超高速核酸萃取裝置及利用此的核酸萃取方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種核酸萃取裝置。其在核酸萃取方面，可以實現(xiàn)自動化、超小型化及超高速化，不限于處理痰、血液、細胞、尿、唾液、組織等生物學(xué)樣本，可最小化樣本溶液的消耗量，可維持并改進有可信度的核酸萃取效率。
【專利說明】超高速核酸萃取裝置及利用此的核酸萃取方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及從痰、血液、細胞、尿、唾液、組織等生物學(xué)樣本萃取核酸的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，為了從基因?qū)用嬖\斷、治療或預(yù)防疾病，從細胞、細菌或病毒等生物學(xué)樣本 萃取核酸的技術(shù)與核酸擴增技術(shù)（Nucleic Acid Amplification Technologies)相伴，得到 廣泛應(yīng)用。另外，除了疾病的診斷、治療或預(yù)防之外，在針對性新藥研制、法醫(yī)學(xué)、環(huán)境荷爾 蒙檢測等多種領(lǐng)域，也需求從生物學(xué)樣本萃取核酸的技術(shù)。
[0003] 作為現(xiàn)有核酸萃取技術(shù)的一例，有對含細胞的樣本，通過SDS或蛋白酶 (proteinase)K處理，增溶（solubilization)后，利用苯酚（phenol)變性去除蛋白質(zhì)，提取 核酸的方法。但是苯酚（phenol)萃取法需要進行很多處理步驟，不僅耗費很多時間，而且 核酸萃取效率很大程度上左右于研究者的經(jīng)驗和技巧，可信度比較差。為了解決這一問題， 開發(fā)出了一種利用與核酸發(fā)生特異性結(jié)合的硅石（silica)或玻璃纖維制作的工具（kit)。 所述硅石或玻璃纖維與蛋白質(zhì)、細胞代謝物質(zhì)的結(jié)合比率低，可以獲得濃度相對高的核酸。 這種方法與苯酚法相比雖然有簡便的優(yōu)點，但由于使用強力阻止聚合酶連鎖反應(yīng)（PCR)等 酶反應(yīng)的離液序列高的（chaotropic)試劑或乙醇（ethanol),需要完全去除這些物質(zhì)，因 此存在操作繁瑣、耗時長的缺點。最近，國際公開專利第00/21973號公開了一種使用過濾 器（filter)直接萃取核酸的方法，該方法讓樣品通過過濾器，讓細胞吸附在過濾器上，把吸 附在過濾器的細胞溶解后，以過濾器過濾，把吸附在過濾器的核酸洗滌、提取。但為了以過 濾器吸附細胞后提取核酸，需要根據(jù)細胞種類選擇過濾器，且使用裝置是大型裝置、非常復(fù) 雜，研究人員很難簡便使用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問題
[0005] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有核酸萃取技術(shù)的問題點而提出的發(fā)明，其目的在于提供一 種核酸萃取裝置，與現(xiàn)有核酸萃取裝置及核酸萃取方法不同，實現(xiàn)自動化、超小型化及超高 速化，不限于處理痰、血液、細胞、尿、唾液、組織等生物學(xué)樣本，最小化樣本溶液的消耗量， 維持并改進有可信度的核酸萃取效率。
[0006] 技術(shù)方案
[0007] 本發(fā)明一實施例提供一種從生物學(xué)樣本萃取核酸的裝置，其包括：基板；芯片支 撐體，位于所述基板上部面，包括具有水平面的板狀的芯片收容部，通過芯片收容部的水平 面與核酸萃取用微流動芯片的下部面緊密接觸；及加熱器，位于所述芯片收容部的水平面， 對安裝在所述芯片收容部的所述核酸萃取用微流動芯片的整個下部面中的一部分進行加 熱。
[0008] 本發(fā)明一實施例中，
[0009] 所述加熱器是接觸式板狀的加熱塊。
[0010] 在所述芯片支撐體的上部，還形成有具有水平面的芯片罩，所述水平面與安裝在 所述芯片收容部的所述核酸萃取用微流動芯片的上部面緊密接觸。
[0011] 還包括流體控制模塊900,該流體控制模塊對安裝在所述芯片收容部的所述核酸 萃取用微流動芯片所裝放的反應(yīng)溶液的流動進行控制。
[0012] 還包括與所述加熱器連接的加熱控制模塊，以用于對提供給安裝在所述芯片收容 部的所述核酸萃取用微流動芯片所裝放的反應(yīng)溶液的熱量進行控制。
