CN118028095A - 一种核酸检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核酸检测技术领域，提供了一种核酸检测装置，至少包括核酸提取模块，核酸提取模块包括：试剂存储单元，具有相对于外部环境密闭的样本洗脱腔室以及若干用于承载不同试剂的试剂承载腔室；样本洗脱腔室具有与外部环境相通的加样口；盖体，设置在加样口处，加样时盖体打开，加样后盖体重新将加样口密封；提取操作单元，具有相对于外部环境密闭的反应腔室，反应腔室与样本洗脱腔室相连通。本发明提供的核酸检测装置，可以防止核酸提取模块中的病原体核酸进入空气中，避免对环境造成污染。而且，试剂加入过程中不会破坏核酸提取模块的密封性，可以防止环境中的核酸酶进入核酸提取模块中对病原体核酸进行降解，有利于保证核酸提取的质量。

Description

一种核酸检测装置

技术领域

本发明涉及核酸检测技术领域，具体涉及一种核酸检测装置。

背景技术

核酸检测技术具有灵敏度高、特异性强及准确度高等优势，可根据检测方法的优化、靶标基因的筛选、引物探针的设计，实现种/属/型、片段/序列/位点等不同分辨度的鉴别分析，据此广泛应用于临床检验、疾控应急、畜牧兽医等领域。核酸检测技术具体包括核酸提取与核酸分析两部分。其中，核酸分析技术，近十余年创新发展迅猛，根据分析对象不同，包括序列测定法、基因分析法等；根据分析手段不同，包括光学信号测定法、电化学信号测定法、肉眼识别法等；根据分析过程中温度控制不同，包括变温法、等温法、室温法等。核酸提取技术，作为核酸提取、纯化、富集的重要步骤，是核酸分析技术敏感性、准确性、特异性的核心支撑。现有技术中进行核酸提取时，需要用到EP管，但由于试剂种类较多，操作步骤繁琐，导致提取过程中EP管开盖次数较多，环境中的核酸酶容易进入核酸提取体系，对病原体核酸进行降解；同时，EP管内的病原体核酸也容易进入空气中，对环境造成污染。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于现有技术中进行核酸提取时，需要用到EP管，但由于试剂种类较多，操作步骤繁琐，导致提取过程中EP管开盖次数较多，环境中的核酸酶容易进入核酸提取体系，对病原体核酸进行降解；同时，EP管内的病原体核酸也容易进入空气中，对环境造成污染，从而提供一种核酸检测装置。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明提供一种核酸检测装置，至少包括核酸提取模块，所述核酸提取模块包括：试剂存储单元，具有相对于外部环境密闭的样本洗脱腔室以及若干用于承载不同试剂的试剂承载腔室；所述样本洗脱腔室具有与外部环境相通的加样口；盖体，设置在所述加样口处，加样时所述盖体打开，加样后所述盖体重新将所述加样口密封；提取操作单元，具有相对于外部环境密闭的反应腔室，所述反应腔室与所述样本洗脱腔室相连通；其中，至少一部分所述试剂承载腔室与所述样本洗脱室相连通，另一部分所述试剂承载腔室与所述反应腔室相连通。

进一步地，所述试剂存储单元包括试剂仓、活塞、针管以及弹性密封垫；所述试剂仓上设置有多个相互独立的仓体，其中一个仓体形成所述样本洗脱腔室，剩余的仓体形成所述试剂承载腔室；每个所述仓体的底部均设置有与所述仓体相连通的针管；每个所述仓体的顶部均为敞口结构，所述活塞可滑动且密封地设置在所述仓体内；所述弹性密封垫设置在所述试剂仓的下方，每个所述仓体底部的针管均至少部分插置在所述弹性密封垫中，以将所述仓体密封。

进一步地，所述提取操作单元包括第一流道腔室层；所述第一流道腔室层贴合所述弹性密封垫背对所述试剂仓的一面设置；所述第一流道腔室层朝向所述弹性密封垫的一面上设置有若干与所述样本洗脱腔室及所述试剂承载腔室一一对应的试剂入口；所述反应腔室设置在所述第一流道腔室层内；其中一部分所述试剂入口与所述样本洗脱腔室相连通，另一部分所述试剂入口与所述反应腔室相连通。

进一步地，所述第一流道腔室层内还设置有废液腔室，所述废液腔室与所述反应腔室相连通。

进一步地，所述第一流道腔室层内还设置有蛇形防反流流道，所述蛇形防反流流道设置在所述样本洗脱腔室与所述废液腔室之间。

进一步地，该核酸检测装置还包括核酸分析模块，包括层叠设置的第二流道腔室层与电极层；所述第二流道腔室层内设置有相连通的RPA反应腔室与CRISPR/Cas反应检测腔室；所述RPA反应腔室与所述反应腔室相连通；所述CRISPR/Cas反应检测腔室与所述电极层上的电极反应区域相连通。

