CN220846039U - 贯穿式捕获核酸的微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种贯穿式捕获核酸的微流控芯片，包括芯片本体，所述芯片本体上构造有进样流道及出样流道，所述进样流道与所述出样流道之间设置有核酸捕获滤纸，所述核酸捕获滤纸的厚度方向平行于所述进样流道内样本液的流动方向。本实用新型微流控芯片具有较大的厚度，芯片本体的结构强度较大、抗变形能力较强，进样流道的通流面积可以被设计的更大，因此具有较大的核酸捕获通量，由于样本液为贯穿式的进液，核酸捕获滤纸的厚度较小可以允许更大通量的样本液快速过滤，具有较高的核酸提取效率，减少核酸检测耗时，尤其适用于需要快速检测的工况。

Description

贯穿式捕获核酸的微流控芯片

技术领域

本实用新型属于生物样本检测芯片技术领域，具体涉及一种贯穿式捕获核酸的微流控芯片。

背景技术

病原微生物核酸扩增核酸检测一般分为样本前处理、核酸提取、核酸扩增三个过程，传统的核酸检测需要在中心实验室进行，一般利用化学裂解法进行核酸释放，利用磁珠法核酸提取仪进行核酸的提取、提取后取出一定量洗脱液核酸、再人工配制反应试剂和核酸混合在PCR仪中进行扩增，PCR扩增也常需1个小时。由上述的传统核酸检测过程看，目前现有的技术有以下弊端：过程繁琐耗时长容易造成核酸损失、所需设备精密且种类多、常常需要专业的受过培训的人员进行操作、检测地点常在中心实验室且需要分间操作。这就导致常规的检测方法不能及时有效快速的给出核酸检测结果。另外，传统的检测方法由于多过程、长耗时存在核酸降解的风险，尤其针对低病毒拷贝数的样本，进而会导致不能提供超高灵敏的检测结果，这就可能导致假阴性的结果出现，所以常常发生多轮检测才能检测出阳性。常规的低检测灵敏导致目前的方法也不适用于一些低拷贝检测场景下的核酸检测，如针对空气气溶胶、物体表面等场景下，常规的方法并不能满足其低病毒拷贝数的检测需求。

微流控芯片经过近20年的发展已经开始在产业界得到了一定规模的应用推广，其是利用微管道、微泵、微阀等结构将传统实验室的生化检测过程浓缩在了一个微小的装置中，尤其针对核酸检测的样本制备、核酸提取、核酸扩增过程，微流控芯片具有得天独厚的优势，能实现全集成式的核酸检测。另外，近些年来，除了聚合酶链式反应(PCR)外，出现了多种等温扩增手段，等温扩增相较于PCR的变温扩增，能使与微流控芯片配套的检测仪器更加简便，无需使用精密的温控循环和复杂的光学探测模块，这能进一步降低配套仪器的复杂程度和成本，有利于推动微流控核酸检测设备的进一步推广和在场检测的应用。然而，目前市场上虽然有现存的微流控芯片技术，但并没有能实现集成核酸样本前处理、核酸捕获、核酸扩增、核酸检测全流程，并且能提供快速和高灵敏的检测能力的设备与系统，诸多系统并无法进行远途长时间的试剂存储而无法进行实际使用。

为了克服这些问题，实现简单、快速、低成本、自动化的微流控芯片核酸提取纯化过程，微流控研究人员将DNA提取作为要攻克的关键点和主要目标之一。基于前述目的，目前相关技术中采用相应的核酸捕获滤纸设置于微流控芯片中以实现对样本液中核酸的高效捕获提取，但针对滤纸的安装方式与微流控芯片的尺寸的相关因素缺少必要地研究，不利于微流控芯片的结构设计。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种贯穿式捕获核酸的微流控芯片，以克服现有技术中捕获滤纸的安装方式与微流控芯片尺寸不相匹配，导致微流控芯片结构设计不够合理的不足。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种贯穿式捕获核酸的微流控芯片，包括芯片本体，所述芯片本体上构造有进样流道及出样流道，所述进样流道与所述出样流道之间设置有核酸捕获滤纸，所述核酸捕获滤纸的厚度方向平行于所述进样流道内样本液的流动方向。

在一些实施方式中，所述进样流道与所述出样流道的连通位置具有滤纸容置凹槽，所述核酸捕获滤纸容置于所述滤纸容置凹槽内，所述进样流道具有与所述滤纸容置凹槽的同轴的进样段。

在一些实施方式中，所述核酸捕获滤纸至与所述滤纸容置凹槽的槽壁粘接。

在一些实施方式中，所述滤纸容置凹槽内设置有支撑环，所述支撑环与所述滤纸容置凹槽的槽底壁形成对所述核酸捕获滤纸的夹持。

在一些实施方式中，所述支撑环的外环壁与所述滤纸容置凹槽的槽立壁过盈配合。

在一些实施方式中，所述进样流道与所述出样流道之间还构造有腔室，所述腔室的流通面积大于所述进样流道的流通面积且大于与所述出样流道的流通面积，且所述滤纸容置凹槽处于所述进样段与所述腔室之间且所述滤纸容置凹槽至少部分处于所述腔室内。

