CN215162546U - 自动化核酸提取纯化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种自动化核酸提取纯化装置，该装置包括：核酸提取纯化转盘芯片及电磁单元。该装置通过将核酸提取纯化室和扩增试剂存储室集成一体化，并通过电磁单元提供的电磁场及转盘提供的离心力驱动将核酸提取纯化及与核酸扩增试剂的混合分配结合起来，在芯片上实现了从样品到待检测之间所有步骤的自动化与一体化，有效提高核酸检测的自动化程度，从而提高核酸检测效率及精度，降低成本和减少人工污染；另外，通过设置微缝结构使磁珠团在磁场驱动下与母液滴在此处发生缢裂，使磁珠团携带的残留试剂极大程度减少，从而提高核酸的提取纯化效果；再者，通过在转盘上设置多个反应单元，可适用于高通量多个传染病病原体样本检测。

Description

自动化核酸提取纯化装置

技术领域

本实用新型属于生物分子检测技术领域，特别是涉及一种自动化核酸提取纯化装置。

背景技术

核酸检测技术在分子生物学实验和医学病原体检测中广泛应用。相比于免疫学检测，核酸检测对样品的含量要求低，因此，更能对感染初期病人进行准确的检测，从而在黄金时间时对疫情进行各方面防控。传统的核酸检测步骤包括：样本灭活、核酸提取与纯化、核酸扩增和检测等步骤，整个检测流程步骤繁琐并且需要耗费数个小时，且易由于操作引发交叉污染，所以对医疗人员的实验能力和检测条件有较高要求。

目前的核酸提取纯化试剂盒提供的试剂常有5种以上，其提供的操作步骤在10步以上，整个流程需要20分钟至40分钟，该步骤操作繁琐并且耗费大量的时间与精力。基于此，出现了一些用于辅助检测的装置，可以将核酸提取纯化和扩增集成在芯片或卡盒中，基于磁珠转移和驱动液体实现核酸提取纯化和扩增等步骤。但是，目前磁珠控制常需要手持永磁体在底部拖动磁珠，使磁珠穿梭在各个反应试剂中完成反应，面对多样本时显然需要耗费大量人工劳动。另外，基于液体驱动的装置，其常不能独立完成各个操作，需要压力泵辅助为其提供正压或负压来驱动液体流动。

Chi-Han Chiou，Biosensors and Bioelectronics，2013使用运动电生磁替代固定磁场，实现了磁珠在试剂中成簇与散开和定向移动的过程，但是难于集成于自动化一体机。因此提供一种可自动化一体式实现核酸提取纯化的装置以助力于科研防控实属必要。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种自动化核酸提取纯化装置，用于解决现有技术在核酸检测过程中，核酸的提取纯化装置自动化低导致检测效率及检测精度低，且步骤操作繁琐、耗时耗力，增加成本等的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种自动化核酸提取纯化装置，所述装置由上至下依次包括：核酸提取纯化转盘芯片及电磁单元；

所述电磁单元包括外部电源接口、内外电源接线点、线圈控制线路、上层线圈阵列及下层线圈阵列；其中，所述线圈控制线路通过所述内外电源接线点与所述外部电源接口电连接，所述线圈控制线路分别与所述上层线圈阵列及所述下层线圈阵列电连接，以实现外部电源对所述上层线圈阵列及所述下层线圈阵列的电磁控制；

所述上层线圈阵列由3个上层线圈组成，所述下层线圈阵列由2个下层线圈组成；所述上层线圈阵列位于所述下层线圈阵列的上部，且每个所述下层线圈与相邻两个所述上层线圈之间产生投影重叠区；

所述核酸提取纯化转盘芯片包括转盘及设置于所述转盘上的至少一个反应单元，所述反应单元包括进样口、连接管道、核酸提取室、微缝管道、洗涤室、洗脱室、扩增试剂存储室及扩增区；其中，所述进样口通过所述连接管道与所述核酸提取室的进口连通，所述核酸提取室的出口通过所述微缝管道与所述洗涤室的进口连通，所述洗涤室的出口通过所述微缝管道与所述洗脱室的第一进口连通，所述洗脱室的第二进口通过所述连接管道与所述扩增试剂存储室连通，所述洗脱室的出口通过所述连接管道与所述扩增区连通；

