CN117801938A - 一种连续进样的poct数字pcr分析系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种连续进样的POCT数字PCR分析系统，该系统包括主机壳体、微流控芯片、离心制备单元、密封单元和单人份预分装冻干微球管，该主机壳体内设置有连续进样机构、进样仓、热启动区和PCR循环区、光学检测单元和图像识别单元；单人份预分装冻干微球管中含有冻干预混液、引物和探针；离心制备单元用于对加入了反应体系的微流控芯片进行离心制备；密封单元用于将微流控芯片密封；进样仓用于将密封后的微流控芯片依次送入热启动区和PCR循环区；热启动区和PCR循环区用于对密封后的微流控芯片中的反应体系进行热循环PCR扩增或恒温PCR扩增；光学检测单元中设置有相机、光源和分光系统、多波段光源和荧光滤光片组。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械和现场即时检测技术领域，具体涉及一种连续进样的POCT数字PCR分析系统。
背景技术
POCT(Point-Of-Care Testing,POCT,现场即时检测)是体外诊断器械(IVD)的一个细分行业，凭借便捷、快速、操作简便、省时的优势，实现在患者身边快速取得诊断结果。
PCR(Polymerase Chain Reaction)是聚合酶链式反应的简称，又称为多聚酶链式反应。PCR是体外酶促合成特异DNA片段的一种方法，由高温变性、低温退火(复性)及适温延伸等反应组成一个周期，循环进行，使目的DNA得以迅速扩增,具有特异性强、灵敏度高的特点。PCR不仅可用于基因分析、克隆和核酸序列分析等基础研究,还可用于疾病的诊断或任何有DNA、RNA的地方。
数字PCR(digital PCR，dPCR)是一种新的绝对定量PCR，主要是对PCR反应物进行有限稀释，随后在大量的(目前主流是数万个)微反应单元里进行PCR扩增，再识别出阴性微单元和阳性微单元的数量，最后根据泊松分布原理及阳性微单元的个数与比例得出靶分子的起始拷贝数或浓度的绝对定量技术。
现有技术中，数字PCR系统存在的主要问题包括：
1、试剂需要在-20℃下通过冷链运输和储存。
2、无法脱离高成本的PCR实验室，需要在PCR实验室中建立试剂贮存和准备区、标本制备区、反应体系配制和扩增区扩增产物分析区。
3、通常只能半自动运行，需要的人工多，反应速度慢，而且只能以批处理的方式运行。批处理的运行方式是将多个样本同时置于同一个反应装置(如96/48/24孔板、8连管等)放入检测仪器中，按批次同时处理，中途不能添加新的样本。
发明内容
本发明旨在提供一种连续进样、随到随测的POCT数字PCR分析系统，所要解决的技术问题至少包括如何使数字PCR分析仪实现连续加样、随到随测、脱离(或部分脱离)高成本的PCR实验室，使用在常温下储存和运输的试剂。
为了实现上述目的，本发明提供一种连续进样的POCT数字PCR分析系统，包括主机壳体、微流控芯片、离心制备单元、密封单元和单人份预分装冻干微球管，该主机壳体内设置有连续进样机构、进样仓、热启动区和PCR循环区、光学检测单元和图像识别单元；
所述的连续进样机构与所述的进样仓连通；
所述的单人份预分装冻干微球管中含有冻干预混液、引物和探针；
所述的离心制备单元用于对加入了反应体系的微流控芯片进行离心制备；
所述的密封单元用于将经过离心制备的微流控芯片密封，以避免此后扩增过程中的气溶胶污染；
所述的进样仓用于将密封后的微流控芯片依次送入热启动区和PCR循环区；
所述的热启动区和PCR循环区用于使密封后的微流控芯片中的反应体系发生热启动并进行热循环PCR扩增或恒温PCR扩增；
所述的光学检测单元中设置有相机、光源和分光系统，所述的相机用于依次对经过1至n个PCR热循环扩增或等温扩增的微流控芯片进行单重/多重荧光拍照；
所述的图像识别单元用于对单重/多重荧光拍照得到的照片中的每一个微反应单元进行逐个分析识别，首先排除“坏点”，然后根据阈值将每一个微反应单元识别为“阴性”或“阳性”。
优选地，所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统还包括计算分析单元，该计算分析单元通过软件中的数学模型按泊松分布计算出当前模板单位体积中的有效微单元总数和阳性微单元个数，并进行单重/多重荧光分析，实现“绝对定量”和模板分型。
优选地，所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统还包括发送单元，该发送单元用于向打印机、实验室信息系统(LIS)或医院信息系统(HIS)发送检测报告。
优选地，所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统还包括查询单元，该查询单元允许用户根据临床或科研需要，查询某一个样本的原始图片和识别图片。
优选地，所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统还包括阈值调整单元，该阈值调整单元允许用户对阈值进行调整，并根据调整后的阈值进行重新计算，根据重新计算的结果重新判断每一个微反应单元分别为“阴性”或“阳性”。
优选地，所述的连续进样机构用于在启动测试后的整个检测过程中随时向进样仓中放入追加的样本，从而实现连续进样，随来随测。
优选地，所述的微流控芯片为物理分割微单元阵列芯片。
