CN215856129U - 一种集液滴取样、样本处理、检测一体化的采样枪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种集液滴取样、样本处理、检测一体化的采样枪，该采样枪包括：采样枪体；自后端向前端依次布置于采样枪体内的负压产生结构、插入式检测芯片、温控模块以及油相储存腔，所述温控模块以及油相储存腔中设有用于输送样品液滴的样品通道；可操作地连接于采样枪体前端的液滴采样枪头，其包括：轴向延伸的外层管道；以及固定于外层管道内的与其同轴延伸的内层毛细管；固定于外层管道前端的亲水过滤结构，所述亲水过滤结构与所述内层毛细管的前端保持一定间隙。根据本实用新型，提供了一种简便、高效、可靠、快速、高通量、高灵敏度的采样枪，有望为即时定点致病菌快速诊断提供一种有效的技术手段和工具。

Description

一种集液滴取样、样本处理、检测一体化的采样枪

技术领域

本实用新型涉及液体采样装置领域，更具体地涉及一种集液滴取样、样本处理、检测一体化的采样枪。

背景技术

致病菌的检测对于人类身体健康、生命安全具有重要意义。现有的致病菌检测方法检测环境要求高、时间周期长、通量低、且设备体积大，所以封闭式、快速、通量高、便携小型化的即时、定点检测系统是致病菌检测技术的发展方向。

液滴数字LAMP是近两年出现的一种无需标准曲线的全新核酸绝对定量技术，因其在低成本的液滴和恒温环境即可实现精确检测致病菌浓度，使其在致病菌临床快速检测方面具有广阔的应用前景。

现有的液滴数字LAMP检测技术虽然通过液滴的方法实现了数字化的绝对定量结果，提高了检测的灵敏度。但致病菌生物样品处理与检测过程中大多仍然采用移液枪人工直接取样，由于样品没有被“打包”运输，采样运输存在和空气接触会产生泄露或被外源性物质污染的问题，在某些病毒的检测过程中也可能威胁到检测人员的安全。同时，泵阀以及检测设备体积庞大，难以应用于现场即时定点检测。总之，目前还没有研究机构或企业公司能实现全封闭条件下即时定点的采集，并一体化操纵和检测致病样品的仪器。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种集液滴取样、样本处理、检测一体化的采样枪，从而解决现有致病菌检测技术在实际检测中难以保障采样封闭环境、检测慢、通量低、以及检测仪器庞大的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

根据本实用新型的第一方面，提供一种集液滴取样、样本处理、检测一体化的采样枪，包括：采样枪体；自后端向前端依次布置于所述采样枪体内的负压产生结构、插入式检测芯片、温控模块以及油相储存腔，所述温控模块以及油相储存腔中设有用于输送样品液滴的样品通道；可操作地连接于所述采样枪体前端的液滴采样枪头，其包括：轴向延伸的外层管道；以及固定于所述外层管道内的与所述外层管道同轴延伸的内层毛细管；固定于所述外层管道前端的亲水过滤结构，所述亲水过滤结构与所述内层毛细管的前端保持一定间隙；其中，当所述液滴采样枪头连接到所述采样枪体前端时，所述采样枪体内的样品通道与液滴采样枪头内的内层毛细管连通，所述油相储存腔中的油相进入所述液滴采样枪头的外层管道与内层毛细管之间，在所述负压产生结构的作用下，水相样品以通过油相间隔的液滴形式被采集到所述内层毛细管中，进而通过样品通道自前端向后端输送，实现在所述温控模块下的数字化等温核酸扩增反应，以及在所述插入式检测芯片上的平铺、检测。