3个所述上层线圈分别对应设置于所述核酸提取室、所述洗涤室及所述洗脱室的下方，所述投影重叠区同时覆盖所述微缝管道。

可选地，设置于所述转盘上的所述反应单元在所述转盘上呈中心对称的方式分布。

可选地，设置于所述转盘上的所述反应单元的个数介于2个～96个之间。

可选地，所述电磁单元设置为PCB线圈阵列，所述上层线圈阵列设置于PCB板的正面，所述下层线圈阵列设置于所述PCB板的背面。

可选地，所述上层线圈与所述下层线圈均为相同的线圈。

可选地，所述下层线圈沿所述上层线圈的中心线位置设置。

可选地，所述线圈包括7个～9个绕组，所述线圈的高度介于20μm～60μm之间、宽度介于90μm～180μm之间，相邻两绕组之间的间距介于100μm～300μm之间。

可选地，所述连接管道的宽度为0.75mm～1mm，所述微缝管道的宽度为0.75mm～1mm。

可选地，所述扩增区为数字扩增区。

如上所述，本实用新型的自动化核酸提取纯化装置通过将核酸提取纯化室和核酸的扩增试剂存储室集成一体化，并通过所述电磁单元提供的电磁场及所述转盘提供的离心力驱动将核酸提取纯化及与核酸扩增试剂的混合分配巧妙的结合起来，电磁场方向大小的周期变换使磁珠不断地重复成团与规律分布在磁感线上实现搅拌来使反应充分进行，利用上下两层电磁场叠加作用使磁珠团从母液滴经微缝管道缢裂后与后续相邻液滴融合形成新的母液滴，后经离心力驱动核酸扩增试剂与洗脱下来的核酸混合后分配至扩增区，最终，在电磁场和离心力驱动下，在芯片上实现了从样品到待检测之间所有步骤的自动化与一体化，有效提高核酸检测的自动化程度，从而提高核酸检测效率及检测精度，降低检测成本；另外，通过设置微缝结构使磁珠团在磁场驱动下与母液滴在此处发生缢裂，使磁珠团携带的残留试剂极大程度减少，从而提高核酸的提取纯化效果；再者，核酸提取纯化转盘芯片通过在转盘上设置多个反应单元，可适用于高通量多个传染病病原体样本检测。

附图说明

图1显示为本实用新型的自动化核酸提取纯化装置中核酸提取纯化转盘芯片的结构示意图。

图2显示为本实用新型的核酸提取纯化转盘芯片中反应单元的结构示意图。

图3显示为本实用新型的自动化核酸提取纯化装置中电磁单元的结构示意图。

图4显示为本实用新型的自动化核酸提取纯化装置工作过程中在电磁单元的作用下，磁珠团从核酸提取室经微缝管道进入洗涤室的过程示意图。

图5显示为本实用新型的自动化核酸提取纯化装置的多层结构示意图。

元件标号说明

1 核酸提取纯化转盘芯片

10 转盘

11 反应单元

12 进样口

13 连接管道

14 核酸提取室

15 微缝管道

16 洗涤室

17 洗脱室

18 扩增试剂存储室

19 扩增区

2 电磁单元

20 外部电源接口

21 内外电源接线点

22 线圈控制线路

23 上层线圈

24 下层线圈

25 母液滴

26 磁珠团

27 反应层

28 磁控层

A 投影重叠区

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可根据实际需要进行改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1至图3所示，本实施例提供一种自动化核酸提取纯化装置，所述自动化核酸提取纯化装置由上至下依次包括：核酸提取纯化转盘芯片1(如图1所示)及电磁单元2(如图3所示)；

如图3所示，所述电磁单元2包括外部电源接口20、内外电源接线点21、线圈控制线路22、上层线圈阵列及下层线圈阵列；其中，所述线圈控制线路22通过所述内外电源接线点21与所述外部电源接口20电连接，所述线圈控制线路22分别与所述上层线圈阵列及所述下层线圈阵列电连接，以实现外部电源对所述上层线圈阵列及所述下层线圈阵列的电磁控制；

