CN216764861U - 一种核酸提取与扩增装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种核酸提取与扩增装置，包括核酸提取元件、反应腔和核酸扩增元件，核酸提取元件包括裂解仓和洗涤仓，无需设置存储废液的腔室，产生的废液可直接存储在裂解仓和洗涤仓；核酸扩增元件包括PCR管和PCR管通道，PCR管通道在PCR管的入口位置偏离PCR管的中心线。该装置结构更简单，体积更小，功能更全面；并且可同时进行多个项目的检测。

Description

一种核酸提取与扩增装置

技术领域

本实用新型属于生物学检测领域，涉及一种核酸检测装置，尤其是涉及一种核酸提取与扩增装置。

背景技术

核酸是分子生物学研究的基础，高质量的核酸是进行分子标记、基因克隆及基因表达研究等的必要前提。由于生物样本(例如血液、唾液、精液或其他分泌物)成分复杂，通常需要将其中的目标核酸提取、纯化出来并进行扩增后才能开展后续研究。目前现有的核酸提取、扩增主要存在以下问题：(1)面对数量巨大以及复杂的样本处理、核酸提取、纯化及扩增步骤，人工操作容易出现失误，并且使得整体操作步骤复杂，无法进行高效、快速的目标核酸提取扩增；(2)大多数分子诊断都需要在实验室内进行，很多基层单位不具备建立标准分子诊断实验室的条件，再加上操作人员的操作习惯及熟练程度不同，核酸在提取、扩增的过程中容易发生样品的交叉污染；(3)现有的核酸提取仪器及PCR仪往往体积较大，不适合在取样现场使用，这在一定程度上限制了分子诊断的应用范围。将核酸的提取、扩增进行全自动、全封闭、一体化运行，可以缩短核酸提取、扩增流程，减少人为因素的影响，增强核酸样品制备的安全性和有效性，并且可以实现适应基层或现场快速检测需求的装置小型化、便携化要求，是开发新型核酸提取仪的主要研究方向。

现有的核酸提取仪结构复杂，通常设有较大的容纳反应或洗涤后产生废液的腔室，同时核酸扩增部分普遍设计较复杂，这主要是为了既能拆卸并转移至其他装置加热又能确保密封效果，而且一次只能进行一种核酸的扩增，当有多个项目时则需多次操作，耗费大量时间。因此急需找到一种结构简单，体积小，且能同时进行多个项目检测的核酸提取与扩增装置。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种核酸提取与扩增装置，结构简单、体积更小，并能同时进行多个项目检测。

本实用新型提供的核酸提取与扩增装置，包括核酸提取元件、反应腔和核酸扩增元件，所述核酸提取元件用于存放核酸裂解、洗涤所需试剂及产生的废液；所述反应腔可选择性地与核酸提取元件或核酸扩增元件连通，从而分别实现流体交换或混合；所述核酸扩增元件包括PCR管和PCR管通道，PCR管通道在PCR管的入口位置偏离PCR管的中心线。

所述PCR管的流体入口位置偏离中心线，是指流体进入PCR管时不是从管口中间进入，而是需要偏离中心位置，从靠近PCR管一侧进入，但是又不能沿管口壁直接进入。由于PCR管的管口内壁需要疏水处理，因此流体不能沿管口壁直接进入，但如果流体从管口中间进入时，非常容易发生流体溅射，影响检测灵敏度，而当从偏离管口中心位置进入时，可使流体在下落过程中先接触部分PCR管下侧的内壁，然后再沿内壁向下流动，明显减少了流体溅射的发生，又能保证管口附近的内壁不会沾到流体，从而能保证检测结果更精准。

本实用新型提供的核酸提取与扩增装置，其中的PCR管无需拆卸并转移至其他装置加热，只需设置配套的加热底座即可。

进一步地，所述核酸提取元件包括裂解仓和洗涤仓，所述裂解仓用于存放样品、裂解液、磁珠及裂解后产生的废液；所述洗涤仓用于存放洗涤液及洗涤后产生的废液，洗涤仓的数量为一个或一个以上；所述裂解仓或洗涤仓底部都设有通孔，可分别与反应腔连通。

