核酸提取、扩增及检测集成装置及其制造方法和检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种核酸提取、扩增及检测集成装置及其制造方法和检测方法，包括3D打印技术打印的光固化树脂上盖和基座；上盖包括进样孔、控制按钮、U型夹固定孔和试纸结果观察窗；基座上集成模块包括纸基核酸提取模块，等温扩增模块和侧流试纸检测模块。其中纸基核酸提取模块包括储液槽、裂解通道和清洗通道、核酸吸附纸和吸水垫；等温扩增模块包括加热片、U型夹、纽扣电池和PMMA塑料板。试纸检测模块包括试纸条和层析液储存槽。最后，将上盖扣压在基座上装置组装完成。本发明专利技术所述的纸基核酸提取、扩增及检测集成装置无需外接设备和专业技术人员，具有成本低廉、操作简单、快速、易于携带等优点，适用于分子诊断领域，尤其是在资源匮乏的偏远地区。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种核酸提取、扩增及检测集成装置及其制造方法和检测方法。
技术介绍
核酸作为一种分子标志物已被广泛的用于疾病诊断，食品安全检测和环境监测领域。基于核酸的诊断一般包括核酸的提取、扩增和检测三个部分。传统的方法主要在实验室依赖于大型仪器和专业的技术人员，存在成本昂贵，耗时耗力等缺点。而在传染性疾病频发、食品安全问题突出、环境污染严重的偏远地区，这些传统的方法并不适用，因此严重耽误了该地区人们对疾病的诊断与治疗、食品的检测和环境的监控与治理。近年来，随着纸基微流体技术的发展，低成本、微型化、携带方便、操作简单的纸基即时检测装置日渐受到人们的关注。目前，市面上已有纸基的提取方法(如：Whatman公司专利技术的纸上提取核酸的方法(如：FTA卡等))和纸基的核酸扩增与试纸检测方法(如：BioHelix专利技术的theBEStcassette产品，包括扩增槽和检测室)。它们都需要进行复杂的提取和扩增操作，还要依赖于实验室的大型仪器(如：热循环仪，冰箱)，仍然存在不便于携带、操作复杂、成本昂贵等缺陷。不能实现快速、简单、便携的核酸检测。仍然不适用于资源匮乏地区进行分子诊断。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有纸基核酸提取、扩增和检测方法存在的缺陷，提供一种核酸提取、扩增及检测集成装置及其制造方法和检测方法，该装置成本低廉、操作简单，携带方便，且检测时间短，无需专业技术人员进行操作，效率高，适用范围广。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：核酸提取、扩增及检测集成装置，包括上下扣合的上盖和基座，基座上设置有纸基核酸提取模块、纸基核酸等温扩增模块和试纸检测模块；上盖上开设有用于滴加样品的进样孔、控制按钮以及试纸结果观察窗；纸基核酸等温扩增模块上设置有能够移动的U型夹，上盖的侧面开设有用于固定U型夹的固定孔；U型夹包括上下两层紧密叠加在一起的能够导热的金属片，其中一端为拖动端，另一端为纸片区；纸片区的上层镶嵌有冻干的依赖解旋酶的等温扩增试剂的纸片，下层的相应位置上镶嵌有核酸吸附纸，拖动端由固定孔伸出；核酸提取时，纸基核酸提取模块上的纸基裂解通道的末端与核酸吸附纸相接触，且纸片不与核酸吸附纸相接触；等温扩增时，纸基核酸等温扩增模块上的加热片与核酸吸附纸和纸片相接触，核酸吸附纸和纸片上设置有起密封作用避免核酸扩增时气溶胶污染的PMMA板；检测时，核酸吸附纸位于试纸检测模块上的试纸条和层析液存储槽之间，并与二者相接触。本专利技术进一步的改进在于：所述纸基核酸提取模块包括清洗液储液池和裂解液储液池，清洗液储液池的下端与纸基清洗通道的入口相连，裂解液储液池的下端与纸基裂解通道的入口相连；纸基裂解通道的下方设置吸水垫；纸基清洗通道的末端设置纸基阀门，在清洗时，纸基阀门与纸基裂解通道相接触，将纸基清洗通道和纸基裂解通道相连通。所述清洗液储液池和裂解液储液池内均设置有密封橡胶和海绵，海绵位于密封橡胶的下方。所述纸基核酸等温扩增模块还包括与加热片相连的电源，加热片采用陶瓷加热片。所述试纸检测模块包括侧流层析试纸条和层析液存储槽，层析液存储槽位于侧流层析纸条的末端下方；侧流层析纸条与上盖上的试纸结果观察窗的位置相对应。