CN211035883U - 一种分腔室多指标核酸扩增微流控芯片 - Google Patents
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Abstract
一种分腔室多指标核酸扩增微流控芯片，所述微流控芯片包括核酸扩增样品体系进样管道层和核酸扩增反应腔室层所述核酸扩增反应腔室层待固定面上设有串联相接的反应腔室，所述反应腔室底端依次设有二级进样口和进样排气口；所述核酸扩增样品体系进样管道层待固定面上设有进样管道，所述进样管道首端设有芯片进样口，末端设有出样口所述进样管道将所述反应腔室的二级进样口和进样排气口依次连通。本设计是一种操作简单，成本低的快速检测工具，适用于多种检测场合下对多种类型检测样品的快速多指标检测。整个过程不需要外部复杂仪器(如热循环仪、泵等)进行支撑，能够在1小时内实现分腔室多指标核酸扩增检测，最后结果亦可直接判读，操作简便快捷。
Description
技术领域
本实用新型属于生命医学检测及疾病快速诊断领域，尤其涉及一种基于微流控芯片进行分腔室多指标核酸扩增装置。
背景技术
从上个世纪九十年代来，作为生物体中最基本的物质之一，核酸在现代生物医学中扮演着越来越重要的角色，其特点在于：检测特异性强，非常易于操作，技术发展成熟，检测时间极短，因而其在传染病检测、食品安全监测、环境保护等领域都具有重大意义。因此，基于核酸进行快速检测己被公认为重要的分子检测手段之一。
其中，基于核酸进行快速检测主要含有以下两种方式：聚合酶链式反应技术（PCR）和等温扩增技术。PCR作为一种发展成熟的核酸扩增技术经过近几十年的发展，已经成为生命医学检测和疾病诊断领域中的一种不可忽视的技术，其所涉及到的多个不同的反应温度，可用温度循环仪去进行精确的控制每个热循环步骤温度。核酸等温扩增技术在整个过程中则只需单一的反应温度，拥有更为简单的反应温度条件，无论是在实际操作还是仪器要求方面，都比PCR 技术更为简单方便，可摆脱对精良设备的依赖，在临床和现场快速诊断中显示了其良好的应用前景。
但是，无论是PCR还是等温扩增技术，都面临进行多指标检测时，需要避免引物之间的相互干扰。目前主流的避免引物之间互相串扰的方式是采用分腔室的方式来进行。例如，一种用于多重PCR的滑动分腔室式微流控芯片，通过将具有特定模式的顶板和底板滑动，可以实现纳米级多重PCR多指标检测。然而，其顶板和底板的准确对准需要极其精确的操作，这就使得整个过程格外复杂；另外，有一种用于多重PCR分腔室的平台通过开放式疏水微阵列完成，但该芯片的制作过程极其繁琐，需要多次扩增才能得到足够的产物，并且，其扩增是在一个开放的环境中进行的，这就使得整个扩增存在有污染的可能。此外，圆盘状离心蝶式芯片也是一种成功地用分腔室进行多指标检测的方法，但由于其产物无法回收，只能用于现场检测，也无法实现大体积高通量检测。
实用新型内容
根据上述背景分析，本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺陷，解决基于微流控芯片利用独立腔室作为反应区域进行核酸扩增区域中所存在的芯片进样不完整、引物之间互相串扰和外界污染等问题。
为解决上述问题本实用新型提出的一种分腔室多指标核酸扩增微流控芯片，所述微流控芯片包括核酸扩增样品体系进样管道层和核酸扩增反应腔室层，所述核酸扩增样品体系进样管道层和核酸扩增反应腔室层固定连接；
所述核酸扩增反应腔室层待固定面上设有至少一排串联相接的反应腔室，本实用新型中的芯片设置了两排反应腔室。所述反应腔室各自独立结构相同，所述反应腔室底端依次设有二级进样口和进样排气口；
所述核酸扩增样品体系进样管道层待固定面上设有进样管道，所述进样管道首端设有芯片进样口，末端设有出样口，所述芯片进样口和出样口均贯穿所述核酸扩增样品体系进样管道层；所述进样管道将所述反应腔室的二级进样口和进样排气口依次连通，所述核酸扩增样品体系进样管道层和核酸扩增反应腔室层固定连接前所述进样管道和进样排气口均需要进行疏水处理。
进一步地，所述微流控芯片上还设有储液池，所述储液池设有上下储液腔，所述下储液腔设于核酸扩增样品体系进样管道层的进样管道临近出样口处，所述上储液腔设于核酸扩增反应腔室层的与下 储液腔相对应位置。
进一步地，所述核酸扩增样品体系进样管道层和核酸扩增反应腔室层待固定面上均设有用于封装定位的定位孔，所述定位孔至少为三个。