进一步地，所述洗涤仓包括一级洗涤仓和二级洗涤仓，分别用于对裂解后样品的第一次洗涤和第二次洗涤，所述一级洗涤仓或二级洗涤仓底部都设有通孔，可分别与反应腔连通。

进一步地，所述核酸扩增元件还包括PCR试剂仓和石蜡油仓，所述PCR试剂仓用于存放PCR试剂，石蜡油仓用于存放石蜡油，石蜡油用于热封PCR管；所述PCR试剂仓或石蜡油仓底部都设有通孔，可分别与反应腔连通。

进一步地，还包括通道转盘，所述通道转盘上设有底部通道；通过转动通道转盘，可使反应腔通过底部通道分别与裂解仓、一级洗涤仓、二级洗涤仓、PCR试剂仓、石蜡油仓或PCR管通道连通。

在一些方式中，通道转盘仅设置一条底部通道，因此反应腔每次通过底部通道仅能与一个腔室连通。

进一步地，还包括贴膜，贴膜上设有与反应腔、核酸提取元件和核酸扩增元件连通的通孔，其中贴膜在PCR管的入口位置的通孔偏离PCR管的中心线。

本实用新型通过设置贴膜上的通孔来作为流体通道的一部分，通过贴膜可以将PCR管通道引向PCR管的入口位置。

进一步地，所述反应腔设有活塞，通过活塞的位移带来压力变化，从而促进流体在反应腔与裂解仓、或反应腔与一级洗涤仓、或反应腔与二级洗涤仓、或反应腔与PCR试剂仓、或反应腔与石蜡油仓、或反应腔与PCR管通道之间流动。

进一步地，所述反应腔设有中空容纳腔，用于容纳磁棒，所述活塞为中空圆筒，活塞内的中空圆筒直径与中空容纳腔直径相配套，使活塞可套在中空容纳腔外，并沿中空容纳腔外壁上下运动。

进一步地，还包括上盖和底盖，上盖附有防水透气膜，用于气体交换和防止生物污染；所述底盖上设有容纳通道转盘的贯穿区域，PCR管与底盖相连；所述PCR管和PCR管通道的数量为1根或1根以上。

进一步地，所述PCR管和PCR管通道的数量都为3根。

进一步地，所述核酸提取元件或核酸扩增元件还设有预留仓，所述预留仓可分别与反应腔连通。

本实用新型提供的核酸提取与扩增装置中无需设置存储废液的腔室，待检测DNA被磁珠吸附后，因磁棒对磁珠的吸附作用，使磁珠始终被吸附在反应腔内，而裂解、洗涤后产生的废液在活塞作用下被分别被压回裂解仓、洗涤仓内；由于通道转盘仅设有一条底部通道，随着通道转盘的转动，使裂解仓、洗涤仓都不再与反应腔连通，从而使待测DNA与废液彻底分离。

本实用新型提供的核酸提取与扩增装置具有以下有益效果：

1、无需设置存储废液的腔室；

2、结构更简单，体积更小，功能更全面；

3、可同时进行多个项目的检测。

附图说明

图1为实施例1提供的核酸提取与扩增装置整体结构示意图；

图2为实施例1提供的核酸提取与扩增装置的爆炸图；

图3为实施例1提供的核酸提取与扩增装置的壳体结构示意图；

图4为实施例1提供的壳体内部结构示意图；

图5为实施例1提供的壳体的俯视图；

图6为实施例1提供的通道转盘的结构示意图；

图7为实施例1提供的PCR管入口位置示意图；

图8(1)为实施例2中耗材的裂解仓内装有混合样本、裂解液、磁珠的初始状态示意图；

图8(2)为实施例2中耗材的活塞向上运动将混合的液体抽到反应腔的示意图；

图9(1)为实施例2中磁棒向下运动，核酸被磁珠吸附，磁珠被吸附在中空容纳腔外壁的示意图；

图9(2)为实施例2中活塞向下将混合液体压回裂解仓，磁珠依然被吸附在反应腔内的示意图；

图10为实施例2中通道转盘转动一定角度使底部通道连通一级洗涤仓和反应腔的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的优选实施例作进一步详细描述，需要指出的是，以下实施例旨在便于对本实用新型的理解，而对其不起任何限定作用，本实用新型的实施例中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均能够以任何方式组合。

