CN214088471U - 核酸提取与检测结构以及微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种核酸提取与检测结构，涉及微流控技术领域，核酸提取与检测结构用于设置于芯片上，核酸提取与检测结构用于带动其内的流体随着芯片做离心运动，核酸检测单元用于对核酸进行检测；核酸提取单元与核酸检测单元连通，核酸提取单元用于在离心力和毛细力的驱动下按照顺序进行核酸的吸附、清洗和洗脱并将洗脱后得到的核酸输送至核酸检测单元内；废液盛放单元与核酸提取单元连通并能够用于盛放核酸提取单元在进行吸附和清洗过程所产生的废液；本实用新型还提供了一种微流控芯片，包括芯片和如上所述的核酸提取与检测结构，本实用新型提供的核酸提取与检测结构以及微流控芯片实现了在芯片上完成核酸的提取和检测过程且提高了可靠性。

Description

核酸提取与检测结构以及微流控芯片

技术领域

本实用新型涉及微流控技术领域，特别是涉及一种核酸提取与检测结构以及微流控芯片。

背景技术

微流控（Microfluidics）又称为微流控芯片技术，该技术可将生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块几个平方厘米的芯片上，以可控流体贯穿整个系统，用以替代常规化学或生物实验室的各种功能，有着体积轻巧、使用样品及试剂量少、能耗低、反应速度快、可大量平行处理及可即用即弃等优点。微流控芯片在细菌检测领域应用广泛，在细菌或其它物质的检测过程中，最终用于检测的样品一般为待测细菌或其它物质的基因组DNA，因此，在进行细菌检测前，需要对待测细菌的基因组DNA进行提取；而已有的集细菌DNA提取与检测为一体的微流控芯片，其中的清洗液腔室和样品盛放液腔室分别通过两个长度不同的流道来连通核酸吸附部，通过改变流道的长度或形状来控制样品以及清洗液进入到核酸吸附部的前后顺序，但往往因设计误差或加工误差导致清洗液先于样品或与样品同时达到核酸吸附部中，清洗液也就发挥不了其清洗作用，因此，亟需一种新型的微流控芯片来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种核酸提取与检测结构以及微流控芯片，以解决上述现有技术存在的问题，实现在芯片上完成核酸的提取和检测过程且提高了芯片的可靠性。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供了一种核酸提取与检测结构，所述核酸提取与检测结构用于设置于芯片上，所述核酸提取与检测结构用于带动其内的流体随着芯片做离心运动，包括：

核酸检测单元，用于对核酸进行核酸扩增反应；

核酸提取单元，所述核酸提取单元与所述核酸检测单元连通，用于在离心力和毛细力的驱动下按照顺序进行核酸的吸附、清洗和洗脱并将洗脱后得到的核酸输送至所述核酸检测单元内；

废液盛放单元，所述废液盛放单元与所述核酸提取单元连通并能够用于盛放所述核酸提取单元在进行吸附和清洗过程所产生的废液；

所述核酸提取单元包括核酸吸附部、清洗液盛放腔室和样品盛放腔室，所述清洗液盛放腔室和所述样品盛放腔室通过第一流道连通，所述样品盛放腔室和所述核酸吸附部通过第二流道连通，所述第一流道的横截面积小于所述第二流道的横截面积。

优选的，所述第一流道的底面所在的平面为第一平面，所述清洗液盛放腔室位于所述第一平面的下方，所述第二流道的底面所在的平面为第二平面，所述样品盛放腔室位于所述第二平面和所述第一平面的下方。

优选的，所述清洗液盛放腔室的部分或全部底面自所述第一流道向远离所述第一流道的方向向下倾斜；所述样品盛放腔室部分或全部底面自所述第二流道向远离所述第二流道的方向向下倾斜。

优选的，所述废液盛放单元包括废液盛放腔室，所述废液盛放腔室与所述核酸吸附部通过第三流道连通，所述第三流道的底面所在的平面为第三平面，所述废液盛放腔室位于所述第三平面的下方；所述废液盛放腔室的底面平行于所述第三平面。

优选的，还包括设置于所述芯片上的排气孔和多个排气流道，所述核酸提取单元、所述废液盛放单元以及所述核酸检测单元均通过所述排气流道与所述排气孔连通，所述排气流道的表面为疏水表面。