所述上层线圈阵列由3个上层线圈23组成，所述下层线圈阵列由2个下层线圈24组成；所述上层线圈阵列位于所述下层线圈阵列的上部，且每个所述下层线圈24与相邻两个所述上层线圈23之间产生投影重叠区A；

如图1所示，所述核酸提取纯化转盘芯片1包括转盘10及设置于所述转盘10上的至少一个反应单元11，如图2所示，所述反应单元11包括进样口12、连接管道13、核酸提取室14、微缝管道15、洗涤室16、洗脱室17、扩增试剂存储室18及扩增区19；其中，所述进样口12通过所述连接管道13与所述核酸提取室14的进口连通，所述核酸提取室14的出口通过所述微缝管道15与所述洗涤室16的进口连通，所述洗涤室16的出口通过所述微缝管道15与所述洗脱室17的第一进口连通，所述洗脱室17的第二进口通过所述连接管道13与所述扩增试剂存储室18连通，所述洗脱室17的出口通过所述连接管道13与所述扩增区19连通；

如图3及图5所示，3个所述上层线圈23分别对应设置于所述核酸提取室14、所述洗涤室16及所述洗脱室17的下方，所述投影重叠区A同时覆盖所述微缝管道15。

基于上述自动化核酸提取纯化装置，其工作过程包括以下步骤：

1)检测准备工作：先于所述反应单元11的所述扩增区19外的区域填充矿物油，于所述核酸提取室14内充入核酸提取试剂及磁珠溶液，于所述洗涤室16内充入洗涤溶液，于所述洗脱室17内充入核酸洗脱溶液，于所述扩增试剂存储室18内充入核酸扩增试剂，其中所用试剂均为水性试剂，电磁单元由外部可编程的电流输出仪控制。

2)核酸提取步骤：将样品利用离心力驱动通过所述进样口12导入至所述核酸提取室14并融合成油包水结构的母液滴；同时接通所述电磁单元2，在所述电磁单元2的电磁场作用下，使所述核酸提取试剂及磁珠溶液对所述样品进行充分裂解；具体地，由所述转盘10提供离心力，并驱动所述样品从所述进样口12通过所述连接管道13进入所述核酸提取室14中，通过打开电磁单元2中所述核酸提取室下方的所述上层线圈23，该上层线圈23能够在磁场方向大小变换的同时使磁珠团分散于磁感线上，从而使核酸提取试剂与样品充分的均匀搅拌，使样品的裂解反应更充分且使每个母液滴中的磁珠上富集更多的核酸。这里需要说明的是，可采用现有常规装置实现所述转盘10的离心力，在此不再赘述。

3)第一转移步骤：如图4所示，所述母液滴25在所述电磁单元11的电磁场作用下在所述微缝管道15处发生缢裂使该母液滴25中的磁珠团26经过所述微缝管道15进入所述洗涤室16并形成新的母液滴25；具体地，如图4所示，当步骤2)的核酸提取结束后(如图4-1所示)，再打开所述核酸提取室14下方的所述下层线圈24(如图4-2)，由于所述上层线圈23与所述下层线圈24的投影重叠区域的磁场强度高于周围的磁场强度，所以所述母液滴25就会在其内部的磁珠团26的带动下向所述核酸提取室14与所述洗涤室16之间的所述微缝管道15处移动；当移动至所述微缝管道15处时，关闭所述核酸提取室下方的所述上层线圈23，使磁珠团26与母液滴25在此处发生缢裂，磁珠团26从母液滴25中缢裂出来并沿着所述微缝管道15向所述洗涤室16方向移动(如图4-3所示)；接着再打开所述洗涤室16下方的所述上层线圈23(如图4-4所示)，使磁珠团26通过所述微缝管道15进入所述洗涤室16内并与所述洗涤室16内的液滴融合形成新的母液滴25(如图4-5所示)。4)洗涤步骤：对所述洗涤室16内的所述磁珠团进行洗涤，去除杂质；所述杂质包括样品裂解后富集在磁珠上的蛋白、碎片等核酸之外的杂质，该杂质会对核酸检测结果产生影响，所以需要去除。

