CN217499275U - 一种全封闭核酸检测芯片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种全封闭核酸检测芯片，其包括位于上部位置的加样层、位于中部位置的管路层以及位于下部的密封层，所述管路层与加样层采用卡扣方式连接，所述管路层中背离加样层的一侧设有用于液体流动的管路流道，所述密封层紧贴管路层中管路流道的表面，通过密封层封闭管路流道，整体密闭系统，其在完全密闭的管路层与加样层空间内控制液流，与外界空气完全隔绝，可避免样本或气溶胶泄漏污染等风险，提高检测芯片的密封性。
Description
技术领域
本实用新型属于医疗检测技术领域，涉及一种全封闭核酸检测芯片。
背景技术
核酸提取与PCR扩增是核酸检测过程中的重要步骤，对核酸检测结果的准确性具有重要的影响。目前在进行核酸提取与PCR扩增的过程中，普遍应用的是处理标本、提取核酸，再把核酸产物转移到扩增管内。由于涉及到DNA或RNA暴露于空气中，扩增试剂也暴露于空气中，所以目前的操作步骤对环境提出了较高的要求，需要建设专业的核酸检测实验室，同时对污染或被污染的因素做出限制，否则容易出现核酸检测过程失效的现象。因此在临床应用、科研领域等需要进行核酸扩增的应用场景，都要进行较大成本投入。
而微流控芯片技术能够利用微量流体特性和芯片微结构设计从而实现样品的提取，试剂的添加与混合，混合液的反应等原本需要在实验室内利用专业仪器设备进行的复杂步骤，并将其集成在简单的芯片上，从而完成所需的生化分析项目。相较于传统的诊断技术，微流控芯片及其设备具有小型化的特点，便于携带，可应用于多种医疗设施不够完善的场景；微流控核酸检测能够实现高通量的快速检测，大大提高了检测效率，创造巨大的经济效益；微流控芯片为整体密闭系统，其在完全密闭的空间内控制液流，与外界空气完全隔绝，避免样本或气溶胶污染，针对传染性强的病原体能够有效避免其形成气溶胶造成的医护检测人员的感染，安全性高。
实用新型内容
针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型公布了一种全封闭核酸检测芯片，其旨在解决现有核酸检测仪器便携性差、密封性差的问题。
本实用新型公开了一种全封闭核酸检测芯片，其包括位于上部位置的加样层、位于中部位置的管路层以及位于下部的密封层，所述管路层与加样层采用卡扣方式连接，所述管路层中背离加样层的一侧设有用于液体流动的管路流道，所述密封层紧贴管路层中管路流道的表面，通过密封层封闭管路流道；
所述加样层包括试剂仓体与多组活塞组件，所述试剂仓体内设有多组用于配合活塞组件的活塞腔体，所述试剂仓体中每个活塞腔体底部均设有加样仓；所述加样仓上分别设有加样孔和出液孔，所述管路层中偏向加样层一侧的表面设有多个对应出液孔的立柱，所述立柱轴心位置设有导液孔，当所述管路层与加样层连接时，所述立柱伸入出液孔，通过立柱的导液孔使活塞腔体与管路流道连通。
进一步的，所述活塞组件包括活塞杆、活塞头、活塞导向套以及螺纹固定杆，所述螺纹固定杆的轴心设有贯穿孔，所述贯穿孔内设有第一螺纹，所述活塞杆表面沿轴向设有第二螺纹，所述活塞杆通过第一螺纹和第二螺纹配合安设于螺纹固定杆的贯穿孔，所述活塞杆端部连接活塞头，所述活塞头形变配合于活塞腔体，通过活塞头封闭活塞腔体。
进一步的，所述螺纹固定杆外表面套设有活塞导向套，所述活塞腔体设有轴肩，所述活塞导向套表面设有用于配合轴肩的轴环，通过所述活塞导向套将活塞杆与活塞头固定于活塞腔体内部。
进一步的，所述试剂仓体中其中一组活塞腔体底部的加样仓内设有导液槽体，所述导液槽体的出液端口朝向加样孔的开口方向，且所述导液槽体的出液端口高度略低于加样孔的开口高度，所述导液槽体对应的加样孔上设有用于密封加样仓的密封盖。
进一步的，所述试剂仓体中加样孔上设有用于封闭加样仓的第一密封薄膜，所述第一密封薄膜采用热压密封方式将加样仓密封。