进一步地，所述第一流道腔室层内设置有用于连通液路的第一流道，所述第一流道的第一预设位置设置有微阀，通过所述微阀控制所述第一预设位置上游与下游的阻断与通畅；所述第二流道腔室层内设置有用于连通液路的第二流道，所述第二流道的第二预设位置设置有微阀，通过所述微阀控制所述第二预设位置上游与下游的阻断与通畅。

进一步地，所述微阀的阀腔内设置有用于连通微阀上游与下游的第一过流孔与第二过流孔；所述微阀的阀腔为敞口结构，所述阀腔的敞口处设置有弹性膜，向下挤压所述弹性膜时所述第一过流孔与所述第二过流孔被阻断。

进一步地，所述试剂存储单元还包括外壳，所述核酸分析模块还包括控制层；所述控制层与所述外壳上均设置有通向所述阀腔的微阀控制通道，通过不同的微阀控制通道挤压不同的弹性膜，以控制不同的微阀打开或者关闭。

进一步地，所述外壳上设置有两端敞口的容纳腔，所述试剂仓可滑动的设置在所述容纳腔内；所述弹性密封垫设置在所述外壳的底部，以将所述容纳腔的底部敞口密封。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的核酸检测装置，样本洗脱腔室的加样口处设置有盖体，加样时盖体打开，加样后盖体将加样口重新密封，可以防止核酸提取模块中的病原体核酸进入空气中，避免对环境造成污染。而且，不同试剂被独立存储在密闭的试剂承载腔室中，且试剂承载腔室与样本洗脱室或反应腔室直接连通，试剂加入过程中不会破坏核酸提取模块的密封性，可以防止环境中的核酸酶进入核酸提取模块中对病原体核酸进行降解，有利于保证核酸提取的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例中的核酸检测装置的示意图；

图2为本发明实施例中的核酸检测装置的爆炸示意图；

图3为本发明实施例中的核酸检测装置中试剂仓的内部结构示意图；

图4为本发明一个实施例中的核酸检测装置中核酸提取模块与核酸分析模块的布局示意图；

图5为本发明实施例中的核酸检测装置中核酸出口的示意图；

图6为本发明实施例中的核酸检测装置中第二流道腔室层的布局示意图；

图7为本发明实施例中的核酸检测装置中第二流道腔室层与电极层处的示意图；

图8为本发明实施例中的核酸检测装置中第一微阀(打开状态)的示意图；

图9为本发明实施例中的核酸检测装置中第一微阀(关闭状态)的示意图；

图10为本发明又一个实施例中的核酸检测装置中核酸提取模块与核酸分析模块的布局示意图。

附图标记：

100-核酸提取模块；200-试剂储存单元；300-提取操作单元；400-核酸分析模块；

1、贴纸；

2、活塞；

3、盖体；

4、试剂仓；41、针管；42、试剂承载腔室；43、样本洗脱腔室；44、加样口；

5、外壳；

6、弹性密封垫；

7、第一密封膜；

8、第一流道腔室层；

81、试剂入口；82、反应腔室；

83、核酸出口；83a、排液通道；83b、排气通道；

84、废液腔室；85、蛇形防反流流道；87、第一流道；

86a、第一微阀；86b、第二微阀；86c、第三微阀；86d、第四微阀；

9、底板；

10、控制层；102、核酸入口；

11、第二密封膜；

12、第二流道腔室层；121、进样孔；122、排气孔；123、RPA反应腔室；124、CRISPR/Cas反应检测腔室；

125a、第五微阀；125b、第六微阀；

126a、第一液体流道；126b、第二液体流道；126c、第三液体流道；126d、第四液体流道；126e、第五液体流道；126f、第六液体流道；

13、防水绝缘膜；

14、电极层；141、电极反应区域；142、电极触点；

51、微阀控制通道；52、阀腔；53、第一过流孔；54、第二过流孔；500、推杆。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图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装置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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1至图9所示，本实施例提供一种核酸检测装置，至少包括核酸提取模块100，核酸提取模块100包括：试剂存储单元，具有相对于外部环境密闭的样本洗脱腔室43以及若干用于承载不同试剂的试剂承载腔室42；样本洗脱腔室43具有与外部环境相通的加样口44；盖体3，设置在加样口44处，加样时盖体3打开，加样后盖体3重新将加样口44密封；提取操作单元300，具有相对于外部环境密闭的反应腔室82，反应腔室82与样本洗脱腔室43相连通；其中，至少一部分试剂承载腔室42与样本洗脱室相连通，另一部分试剂承载腔室42与反应腔室82相连通。

本实施例提供的核酸检测装置，样本洗脱腔室43的加样口44处设置有盖体3，加样时盖体3打开，加样后盖体3将加样口44重新密封，可以防止核酸提取模块100中的病原体核酸进入空气中，避免对环境造成污染。而且，不同试剂被独立存储在密闭的试剂承载腔室42中，且试剂承载腔室42与样本洗脱室或反应腔室82直接连通，试剂加入过程中不会破坏核酸提取模块100的密封性，可以防止环境中的核酸酶进入核酸提取模块100中对病原体核酸进行降解，有利于保证核酸提取的质量。