实施例1本实用新型提供的核酸提取与扩增装置

本实施例提供的核酸提取与扩增装置如图1～7所示，图1为核酸提取与扩增装置整体结构示意图，图2为核酸提取与扩增装置的爆炸图；图3为核酸提取与扩增装置的壳体结构示意图；

图4为壳体内部结构示意图；图5为壳体的俯视图；图6为通道转盘的结构示意图，图7为PCR管入口位置示意图。

图1～3显示了本实用新型的核酸提取与扩增装置，主要由具有多个腔体的壳体1组成，以及设于壳体1上方的上盖101和壳体1下方的底盖102。该装置包括核酸提取元件、反应腔2和核酸扩增元件，核酸提取元件用于加入或存放核酸萃取、洗涤所需的试剂及产生的废液，反应腔2为核酸提取所发生的场所，反应腔2可选择性地与核酸提取元件或核酸扩增元件连通，从而分别实现流体交换或混合；核酸扩增元件中含有PCR管3和PCR管通道4，PCR管通道4在PCR管3的入口位置5偏离PCR管3的中心线6(图7)。

这里所称的“流体的交换”是指流体能够从一个地方流动到另一个地方，流动的过程中可能经过一些物理的结构起到引导作用。所谓经过物理的结构一般是指液体经过这些物理的结构的表面，或者这些结构的内部的空间而被动或者主动流到另外一个地方，被动一般是受到外力而引起的流动，例如压力作用下的流动。在本实用新型中具体是指流体能够从核酸提取元件进入反应腔，也可以从反应腔进入核酸提取元件或核酸扩增元件，流体能够在上述腔体间进行反复切换。

这里所称的“选择性地”是指当反应腔与核酸提取元件流体连通的时候，核酸扩增元件与反应腔之间不进行流体连通，当核酸扩增元件与反应腔之间进行流体连通的时候，反应腔与核酸提取元件之间不进行流体连通，即反应腔在适当的时候选择性地与核酸提取元件流体连通，在另外适当的时候选择性地与核酸扩增元件流体连通。

PCR管3的流体入口位置5偏离中心线6，是指流体进入PCR管3时不是从管口中心位置7进入，而是需要偏离中心位置7，从靠近PCR管3一侧进入，但是又不能沿管口壁直接进入。由于PCR管3的管口内壁需要疏水处理，因此流体不能沿管口壁直接进入，但如果流体从管口中间进入时，非常容易发生流体溅射，影响检测灵敏度，而当从偏离管口中心位置7进入时，可使流体在下落过程中先接触部分PCR管3下侧的内壁，然后再沿内壁向下流动，明显减少了流体溅射的发生，又能保证管口附近的内壁不会沾到流体，从而能保证检测结果更精准。本实施例中，流体虫PCR管3的流体入口位置5下落至PCR管2/3高度处的内壁上，然后再沿内壁向下流动。

如图4和图5所示，核酸提取元件包括裂解仓8和洗涤仓，裂解仓8用于存放样品、裂解液和磁珠；洗涤仓用于存放洗涤液，洗涤仓的数量为一个或一个以上；裂解仓8或洗涤仓底部都设有通孔9，可分别与反应腔2的通孔12连通。

优选地，洗涤仓包括一级洗涤仓10和二级洗涤仓11，分别用于对裂解后样品的第一次洗涤和第二次洗涤，一级洗涤仓10或二级洗涤仓11底部都设有通孔9，可分别与反应腔2的通孔12连通。

优选地，核酸扩增元件还包括PCR试剂仓13和石蜡油仓14，PCR试剂仓13用于加入或存放PCR试剂，石蜡油仓14用于加入或存放石蜡油，石蜡油用于热封PCR管；PCR试剂仓13或石蜡油仓14底部都设有通孔9，可分别与反应腔2的通孔12连通。

