CN220413390U - 一种核酸扩增反应腔 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种核酸扩增反应腔，通过在反应腔内壁四周全部设置引流槽，能最大程度地将待测样品引流至反应腔内；并优化引流槽中梯形柱和引流渠的尺寸和数量，以及改进固定化膜的摆放位置来提高引流效果，提高核酸检测灵敏度；同时，设置反应腔结构为上下贯通，并在下端设置垫圈，从而实现反应腔在底面上滑动时，而反应腔内的液体在不会漏出至反应腔外，还能方便地将反应腔内的扩增反应产物转移至核酸检测装置内部底板的进样孔上，并顺利滴入核酸检测试剂条内，保证核酸检测结果的准确性。

Description

一种核酸扩增反应腔

本申请主张中国在先申请，申请号：2022100300570，申请日2022年1月11日的优先权；其所有的内容作为本发明的一部分。

技术领域

本实用新型属于生物检测技术领域，涉及一种用于核酸检测装置的核酸扩增反应腔。

背景技术

随着科学技术的发展，病原体、环境微生物、生化指标、肿瘤和器官标志物等领域的检测技术和设备得到了长足的发展。如应用核酸扩增原理的PCR仪、恒温扩增仪，在病原体、环境微生物检测领域正在逐渐取代传统的涂片或镜检的方法；自动化化学发光平台为生化指标、肿瘤标志物等检测项目提供了灵敏、快速、高通量的解决方案。

检测需求的扩大和检测场景丰富，使得POCT(point-of-care testing)式的检测成为近年来检测领域发展的主要方向之一。POCT检测是指在采样现场即刻进行分析，快速得到检验结果的一种检测形式。如POCT核酸检测仪，将核酸提取、扩增、荧光检测等功能全部整合在一台小型化的仪器上，可以在非实验室条件下进行快速、准确的核酸检测。

与传统的大型设备或标准实验室相比，POCT检测设备为广大基层单位，偏远地区或其他医疗条件不足的场景，提供了现场检测手段。同时，它也为对检测时间较为敏感的检测项目提供了便捷的快速方案。许多POCT产品如小型血糖仪，尿糖试纸装置等已经开始走进居家场景，由使用者以自检的形式完成检测。

许多情况下，人们希望能够通过自检的方式完成检测；而在一些野外环境或者缺乏专业人员、设备的情况下，人们更是迫切需要一种成本低廉，快速简单，结果准确，不需要专业培训即可使用的检测装置。该装置应具有广泛的场景适应性和使用安全性。

目前的小型检测装置依然存在着诸多的问题：1.目前小型化检测仪器对于老百姓来说，依然存在成本过高的问题；2.由于核酸检测往往需要进行核酸扩增或荧光信号的采集和分析，需要较为复杂的设备和专业技巧，目前国内居家自检的设备，仍不能实现核酸检测；3.目前的试纸类自检产品虽然满足了一定的要求，但是依然存在加样不精确，难以进行定量和多重检测困难等问题；4.目前自检装置检测灵敏度低；5.目前自检装置检测所需时间较长；6.目前的家庭检测装置缺乏灵活性，存在重复开发和资源浪费的问题。

因此很多研究机构都在着手研发更加小型、便利的一次性核酸检测装置，但是其检测灵敏度依然不高，关键原因是在于样品的核酸提取和扩增步骤，当样品中的目标核酸浓度较低时，即使被顺利提取到，还会因难以导流到核酸扩增反应腔而影响核酸扩增反应的效率；同时由于核酸扩增反应需要添加多种反应试剂，为了能够更加便利地进行核酸扩增反应，通常会把反应试剂做成固定化反应膜的形式置于反应腔内，如何顺利将待测样品导流至反应腔内的固定化反应膜上，也将决定了能否进行高灵敏度的检测；另外现有一次性核酸检测装置在完成扩增反应后通常需要再添加试剂才能将反应液从反应腔冲到检测试剂条上，这样做也会降低检测灵敏度。因此急需找到一种能使待测样品顺利进入反应腔充分完成扩增反应，并且扩增完成后能更方便地转移到检测试剂条上，从而提高核酸检测灵敏度的，更适用于核酸检测装置的核酸扩增反应腔。