所述侧流层析纸条包括依次层叠设置的背胶板、样品垫、结合垫以及醋酸纤维素膜；层析液存储槽内放置有用于存储层析液的海绵。一种核酸提取、扩增及检测集成装置的制备方法，包括以下步骤：1)采用3D打印技术制备上盖和基座；2)用激光切割机制备海绵、橡胶密封垫、PMMA板和绝缘疏水纸；3)将储液海绵分别浸泡于相对应的液体中使海绵充满液体；4)根据纸基模块的尺寸，用激光切割机制备相应尺寸的纸基通道，用打孔器制备纸基通道和核酸吸附纸；5)用线切割机床制备U型夹的铜片；6)用冷冻干燥的方法制备依赖解旋酶的等温扩增试剂纸片；7)用纳米金标记检测探针，组装粘贴试纸，用切割机制备侧流程析试纸条；8)将组成纸基核酸提取模块、纸基核酸等温扩增模块和试纸检测模块的储液海绵、密封橡胶、纸基通道、陶瓷加热片、钮扣电池、绝缘疏水纸、PMMA板、U型夹、侧流程析试纸条和层析液储存海绵分别安装于基座上；9)将上盖和基座扣合组装形成纸基核酸提取、扩增及检测集成装置。一种核酸提取、扩增及检测方法，包括以下步骤：1)将样品滴加在进样孔处；2)按下上盖的控制按钮，等待2分钟后，提取完成；3)用手拖动U型夹到扩增指示线位置处，此时U型夹上的纸片区与加热片紧密接触，紧接着抽掉电池槽处的绝缘纸，开始核酸扩增，等待60分钟后，扩增完成；4)再次拖动U型夹到检测指示线位置处，此时U型夹上的纸片区使分隔的层析液存储槽中的海绵和试纸条的样品垫相连接，样品靠毛细作用力层析到试纸条上，等待15分钟后，检测完成；5)通过试纸结果观察窗观察检测结果，对照区域和检测区域均为红色时，判定为阳性结果，对照区域为红色时，判定结果为阴性。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术具有无需额外仪器、成本低廉、携带方便、操作简单、快速等优点。1)利用计算机软件设计装置结构，将核酸提取、扩增及检测集成于一个装置内，实现了样品进到结果出的一体化检测；2)此装置只需简单的四部操作：加样→按压提取控制按钮→拖动U型夹到扩增指示线→拖动U型夹到试纸指示线，整个检测只需要77分钟(传统实验室检测需要4-5小时)，无需专业技术人员进行操作，解决了操作简单、快速的问题。3)纸基提取模块和试纸检测模块与海绵结合解决了提取液和层析液的存储问题。同时，采用冻干技术将tHDA扩增试剂存储在纸上，无需低温冰箱。另外，扩增加热采用陶瓷加热片依靠纽扣电池提供电源，无需大型的加热装置。而纸基模块中，液体靠毛细作用力往前流动，无需外接泵，因此以上方法解决了携带方便的问题。4)此装置所选用的部件和化学反应试剂成本低廉，解决了降低成本的问题。【附图说明】图1为本专利技术所述纸基核酸提取、扩增及检测集成装置上盖结构示意图；图2为本专利技术所述纸基核酸提取、扩增及检测集成装置基座结构示意图；图3为本专利技术所述纸基核酸提取、扩增及检测集成装置集成模块(纸基提取模块、纸基核酸扩增模块和试纸检测模块)结构示意图；图4为本专利技术所述纸基核酸提取、扩增及检测集成装置基座及其集成模块的示意图；图5为利用本专利技术检测不同浓度沙门氏菌的检测结果。其中，1-进样孔；2-控制按钮；3-固定孔；4-试纸结果观察窗；5-清洗液储液池；6-裂解液储液池；7-储液孔；8-纸基裂解通道；9-纸基清洗通道；10-吸水垫；11-核酸吸附纸；12-纸片；13-加热片；14-电源；15-PMMA板；16-U型夹；17-层析液存储槽；18-试纸条。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：参见图1-4，本专利技术纸基核酸提取、扩增和检测集成装置，包括采用3D打印技术打印的光固化树脂材质的上盖、基座和基座上的集成模块，上盖是扣压在基座上。上盖包括进样孔1、固定在上盖上的控制按钮2、固定“U”型夹的孔3和试纸结果观察窗4。基座上集成模块包括纸基核酸提取模块、纸基核酸等温扩增模块和测试纸检测模块。纸基核酸提取模块包括直径为12mm的清洗液储液池5和直径为9mm的裂解液储液池6，清洗液储液池5和裂解液储液池6均由海绵和密封橡胶组成，海绵在下，密封橡胶在上；其中每个储本文档来自技高网...

【技术保护点】
核酸提取、扩增及检测集成装置，其特征在于，包括上下扣合的上盖和基座，基座上设置有纸基核酸提取模块、纸基核酸等温扩增模块和试纸检测模块；上盖上开设有用于滴加样品的进样孔(1)、控制按钮(2)以及试纸结果观察窗(4)；纸基核酸等温扩增模块上设置有能够移动的U型夹(16)，上盖的侧面开设有用于固定U型夹(16)的固定孔(3)；U型夹(16)包括上下两层紧密叠加在一起的能够导热的金属片，其中一端为拖动端，另一端为纸片区；纸片区的上层镶嵌有冻干的依赖解旋酶的等温扩增试剂的纸片(12)，下层的相应位置上镶嵌有核酸吸附纸(11)，拖动端由固定孔(3)伸出；核酸提取时，纸基核酸提取模块上的纸基裂解通道(8)的末端与核酸吸附纸(11)相接触，且纸片(12)不与核酸吸附纸(11)相接触；等温扩增时，纸基核酸等温扩增模块上的加热片(13)与核酸吸附纸(11)和纸片(12)相接触，核酸吸附纸(11)和纸片(12)上设置有起密封作用避免核酸扩增时气溶胶污染的PMMA板(15)；检测时，核酸吸附纸(11)位于试纸检测模块上的试纸条(18)和层析液存储槽(17)之间，并与二者相接触。

【技术特征摘要】
1.核酸提取、扩增及检测集成装置，其特征在于，包括上下扣合的上盖和基座，基座上设置有纸基核酸提取模块、纸基核酸等温扩增模块和试纸检测模块；上盖上开设有用于滴加样品的进样孔(1)、控制按钮(2)以及试纸结果观察窗(4)；纸基核酸等温扩增模块上设置有能够移动的U型夹(16)，上盖的侧面开设有用于固定U型夹(16)的固定孔(3)；U型夹(16)包括上下两层紧密叠加在一起的能够导热的金属片，其中一端为拖动端，另一端为纸片区；纸片区的上层镶嵌有冻干的依赖解旋酶的等温扩增试剂的纸片(12)，下层的相应位置上镶嵌有核酸吸附纸(11)，拖动端由固定孔(3)伸出；核酸提取时，纸基核酸提取模块上的纸基裂解通道(8)的末端与核酸吸附纸(11)相接触，且纸片(12)不与核酸吸附纸(11)相接触；等温扩增时，纸基核酸等温扩增模块上的加热片(13)与核酸吸附纸(11)和纸片(12)相接触，核酸吸附纸(11)和纸片(12)上设置有起密封作用避免核酸扩增时气溶胶污染的PMMA板(15)；检测时，核酸吸附纸(11)位于试纸检测模块上的试纸条(18)和层析液存储槽(17)之间，并与二者相接触。2.根据权利要求1所述的核酸提取、扩增及检测集成装置，其特征在于，所述纸基核酸提取模块包括清洗液储液池(5)和裂解液储液池(6)，清洗液储液池(5)的下端与纸基清洗通道(9)的入口相连，裂解液储液池(6)的下端与纸基裂解通道(8)的入口相连；纸基裂解通道(8)的下方设置吸水垫(10)；纸基清洗通道(9)的末端设置纸基阀门，在清洗时，纸基阀门与纸基裂解通道(8)相接触，将纸基清洗通道(9)和纸基裂解通道(8)相连通。3.根据权利要求2所述的核酸提取、扩增及检测集成装置，其特征在于，所述清洗液储液池(5)和裂解液储液池(6)内均设置有密封橡胶和海绵，海绵位于密封橡胶的下方。4.根据权利要求1所述的核酸提取、扩增及检测集成装置，其特征在于，所述纸基核酸等温扩增模块还包括与加热片(13)相连的电源(14)，加热片(13)采用陶瓷加热片。5.根据权利要求1所述的核酸提取、扩增及...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐峰，杨慧，唐蕊华，巩燕，文婷，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61