优选地，本实施例提供的核酸提取与扩增装置还包括通道转盘15，通道转盘15上设有底部通道16(图6)；通过转动通道转盘15，可使反应腔2通过底部通道16分别与裂解仓8、一级洗涤仓10、二级洗涤仓11、PCR试剂仓13、石蜡油仓14或PCR管通道4连通。本实施例中，通道转盘15仅设置一条可连通的底部通道16，因此反应腔2每次通过底部通道16仅能与一个腔室连通。

优选地，本实施例提供的核酸提取与扩增装置还包括贴膜17，贴膜17上设有与反应腔2、核酸提取元件和核酸扩增元件连通的通孔18，其中贴膜17在PCR管3的入口位置5的通孔19偏离PCR管3的中心线6。通过设置贴膜17上的通孔18来作为流体通道的一部分，可以将PCR管通道4引向PCR管3的入口位置5。

优选地，反应腔2设有活塞20，通过活塞20的位移带来压力变化，从而促进流体在反应腔2与裂解仓8、或反应腔2与一级洗涤仓10、或反应腔2与二级洗涤仓11、或反应腔2与PCR试剂仓13、或反应腔2与石蜡油仓14、或反应腔2与PCR管通道4之间流动。具体而言，在一个实施方式中，一个活塞20可移动地放置在反应腔2中，当活塞20沿着反应腔2向上移动时，反应腔2体积扩张，压力降低，流体从核酸提取元件或核酸扩增元件被吸入反应腔2中；当需要将反应腔2中的流体排出时，活塞20沿着反应腔2向下运动，反应腔2体积减缩，压力增加，流体从反应腔2被压入核酸提取元件或核酸扩增元件。

优选地，反应腔2设有中空容纳腔21，用于容纳磁棒32，活塞20为中空圆筒，活塞20内的中空圆筒直径与中空容纳腔21的直径相配套，使活塞20可套在中空容纳腔21外，并沿中空容纳腔21外壁上下运动。因此反应腔2位于中空容纳腔21的外围。

优选地，上盖101附有防水透气膜，用于气体交换和防止生物污染；底盖102上设有容纳通道转盘15的贯穿区域23；PCR管3和PCR管通道4的数量为1根或1根以上。本实施例中，PCR管3和PCR管通道4的数量都为3根。PCR管3与底盖102连接成一体，PCR管3无需拆卸并转移至其他装置加热，只需设置配套的加热底座即可。在壳体1内，与每根PCR管相连的竖直管24，是为了放置冻干粉型PCR试剂而设置的。

优选地，本实施例中，核酸提取元件或核酸扩增元件还设有预留仓22，预留仓22可分别与反应腔2连通。

本实用新型提供的核酸提取与扩增装置中无需设置存储废液的腔室，待检测DNA被磁珠吸附后，因磁棒22对磁珠的吸附作用，使磁珠始终被吸附在反应腔2内，而裂解、洗涤后产生的废液在活塞20作用下被分别被压回裂解仓8、洗涤仓内；由于通道转盘15仅设有一条底部通道16，随着通道转盘15的转动，使裂解仓8、洗涤仓都不再与反应腔2连通，从而使待测DNA与废液彻底分离。