如图2、图3所示，其中，试剂存储单元包括试剂仓4、活塞2、针管41以及弹性密封垫6；试剂仓4上设置有多个相互独立的仓体，其中一个仓体形成样本洗脱腔室43，剩余的仓体形成试剂承载腔室42；每个仓体的底部均设置有与仓体相连通的针管41；每个仓体的顶部均为敞口结构，活塞2可滑动且密封地设置在仓体内；弹性密封垫6设置在试剂仓4的下方，每个仓体底部的针管41均至少部分插置在弹性密封垫6中，以将仓体密封。

如图4所示，其中，提取操作单元300包括第一流道腔室层8；第一流道腔室层8贴合弹性密封垫6背对试剂仓4的一面设置；第一流道腔室层8朝向弹性密封垫6的一面上设置有若干与样本洗脱腔室43及试剂承载腔室42一一对应的试剂入口81；反应腔室82设置在第一流道腔室层8内；其中一部分试剂入口81与样本洗脱腔室43相连通，另一部分试剂入口81与反应腔室82相连通。

其中，该核酸检测装置还包括核酸分析模块400，包括层叠设置的第二流道腔室层12与电极层14；第二流道腔室层12内设置有相连通的RPA反应腔室123与CRISPR/Cas反应检测腔室124；RPA反应腔室123与反应腔室82相连通；CRISPR/Cas反应检测腔室124与电极层14上的电极反应区域141相连通。

其中，第一流道腔室层8内设置有用于连通液路的第一流道87，第一流道87的第一预设位置设置有微阀，通过微阀控制第一预设位置上游与下游的阻断与通畅；第二流道腔室层12内设置有用于连通液路的第二流道，第二流道的第二预设位置设置有微阀，通过微阀控制第二预设位置上游与下游的阻断与通畅。

如图8、图9所示，其中，微阀的阀腔52内设置有用于连通微阀上游与下游的第一过流孔53与第二过流孔54；微阀的阀腔52为敞口结构，阀腔52的敞口处设置有弹性膜，向下挤压弹性膜时第一过流孔53与第二过流孔54被阻断。

其中，试剂存储单元还包括外壳5，核酸分析模块400还包括控制层10；控制层10与外壳5上均设置有通向阀腔52的微阀控制通道51，通过不同的微阀控制通道51挤压不同的弹性膜，以控制不同的微阀打开或者关闭。

其中，外壳5上设置有两端敞口的容纳腔，试剂仓4可滑动的设置在容纳腔内；弹性密封垫6设置在外壳5的底部，以将容纳腔的底部敞口密封。

具体而言，本申请中的核酸检测装置包括核酸提取模块100和核酸分析模块400。

核酸提取模块100，包括试剂储存单元200和提取操作单元300。所述试剂储存单元200，包括贴纸1、活塞2、盖体3、试剂仓4、针管41、加样口44、外壳5、弹性密封垫6、微阀控制通道51，用以实现液体试剂的独立存储、有效密封、快捷使用。提取操作单元300包括第一密封膜7、第一流道腔室层8以及底板9，用流道以实现液体化后试剂的输运，用腔室以实现核酸提取流程的操作。

核酸分析模块400属于一种电化学微流控芯片，包括控制层10、第二密封膜11、第二流道腔室层12、防水绝缘膜13和电极层14，用作RPA与CRISPR/Cas体系储存、运输、反应、检测的载体。

其中，核酸提取模块100和核酸分析模块400之间可以通过螺口或卡口进行连接。

试剂仓4内设2个或2个以上试剂承载腔室42，其中一个试剂承载腔室42可以当作样本洗脱腔室43使用。

试剂承载腔室42的底部可以为平底、锥底、圆底，多个试剂承载腔室42的底部可以相同也可以不同。

以试剂仓4内设置有六个试剂承载腔室42为例，依次作为裂解液腔室、样本洗脱腔室43、清洗液A腔室、清洗液B腔室、洗脱液腔室以及气动腔室

加样口44设置于样本洗脱腔室43的侧面，其与样本洗脱腔室43连接的一侧为进样孔121，另一侧为螺口结构可与盖体3进行螺纹咬合，从而实现样本洗脱进样以及全体系密封。

活塞2内置于试剂承载腔室42中，且一一对应，二者严密贴合从而在活塞2上下移动过程中可以保持密封。

例如，所述活塞2的上部可以设有驱动结构，驱动结构可以采用齿轮传动或卡口结构传动，可以通过齿轮间的啮合或卡口间的固定驱动活塞2上下移动。

针管41内置并穿透试剂承载腔室42的底部，针管41可以是尖头、平头。

针管41的下部设有弹性密封垫6，针管41在组装时扎入弹性密封垫6，密封试剂承载腔室42中的试剂；针管41在使用时刺破弹性密封垫6，同时维持针管41外壁与弹性密封垫6的密封效果。

