CN219861387U - 一种基于羟基萘酚蓝指示剂色彩变化的核酸定量检测仪器 - Google Patents
一种基于羟基萘酚蓝指示剂色彩变化的核酸定量检测仪器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供了一种基于羟基萘酚蓝指示剂色彩变化的核酸定量检测仪器，包括光学检测模块和检测控制模块，检测控制模块包括模数转换模块、数据处理模块和结果显示模块，光学检测模块包括光学检测模块壳体，光学检测模块壳体开设有供核酸扩增容器容置的样品孔，光学检测模块壳体在样品孔的侧壁上开设有相对应的通光孔，光学检测模块壳体两侧面的通光孔的尾部分别开设有光源容置孔和光电传感器容置孔，光源容置孔内设置光源，光电传感器容置孔内设置光电传感器。本实用新型能够直接检测扩增容器中的样品含量，从而实现扩增完成后无需打开扩增容器取出样液，减少检测操作的步骤、避免开盖气溶胶污染，提升检测效率和可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及核酸检测领域，具体涉及一种基于羟基萘酚蓝指示剂色彩变化的核酸定量检测仪器。
背景技术
核酸检测在人体疾病、农作物病虫害、食源性致病菌等检测中应用广泛。其原理是利用引物特异性识别目标基因，引发核酸扩增反应，根据是否生成了扩增反应产物，做出定性判断，或者根据扩增产物的含量，获得样本中被测物的含量目前，核酸扩增的方法有很多。除了常规的PCR扩增方法之外，还有一些不需要昂贵的扩增仪器的恒温扩增技术，仅利用水浴锅、保温杯、甚至体温即可满足扩增反应需求，能够实现现场扩增。但是，扩增反应产物的检测仍是制约核酸检测技术广泛应用的关键因素。常用的扩增产物检测方法有凝胶电泳、实时荧光定量等。此外，扩增过程中DNA链延伸的反应会释放出副产物焦磷酸，可与镁离子反应生成焦磷酸镁固体微粒，通过专用仪器测定样液的浊度也可实现核酸产物的检测。然而，这些方法的缺点是需要专业的操作技能或昂贵的仪器，应用范围主要局限于实验室或大型医院。因此，开发简便快速的核酸检测结果分析新方法，对于核酸检测在食品安全快速等领域的应用具有重要意义。
专利ZL202021996507.4提供了一种核酸产物比色检测技术，待PCR扩增反应完成后，在扩增产物中加入显色剂，反应约10 min使溶液从无色变为蓝色，测定溶液吸光度，获得定量结果。但是，这种方法的缺点是扩增完成后需要开盖，存在气溶胶污染风险，容易造成后续结果假阳性，尤其不适用于扩增效率、产物量大的方法，如环介导恒温扩增法（loop-mediated isothermal amplification, LAMP）。此外，加入显色还需要约10分钟的显色时间，延长了检测时间。
核酸可视化检测是利用肉眼观察扩增反应液的变化，做得出定性判断，例如，LAMP使用羟基萘酚蓝（Hydroxynaphthol blue, HNB）作为指示剂，扩增完成后，直接观察扩增容器中溶液的颜色，紫色为阴性，蓝色为阳性。虽然这种方法十分简便，但利用肉眼观察一种颜色到另一种颜色的变化，存在很多缺点：（1）只能做出定性判断，不满足定量检测的需求，例如判断食品中被测物是否超出限量标准、诊断病情的变化等。（2）操作人员的主观因素对判断结果影响大，容易影响检测结果的可靠性和灵敏度。因此，亟需一种在不开盖的条件下，定量分析扩增管中核酸指示剂羟基萘酚蓝颜色变化的方法，从而实现核酸快速定量检测，满足定量检测的应用需求。
实用新型内容
针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于羟基萘酚蓝指示剂色彩变化的核酸定量检测方法。本实用新型解决羟基萘酚蓝指示剂只能用于定性检测、不能满足核酸定量检测需求的缺点，能够直接检测扩增容器中的样品含量，从而实现扩增完成后无需打开扩增容器取出样液，减少检测操作的步骤、避免开盖气溶胶污染，提升检测效率和可靠性。
为解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案实现：