[0013] 還包括核酸萃取用微流動芯片，該核酸萃取用微流動芯片構(gòu)成為具有上部水平面 及下部水平面的板狀，包括：流入部；加熱部，位于與所述流入部連接的第1通道（channel) 區(qū)域，向通過所述流入部流入的生物學(xué)樣品傳達從外部獲得的熱量；第1過濾器，位于與所 述加熱部連接的第2通道區(qū)域，能夠使相當(dāng)于核酸大小的物質(zhì)通過；核酸分離部，位于與所 述第1過濾器連接的第3通道區(qū)域，具有能夠與所述核酸特異性結(jié)合的核酸結(jié)合物質(zhì)；第 2過濾器，位于與所述核酸分離部連接的第4通道區(qū)域，能夠使相當(dāng)于所述核酸大小的物質(zhì) 通過；及與所述第2過濾器連接的流出部。
[0014] 包括所述核酸萃取用微流動芯片的第1通道區(qū)域至第4通道區(qū)域的通道，具有能 夠讓流體流通的結(jié)構(gòu)，所述通道的幅度（width)及深度（depth)分別形成在0.001至10mm 范圍內(nèi)。
[0015] 所述核酸萃取用微流動芯片的第1過濾器及第2過濾器具有0. 01至10mm范圍內(nèi) 的厚度，且具有小孔（pore)，該小孔具有0.1至0.4微米（μ m)范圍的直徑。
[0016] 所述核酸萃取用微流動芯片的第1過濾器及第2過濾器具有0. 01至0. 5mm范圍 內(nèi)的厚度，具有小孔，該小孔具有〇. 2微米（μ m)的直徑。
[0017] 所述核酸萃取用微流動芯片的核酸分離部形成有小珠（bead)，該小珠的表面粘有 作為核酸結(jié)合物質(zhì)的核酸結(jié)合功能基（functional group)。
[0018] 所述核酸萃取用微流動芯片的粘有核酸結(jié)合功能基的小珠具有0. 001至20mm范 圍內(nèi)的直徑。
[0019] 所述核酸萃取用微流動芯片的核酸分離部包含1微克至200毫克范圍內(nèi)的粘有核 酸結(jié)合功能基的小珠。
[0020] 所述核酸萃取用微流動芯片由塑料材質(zhì)構(gòu)成。
[0021] 所述核酸萃取用微流動芯片包括第1板；第2板，位于所述第1板上，形成有包括 所述第1通道區(qū)域至第4通道區(qū)域的通道；及第3板，位于所述第2板上，形成有所述流入 部及所述流出部。
[0022] 所述核酸萃取用微流動芯片的所述第1板及第3板包括選自聚二甲硅氧 燒（polydimethylsiloxane, PDMS)、環(huán)烯煙共聚物（cycle olefin copolymer, C0C)、聚 甲基丙烯酸甲酯（polymethylmetharcylate, PMMA)、聚碳酸酯（polycarbonate, PC)、 聚碳酸亞丙酯（polypropylene carbonate, PPC)、聚醚諷（polyether sulfone, PES)、聚對苯二甲酸乙二醇酯（polyethyleneterephthalate, PET)、 及其組合物的材質(zhì)，所述核酸萃取用微流動芯片的第2板包括選自聚甲基丙 烯酸甲酯（polymethylmethacrylate, PMMA)、聚碳酸酯（polycarbonate, PC)、 環(huán)烯經(jīng)共聚物（cycloolefin copolymer, C0C)、聚酰胺（polyamide, PA)、聚乙 烯（polyethylene,PE)、聚丙烯（polypropylene, PP)、聚苯醚（polyphenylene ether, PPE)、聚苯乙烯（polystyrene, PS)、聚甲醒（polyoxymethylene, POM)、聚醚醚酮 (polyetheretherketone, PEEK)、聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene, PTFE)、聚氯 乙烯（polyvinylchloride, PVC)、聚偏二氟乙烯（polyvinylidene fluoride, PVDF)、聚 對苯二甲酸 丁二酯（polybutyleneterephthalate, PBT)、氟化乙烯丙烯（f luorinated ethylenepropylene, FEP)、過氟燒氧基燒經(jīng)（perfluoralkoxyalkane, PFA)、及其組合物的 熱塑性樹脂或熱硬化樹脂材質(zhì)。
[0023] 所述核酸萃取用微流動芯片的第3板的流入部直徑范圍為0. 1至5. 0mm，所述核 酸萃取用微流動芯片的流出部直徑范圍為〇. 1至5. 0_，所述核酸萃取用微流動芯片的第1 板及第3板厚度范圍為0. 01至20mm，所述核酸萃取用微流動芯片的第2板厚度范圍為30 微米（μ m)至10毫米（mm)。
[0024] 發(fā)明效果