弹性密封垫6的材质可以是硅胶、橡胶或其它具有高弹性的聚合物材料。

外壳5上部用于承载试剂仓4，下部用于衔接弹性密封垫6，一侧设置有微阀控制通道51。

外壳5承载试剂仓4的位置可以设置有两个卡位，一个卡位是组装卡位，针管41在组装时扎入弹性密封垫6；另一个卡位是使用卡位，针管41在使用时刺破弹性密封垫6，在使用卡位时试剂仓4下表面与外壳5下表面存在一定距离，实现刺破位置控制，防止针管41过度移位。

外壳5顶部粘贴的贴纸1既可以实现外壳5顶部的封装，又可以作为核酸提取模块100是否有效的一种辨别方式。

第一流道腔室层8上设置有试剂入口81、反应腔室82、废液腔室84、阀腔52、蛇形防反流流道85、第一流道87、核酸出口83。

第一密封膜7与第一流道腔室层8的上表面贴合，构成封闭的试剂入口81、阀腔52；底板9与第一流道腔室层8的下表面贴合，构成封闭的反应腔室82、废液腔室84、蛇形防反流流道85以及第一流道87。

试剂入口81置于针管41的下部，并与针管41一一对应，针管41在使用时刺破弹性密封垫6、第一密封膜7，从而将试剂入口81连通试剂承载腔室42。

反应腔室82可内置干化的结合试剂，以及用于捕获核酸的冻干磁珠或者富集膜。

废液腔室84内置有多孔吸水材料，用于吸取流经此腔室的液体。

第一流道87位于多个试剂入口81与反应腔室82之间、反应腔室82与废液腔室84之间、反应腔室82与核酸出口83之间，用于液体流通；通过第一流道87的断点与阀腔52、第一密封膜7共同构成一个或者多个微阀，用于控制液体流通或阻断。

蛇形防反流流道85位于裂解液腔室的试剂入口81与废液腔室84之间，用于防止液体试剂通过试剂入口81向废液腔室84反流。

如图4、图5所示，核酸出口83内部具有两个通道，分别是排液通道83a与排气通道83b。其中，排液通道83a用于排出提取的核酸，排气通道83b用于排空核酸分析模块400内的气体；核酸出口83的外部为螺口或者插口，用于核酸分析模块400与提取操作单元300的连通以及密封。

第一密封膜7与第二密封膜11均具备一定的形变能力便于微阀开关的操作。

其中，试剂储存单元200与提取操作单元300，组装后形成核酸提取模块100。内置试剂、上端活塞2、下端针管41的多个试剂承载腔室42内置于试剂仓4中。试剂仓4从上部置入外壳5中，并具有组装与使用两个卡位；试剂仓4的下部是弹性密封垫6；弹性密封垫6下部依次是第一密封膜7、第一流道腔室层8以及底板9。针管41通过弹性密封垫6、第一密封膜7与试剂入口81一一对应；微阀控制通道51通过第一密封膜7与阀腔52、第一流道87上的断点一一对应。

试剂储存单元200与提取操作单元300，使用时打开盖体3，将样本加入或者涮洗入样本洗脱腔室43，关闭盖体3；试剂仓4推入外壳5使用卡位，针管41刺破弹性密封垫6、第一密封膜7，将试剂承载腔室42与加样口44连通；通过不同试剂承载腔室42内活塞2的移动以及不同微阀的开启，使不同试剂按照不同顺序流入反应腔室82、废液腔室84，在此过程中通过废液腔室84、蛇形防反流流道85、试剂入口81、试剂承载腔室42实现封闭系统气压平衡；最后，将提取后的核酸通过核酸出口83注入核酸分析模块400中。

如图6所示，核酸分析模块400通过核酸入口102与核酸提取模块100的核酸出口83连接，核酸入口102包括进样孔121与排气孔122。其中，排液通道83a与进样孔121接通，用于将提取的核酸的排至核酸分析模块400内；排气通道83b与排气孔122接通，用于将核酸分析模块400内的空气排至试剂仓4内，实现核酸检测装置的封闭化。

核酸入口102设置在控制层10的侧面，控制层10上还设置有微阀控制通道51，便于下压杆的定位与移动。

RPA反应腔室123内置干化的RPA反应体系。

RPA反应体系的反应时间可以为5min或以上，优选15～40min；反应温度范围可以为30～42℃，优选35～40℃。

CRISPR/Cas反应检测腔室124内置干化的CRISPR/Cas反应体系。

CRISPR/Cas反应体系可以是包括一定量的报告分子、CRISPR/Cas工具及反应Buffer的混合干化试剂；也可以是包括一定量的报告分子、CRISPR/Cas工具、反应Buffer、T7聚合酶及rNTP的混合干化试剂。

上述CRISPR/Cas反应体系中，CRISPR/Cas工具包括但不限于CRISPR/Cas9、CRISPR/Cas12、CRISPR/Cas13和CRISPR/Cas14等性能相近、原理相似的响应系统。