优选的，所述核酸吸附部包括吸附流道和填充于所述吸附流道中的磁珠，所述磁珠用于吸附流经所述吸附流道的细菌裂解液中的核酸，所述吸附流道的一端与所述第二流道连通，另一端分别通过所述第三流道和第四流道连通于所述废液盛放腔室和所述核酸检测单元上。

优选的，所述核酸提取单元还包括洗脱液盛放腔室，所述洗脱液盛放腔室通过第五流道和所述样品盛放腔室连通，所述洗脱液盛放腔室设置于所述样品盛放腔室的一侧，所述第五流道为虹吸流道，所述清洗液盛放腔室位于所述样品盛放腔室和所述芯片的中心之间。

优选的，所述核酸检测单元包括等分流道、多个等分腔室以及多个反应室，所述等分流道通过所述第四流道连通于所述核酸吸附部，多个所述等分腔室布设并连通于所述等分流道远离所述第四流道的一侧，各所述等分腔室远离所述等分流道的一侧均通过第六流道连通于一个所述反应室，所述反应室中预先放置有核酸扩增试剂；所述废液盛放单元还包括废液室，所述废液室位于所述等分流道远离所述第四流道的一端且所述废液室与所述等分流道连通。

优选的，所述清洗液盛放腔室、所述样品盛放腔室、所述第一流道、所述第二流道以及所述核酸提取单元中其他的流道和腔室、所述废液盛放单元中的流道和腔室以及所述核酸检测单元中的流道和腔室的表面均为亲水表面。

本实用新型还提供了一种微流控芯片，包括芯片和如上所述的核酸提取与检测结构，所述芯片上设置有安装孔，所述芯片通过所述安装孔安装于离心机上，多个所述核酸提取与检测结构均布设于所述安装孔外侧的所述芯片上，且多个所述核酸提取与检测结构沿所述安装孔的周向等间距均匀布设。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型提供了一种核酸提取与检测结构以及微流控芯片，包括核酸检测单元和核酸提取单元，核酸提取单元用于在离心力和毛细力的驱动下按照顺序进行核酸的吸附、清洗和洗脱并将洗脱后得到的核酸输送至核酸检测单元内；核酸检测单元用于对核酸进行扩增反应；因此，本实用新型提供的核酸提取与检测结构以及微流控芯片能够完成核酸的提取和检测过程；另外，本结构中的清洗液盛放腔室、样品盛放腔室和核酸吸附部依次连通，且第一流道的横截面积小于第二流道的横截面积，因此，可以确保样品盛放腔室中的流体先于清洗液盛放腔室中的清洗液进入到核酸吸附部中进行核酸提取的过程，提高了芯片的可靠性，因此，本实用新型提供的核酸提取与检测结构以及微流控芯片实现了在芯片上完成核酸的提取和检测过程且提高了芯片的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例一提供的核酸提取与检测结构的俯视图；

图2为实施例二提供的微流控芯片的俯视图；

图3为清洗液盛放腔室、第一流道、样品盛放腔室以及第二流道的截面结构示意图；

图4为图3中第一流道和第二流道的长度为零时的截面结构示意图；

图中：1-芯片、2-核酸提取与检测结构、3-安装孔、4-定位槽、101-样品盛放腔室、102-加样口、103-清洗液盛放腔室、105-洗脱液盛放腔室、106-吸附流道、107-废液盛放腔室、108-等分流道、109-等分腔室、110-废液室、111-反应室、112-排气孔、201-第二流道、202-第一流道、203-第五流道、205-第三流道、206-第四流道、207-第六流道、208-排气流道。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种核酸提取与检测结构以及微流控芯片，以解决现有技术存在的问题，实现在芯片中完成核酸的提取与检测过程并且能够防止微流控芯片中腔室的流体在静止状态下自由流出。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例一

本实施例提供了一种核酸提取与检测结构2，如图1~4所示，核酸提取与检测结构2用于设置于芯片1上，核酸提取与检测结构2用于带动其内的流体随着芯片1做离心运动，包括：核酸提取单元、废液盛放单元和核酸检测单元，核酸提取单元用于在离心力和毛细力的驱动下按照顺序进行核酸的吸附、清洗和洗脱并将洗脱后得到的核酸输送至核酸检测单元内；废液盛放单元与核酸提取单元连通并能够用于盛放核酸提取单元在进行吸附和清洗过程所产生的废液；核酸检测单元与核酸提取单元连通并用于对核酸进行扩增反应；

核酸提取单元包括核酸吸附部、清洗液盛放腔室103和样品盛放腔室101，清洗液盛放腔室103和样品盛放腔室101通过第一流道202连通，样品盛放腔室101和核酸吸附部通过第二流道201连通，第一流道202的横截面积小于第二流道201的横截面积，清洗液盛放腔室103和样品盛放腔室101上均开设有加样口102。

其中，核酸提取单元用于在离心力和毛细力的驱动下按照顺序进行核酸的吸附、清洗和洗脱并将洗脱后得到的核酸输送至核酸检测单元内；核酸检测单元用于对核酸进行扩增反应；因此，本实用新型提供的核酸提取与检测结构以及微流控芯片能够完成核酸的提取和检测过程；另外，本结构中的清洗液盛放腔室103、样品盛放腔室101和核酸吸附部依次连通，且第一流道202的横截面积小于第二流道201的横截面积，因此，可以确保样品盛放腔室101中的流体先于清洗液盛放腔室103中的清洗液进入到核酸吸附部中进行核酸提取的过程，提高了芯片1的可靠性，因此，本实用新型提供的核酸提取与检测结构2和微流控芯片实现了在芯片上完成核酸的提取和检测过程且提高了芯片的可靠性。

进一步的，第一流道202的底面所在的平面为第一平面，清洗液盛放腔室103位于第一平面的下方，第二流道201的底面所在的平面为第二平面，样品盛放腔室101位于第二平面和第一平面的下方，现有的微流控芯片上的流道和腔室的底面均在同一平面上，其容易出现混流现象，而本实施例中的清洗液盛放腔室103以及样品盛放腔室101均低于流道的底面，且在向清洗液盛放腔室103以及样品盛放腔室101灌注流体时控制流体的量不漫出腔室，流体不易从清洗液盛放腔室103以及样品盛放腔室101内流出，因此，本实施例提供的核酸提取与检测结构2和微流控芯片能够防止微流控芯片中腔室的流体在静止状态下自由流出，进而防止微流体自由流动造成的回流、污染、样品损失等问题。

进一步的，清洗液盛放腔室103的部分或全部底面自第一流道202向远离第一流道202的方向向下倾斜；样品盛放腔室101部分或全部底面自第二流道201向远离第二流道201的方向向下倾斜，倾斜的底面用于为流体的定向流动提供导向，使得腔室内的流体在离心力的作用下能够流进流道中进行转移，且在静止状态下不会自由流动，提高了实用性。

进一步的，废液盛放单元包括废液盛放腔室107，废液盛放腔室107与核酸吸附部通过第三流道205连通，第三流道205的底面所在的平面为第三平面，废液盛放腔室107位于第三平面的下方；废液盛放腔室107的底面平行于第三平面，上述设置能够将废液限制于废液盛放腔室107内，防止废液在离心力的作用下回流污染样品。

进一步的，还包括设置于芯片1上的排气孔112和多个排气流道208，核酸提取单元、废液盛放单元以及核酸检测单元均通过排气流道208与排气孔112连通，排气流道208的表面为疏水表面，采用上述设置能够避免排气流道208与腔室内的流体产生毛细力，而且，微流体不会粘附于疏水表面上，进而避免微流体进入排气流道208后堵塞排气流道208。

进一步的，核酸吸附部包括吸附流道106和填充于吸附流道106中的磁珠，磁珠用于吸附流经吸附流道106的细菌裂解液中的核酸，吸附流道106的一端与第二流道201连通，另一端分别通过第三流道205和第四流道206连通于废液盛放腔室107和核酸检测单元上，洗脱液能够将磁珠上吸附的核酸洗脱下来并流至反应室111内。

进一步的，核酸提取单元还包括洗脱液盛放腔室105，洗脱液盛放腔室105上也设置有加样口102，洗脱液盛放腔室105通过第五流道203和样品盛放腔室101连通，洗脱液盛放腔室105设置于样品盛放腔室101的一侧，第五流道203为虹吸流道，清洗液盛放腔室103位于样品盛放腔室101和芯片1的中心之间。