一种基于羟基萘酚蓝指示剂色彩变化的核酸定量检测仪器，包括光学检测模块和检测控制模块，所述检测控制模块包括模数转换模块、数据处理模块和结果显示模块，其特征在于：所述光学检测模块包括光学检测模块壳体，光学检测模块壳体开设有供核酸扩增容器容置的样品孔，光学检测模块壳体在样品孔的侧壁上开设有相对应的通光孔，通光孔与样品孔垂直相交，所述光学检测模块壳体两侧面的通光孔的尾部分别开设有光源容置孔和光电传感器容置孔，光源容置孔内设置光源，光电传感器容置孔内设置光电传感器。使用羟基萘酚蓝指示剂颜色由紫变蓝过程中具有选择性吸收的波长范围内的光线作为检测光源，透射光强度将随被测物浓度发生变化，并遵循朗伯比尔定律，从而通过透射光强度的检测，实现核酸定量检测。
进一步的：所述光源的发光波长为590 nm~670 nm内的单色光。
进一步的：所述光源采用发光二极管；所述光电传感器为光敏电阻或光敏二极管。
进一步的：所述光源的发射光谱由不同波长的单色光所混合而成的复色光，且多种单色光的波长均在590 nm~670 nm范围之内。
进一步的：所述核酸扩增容器为透明材质。
进一步的：所述核酸扩增容器为PCR扩增管。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本实用新型提供了一种价格便宜、携带方便的基于羟基萘酚蓝指示剂色彩变化的核酸定量检测仪器，满足现场定量检测的需求。
实现现场定量核酸检测具有重大意义，例如食品微生物污染发生和发展的速度很快，从采样、运输样品至实验室、检测、实验室反馈检测结果，需要额外的送样成本，较长的检测周期，结果具有严重的滞后性。然而，常规的核酸定量检测方法需要借助实验室分析仪器，例如电泳仪及电泳分析设备、实时荧光定量PCR仪，才能获得定量结果。这些实验室仪器普遍具有价格昂贵、体积大、笨重的缺点，有的还需要专门的培训才能掌握仪器的设置和操作方法，难以在现场检测中推广应用。本实用新型提供的基于羟基萘酚蓝指示剂色彩变化的核酸定量检测仪器，直接使用发光二极管提供所需的检测光源，光学检测模块的结构简单、体积小、重量轻、能耗低。因此，整个检测仪器的结构简单、零部件少、重量轻、体积小，仪器制造成本低、易于携带。仪器的能耗低，可以使用电池供电，进一步解决了220V供电电源对仪器便携性的限制，能够随时随地进行核酸扩增产物的定量分析，解决了需将样本送至实验室再进行核酸定量检测，导致的检测结果滞后和送样成本高的问题。因此，本实用新型提供了一种价格便宜、携带方便的基于羟基萘酚蓝指示剂色彩变化的核酸定量检测仪器，能够更好地满足现场定量检测的需求，例如为食品安全检测等提供更及时的检测结果。
（2）本实用新型提供了一种操作简单、检测速度快的基于羟基萘酚蓝指示剂色彩变化的核酸定量检测仪器。
使用本实用新型所述仪器进行核酸定量检测，只需将扩增容器放入检测仪器即可获得结果，操作人员可迅速掌握使用方法。此外，因为不需要打开扩增容器对样液进行进一步处理，所有检测时的操作步骤少；检测完之后，直接取出扩增容器即可将所有样液取出，不会在仪器中残留样液，所有无需额外的仪器清洁等准备工作，可以进行下一次检测，使仪器的操作十分简便；测完后取出的扩增容器还可直接作为废液暂存容器，被测样液始终是处于密闭的扩增容器内部，所在整个样品检测过程中不需要额外的步骤将测完的样液转移到废液收集容器中。因此，本实用新型提供的检测仪器具有操作的步骤少、检测速度快的优点。
（3）本实用新型提供的基于羟基萘酚蓝指示剂色彩变化的核酸定量检测仪器使检测结果更可靠。
LAMP扩增效率极高、扩增反应液中含有大量扩增产物，开盖会产生严重的气溶胶污染，导致后续检测结果的假阳性，严重影响LAMP检测的可靠性。本实用新型提供的基于羟基萘酚蓝指示剂色彩变化的核酸定量检测仪器直接测定扩增容器中样液，不需要打开扩增容器的盖子对样液进行进一步的处理，所以能够避免开盖操作。因此，本实用新型提供的基于羟基萘酚蓝指示剂色彩变化的核酸定量检测仪器能够避免开盖造成的气溶胶污染问题，避免后续检测结果的假阳性，使检测结果更可靠。
附图说明
图1是本实用新型中含有羟基萘酚蓝指示剂以及不同浓度镁离子的样液在400 nm~800 nm范围内的吸收谱图；
图2是本实用新型中核酸定量检测仪器所述光学检测模块壳体的一种实施例的剖视图；
图3是本实用新型中核酸定量检测仪器所述光学检测模块壳体的一种实施例的三维透视图；
图4是本实用新型中核酸定量检测仪器所述光学检测模块壳体的另一种实施例的三维透视图；
图5是本实用新型中核酸定量检测仪器测定不同初始模板浓度样品的数据图。