优选地，所述的PCR循环区包括PCR循环一区、PCR循环二区、……、以及PCR循环n区。
优选地，所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统的TAT时间小于30分钟，测试速度能够达到40-100T/小时。
优选地，所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统的控温精度为±0.5℃,反应体系实际升降温速率＞2℃/秒。
优选地，所述的主机壳体中还设置有光学检测单元，光学检测单元中设置有相机、光源和分光系统。
优选地，所述的相机为高速工业相机。
优选地，所述的分光系统具有多个荧光波段。
优选地，所述的光源采用高亮LED。
本发明还提供一种连续进样的POCT数字PCR分析系统的连续进样检测方法，包括以下流程：
S1、取出含有冻干预混液、引物和探针的单人份预分装冻干微球管；
S2、将待检测样本模板加入到所述的单人份预分装冻干微球管中，并混匀形成反应体系；将所述的反应体系加入到微流控芯片中，并进行离心制备；
S3、将经过离心制备的微流控芯片密封，以避免此后扩增过程中的气溶胶污染；
S4、将一个或多个密封后的微流控芯片放入进样仓中，启动测试；
S5、将一个或多个密封后的微流控芯片依次送入热启动区和PCR循环区，进行1至n个PCR热循环扩增或等温扩增；
S6、随后将经过1至n个PCR热循环扩增或等温扩增的微流控芯片传送至光学检测单元，并用相机依次对微流控芯片进行单重/多重荧光拍照；
S7、通过图像识别单元对单重/多重荧光拍照得到的照片中的每一个微反应单元进行逐个分析识别，首先排除“坏点”，然后根据阈值将每一个微反应单元识别为“阴性”或“阳性”；
S8、通过软件中的数学模型按泊松分布计算出当前模板单位体积中的有效微单元总数和阳性微单元个数，并进行单重/多重荧光分析，实现“绝对定量”和模板分型；
S9、向打印机或LIS/HIS系统发送检测报告；
S10、根据临床或科研需要，允许用户查询某一个样本的原始图片和识别图片，并能够调整阈值进行重新计算。
优选地，在启动测试后的整个检测过程中，允许随时向进样仓中放入追加的样本，从而实现连续进样，随来随测。
有益效果
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统采用单人份芯片和连续式的进样模式，操作简捷，能够实现连续加样、随到随测，TAT时间为小于30分钟，测试速度能够达到40-100T/小时；反应体系加入芯片之后完全密封，扩增中及扩增后无气溶胶污染，可脱离(或部分脱离)PCR实验室；使用冷冻干燥试剂，能够实现常温储存和运输。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的具体实施方式一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1是本发明所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统的结构示意图。
具体实施方式
在下文中更详细地描述了本发明以有助于对本发明的理解。
如图1所示，本发明所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统包括主机壳体、微流控芯片、离心制备单元、密封单元和单人份预分装冻干微球管，该主机壳体内设置有连续进样机构、进样仓、热启动区和PCR循环区、光学检测单元和图像识别单元；
所述的连续进样机构与所述的进样仓连通；
所述的单人份预分装冻干微球管中含有冻干预混液、引物和探针；
所述的离心制备单元用于对加入了反应体系的微流控芯片进行离心制备；
所述的密封单元用于将经过离心制备的微流控芯片密封，以避免此后扩增过程中的气溶胶污染；
所述的进样仓和连续进样机构联动，用于在启动测试后的整个检测过程中随时向进样仓中放入追加的样本，并由连续进样机构依次送入热启动区、PCR循环区和拍照区，从而实现连续进样，随来随测；
所述的热启动区和PCR循环区用于启动密封后的微流控芯片中的反应体系并进行热循环PCR扩增或恒温PCR扩增；
所述的光学检测单元中设置有相机、光源和分光系统，所述的相机用于依次对经过1至n个PCR热循环或等温扩增的微流控芯片进行单重/多重荧光拍照；
所述的图像识别单元用于对单重/多重荧光拍照得到的照片中的每一个微反应单元进行逐个分析识别，首先排除“坏点”，然后根据阈值将每一个微反应单元识别为“阴性”或“阳性”。
优选地，所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统还包括计算分析单元，该计算分析单元通过软件中的数学模型按泊松分布计算出当前模板单位体积中的有效微单元总数和阳性微单元个数(如：cop/μl、cop/ml)，并进行单重/多重荧光分析，实现“绝对定量”和模板分型。
优选地，所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统还包括发送单元，该发送单元用于向打印机、LIS系统(实验室信息系统)或HIS系统(医院信息系统)发送检测报告。
优选地，所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统还包括查询单元，该查询单元允许用户根据临床或科研需要，查询某一个样本的原始图片和识别图片。