进一步的，核酸检测单元包括等分流道108、多个等分腔室109以及多个反应室111，等分流道108通过第四流道206连通于核酸吸附部，多个等分腔室109布设并连通于等分流道108远离第四流道206的一侧，各等分腔室109远离等分流道108的一侧均通过第六流道207连通于一个反应室111，反应室111中预先放置有核酸扩增试剂，具体的，核酸扩增试剂为PCR mix、引物和探针；废液盛放单元还包括废液室110，废液室110位于等分流道108远离第四流道206的一端且废液室110与等分流道108连通。

进一步的，清洗液盛放腔室103、样品盛放腔室101、第一流道202、第二流道201以及核酸提取单元中其他的流道和腔室、废液盛放单元中的流道和腔室以及核酸检测单元中的流道和腔室的表面均为亲水表面，设置为亲水表面可以更好的运用毛细力来驱动微流体流动，且可避免微流体流向排气流道208进而影响排气。

实施例二

本实施例提供了一种微流控芯片，包括芯片1和实施例一中的核酸提取与检测结构2，芯片1上设置有安装孔3，芯片1通过安装孔3安装于离心机上，多个核酸提取与检测结构2均布设于安装孔3外侧的芯片1上，且多个核酸提取与检测结构2沿安装孔3的周向等间距均匀布设，安装孔3的边沿开设有一定位槽4。

使用实施例二中的微流控芯片进行实验的步骤如下：

步骤一、将待检测细菌置于裂解液中裂解5min；

步骤二、将微流控芯片安装在离心机上，将细菌裂解液加入样品盛放腔室101，清洗液加入清洗液盛放腔室103，洗脱液加入洗脱液盛放腔室105；

步骤三、顺时针旋转离心，转速400～800rpm/min，时间2～4min，吸附流道106中分布有可吸附DNA的磁珠，细菌裂解液在离心力作用下，从所在的腔室流出，通过吸附流道106，完成核酸的吸附。在科里奥利力的作用下，样品废液经三叉流道流向废液盛放腔室107，三叉流道由第四流道206、第三流道205以及吸附流道106下游的流道构成。

步骤四、提高转速，顺时针旋转离心，转速800～1200rpm/min，时间2～4min，清洗液在离心力作用下，从所在的腔室流出，通过吸附流道106，完成对吸附核酸的清洗。在科里奥利力的作用下，清洗废液经三叉流道流向废液盛放腔室107。（由于第一流道202相比于第二流道201更窄，清洗液盛放腔室103内的清洗液比样品盛放腔室101内的细菌裂解液更难流出，故在低速离心条件下，细菌裂解液首先从样品盛放腔室101中流出，提高离心速度后，清洗液再从清洗液盛放腔室103流出，以达到细菌裂解液和清洗液依次通过吸附流道106的目的）

步骤五、转速至0后，静止30s，洗脱液通过毛细力充满整个第五流道203（虹吸结构）。

步骤六、逆时针离心，转速800～1200rpm/min，时间2～4min。利用虹吸现象，在离心力的作用下，洗脱液经第五流道203后流向吸附流道106，洗脱吸附在磁珠上的核酸。在科里奥利力的作用下，核酸洗脱液经三叉流道流向等分流道108，并依次充满等分腔室109，多余的核酸洗脱液流入废液室110；

由于反应室111没有与排气孔112相连，为封闭状态，低速条件下，流入等分腔室109的核酸洗脱液不易通过第六流道207进入核酸反应室111，从而可以确保从等分腔室109进入到反应室111的核酸的量一致。

步骤七、进一步提高转速逆时针离心，2000～3000rpm/min，离心 30～60s，在更强的离心力作用下，等分腔室109的核酸洗脱液经第六流道207等进入反应室111，与反应室111中预先包埋的核酸扩增试剂混合。

步骤八、在温控设备的控制下完成核酸扩增。

本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种核酸提取与检测结构，所述核酸提取与检测结构用于设置于芯片上，所述核酸提取与检测结构用于带动其内的流体随着芯片做离心运动，其特征在于：包括：