实用新型内容

为弥补已有技术的缺陷，本实用新型提供了一种核酸扩增反应腔，通过在反应腔内壁四周全部设置引流槽，能最大程度地将待测样品引流至反应腔内；并优化引流槽中梯形柱和引流渠的尺寸和数量，以及改进固定化膜的摆放位置来提高引流效果，提高核酸检测灵敏度；同时，设置反应腔结构为上下贯通，并在下端设置垫圈，从而实现反应腔在底面上滑动时，而反应腔内的液体在不会漏出至反应腔外，还能方便地将反应腔内的扩增反应产物转移至核酸检测装置内部底板的进样孔上，并顺利滴入核酸检测试剂条内，保证核酸检测结果的准确性。

一方面，本实用新型提供了一种核酸扩增反应腔，所述核酸扩增反应腔设于核酸检测装置内，反应腔的内壁上设有一层引流槽；所述引流槽由内壁上设置的多根梯形柱等距离排列构成；相邻两根梯形柱之间构成一条引流渠。

由于用于核酸扩增的样品非常微量，如何保证样品全部导流至反应腔是保证核酸检测灵敏度的非常关键的一步。

通过在反应腔内壁四周全部设置引流槽，能最大程度地将待测样品引流至反应腔内，避免遗漏。

进一步地，所述反应腔为圆柱体型，上下贯通，梯形柱由反应腔上端直达下端。

在一些方式中，本实用新型提供的核酸检测装置内设有从样品中吸附待测核酸的核酸吸附膜和核酸检测试剂条，通过试剂可将核酸吸附膜中的待测核酸直接冲洗至下方的反应腔内；核酸检测试剂条位于核酸检测装置内部的底板下方，并在底板正对试剂条接收样品位置设置进样孔，当核酸扩增反应完成后，需把扩增反应产物转移到试剂条上。

反应腔为上下贯通的圆柱体型，没有上底面也没有下底面。没有上底面是便于从上方的核酸吸附膜中直接将样品冲洗至反应腔内；没有下底面是为了方便将反应腔内的扩增反应产物移动至核酸检测装置内部底板的进样孔上，此时反应腔内的液体由于没有底板支撑可顺利滴入核酸检测试剂条上。

梯形柱由反应腔上端直达下端，可以把样品从反应腔上端一直引流至下端，这主要是因为反应腔下端摆放有核酸扩增反应的固定化反应膜，只有把样品从反应腔上端一直引流至下端，才能保证样品充分与固定化反应膜接触，从而提高扩增反应效率。

进一步地，所述梯形柱的上端设有向上收窄的梯台；所述引流渠的宽度为0.1～1.0mm。

梯形柱的上端向上收窄的梯台可以与上方的核酸吸附膜接触，从而帮助吸收来自上方的样品进入引流渠，充分引流。

在一些方式中，向上收窄的梯台高0.2mm。

每根梯形柱之间形成的引流渠宽度一致，引流渠宽度越窄，引流效果越好，但是引流渠过窄会使制造过程难度升级，因此需选择合适的引流渠宽度。

进一步地，所述梯形柱的数量为1～15根，所述引流渠的数量为1～15条，沿着反应腔内壁均匀排布。

进一步地，所述引流渠的宽度为0.5mm。

进一步地，所述梯形柱底宽0.9mm，由反应腔内壁向外凸出距离为1.25mm，高3.7mm。

引流渠宽度的设置和引流渠的数量(引流渠的数量决定了梯形柱的数量和排布，从而决定了梯形柱底宽)，决定了能否最大程度地提高引流效果，本实用新型提供的反应腔的圆柱体横截面直径为6mm，经大量研究证明，当引流渠的宽度为0.5mm，梯形柱底宽0.9mm，由反应腔内壁向外凸出距离为1.25mm时，能达到更好的引流效果。

