CN216764896U - 一种核酸提取、恒温扩增与信号读取一体化密封套管装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种核酸提取、恒温扩增与信号读取一体化密封套管装置，包括依次连接的管帽、核酸释放管、注射连接环和核酸扩增管；所述核酸释放管通过所述管帽密封后形成密封空腔Ⅰ，所述注射连接环分为Ⅰ段与Ⅱ段，所述Ⅰ段与所述核酸释放管密封连接，所述Ⅱ段与所述核酸扩增管密封连接；所述注射连接环内还设有注射针，所述注射针用于刺破所述核酸释放管的封闭端，以连通所述核酸释放管与所述核酸扩增管。该一体化密封套管装置，保证了核酸提取、恒温扩增与信号检出过程均在密封条件下进行，完全避免了气溶胶污染，真正实现了对检测环境无特殊要求的现场快速检测和家庭自检。

Description

一种核酸提取、恒温扩增与信号读取一体化密封套管装置

技术领域

本实用新型涉及生物样本提取、检测分析的技术领域，尤其涉及一种核酸提取、恒温扩增与信号读取一体化密封套管装置。

背景技术

基于核酸扩增策略的病原体感染检测技术是各级医学检验机构的常规检测手段。不同于经典PCR方法对循环变温的依赖，核酸等温扩增技术可以在恒定温度下对目标核酸进行快速扩增，是一种高灵敏和高选择性检测核酸(例如病毒核酸)的有效方法，其按照具体扩增策略的差异，主要包括环介导等温扩增(LAMP)、交叉引物等温扩增技术(CPA)、滚环扩增(RCA)、转录介导的等温扩增(TMA)、依赖解旋酶DNA等温扩增、重组酶聚合酶扩增(RPA)、链置换扩增(SDA)等不同分支技术。与PCR技术相比，等温扩增技术在达到甚至超越常规PCR技术灵敏度和选择性的基础上，无需PCR技术中的温度循环，节约了升降温所耗费的时间，极大地缩短了样品检测的周期。同时，等温扩增技术还摆脱了对精密控温设备的依赖，不但在专业医学检测机构可以进行，在社区医院，甚至居家环境中也不难实现。因此核酸等温扩增技术作为一种现有PCR技术的替代者，在临床诊断和现场快检中都具有非常好的应用前景。

然而，所有核酸检测方法都需要经历包括生物样品提取和核酸释放在内的诸多前处理步骤，这些前处理步骤中难免需要对生物样品进行开盖操作，极易出现气溶胶污染，存在极大的生物安全隐患。因此，对于病原体感染检测尤其是高传染性病原体感染检测而言，包括核酸等温扩增技术在内的所有核酸检测技术均需要在具有一定生物安全等级的实验室内进行，无法真正实现对检测环境无特殊要求的现场快速检测和家庭自检。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型公开了一种核酸提取、恒温扩增与信号读取一体化密封套管装置，保证了核酸提取、恒温扩增与信号检出过程均在密封条件下进行，完全避免了气溶胶污染，真正实现了对检测环境无特殊要求的现场快速检测和家庭自检。

具体技术方案如下：

一种核酸提取、恒温扩增与信号读取一体化密封套管装置，包括依次连接的管帽、核酸释放管、注射连接环和核酸扩增管；

所述核酸释放管通过所述管帽密封后形成密封空腔Ⅰ，所述密封空腔Ⅰ内预先盛有核酸释放液，且后续用于盛放待测样品；

所述注射连接环分为Ⅰ段与Ⅱ段，所述Ⅰ段与所述核酸释放管密封连接，所述Ⅱ段与所述核酸扩增管密封连接；

所述Ⅱ段与所述核酸扩增管密封连接形成的空腔Ⅱ内预先盛有核酸扩增液；

所述注射连接环内还设有注射针，所述注射针用于刺破所述核酸释放管的封闭端，以连通所述核酸释放管与所述核酸扩增管。

优选的，所述管帽一端封闭一端开口，开口端的内壁设有内螺纹。

优选的，所述核酸释放管一端封闭一端开口，两端的外侧均设有外螺纹，开口端通过外螺纹与所述管帽的内螺纹通过螺纹连接实现密封。

优选的，所述Ⅰ段的内侧设有内螺纹，所述内螺纹用于与所述核酸释放管封闭端的外螺纹实现密封连接；

所述Ⅱ段内固定设有贯穿所述Ⅱ段的注射针，所述注射针的尖端朝向所述Ⅰ段，并低于所述Ⅰ段的开口端；进一步优选，所述注射针与所述Ⅱ段通过过盈配合或粘合的方式实现固定。

进一步优选，所述注射针深入所述Ⅰ段内的高度为所述Ⅰ段高度的1/2～2/3。该高度设置既保证了在Ⅰ段与核酸释放管密封到位时仍未刺破该核酸释放管封闭端，也保证了在核酸释放管完全旋进Ⅰ段的内螺纹后，核酸释放管的封闭端被完全刺穿。

