杆100，让全部液体缓慢流入第二试剂存储管400b中，在这个过程中，磁珠被吸附在阀底盖220内的底盖凹槽221内。

待阀第二通道217内的液体排空后，转动旋转选通阀200，如图24所示，使阀主体210上的主体第三通气孔213对准基板500上与第三试剂存储管400c所对应的基板通孔504。此时，撤去磁铁，反复推拉推杆100，使底盖凹槽221内的磁珠重悬，清洗液会将磁珠上吸附的杂质重悬在溶液中。推拉推杆100数次后，再次将磁铁放置于旋转选通阀200的阀第二通道217的正下方，缓缓推动推杆100，让全部液体缓慢流入第三试剂存储管400c中，在这个过程中，磁珠再次被吸附在底盖凹槽221内。

待阀第二通道217内的液体排空后，转动旋转选通阀200，如图25所示，使阀主体210上的主体第三通气孔213对准基板500上第四试剂存储管400d所对应的基板通孔504。此时，撤去外部磁铁，反复推拉推杆100，使底盖凹槽221内的磁珠重悬，洗脱液会将磁珠上吸附的核酸重悬在溶液中。推拉推杆100数次后，将全部的液体和磁珠完全吸入到阀第二通道217中。

然后，将磁铁放置于阀第二通道217的正下方，转动旋转选通阀200，如图26所示，使阀主体210上的主体第三通气孔213对准基板500上第五试剂存储管400e所对应的基板通孔504。此时，缓缓推动推杆100，让全部液体缓慢流入第五试剂存储管400e中，在这个过程中，磁珠再次被吸附在阀底盖220的底盖凹槽221内。进入第五试剂存储管400e中的液体溶解第五试剂存储管400e内存放的CRISPR-Cas反应所需的冻干试剂小球，形成了含有核酸模板、CRISPR-Cas反应所需全部组分的反应体系。推拉推杆100数次后，将全部的液体完全吸入到阀第二通道217中。

然后，转动旋转选通阀200，如图27所示，使阀主体210上的主体第三通气孔213对准基板500上的水相进入通孔513，此时，旋转选通阀200上的主体第四通气孔214恰好对准基板500上的水相通气孔519，使水相腔室517连通外界。此时，磁铁依然放置于阀第二通道217的正下方，缓慢推动推杆100，阀第二通道217内的反应体系通过主体第三通气孔213、水相进入通孔513、水相第一通道514、水相第二通道515和水相第三通道516被注入水相腔室517中，完成水相填注。

然后，转动旋转选通阀200，如图28和图29所示，使阀主体210上的主体第三通气孔213对准基板500上的检测腔室通气孔528，此时，旋转选通阀200上的主体第一通气孔211与基板500上的油相通气孔512对准、旋转选通阀200上的主体第二通气孔212与基板500上的水相通气孔519对准，使油相腔室510和水相腔室517与外界连通。此时，抽拉推杆100，液滴检测腔室525中的空气被吸入旋转选通阀200的阀第二通道217中，如此形成了一个负压，在负压的作用下，油相腔室510中的液滴生成油进入油相第四通道524、水相腔室517中的反应体系进入水相第四通道520、水相第五通道521、水相第六通道522、水相第七通道523和水相第八通道535，最终反应体系和液滴生成油在液滴生成结构534处相遇生成液滴。生成的液滴通过液滴输送通道531进入液滴检测腔室525中，并密集平铺。

待液滴完全铺满后，转动旋转选通阀200，如图22所示，使阀主体210上的主体第三通气孔213对准基板500上第一试剂存储管400a所对应的基板通孔504，以使基板500上的油相进入通孔506、油相通气孔512、水相进入通孔513、水相通气孔519和检测腔室通气孔528均被旋转选通阀200密封。当然，也可选择将旋转选通阀200转至其他位置，只要保证油相进入通孔506、油相通气孔512、水相进入通孔513、水相通气孔519和检测腔室通气孔528均被旋转选通阀200密封即可。

然后，外部加热器件为全集成数字化核酸分析卡盒提供一个热源，使液滴检测腔室525内的液滴开始生物反应，此时识别了目标核酸的Cas酶被激活切割相应的探针。如此，含有目标核酸的液滴会显示出相应的荧光信号。之后采用CCD成像便可以计算出阳性液滴数以及阴性液滴数，通过泊松分布可以计算出初始模板的靶标核酸浓度。