上述CRISPR/Cas反应体系中，所述报告分子由DNA链、RNA链或DNA/RNA掺杂链与亚甲基蓝构成。

所述CRISPR/Cas反应体系的反应时间可以为5min或以上，优选15～30min；反应温度范围可以为5～50℃，优选20～40℃。

所述CRISPR/Cas反应体系中亚甲基蓝电信号的检测方法包括但不限于循环伏安法、方波伏安法、差分脉冲伏安法等。

本申请中的核酸提取模块100适用于多种核酸提取流程，兼容多种不同的核酸提取试剂以及富集方式。为更好展示本申请的通用性，我们在以下两个实施例的电化学一体化自动化检测系统中，分别搭载标准磁珠提取技术和快速膜提取技术进行讲述。

实施例一

搭载标准磁珠提取技术：

试剂仓4内设6个试剂承载腔室42，横截面均为圆形，底部均为锥底。6个试剂承载腔室42按照从右到左的方向分别记为裂解液腔室、样本洗脱腔室43、清洗液A腔室、清洗液B腔室、洗脱液腔室和气动腔室，其中，裂解液腔室、样本洗脱腔室43、清洗液A腔室、清洗液B腔室和气动腔室的尺寸一致，均为洗脱液腔室直径的2倍。裂解液腔室、清洗液A腔室、清洗液B腔室、洗脱液腔室和气动腔室内分别置有裂解液、清洗液A、清洗液B、洗脱液和空气，气动腔室内的空气可作为驱动力驱动核酸提取模块100内的液体流动。加样口44设置于样本洗脱腔室43的侧面，其与样本洗脱腔室43连接的一侧为进样孔121，另一侧为螺口结构可与盖体3进行螺纹咬合，从而实现样本洗脱进样以及全体系密封。

第一流道87分布位置如图4所示，第一流道的第一预设位置有四处，共设置有四个微阀，四个微阀分别记作第一微阀86a、第二微阀86b、第三微阀86c以及第四微阀86d，用于控制液体流通或阻断。其中，第一微阀86a位于裂解液腔室与样本洗脱腔室43之间，第二微阀86b位于废液腔室84与排气通道83b之间，第三微阀86c位于废液腔室84与反应腔室82之间，第四微阀86d位于反应腔室82与排液通道83a之间。

该实施例中，电极层14为正面触点电极，含一定长度的导线，电极触点142与圆形的反应区域在同一侧。防水绝缘膜13贴合在电极层14的上表面，用以隔绝反应区域以外的导电区域，尤其是导线部分，与空气、液体或其它物体的接触。

如图6所示，其中，第二流道腔室层12上的第二流道包括第一液体流道126a、第二液体流道126b、第三液体流道126c、第四液体流道126d、第五液体流道126e以及第六液体流道126f。

防水绝缘膜13与第二流道腔室层12的下表面贴合，构成封闭的RPA反应腔室123、CRISPR/Cas反应检测腔室124、第二液体流道126b、第四液体流道126d、第五液体流道126e、第六液体流道126f。RPA反应腔室123内置RPA反应体系干化试剂，CRISPR/Cas反应检测腔室124内置CRISPR/Cas13a反应体系干化试剂。第二密封膜11与第二流道腔室层12的上表面贴合，构成开放的进样孔121、排气孔122，以及封闭的微阀、第一液体流道126a、第三液体流道126c。

第二流道中第二预设位置共有两处，共设置有两个微阀，分别记作第五微阀125a与第六微阀125b，用于控制RPA反应腔室123内的液体流入CRISPR/Cas反应检测腔室124。第五微阀125a用于控制RPA反应腔室123之后的第五液体流道126e和第六液体流道126f的接通与断开。第六微阀125b用于控制RPA反应腔室123之后的第二液体流道126b和第三液体流道126c的接通与断开。

核酸提取单元所配套的便携式仪器应配备6个驱动结构，6个下压杆、1个电磁铁和1个局部加热模块。每个活塞2均由驱动结构驱动进行直线运动，每个微阀控制通道51都有相对应的下压杆。

具体实施方式描述如下：

将液体样本(唾液、处理后的痰液、血液、拭子涮洗液等)或拭子由加样口44加入到样本洗脱腔室43中，拧紧盖提，并将核酸提取模块100放置到配套的便携式仪器中。

在核酸检测装置的放置过程中，应将贴纸1部分朝上，将电极触点142部分插入到仪器的卡槽中，随后关闭便携式仪器的盖子。便携式仪器的盖子上可以设置有推杆500，随着盖子的关闭，试剂仓4因受到推杆500的挤压而推入外壳5使用卡位，针管41刺破弹性密封垫6、第一密封膜7，将试剂承载腔室42与加样口44联通，完成了核酸检测装置的激活。

便携式仪器启动后，下压杆通过微阀控制通道51分别关闭第二微阀86b、第三微阀86c和第四微阀86d。然后，下压裂解液腔室内活塞2的同时上提样本洗脱腔室43内的活塞2，将裂解液转移至样本洗脱腔室43内对样本进行裂解洗脱。在此过程中，位于裂解液腔室和废液腔室84之间的蛇形防反流流道85能够防止裂解液向废液腔室84反流。