附图标记：1-光学检测模块壳体；2-样品孔；3-通光孔；5-光源容置孔；6-光电传感器容置孔。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合具体实施例对本实用新型的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。
一种基于羟基萘酚蓝指示剂色彩变化的核酸定量检测仪器，如图2~图4所示，包括光学检测模块和检测控制模块，所述检测控制模块包括模数转换模块、数据处理模块和结果显示模块，所述光学检测模块包括光学检测模块壳体1，光学检测模块壳体1开设有供核酸扩增容器容置的样品孔2，光学检测模块壳体1在样品孔2的侧壁上开设有相对应的通光孔3，样品孔2两侧的通光孔3的孔轴在同一条轴线上，通光孔3与样品孔2垂直相交，所述光学检测模块壳体1两侧面的通光孔3的尾部分别开设有光源容置孔5和光电传感器容置孔6，光源容置孔5内设置光源，光电传感器容置孔6内设置光电传感器。
所述光源的发光波长为590nm~670 nm内的单色光。
所述光源采用发光二极管；所述光电传感器为光敏电阻或光敏二极管。
所述光源的发射光谱由不同波长的单色光所混合而成的复色光，且多种单色光的波长均在590nm~670 nm范围之内。
所述核酸扩增容器为透明材质。
所述核酸扩增容器为PCR扩增管。
一种采用上述基于羟基萘酚蓝指示剂色彩变化的核酸定量检测仪器的检测方法，所述检测方法包括以下步骤：
S1、待测液准备：配制预先加入羟基萘酚蓝指示剂的LAMP检测体系；
S2、LAMP扩增：将装有LAMP检测体系的扩增容器放入扩增仪器，进行LAMP扩增反应；
S3、仪器调零：首先，将被测物含量为0的阴性质控样本（Negative control，NC）的扩增容器放入本发明所提供的检测仪器的样品孔2，本发明所提供的检测仪器使用羟基萘酚蓝指示剂颜色由紫变蓝过程中具有选择性吸收的波长范围内的光线作为检测光源，照射扩增容器中的样液，一部分光线被吸收，其余未被吸收的光线则穿过样液，用光电传感器检测透射光强度，所获得的透射光强度是扣除扩增容器、溶液中各试剂组分的本底吸收之后的透射光强度值，本发明所提供的仪器将该值记录为初始光强度，然后继续获取透射光强度，并在后续每次获取透射光强度之后，根据朗伯比尔定律对透射光强度以及初始光强度进行运算，将检测结果输送到显示模块。对于空白样品，仪器后续测得的透射光强度与初始光强度相等，运算结果为0。因此，仪器输出的检测值为0，调零步骤完成。
S4、获得样品检测数值：将待测样品放入本发明提供的检测仪器，本发明所提供的检测仪器测定待测样品的透射光强度，根据朗博比尔定律对S1步骤获得的初始透射光强度以及待测样品的透射光强度进行运算处理，并输出检测数值，即羟基萘酚蓝指示剂对扩增反应的定量响应值。
有多个样品时，重复S4步骤，获得所有样品的检测值；
S5、处理数据：根据标准品的被测物浓度和检测数值，建立标准曲线，获得拟合方程，未知样品中的待测物浓度可依据标准曲线查出、或用拟合方程计算得出。
所述步骤S1中，LAMP检测体系是指包含LAMP扩增反应所需试剂的混合溶液体系，溶液中主要包括引物、扩增酶、底物、镁离子、缓冲试剂、待测样品等组分。所述待测样品的类型包括含有已知被测物浓度的标准品、未知被测物浓度的样品。
其中，所述步骤S1中，羟基萘酚蓝是镁离子指示剂，用于核酸检测的原理是核酸扩增反应中生成的焦磷酸根与镁离子生成焦磷酸镁，所以阳性样品中的镁离子浓度下降，羟基萘酚蓝指示剂颜色由紫色变为蓝色。物体颜色的变化主要是由于对外界不同波长光线的吸收/反射特性发生变化引起的。图1反应了在核酸扩增体系中，镁离子浓度对羟基萘酚蓝选择性吸收各波长光线的影响规律。从图中可以看出，镁离子主要影响羟基萘酚蓝对波长范围约为590~670 nm光线的吸收，在约590 nm处有一个较弱的吸收峰，在约648 nm处有强烈的吸收峰（如图1中虚垂线所示）。随着镁离子浓度由8 mM降低至0 mM，羟基萘酚蓝对波长590~670 nm范围内的光线吸收能力增强，溶液颜色也由紫逐渐转变为蓝色。因此，测定羟基萘酚蓝在波长590nm~670 nm范围内的吸光度，能够获得镁离子浓度的含量信息，进而实现核酸定量检测。