5)第二转移步骤：与所述第一转移步骤类似，具体可参考第一转移步骤的具体过程，在此不再赘述，所述洗涤室16内新的所述母液滴25在所述电磁单元11的电磁场作用下在所述微缝管道15处发生缢裂使该母液滴25中的磁珠团26经过所述微缝管道15进入所述洗脱室17。

6)核酸洗脱步骤：洗脱试剂对所述洗脱室17内的所述磁珠团作用，使核酸被洗脱下来。与所述第一转移步骤类似：磁珠被回收至所述洗涤室16中。

7)核酸扩增步骤：利用离心力驱动将所述扩增试剂存储室18中的所述核酸扩增试剂导入至所述洗脱室17中并与所述洗脱室17中的核酸洗脱溶液混合后分配至所述扩增区19中进行核酸扩增。

本实施例的自动化核酸提取纯化装置通过将核酸提取纯化室和核酸的扩增试剂存储室集成一体化，并通过所述电磁单元提供的电磁场及所述转盘提供的离心力驱动将核酸提取纯化及与核酸扩增试剂的混合分配巧妙的结合起来，电磁场方向大小的周期变换使磁珠不断地重复成团与规律分布在磁感线上实现搅拌来使反应充分进行，利用上下两层电磁场叠加作用使磁珠团从母液滴经微缝管道缢裂后与后续相邻液滴融合形成新的母液滴，后经离心力驱动核酸扩增试剂与洗脱下来的核酸混合后分配至扩增区，最终，在电磁场和离心力驱动下，在芯片上实现了从样品到待检测之间所有步骤的自动化与一体化，有效提高核酸检测的自动化程度，从而提高核酸检测效率及检测精度，降低检测成本；另外，通过设置微缝结构使磁珠团在磁场驱动下与母液滴在此处发生缢裂，使磁珠团携带的残留试剂极大程度减少，从而提高核酸的提取纯化效果；再者，核酸提取纯化转盘芯片通过在转盘上设置多个反应单元，可适用于高通量多个传染病病原体样本检测。

如图1所示，作为示例，设置于所述转盘10上的所述反应单元11的个数可设置4个。采用此种方式，当转动转盘的时候，便于每个反应单元11所受到的离心力相同，且可以使得磁珠和液体分开，使得纯化的样品留出富集。考虑工艺难度及检测效率，设置于所述转盘10上的所述反应单元11的个数介于2个～96个之间较佳。

如图3所示，作为示例，述电磁单元1设置为PCB线圈阵列，所述上层线圈阵列设置于PCB板的正面，所述下层线圈阵列设置于所述PCB板的背面。

如图3所示，作为示例，所述上层线圈23与所述下层线圈24均为相同的线圈。较佳地，所述下层线圈24沿所述上层线圈23的中心线位置设置。作为另一较佳示例，所述线圈包括7个～9个绕组，所述线圈的高度介于20μm～60μm之间、宽度介于90μm～180μm之间，相邻两绕组之间的间距介于100μm～300μm之间。本实施例中选择所述线圈为8个绕组，所述线圈的高度为35μm、宽度为150μm，相邻两绕组之间的间距为150μm，线圈为铜线圈，两线圈之间的间距为3mm。

作为示例，所述连接管道13的宽度介于0.75mm～1mm之间，所述微缝管道15的宽度介于0.75mm～1mm之间，本实施例中选择所述连接管道13的宽度为1mm，所述微缝管道15的宽度为1mm。

