本發(fā)明涉及核酸檢測，更具體地涉及一種用于核酸純化和檢測的自動化微流控平臺。

背景技術(shù)：

1、核酸檢測技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和生物科學(xué)中具有重要性和深遠的意義，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：在疾病診斷方面，核酸檢測能夠在疾病早期階段檢測到病原體（如病毒、細菌），提高早期診斷率。并且由于核酸檢測原理的特異性，可以準確識別病原體，實現(xiàn)精準診斷，避免誤診；在疫情監(jiān)測與控制方面，核酸檢測技術(shù)在疫情爆發(fā)時能夠快速監(jiān)測病毒傳播情況，為公共衛(wèi)生決策提供數(shù)據(jù)支持。還可以通過檢測抗體和病毒的載量來評估疫苗在接種后的免疫反應(yīng)和效果；在個體化醫(yī)療方面，核酸檢測可以幫助識別患者的基因突變，從而制定個體化的治療方案，特別是在癌癥治療中。還可用于藥物反應(yīng)的預(yù)測，通過基因組分析，預(yù)測患者對特定藥物的反應(yīng)，提高治療效果，減少副作用；在基礎(chǔ)科學(xué)與新藥研發(fā)方面，核酸檢測技術(shù)為基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)等領(lǐng)域的研究提供了重要工具，推動了生命科學(xué)的發(fā)展。在藥物研發(fā)過程中，核酸檢測技術(shù)用于篩選和驗證候選藥物的靶點。隨著核酸檢測技術(shù)的發(fā)展和成熟，早期診斷和個體化治療可以減少疾病的并發(fā)癥和住院率，從而降低整體醫(yī)療成本。

2、分子診斷在核酸擴增檢測低濃度病原體方面效果顯著；因此，這項技術(shù)已被廣泛用于疾病篩查。一般情況下包含以下三個步驟，臨床樣本的核酸提取和純化，去除聚合酶鏈反應(yīng)（polymerase?chain?reaction,?pcr）抑制劑后，再進行pcr擴增。通過熒光檢測、比色反應(yīng)、電化學(xué)檢測等技術(shù)處理擴增完的核酸樣本。固相萃取（spe）是一種利用核酸在變性劑的作用下與二氧化硅表面結(jié)合的方法，已被廣泛用于純化核酸。傳統(tǒng)的spe方法需要技術(shù)人員反復(fù)離心和移液，將核酸結(jié)合到二氧化硅表面，并從該表面清洗和洗脫核酸。提取純化核酸后，在熱循環(huán)儀上進行pcr擴增，用于后續(xù)的疾病診斷或篩查。最后，將擴增后的樣本轉(zhuǎn)移至熒光顯微鏡、電化學(xué)工作站等大型設(shè)備，進行檢測結(jié)果的分析。雖然分子診斷可以檢測到低濃度的病原體，但由于需要笨重的設(shè)備和專業(yè)知識，它僅限于臨床實驗室。幾十年來，一些適合于即時檢測（poct）的分子診斷平臺已經(jīng)通過自動化和無人駕駛的機器實現(xiàn)，這些設(shè)備平臺可以進行近患者檢測。然而，這些形式的診斷不適合在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)嚴重疾病，如敗血癥或食源性疾病，這些疾病需要快速篩查以防止死亡或危急情況。poct的分子診斷技術(shù)的發(fā)展也是十分必要的。

3、為了實現(xiàn)現(xiàn)場分子診斷，應(yīng)該簡化樣品制備和pcr的程序，使操作不需要專家和笨重的設(shè)備。理想情況下，即使在無電源環(huán)境下，未經(jīng)訓(xùn)練的人員也可以完成所有分子診斷程序。多年來，一些用于擴增純化核酸的等溫方法，包括環(huán)介導(dǎo)的等溫擴增（lamp）和重組酶聚合酶擴增（rpa），已經(jīng)被報道簡化了傳統(tǒng)的pcr，而不需要熱循環(huán)器。通過在恒溫下進行核酸擴增，可以消除對復(fù)雜熱循環(huán)器的需要。為了制備核酸擴增的樣品，從原始樣品中分離目標病原體，并從病原體中提取核酸。一般來說，為了從原始樣品中分離目標病原體，其他雜質(zhì)通過過濾、離心或免疫磁珠去除。從細胞裂解后的病原體中提取核酸最常用的方法是采用固相法，固相法以自旋柱試劑盒為基礎(chǔ)。然后用乙醇洗滌，用蒸餾水洗脫。為了簡化或自動化上述樣品制備過程，許多微流控設(shè)備被集成在一起，導(dǎo)致單個設(shè)備功能繁雜。此外，一些利用自動樣品制備和等溫擴增技術(shù)進行分子診斷的完全集成的微流控系統(tǒng)已經(jīng)被報道。然而，由于微流體設(shè)備仍然需要離心機或注射泵來操作，因此在不需要外部設(shè)備的情況下實現(xiàn)現(xiàn)場分子診斷仍然具有挑戰(zhàn)性。

4、近年來，對分子診斷中的樣品制備工具進行了大量的研究；這些研究表明，不需要使用紙質(zhì)分析設(shè)備和表面張力輔助的非混相過濾（ifast）等外部設(shè)備。雖然核酸純化已被成功證明，但理想的“樣本-答案-輸出”分子診斷仍難以實現(xiàn)。整合其他功能，如從臨床樣品或下游分析中預(yù)先濃縮或分離病原體，是很困難的。

5、現(xiàn)在市面上用于核酸檢測的poct設(shè)備的構(gòu)造大部分可分為微流控芯片、核酸提取純化、擴增模塊、檢測模塊、控制系統(tǒng)、顯示界面這六部分。由于poct設(shè)備不使用大型儀器做到“樣本-結(jié)果”的一站式檢測平臺，這也就限制了其特異性和靈敏度，甚至有可能導(dǎo)致假陰性或者假陽性的結(jié)果；部分檢測設(shè)備雖然避免了使用pcr技術(shù)進行擴增，進一步縮小了poct設(shè)備的體積，但是等溫擴增試劑造價昂貴，引物設(shè)計復(fù)雜的缺點使得此類設(shè)備無法在資源有限的地區(qū)使用；現(xiàn)在大部分設(shè)備的數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析能力不足，無法提供全面的臨床信息。最突出的問題就是大部分poct設(shè)備的集成度不高，只是實現(xiàn)了核酸檢測過程中的某一部分，并沒有實現(xiàn)真正意義上的全流程自動化的核酸檢測過程。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種用于核酸純化和檢測的自動化微流控平臺，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中poct設(shè)備存在的試劑造價昂貴、引物設(shè)計復(fù)雜、設(shè)備集成度不高等問題。

2、為了解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：本發(fā)明提供一種用于核酸純化和檢測的自動化微流控平臺，包括：平臺框架；依次固定于所述平臺框架上的步進電機、陣列磁鐵、溫控模塊；微流控芯片，其包括：核酸提取純化腔室、pcr擴增和熒光檢測腔室；與所述步進電機驅(qū)動連接的熒光檢測模塊，其包括：多通路集成pd檢測模組以及用于固定微流控芯片的芯片卡槽，所述多通路集成pd檢測模組在所述芯片卡槽的正上方與其保持間隔并對準，將pd檢測模組的探頭安裝至每個通路光學(xué)檢測腔室的正上方；以及中央控制器和上位機；其中，在所述步進電機的驅(qū)動下，所述熒光檢測模塊帶動所述微流控芯片沿著絲杠移動到所述陣列磁鐵上方，隨著所述微流控芯片的移動，所述陣列磁鐵控制所述微流控芯片內(nèi)磁珠的移動，依次完成核酸富集、洗滌、洗脫步驟；隨后，所述微流控芯片繼續(xù)移動使所述微流控芯片移動到所述溫控模塊正上方并與帕爾貼緊貼，完成核酸擴增步驟；通過帕爾貼的溫度控制使微流控芯片迅速恢復(fù)至室溫，在所述中央控制器的控制下，多通路集成pd檢測模組開始工作，發(fā)射激發(fā)光，對擴增完的核酸進行激發(fā)，由多通路pd?檢測模組檢測發(fā)射光發(fā)射出的光信號，并將光信號轉(zhuǎn)換成電信號進行放大、輸出傳輸?shù)街醒肟刂破鬟M行分析，最終由上位機輸出檢測結(jié)果。

3、優(yōu)選地，所述熒光檢測模塊還包括一個可打開的l形門體，所述l形門體與所述模塊主體之間通過合頁安裝固定，用于封閉所述pd模組與所述芯片卡槽之間的空間以便于進行熒光檢測。

4、優(yōu)選地，所述l形門體為磁吸門，所述l形門體與所述模塊主體之間通過磁力實現(xiàn)開門和關(guān)門。

5、優(yōu)選地，所述陣列磁鐵包括陣列式排布的若干磁鐵，所述陣列磁鐵緊貼所述微流控芯片控制磁珠的移動，所述磁鐵沿著所述微流控芯片的移動方向的側(cè)邊緣具有第一倒角，用來保證所述微流控芯片緊貼所述磁鐵并順滑地移動到指定位置。

6、優(yōu)選地，所述溫控模塊包括純銅散熱片以及固定于所述純銅散熱片上方的帕爾貼，所述帕爾貼為所述微流控芯片提供擴增所需要的溫度。

7、優(yōu)選地，所述芯片卡槽的四角設(shè)有彈簧壓片，以保證所述微流控芯片在核酸提取純化過程以及加熱過程中始終緊貼所述帕爾貼。

8、優(yōu)選地，所述帕爾貼沿著所述微流控芯片的移動方向的側(cè)邊緣具有第二倒角，用來保證所述微流控芯片緊貼所述帕爾貼并順滑地移動到指定位置。

9、優(yōu)選地，所述純銅散熱片的工作面尺寸大于所述帕爾貼的工作面尺寸，以實現(xiàn)更好的散熱效果。

10、優(yōu)選地，所述微流控芯片采用十通道設(shè)計，可同時檢測十個核酸樣本。

11、優(yōu)選地，所述多通路集成pd檢測模組的十個探頭安裝在微流控芯片上十個光學(xué)檢測腔室的正上方，用于對腔室內(nèi)的核酸進行激發(fā)和發(fā)射光的信號采集。

12、優(yōu)選地，所述溫控模塊還包括布置于所述純銅散熱片后方的散熱風(fēng)扇。

13、根據(jù)本發(fā)明，多通路集成pd檢測模組中集成了多通路激發(fā)光發(fā)射裝置，發(fā)射光檢測裝置把檢測到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號并經(jīng)過放大電路將電信號放大后傳輸給中央控制器，中央控制器通過對傳回的電信號運算處理即可知道熒光檢測結(jié)果，通過上位機進行結(jié)果輸出。

14、眾所周知，現(xiàn)有技術(shù)主要聚焦于全流程微流控芯片的設(shè)計與研發(fā)，而針對硬件設(shè)備設(shè)計的全流程核酸檢測裝置則相對較少。尤其是，帶有片上制樣功能（即核酸提取純化步驟）的全流程裝置更是罕見。然而，本發(fā)明通過步進電機控制微流控芯片的移動，將全流程核酸檢測設(shè)備與全流程微流控芯片相結(jié)合，成功構(gòu)建了一個體積小、功能全的核酸檢測平臺。本發(fā)明還采用磁珠法進行核酸的提取與純化，實現(xiàn)了更高的dna結(jié)合效率，結(jié)合多通道設(shè)計的微流控芯片，能同時處理多個不同核酸樣本的檢測。此外，本發(fā)明還分別在磁鐵和帕爾貼的側(cè)邊緣增加倒角設(shè)計，使微流控芯片能夠更流暢、準確地沿著磁鐵和帕爾貼移動到指定位置。此外，在芯片卡槽的四角配備了彈簧壓片，確保微流控芯片在加熱過程中始終與帕爾貼緊密貼合，從而顯著提高了加熱效率。

