一种进行核酸扩增检测的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种进行核酸扩增检测的装置，包括检测系统和芯片，芯片置于检测系统内，检测系统包括光激发设备和信号采集设备，由光激发设备发出的光，照射到芯片上，在检测区域产生发射光，经过滤得到荧光信号，信号采集设备采集该荧光信号从而进行检测，该芯片能够被集成在穿戴设备上。本发明专利技术还提供一种应用上述装置进行核酸扩增检测的方法。利用本发明专利技术的装置可以对核酸进行快速的检测，甚至可以定量核酸的含量，且所需要的外部设备条件要求低，在贫困地区也可以广泛使用，对贫困地区易发生的重大传染病如HIV、HBV、Ebola和Zika等检测具有重大的意义，对一些突发性疾病病原检测如Mers、流感等也有重要的意义。

Device and method for nucleic acid amplification detection

The invention provides a device for nucleic acid amplification detection, including detection system and detection system on chip, chip, optical excitation equipment and detection system comprises a signal acquisition device, a light excitation device by light irradiation to the chip, which emits light in the detection area, the fluorescence signal can be obtained after filtering, signal acquisition equipment the fluorescence signal acquisition and detection, the chip can be integrated in wearable devices. The invention also provides a method for nucleic acid amplification detection by using the device. The device of the invention can be used for rapid detection of nucleic acid, even quantitative nucleic acids, low requirements and required external equipment conditions in poor areas can also be widely used in poor areas prone to major infectious diseases such as significant HIV, HBV, Ebola and Zika detection, there are the important significance of detection of some diseases, such as influenza pathogens such as Mers.

【技术实现步骤摘要】
一种进行核酸扩增检测的装置及方法
本专利技术涉及生物检测
，具体涉及核酸扩增检测技术及穿戴式医疗设备技术。
技术介绍
可穿戴式设备（wearabledevice）是直接能穿在身上、或直接整合到用户的衣服或配件中的设备。该设备可以集成多媒体、传感器和无线通信等技术，实现快速的数据获取、超快的数据传输，摆脱传统的手持设备而获得无缝的网络访问体验。具有佩戴舒适甚至无感、使用过程不干扰正常生活、外观适合使用场合和环境等优点。目前全球可穿戴市场规模约为30亿~50亿美元，且未来两到三年有望成长为300亿~500亿美元的巨大市场，特别是随着4G和移动终端的普及，可穿戴设备有巨大的发展潜力。目前应用最广泛的可穿戴设备主要是眼镜、手表、手环和项链等，实现的功能主要是健康监测，如手环监测心率等；安全保障，如蓝牙近距离通信实现钱包防窃等；以及游戏娱乐，如Kinect体感游戏机等。