所述插入式检测芯片包括具有内部腔体的芯片壳体，所述芯片壳体上具有供样品液滴进入的进液孔。

所述插入式检测芯片可沿所述采样枪体的侧面插入，所述芯片壳体上具有方便手持的凸缘，所述采样枪体的侧面具有供所述插入式检测芯片插入的插孔。

优选地，所述样品通道在所述温控模块内沿S形路径蜿蜒，以满足样品液滴在该温控模块内恒温63℃孵育的时间要求，并完成数字化等温核酸扩增反应。

优选地，所述油相储存腔包括自后端向前端依次连接的第一油相储存腔和第二油相储存腔，所述第二油相储存腔具有与液滴采样枪头的外层管道相当的径向尺寸，所述第一油相储存腔具有相对所述第二油相储存腔显著增大的径向尺寸。

优选地，所述油相储存腔的侧壁设有用于向其中补充油相的加油孔。

优选地，所述液滴采样枪头与所述采样枪体前端通过摩擦力连接。

根据本实用新型的第二方面，提供一种集液滴取样、样本处理、检测一体化的方法，包括以下步骤：S1：提供一种如上面所述的采样枪，采样枪体前端连接有液滴采样枪头；S2：手动按压负压产生结构，将所述液滴采样枪头伸入待采集液体样本中，松开负压产生结构，即可将水相样品以液滴形式采集到所述液滴采样枪头中；S3：在负压作用下，液滴样品通过样品通道进一步输送到温控模块内加热，进行数字化等温核酸扩增反应；S4：反应完成后的液滴进入插入式检测芯片上平铺储存。

还包括步骤：S5：将储存有样品的所述插入式检测芯片从采样枪体上取下，并转移到检测设备上，实现数字化的绝对定量检测。

当使用该采样枪对通过橡胶塞密封的离心管中样品进行采集时，使用液滴采样枪头的尖端刺穿橡胶塞，采样完毕后橡胶塞自动密封离心管，即可保证采样过程中的全封闭。

本实用新型通过将一种直接生成液滴的高通量采样枪头与具备集成负压和温度控制系统功能的采样枪结合，构建为集成化的液滴采样、运输、孵育设备，提高了生物样品的检测效率。根据本实用新型提供的这样一种直接采样生成液滴、运输、孵育的采样枪及方法，针对致病菌爆发现场进行取样，可以实现以液滴形式的封闭采样，能够更高效、无污染、灵敏地对水相样品信息进行处理检测。液滴采样、数字化LAMP反应孵育、运输、检测等全套液滴微流控过程将在此一体化采样枪上。其具有集成化、无污染、高灵敏等优点，有利于将液滴采样方法应用于现场即时检测，以解决现有采样装置体积大、检测过程繁琐、样品污染的问题。未来若将其并行自动化，不仅可以实现采样后直接生成液滴来反应和检测，还可以通过多通道并联，实现自动化、高通量采样与检测。

与现有的采样设备相比，本实用新型具有以下几个优势：第一，从样品到检测的过程全封闭，每个液滴所携带的样品都是独立运输与检测的，所以样品在运输过程中互不污染与干扰，为多通道并行采样奠定了基础；第二，通过液滴将少量样品分成液滴，液滴的直径约为500μm，体积约为0.5μL，少量样本可以同时进行大量独立的反应，在后端检测设备中，分别对每个液滴中所包含的目标分子进行检测，检测后对各个反应单元的信号进行统计学分析，可以通过数字化的结果判别实现绝对定量检测，提高检测灵敏度；第三，集成化，从取样到孵育的整个流程在采样枪中实现，减小了设备体积，简化了工作流程。

总之，根据本实用新型，提供了这样一种集液滴取样、样本处理、检测一体化的采样枪，样本将以液滴形式被采集，接着微液滴被用做反应微腔，通过采样枪结构实现待测核酸的有效分配。同时，结合液滴控制技术，可在芯片上实现如数字LAMP或数字PCR等检测。基于本实用新型，可克服现有致病菌检测技术在实际应用中难以保障采样封闭环境、检测慢、通量低、以及检测仪器庞大的关键瓶颈问题，实现简便、高效、可靠的快速、高通量、以及高灵敏度的检测，有望为即时定点(POCT)致病菌快速诊断提供一种有效的技术手段和工具。