样本裂解洗脱完成后，下压杆通过微阀控制通道51关闭第一微阀86a，打开第三微阀86c。然后，通过下压样本洗脱腔室43内活塞2的同时上提裂解液腔室内的活塞2，保证样本裂解产物进入到反应腔室82内，反应腔室82内预存的磁珠和结合试剂可以捕获样本裂解产物内的核酸。

核酸捕获完成后，接通反应腔室82底部的电磁铁，将磁珠吸附在反应腔室82的底部，继续下压样本洗脱腔室43内活塞2的同时上提裂解液腔室内的活塞2，驱动反应腔室82内的液体进入废液腔室84。废液腔室84内置有吸水性材料，能够吸收废液，防止污染。需要说明的是，样本洗脱腔室43内的活塞2具有一定的初始高度，经过加样口44开盖操作后，样本洗脱腔室43内存在一定的气体，该气体可作为后续操作中液体流动的驱动力。

接着对反应腔室82内的核酸进行第一次清洗。断开反应腔室82底部的电磁铁，下压清洗液A腔室内活塞2的同时上提裂解液腔室内的活塞2，将清洗液A加入到反应腔室82中。然后，接通反应腔室82底部的电磁铁，将磁珠吸附在反应腔室82的底部。下压样本洗脱腔室43内活塞2的同时上提裂解液腔室内的活塞2，驱动反应腔室82内的液体进入废液腔室84，通过此操作将反应腔室82内除吸附在磁珠上的核酸以外的杂质冲洗干净。

接着对反应腔室82内的核酸进行第二次清洗。断开反应腔室82底部的电磁铁，下压清洗液B腔室内活塞2的同时上提裂解液腔室内的活塞2，将清洗液B加入到反应腔室82中。然后，接通反应腔室82底部的电磁铁，将磁珠吸附在反应腔室82的底部。下压样本洗脱腔室43内活塞2的同时上提裂解液腔室内的活塞2，驱动反应腔室82内的液体进入废液腔室84，通过此操作再次将反应腔室82内除吸附在磁珠上的核酸以外的杂质冲洗干净。

核酸清洗完成后，断开反应腔室82底部的电磁铁，下压洗脱液腔室内活塞2的同时上提裂解液腔室内的活塞2，将洗脱液加入到反应腔室82中。

一定时间后，接通反应腔室82底部的电磁铁，将磁珠吸附在反应腔室82的底部，下压杆通过微阀控制通道51关闭第三微阀86c和第五微阀125a，打开第二微阀86b、第四微阀86d和第六微阀125b。下压气动腔室内活塞2的同时上提裂解液腔室内的活塞2，驱动反应腔室82内的核酸提取产物通过核酸出口83和进样孔121进入到核酸分析模块400中的RPA反应腔室82内。

在该过程中，核酸出口83内的两个通道，一个用于将核酸提取产物排至核酸分析模块400内，一个用于排空核酸分析模块400内的气体，确保了核酸提取单元与核酸分析模块400的全密封式操作。

核酸提取产物进入RPA反应腔室123后，将干化的RPA反应体系溶解，并与之混合。通过局部加热模块将RPA反应腔室123的温度控制在37℃，孵育20min，完成靶标DNA的扩增。

RPA反应结束后，下压杆通过微阀控制通道51关闭第六微阀125b，打开第五微阀125a。然后，下压气动腔室内的活塞2，同时上提裂解液腔室内的活塞2，驱动RPA反应腔室123内的扩增产物进入CRISPR/Cas反应检测腔室内，并在37℃下孵育25min，保证CRISPR/Cas13a反应正常进行。

当核酸提取产物中有靶标DNA时，靶标DNA可以在RPA反应体系中大量扩增，扩增产物可以在CRISPR/Cas13a反应体系中的T7聚合酶和rNTP的帮助下转录为靶标RNA。

靶标RNA能够和CRISPR/Cas13a蛋白以及CRISPR/crRNA形成三元复合物，激活CRISPR/Cas13a蛋白的反式切割活性，剪切报告分子中的RNA链，释放亚甲基蓝。

而当核酸提取产物中无靶标DNA时，扩增和转录均不会启动，CRISPR/Cas13a蛋白的反式切割活性不会被激活，报告分子中的RNA链不会被剪切，修饰在其中的亚甲基蓝不会被释放。

由于完整的报告分子体积较大，扩散速率较慢，空间位阻较大，修饰在其中的亚甲基蓝较难接触到电极表面。因而当核酸提取产物中无靶标DNA时，CRISPR/Cas13a反应体系中亚甲基蓝的电信号较弱。而亚甲基蓝本身的体积较小，扩散速率较快，空间位阻较小。因此当核酸提取产物中有靶标DNA时，CRISPR/Cas13a反应体系中亚甲基蓝的电信号较强。

