一种基于纸基的DNA电固相萃取方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于纸基的DNA电固相萃取方法与装置，所述装置包括纸基核酸电固相萃取芯片、升压控制模块；纸基核酸电固相萃取芯片的上层基片设有两个储液池，一个流体通道，两储液池通过流体通道相连接；萃取芯片下层基片上表面设有至少包含三个电极的多电极结构，所述多电极结构包含的至少三个电极为位于低电势储液池下方的第一电极、位于高电势储液池下方的第二电极，和位于流体通道的下方的第三电极，本发明专利技术利用纸基芯片的优良特性，结合可变电场的多模式调控方法，研制成本低廉、体积微小、萃取效率高的纸基核酸电固相萃取装置与方法。本发明专利技术对实现基于纸基的核酸微全分析系统，实现核酸分析装置的小型化具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于纸基的DNA电固相萃取方法与装置
本专利技术属于生物分析领域，特别是涉及一种基于纸基的核酸固相萃取方法与装置。
技术介绍
基因检测与疾病密切相关。除外伤、过度饥饿外，几乎所有的疾病都可以通过基因检测测出风险，并可进行疾病的风险预警，针对性进行干预，从而有针对性地主动改善自己的生活环境和生活习惯，预防和避免重大疾病的发生。因此基因检测已经成为影响人类健康的全球性重点研究领域，而在基因检测实际分析中作为第一步的核酸萃取则至关重要，该过程的完成质量直接决定了后续过程分析中扩增与分离检测的成功与否。传统的核酸固相萃取方法主要采用与管柱内的固定相进行吸附解吸来完成，该方法制作工艺难度大，成本高，反应时间长，很难与微流控分析技术相结合。而自2007年，Whitesides首次提出“纸基微流控分析装置”(microfluidicpaper-basedanalyticaldevices,PADs)的概念之后，纸基以其疏松多空、稳定性好、制作方便、成本低廉、体积小、生物兼容性好、功能性强、后处理简单等优点越来越引起微流控研究领域的重视。而纸基同样也是核酸微流控分析中的良好载体。CN201210193723.9公开了一种基于滤纸的生物大分子提取装置，整个装置需要附加体积较大的驱动设备，并且可控性低，便携性和现场实用性上较差，其富集原理的驱动方式采用的是载样液体流动，遇纸基进行过滤浓缩，因此需要外加流体注射泵，并且由于微流控芯片内流体流型的原因，驱动微泵装置控制能力的滞后性，导致流体内样本可控性不高。本专利技术利用纸基芯片的优良特性，结合可变电场的多模式调控方法，研制成本低廉、体积微小、萃取效率高的纸基核酸电固相萃取装置与方法。本专利技术对实现基于纸基的核酸微全分析系统，实现核酸分析装置的小型化具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于纸基的DNA电固相萃取方法与装置。一种基于纸基的DNA电固相萃取装置包括纸基核酸电固相萃取芯片、升压控制模块，所述的纸基核酸电固相萃取芯片主要由上层基片、下层基片以及夹持在所述上层基片流体通道内的纸基组成，所述上层基片、下层基片采用上下层键合式结构；上层基片设有两个储液池，一个流体通道，两储液池通过流体通道相连接；萃取芯片下层基片上表面设有至少包含三个电极的多电极结构，所述多电极结构包含的至少三个电极为位于低电势储液池下方的第一电极、位于高电势储液池下方的第二电极，和位于纸基下方的第三电极；所述的升压控制模块与萃取芯片下层基片上表面的电极相连。所述的储液池与流体通道为微流体管道尺寸为毫米级别，流体通道内的纸基为多孔纤维材料，其形状与大小应与流体通道相适配，流体通道内纸基需要通过化学修饰形成功能化区域。所述功能化区域的化学修饰方法为：在流体通道内选择一处靠近低电势储液池的区域作为特定区域，在特定区域滴加离子选择性试剂，烘干，形成功能化区域；所述的功能化区域的长度为流体通道长度的1/10；所述的功能化区域位于纸基上、第三电极的上方。所述的上层基片和下层基片选材为涤纶树脂、丙烯酸类树酯或有机硅胶。所述的多电极结构为采用丝网印刷、溅射剥离、喷墨打印纳米导电材料在下层基片上加工形成。所述的纸基核酸电固相萃取装置还包括移动终端，所述的移动终端与升压控制模块均设有无线通信模块，并通过所述的无线通信模块进行通信。所述的升压控制模块包括电源、升压模块和单片机，提供电压输出。本专利技术还公开了一种所述装置的纸基核酸电固相萃取方法，所述的方法是指利用本专利技术装置进行多电极结构的电压的调控，通过变化的电压产生变化的电场，从而驱动核酸的富集与脱附，完成复杂体系下核酸萃取过程，包括如下步骤：1)选择所述功能化区域和高电势储液池之间的流体通道作为进样区域；在所述进样区域滴加进样样品；2)设置升压控制模块，在第一电极与第二电极之间施加10-50V电压，第二电极电势高于第一电极，使得装置进入预导通模式，持续1-2min；3)设置升压控制模块，将第一电极与第二电极之间电压提高至150-300V，第二电极电势高于第一电极，3-5min后进行程序式变压，降低第一电极与第二电极之间电压至100-120V，5min后完成核酸富集过程；4)设置升压控制模块,在第三电极与第二电极之间施加50-60V电压，第二电极电势高于第三电极，驱动核酸富集后的核酸导入其中一个储液池或下一级反应芯片，最终完成电固相萃取过程。所述的流体通道下方还设置有用于形成电场梯度的若干电极，所述的电极与升压控制模块相连。