由上述工作过程可知，本实施例一提供的全集成数字化核酸分析卡盒，能够实现核酸处理、微液滴生成、反应体系反应以及反应产物的检测，即能够实现核酸分析的全流程操作，降低了核酸分析的成本，提高核酸分析的效率。而且，本实施例一提供的全集成数字化核酸分析卡盒仅需一套配套仪器即可，降低了配套仪器的成本，也提高了核酸分析的效率，还减小了对空间的需求，降低了使用成本。

本实施例一提供的全集成数字化核酸分析卡盒，不需要人工转移流体，即不需要操作人员的专业操作，降低了操作员的操作难度，从而降低了对操作人员的要求，且降低了扩增产物泄露的风险。

本实施例一提供的全集成数字化核酸分析卡盒还可以进行数字LAMP反应或数字PCR反应。对于全集成数字化核酸分析卡盒的具体工作过程，可根据实际情况调整，本文不再赘述。

上述实施例一中，试剂存储单元01、流体转移单元02、以及液滴生成检测单元03均集成在同一个芯片（基板500）上。

在实际情况中，也可选择试剂存储单元01和流体转移单元02均集成在一个芯片（基板500）上，而液滴生成检测单元03集成在另一个芯片上，流体转移单元02和液滴生成检测单元03之间流体的转移可通过连接管实现，具体方案详见下面的实施例二。

实施例二

如图30和图31所示，本发明实施例二提供的全集成数字化核酸分析卡盒包括：试剂存储单元01，流体转移单元02，以及液滴生成检测单元03。

试剂存储单元01的具体结构，可参考实施例一，本实施例二不再说明。

流体转移单元02的具体结构，可参考实施例一；也可在实施例一的基础上根据液滴生成检测单元03做出适应性的调整。

试剂存储单元01和流体转移单元02均集成在第一芯片（基板500）上，液滴生成检测单元03单独集成在第二芯片（液滴生成基板1500）上。可以理解的是，基板500是第一芯片的部分，液滴生成基板1500是第二芯片的部分。

如图34-36所示，液滴生成检测单元03包括：水相腔室1504，与水相腔室1504连通的水相进入通道，油相腔室1505，液滴生成结构1510，液滴输送通道1508，液滴检测腔室1509，以及检测腔室通气通道1501。

水相腔室1504的顶端设置有疏水透气膜1400，疏水透气膜1400密封水相腔室1504的顶端，且疏水透气膜1400具有透气性。这样，在向水相腔室1504内注入流体时，水相腔室1504内的空气通过疏水透气膜1400排出。

当然，也可选择水相腔室1504通过通气通道排气，并不局限于通过疏水透气膜1400排气的方式。

油相腔室1505的顶端具有开口，以保证注入液滴生成油。待液滴生成油注入完成后，油相腔室1505顶端的开口可封闭，也可不封闭。若油相腔室1505顶端的开口不封闭，则油相腔室1505通过其自身的开口排气；若油相腔室1505顶端的开口封闭，则可在开口处设置透气膜以利用透气膜实现排气、也可设置通气通道以利用通气通道排气。

需要说明的是，在水相腔室1504的顶端设置有疏水透气膜1400、油相腔室1505顶端的开口不封闭的情况下，旋转选通阀200可不再设置主体第一通气孔211、主体第二通气孔212、主体第四通气孔214、主体第五通气孔215、底盖第一通气孔222和底盖第二通气孔223，并根据旋转选通阀200的调整适应性地调整基板500的结构，此处不再赘述。

水相进入通道包括相连通的水相第一通道1502和水相第二通道1503，水相第二通道1503和水相腔室1504连通，水相第一通道1502能够和旋转选通阀200的阀第二通道连通。

液滴生成结构1510、液滴输送通道1508、以及液滴检测腔室1509与实施例一中的液滴生成结构、液滴输送通道、液滴检测腔室相同或类似，可参考实施例一，此处不再赘述。

在液滴生成结构1510根据流动聚焦发来设计的情况下，油相腔室1505可为两个，分别为第一油相腔室1505a和第二油相腔室1505b。当然，也可选择油相腔室1505为一个，通过设计油相通道来适应液滴生成结构1510。