按照本发明所述基于羟基萘酚蓝指示剂色彩变化的核酸定量检测方法的步骤S1和S2获得的一系列待测样品，样品的透射强度及检测值（步骤S3和S4）使用本发明所述基于羟基萘酚蓝指示剂色彩变化的核酸定量检测仪器测定，按照本发明所述基于羟基萘酚蓝指示剂色彩变化的核酸定量检测方法的步骤S5，获得如图5所示的检测结果，下表1为肉眼观察的同一组样品，获得的检测结果。从表1的肉眼可视化检测结果中可以看出，样品浓度为0的阴性质控（NC）和浓度为100 copy/μL的样品均为紫色，说明结果为阴性，当初始模板含量为101 copy/μL及以上时，肉眼能够将其判断为阳性，但无法获知被测物的具体含量信息。相比之下，从图5中可以看出，使用本发明所述仪器能够检测模板浓度为100 copy/μL的样本，并且初始模板浓度的对数值（lg初始模板浓度）与检测值之间存在良好的线性关系（R2>0.99），表明本发明能够实现样品中被测物含量的定量检测，且比肉眼观察的灵敏度提升了1个数量级，由此可知，本发明比肉眼检测更灵敏、并且提供定量检测结果。
表1 基于羟基萘酚蓝色彩变化的核酸可视化检测数据表
| 被测物含量（copy/μL） | LAMP反应液颜色 | 检测结果 |
| 0 | 紫色 | 阴性 |
| 100 | 紫色 | 阴性 |
| 101 | 蓝色 | 阳性 |
| 102 | 蓝色 | 阳性 |
| 103 | 蓝色 | 阳性 |
| 104 | 蓝色 | 阳性 |
| 105 | 蓝色 | 阳性 |
| 106 | 蓝色 | 阳性 |
依据本实用新型的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本实用新型的一种基于羟基萘酚蓝指示剂色彩变化的核酸定量检测仪器，并且能够产生本实用新型所记载的积极效果。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于羟基萘酚蓝指示剂色彩变化的核酸定量检测仪器，包括光学检测模块和检测控制模块，所述检测控制模块包括模数转换模块、数据处理模块和结果显示模块，其特征在于：所述光学检测模块包括光学检测模块壳体，光学检测模块壳体开设有供核酸扩增容器容置的样品孔，光学检测模块壳体在样品孔的侧壁上开设有相对应的通光孔，通光孔与样品孔垂直相交，所述光学检测模块壳体两侧面的通光孔的尾部分别开设有光源容置孔和光电传感器容置孔，光源容置孔内设置光源，光电传感器容置孔内设置光电传感器。
2.根据权利要求1所述的一种基于羟基萘酚蓝指示剂色彩变化的核酸定量检测仪器，其特征在于：所述光源的发光波长为590nm～670nm内的单色光。
3.根据权利要求1所述的一种基于羟基萘酚蓝指示剂色彩变化的核酸定量检测仪器，其特征在于：所述光源采用发光二极管；所述光电传感器为光敏电阻或光敏二极管。
4.根据权利要求1所述的一种基于羟基萘酚蓝指示剂色彩变化的核酸定量检测仪器，其特征在于：所述光源的发射光谱由不同波长的单色光所混合而成的复色光，且多种单色光的波长均在590nm～670nm范围之内。
5.根据权利要求1所述的一种基于羟基萘酚蓝指示剂色彩变化的核酸定量检测仪器，其特征在于：所述核酸扩增容器为透明材质。
6.根据权利要求1所述的一种基于羟基萘酚蓝指示剂色彩变化的核酸定量检测仪器，其特征在于：所述核酸扩增容器为PCR扩增管。
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| CN202222643913.8U CN219861387U (zh) | 2022-10-09 | 2022-10-09 | 一种基于羟基萘酚蓝指示剂色彩变化的核酸定量检测仪器 |
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| CN202222643913.8U CN219861387U (zh) | 2022-10-09 | 2022-10-09 | 一种基于羟基萘酚蓝指示剂色彩变化的核酸定量检测仪器 |
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Family
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Family Applications (1)
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2022
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