与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果是：(1)整体装置小，使用简单，成本低，原因：采用电驱动无需外加微型泵，而电压装置硬件相比注射泵体积小很多，可以做到随时随地现场分析，并且分析芯片采用纸基微流控芯片，纸基成本低廉，芯片可以量产。(2)萃取速度快，原因：因为本专利技术的方法采用电驱动，并且修饰了离子选择性试剂，会引起电场叠加，从而提高萃取速度。(3)对于智能终端有良好的适配性，原因：通过蓝牙与智能终端进行通讯，接受分析萃取指令，升压模块进行相关电压的程序化调控。从而可控性高，模式灵活，可变化多种萃取驱动方式。附图说明图1为本专利技术实施例中基于纸基的DNA电固相萃取装置中纸基核酸电固相萃取芯片的结构示意图；图2为图1中的A-A’截面剖视图；图3为实施例中基于纸基的DNA电固相萃取装置中纸基核酸电固相萃取芯片的分解示意图；图4为基于纸基的DNA电固相萃取方法示意图；图5为升压装置硬件结构示意图；图6为本专利技术实施例的PCR结果图。其中A为实施例1，B为实施例2。具体实施方式以下实施例便于跟好的理解本专利技术，但并不限定本专利技术。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中的实验材料，如无特殊说明，均为常规生化试剂。以下两个实施例以三电极体系为例：如图1-3所示一种基于纸基的DNA电固相萃取装置包括纸基核酸电固相萃取芯片、升压控制模块，所述的纸基核酸电固相萃取芯片主要由上层基片1、下层基片2以及夹持在所述上层基片流体通道5内的纸基3组成，所述上层基片1、下层基片2采用上下层键合式结构；上层基片设有两个储液池，一个流体通道，两储液池通过流体通道相连接；萃取芯片下层基片上表面设有至少包含三个电极的多电极结构，所述多电极结构包含的至少三个电极为位于低电势储液池4下方的第一电极10、位于高电势储液池6下方的第二电极8，和位于纸基3的下方的第三电极9；所述的升压控制模块与萃取芯片下层基片上表面的电极相连。所述的储液池与流体通道为微流体管道尺寸为毫米级别，流体通道内的纸基为多孔纤维材料，其形状与大小应与流体通道相适配，流体通道内纸基需要通过化学修饰形成功能化区域7。所述功能化区域7的化学修饰方法为：在流体通道内选择一处靠近低电势储液池4的区域作为特定区域，在特定区域滴加离子选择性试剂，烘干，形成功能化区域7；所述的功能化区域的长度为流体通道长度的1/10；所述的功能化区域7修饰于纸基3上、第三电极9的上方。储液池为圆形直径为7毫米；所述流体通道为微流体管道宽度均为2毫米，深度均为1毫米。上层基片可以选用PET材料，下层基片可以选PMMA材料，并在上面制备三电极体系，基片采用微流控芯片加工技术加工。上下层基片的键合方式通过粘合剂粘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于纸基的DNA电固相萃取装置，其特征在于:包括纸基核酸电固相萃取芯片、升压控制模块，所述的纸基核酸电固相萃取芯片主要由上层基片、下层基片以及夹持在所述上层基片流体通道内的纸基组成，所述上层基片、下层基片采用上下层键合式结构；上层基片设有两个储液池，一个流体通道，两储液池通过流体通道相连接；萃取芯片下层基片上表面设有至少包含三个电极的多电极结构，所述多电极结构包含的至少三个电极为位于低电势储液池下方的第一电极、位于高电势储液池下方的第二电极，和位于纸基下方的第三电极；所述的升压控制模块与萃取芯片下层基片上表面的电极相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于纸基的DNA电固相萃取装置，其特征在于:包括纸基核酸电固相萃取芯片、升压控制模块，所述的纸基核酸电固相萃取芯片主要由上层基片、下层基片以及夹持在所述上层基片流体通道内的纸基组成，所述上层基片、下层基片采用上下层键合式结构；上层基片设有两个储液池，一个流体通道，两储液池通过流体通道相连接；萃取芯片下层基片上表面设有至少包含三个电极的多电极结构，所述多电极结构包含的至少三个电极为位于低电势储液池下方的第一电极、位于高电势储液池下方的第二电极，和位于纸基下方的第三电极；所述的升压控制模块与萃取芯片下层基片上表面的电极相连。2.如权利要求书1所述的基于纸基的DNA电固相萃取装置，其特征在于:所述的储液池与流体通道为微流体管道尺寸为毫米级别，流体通道内的纸基为多孔纤维材料，其形状与大小应与流体通道相适配，流体通道内纸基需要通过化学修饰形成功能化区域。3.如权利要求书2所述的基于纸基的DNA电固相萃取装置，其特征在于：所述功能化区域的化学修饰方法为：在流体通道内选择一处靠近低电势储液池的区域作为特定区域，在特定区域滴加离子选择性试剂，烘干，形成功能化区域；所述的功能化区域的长度为流体通道长度的1/10；所述的功能化区域位于纸基上、第三电极的上方。4.如权利要求书1所述的基于纸基的DNA电固相萃取装置，其特征在于:所述的上层基片和下层基片选材为涤纶树脂、丙烯酸类树酯或有机硅胶。5.如权利要求书5所述的基于纸基...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建光，梁斯佳，龚晨，于东冬，袁振，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33