优选的，所述Ⅱ段的外侧设有外螺纹，所述核酸扩增管开口端的内侧设有内螺纹，所述内螺纹与所述Ⅱ段外侧的外螺纹通过螺纹连接实现密封。

优选的，所述核酸释放管的管壁经挤压后可以产生弹性形变。

进一步优选：

所述核酸释放管需要能够承受核酸释放操作中所需的加热温度，可选材质为聚丙烯(PP)材质。

所述核酸扩增管的颜色为无色透明，当核酸释放液与核酸扩增管内的核酸扩增液混合，引发核酸扩增反应。扩增反应结束后，扩增反应液中含有的核酸嵌入染料或者比色染料会产生显著信号改变，方便通过透明的管壁被仪器或使用裸眼对信号进行检出；且所述核酸扩增管能够承受核酸恒温扩增反应所需的加热温度，可选材质为聚丙烯(PP)材质。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型公开了一种核酸提取、恒温扩增与信号读取一体化密封套管装置，整套装置包括核酸释放、等温扩增与信号检出在内的全部样品预处理和核酸检测过程，操作期间待测样品始终与外界环境保持严密隔离，避免了气溶胶的产生和可能的病原体污染。因此，对实验操作环境没有特殊要求，解除了核酸检测特别是传染性病原体的核酸检测对于生物安全实验室的依赖，特别适用于现场快速检测和家庭自检。

附图说明

图1为本实用新型公开的核酸提取与恒温扩增一体化密封套管装置的结构示意图；

图2为管帽沿轴向的剖视图；

图3为核酸释放管沿轴向的剖视图；

图4为注射连接环沿轴向的剖视图；

图5为核酸扩增管沿轴向的剖视图；

图6为管帽与核酸释放管组装后沿轴向的剖视图；

图7为注射连接环与核酸释放管组装后沿轴向的剖视图；

图8为所有组件组装后沿轴向的剖视图，此时，注射针尚未刺破核酸释放管的封闭端；

图9为所有组件组装后沿轴向的剖视图，此时，注射针已完全刺破核酸释放管的封闭端，并将核酸释放管与核酸扩增管相连通；

图中，1-管帽，2-核酸释放管，3-注射连接环，4-核酸扩增管；101-管帽内壁的内螺纹，201-核酸释放管开口端的外螺纹，202-核酸释放管封闭端的外螺纹，301-Ⅰ段，302-Ⅰ段内壁的内螺纹，303-Ⅱ段，304-注射针，305-Ⅱ段外侧的外螺纹，401-核酸扩增管内壁的内螺纹。

具体实施方式

下面结合附图1～9与实施例对本实用新型进行详细说明。

如附图所示，本实用新型公开的核酸提取、恒温扩增与信号读取一体化密封套管装置，包括依次连接的管帽1、核酸释放管2、注射连接环3和核酸扩增管4。

管帽1呈圆柱状，一端封闭一端开口，开口端的内壁设有内螺纹101。管帽的内径为12毫米。

核酸释放管2为圆管状，一端封闭一端开口，开口端的外侧设有外螺纹201，通过该外螺纹可以与管帽1内壁的内螺纹101进行螺纹连接实现密封，密封后形成密封空腔Ⅰ，该密封空腔Ⅰ内预先盛有核酸释放液，且后续用于盛放待测样品。在具体测试时，待测样本为折断后的医用咽拭子样本，因此，该密封空腔Ⅰ的轴向长度需要足够容纳折断后的医用咽拭子，并保证咽拭子头浸没在核酸释放管2内盛放的核酸释放液中，这样就避免了不必要的样本转移，同时缩短了取样时样本暴露时间。此外，核酸释放液需要在一定温度下才能有效裂解病原体并释放病原体核酸，因此，该核酸释放管2需要耐受裂解病原体时的温度条件，这一温度条件通常低于100℃，因此聚丙烯(PP)可以作为核酸释放管2的材质选择。