进一步地，所述核酸扩增样品体系进样管道层和核酸扩增反应腔室层的待固定面均利用双面胶带进行紧密封装粘接，所述双面胶带具有利用刀模切割出的与所述所述核酸扩增样品体系进样管道层和核酸扩增反应腔室层相同的结构。
进一步地，所述核酸扩增样品体系进样管道层和核酸扩增反应腔室层的待固定面用热压键合在一起。
进一步地，所述反应腔室底端前次设有二级进样口，底端后侧设于进样排气口，所述进样排气口小于所述二级进样口。
进一步地，所述核酸扩增样品体系进样管道层和核酸扩增反应腔室层均采用精密注塑或机加工等方式加工玻璃、PMMA、PC、PDMS等材料所得。
本实用新型提出的与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
（1）本实用新型是一种操作简单，成本低的快速检测工具，适用于多种检测场合下对多种类型检测样品的快速多指标检测。
（2）所述核酸扩增样品体系进样管道层和核酸扩增反应腔室层均采用精密注塑或机加工等方式加工PMMA、PC等各种材料所得，能够极大降低检测成本。
（3）本实用新型所采用的对进样管道进行疏水处理，可极大的提高反应腔室的进样完整性，让核酸扩增体系在进样时稳定、均一。另外，利用正向打气或者反向通油的操作对腔室层进行分割，可完全避免在扩增时可能出现的分腔室进样不完整、引物之间互相串扰和外界污染等问题。
（4）本实用新型所提出的芯片进样过程除注射泵注射之外可完全手动利用移液枪或滴管等进样，整个过程不需要外部复杂仪器(如热循环仪、泵等)进行支撑，能够在1小时内实现分腔室多指标核酸扩增检测，最后结果亦可直接判读，操作简便快捷。
附图说明：
为了易于说明，本实用新型由下述的具体实施及附图作以详细描述。
图1是芯片结构图；
图2是反应腔室层结构图；
图3是进样通道层结构图；
图中:1、核酸扩增样品体系进样管道层，2、核酸扩增反应腔室层，3、反应腔室，4、二级进样口，5、进样排气口，6、进样管道，7、芯片进样口，8、出样口，9、储液池，10、定位孔。
具体实施方式：
下面通过结合附图的形式来对本实用新型的具体实施方式来做进一步的详细的说明，但以下实施例仅列举的是较优选的实施例，其仅起到解释说明的作用来帮助理解本实用新型，并不能理解为是对本实用新型作的限定。
面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语 “安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
具体实施方式一：
如图1-3所示，本具体实施方式采用以下技术方案：一种分腔室多指标核酸扩增微流控芯片，所述微流控芯片包括核酸扩增样品体系进样管道层1和核酸扩增反应腔室层2，所述核酸扩增样品体系进样管道层1和核酸扩增反应腔室层2固定连接，所述核酸扩增样品体系进样管道层1和核酸扩增反应腔室层2待固定面上均设有用于封装定位的定位孔10，所述定位孔10至少为三个；
所述核酸扩增反应腔室层2待固定面上设有至少两排串联相接的反应腔室3，所述反应腔室3各自独立结构相同，所述反应腔室3底端依次设有二级进样口4和进样排气口5；
所述核酸扩增样品体系进样管道层1待固定面上设有进样管道6，所述进样管道6首端设有芯片进样口7，末端设有出样口8，所述芯片进样口7和出样口8均贯穿所述核酸扩增样品体系进样管道层1；所述进样管道6将所述反应腔室3的二级进样口4和进样排气口5依次连通，所述核酸扩增样品体系进样管道层1和核酸扩增反应腔室层2固定连接前所述进样管道6和进样排气口5均需要进行疏水处理。
所述微流控芯片上还设有储液池9，所述储液池9设有上下储液腔，所述下储液腔设于核酸扩增样品体系进样管道层1的进样管道6临近出样口8处，所述上储液腔设于核酸扩增反应腔室层2的与下储液腔相对应位置。
所述核酸扩增样品体系进样管道层1和核酸扩增反应腔室层2的待固定面均利用双面胶带进行紧密封装粘接，所述双面胶带具有利用刀模切割出的与所述核酸扩增样品体系进样管道层1和核酸扩增反应腔室层2相同的结构。
所述反应腔室3底端前次设有二级进样口4，底端后侧设于进样排气口5，所述进样排气口5远远小于所述二级进样口4。
所述核酸扩增样品体系进样管道层1和核酸扩增反应腔室层2均采用精密注塑或机加工等方式加工PMMA、PC材料所得。
实施例2