第二芯片包括上述液滴生成基板1500、第二密封下板1300和疏水透气膜1400。其中，液滴生成基板1500的材质可以为玻璃或者聚合物材料，示例性的，液滴生成基板1500的材质可以为PDMS、COC、PC、或者PMMA等聚合物材料；第二密封下板1300的材质可以为玻璃或者聚合物材料，示例性的，第二密封下板1300的材质可以为COC、PC、或者PMMA等聚合物材料。

可以理解的是，PDMS即为聚二甲基硅氧烷。COC、PC、以及PMMA的中文名可参考实施例一，此处不再赘述。

液滴生成基板1500与第二密封下板1300可以通过化学键合、热压键合或者超声焊接等方式密封连接且固定连接。疏水透气膜1400可采用胶粘的方式固定在液滴生成基板1500的水相腔室1504的正上方。

上述第二密封下板1300密封液滴生成基板1500下表面的水相第一通道1502的一端、水相第二通道1503、水相腔室1504、油相腔室1505、液滴生成结构1510、液滴输送通道1508、液滴检测腔室1509、以及检测腔室通气通道1501的一端。

为了保证流体转移单元02和液滴生成检测单元03之间流体的转移，如图30和图31所示，上述流体转移单元02还包括：水相注入通道、检测腔室排气通道、第一连接管1200a和第二连接管1200b。

当旋转选通阀200转至某一位置时，主体第三通气孔213和水相注入通道连通；当旋转选通阀200转至另一位置时，主体第三通气孔213和检测腔室排气通道。

如图32和图33所示，水相注入通道包括：依次连通的水相注入通孔536、水相第一注入通道537、水相第二注入通道538、水相第三注入通道539、以及水相第四注入通道540。其中，水相注入通孔536能够和主体第三通气孔213对齐且连通，水相第四注入通道540和第一连接管1200a连通。

检测腔室排气通道包括：依次连通的检测腔室第一排气通道541、检测腔室第二排气通道542、检测腔室第三排气通道543、检测腔室第四排气通道544、以及检测腔室排气孔545。其中，检测腔室排气孔545能够和主体第三通气孔213对齐且连通，检测腔室第一排气通道541和第二连接管1200b连通。

水相注入通孔536、水相第一注入通道537、水相第二注入通道538的一端、检测腔室第三排气通道543的一端、检测腔室第四排气通道544、以及检测腔室排气孔545均位于基板上表面501，密封上板900密封上述水相注入通孔536、水相第一注入通道537、水相第二注入通道538的一端、检测腔室第三排气通道543的一端、检测腔室第四排气通道544、以及检测腔室排气孔545。

水相第二注入通道538的另一端、水相第三注入通道539、水相第四注入通道540的一端、检测腔室第一排气通道541的一端、检测腔室第二排气通道542、以及检测腔室第三排气通道543的另一端均位于基板下表面502，第一密封下板1000密封上述水相第二注入通道538的另一端、水相第三注入通道539、水相第四注入通道540的一端、检测腔室第一排气通道541的一端、检测腔室第二排气通道542、以及检测腔室第三排气通道543的另一端。

在实际情况中，也可选择水相注入通道和检测腔室排气通道为其他结构，并不局限于图32和图33所示的结构。

第一连接管1200a连通水相注入通道和水相进入通道，即第一连接管1200a连通水相第四注入通道540和水相第一通道1502。

第二连接管1200b连通检测腔室排气通道和检测腔室通气通道1501，即第二连接管1200b连通检测腔室第一排气通道541和检测腔室通气通道1501。

为了便于安装和操作，可选择第一连接管1200a和第二连接管1200b均为软管。

为了便于说明第一连接管1200a和第二连接管1200b的安装，将第一连接管1200a和第二连接管1200b分别记为连接管1200。

如图1和图2、图37和图38所示，连接管1200通过管固定件1100设置在基板500上。

管固定件1100和基板500固定连接。为了便于固定，管固定件1100和基板500固定连接通过第二紧固件1600固定连接，该第二紧固件1600包括第二螺栓1601和第二螺母1602。为了便于安装，基板下表面502具有第二安装沉孔547，第二螺母1602位于第二安装沉孔547内。

管固定件1100具有供连接管1200插入的连接管安装孔1103，管固定件1100的下表面具有固定件凸出部1101，固定件凸出部1101位于连接管安装孔1103的外围，固定件凸出部1101为中空结构，即固定件凸出部1101具有固定件凹槽1102。