核酸释放管2的封闭端的外侧同样设有外螺纹202，用于与注射连接环3进行螺纹连接。

注射连接环3分为Ⅰ段301与Ⅱ段303。

Ⅰ段301为内壁带有内螺纹302的空腔，通过该内螺纹302可以与核酸释放管2的外螺纹202进行螺纹连接实现密封。

Ⅱ段303为外壁带有外螺纹305的封闭段，外径为5.32毫米，Ⅱ段303内还设有贯穿孔，贯穿孔内粘合固定有注射针304。该注射针304贯穿Ⅱ段303，并且其尖端朝向Ⅰ段301，其深入Ⅰ段301内的高度占Ⅰ段301高度的1/2～2/3。

核酸扩增管4呈上端开口下端封闭的圆锥状，其开口端的内壁设有内螺纹401，该内螺纹401与Ⅱ段303外壁的外螺纹305通过螺纹连接，该连接形成的空腔Ⅱ内预先盛有核酸扩增液。核酸恒温扩增需要在一定温度下才能有效进行，因此，核酸扩增管4需要耐受核酸恒温扩增时的温度条件，这一温度条件通常低于100℃；反应结束后，还需要透过核酸扩增管4的管壁，使用仪器或裸眼对扩增反应产生的信号进行半定量读取。因此，对于核酸扩增管4，需要其同时具备透明与耐温的要求，聚丙烯(PP)可以作为材质选择。

本实用新型公开的核酸提取、恒温扩增与信号读取一体化密封套管装置的工作原理如下：

先向核酸释放管2内注入核酸释放液，再通过核酸释放管2开口端外侧的外螺纹201与管帽1内壁的内螺纹101进行螺纹连接，待进行检测时，只需将管帽1旋开，将待测样品投入核酸释放管2中即可；然后向核酸扩增管4内注入核酸扩增液，由于核酸扩增液中不含待测样品，且核酸扩增液是进行核酸恒温放大必须的反应试剂，本身不含有任何生物安全风险的成分，因此该过程并不会产生病原体污染；再通过核酸扩增管4内壁的内螺纹401与注射连接环3的Ⅱ段303的外螺纹305进行螺纹连接；最后通过注射连接环3的Ⅰ段301的内螺纹302与核酸释放管2封闭端外侧的外螺纹202进行螺纹密封连接，完成了所述核酸提取、恒温扩增与信号读取一体化密封套管装置的组装，此时，核酸释放管2与注射连接环3已经实现了密封连接，但注射连接环3内的注射针304还未刺破核酸释放管的封闭端，如图8所示。此时，核酸释放管2的封闭端尚未刺破，由管帽1与核酸释放管2组成的仍然是一个密闭的空腔，而核酸释放管2的封闭端与注射连接环3的Ⅰ段301间也仍然是一个密闭的空腔。此时的注射连接环3与核酸扩增管4间也形成一个空腔，注射针304成为了这个空腔和外界连接的唯一通道。虽然此时该空腔并非完全密封，但由于核酸释放管2的封闭端与注射连接环3是密封连接，所以此时核酸释放管2、注射连接环3与核酸扩增管4整体还是密封的。待完成待测样品中的核酸释放后，继续将注射连接环3的Ⅰ段301的内螺纹302与核酸释放管2封闭端外侧的外螺纹202旋进，直至核酸释放管2的封闭端被完全刺穿，并将核酸释放管2与核酸扩增管4连通，如图9所示。此时，注射针304成为连通核酸释放管2与核酸扩增管4的唯一通道，但由于注射针304的刺穿过程完全发生在核酸释放管2和注射连接环3之间首先形成的密封空腔里，因此，核酸扩增管2中的核酸释放液仍然被严格密封在套管装置内部，不会产生气溶胶污染。核酸释放管2的管壁具有一定柔性，在垂直管体中轴线的方向受力后，可以产生轻微形变从而引起核酸释放管2腔体容积的变化。因此，将两者连通后，通过用手轻捏核酸释放管2的管壁，可以使核酸释放管2的管壁发生微小形变，进而导致内部气压增大，可以将一滴5μL的核酸释放液经由注射针304挤入下方连通的核酸扩增管4内，并与核酸扩增管4中的核酸扩增液混合。对特定规格的注射针304而言，每一滴核酸扩增液的体积大致相等，不会影响核酸扩增检测的定性结果。待一滴核酸释放液被挤入核酸扩增管4后，停止挤压核酸扩增管2外壁，核酸释放管2外壁的弹性形变恢复。由于已经有一滴核酸释放液滴入核酸扩增管4，核酸释放管2内部产生负压，所产生的负压还可以阻止剩余核酸释放液受重力影响继续经注射针304滴入核酸扩增管4内。