优选地，所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统还包括阈值调整单元，该阈值调整单元允许用户对微反应单元的亮度阈值进行调整，并根据调整后的阈值进行重新计算，根据重新计算的结果重新判断每一个微反应单元分别为“阴性”或“阳性”。
优选地，所述的进样仓和连续进样机构联动，用于在启动测试后的整个检测过程中随时向进样仓中放入追加的样本，并由连续进样机构依次送入热启动区、PCR循环区和拍照区，从而实现连续进样，随来随测。
优选地，所述的相机为高速工业相机。
优选地，所述的分光系统具有多个荧光波段。
优选地，所述的光源采用高亮LED。
优选地，所述的微流控芯片为物理分割微单元阵列芯片。
数字PCR的核心技术包括微单元分割，现有技术中微单元分割的技术路线主要包括油包水微液滴技术和振动微液滴芯片技术和物理分割微单元技术。
油包水微液滴技术需要逐个生成油包水微液滴，采用激光或LED流式检测方式对微滴进行逐个检测，液滴生成和检测速度慢(小于1000个微滴/秒)，需开放式二次移液，存在气溶胶污染，因此无法脱离PCR实验室；存在一定比例的微滴破裂的风险；因采用冻干工艺的常温储运预混液(Mix)中的一些添加成分会造成微滴的油膜破裂，因此需要大包装液态试剂并在-20℃的温度下储运；液滴扩增体积大，塑料孔板壁导热性差，导致反应体系的升降温速率慢。
振动微液滴芯片技术通常采用振动/界面微滴芯片，由界面微液滴生成方式逐个生成微滴，生成速度慢，存在一定比例的微滴破裂，但优于乳化微滴；因采用冻干工艺的常温储运预混液(Mix)中的一些添加成分会破坏水油界面，因此需要大包装液态试剂并在-20℃的温度下储运。
本申请采用的物理分割微单元阵列芯片一次生成物理分割微单元阵列，采用高速工业相机的检测方式，检测速度快(1个样本/3-5秒)，芯片密闭，不存在气溶胶污染，无需PCR实验室，可脱离(或部分脱离)PCR实验室；物理分割无油相，因此可以采用常温储运的冻干试剂；反应过程中加热采用薄板导热，升降温速率快。
优选地，所述的PCR循环区包括PCR循环一区、PCR循环二区、……、以及PCR循环n区。
优选地，所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统的TAT时间小于30分钟，测试速度能够达到40-100T/小时。
TAT时间是指从加入样本启动测试到得出第1个测试结果的间隔时间。
测试速度的定义为：每小时可检测样本的平均数量或最大数量，单位：样本个数/小时(T/H)。
优选地，所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统的控温精度为±0.5℃,反应体系实际升降温速率＞2℃/秒。
优选地，所述的主机壳体中还设置有分光系统，所述的分光系统具有多个荧光波段。
优选地，所述的光源采用高亮LED。
本发明所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统可以一机多用，能够兼容热循环PCR和恒温PCR。恒温PCR是一种在恒温(等温)条件下实现DNA模板扩增的技术，目前主要有LAMP、RPA等方法。
本发明所述的连续进样是指样本可以通过进样仓和连续进样机构，随时加入检测仪器(即POCT数字PCR分析系统)中。
本发明所述的微单元是指将单位体积(通常是数十微升)的样本模板分散到很多(通常是数万个)微小的容器中。
本发明所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统的连续进样检测流程为：
S1、取出含有冻干预混液、引物和探针的单人份预分装冻干微球管；
S2、将待检测样本模板加入到所述的单人份预分装冻干微球管中，并混匀形成反应体系；将所述的反应体系加入到微流控芯片中，并进行离心制备；
S3、将经过离心制备的微流控芯片密封，以避免此后扩增过程中的气溶胶污染；
S4、将一个或多个密封后的微流控芯片放入进样仓中，启动测试；
S5、将一个或多个密封后的微流控芯片依次送入热启动区和PCR循环区，进行1至n个PCR热循环扩增或等温扩增；
S6、随后将经过1至n个PCR热循环扩增或等温扩增的微流控芯片传送至光学检测单元，并用工业相机依次对微流控芯片进行单重/多重荧光拍照；
S7、通过图像识别单元对单重/多重荧光拍照得到的照片中的每一个微反应单元进行逐个分析识别，首先排除“坏点”，然后根据阈值将每一个微反应单元识别为“阴性”或“阳性”；
S8、通过软件中的数学模型按泊松分布计算出当前模板单位体积中的有效微单元总数和阳性微单元个数(如：cop/μl、cop/ml)，并进行单重/多重荧光分析，实现“绝对定量”和模板分型；
S9、向打印机或LIS/HIS系统发送检测报告；
S10、根据临床或科研需要，用户可以查询某一个样本的原始图片和识别图片，并可调整阈值进行重新计算。
优选地，在启动测试后的整个检测过程中，可以随时向进样仓中放入追加的样本，从而实现连续进样，随来随测。
以上描述了本发明优选实施方式，然其并非用以限定本发明。本领域技术人员对在此公开的实施方案可进行并不偏离本发明范畴和精神的改进和变化。
Claims (9)
1.一种连续进样的POCT数字PCR分析系统，其特征在于，所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统包括主机壳体、微流控芯片、离心制备单元、密封单元和单人份预分装冻干微球管，该主机壳体内设置有连续进样机构、进样仓、热启动区和PCR循环区、光学检测单元和图像识别单元；