连接管1200通过管密封阀1700和基板500密封连接。连接管1200穿过管密封阀1700的密封阀通孔1701，管密封阀1700位于固定件凹槽1102内且二者密封连接。为了便于管密封阀1700和固定件凹槽1102密封，管密封阀1700通过密封件和固定件凹槽1102密封连接，该密封件可为硅胶O型密封圈或者氟胶O型圈等，本实施例对此不做限定。

第二紧固件1600穿过管固定件1100的固定件通孔1104将连接管1200、管密封阀1700、管固定件1100紧密固定在基板500的基板第三凹槽546a和基板第四凹槽546b内。其中，一个连接管1200对应的管密封阀1700和基板第三凹槽546a密封连接，另一个连接管1200对应的管密封阀1700和基板第四凹槽546b密封连接。

基板第三凹槽546a和水相第四注入通道540的端口相对且连通，基板第四凹槽546b和检测腔室第一排气通道541的端口相对且连通。

两个连接管1200分别为第一连接管1200a和第二连接管1200b，相应的，两个管密封阀1700分别为第一管密封阀1700a和第二管密封阀1700b。第一管密封阀1700a通过第一密封件1800a和固定件凹槽1102密封连接，第二管密封阀1700b通过第二密封件1800b和固定件凹槽1102密封连接。这样，第二连接管1200b的一端穿过第二管密封阀1700b的密封阀通孔1701和检测腔室第一排气通道541连通，第一连接管1200a的一端穿过第一管密封阀1700a的密封阀通孔1701和水相第四注入通道540连通。

一个连接管1200的另一端直接插入液滴生成基板1500的水相第一通道1502中，另一个连接管1200的另一端直接插入液滴生成基板1500的检测腔室通气通道1501。

以上方式实现了流体转移单元02和液滴生成检测单元03之间流体的转移，即实现了液滴生成基板1500与基板500的连接。

在实验开始前，第六试剂存储管400f内存放有CRISPR-Cas反应所需的冻干试剂小球。实验开始后，将液滴生成油加入到液滴生成芯片的油相腔室1505（第一油相腔室1505a和第二油相腔室1505b）中，磁珠悬浮液加入到第二试剂存储管400b内，清洗液加入到第三试剂存储管400c和第四试剂存储管400d中，洗脱液和CRISPR-Cas反应所需缓冲液加入到第五试剂存储管400e中。将样本和裂解液加入到第一试剂存储管400a后，盖上密封盖300后，将全集成数字化核酸分析卡盒放在配套仪器上即可由配套仪器自行完成剩余操作过程。其中，样本可以是血液、尿液、或拭子涮洗液等。

样本处理、核酸提取过程与实施例一类似。本实施例二中，通过推拉推杆100和转动旋转选通阀200实现流体在不同试剂存储管400和旋转选通阀200内的阀第二通道217之间的转移，选通第一试剂存储管400a时，完成样本裂解；选通第二试剂存储管400b时，完成磁珠捕获核酸；选通第三试剂存储管400c时，完成第一次磁珠清洗；选通第四试剂存储管400d时，完成第二次磁珠清洗；选通第五试剂存储管400e时，完成磁珠洗脱，释放核酸到溶液中；选通第六试剂存储管400f时，溶解此处存放的CRISPR-Cas反应所需的冻干试剂小球。推拉推杆100数次后，将全部溶液吸入阀第二通道217中。

然后，转动旋转选通阀200，如图39所示，使阀主体210的主体第三通气孔213对准基板500上的水相注入通孔536。在磁铁依然置于旋转选通阀200的阀第二通道217正下方的情况下，缓慢推动推杆100，阀第二通道217内的反应体系便通过阀第一通道216、主体第三通气孔213、水相注入通孔536、水相第一注入通道537、水相第二注入通道538、水相第三注入通道539、水相第四注入通道540、第一连接管1200a、水相第一通道1502和水相第二通道1503进入水相腔室1504中。水相腔室1504中原有的空气通过疏水透气膜1400排出到大气中。

待水相填注完毕后，转动旋转选通阀200，如图40所示，使阀主体210的主体第三通气孔213对准基板500上的检测腔室通气孔528。然后，抽拉推杆100，在负压的作用下，水相腔室1504的反应体系和油相腔室1505中的液滴生成油在液滴生成结构1510相遇，生成油包水液滴。生成的液滴通过液滴输送通道1508进入液滴检测腔室1509中，单层铺满，并在液滴检测腔室1509内进行CRISPR-Cas反应，产生的荧光信号会被CCD（charge coupled device）相机检测到。