在一些实施方式中，所述进样流道、腔室以及所述出样流道皆具有朝向所述芯片本体外侧的开口，所述开口上连接有封闭膜。

在一些实施方式中，所述核酸捕获滤纸为壳聚糖滤纸。

本实用新型提供的一种贯穿式捕获核酸的微流控芯片，由于样本液的进液方向与核酸捕获滤纸的高度方向平行也即贯穿核酸捕获滤纸进液，芯片本体的厚度相应设计的更大以保证贯穿式的进液过滤，形成的微流控芯片具有较大的厚度，芯片本体的结构强度较大、抗变形能力较强，进样流道的通流面积可以被设计的更大，因此具有较大的核酸捕获通量，由于样本液为贯穿式的进液，核酸捕获滤纸的厚度较小可以允许更大通量的样本液快速过滤，具有较高的核酸提取效率，减少核酸检测耗时，尤其适用于需要快速检测的工况。

附图说明

图1为本实用新型实施例的贯穿式捕获核酸的微流控芯片的一种结构示意图，图中箭头示出样本液的流向；

图2为本实用新型实施例的贯穿式捕获核酸的微流控芯片的另一种结构示意图，图中箭头示出样本液的流向。

附图标记为：

1、芯片本体；11、进样流道；12、出样流道；2、核酸捕获滤纸；3、腔室；4、支撑环；5、封闭膜。

具体实施方式

结合参见图1至图2所示，根据本实用新型的实施例，提供一种贯穿式捕获核酸的微流控芯片，包括芯片本体1，芯片本体1上构造有进样流道11及出样流道12，进样流道11与出样流道12之间设置有核酸捕获滤纸2，具体可以采用壳聚糖滤纸，核酸捕获滤纸2的厚度方向平行于进样流道11内样本液的流动方向，需要说明的是，核酸捕获滤纸2为一立体结构，其具有的长度与宽度大于其具有的高度，以核酸捕获滤纸2的形状为圆形为例，圆形的两个端面分别为顶面与底面，本实用新型中，样本液从核酸捕获滤纸2的顶面贯穿流至与之相对的底面。该技术方案中，由于样本液的进液方向与核酸捕获滤纸2的高度方向(也即厚度方向)平行也即贯穿核酸捕获滤纸2进液，芯片本体1的厚度相应设计的更大以保证贯穿式的进液过滤，形成的微流控芯片具有较大的厚度，芯片本体1的结构强度较大、抗变形能力较强，进样流道11的通流面积可以被设计的更大，因此具有较大的核酸捕获通量，由于样本液为贯穿式的进液，核酸捕获滤纸2的厚度较小可以允许更大通量的样本液快速过滤，具有较高的核酸提取效率，减少核酸检测耗时，尤其适用于需要快速检测的工况。

在一些实施方式中，进样流道11与出样流道12的连通位置具有滤纸容置凹槽(图中未标引)，核酸捕获滤纸2容置于滤纸容置凹槽内，将核酸捕获滤纸2容置于该滤纸容纳凹槽中，实现核酸捕获滤纸2的可靠定位，在一些工况下，在进样完毕后，可以将捕获富集核酸的核酸捕获滤纸2从该滤纸容纳凹槽内取出，然后放置于相应的PCR反应管中进行后续的反应及操作，核酸检测更加灵活。参见图1及图2所示，进样流道11具有与滤纸容置凹槽的同轴的进样段，以保证贯穿式的进样结构的实现。

在一个实施例中，核酸捕获滤纸2至与滤纸容置凹槽的槽壁粘接，例如可以与滤纸容置凹槽的槽立壁或者槽底壁通过点胶的方式粘接，保证核酸捕获滤纸2的位置稳定，能够理解的是，此时的核酸捕获滤纸2将不再被设计为可以转移的方式，而是在原始位置进一步向进样流道11内通入相应的试剂，例如清洗剂、扩增反应试剂等实现核酸检测的后续工序。

在另一个实施例中，参见图2所示，滤纸容置凹槽内设置有支撑环4，支撑环4与滤纸容置凹槽的槽底壁形成对核酸捕获滤纸2的夹持，采用支撑环4对核酸捕获滤纸2形成可靠支撑，可防止滤纸在经过液体时侧漏，可以提高滤纸富集效率。具体而言，支撑环4的外环壁与滤纸容置凹槽的槽立壁过盈配合，在实际操作中，先将核酸捕获滤纸2置于滤纸容置凹槽的槽底处，之后再将支撑环4嵌入滤纸容置凹槽内并施力压紧即可，无需其他的定位结构对支撑环4进行定位，非常方便。前述的核酸捕获滤纸2的形状优选为圆形，该形状与检测部件的检测头视野相匹配，具有良好的检测视场，此时的支撑环4匹配设计为圆环形即可，在一些其他的工况下，核酸捕获滤纸2的形状还可以为其他的形状，例如矩形、梯形等。