所述的连续进样机构与所述的进样仓连通；
所述的单人份预分装冻干微球管中含有冻干预混液、引物和探针；
所述的离心制备单元用于对加入了反应体系的微流控芯片进行离心制备；
所述的密封单元用于将经过离心制备的微流控芯片密封，以避免此后扩增过程中的气溶胶污染；
所述的进样仓用于将密封后的微流控芯片依次送入热启动区和PCR循环区；
所述的热启动区用于使密封后的微流控芯片内反应体系中的热启动Taq酶达到启动条件；PCR循环区用于使密封后的微流控芯片中的反应体系发生热循环PCR扩增或恒温PCR扩增；
所述的光学检测单元中设置有相机、光源和分光系统，所述的相机用于依次对经过1至n个PCR热循环扩增或等温扩增的微流控芯片进行单重或多重荧光拍照；
所述的图像识别单元用于对单重或多重荧光拍照得到的照片中的每一个微反应单元进行逐个分析识别，首先排除“坏点”，然后根据阈值将每一个微反应单元识别为“阴性”或“阳性”。
2.根据权利要求1所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统，其特征在于，所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统还包括计算分析单元，该计算分析单元通过软件中的数学模型按泊松分布计算出当前模板单位体积中的有效微单元总数和阳性微单元个数，并进行单重或多重荧光分析，实现“绝对定量”和模板分型。
3.根据权利要求1所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统，其特征在于，所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统还包括发送单元，该发送单元用于向打印机、实验室信息系统或医院信息系统发送检测报告。
4.根据权利要求1所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统，其特征在于，所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统还包括查询单元，该查询单元允许用户根据临床或科研需要，查询某一个样本的原始图片和识别图片。
5.根据权利要求1所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统，其特征在于，所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统还包括阈值调整单元，该阈值调整单元允许用户对阈值进行调整，并根据调整后的阈值进行重新计算，根据重新计算的结果重新判断每一个微反应单元分别为“阴性”或“阳性”。
6.根据权利要求1所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统，其特征在于，所述的连续进样机构用于在启动测试后的整个检测过程中随时向进样仓中放入追加的样本，从而实现连续进样，随来随测。
7.根据权利要求1所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统，其特征在于，所述的相机为高速工业相机。
8.根据权利要求1所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统，其特征在于，所述的微流控芯片为物理分割微单元阵列芯片。
9.根据权利要求1所述的连续进样的POCT数字PCR分析系统，其特征在于，所述的PCR循环区包括PCR循环一区、PCR循环二区、……、以及PCR循环n区。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410018023.9A CN117801938A (zh) | 2024-01-05 | 2024-01-05 | 一种连续进样的poct数字pcr分析系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410018023.9A CN117801938A (zh) | 2024-01-05 | 2024-01-05 | 一种连续进样的poct数字pcr分析系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117801938A true CN117801938A (zh) | 2024-04-02 |
Family
ID=90428237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410018023.9A Pending CN117801938A (zh) | 2024-01-05 | 2024-01-05 | 一种连续进样的poct数字pcr分析系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117801938A (zh) |
-
2024
- 2024-01-05 CN CN202410018023.9A patent/CN117801938A/zh active Pending
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |