本發(fā)明涉及生命醫(yī)學(xué)檢測(cè)、診斷技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于AOM膜(氧化鋁膜)的核酸快速提取及對(duì)流CPCR(Convective PCR,CPCR)擴(kuò)增于一體的基于微流控芯片的高通量核酸分析裝置。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的核酸提取方法往往涉及到諸多手工步驟，導(dǎo)致核酸提取效率較低，不利于實(shí)現(xiàn)核酸診斷的自動(dòng)化?；谖⒘骺匦酒暮怂崽崛∮捎谧詣?dòng)化程度高、核酸提取效率高、出錯(cuò)概率小，操作簡單，正日益受到世界各國的關(guān)注。傳統(tǒng)的PCR擴(kuò)增方法往往需要對(duì)反應(yīng)樣品進(jìn)行持續(xù)性的、周期性的升降溫控制，由于各步反應(yīng)之間的過渡過程時(shí)間較長，因此，PCR擴(kuò)增所需的總時(shí)間往往較長。基于熱對(duì)流原理的對(duì)流PCR技術(shù)通過反應(yīng)試劑的熱對(duì)流過程來實(shí)現(xiàn)高效的等效溫度循環(huán)，因此，其所需的擴(kuò)增反應(yīng)時(shí)間顯著少于傳統(tǒng)PCR擴(kuò)增反應(yīng)。

將基于微流控芯片的核酸自動(dòng)提取方法，如基于AOM膜的核酸提取方法，與微流控芯片背景下的對(duì)流PCR技術(shù)相互結(jié)合，構(gòu)建一體化的高通量核酸自動(dòng)提取及快速擴(kuò)增方法，能夠顯著降低核酸提取與擴(kuò)增一體化系統(tǒng)的復(fù)雜度，提高核酸提取與擴(kuò)增的效率，為實(shí)現(xiàn)方便快捷、操作簡單的一體化高通量核酸診斷分析打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供了一種集基于AOM膜的核酸快速提取及對(duì)流CPCR擴(kuò)增檢測(cè)一體的高通量核酸分析裝置，該裝置能夠同時(shí)完成多個(gè)、多種核酸提取和CPCR擴(kuò)增反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)核酸提取、擴(kuò)增和檢測(cè)的一體化操作，實(shí)現(xiàn)高通量核酸分析。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種基于微流控芯片的高通量核酸分析裝置，該裝置集基于AOM膜的核酸快速提取及對(duì)流CPCR擴(kuò)增檢測(cè)一體的高通量核酸分析裝置，該裝置包括微流控芯片、加熱單元、提取單元、檢測(cè)單元。

微流控芯片包括反應(yīng)腔2、AOM膜3、膜固定件4。AOM膜3固定在膜固定件4中，膜固定件4實(shí)現(xiàn)對(duì)AOM膜3的支撐和固定，膜固定件4緊密配合在反應(yīng)腔2底部。反應(yīng)腔2是核酸提取的通道和核酸擴(kuò)增的場(chǎng)所。

加熱單元包括：上加熱套環(huán)5、上外加熱器6、上中心加熱器7、測(cè)溫元件8、下加熱套環(huán)9、下外加熱器10、下中心加熱器11。反應(yīng)腔2固定在上加熱套環(huán)5和下加熱套環(huán)9中間，上外加熱器6緊貼在上加熱套環(huán)5的四周，上中心加熱器7固定在上加熱套環(huán)5的中間，下外加熱器10緊貼在下加熱套環(huán)9的四周，下中心加熱器11固定在下加熱套環(huán)9的中間。上外加熱器6、上中心加熱器7、下外加熱器10、下中心加熱器11用于加熱，測(cè)溫元件8分別埋入上加熱套環(huán)5和下加熱套環(huán)9中，實(shí)現(xiàn)上下兩層溫度的檢測(cè)。

提取單元包括：光耦開關(guān)12、開關(guān)固定件13、旋轉(zhuǎn)電機(jī)14、電機(jī)固定件15、旋轉(zhuǎn)盤16、抽吸轉(zhuǎn)接件17、廢液腔18、吸水紙19、抽吸器20、抽吸器固定件21。旋轉(zhuǎn)電機(jī)14通過電機(jī)固定件15安裝在底板1上，光耦開關(guān)12通過開關(guān)固定件13固定在電機(jī)固定件15上，實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)盤16的準(zhǔn)確定位，抽吸轉(zhuǎn)接件17固定在旋轉(zhuǎn)盤16上，通過旋轉(zhuǎn)盤16的轉(zhuǎn)動(dòng)，分別實(shí)現(xiàn)多個(gè)反應(yīng)腔2中廢液的吸收。旋轉(zhuǎn)盤16固定在旋轉(zhuǎn)電機(jī)14的旋轉(zhuǎn)軸上。抽吸器20通過抽吸器固定件21固定在底板1上，在廢液腔18中固定吸水紙19，通過抽吸器20，利用抽吸器轉(zhuǎn)接件17將反應(yīng)腔2核酸提取過程中產(chǎn)生的廢液轉(zhuǎn)移到廢液腔18中。

檢測(cè)單元包括：CCD照相機(jī)22、攝像頭23、接收濾光片24、LED燈25、LED固定件26、激發(fā)濾光片27、LED環(huán)28。接收濾光片24位于CCD照相機(jī)22和攝像頭23之間，接收濾光片24實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)熒光的過濾，LED燈25通過LED固定件26固定在LED環(huán)28上，激發(fā)濾光片27位于LED燈25前部，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈激發(fā)光的過濾，LED環(huán)28與下加熱套環(huán)9同軸心，每個(gè)LED燈25與反應(yīng)腔2垂直，從而為CPCR擴(kuò)增過程提供激發(fā)光。

AOM膜3位于微流控芯片反應(yīng)腔2底部，AOM膜3作為一種固相核酸捕獲載體，既能夠捕獲、純化核酸，又能夠直接參與CPCR反應(yīng)，提供CPCR擴(kuò)增模板，實(shí)現(xiàn)核酸提取與CPCR擴(kuò)增的一體化。

在AOM膜3緊密固定在膜固定件4中，膜固定件4緊密裝入反應(yīng)腔2底部，使得AOM膜3被固定在反應(yīng)腔2底部，并充分接觸。

裂解后的檢測(cè)樣品或者核酸純化試劑在負(fù)壓作用下，依次通過反應(yīng)腔2的毛細(xì)管微通道及AOM膜3，其中，裂解樣品中的核酸模板被AOM膜3表面捕獲，而核酸純化試劑則通過AOM膜3。

通過抽吸器20帶動(dòng)抽吸轉(zhuǎn)接件17，使得反應(yīng)腔2內(nèi)氣壓小于大氣壓，反應(yīng)腔2中的廢液在負(fù)壓的作用下，被廢液腔18中的吸水紙19吸收，實(shí)現(xiàn)廢液從反應(yīng)腔2到廢液腔18的轉(zhuǎn)移，控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)14，依次完成多個(gè)反應(yīng)腔2中廢液的轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)核酸的高通量提取。

CPCR擴(kuò)增試劑在負(fù)壓作用下，逐漸進(jìn)入并充滿反應(yīng)腔2的毛細(xì)管微通道，且CPCR反應(yīng)試劑與AOM膜3相互接觸，在反應(yīng)腔2毛細(xì)管微通道中完成CPCR擴(kuò)增反應(yīng)。

裂解后的檢測(cè)樣品或純化試劑進(jìn)樣，均通過抽吸器20的持續(xù)性抽吸，通過抽吸轉(zhuǎn)接件17，獲取負(fù)壓來實(shí)現(xiàn)的。

核酸提取結(jié)束后，停止抽吸器20，利用膠帶封住反應(yīng)腔2底部的小孔，實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)腔2的封閉，擴(kuò)增試劑停留在反應(yīng)腔2。

由多個(gè)LED燈25分別激發(fā)多個(gè)反應(yīng)孔位中試劑的熒光染料，再通過CCD照相機(jī)22經(jīng)由接收濾光片24對(duì)多個(gè)反應(yīng)孔位的熒光信號(hào)進(jìn)行同時(shí)檢測(cè)，由此實(shí)現(xiàn)了高通量核酸檢測(cè)。