附图说明

图1是根据本实用新型的一个优选实施例提供的一种采样枪的整体结构示意图；

图2示出了油相从油相储存腔中进入液滴采样枪头的外层管道与内层毛细管之间的过程，其中，A展示了采样枪体与液滴采样枪头刚连接的状态，B展示了油相在负压状态下自采样枪体进入液滴采样枪头的状态，C展示了油相与样本液滴进入内层毛细管的状态；

图3是插入式检测芯片的立体图；

图4是根据本实用新型的一个实施例的插入式检测芯片的中液滴在孵育后数字化定量检测的俯视示意图；

图5是使用本实用新型提供的采样枪对离心管中样品进行采集时的状态示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本实用新型做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本实用新型而非用于限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1所示，是根据本实用新型的一个优选实施例提供的一种采样枪，主要包括：采样枪体1，自上而下依次设置于采样枪体1上的负压产生结构2、插入式检测芯片3、温控模块4、油相储存腔5，以及与采样枪体1前端可操作地连接的液滴采样枪头6。

其中，采样枪体1为具有内部空腔的大致长方体形壳体，用于安装其他部件。负压产生结构2安装于采样枪体1的后端，包括可手动按压的手柄，通过手动按压以及松开可在采样枪体1内提供负压。

结合图1、图3、图4所示，插入式检测芯片3包括具有内部腔体的芯片壳体31，该芯片壳体31上具有供样品液滴进入的进液孔32，还具有方便手持的凸缘33。根据该优选实施例，插入式检测芯片3可沿采样枪体1的左侧插入，相应地，采样枪体1的侧面具有供插入式检测芯片3插入的插孔。

如图1所示，温控模块4布置于插入式检测芯片3的下方，通过该模块对样品液滴进行恒温加热，进行数字化等温核酸扩增反应。该温控模块4表面具有可显示温度的屏幕，以实时显示此时模块内的温度，比如，63℃。

如图1所示，油相储存腔5布置于温控模块4的下方，包括自上而下依次依次连接的第一油相储存腔51和第二油相储存腔52，其中，第二油相储存腔52具有与液滴采样枪头1外径相当的径向尺寸，第一油相储存腔51具有相对第二油相储存腔52显著增大的径向尺寸。

但是应当理解的是，此处仅作为举例而非限制，油相储存腔5的形状并不仅限于图1中所示，还可以是其他任何适当的形状。

优选地，该油相储存腔5的侧壁还设有用于向其中补充油相的加油孔。

根据该优选实施例，温控模块4以及油相储存腔5中设有用于输送样品液滴的样品通道7，样品通道7在温控模块4内沿S形路径蜿蜒，以尽可能地延长样品液滴在该温控模块4内孵育的时间，并完成数字化等温核酸扩增反应。

如图1所示，液滴采样枪头6包括：轴向延伸的外层管道61；以及固定于外层管道61内的与其同轴延伸的内层毛细管62；固定于外层管道61前端的亲水过滤结构63，该亲水过滤结构63与内层毛细管62的前端保持一定间隙。

与普通移液枪类似地，液滴采样枪头6与采样枪体1前端通过摩擦力连接。

根据本实用新型提供的采样枪，其工作原理结合图2所示说明如下：

当液滴采样枪头6连接到采样枪体1的前端时，采样枪体1内的样品通道7

与液滴采样枪头6内的内层毛细管62连通，此时，只有油相储存腔5以内、样品通道7以外的空间充满油相O(如图2中的A所示)；接着，油相储存腔5中的油相O进入液滴采样枪头6的外层管道61与内层毛细管62之间(如图2中的B所示)；在负压产生结构2的作用下，通过油相O间隔的样品液滴D被采集到内层毛细管62中，进而通过样品通道7自前端向后端输送(如图2中的C所示)，实现在温控模块4下的数字化等温核酸扩增反应，以及在插入式检测芯片3上的平铺、检测。