[0025] 本發(fā)明提供的核酸萃取裝置在核酸萃取方面，可以實現(xiàn)自動化、超小型化及超高 速化，不限于處理痰、血液、細胞、尿、唾液、組織等生物學(xué)樣本，可最小化樣本溶液的消耗 量，可維持并改進有可信度的核酸萃取效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明一實施例的核酸萃取用裝置示意圖。
[0027] 圖2為具有芯片罩的本發(fā)明一實施例的核算萃取用裝置示意圖。
[0028] 圖3為具有流體控制模塊的本發(fā)明一實施例的核算萃取用裝置示意圖。
[0029] 圖4為具有加熱控制模塊的本發(fā)明一實施例的核算萃取用裝置示意圖。
[0030] 圖5為本發(fā)明一實施例的核酸萃取用微流動芯片不意圖。
[0031] 圖6為本發(fā)明一實施例的核酸萃取用微流動芯片剖面圖及平面圖。
[0032] 圖7為圖5的核酸萃取用微流動芯片安裝在本發(fā)明一實施例的核酸萃取用裝置的 狀態(tài)示意圖。

【具體實施方式】
[0033] 下面，參照附圖對本發(fā)明的一實施例進行詳細說明。下面的說明詣在幫助理解本 發(fā)明的一實施例，并非通過這些說明限制本發(fā)明的保護范圍。
[0034] 圖1為本發(fā)明一實施例的核酸萃取用裝置示意圖。
[0035] 如圖1所示，從生物學(xué)樣本萃取核酸的本發(fā)明一實施例的核酸萃取用裝置，其包 括：基板500 ;芯片支撐體600,位于所述基板500上部面，包括具有水平面的板狀的芯片收 容部650,通過芯片收容部650的水平面與核酸萃取用微流動芯片（圖略）的下部面緊密接 觸；及加熱器700,位于所述芯片收容部650的水平面，對安裝在所述芯片收容部650的所 述核酸萃取用微流動芯片的整個下部面中的一部分進行加熱。
[0036] 所述核酸萃取用裝置意味著可執(zhí)行萃取核酸所需一切步驟的裝置，即便本說明書 未提及，還可以外加包括萃取核酸所需各種模塊。
[0037] 所述基板500的內(nèi)部安裝有下面將詳細說明的加熱器700。只要是在加熱器700 的加熱及維持溫度的條件下不發(fā)生物理及/或化學(xué)性質(zhì)的變化，除加熱器之外的其他部分 在傳導(dǎo)的熱量下不發(fā)生變形，即可用任意材料構(gòu)成所述基板500。所述基板500可以通過塑 料、玻璃、硅膠等材料，以透明或半透明的形態(tài)形成，但不限于此。所述基板500可以具有多 種形狀，但如圖1所示，為了本發(fā)明一實施例的核酸萃取裝置的小型化，由具有水平的面的 板狀來實現(xiàn)為宜。
[0038] 所述芯片支撐體600是安裝及固定下面將詳述的本發(fā)明核酸萃取用微流動芯片 的部分，位于所述基板500的上部面，以可穩(wěn)定安裝及固定所述核酸萃取用微流動芯片（圖 略）的材料構(gòu)成為宜。另外，所述芯片支撐體600具有板狀的芯片收容部650,該芯片收容 部650具有與核酸萃取用微流動芯片（圖略）的下部面緊密接觸的水平面。由于所述芯片 收容部650具有板狀結(jié)構(gòu)，與核酸萃取用微流動芯片的下部面緊密接觸，使下面將詳述的 加熱器700發(fā)出的熱量傳達面積變寬，提高熱傳導(dǎo)速度，可對裝放于核酸萃取用微流動芯 片內(nèi)部的反應(yīng)溶液進行穩(wěn)定的流體控制，可用少量的反應(yīng)溶液進行核酸萃取反應(yīng)。
[0039] 所述加熱器700是在核酸萃取用微流動芯片（圖略）安裝在所述芯片支撐體600 上時，為所述核酸萃取用微流動芯片的一部分提供熱量的模塊。所述加熱器700可以具有 各種形式，但為了盡量大面積為核酸萃取用微流動芯片的表面?zhèn)鲗?dǎo)熱量、提高熱傳導(dǎo)速度， 適用接觸式板狀的加熱塊（plate-type heating block)為宜。本發(fā)明的一實施例中，所述 加熱器700位于所述芯片收容部600的水平面，可為安裝于所述芯片收容部600的核酸萃 取用微流動芯片的整個下部面中的一部分進行加熱。
[0040] 圖2為具有芯片罩的本發(fā)明一實施例的核算萃取用裝置示意圖。
[0041] 如圖2所示，本發(fā)明一實施例的核酸萃取裝置在所述芯片支撐體600的上部，還形 成有具有水平面的芯片罩800,所述水平面與安裝在所述芯片收容部650的所述核酸萃取 用微流動芯片（圖略）的上部面緊密接觸。所述芯片罩800支撐所述核酸萃取用微流動芯 片、使之得到穩(wěn)定安裝，隔離所述核酸萃取用微流動芯片發(fā)出的熱量，讓所述核酸萃取用微 流動芯片內(nèi)部產(chǎn)生迅速的核酸萃取反應(yīng)。所述芯片罩800可以具有多種形狀，但為了所述 目的，具有板狀形狀為宜。
[0042] 圖3為具有流體控制模塊的本發(fā)明一實施例的核算萃取用裝置示意圖。