进一步参见图2所示，进样流道11与出样流道12之间还构造有腔室3，腔室3的流通面积大于进样流道11的流通面积且大于与出样流道12的流通面积，也即腔室3的整体容积较大，其能够容置后续的反应试剂(具体也通过进样流道11注入)，滤纸容置凹槽处于进样段与腔室3之间且滤纸容置凹槽至少部分处于腔室3内，通过在腔室3内通入反应试剂实现对核酸捕获滤纸2上捕获的核酸的扩增，无需转移滤纸，核酸检测的集成化程度更高。

在一些实施方式中，进样流道11、腔室3、滤纸容置凹槽以及出样流道12皆具有朝向芯片本体1外侧的开口，开口上连接有封闭膜5，能够简化前述各流道、凹槽及腔室的加工制作难度，前述的封闭膜具体可以为铝塑膜，其贴覆于前述开口上保证各个流道、凹槽及腔室的密封性，由于是铝塑膜，在需要转移核酸捕获滤纸2时，可以轻松将对应区域的封闭膜破除，更为便捷。需要说明的是，基于流道设计紧凑性以及芯片本体1上其他部件的设计需求，前述的开口可以朝向于芯片本体1的一个侧面，也可以被设计为多段且分别朝向芯片本体1的两个侧面中的任一侧(顶侧面或者底侧面)的结构型式，此时的封闭膜5则分别被连接于芯片本体1的对应侧面上即可。

以下结合一个具体的应用实例对本实用新型的技术方案进一步阐述：

1.核酸释放：样本加入裂解液中，使样品中的核酸游离在裂解体系中，释放核酸(也即形成样本液)。

2.核酸捕获：使用注射等方式，提供一个使液体流动的力，可让裂解液(可称为样本液)，流过滤纸(也即前述的核酸捕获滤纸2，下同)进行核酸捕获。

3.核酸清洗：配合仪器推动清洗液管内的软硬结合胶塞进行柱塞式压力驱动，注射时，会先让试剂管往下移动一定距离的行程，使得下件管道层上固定的顶针刺破试剂管下胶塞，进而可让清洗液流过滤纸进行清洗，洗去滤纸上的杂质。

4.反应试剂注入：将复溶好的的反应试剂，通过微流道(也即上述的进样流道11)注入滤纸部分，进行接下来的反应。

5.核酸扩增：捕获核酸的滤纸搭配微流控芯片，可进行原位扩增；或者将滤纸取出，滤纸浸泡在试剂中，直接进行上机扩增。

6.结果分析：将检测结果进行分析，数据处理。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种贯穿式捕获核酸的微流控芯片，其特征在于，包括芯片本体（1），所述芯片本体（1）上构造有进样流道（11）及出样流道（12），所述进样流道（11）与所述出样流道（12）之间设置有核酸捕获滤纸（2），所述核酸捕获滤纸（2）的厚度方向平行于所述进样流道（11）内样本液的流动方向；所述进样流道（11）与所述出样流道（12）的连通位置具有滤纸容置凹槽，所述核酸捕获滤纸（2）容置于所述滤纸容置凹槽内，所述进样流道（11）具有与所述滤纸容置凹槽的同轴的进样段。

2.根据权利要求1所述的贯穿式捕获核酸的微流控芯片，其特征在于，所述核酸捕获滤纸（2）至与所述滤纸容置凹槽的槽壁粘接。

3.根据权利要求1所述的贯穿式捕获核酸的微流控芯片，其特征在于，所述滤纸容置凹槽内设置有支撑环（4），所述支撑环（4）与所述滤纸容置凹槽的槽底壁形成对所述核酸捕获滤纸（2）的夹持。

4.根据权利要求3所述的贯穿式捕获核酸的微流控芯片，其特征在于，所述支撑环（4）的外环壁与所述滤纸容置凹槽的槽立壁过盈配合。

5.根据权利要求1所述的贯穿式捕获核酸的微流控芯片，其特征在于，所述进样流道（11）与所述出样流道（12）之间还构造有腔室（3），所述腔室（3）的流通面积大于所述进样流道（11）的流通面积且大于与所述出样流道（12）的流通面积，且所述滤纸容置凹槽处于所述进样段与所述腔室（3）之间且所述滤纸容置凹槽至少部分处于所述腔室（3）内。

6.根据权利要求5所述的贯穿式捕获核酸的微流控芯片，其特征在于，所述进样流道（11）、腔室（3）以及所述出样流道（12）皆具有朝向所述芯片本体（1）外侧的开口，所述开口上连接有封闭膜（5）。

7.根据权利要求1所述的贯穿式捕获核酸的微流控芯片，其特征在于，所述核酸捕获滤纸（2）为壳聚糖滤纸。