核酸检测单元，用于对核酸进行核酸扩增反应；

核酸提取单元，所述核酸提取单元与所述核酸检测单元连通，用于在离心力和毛细力的驱动下按照顺序进行核酸的吸附、清洗和洗脱并将洗脱后得到的核酸输送至所述核酸检测单元内；

废液盛放单元，所述废液盛放单元与所述核酸提取单元连通并能够用于盛放所述核酸提取单元在进行吸附和清洗过程所产生的废液；

所述核酸提取单元包括核酸吸附部、清洗液盛放腔室和样品盛放腔室，所述清洗液盛放腔室和所述样品盛放腔室通过第一流道连通，所述样品盛放腔室和所述核酸吸附部通过第二流道连通，所述第一流道的横截面积小于所述第二流道的横截面积。

2.根据权利要求1所述的核酸提取与检测结构，其特征在于：所述第一流道的底面所在的平面为第一平面，所述清洗液盛放腔室位于所述第一平面的下方，所述第二流道的底面所在的平面为第二平面，所述样品盛放腔室位于所述第二平面和所述第一平面的下方。

3.根据权利要求2所述的核酸提取与检测结构，其特征在于：所述清洗液盛放腔室的部分或全部底面自所述第一流道向远离所述第一流道的方向向下倾斜；所述样品盛放腔室部分或全部底面自所述第二流道向远离所述第二流道的方向向下倾斜。

4.根据权利要求1所述的核酸提取与检测结构，其特征在于：所述废液盛放单元包括废液盛放腔室，所述废液盛放腔室与所述核酸吸附部通过第三流道连通，所述第三流道的底面所在的平面为第三平面，所述废液盛放腔室位于所述第三平面的下方；所述废液盛放腔室的底面平行于所述第三平面。

5.根据权利要求1所述的核酸提取与检测结构，其特征在于：还包括设置于所述芯片上的排气孔和多个排气流道，所述核酸提取单元、所述废液盛放单元以及所述核酸检测单元均通过所述排气流道与所述排气孔连通，所述排气流道的表面为疏水表面。

6.根据权利要求4所述的核酸提取与检测结构，其特征在于：所述核酸吸附部包括吸附流道和填充于所述吸附流道中的磁珠，所述磁珠用于吸附流经所述吸附流道的细菌裂解液中的核酸，所述吸附流道的一端与所述第二流道连通，另一端分别通过所述第三流道和第四流道连通于所述废液盛放腔室和所述核酸检测单元上。

7.根据权利要求1所述的核酸提取与检测结构，其特征在于：所述核酸提取单元还包括洗脱液盛放腔室，所述洗脱液盛放腔室通过第五流道和所述样品盛放腔室连通，所述洗脱液盛放腔室设置于所述样品盛放腔室的一侧，所述第五流道为虹吸流道，所述清洗液盛放腔室位于所述样品盛放腔室和所述芯片的中心之间。

8.根据权利要求6所述的核酸提取与检测结构，其特征在于：所述核酸检测单元包括等分流道、多个等分腔室以及多个反应室，所述等分流道通过所述第四流道连通于所述核酸吸附部，多个所述等分腔室布设并连通于所述等分流道远离所述第四流道的一侧，各所述等分腔室远离所述等分流道的一侧均通过第六流道连通于一个所述反应室，所述反应室中预先放置有核酸扩增所需试剂；所述废液盛放单元还包括废液室，所述废液室位于所述等分流道远离所述第四流道的一端且所述废液室与所述等分流道连通。

9.根据权利要求1所述的核酸提取与检测结构，其特征在于：所述清洗液盛放腔室、所述样品盛放腔室、所述第一流道、所述第二流道以及所述核酸提取单元中其他的流道和腔室、所述废液盛放单元中的流道和腔室以及所述核酸检测单元中的流道和腔室的表面均为亲水表面。

10.一种微流控芯片，其特征在于：包括芯片和多个权利要求1~9任意一项所述的核酸提取与检测结构，所述芯片上设置有安装孔，所述芯片通过所述安装孔安装于离心机上，多个所述核酸提取与检测结构均布设于所述安装孔外侧的所述芯片上，且多个所述核酸提取与检测结构沿所述安装孔的周向等间距均匀布设。

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