[0043] 如圖3所示，本發(fā)明一實施例的核酸萃取裝置還可以包括流體控制模塊900,該流 體控制模塊900對安裝在所述芯片收容部650的所述核酸萃取用微流動芯片所裝放的反應(yīng) 溶液的流動進行控制。所述流體控制模塊900與安裝在所述芯片支撐體600的核酸萃取用 微流動芯片的流入部及/或流出部連接，以向所述核酸萃取用微流動芯片內(nèi)部引入用于萃 取核酸的溶液及/或把存在于所述核酸萃取用微流動芯片內(nèi)部的溶液排出到外部及/或在 所述核酸萃取用微流動芯片內(nèi)部控制反應(yīng)溶液的流動。所述流體控制模塊900可以包括各 種構(gòu)成要素，比如，可以外加包括：作為流體移動通路的微細通路；為流體的流動提供動力 的空壓泵；控制流體流動的開閉的閥門；用于存儲核酸結(jié)合緩沖液（buffer)、洗脫緩沖液、 硅膠（silica gel)、蒸餾水（DW)等核酸萃取所需各種溶液的存儲腔（Chamber)等。
[0044] 圖4為具有加熱控制模塊的本發(fā)明一實施例的核算萃取用裝置示意圖。
[0045] 如圖4所示，本發(fā)明一實施例的核酸萃取裝置還包括與所述加熱器700連接的加 熱控制模塊750,以用于控制提供給安裝在所述芯片收容部650的所述核酸萃取用微流動 芯片所裝放的反應(yīng)溶液的熱量。所述加熱控制模塊750通過控制給所述加熱器700提供的 電力，控制所述加熱器700的發(fā)熱或冷卻，從而按事先決定的溫度及順序，在所述核酸萃取 用微流動芯片內(nèi)部發(fā)生核酸萃取反應(yīng)。另外，圖4雖然沒有顯示，但本發(fā)明一實施例的核酸 萃取裝置還可以外加包括對所述加熱器700、所述罩800、所述流體控制模塊900及所述加 熱控制模塊750自動控制的電子控制模塊（圖略）。所述電子控制模塊可按事先存儲的程 序，對所述各模塊精密控制，從核酸萃取用微流動芯片內(nèi)部萃取定量核酸。所述事先存儲的 程序，比如包括與核酸萃取相關(guān)的一連串步驟相關(guān)程序。
[0046] 圖5為本發(fā)明一實施例的核酸萃取用微流動芯片不意圖。
[0047] 如圖5所示，本發(fā)明一實施例的核酸萃取用微流動芯片1用于從生物學(xué)樣本萃取 核酸，包括：流入部10 ;加熱部20,位于與所述流入部10連接的第1通道區(qū)域，以向通過所 述流入部10流入的生物學(xué)樣品傳達從外部獲得的熱量；第1過濾器30,位于與所述加熱部 20連接的第2通道區(qū)域，能夠使相當(dāng)于核酸大小的物質(zhì)通過；核酸分離部40,位于與所述第 1過濾器30連接的第3通道區(qū)域，具有能夠與所述核酸特異性結(jié)合的核酸結(jié)合物質(zhì)45 ;第 2過濾器50,位于與所述核酸分離部40連接的第4通道區(qū)域，能夠使相當(dāng)于所述核酸大小 的物質(zhì)通過；及與所述第2過濾器50連接的流出部60。
[0048] 所述核酸萃取用微流動芯片（microfluidic chip)是指其萃取核酸所需的構(gòu)成要 素，即流入部（inlet)、流出部（outlet)、連接所述流入部及流出部的通道（channel)、第1 過濾器、第2過濾器等的規(guī)格為毫米（mm)或微米（μ m)單位的超小型芯片（chip)。
[0049] 所述生物學(xué)樣本是含DNA或RNA等核酸的生物學(xué)物質(zhì)，比如是含動物細胞、植物細 胞、病原菌、霉菌、細菌、病菌等的液體樣本，但不限于此。
[0050] 所述流入部10是所述生物學(xué)樣本或用于萃取核酸的溶液等流入所述微流動芯片 內(nèi)部的部分，所述流出部60是從所述生物學(xué)樣品獲得的核酸、用于萃取核酸的溶液、其他 廢棄物（waste)向所述微流動芯片外部排出的部分。這里，有時根據(jù)需要，流入部10及流 出部60可以分別起流出部及流入部的作用。所述用于萃取核酸的溶液包括萃取核酸所 需的一切溶液，比如是蒸饋水、核酸結(jié)合緩沖液（binding buffer)、洗脫緩沖液（elution buffer)等。所述流入部10及所述流出部60通過通道70以可流通流體的方式連接，下面 將詳述的加熱部20、第1過濾器30、核酸分離部40、第2過濾器50等結(jié)構(gòu)可驅(qū)動地設(shè)置在 所述通道70上，執(zhí)行各自的功能。所述通道70可具有各種規(guī)格，但幅度（width)及深度 (d印th)分別形成在0. 001至10mm范圍內(nèi)為宜。下面將說明的第1、第2、第3、第4通道區(qū) 域意味著從所述流入部10到所述流出部60依次所處的順序，并不受限于形成在所述通道 70內(nèi)的特定位置。