进一步的，所述出液孔中内置有密封圈，所述密封圈中心设有第二密封薄膜，所述立柱伸入出液孔时，立柱端部将刺穿第二密封薄膜。
进一步的，所述管路层上设有两组单阀和一组双阀，所述双阀采用两组单阀并排构成，所述单阀包括阀体、阀槽及单阀密封膜，所述阀槽设置于管路层上，且所述阀槽底部设有两个连通管路流道贯穿孔，所述单阀密封膜覆盖于阀槽底部，所述阀体嵌合于阀槽上，且所述阀体抵接单阀密封膜。
进一步的，所述管路层设有五个端部呈斜面的立柱，所述立柱依次对应的导液孔为第一导液孔、第二导液孔、第三导液孔、第四导液孔以及第五导液孔。
进一步的，所述管路层表面包括有用于进行核酸提取和纯化反应的纯化仓、用于进行扩增反应的PCR扩增仓、缓冲仓以及废液仓，其中所述缓冲仓内置有缓冲海绵，所述废液仓内置有用于吸收废弃液体的废液海绵。
进一步的，所述第一导液孔与第二导液孔之间设有第一管路，所述第一管路上设有一组用于控制管路通断的单阀；所述第一导液孔与纯化仓之间设有第二管路，所述第二管路上设有第一除泡仓；所述第三导液孔与第四导液孔采用同一第三管路连通至第二管路上；所述第五导液孔连通有第四管路，所述第四管路末端连通至第三管路；所述缓冲仓与PCR扩增仓之间设有第五管路，所述PCR扩增仓与纯化仓之间设有第六管路，所述第五管路和第六管路通过同一双阀分别控制管路通断，所述第六管路上设有第二除泡仓；所述缓冲仓与废液仓之间设有第七管路；所述废液仓与纯化仓之间设有第八管路，所述第八管路上设有一组用于控制管路通断的单阀；所述第二导液孔与废液仓之间设有第九管路。
本实用新型同现有技术相比，具有如下优点：
1)本实用新型中采用微流控芯片技术将试剂的添加、混合及反应集成于芯片，其具有小型化的特点，便于携带；同时结合加样层中试剂仓体与活塞组件配合，通过多组活塞组件配合抽吸，形成正负压驱动内部液体流动，可实现在完全密闭空间内控制液体流动，使试剂充分混合、反应，可避免需多次添加试剂，造成试剂与外界环境过多接触，污染试剂。
附图说明
图1是本实施例1中一种全封闭核酸检测芯片的结构示意图；
图2是本实施例1中全封闭核酸检测芯片的内部结构示意图；
图3是本实施例1中全封闭核酸检测芯片的俯视图图；
图4是图3中A-A位置的剖视图；
图5是图3中B-B位置的剖视图；
图6是本实施例1管路层中管路流道的结构图。
具体实施方式
为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
实施例1：
结合图1-6所示，本实施例1中公开有一种全封闭核酸检测芯片，其包括位于上部位置的加样层1、位于中部位置的管路层2以及位于下部的密封层3，所述管路层2与加样层1采用卡扣方式连接，所述管路层2中背离加样层1的一侧设有用于液体流动的管路流道，所述密封层3紧贴管路层2中管路流道的表面，通过密封层3封闭管路流道；
所述加样层1包括试剂仓体101与多组活塞组件4，所述试剂仓体101内设有多组用于配合活塞组件4的活塞腔体102，所述试剂仓体101中每个活塞腔体102底部均设有加样仓103；所述加样仓103上分别设有加样孔104和出液孔106，所述管路层2中偏向加样层1一侧的表面设有多个对应出液孔106的立柱201，所述立柱201轴心位置设有导液孔，当所述管路层2与加样层1连接时，所述立柱201伸入出液孔106，通过立柱201的导液孔使活塞腔体102与管路流道连通。进一步的，所述活塞组件4包括活塞杆401、活塞头402以及螺纹固定杆403，所述螺纹固定杆403的轴心设有贯穿孔，所述贯穿孔内设有第一螺纹，所述活塞杆401表面沿轴向设有第二螺纹，所述活塞杆401通过第一螺纹和第二螺纹配合安设于螺纹固定杆403的贯穿孔，所述活塞杆401端部连接活塞头402，所述活塞头402形变配合于活塞腔体102，通过活塞头402封闭活塞腔体102；所述螺纹固定杆403外表面套设有活塞导向套404，所述活塞腔体102设有轴肩，所述活塞导向套404表面设有用于配合轴肩的轴环，通过所述活塞导向套404将活塞杆401与活塞头402固定于活塞腔体102内部。