如图1-3所示，本具体实施方式采用以下技术方案：一种分腔室多指标核酸扩增微流控芯片，所述微流控芯片包括核酸扩增样品体系进样管道层1和核酸扩增反应腔室层2，所述核酸扩增样品体系进样管道层1和核酸扩增反应腔室层2固定连接，所述核酸扩增样品体系进样管道层1和核酸扩增反应腔室层2待固定面上均设有用于封装定位的定位孔10，所述定位孔10至少为三个；
所述核酸扩增反应腔室层2待固定面上设有至少两排串联相接的反应腔室3，所述反应腔室3各自独立结构相同，所述反应腔室3底端依次设有二级进样口4和进样排气口5；
所述核酸扩增样品体系进样管道层1待固定面上设有进样管道6，所述进样管道6首端设有芯片进样口7，末端设有出样口8，所述芯片进样口7和出样口8均贯穿所述核酸扩增样品体系进样管道层1；所述进样管道6将所述反应腔室3的二级进样口4和进样排气口5依次连通，所述核酸扩增样品体系进样管道层1和核酸扩增反应腔室层2固定连接前所述进样管道6和进样排气口5均需要进行疏水处理。
所述微流控芯片上还设有储液池9，所述储液池9设有上下储液腔，所述下储液腔设于核酸扩增样品体系进样管道层1的进样管道6临近出样口8处，所述上储液腔设于核酸扩增反应腔室层2的与下储液腔相对应位置。
所述核酸扩增样品体系进样管道层1和核酸扩增反应腔室层2的待固定面用热压键合在一起。
所述反应腔室3底端前次设有二级进样口4，底端后侧设于进样排气口5，所述进样排气口5远远小于所述二级进样口4。
所述核酸扩增样品体系进样管道层1和核酸扩增反应腔室层2均采用精密注塑或机加工等方式加工PMMA、PC材料所得。
实施例3
本实施例为基于本实用新型设计分腔室多指标核酸扩增检测的微流控芯片进行大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和肺炎克雷伯菌的核酸等温扩增检测。基于本实用新型设计分腔室多指标核酸扩增检测的微流控芯片进行大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和肺炎克雷伯菌核酸等温扩增检测体系的建立和扩增反应步骤包括：
（1）疏水处理：对进样管道层的整个进样通道和反应腔室层进样排气口进行疏水处理；
（2）预点引物：由于目前的检测试剂只针对三个位点进行检测，为了在现有条件下验证多重扩增反应的可行性，通过重复点样的方式，每个位点重复4次，另有4个腔室不点引物，做为阴性对照；
（3）芯片封装：将上述核酸扩增样品体系进样管道层、核酸扩增反应腔室层和封装双面胶带进行粘接键合，构成完整的核酸等温扩增芯片，并将配制好的核酸等温扩增体系（60μL反应体系配比如下：KSH400H mix21.6μL、LAMP混合引物6.0μL、Bst2.0酶2.4μL、样品30μL）手动注射到上述核酸等温扩增芯片中，核酸等温扩增体系从芯片进样口注入，在进样管道前进，进样管道进行了疏水处理，由于液体表面张力的存在，其液面前进阻力较大，而反应腔室层未做处理，其液面前进阻力小，故液体流进反应腔室，而不会继续前进，待当液体将反应腔室内的气体排出充满反应腔室后，接下来的流体因为出气口很细且出气口也进行过疏水处理，所以出气口的阻力大于进样管道的阻力，所以核酸等温扩增体系不从出气口流出而是继续从进样管道前进直至进入下个反应腔室，以实现腔室进样；
（4）反应腔室分割：
a、从核酸扩增样品体系进样管道层的出样口往进样管道内注油，油因为不受疏水处理影响，且进样排气口阻力大于进样管道，所以油体直接在进样管道流通，将进样管道内的核酸等温扩增体系全部排出，以实现附图中反应腔室分割；
b、从核酸扩增样品体系进样管道层的进样口往进样管道内打气，因为气体不受疏水处理影响，且反应腔室内液体已经充满，反应腔室内的阻力大于进样管道，所以气体直接在进样管道流通，将进样管道内的核酸等温扩增体系全部排出，以实现附图中反应腔室分割；
S5：核酸等温扩增：将芯片放入平板PCR仪进行扩增；
S6：结果判读：反应结束后，通过荧光读取信号。
多重扩增反应在该芯片上是可行的，也即本实用新型中的分腔室多指标核酸扩增检测装置可很好解决在进行多指标检测时引物之间的相互干扰问题。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种分腔室多指标核酸扩增微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片包括核酸扩增样品体系进样管道层（1）和核酸扩增反应腔室层（2），所述核酸扩增样品体系进样管道层（1）和核酸扩增反应腔室层（2）固定连接；