[0051] 所述加熱部20是為通過所述流入部10流入的溶液（包括生物學(xué)樣本）傳達從外 部獲得的熱量的部分，位于與所述流入部10連接的第1通道區(qū)域。比如，通過所述流入部 10流入含細胞、細菌或病毒的樣本的情況下，所述細胞、細菌或病毒到達所述加熱部20時， 瞬間被加熱到80至100°C，破壞所述細胞、細菌或病毒的外壁，使之向外釋放其細胞內(nèi)的物 質(zhì)（cell lysis)。所述加熱部20從本發(fā)明一實施例的核酸萃取裝置的加熱器70以接觸方 式獲得熱量。
[0052] 所述第1過濾器30是具有一定大小的小孔（pore)的結(jié)構(gòu)體，按流體的流動方向， 通過所述小孔，根據(jù)大小把物質(zhì)區(qū)分為通過物質(zhì)和非通過物質(zhì)。本發(fā)明一實施例中，所述第 1過濾器30位于與所述加熱部20連接的第2通道區(qū)域，讓相當(dāng)于核酸大小的物質(zhì)通過。所 述第1過濾器30從由于所述加熱部20的加熱產(chǎn)生的溶解產(chǎn)物中，把大于核酸的物質(zhì)捕捉 在所述加熱部20中，且讓核酸及相當(dāng)于其大小的物質(zhì)通過，使這些物質(zhì)流動到下面將要說 明的核酸分離部40。所述第1過濾器30可以具有多種規(guī)格，但具有直徑為0. 1至0. 4微米 (μ m)范圍內(nèi)的小孔（pore)，具有0. 01至10mm范圍內(nèi)的厚度為宜。最好，所述第1過濾器 30具有直徑為0. 2微米（μ m)的小孔（pore)，具有0. 01至0. 5mm的厚度為宜。
[0053] 所述核酸分離部40從核酸或具有與之相應(yīng)大小的物質(zhì)中，有所選擇地分離所述 核酸。如圖5所示，所述核酸分離部40是第1過濾器30和下面將要說明的第2過濾器50 之間的空間，具有可與所述核酸特異性結(jié)合的核酸結(jié)合物質(zhì)45。所述核酸結(jié)合物質(zhì)45包括 可與核酸特異性結(jié)合的所有物質(zhì)。所述核酸結(jié)合物質(zhì)45是結(jié)合有核酸結(jié)合功能基的物質(zhì)， 比如是二氧化娃（Si02)小珠、粘有生物素（biotin)或鏈霉親和素（strptavidin)的小珠 (bead)。所述粘有核酸結(jié)合功能基的小珠可以具有多種規(guī)格，但具有0. 001至20mm范圍內(nèi) 的直徑為宜。另外，所述核酸分離部40可以以各種含量包含粘有所述核酸結(jié)合功能基的小 珠，但以1微克（μ g)至200毫克（mg)范圍內(nèi)為宜。所述核酸結(jié)合物質(zhì)45與核酸特異性 結(jié)合后，對所述核酸分離部40內(nèi)部進行清洗，去除異物后，所述核酸分離部40中只會剩下 目標(biāo)核酸-核酸結(jié)合物質(zhì)45的復(fù)合體（complex)。之后，向所述核酸分離部40提供洗脫緩 沖液（elution buffer)，使所述目標(biāo)核酸從所述復(fù)合體分離。
[0054] 與上面說明的第1過濾器30相同，所述第2過濾器50是具有一定大小的小孔 (pore)的結(jié)構(gòu)體，按流體的流動方向，通過所述小孔，根據(jù)大小把物質(zhì)區(qū)分為通過物質(zhì)和非 通過物質(zhì)。本發(fā)明一實施例中，所述第2過濾器50位于與所述核酸分離部40連接的第4通 道區(qū)域，讓相當(dāng)于核酸大小的物質(zhì)通過。所述第2過濾器50從所述核酸分離部40中，捕捉 所述核酸結(jié)合物質(zhì)45,且對從所述核酸結(jié)合物質(zhì)45分離的核酸進行過濾而使其流動到所 述流出部60。所述第2過濾器50可以具有多種規(guī)格，但具有直徑為0. 1至0. 4微米（μ m) 范圍內(nèi)的小孔（pore)，具有0. 01至0. 5mm范圍內(nèi)的厚度為宜。最好，所述第2過濾器30具 有直徑為〇. 2微米（μ m)的小孔（pore)，具有0. 3mm的厚度為宜。
[0055] 圖6為本發(fā)明一實施例的核酸萃取用微流動芯片剖面圖及平面圖。
[0056] 如圖6所示，所述核酸萃取用微流動芯片1包括：第1板100 ;位于所述第1 板100上，形成有包括所述第1通道區(qū)域至第4通道區(qū)域的通道70的第2板200 ;及 位于所述第2板200上，形成有所述流入部10及所述流出部60的第3板300。本 發(fā)明一實施例的核酸萃取用微流動芯片可以由各種材質(zhì)構(gòu)成，但最好是由塑料材質(zhì) 構(gòu)成。使用塑料材質(zhì)時，只要調(diào)節(jié)塑料厚度，即可以增大熱傳達效率，且制作工序簡 單，可以大幅降低制造成本。而所述第1板100及第3板300包括選自聚二甲硅氧烷 (polydimethylsiloxane，PDMS)、環(huán)烯煙共聚物（cycle olefin copolymer, C0C)、聚甲基丙 烯酸甲酯（polymethylmetharcylate, PMMA)、聚碳酸酯（polycarbonate, PC)、聚碳酸亞丙 酯（polypropylene carbonate, PPC)、聚醚諷（polyether sulfone，PES)、聚對苯二甲酸乙 二醇酯（polyethylene terephthalate, PET)、及其組合物的材質(zhì)，所述第2板200包括選 自聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate, PMMA)、聚碳酸酯（polycarbonate, PC)、 環(huán)烯經(jīng)共聚物（cycloolefin copolymer, C0C)、聚酰胺（polyamide, PA)、聚乙 烯（polyethylene,PE)、聚丙烯（polypropylene, PP)、聚苯醚（polyphenylene ether, PPE)、聚苯乙烯（polystyrene, PS)、聚甲醒（polyoxymethylene, POM)、聚醚醚酮 (polyetheretherketone, PEEK)、聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene, PTFE)、聚氯 乙烯（polyvinylchloride, PVC)、聚偏二氟乙烯（polyvinylidene fluoride, PVDF)、聚 對苯二甲酸 丁二酯（polybutyleneterephthalate, PBT)、氟化乙烯丙烯（f luorinated ethylenepropylene, FEP)、過氟燒氧基燒經(jīng)（perfluoralkoxyalkane, PFA)、及其組合物的 熱塑性樹脂或熱硬化樹脂材質(zhì)。所述第3板的流入部直徑范圍為0. 1至5. Omm，所述流出部 直徑范圍為〇· 1至5. 0mm，所述第1板及第3板厚度范圍為0· 01至20mm，所述第2板的厚 度范圍為30微米（μ m)至10毫米（mm)。另外，本發(fā)明一實施例的核酸萃取用微流動芯片 可以根據(jù)需要由2個以上流入部、流出部、及連接兩者的通道構(gòu)成，這一情況下，通過一個 芯片可從2個以上生物學(xué)樣本萃取核酸，可更加迅速有效地萃取核酸。
[0057] 圖7為圖5的核酸萃取用微流動芯片安裝在本發(fā)明一實施例的核酸萃取用裝置的 狀態(tài)示意圖。
[0058] 如圖7所示，板狀核酸萃取用微流動芯片1緊貼安裝在本發(fā)明一實施例核酸萃取 裝置的所述芯片收容部650的狀態(tài)下，可以進行核算萃取反應(yīng)。具體地，利用本發(fā)明一實施 例的核酸萃取裝置從生物學(xué)樣本萃取核酸的方法包括：提供本發(fā)明一實施例的核酸萃取用 微流動芯片1的步驟（微流動芯片提供步驟）；通過所述微流動芯片1的流入部，引入痰、 血液、細胞、尿、唾液、組織等生物學(xué)樣本的步驟（生物學(xué)樣本引入步驟）；把引入的所述生 物學(xué)樣本移動到所述微流動芯片1的加熱部后，通過所述加熱器700加熱所述微流動芯片 1的加熱部，以溶解（lysis)所述生物學(xué)樣本的步驟（生物學(xué)樣本溶解步驟）；把通過所述 溶解步驟獲得的物質(zhì)移動到所述微流動芯片1的第1過濾器后，通過所述第1過濾器過濾， 把未通過的物質(zhì)進行去除的步驟（第1過濾器過濾步驟）；把通過所述第1過濾器的物質(zhì) 移動到所述微流動芯片1的核酸分離部后，從通過所述第1過濾器的物質(zhì)中，讓核酸與所述 核酸結(jié)合物質(zhì)結(jié)合，去除未與核酸結(jié)合的物質(zhì)的步驟（核酸分離步驟）；從所述核酸結(jié)合物 質(zhì)分離所述核酸，讓所述分離的核酸移動到第2過濾器后，通過第2過濾器過濾的步驟（第 2過濾器過濾步驟）；及把通過所述第2過濾器的物質(zhì)移動到所述流出部后，通過所述流出 部萃取所述核酸的步驟（核酸萃取步驟）。從而，利用本發(fā)明的核酸萃取裝置時，可以實現(xiàn) 核酸萃取反應(yīng)的自動化、超小型化、超高速化，不限于處理痰、血液、細胞、尿、唾液、組織等 生物學(xué)樣本，可最小化樣本溶液的消耗量，可以維持及/或改進有可信度的核酸萃取效率。
[0059] 實駘例.萃取核酸的產(chǎn)量及講行時間駘證
[0060] 首先以結(jié)核菌株細胞為對象，分別利用使用現(xiàn)有技術(shù)的管（tube)的核酸萃取裝 置和使用本發(fā)明一實施例的核酸萃取用微流動芯片的核酸萃取裝置，萃取DNA后，測定了 其產(chǎn)量及進行時間。
[0061] 現(xiàn)有技術(shù)的核酸萃取流程如下。準(zhǔn)備結(jié)核菌株細胞后，把所述結(jié)核菌株細胞與6 % NaOH及4% NaLC以1:1:1比例混合，制備了樣本溶液。之后，對所述樣本溶液進行離心分 離，去除上清液（20分鐘，4300 rpm，4°C )。之后，向樣本溶液添加 lml蒸餾水（DW)，進行渦 流（vortexing)處理后，把所述樣品溶液移動到其他管（tube)。之后，再次對所述樣本溶 液進行離心分離后去除上清液（3分鐘，12000 rpm,常溫）。之后，向樣本溶液添加 lml蒸 餾水（DW)，進行渦流（vortexing)處理。之后，向樣本溶液加500 μ 1蒸餾水（DW)，獲得了 基因 DNA (這里使用了可在工業(yè)層面使用的QIAamp DNA Kit)。結(jié)果，最終DNA產(chǎn)物獲得了 100 μ 1，獲得最終DNA產(chǎn)物耗費了約1小時以上。
[0062] 接下來，利用本發(fā)明一實施例的核酸萃取用微流動芯片1及核酸萃取裝置，從同 一結(jié)核菌株細胞萃取了核酸，其詳細過程如下。準(zhǔn)備結(jié)核菌株細胞后，把所述結(jié)核菌株細胞 與6% NaOH及4% NaLC以1:1:1比例混合，制備了樣本溶液。之后，利用注射器（syringe) 把所述樣本溶液引入到如圖1所示核酸萃取用微流動芯片{25X72X2mm，二氧化硅小珠 (OPS Diagnostics, LLC),過濾器（Whatman)}的流入部（約耗1分鐘）。之后，向本發(fā)明 一實施例微流動芯片的流入部，引入娃膠（silica gel)及IX DNA結(jié)合緩沖液（binding buffer)300l·! 1后，把本發(fā)明一實施例微流動芯片的加熱部急速加熱到95°C (約耗1分 30秒）。之后，通過本發(fā)明一實施例微流動芯片的流入部，去除樣本溶液中的廢棄物，引入 100 μ 1洗脫緩沖液（elution buffer)(約耗30秒）。之后，通過本發(fā)明一實施例微流動芯 片的流出部，獲得最終產(chǎn)物。檢測結(jié)果最終獲得的DNA產(chǎn)物約為100μ 1，而獲得最終DNA產(chǎn) 物消耗了約7分鐘。無可置疑，如果不采用手動方式，而采用自動方式時，該消耗時間肯定 會降低到5分鐘以內(nèi)。
[〇〇63] 上述實驗結(jié)果表明，利用本發(fā)明一實施例的微流動芯片及核酸萃取裝置時，可以 維持核酸萃取產(chǎn)物總量的情況下，其消耗時間遠小于現(xiàn)有技術(shù)的萃取方法。
【權(quán)利要求】
1. 一種從生物學(xué)樣本萃取核酸的裝置，包括 基板； 芯片支撐體，位于所述基板上部面，包括具有水平面的板狀的芯片收容部，通過芯片收 容部的水平面與核酸萃取用微流動芯片的下部面緊密接觸；及 加熱器，位于所述芯片收容部的水平面，對安裝在所述芯片收容部的所述核酸萃取用 微流動芯片的整個下部面中的一部分進行加熱。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中： 所述加熱器是接觸式板狀的加熱塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中： 在所述芯片支撐體的上部，還形成有具有水平面的芯片罩，所述水平面與安裝在所述 芯片收容部的所述核酸萃取用微流動芯片的上部面緊密接觸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中： 還包括流體控制模塊，該流體控制模塊對安裝在所述芯片收容部的所述核酸萃取用微 流動芯片所裝放的反應(yīng)溶液的流動進行控制。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中： 還包括與所述加熱器連接的加熱控制模塊，以用于對提供給安裝在所述芯片收容部的 所述核酸萃取用微流動芯片所裝放的反應(yīng)溶液的熱量進行控制。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中： 還包括核酸萃取用微流動芯片，該核酸萃取用微流動芯片構(gòu)成為具有上部水平面及下 部水平面的板狀，包括： 流入部； 加熱部，位于與所述流入部連接的第1通道區(qū)域，向通過所述流入部流入的生物學(xué)樣 品傳達從外部獲得的熱量； 第1過濾器，位于與所述加熱部連接的第2通道區(qū)域，能夠使相當(dāng)于核酸大小的物質(zhì)通 過； 核酸分離部，位于與所述第1過濾器連接的第3通道區(qū)域，具有能夠與所述核酸特異性 結(jié)合的核酸結(jié)合物質(zhì)； 第2過濾器，位于與所述核酸分離部連接的第4通道區(qū)域，能夠使相當(dāng)于所述核酸大小 的物質(zhì)通過；及 與所述第2過濾器連接的流出部。