进一步地，所述反应腔下端外围设有垫圈，当反应腔在核酸检测装置内部的底板上滑动时，而反应腔内的液体在垫圈保护下不会漏出至反应腔外。

在一些方式中，反应腔下端外围设有垫圈槽，用于固定垫圈位置。

进一步，所述反应腔内还设有两层反应膜，分别为第一反应膜和第二反应膜。

在一些方式中，所述第一反应膜为核酸扩增反应所需的重组酶试剂的固定化反应膜；所述第二反应膜为核酸扩增反应所需的PEG缓冲液试剂的固定化反应膜；研究证明，重组酶试剂和PEG缓冲液试剂在扩增反应前必须分开放置，否则在扩增反应中重组酶容易被PEG包裹，从而影响扩增反应效率，因此需要设置两层固定化试剂反应膜。

进一步地，所述第一反应膜平铺在反应腔下端，第二反应膜与第一反应膜平行摆放，或第二反应膜竖直摆放在第一反应膜上方，或第二反应膜与第一反应膜竖直摆放。

进一步地，所述第一反应膜平铺在反应腔下端，第二反应膜位于反应腔的圆柱体中心位置，竖直摆放在第一反应膜上方。

本实施例经大量实验证明，两层反应膜的摆放位置也会影响样品的引流效果，当第二反应膜竖直摆放在第一反应膜上方，且位于中间位置时，能够帮助提高引流效果，从而提高扩增反应效率，提高核酸检测灵敏度。

本实用新型提供的用于核酸检测装置的核酸扩增反应腔的有益效果为：

1.在反应腔内壁四周全部设置引流槽，能最大程度地将待测样品引流至反应腔内；

2.通过优化引流槽中梯形柱和引流渠的尺寸和数量来提高引流效果，提高核酸检测灵敏度；

3.通过改进固定化膜的摆放位置来提高引流效果，提高核酸检测灵敏度；

4.通过设置反应腔结构为上下贯通，并在下端设置垫圈，从而实现反应腔在底面上滑动时，而反应腔内的液体在不会漏出至反应腔外，还能方便地将反应腔内的扩增反应产物转移至核酸检测装置内部底板的进样孔上，并顺利滴入核酸检测试剂条。

附图说明

图1为实施例1中的核酸检测装置结构拆分爆照图；

图2为实施例1中的核酸扩增反应腔由上向下俯视的结构示意图；

图3为实施例1中的核酸扩增反应腔由下向上仰视的结构示意图；

图4为实施例1中的核酸扩增反应腔下端的垫圈和垫圈槽结构拆分示意图；

图5为实施例1中的核酸扩增反应腔中反应膜的摆放方式示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述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。本实施例中未特别指出的试剂均为已知产品，通过购买市售产品获得。

实施例1本实用新型提供的用于核酸检测装置的核酸扩增反应腔

本实施例提供的用于核酸检测装置的核酸扩增反应腔如图1～5所示；其中图1为核酸检测装置结构拆分爆照图；图2为核酸扩增反应腔由上向下俯视的结构示意图；图3为核酸扩增反应腔由下向上仰视的结构示意图；图4为核酸扩增反应腔下端的垫圈和垫圈槽结构拆分示意图；图5为核酸扩增反应腔中反应膜的摆放方式示意图。

如图1，本实施例提供的核酸扩增反应腔1设于核酸检测装置2内，反应腔1的内壁上设有一层引流槽3；引流槽3由内壁上设置的多根梯形柱4等距离排列构成；相邻两根梯形柱4之间构成一条引流渠5。

如图2和图3所示，反应腔1为圆柱体型，上下贯通，梯形柱4由反应腔上端101直达下端102。由图3和图4，反应腔下端102外围设有垫圈103，垫圈103固定于于反应腔下端102外围的垫圈槽104中，并且垫圈103的高度需高于垫圈槽104的高度，从而使反应腔下端102置于平面上时，主要由垫圈103与平面接触。