进一步的，所述试剂仓体101中加样孔104上设有用于封闭加样仓103的第一密封薄膜109，所述第一密封薄膜109采用热压密封方式将加样仓密封。试剂可通过加样孔104注入加样仓103内部，同时加注完毕后可利用第一密封薄膜109密封加样孔104，防止试剂与外界环境接触。
更进一步的是，结合图4所示，本实施例中所述试剂仓体101中其中一组活塞腔体102底部的加样仓103内设有导液槽体108，所述导液槽体108的出液端口朝向加样孔104的开口方向，且所述导液槽体108的出液端口高度略低于加样孔104的开口高度，所述导液槽体108对应的加样孔上设有用于密封加样仓的密封盖107。该结构可确保活塞腔体102进行抽吸动作时，试剂存储于加样仓103内，避免污染活塞腔体。
进一步的，所述管路层2上设有单阀202a、单阀202b和一组双阀203，所述双阀203采用两组单阀并排构成，所述单阀包括阀体、阀槽及单阀密封膜，所述阀槽设置于管路层2上，且所述阀槽底部设有两个连通管路流道贯穿孔，所述单阀密封膜覆盖于阀槽底部，所述阀体嵌合于阀槽上，且所述阀体抵接单阀密封膜。通过按压单阀或双阀，可使单阀密封膜压紧贯穿孔，进而另一侧管路流道中的液体无法通过其中一个贯穿孔流入另一贯穿孔，从而实现管路断流；当松开按压单阀或双阀，单阀密封膜与阀槽底部存在缝隙，另一侧管路流道中的液体可通过其中一个贯穿孔流入阀槽的缝隙，并流入另一贯穿孔中，从而实现管路流通。
进一步的，结合图5所示，所述出液孔106中内置有密封圈105，所述密封圈105中心设有第二密封薄膜1051，所述立柱201伸入出液孔106时，立柱201端部将刺穿第二密封薄膜1051。本实施例中所述管路层2设有五个端部呈斜面的立柱，结合图2和图6所示，所述立柱依次对应的导液孔为第一导液孔211、第二导液孔212、第三导液孔213、第四导液孔214以及第五导液孔215。由于所述立柱的端部呈斜面状态，立柱端部可便于刺入第二密封薄膜1051内，同时立柱201与出液孔106通过挤压密封圈105填充加样层1与管路层2连接位置的缝隙，实现仪器内部与外界环境分隔。
更进一步的是，本实施例中通过密封圈105、密封盖107以及第一密封薄膜109将整个加样仓与外界分隔，加样仓内试剂由加样层通入管路层过程中，试剂完全不与外界接触，并且活塞腔体102与活塞头402通过形变配合也可实现密封，避免外界气体进入活塞腔体102内。还需说的是，本实施例中管路层2的单阀202a、单阀202b和双阀203用于对管路流道进行通断切换，该过程中同样可实现流体密封，其中阀体与阀槽配合形成密闭腔体，试剂经阀槽底部的一个贯穿孔流入密闭腔体后，从另一贯穿孔流出至密封的管路流道内，整个流动过程始终保持在密闭腔体内进行。由此，本实施例中的检测芯片经上述密封结构保持整个内部腔体密封，试剂在流动过程中完全不与外界有任何接触，进而可避免样本或气溶胶泄漏污染等风险。
进一步的，如图6所示，所述管路层2表面包括有用于进行核酸提取和纯化反应的纯化仓204、用于进行扩增反应的PCR扩增仓205、缓冲仓206以及废液仓207，其中所述缓冲仓206内置有缓冲海绵，所述废液仓207内置有用于吸收废弃液体的废液海绵。
如图6所示，具体的管路流道的结构为：所述第一导液孔211与第二导液孔212之间设有第一管路51，所述第一管路51上设有一组用于控制管路通断的单阀202a；所述第一导液孔211与纯化仓204之间设有第二管路52，所述第二管路52上设有第一除泡仓209；所述第三导液孔213与第四导液孔214采用同一第三管路53连通至第二管路52上；所述第五导液孔215连通有第四管路54，所述第四管路54末端连通至第三管路53；所述缓冲仓206与PCR扩增仓205之间设有第五管路55，所述PCR扩增仓205与纯化仓204之间设有第六管路56，所述第五管路55和第六管路56通过同一双阀203分别控制管路通断，所述第六管路56上设有第二除泡仓208；所述缓冲仓206与废液仓207之间设有第七管路57；所述废液仓207与纯化仓204之间设有第八管路58，所述第八管路58上设有一组用于控制管路通断的单阀202b；所述第二导液孔212与废液仓207之间设有第九管路59。