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中： 包括所述核酸萃取用微流動芯片的第1通道區(qū)域至第4通道區(qū)域的通道，具有能夠讓 流體流通的結(jié)構(gòu)，所述通道的幅度及深度分別形成在0. 001至1〇_范圍內(nèi)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中： 所述核酸萃取用微流動芯片的第1過濾器及第2過濾器具有0. 01至10_范圍的厚度， 且具有小孔，該小孔具有0. 1至0. 4微米范圍的直徑。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中： 所述核酸萃取用微流動芯片的第1過濾器及第2過濾器具有0. 01至0. 5_范圍的厚 度，且具有小孔，該小孔具有0. 2微米的直徑。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中： 所述核酸萃取用微流動芯片的核酸分離部形成有小珠，該小珠的表面粘有作為核酸結(jié) 合物質(zhì)的核酸結(jié)合功能基。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中： 所述核酸萃取用微流動芯片的粘有核酸結(jié)合功能基的小珠具有0. 001至20mm范圍內(nèi) 的直徑。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中： 所述核酸萃取用微流動芯片的核酸分離部包含1微克至200毫克范圍內(nèi)的粘有核酸結(jié) 合功能基的小珠。
13. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中： 所述核酸萃取用微流動芯片由塑料材質(zhì)構(gòu)成。
14. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中： 所述核酸萃取用微流動芯片包括：第1板；第2板，位于所述第1板上，形成有包括所述 第1通道區(qū)域至第4通道區(qū)域的通道；及第3板，位于所述第2板上，形成有所述流入部及 所述流出部。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中： 所述核酸萃取用微流動芯片的所述第1板及第3板包括選自聚二甲硅氧烷（PDMS)、環(huán) 烯烴共聚物（COC)、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)、聚碳酸酯（PC)、聚碳酸亞丙酯（PPC)、聚醚砜 (PES)、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET)、及其組合物的材質(zhì)， 所述核酸萃取用微流動芯片的第2板包括選自聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)、聚碳酸酯 (PC)、環(huán)烯烴共聚物（COC)、聚酰胺（PA)、聚乙烯（PE)、聚丙烯（PP)、聚苯醚（PPE)、聚苯乙 烯（PS)、聚甲醛（POM)、聚醚醚酮（PEEK)、聚四氟乙烯（PTFE)、聚氯乙烯（PVC)、聚偏二氟乙 烯（PVDF)、聚對苯二甲酸丁二酯（PBT)、氟化乙烯丙烯（FEP)、過氟烷氧基烷烴（PFA)、及其 組合物的熱塑性樹脂或熱硬化樹脂材質(zhì)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中： 所述核酸萃取用微流動芯片的第3板的流入部直徑范圍為0. 1至5. 0mm，所述核酸萃 取用微流動芯片的流出部直徑范圍為〇. 1至5. 0mm，所述核酸萃取用微流動芯片的第1板及 第3板厚度范圍為0. 01至20mm，所述核酸萃取用微流動芯片的第2板厚度范圍為30微米 至10毫米。
【文檔編號】C12M1/38GK104114687SQ201380008506
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月7日
【發(fā)明者】金成佑, 金德中, 李東勛, 金善真, 崔龍海, 柳皓善 申請人:納米生物系統(tǒng)株式會社