由图1，核酸检测装置2内设有从样品中吸附待测核酸的核酸吸附膜6和核酸检测试剂条7，通过试剂可将核酸吸附膜6中的待测核酸直接冲洗至下方的反应腔1内；核酸检测试剂条7位于核酸检测装置内部的底板8下方，并在底板8正对试剂条接收样品位置设置进样孔9，当核酸扩增反应完成后，需把扩增反应产物转移到试剂条7上。反应腔1为上下贯通的圆柱体型，没有上底面也没有下底面。没有上底面是便于从上方的核酸吸附膜6中直接将样品冲洗至反应腔2内，由于用于核酸扩增的样品非常微量，如何保证样品全部导流至反应腔1是保证核酸检测灵敏度的非常关键的一步，通过在反应腔1内壁四周全部设置引流槽3，能最大程度地将待测样品引流至反应腔1内，避免遗漏；没有下底面是为了方便将反应腔1内的扩增反应产物移动至核酸检测装置2内部底板8的进样孔9上，此时反应腔1内的液体由于没有底板8支撑可顺利滴入核酸检测试剂条7上，而且当反应腔1在核酸检测装置2内部的底板8上滑动时，而反应腔1内的液体在垫圈103保护下不会漏出至反应腔外，直至滑到进样孔9上方时，反应腔1内的液体才会全部转移至核酸检测试剂条7上。

核酸扩增反应所需的试剂比较复杂，通常需要把试剂先提前制备成固定化的反应膜放入反应腔1内，梯形柱4由反应腔上端101直达下端102，可以把样品从反应腔上端101一直引流至下端102，这主要是因为反应腔下端102摆放有核酸扩增反应的反应膜，只有把样品从反应腔上端101一直引流至下端102，才能保证样品充分与反应膜接触，从而提高扩增反应效率。

由图5，反应腔1内还设有两层反应膜，分别为第一反应膜11和第二反应膜12。第一反应膜11为核酸扩增反应所需的重组酶试剂的固定化反应膜；第二反应膜为核酸扩增反应所需的PEG缓冲液试剂的固定化反应膜；研究证明，重组酶试剂和PEG缓冲液试剂在扩增反应前必须分开放置，否则在扩增反应中重组酶容易被PEG包裹，从而影响扩增反应效率，因此需要设置两层固定化试剂反应膜。第一反应膜11平铺在反应腔下端102，由于反应腔下端102是镂空的，所以第一反应膜11实际上是平铺在反应腔下端102所处的底板8上；第二反应膜12可以与第一反应膜11平行摆放，或第二反应膜12也可以竖直摆放在第一反应膜11上方，或第二反应膜12与第一反应膜11也可以都竖直摆放。在本实施例中，第一反应膜11实际上是平铺在反应腔下端102所处的底板8上，第二反应膜12优选位于反应腔1的圆柱体中心位置，竖直摆放在第一反应膜11上方。因为两层反应膜的摆放位置也会影响样品的引流效果，当第二反应膜12竖直摆放在第一反应膜11上方，且位于中间位置时，能够帮助提高引流效果，从而提高扩增反应效率，提高核酸检测灵敏度。

由图2，优选的，梯形柱4的上端设有向上收窄的梯台10，向上收窄的梯台10可以与上方的核酸吸附膜接触，从而帮助吸收来自上方的样品进入引流渠5，充分引流；向上收窄的梯台10高0.2mm；引流渠5的宽度通常需设置为0.1～1.0/mm，且每根梯形柱4之间形成的引流渠5宽度一致，引流渠5宽度越窄，引流效果越好，但是引流渠5过窄会使制造过程难度升级，因此需选择合适的引流渠5宽度。本实施例优选引流渠的宽度为0.5mm。反应腔1内的梯形柱4的数量为13根，引流渠5的数量为13条，沿着反应腔1内壁均匀排布。

优选的，本实施例中的反应腔1的圆柱体横截面直径为6mm，梯形柱底宽0.9mm，由反应腔1内壁向外凸出距离为1.25mm，高3.7mm。这是因为引流渠5宽度的设置和引流渠5的数量(引流渠5的数量决定了梯形柱4的数量，决定了梯形柱4的排布，从而决定了梯形柱底宽)，决定了能否最大程度地提高引流效果，经大量研究证明，当引流渠5的宽度为0.5mm，梯形柱底宽0.9mm，由反应腔内壁向外凸出距离为1.25mm时，能达到更好的引流效果。

实施例2不同引流渠宽度和数量对核酸检测灵敏度的影响

本实施例采用实施例1提供的核酸扩增反应腔，其中构成引流槽的引流渠的宽度和数量分别如表1所示，检测不同设置情况下的核酸检测灵敏度，待测目标核酸为猫疱疹病毒FHV-R，待测样本为2copies/uL的咽拭子样本，扩增条件为42℃，12min，检测结果见表1。