实施例二

搭载快速膜提取技术：

实施例二的核酸检测装置与实施例一相似，不同之处在于：

试剂仓4内设6个试剂承载腔室42，横截面均为圆形，底部均为平底。6个试剂承载腔室42按照从右到左的方向分别作为消化缓冲液腔室、样本洗脱腔室43、乙醇腔室、漂洗液A腔室、漂洗液B腔室以及洗脱液腔室。其中，消化缓冲液腔室、样本洗脱腔室43、乙醇腔室、漂洗液A腔室以及漂洗液B腔室的尺寸一致，均为洗脱液腔室直径的2倍。如图10所示，第一微阀位于样本洗脱室与反应腔室之间。

消化缓冲液腔室、乙醇腔室、漂洗液A腔室、漂洗液B腔室和洗脱液腔室内分别置有消化缓冲液、乙醇、漂洗液A、漂洗液B和洗脱液。

活塞2上部的驱动结构可以为卡口结构，可以通过卡口间的固定驱动活塞2上下移动。试剂承载腔室42的底部的针管41为平头。底板9与第一流道腔室层8的下表面所构成的反应腔室82中内置用于捕获核酸的富集膜。

核酸提取模块100所配套的便携式仪器应配备6个驱动结构、6个下压杆和2个局部加热模块。每个活塞2的驱动结构都有相配合的卡口结构，每个微阀控制通道51都有相对应的下压杆。

具体实施方式描述如下：

样本加入方式及核酸检测装置放置方式与实施例一相同，不再赘述。

需要说明的是，样本洗脱腔室43内置有蛋白酶k，外置有局部加热模块。

便携式仪器启动后，下压杆通过微阀控制通道51分别关闭第二微阀86b、第三微阀86c和第四微阀86d。然后，下压消化缓冲液腔室内的活塞2，同时上提样本洗脱腔室43内的活塞2，将消化缓冲液转移至样本洗脱腔室43内与样本和蛋白酶k进行混合，并在一定温度下孵育10min完成样本的裂解洗脱，暴露DNA。在此过程中，位于消化缓冲液腔室和废液腔室84之间的蛇形防反流流道85能够防止消化缓冲液向废液腔室84反流。

然后，下压样本洗脱腔室43内的活塞2，同时上提乙醇腔室内的活塞2，使得无水乙醇与样本裂解产物混合，夺取DNA周围的水分子，沉淀DNA。

样本裂解洗脱完成后，下压杆通过微阀控制通道51关闭第一微阀86a，打开第三微阀86c。然后，下压乙醇腔室内的活塞2，同时上提消化缓冲液腔室内的活塞2，使得样本裂解产物经反应腔室82进入废液腔室84内。

反应腔室82内置有富集膜可以过滤吸附样本裂解产物内的DNA。废液腔室84内置有吸水性材料，能够吸收废液，防止污染。

核酸吸附完成后，下压漂洗液A腔室内的活塞2，同时上提消化缓冲液腔室内的活塞2，使得漂洗液A经反应腔室82进入废液腔室84中，将反应腔室82内除吸附在富集膜上的DNA以外的杂质冲洗干净。

接着，下压漂洗液B腔室内的活塞2，同时上提消化缓冲液腔室内的活塞2，使得漂洗液B经反应腔室82进入废液腔室84中，再次将反应腔室82内除吸附在富集膜上的DNA以外的杂质冲洗干净。

核酸漂洗完成后，下压杆通过微阀控制通道51关闭第三微阀86c和第五微阀125a，打开第二微阀86b和第四微阀86d。下压洗脱液腔室内的活塞2，同时上提消化缓冲液腔室内的活塞2，使得洗脱液经反应腔室82通过核酸出口83和进样孔121进入到核酸分析模块400中的RPA反应腔室123内。

RPA反应结束后，下压杆通过微阀控制通道51关闭第六微阀125b，打开第五微阀125a。然后，下压洗脱液腔室内的活塞2，同时上提消化缓冲液腔室内的活塞2，驱动RPA反应腔室123内的扩增产物进入CRISPR/Cas反应检测腔室内，并在37℃下孵育25min，保证CRISPR/Cas13a反应正常进行。

当核酸提取产物中有靶标DNA时，靶标DNA可以在RPA反应体系中大量扩增，扩增产物可以在CRISPR/Cas13a反应体系中的T7聚合酶和rNTP的帮助下转录为靶标RNA。

靶标RNA能够和CRISPR/Cas13a蛋白以及CRISPR/crRNA形成三元复合物，激活CRISPR/Cas13a蛋白的反式切割活性，剪切报告分子中的RNA链，释放亚甲基蓝。

而当核酸提取产物中无靶标DNA时，扩增和转录均不会启动，CRISPR/Cas13a蛋白的反式切割活性不会被激活，报告分子中的RNA链不会被剪切，修饰在其中的亚甲基蓝不会被释放。

由于完整的报告分子体积较大，扩散速率较慢，空间位阻较大，修饰在其中的亚甲基蓝较难接触到电极表面。因而当核酸提取产物中无靶标DNA时，CRISPR/Cas13a反应体系中亚甲基蓝的电信号较弱。而亚甲基蓝本身的体积较小，扩散速率较快，空间位阻较小。因此当核酸提取产物中有靶标DNA时，CRISPR/Cas13a反应体系中亚甲基蓝的电信号较强。