所述核酸扩增反应腔室层（2）待固定面上设有至少一排串联相接的反应腔室（3），所述反应腔室（3）各自独立结构相同，所述反应腔室（3）底端依次设有二级进样口（4）和进样排气口（5）；
所述核酸扩增样品体系进样管道层（1）待固定面上设有进样管道（6），所述进样管道（6）首端设有芯片进样口（7），末端设有出样口（8），所述芯片进样口（7）和出样口（8）均贯穿所述核酸扩增样品体系进样管道层（1）；所述进样管道（6）将所述反应腔室（3）的二级进样口（4）和进样排气口（5）依次连通，所述核酸扩增样品体系进样管道层（1）和核酸扩增反应腔室层（2）固定连接前所述进样管道（6）和进样排气口（5）均进行疏水处理，反应腔室（3）进行亲水处理。
2.根据权利要求1所述的分腔室多指标核酸扩增微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片上还设有储液池（9），所述储液池（9）设有上下储液腔，所述下储液腔设于核酸扩增样品体系进样管道层（1）的进样管道（6）临近出样口（8）处，所述上储液腔设于核酸扩增反应腔室层（2）的与下储液腔相对应位置。
3.根据权利要求1所述的分腔室多指标核酸扩增微流控芯片，其特征在于：所述核酸扩增样品体系进样管道层（1）和核酸扩增反应腔室层（2）待固定面上均设有用于封装定位的定位孔（10），所述定位孔（10）至少为三个。
4.根据权利要求1所述的分腔室多指标核酸扩增微流控芯片，其特征在于：所述核酸扩增样品体系进样管道层（1）和核酸扩增反应腔室层（2）的待固定面均利用双面胶带进行紧密封装粘接，所述双面胶带具有利用刀模切割出的与所述核酸扩增样品体系进样管道层（1）和核酸扩增反应腔室层（2）相同的结构。
5.根据权利要求1所述的分腔室多指标核酸扩增微流控芯片，其特征在于：所述核酸扩增样品体系进样管道层（1）和核酸扩增反应腔室层（2）的待固定面用热压键合在一起。
6.根据权利要求1所述的分腔室多指标核酸扩增微流控芯片，其特征在于：所述反应腔室（3）底端前次设有二级进样口（4），底端后侧设于进样排气口（5），所述进样排气口（5）远远小于所述二级进样口（4）。
7.根据权利要求1所述的分腔室多指标核酸扩增微流控芯片，其特征在于：所述核酸扩增样品体系进样管道层（1）和核酸扩增反应腔室层（2）均采用精密注塑或机加工方式加工玻璃、PMMA材料、PC材料或PDMS材料所得。
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Cited By (2)
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| CN110616138A (zh) * | 2019-10-09 | 2019-12-27 | 山东百骏生物科技有限公司 | 一种分腔室多指标核酸扩增微流控芯片 |
| CN113969232A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-01-25 | 南通大学 | 一种用于核酸检测的数字化微流控芯片装置及使用方法 |
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2019
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| CN110616138A (zh) * | 2019-10-09 | 2019-12-27 | 山东百骏生物科技有限公司 | 一种分腔室多指标核酸扩增微流控芯片 |
| CN113969232A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-01-25 | 南通大学 | 一种用于核酸检测的数字化微流控芯片装置及使用方法 |
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| GR01 | Patent grant | ||
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