作为示例，所述扩增区19选择为数字扩增区。

综上所述，本实用新型提供一种自动化核酸提取纯化装置通过将核酸提取纯化室和核酸的扩增试剂存储室集成一体化，并通过所述电磁单元提供的电磁场及所述转盘提供的离心力驱动将核酸提取纯化及与核酸扩增试剂的混合分配巧妙的结合起来，电磁场方向大小的周期变换使磁珠不断地重复成团与规律分布在磁感线上实现搅拌来使反应充分进行，利用上下两层电磁场叠加作用使磁珠团从母液滴经微缝管道缢裂后与后续相邻液滴融合形成新的母液滴(如图4)，后经离心力驱动核酸扩增试剂与洗脱下来的核酸混合后分配至扩增区，整个多层结构如图5所示。最终，在电磁场和离心力驱动下，在芯片上实现了从样品到待检测之间所有步骤的自动化与一体化，有效提高核酸检测的自动化程度，从而提高核酸检测效率及检测精度，降低检测成本；另外，通过设置微缝结构使磁珠团在磁场驱动下与母液滴在此处发生缢裂，使磁珠团携带的残留试剂极大程度减少，从而提高核酸的提取纯化效果；再者，核酸提取纯化转盘芯片通过在转盘上设置多个反应单元，可适用于高通量多个传染病病原体样本检测。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种自动化核酸提取纯化装置，其特征在于，所述装置由上至下依次包括：核酸提取纯化转盘芯片及电磁单元；

所述电磁单元包括外部电源接口、内外电源接线点、线圈控制线路、上层线圈阵列及下层线圈阵列；其中，所述线圈控制线路通过所述内外电源接线点与所述外部电源接口电连接，所述线圈控制线路分别与所述上层线圈阵列及所述下层线圈阵列电连接，以实现外部电源对所述上层线圈阵列及所述下层线圈阵列的电磁控制；

所述上层线圈阵列由3个上层线圈组成，所述下层线圈阵列由2个下层线圈组成；所述上层线圈阵列位于所述下层线圈阵列的上部，且每个所述下层线圈与相邻两个所述上层线圈之间产生投影重叠区；

所述核酸提取纯化转盘芯片包括转盘及设置于所述转盘上的至少一个反应单元，所述反应单元包括进样口、连接管道、核酸提取室、微缝管道、洗涤室、洗脱室、扩增试剂存储室及扩增区；其中，所述进样口通过所述连接管道与所述核酸提取室的进口连通，所述核酸提取室的出口通过所述微缝管道与所述洗涤室的进口连通，所述洗涤室的出口通过所述微缝管道与所述洗脱室的第一进口连通，所述洗脱室的第二进口通过所述连接管道与所述扩增试剂存储室连通，所述洗脱室的出口通过所述连接管道与所述扩增区连通；

3个所述上层线圈分别对应设置于所述核酸提取室、所述洗涤室及所述洗脱室的下方，所述投影重叠区同时覆盖所述微缝管道。

2.根据权利要求1所述的自动化核酸提取纯化装置，其特征在于：设置于所述转盘上的所述反应单元在所述转盘上呈中心对称的方式分布。

3.根据权利要求2所述的自动化核酸提取纯化装置，其特征在于：设置于所述转盘上的所述反应单元的个数介于2个～96个之间。

4.根据权利要求1所述的自动化核酸提取纯化装置，其特征在于：所述电磁单元设置为PCB线圈阵列，所述上层线圈阵列设置于PCB板的正面，所述下层线圈阵列设置于所述PCB板的背面。

5.根据权利要求1所述的自动化核酸提取纯化装置，其特征在于：所述上层线圈与所述下层线圈均为相同的线圈。

6.根据权利要求5所述的自动化核酸提取纯化装置，其特征在于：所述下层线圈沿所述上层线圈的中心线位置设置。

7.根据权利要求5所述的自动化核酸提取纯化装置，其特征在于：所述线圈包括7个～9个绕组，所述线圈的高度介于20μm～60μm之间、宽度介于90μm～180μm之间，相邻两绕组之间的间距介于100μm～300μm之间。

8.根据权利要求1所述的自动化核酸提取纯化装置，其特征在于：所述连接管道的宽度介于0.75mm～1mm之间，所述微缝管道的宽度介于0.75mm～1mm之间。

9.根据权利要求1所述的自动化核酸提取纯化装置，其特征在于：所述扩增区为数字扩增区。

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