综上，本申请中核酸检测装置，依托核酸提取及检测的全体系封闭化、全流程一体化、全系统自动化，能够实现多种病原微生物的同时检测。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种核酸检测装置，其特征在于，至少包括核酸提取模块(100)，所述核酸提取模块(100)包括：

试剂存储单元，具有相对于外部环境密闭的样本洗脱腔室(43)以及若干用于承载不同试剂的试剂承载腔室(42)；所述样本洗脱腔室(43)具有与外部环境相通的加样口(44)；

盖体(3)，设置在所述加样口(44)处，加样时所述盖体(3)打开，加样后所述盖体(3)重新将所述加样口(44)密封；

提取操作单元(300)，具有相对于外部环境密闭的反应腔室(82)，所述反应腔室(82)与所述样本洗脱腔室(43)相连通；

其中，至少一部分所述试剂承载腔室(42)与所述样本洗脱室相连通，另一部分所述试剂承载腔室(42)与所述反应腔室(82)相连通。

2.根据权利要求1所述的核酸检测装置，其特征在于，

所述试剂存储单元包括试剂仓(4)、活塞(2)、针管(41)以及弹性密封垫(6)；

所述试剂仓(4)上设置有多个相互独立的仓体，其中一个仓体形成所述样本洗脱腔室(43)，剩余的仓体形成所述试剂承载腔室(42)；

每个所述仓体的底部均设置有与所述仓体相连通的针管(41)；每个所述仓体的顶部均为敞口结构，所述活塞(2)可滑动且密封地设置在所述仓体内；

所述弹性密封垫(6)设置在所述试剂仓(4)的下方，每个所述仓体底部的针管(41)均至少部分插置在所述弹性密封垫(6)中，以将所述仓体密封。

3.根据权利要求2所述的核酸检测装置，其特征在于，

所述提取操作单元(300)包括第一流道腔室层(8)；

所述第一流道腔室层(8)贴合所述弹性密封垫(6)背对所述试剂仓(4)的一面设置；

所述第一流道腔室层(8)朝向所述弹性密封垫(6)的一面上设置有若干与所述样本洗脱腔室(43)及所述试剂承载腔室(42)一一对应的试剂入口(81)；

所述反应腔室(82)设置在所述第一流道腔室层(8)内；

其中一部分所述试剂入口(81)与所述样本洗脱腔室(43)相连通，另一部分所述试剂入口(81)与所述反应腔室(82)相连通。

4.根据权利要求3所述的核酸检测装置，其特征在于，

所述第一流道腔室层(8)内还设置有废液腔室(84)，所述废液腔室(84)与所述反应腔室(82)相连通。

5.根据权利要求4所述的核酸检测装置，其特征在于，

所述第一流道腔室层(8)内还设置有蛇形防反流流道(85)，所述蛇形防反流流道(85)设置在所述样本洗脱腔室(43)与所述废液腔室(84)之间。

6.根据权利要求5所述的核酸检测装置，其特征在于，

还包括核酸分析模块(400)，包括层叠设置的第二流道腔室层(12)与电极层(14)；

所述第二流道腔室层(12)内设置有相连通的RPA反应腔室(123)与CRISPR/Cas反应检测腔室(124)；

所述RPA反应腔室(123)与所述反应腔室(82)相连通；

所述CRISPR/Cas反应检测腔室(124)与所述电极层(14)上的电极反应区域(141)相连通。

7.根据权利要求6所述的核酸检测装置，其特征在于，

所述第一流道腔室层(8)内设置有用于连通液路的第一流道(87)，所述第一流道(87)的第一预设位置设置有微阀，通过所述微阀控制所述第一预设位置上游与下游的阻断与通畅；

所述第二流道腔室层(12)内设置有用于连通液路的第二流道，所述第二流道的第二预设位置设置有微阀，通过所述微阀控制所述第二预设位置上游与下游的阻断与通畅。

8.根据权利要求7所述的核酸检测装置，其特征在于，

所述微阀的阀腔(52)内设置有用于连通微阀上游与下游的第一过流孔(53)与第二过流孔(54)；

所述微阀的阀腔(52)为敞口结构，所述阀腔(52)的敞口处设置有弹性膜，向下挤压所述弹性膜时所述第一过流孔(53)与所述第二过流孔(54)被阻断。

9.根据权利要求8所述的核酸检测装置，其特征在于，

所述试剂存储单元还包括外壳(5)，所述核酸分析模块(400)还包括控制层(10)；

所述控制层(10)与所述外壳(5)上均设置有通向所述阀腔(52)的微阀控制通道(51)，通过不同的微阀控制通道(51)挤压不同的弹性膜，以控制不同的微阀打开或者关闭。

10.根据权利要求9所述的核酸检测装置，其特征在于，

所述外壳(5)上设置有两端敞口的容纳腔，所述试剂仓(4)可滑动的设置在所述容纳腔内；

所述弹性密封垫(6)设置在所述外壳(5)的底部，以将所述容纳腔的底部敞口密封。