具体的，进行核酸提取检测过程中，本实施例中芯片的具体工作流程为：
首先加样层1中加样仓103中填注对应试剂，并利用第一密封薄膜109密封加样孔104，然后将加样层1按压至管路层2上，通过卡扣将加样层1与管路层2连接；本实施例中第一导液孔211、第二导液孔212、第三导液孔213、第四导液孔214以及第五导液孔215依次对应加样层1中活塞组件一41、活塞组件二42、活塞组件三43、活塞组件四44及活塞组件五45；
样本混匀与裂解
其中第五导液孔215对应的加样仓中填充裂解液，第一导液孔211对应的加样仓中填充样本液，活塞组件五45快速推动且活塞组件一41快速抽吸，将裂解液由第五导液孔215对应的加样仓依次经第四管路54、第三管路53、第二管路51送入第一导液孔211对应的加样仓，使裂解液与样本液混合；为提高混合效果，可反复抽推活塞组件五45与活塞组件一41多次，或者静置10s，混合后第一导液孔211对应的加样仓中得到样本混合液；此过程中单阀202a、单阀202b及双阀203均为关闭状态；
然后打开单阀202b，单阀202a及双阀203均为关闭状态，活塞组件一41推动且活塞组件二42抽吸，缓慢将样本混合液通入纯化仓204内；
重复上述步骤多次，直至样本混合液将纯化仓204注满；
核酸提取与纯化
该过程中纯化仓204需施加磁力，因此在纯化仓位置设置有永磁体，首先保持永磁体与纯化仓204距离为1mm，并施加100％功率的超声能量，按照开启1秒关闭3秒的频率施加三次，使纯化仓204中磁珠充分混合于样本混合液，然后保持静置30s；在重复施加三次超声能量后，裂解的DNA/RNA与磁珠充分结合；然后缩小永磁体与纯化仓204距离为0，增强对纯化仓204施加的磁力，使得磁珠被磁力固定；
之后活塞组件三43推动且活塞组件一42抽吸，其中活塞组件三43所对应的加样仓中填充清洗液，将清洗液送入纯化仓204，裂解液则吸入活塞组件一42，此过程中单阀202a及双阀203关闭，而单阀202b处于打开状态；
然后将永磁体与纯化仓204距离设为0.5mm，并施加50％功率的超声能量，按照开启1s关闭4秒，重复进行5次；
重复上述步骤3次，使得纯化仓204内除DNA/RNA的杂质清洗干净。
PCR扩增与实时检测
然后再次缩减永磁体与纯化仓204距离为0，活塞组件四44推动且活塞组件一42抽吸，其中活塞组件四44所对应的加样仓中填充洗脱液，而多余清洗液吸至活塞组件一42，通过两组活赛组件配合使洗脱液填充满纯化仓204，此过程中单阀202a及双阀203关闭，而单阀202b处于打开状态；
之后将永磁体与纯化仓204距离设为0.5mm，同时施加30％功率的超声能量，按照开启1秒关闭4秒的频率，重复进行4次；再将纯化仓温度控制在60摄氏度，静置120s；
继而缩减永磁体与纯化仓204距离为0，同时活塞组件四44推动且活塞组件一42抽吸，将洗脱液经第二除泡仓208送入PCR扩增仓205，此过程中打开双阀203，单阀202b及单阀202a均为关闭状态；
洗脱液进入PCR扩增仓后205，活塞组件四44与活塞组件一42反复进行推抽动作，同时PCR扩增仓205温度设置为45摄氏度，持续50s；
然后将PCR扩增仓温度升至60摄氏度，并静置5min，最后进行检测。
根据上述核酸提取检测过程，本实施例中液体在管路层2的流动是通过至少两组活塞组件相互配合实现，通过一组活塞组件抽吸、另一组活塞组件推动，使得管路中形成正负压差，在压差推动下管路中液体产生流动。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种全封闭核酸检测芯片，其特征在于，包括位于上部位置的加样层、位于中部位置的管路层以及位于下部的密封层，所述管路层与加样层采用卡扣方式连接，所述管路层中背离加样层的一侧设有用于液体流动的管路流道，所述密封层紧贴管路层中管路流道的表面，通过密封层封闭管路流道；