15、根據(jù)本發(fā)明提供的一種用于核酸純化和檢測的自動化微流控平臺，相對現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：

16、1）根據(jù)本發(fā)明，在步進電機的驅(qū)動下，通過熒光檢測模塊帶動微流控芯片沿著絲杠移動到陣列磁鐵上方，隨著微流控芯片的移動，陣列磁鐵控制微流控芯片內(nèi)磁珠的移動，依次完成核酸富集、洗滌、洗脫步驟；隨后，微流控芯片繼續(xù)移動到溫控模塊正上方，完成核酸擴增步驟；在整個過程中，微流控芯片移動，陣列磁鐵和溫控模塊均不移動?，F(xiàn)有技術(shù)普遍采用移動磁鐵的方式來操控微流控芯片內(nèi)部的磁珠。然而，若采用此方法移動磁鐵，后續(xù)的核酸擴增步驟則必須依賴額外的電機驅(qū)動溫控裝置，使其精確移動到微流控芯片的正下方，同時，還需在豎直方向上配置電機，以確保微流控芯片能夠緊密貼合于溫控裝置之上，從而順利進行核酸擴增。相比之下，本發(fā)明更改為移動微流控芯片，則在核酸提取純化步驟完成后，芯片可直接移動至溫控裝置的正上方，整個微流控平臺使用了更少的操作裝置，實現(xiàn)了更好的效果；

17、2）根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種設(shè)計巧妙的熒光檢測模塊，將多通路集成pd檢測模組、微流控芯片組合到一起，同時設(shè)計方便開關(guān)的l形門體，在步進電機的驅(qū)動下，該熒光檢測模塊帶動微流控芯片一起移動，自動完成核酸的富集、洗滌、洗脫、擴增以及熒光檢測；

18、3）本微流控芯片無需像現(xiàn)有技術(shù)其他微流控芯片一樣使用蠕動泵生成液滴并作為液滴驅(qū)動的動力，在預(yù)裝試劑的時候，由于微流控芯片內(nèi)腔室流道內(nèi)均充滿礦物油，試劑會在腔室內(nèi)自動生成液滴，整個過程中，液滴不隨實驗過程運動，僅有磁珠帶著核酸分子在腔室內(nèi)移動，減少了試劑污染的可能；

19、4）多樣本檢測，微流控芯片的設(shè)計采用多通道，可以同時檢測多個核酸樣本；根據(jù)優(yōu)選實施例的微流控芯片設(shè)計了十個通道，相應(yīng)地自動化平臺的核酸提取純化模塊的磁鐵和熒光檢測的多通路集成pd模組均對應(yīng)地設(shè)計了十組，極大程度上提高了檢測效率，降低了檢測成本；

20、5）對磁鐵和帕爾貼進行倒角設(shè)計，進一步保證了微流控芯片的順滑移動，同時在芯片卡槽的四角配備彈簧壓片，使得微流控芯片可以和大功率帕爾貼緊密結(jié)合，從而使得微流控芯片內(nèi)升降溫速率可達到15℃/s；

21、6）體積小巧，由于整個驅(qū)動裝置僅由一臺步進電機構(gòu)成，相比于其他帶有各種泵的設(shè)備平臺體積更為小巧便捷，便于攜帶和戶外使用；

22、7）本發(fā)明實現(xiàn)了自動化的全流程核酸檢測，只需將注入樣本的微流控芯片放入芯片卡槽內(nèi)，在上位機點擊start按鈕，設(shè)備就會自動進行一系列的核酸檢測流程，整個擴增過程實現(xiàn)了自動化，不需要實驗人員進行任何操作。

23、綜上所述，本發(fā)明提供了一種可自動進行一系列核酸提取、純化、擴增、檢測流程的自動化微流控平臺，同時還具有體積小巧、便于攜帶、可同時檢測多個核酸樣本的優(yōu)點，特別適用于在資源有限的地區(qū)使用，因此在核酸即時檢測領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。