随着支撑技术的不断进步，可穿戴产品朝着更轻便、更隐蔽、更快捷的方向转变，时尚型和功能型将成为可穿戴产品的发展的两条主线。随着硬件技术及互联网技术的发展，可穿戴产品的功能会更加的全面，并且具有巨大的市场潜力以及广阔的发展空间。医疗管理类可穿戴设备是目前最主要的发展方向。利用集成各种传感器到可穿戴设备上，能够长期实时监测人体中某种参数的指标。由于柔性材料如聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）等在范德华力的作用下能够和人体皮肤充分接触，并且具有较好的透明性，传热效应和电化学电阻，通过工程处理之后可以做成弯曲的形状，和皮肤更紧密的接触，通常用于集成传感器做成可穿戴设备。将柔性电流传感器集成到隐形眼镜中，用于检测泪液中的葡萄糖含量；将生物传感器集成到护口器中可用于检测唾液中的乳酸含量；近期还研发出了将生物传感器集成到临时纹身中，以非入侵的方式测量人皮肤或间质液体中的汗液成分。将基于聚酯片的传感器集成到柔性材料中，可用于记录人体的脑电图（EEG）、心电图（ECG）和肌电图（EMG），并通过无线数据传输的方式将结果送入电脑终端，实时分析人体的检测状况。虽然目前的可穿戴设备的应用领域非常的广泛，但至今没有可穿戴设备可用于核酸扩增及检测。目前核酸扩增技术有很多种，最常见的就是聚合酶链式反应（PolymeraseChainReaction,PCR）。该方发是通过高温下核酸的变性、延伸、复性的方法，但是需要有温度循环的设备，所需条件较高，而一些恒温扩增技术通过酶切割碱基序列，需要一个恒定温度即可实现核酸扩增，为可穿戴设备应用到核酸扩增领域提供了可能。重组酶聚合酶扩增技术（RecombinasePolymeraseAmplification,RPA）是一种恒温扩增技术，扩增温度为31~42˚C，接近于人体体温，且能够在十几分钟内将核酸扩增到可检测的水平，是一种快速核酸恒温扩增技术。
技术实现思路
本专利技术首先要解决的技术问题是提供一种进行核酸扩增检测的装置，可以对核酸进行快速的检测，且所需要的外部设备条件要求低，能够随时随地进行检测。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种进行核酸扩增检测的装置，包括检测系统和芯片，芯片置于检测系统内，检测系统包括光激发设备和信号采集设备，由光激发设备发出的光，照射到芯片上，在检测区域产生发射光，经过滤得到荧光信号，信号采集设备采集该荧光信号从而进行检测，该芯片能够被集成在穿戴设备上。在采用上述技术方案的同时，本专利技术还可以采用一下进一步的技术方案：检测系统包括壳体，壳体内设有驱动设备、光激发设备、信号采集设备、检测设备和检测腔室，驱动设备包括电源和变压器，驱动设备为光激发设备和信号采集设备供电，光激发设备包括风扇、散热器和led光源，检测设备包括激发片、二向分镜和发射片，信号采集设备为工业相机，激发片置于led光源的前端，发射片置于工业相机的镜头前端，二向分镜和芯片置于检测腔室内，光激发设备位于检测腔室的一侧且led光源朝向检测腔室的方向，工业相机位于检测腔室的上方且镜头朝向检测腔室的方向，芯片置于检测腔室的底部，二向分镜在检测腔室内成45度角放置，其一面朝向光激发设备，另一面朝向工业相机。芯片包括设置在中部的六边形的反应腔室，该反应腔室的两端分别设有进液口和出液口，反应腔室的上下两面分别设有顶层和底层作为封层，当芯片置于检测腔室内时，其下方设有加热片，加热片由驱动设备供电。芯片是具有生物相容性的高分子聚合物芯片，例如PDMS，芯片的顶层包含通道结构，芯片的底层是0.5mm厚的PDMS膜，PDMS通道的厚度为0.5-1.5mm，进液口和出液口的孔径为1-4mm。芯片顶层的通道结构为单通道结构或多通道结构，通道的总体积不小于50µL。led光源的功率为5-15W。激发片的带通波长为435-480nm。发射片的带通波长为500-560nm。该芯片能够被集成在腕表上，佩带在人体手腕处。