所述加样层包括试剂仓体与多组活塞组件，所述试剂仓体内设有多组用于配合活塞组件的活塞腔体，所述试剂仓体中每个活塞腔体底部均设有加样仓；所述加样仓上分别设有加样孔和出液孔，所述管路层中偏向加样层一侧的表面设有多个对应出液孔的立柱，所述立柱轴心位置设有导液孔，当所述管路层与加样层连接时，所述立柱伸入出液孔，通过立柱的导液孔使活塞腔体与管路流道连通。
2.根据权利要求1所述全封闭核酸检测芯片，其特征在于，所述活塞组件包括活塞杆、活塞头、活塞导向套以及螺纹固定杆，所述螺纹固定杆的轴心设有贯穿孔，所述贯穿孔内设有第一螺纹，所述活塞杆表面沿轴向设有第二螺纹，所述活塞杆通过第一螺纹和第二螺纹配合安设于螺纹固定杆的贯穿孔，所述活塞杆端部连接活塞头，所述活塞头形变配合于活塞腔体，通过活塞头封闭活塞腔体。
3.根据权利要求2所述全封闭核酸检测芯片，其特征在于，所述螺纹固定杆外表面套设有活塞导向套，所述活塞腔体设有轴肩，所述活塞导向套表面设有用于配合轴肩的轴环，通过所述活塞导向套将活塞杆与活塞头固定于活塞腔体内部。
4.根据权利要求1所述全封闭核酸检测芯片，其特征在于，所述试剂仓体中其中一组活塞腔体底部的加样仓内设有导液槽体，所述导液槽体的出液端口朝向加样孔的开口方向，且所述导液槽体的出液端口高度略低于加样孔的开口高度，所述导液槽体对应的加样孔上设有用于密封加样仓的密封盖。
5.根据权利要求1或4任一项所述全封闭核酸检测芯片，其特征在于，所述试剂仓体中加样孔上设有用于封闭加样仓的第一密封薄膜，所述第一密封薄膜采用热压密封方式将加样仓密封。
6.根据权利要求5所述全封闭核酸检测芯片，其特征在于，所述出液孔中内置有密封圈，所述密封圈中心设有第二密封薄膜，所述立柱伸入出液孔时，立柱端部将刺穿第二密封薄膜。
7.根据权利要求1所述全封闭核酸检测芯片，其特征在于，所述管路层上设有两组单阀和一组双阀，所述双阀采用两组单阀并排构成，所述单阀包括阀体、阀槽及单阀密封膜，所述阀槽设置于管路层上，且所述阀槽底部设有两个连通管路流道贯穿孔，所述单阀密封膜覆盖于阀槽底部，所述阀体嵌合于阀槽上，且所述阀体抵接单阀密封膜。
8.根据权利要求1所述全封闭核酸检测芯片，其特征在于，所述管路层设有五个端部呈斜面的立柱，所述立柱依次对应的导液孔为第一导液孔、第二导液孔、第三导液孔、第四导液孔以及第五导液孔。
9.根据权利要求8所述全封闭核酸检测芯片，其特征在于，所述管路层表面包括有用于进行核酸提取和纯化反应的纯化仓、用于进行扩增反应的PCR扩增仓、缓冲仓以及废液仓，其中所述缓冲仓内置有缓冲海绵，所述废液仓内置有用于吸收废弃液体的废液海绵。
10.根据权利要求9所述全封闭核酸检测芯片，其特征在于，所述第一导液孔与第二导液孔之间设有第一管路，所述第一管路上设有一组用于控制管路通断的单阀；所述第一导液孔与纯化仓之间设有第二管路，所述第二管路上设有第一除泡仓；所述第三导液孔与第四导液孔采用同一第三管路连通至第二管路上；所述第五导液孔连通有第四管路，所述第四管路末端连通至第三管路；所述缓冲仓与PCR扩增仓之间设有第五管路，所述PCR扩增仓与纯化仓之间设有第六管路，所述第五管路和第六管路通过同一双阀分别控制管路通断，所述第六管路上设有第二除泡仓；所述缓冲仓与废液仓之间设有第七管路；所述废液仓与纯化仓之间设有第八管路，所述第八管路上设有一组用于控制管路通断的单阀；所述第二导液孔与废液仓之间设有第九管路。
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2022
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