由上述工作过程可知，本实施例二提供的全集成数字化核酸分析卡盒，能够实现核酸处理、微液滴生成、反应体系反应以及反应产物的检测，即能够实现核酸分析的全流程操作，降低了核酸分析的成本，提高核酸分析的效率。而且，本实施例二提供的全集成数字化核酸分析卡盒仅需一套配套仪器即可，降低了配套仪器的成本，也提高了核酸分析的效率，还减小了对空间的需求，降低了使用成本。

本实施例二提供的全集成数字化核酸分析卡盒，不需要人工转移流体，即不需要操作人员的专业操作，降低了操作员的操作难度，从而降低了对操作人员的要求，且降低了扩增产物泄露的风险。

进一步地，本实施例二提供的全集成数字化核酸分析卡盒，采用了基板500和液滴生成基板1500两个基板，这样，简化了生产和制作，也便于根据实际情况调整基板500和液滴生成基板1500的具体结构，提高了使用灵活性。

本实施例二提供的全集成数字化核酸分析卡盒还可以进行数字LAMP反应或数字PCR反应。在进行数字LAMP反应时，第六试剂存储管400f中的冻干试剂小球为数字LAMP反应体系冻干试剂小球。在进行数字PCR反应时，第六试剂存储管400f中的冻干试剂小球为数字PCR反应体系冻干试剂小球。对于全集成数字化核酸分析卡盒的具体工作过程，可根据实际情况调整，本文不再赘述。

基于上述实施例一和实施例二提供的全集成数字化核酸分析卡盒，本申请实施例还提供了一种核酸分析系统，该核酸分析系统包括：上述实施例一和实施例二提供的全集成数字化核酸分析卡盒，以及与全集成数字化核酸分析卡盒配套使用的配套仪器。其中，对于配套仪器和全集成数字化核酸分析卡盒的配套使用，可参考前文，此处不再赘述。

由于上述实施例一和实施例二提供的全集成数字化核酸分析卡盒具有上述技术效果，上述核酸分析系统也具有相应的技术效果，本文不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域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新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种全集成数字化核酸分析卡盒，其特征在于，包括：试剂存储单元，流体转移单元，以及液滴生成检测单元；

其中，所述试剂存储单元用于存储核酸分析所需的样本和试剂；

所述流体转移单元用于实现流体在所述试剂存储单元内不同的试剂存储管之间转移以处理样本以及提取核酸、以及用于将流体转移至所述液滴生成检测单元；

所述液滴生成检测单元用于将流体形成液滴、供所述液滴进行生化反应以及生化反应的检测；

所述试剂存储单元包括：多个试剂存储管，以及密封盖；所述密封盖用于密封所述试剂存储管的顶端管口，所述密封盖具有密封盖通气孔，所述密封盖通气孔和所述试剂存储管的管腔连通；所述试剂存储管设置于所述流体转移单元所在的芯片，且每个所述试剂存储管均能够单独和所述流体转移单元连通；

所述流体转移单元包括：推杆和旋转选通阀；所述旋转选通阀具有相连通的阀第一通道和阀第二通道；所述旋转选通阀可转动设置于所述芯片，随着所述旋转选通阀的转动，所述阀第一通道的一端通过所述芯片能够和每个所述试剂存储管连通、以及所述液滴生成检测单元连通；所述推杆沿所述旋转选通阀的转动轴线可推拉地设置在所述阀第二通道内，且所述推杆和所述阀第二通道密封连接；

所述流体转移单元和所述液滴生成检测单元集成于同一个芯片；或者，所述流体转移单元集成于第一芯片，所述液滴生成检测单元集成于第二芯片，所述第一芯片和所述第二芯片通过第一连接管和第二连接管连通；

在所述流体转移单元和所述液滴生成检测单元集成于同一个芯片的情况下，所述液滴生成检测单元包括：水相腔室，均与所述水相腔室连通的水相进入通道和水相通气通道，油相腔室，均与所述油相腔室连通的油相进入通道和油相通气通道，液滴生成结构，液滴输送通道，液滴检测腔室，以及检测腔室通气通道；所述油相腔室和所述水相腔室均与所述液滴生成结构连通，所述液滴输送通道连通所述液滴生成结构和液滴检测腔室，所述检测腔室通气通道和所述液滴检测腔室连通；所述旋转选通阀具有第一通气孔、第二通气孔和第三通气孔；在所述旋转选通阀的阀第一通道和所述检测腔室通气通道连通时，所述第一通气孔和所述油相通气通道连通、且所述第二通气孔和所述水相通气通道连通；在所述旋转选通阀的阀第一通道和所述油相进入通道连通时，所述第三通气孔和所述油相通气通道连通；在所述旋转选通阀的阀第一通道和所述水相进入通道连通时，所述第三通气孔和所述水相通气通道连通；