在微流控芯片反應(yīng)腔2的上下端分別設(shè)置上加熱套環(huán)5和下加熱套環(huán)9，通過上下兩端加熱實(shí)現(xiàn)CPCR擴(kuò)增，也可以僅設(shè)置下加熱套環(huán)9，采用單加熱源加熱來實(shí)現(xiàn)CPCR擴(kuò)增。

測(cè)溫元件8是熱電阻或熱電偶；上外加熱器6、上中心加熱器7、下外加熱器10和下中心加熱器11采用加熱電阻膜。

控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)14在光耦開關(guān)12下初始化，每次旋轉(zhuǎn)電機(jī)14順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)某個(gè)設(shè)定角度，帶動(dòng)抽吸轉(zhuǎn)接件17依次配對(duì)每個(gè)反應(yīng)腔2，利用抽吸器20，切換負(fù)壓系統(tǒng)，對(duì)各個(gè)反應(yīng)孔位實(shí)施逐個(gè)核酸提取操作，由此實(shí)現(xiàn)高通量核酸提取的。

抽吸器20是注射器或是真空泵。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果。

1、本發(fā)明以一種基于AOM膜3的核酸快速提取及CPCR擴(kuò)增芯片，將核酸提取與核酸擴(kuò)增過程一個(gè)芯片中完成，實(shí)現(xiàn)核酸提取與擴(kuò)增的一體化操作，降低系統(tǒng)復(fù)雜度，節(jié)約成本。

2、本發(fā)明利用AOM膜3進(jìn)行核酸提取，可以提高核酸提取效率和質(zhì)量，為后續(xù)的CPCR擴(kuò)增提供了基礎(chǔ)。

3、本發(fā)明具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、操作簡單、自動(dòng)化程度高、核酸提取效率高，一體化等優(yōu)點(diǎn)，既可以與現(xiàn)有方法相結(jié)合，也能夠與反應(yīng)及檢測(cè)裝置一起，構(gòu)成一體化的微流控檢測(cè)系統(tǒng)。

附圖說明

圖1為一種基于微流控芯片的高通量核酸分析裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為一種基于微流控芯片的高通量核酸分析裝置中AOM膜和反應(yīng)腔配合結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為一種基于微流控芯片的高通量核酸分析裝置中加熱模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為一種基于微流控芯片的高通量核酸分析裝置中旋轉(zhuǎn)模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為一種基于微流控芯片的高通量核酸分析裝置中廢液存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為一種基于微流控芯片的高通量核酸分析裝置中檢測(cè)單元攝像模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為一種基于微流控芯片的高通量核酸分析裝置中檢測(cè)單元激發(fā)模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8.1為一種基于微流控芯片的高通量核酸分析裝置中雙加熱源結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8.2為一種基于微流控芯片的高通量核酸分析裝置中單加熱源結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1、底板 2、反應(yīng)腔 3、AOM膜

4、膜固定件 5、上加熱套環(huán) 6、上外加熱器

7、上中心加熱器 8、測(cè)溫元件 9、下加熱套環(huán)

10、下外加熱器 11、下中心加熱器 12、光耦開關(guān)

13、開關(guān)固定件 14、旋轉(zhuǎn)電機(jī) 15、電機(jī)固定件

16、旋轉(zhuǎn)盤 17、抽吸轉(zhuǎn)接件 18、廢液腔

19、吸水紙 20、抽吸器 21、抽吸器固定件

22、CCD照相機(jī) 23、攝像頭 24、接收濾光片

25、LED燈 26、LED固定件 27、激發(fā)濾光片

28、LED固定環(huán)

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明中圖1至圖8.2，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。以下對(duì)一個(gè)示例性實(shí)施例的描述實(shí)際上僅僅是說明性的，決不作為對(duì)本發(fā)明及其應(yīng)用或使用的任何限制?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

除非另外具體說明，否則在這些實(shí)施例中闡述的部件和步驟的相對(duì)布置、數(shù)字表達(dá)式和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。

同時(shí)，應(yīng)當(dāng)明白，為了便于描述，附圖中所示出的各個(gè)部分的尺寸并不是按照實(shí)際的比例關(guān)系繪制的。

對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適當(dāng)情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為授權(quán)說明書的一部分。

在這里示出和討論的所有示例中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實(shí)施例的其它示例可以具有不同的值。

如圖8.1所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例操作過程為利用光耦開關(guān)10完成對(duì)旋轉(zhuǎn)盤14的初始化，通過移液槍或自動(dòng)加樣針將樣本溶液加入反應(yīng)腔2中，抽動(dòng)抽吸器18，使樣本溶液透過AOM膜3，進(jìn)入抽吸轉(zhuǎn)接件15中，并被轉(zhuǎn)移到廢液腔16中，被吸水紙17吸收，樣本溶液中的核酸被吸附在AOM膜3表面。同樣方式將洗滌液注入反應(yīng)腔2中，抽動(dòng)抽吸器18，使洗滌液透過AOM膜3，完成洗滌操作，控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)12，帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤14，每次轉(zhuǎn)動(dòng)某個(gè)設(shè)定角度，重復(fù)上述操作，從而完成多個(gè)反應(yīng)腔2中樣本溶液和洗滌液的轉(zhuǎn)移，由此完成核酸的高通量快速提取；然后，將擴(kuò)增試劑注入反應(yīng)腔2中。啟動(dòng)加熱單元，采用上下層雙熱源加熱方式，設(shè)置上加熱套環(huán)5溫度為55℃，下加熱套環(huán)9溫度為95℃，完成CPCR擴(kuò)增，由此實(shí)現(xiàn)了核酸提取與核酸擴(kuò)增一體化的操作過程。在CPCR擴(kuò)增過程中實(shí)時(shí)點(diǎn)亮LED燈25，CCD照相機(jī)22每個(gè)30秒對(duì)多個(gè)反應(yīng)腔2進(jìn)行拍照，進(jìn)行圖像處理，分析擴(kuò)增效果，實(shí)現(xiàn)CPCR擴(kuò)增實(shí)時(shí)圖像檢測(cè)；或者在CPCR擴(kuò)增反應(yīng)之前利用CCD照相機(jī)22對(duì)多個(gè)反應(yīng)腔2進(jìn)行拍攝圖片，擴(kuò)增完成之后，點(diǎn)亮LED燈25，利用CCD照相機(jī)22拍攝圖片，進(jìn)行圖像處理，分析擴(kuò)增效果，實(shí)現(xiàn)CPCR擴(kuò)增高通量終點(diǎn)圖像檢測(cè)。

如圖8.2所示，本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例：反應(yīng)腔2的底部設(shè)置下加熱套環(huán)9，以相同方式完成核酸提取過程后，將擴(kuò)增試劑注入反應(yīng)腔2中。啟動(dòng)加熱單元，采用下層單熱源加熱方式，設(shè)置下加熱套環(huán)9溫度為95℃，完成CPCR擴(kuò)增，由此實(shí)現(xiàn)了核酸提取與核酸擴(kuò)增一體化的操作過程。以相同的方式，利用LED燈25為CPCR擴(kuò)增反應(yīng)提供激發(fā)光，利用CCD照相機(jī)22對(duì)多個(gè)反應(yīng)腔2進(jìn)行拍照，進(jìn)行圖像處理，分析擴(kuò)增效果，實(shí)現(xiàn)CPCR擴(kuò)增高通量實(shí)時(shí)圖像檢測(cè)或者高通量終點(diǎn)圖像檢測(cè)。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例的全部或部分步驟可以通過硬件來完成，也可以通過程序來指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲(chǔ)于一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中，上述提到的存儲(chǔ)介質(zhì)可以是只讀存儲(chǔ)器，磁盤或光盤等。

本發(fā)明的描述是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發(fā)明限于所公開的形式。很多修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯然的。選擇和描述實(shí)施例是為了更好說明本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明從而設(shè)計(jì)適于特定用途的帶有各種修改的各種實(shí)施例。