表1、不同引流渠宽度和数量对核酸检测灵敏度的影响

由表1可以看出，随着引流渠宽度的缩小，核酸检测灵敏度显著提高，担当引流渠宽度缩小至0.3mm以后，灵敏度提高幅度明显变缓，可见通过进一步缩小引流渠宽度来提高灵敏度的效果已经非常有限，同时由于引流渠宽度越小，制作过程难度明显增大，成本提高，因此优选引流渠宽度为0.3-0.7mm，最优选为0.5mm。

同时，引流渠的数量对核酸检测灵敏度也有一定的影响，在引流渠宽度不小于0.5mm时，增加引流渠数量能进一步提升核酸检测灵敏度，但当引流渠宽度小于0.5mm以后，增加引流渠数量对于提升核酸检测灵敏度的效果并不明显，因此从制造难易程度和成本考虑，优选采用引流渠宽度为0.5mm，引流渠数量为13根。

实施例3固定化反应膜的摆放方式对核酸检测灵敏度的影响

本实施例采用实施例1提供的核酸扩增反应腔，其中第一反应膜和第二反应膜的摆放方式有3种，分别为：1、第二反应膜与第一反应膜水平摆放；2、第二反应膜竖直摆放在第一反应膜上方；3、第一反应膜与第二反应膜竖直摆放。检测反应膜的不同摆放方式下的核酸检测灵敏度，待测目标核酸为猫疱疹病毒FHV-R，待测样本为2copies/uL的咽拭子样本，扩增条件为42℃，12min，检测结果见表3。

表3、反应膜的不同摆放方式对核酸检测灵敏度的影响

序号	摆放方式	检出次数/检测次数
			1	第一反应膜与第二反应膜水平摆放	17/20
2	第一反应膜水平摆放，第二反应膜竖直摆放在第一反应膜上方	19/20
			3	第一反应膜与第二反应膜竖直摆放	16/20

由表2可以看出，采用第二反应膜竖直摆放在第一反应膜上方的摆放方式，可以明显提升核酸检测灵敏度，其原因可能是第二反应膜也能起到引流效果，因此优选采用第二反应膜竖直摆放在第一反应膜上方的摆放方式。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本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)

1.一种核酸扩增反应腔，其特征在于，设于核酸检测装置内，反应腔的内壁上设有一层引流槽；所述引流槽由内壁上设置的多根梯形柱等距离排列构成；相邻两根梯形柱之间构成一条引流渠。

2.如权利要求1所述的核酸扩增反应腔，其特征在于，所述反应腔为圆柱体型，上下贯通，梯形柱由反应腔上端直达下端。

3.如权利要求2所述的核酸扩增反应腔，其特征在于，所述梯形柱的上端设有向上收窄的梯台；所述引流渠的宽度为0.1～1.0mm。

4.如权利要求3所述的核酸扩增反应腔，其特征在于，所述梯形柱的数量为1～15根，所述引流渠的数量为1～15条，沿着反应腔内壁均匀排布。

5.如权利要求4所述的核酸扩增反应腔，其特征在于，所述引流渠的宽度为0.5mm。

6.如权利要求5所述的核酸扩增反应腔，其特征在于，所述梯形柱底宽0.9mm，由反应腔内壁向外凸出距离为1.25mm，高3.7mm。

7.如权利要求6所述的核酸扩增反应腔，其特征在于，所述反应腔下端外围设有垫圈，当反应腔在核酸检测装置内部的底面上滑动时，而反应腔内的液体在垫圈保护下不会漏出至反应腔外。

8.如权利要求7所述的核酸扩增反应腔，其特征在于，所述反应腔内还设有两层反应膜，分别为第一反应膜和第二反应膜。

9.如权利要求8所述的核酸扩增反应腔，其特征在于，所述第一反应膜平铺在反应腔下端，第二反应膜与第一反应膜水平摆放，或第二反应膜竖直摆放在第一反应膜上方，或第二反应膜与第一反应膜竖直摆放。

10.如权利要求9所述的核酸扩增反应腔，其特征在于，所述第一反应膜平铺在反应腔下端，第二反应膜位于反应腔的圆柱体中心位置，竖直摆放在第一反应膜上方。