在所述流体转移单元集成于第一芯片、所述液滴生成检测单元集成于第二芯片、所述第一芯片和所述第二芯片通过第一连接管和第二连接管连通的情况下，所述液滴生成检测单元包括：水相腔室，与所述水相腔室连通的水相进入通道，油相腔室，液滴生成结构，液滴输送通道，液滴检测腔室，以及检测腔室通气通道；所述水相腔室的顶端设置有疏水透气膜，所述油相腔室具有用于加入液滴生成油以及用于排气的开口；所述油相腔室和所述水相腔室均与所述液滴生成结构连通，所述液滴输送通道连通所述液滴生成结构和液滴检测腔室，所述检测腔室通气通道和所述液滴检测腔室连通；所述检测腔室通气通道和所述水相进入通道能够单独和所述阀第一通道连通，且所述水相进入通道能够通过所述第二芯片、所述第一连接管和所述第一芯片单独和所述阀第一通道连通，所述检测腔室通气通道能够通过所述第二芯片、所述第一连接管和所述第一芯片单独和所述阀第一通道连通。

2.根据权利要求1所述的全集成数字化核酸分析卡盒，其特征在于，所述试剂存储单元、所述流体转移单元和所述液滴生成检测单元集成于同一芯片。

3.根据权利要求1所述的全集成数字化核酸分析卡盒，其特征在于，所述试剂存储单元和所述流体转移单元集成于第一芯片，所述液滴生成检测单元集成于第二芯片，所述第一芯片和所述第二芯片通过连接管连通。

4.根据权利要求1所述的全集成数字化核酸分析卡盒，其特征在于，所述试剂存储单元用于存储样本、处理样本以及提取核酸所需的试剂、以及液滴生成油。

5.根据权利要求1所述的全集成数字化核酸分析卡盒，其特征在于，所述试剂存储单元用于存储样本、处理样本以及提取核酸所需的试剂，所述液滴生成检测单元具有用于供液滴生成油加入以及存储液滴生成油的油相腔室。

6.根据权利要求1所述的全集成数字化核酸分析卡盒，其特征在于，所述第一连接管和所述第二连接管均通过管固定件固定于所述第一芯片，且所述第一连接管和所述第二连接管均通过管密封件和所述第一芯片密封连接。

7.根据权利要求1所述的全集成数字化核酸分析卡盒，其特征在于，所述旋转选通阀包括阀主体和阀底盖；

其中，所述阀主体和所述阀底盖沿所述旋转选通阀的转动轴线上下分布，所述阀主体和所述阀底盖固定连接且密封连接，所述阀第二通道设置于所述阀主体，所述阀第一通道设置于所述阀主体和所述阀底盖。

8.根据权利要求7所述的全集成数字化核酸分析卡盒，其特征在于，

所述阀底盖的上侧设置有用于容纳磁珠的底盖凹槽，所述底盖凹槽和所述阀第二通道相对且连通；

和/或，所述阀主体和所述芯片通过密封垫密封连接；其中，所述密封垫和所述芯片固定连接且密封连接，所述阀主体和所述密封垫密封连接且转动配合；所述流体转移单元还包括底板，所述旋转选通阀可转动地设置在所述底板上，所述底板和所述芯片固定连接以夹紧所述旋转选通阀和所述密封垫。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的全集成数字化核酸分析卡盒，其特征在于，

所述液滴生成检测单元的液滴生成结构为流动聚焦结构；

和/或，所述液滴生成检测单元的液滴输送通道包括至少两级输送通道，相邻的两级输送通道中，位于上游的一级输送通道的数目小于位于下游的一级输送通道的数目且位于上游的一级输送通道的输送横截面大于位于下游的一级输送通道的输送横截面；且所述液滴输送通道用于使液滴平铺进入所述液滴生成检测单元的液滴检测腔室；

和/或，所述液滴生成检测单元的液滴检测腔室中设置有阻挡柱，所述阻挡柱用于限制液滴在生物反应过程中移动。