本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供一种进行核酸扩增检测的方法，该方法应用上述的装置，并包括以下步骤：（1）测量人体温度：向芯片中注水，将芯片通过穿戴设备固定在人体皮肤表面，通过热电偶测量芯片中的液体温度，验证用人体体温扩增的可行性；（2）构建核酸检测的标准曲线：（2.1）从原始浓度的核酸模板开始按比例稀释，得到梯度稀释的模板浓度；（2.2）按照RPA试剂盒说明书上的方法，配置好反应所需混合物；（2.3）在混合物中加入不同浓度的模板和醋酸镁充分混匀；（2.4）将混匀后的反应物从进液口打入芯片，放入检测系统，拍照记录荧光强度；（2.5）将芯片佩戴在人体皮肤表面，通过人体体温进行扩增，反应一定时间后，取出芯片放入检测系统中拍照记录；重复步骤（2.1）-（2.5）至少三次，（2.6）ImageJ分析检测区域的绿色荧光强度，根据反应结束后的荧光强度建立标准曲线；（3）样本浓度检测：按照步骤（2.1）-（2.5）检测样本并将检测结果带入标准曲线中，得到样本中的核酸浓度。本专利技术的有益效果是：本专利技术设计了与人体皮肤直接接触的可穿戴设备，将含有RPA试剂的芯片插入手表中，利用手腕处的体温提供RPA扩增所需的温度，通过自带的光学系统检测反应后产生的荧光信号。利用本专利技术的装置可以对核酸进行快速的检测，甚至可以定量核酸的含量，且所需要的外部设备条件要求低，在贫困地区也可以广泛使用，对贫困地区易发生的重大传染病如HIV、HBV、Ebola和Zika等检测具有重大的意义，对一些突发性疾病病原检测如Mers、流感等也有重要的意义。由于检测所需要的时间短，只要20分钟左右，也适用于出入境的人员做传染病检测。该方法在快速核酸检测、传染病防治等方面拥有广阔的商业潜力。附图说明图1是芯片的结构图。图2是芯片的分解状态示意图。图3是检测装置的结构图。图4是实时荧光扩增结果图。图5是核酸浓度检测标准曲线。图中标号：1-芯片，2-顶层，2-1-进液口，2-2-出液口，2-3-反应腔室，3-底层，4-加热片，5-光激发设备，5-1-风扇，5-2-散热器，5-3-led光源，6-电源，7-驱动设备，8-工业相机，9-检测系统，9-1-发射片，9-2-二巷分镜，9-3-激发片，10-二号挡板，11-检测腔室。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术的技术方案作进一步详细说明，实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种进行核酸扩增检测的装置，其特征在于，包括检测系统和芯片，芯片置于检测系统内，检测系统包括光激发设备和信号采集设备，由光激发设备发出的光，照射到芯片上，在检测区域产生发射光，经过滤得到荧光信号，信号采集设备采集该荧光信号从而进行检测，该芯片能够被集成在穿戴设备上。

【技术特征摘要】
1.一种进行核酸扩增检测的装置，其特征在于，包括检测系统和芯片，芯片置于检测系统内，检测系统包括光激发设备和信号采集设备，由光激发设备发出的光，照射到芯片上，在检测区域产生发射光，经过滤得到荧光信号，信号采集设备采集该荧光信号从而进行检测，该芯片能够被集成在穿戴设备上。2.根据权利要求1所述的一种进行核酸扩增检测的装置，其特征在于，检测系统包括壳体，壳体内设有驱动设备、光激发设备、信号采集设备、检测设备和检测腔室，驱动设备包括电源和变压器，驱动设备为光激发设备和信号采集设备供电，光激发设备包括风扇、散热器和led光源，检测设备包括激发片、二向分镜和发射片，信号采集设备为工业相机，激发片置于led光源的前端，发射片置于工业相机的镜头前端，二向分镜和芯片置于检测腔室内，光激发设备位于检测腔室的一侧且led光源朝向检测腔室的方向，工业相机位于检测腔室的上方且镜头朝向检测腔室的方向，芯片置于检测腔室的底部，二向分镜在检测腔室内成45度角放置，其一面朝向光激发设备，另一面朝向工业相机。3.根据权利要求2所述的一种进行核酸扩增检测的装置，其特征在于，芯片包括设置在中部的六边形的反应腔室，该反应腔室的两端分别设有进液口和出液口，反应腔室的上下两面分别设有顶层和底层作为封层，当芯片置于检测腔室内时，其下方设有加热片，加热片由驱动设备供电。4.根据权利要求3所述的一种进行核酸扩增检测的装置，其特征在于，芯片是具有生物相容性的高分子聚合物芯片，芯片的顶层包含通道结构，当芯片为PDMS芯片时，芯片的底层是PDMS膜，PDMS通道的厚度为0.5-1.5mm，进液口和出液口的孔径为1-4mm。5.根据权利要求3中任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔梦奇，盛叶峰，梁利国，余涛，王书崎，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33