本实施例提供的核酸提取与扩增装置可以制成低成本的一次性耗材，也可以制成能够重复消毒使用的装置。

实施例2核酸提取与扩增的过程

本实施例采用实施例1提供的核酸提取与扩增一体化装置进行核酸提取与扩增，包括如下步骤：

1、将采集的样本加到裂解仓8，此时裂解仓8内有混合的液体：裂解液+样本+磁珠，如图8(1)；

2、活塞20向上运动，将混合的液体抽到反应腔2之中，如图8(2)；

3、活塞20下压将混合液体压回裂解仓8，实现液体的一次捶打；

4、重复对液体进行捶打动作，直到规定的次数；

5、磁棒22向下运动，如图9(1)，混合液体内的核酸被磁珠吸附，磁珠在磁棒22磁力作用下吸附在反应腔2内的中空容纳腔21的外壁；

6、活塞20向下，将混合液体压回裂解仓8，如图9(2)，磁珠此时依然被吸附在反应腔内；

7、通道转盘15转动一定角度(本实施中为顺时针水平旋转50度)，使底部通道16连通一级洗涤仓10和反应腔2；

8、重复2-6动作，对磁珠和核酸进行第一次洗涤；

9、通道转盘15转动一定角度(本实施中为顺时针水平旋转50度)，使底部通道16连通二级洗涤仓13和反应腔2，如图10；

10、重复2-6动作，对磁珠和核酸进行第二次洗涤；

11、通道转盘15转动一定角度(本实施中为顺时针水平旋转42度)，使底部通道16连通PCR试剂仓14和反应腔2；

12、重复2-6动作，对磁珠和核酸进行洗脱；

13、通道转盘15转动一定角度(本实施中为顺时针水平旋转128度)，使底部通道连通PCR管通道4和反应腔2；

14、活塞20向下运动，将PCR液体和核酸混合溶液挤入PCR管中；

15、通道转盘15转动一定角度(本实施中为逆时针水平旋转93度)，使底部通道连通石蜡油仓和反应腔；

16、活塞20向上移动抽取一定体积的石蜡油；

17、通道转盘15转动一定角度(本实施中为顺时针水平旋转93度)，使底部通道16连通PCR管通道4和反应腔2；

18、活塞20向下运动，将石蜡油挤入PCR管20中；

19、后续开始通过加热底座加热PCR管，核酸扩增完成后采集荧光分析。

本实用新型的应用并不局限于此。如根据其在环境保护方面的应用范围均可做扩展。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种核酸提取与扩增装置，其特征在于，包括核酸提取元件、反应腔和核酸扩增元件；所述核酸提取元件用于存放核酸裂解、洗涤所需试剂及产生的废液；

反应腔可选择性地与核酸提取元件或核酸扩增元件连通，从而分别实现流体交换或混合；核酸扩增元件包括PCR管和PCR管通道，PCR管通道在PCR管的入口位置偏离PCR管的中心线。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述核酸提取元件包括裂解仓和洗涤仓，所述裂解仓用于存放样品、裂解液、磁珠及裂解后产生的废液；所述洗涤仓用于存放洗涤液及洗涤后产生的废液，洗涤仓的数量为一个或一个以上；所述裂解仓或洗涤仓底部都设有通孔，可分别与反应腔连通。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述洗涤仓包括一级洗涤仓和二级洗涤仓，分别用于对裂解后样品的第一次洗涤和第二次洗涤，所述一级洗涤仓或二级洗涤仓底部都设有通孔，可分别与反应腔连通。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述核酸扩增元件还包括PCR试剂仓和石蜡油仓，所述PCR试剂仓用于存放PCR试剂，石蜡油仓用于存放石蜡油，石蜡油用于热封PCR管；所述PCR试剂仓或石蜡油仓底部都设有通孔，可分别与反应腔连通。

5.如权利要求1～4任一项所述的装置，其特征在于，还包括通道转盘，所述通道转盘上设有底部通道；通过转动通道转盘，可使反应腔通过底部通道分别与裂解仓、一级洗涤仓、二级洗涤仓、PCR试剂仓、石蜡油仓或PCR管通道连通。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括贴膜，贴膜上设有与反应腔、核酸提取元件和核酸扩增元件连通的通孔，其中贴膜在PCR管的入口位置的通孔偏离PCR管的中心线。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述反应腔设有活塞，通过活塞的位移带来压力变化，从而促进流体在反应腔与裂解仓、或反应腔与一级洗涤仓、或反应腔与二级洗涤仓、或反应腔与PCR试剂仓、或反应腔与石蜡油仓、或反应腔与PCR管通道之间流动。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述反应腔设有中空容纳腔，用于容纳磁棒，所述活塞为中空圆筒，活塞内的中空圆筒直径与中空容纳腔直径相配套，使活塞可套在中空容纳腔外，并沿中空容纳腔外壁上下运动。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括上盖和底盖，上盖附有防水透气膜，用于气体交换和防止生物污染；所述底盖上设有容纳通道转盘的贯穿区域，PCR管与底盖相连；所述PCR管和PCR管通道的数量为1根或1根以上。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述PCR管和PCR管通道的数量都为3根；所述核酸提取元件或核酸扩增元件还设有预留仓，所述预留仓可分别与反应腔连通。

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