根据本实用新型的另一优选实施例，提供一种数字化定量检测方法，包括以下步骤：

S1：提供一种如图1所示的采样枪，采样枪体1前端连接有液滴采样枪头6；

S2：手动按压负压产生结构2，将液滴采样枪头6伸入待采集液体样本中，松开负压产生结构2，此时采样枪体1内产生负压，在负压的作用下连续水相样品被吸入内层毛细管62中，并被从外层管道61进入的油相剪切为间隔的水相液滴；

S3：在负压的作用下，液滴样品通过样品通道进一步输送到温控模块4内加热，进行数字化等温核酸扩增反应；

S4：反应完成后的液滴进一步进入插入式检测芯片3上平铺、储存；

S5：将储存有样品的插入式检测芯片3从采样枪体1上取下，并转移到另外的检测设备上，即可实现数字化的绝对定量检测。

如图4所示，即为插入式检测芯片3中液滴在孵育后数字化定量检测的俯视示意图，其中，a为阳性液滴，b为阴性液滴。光学设备对其拍照检测后，对图像中阴阳性液滴的识别统计可计算出目标分子在样品中的原始浓度。

根据本实用新型的一个优选实施例，如图5所示，当使用该采样枪对通过橡胶塞9密封的离心管8中样品进行采集时，使用液滴采样枪头6的尖端刺穿橡胶塞9，采样完毕后橡胶塞9自动密封离心管8，即可保证全封闭的采样环境。

以上所述的，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限定本实用新型的范围，本实用新型的上述实施例还可以做出各种变化。凡是依据本实用新型申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本实用新型专利的权利要求保护范围。本实用新型未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (7)

1.一种集液滴取样、样本处理、检测一体化的采样枪，其特征在于，包括：

采样枪体；

自后端向前端依次布置于所述采样枪体内的负压产生结构、插入式检测芯片、温控模块以及油相储存腔，所述温控模块以及油相储存腔中设有用于输送样品液滴的样品通道；

可操作地连接于所述采样枪体前端的液滴采样枪头，其包括：轴向延伸的外层管道；以及固定于所述外层管道内的与其同轴延伸的内层毛细管；固定于所述外层管道前端的亲水过滤结构，所述亲水过滤结构与所述内层毛细管的前端保持一定间隙；

其中，当所述液滴采样枪头连接到所述采样枪体前端时，所述采样枪体内的样品通道与液滴采样枪头内的内层毛细管连通，所述油相储存腔中的油相进入所述液滴采样枪头的外层管道与内层毛细管之间，在所述负压产生结构的作用下，水相样品以通过油相间隔的液滴形式被采集到所述内层毛细管中，进而通过样品通道自前端向后端输送，实现在所述温控模块下的数字化等温核酸扩增反应，以及在所述插入式检测芯片上的平铺、检测。

2.根据权利要求1所述的采样枪，其特征在于，所述插入式检测芯片包括具有内部腔体的芯片壳体，所述芯片壳体上具有供来自采样枪体前端的样品液滴进入内部腔体的进液孔。

3.根据权利要求1所述的采样枪，其特征在于，所述芯片壳体上具有方便手持的凸缘，所述插入式检测芯片可沿所述采样枪体的侧面插入，所述采样枪体的侧面具有供所述插入式检测芯片插入的插孔。

4.根据权利要求1所述的采样枪，其特征在于，所述样品通道在所述温控模块内沿S形路径蜿蜒，以满足样品液滴在该温控模块内恒温63℃孵育的时间要求，并完成数字化等温核酸扩增反应。

5.根据权利要求1所述的采样枪，其特征在于，所述油相储存腔包括自后端向前端依次连接的第一油相储存腔和第二油相储存腔，所述第二油相储存腔具有与液滴采样枪头的外层管道相当的径向尺寸，所述第一油相储存腔具有相对所述第二油相储存腔显著增大的径向尺寸。

6.根据权利要求1所述的采样枪，其特征在于，所述油相储存腔的侧壁设有用于向其中补充油相的加油孔。

7.根据权利要求1所述的采样枪，其特征在于，所述液滴采样枪头与所述采样枪体前端通过摩擦力连接。

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