本实用新型公开的核酸提取、恒温扩增与信号读取一体化密封套管装置的操作方法如下：

1、咽拭子取样并折断后立即插入含有核酸释放液的核酸释放管2中，并立即旋紧管帽1，并保证核酸释放管2内部腔室的轴向长度足够容纳折断后的医用咽拭子。

2、根据核酸释放液的使用要求，对密封的核酸释放管2进行加热操作，使病原体核酸大量释放于核酸释放液中。

3、预先将核酸扩增液注入核酸扩增管4。

4、通过注射连接环3的Ⅱ段303的外螺纹305和核酸扩增管4内壁的内螺纹401构成螺纹密封连接。

5、通过注射连接环3的Ⅰ段301的内螺纹302和核酸释放管2封闭端外侧的外螺纹202构成螺纹密封连接。

6、继续旋进核酸释放管2，使核酸释放管2完全旋入注射连接环3的Ⅰ段301内，同时核酸释放管2封闭端被注射针304贯穿。

7、轻捏核酸释放管2管壁，使核酸释放管2管壁发生微小形变，将一滴核酸释放液经由注射针304挤入下方连通的核酸扩增管4，与核酸扩增管4中的核酸扩增液混合。

8、根据核酸恒温扩增的反应要求，对核酸扩增管4进行恒温加热操作，使病原体核酸大量扩增。

9、恒温扩增反应结束后，透过核酸扩增管4管壁，使用仪器或裸眼对反应产生的信号进行半定量读取。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不同限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。并且，本实用新型各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种核酸提取、恒温扩增与信号读取一体化密封套管装置，其特征在于，包括依次连接的管帽、核酸释放管、注射连接环和核酸扩增管；

所述核酸释放管通过所述管帽密封后形成密封空腔Ⅰ，所述密封空腔Ⅰ内预先盛有核酸释放液，且后续用于盛放待测样品；

所述注射连接环分为Ⅰ段与Ⅱ段，所述Ⅰ段与所述核酸释放管密封连接，所述Ⅱ段与所述核酸扩增管密封连接；

所述Ⅱ段与所述核酸扩增管密封连接形成的空腔Ⅱ内预先盛有核酸扩增液；

所述注射连接环内还设有注射针，所述注射针用于刺破所述核酸释放管的封闭端，以连通所述核酸释放管与所述核酸扩增管。

2.根据权利要求1所述的核酸提取、恒温扩增与信号读取一体化密封套管装置，其特征在于，所述管帽一端封闭一端开口，开口端的内壁设有内螺纹。

3.根据权利要求1所述的核酸提取、恒温扩增与信号读取一体化密封套管装置，其特征在于，所述核酸释放管一端封闭一端开口，两端的外侧均设有外螺纹，开口端通过外螺纹与所述管帽的内螺纹通过螺纹连接实现密封。

4.根据权利要求1所述的核酸提取、恒温扩增与信号读取一体化密封套管装置，其特征在于，所述Ⅰ段的内侧设有内螺纹，所述内螺纹用于与核酸释放管封闭端的外螺纹实现密封连接；

所述Ⅱ段内固定设有贯穿所述Ⅱ段的注射针，所述注射针的尖端朝向所述Ⅰ段，并低于所述Ⅰ段的开口端；

所述Ⅱ段的外侧设有外螺纹。

5.根据权利要求4所述的核酸提取、恒温扩增与信号读取一体化密封套管装置，其特征在于，所述注射针深入所述Ⅰ段内的高度为所述Ⅰ段高度的1/2～2/3。

6.根据权利要求1所述的核酸提取、恒温扩增与信号读取一体化密封套管装置，其特征在于，所述核酸扩增管开口端的内侧设有内螺纹，所述内螺纹与所述Ⅱ段外侧的外螺纹通过螺纹连接实现密封。

7.根据权利要求1所述的核酸提取、恒温扩增与信号读取一体化密封套管装置，其特征在于，所述核酸释放管的管壁经挤压后可以产生弹性形变。

8.根据权利要求7所述的核酸提取、恒温扩增与信号读取一体化密封套管装置，其特征在于，所述核酸释放管与所述核酸扩增管的材质均可以选自聚丙烯。

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