一种基于改性毛细管的核酸检测微流控芯片及核酸检测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于改性毛细管的核酸检测微流控芯片及核酸检测系统，所述微流控芯片内部包含改性毛细管，用于吸附待测溶液样本中的目标核酸，作为实现核酸吸附、纯化、扩增和检测的自动化实现方式的载体。本发明专利技术实现了集成样本裂解、核酸提取、核酸扩增和核酸检测功能，以实现可以部署在出入境口岸、野外等非实验室区域并对传染性病原体进行检测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于改性毛细管的核酸检测微流控芯片及核酸检测系统
本专利技术涉及微流控核酸分析芯片的
，具体涉及一种基于改性毛细管的核酸检测微流控芯片及核酸检测系统。
技术介绍
近年来，全球爆发了数起大规模传染病，比如H1N1、埃博拉病毒和寨卡等，需要通过专业的核酸检测仪器，经过核酸提取和扩增的过程才可检出。通常而言此类仪器具有体积庞大、难以现场部署、造价昂贵且需专人维护等缺点。微流控芯片因其易于集成化、自动化、流体可控以及所需样本量小的特点，广泛用于生化分析领域，比如细菌、病毒及蛋白质检测领域等，一定程度上弥补了专业核酸检测设备难以部署在出入境口岸、野外等非实验室区域的缺陷。基于微流控芯片的核酸检测方法的核心之一是核酸提取的方法，通常为以下几种方法之一：煮沸法、磁珠法及固相萃取法。为了开发该类型现场快速核酸检测设备，申请人所在的研究团队早已对相关领域进行了一定的研究且有深厚的研究基础，如赵树弥等人在分析化学上发表的《集成核酸提取实时荧光PCR微全分析系统》，此论文报道一种用于检测血液中病毒的微流控芯片及搭配的荧光定量检测装置，但是该论文报道的芯片是采用基于硅胶膜的固相萃取法进行核酸提取，而且针对的样本是血液裂解液，不能对全血进行处理分析。刘映乐等申请的专利《现场快速检测传染病病原体的装置及其方法》中介绍了一种基于沉淀煮沸法的核酸提取装置设计，但是该方法提取的核酸量少且纯度低，难以对RNA类病毒等核酸提纯质量要求高的样本进行提纯。邱宪波等在专利《核酸自动提取微流控装置》中介绍了一种基于磁珠法的核酸提取芯片及装置，而磁珠法本身并非是为微流控芯片而设计的方法，相对而言步骤复杂且难以进行自动化集成。ThiagoWuQingqing等人在Analyticalchemistry上发表的<Integratedglassmicrodevicefornucleicacidpurification,loop-mediatedisothermalamplification,andonlinedetection>一文中报道了一种基于固相萃取方法的集核酸抽提及扩增的芯片，核酸提取过程中需要额外的核酸洗脱步骤，加大了微流控芯片的集成难度。HuiJunhou等人在LabonaChip发表的<Multiplexsample-to-answerdetectionofbacteriausingapipette-actuatedcapillaryarraycombwithintegratedDNAextraction,isothermalamplification,andsmartphonedetection>提出了一种基于聚壳糖改性玻璃滤纸吸附核酸的毛细管阵列核酸原位扩增方法，实现了核酸无需经过洗脱步骤即可实现扩增，大大降低了集成难度，但是该论文中提出的方法依然需要依赖人工操作，未能实现核酸“提取——扩增——检测”自动化的过程。
技术实现思路
本专利技术解决技术问题：克服上述现有技术缺陷，提供一种基于改性毛细管的核酸检测微流控芯片及核酸检测系统，集成样本裂解、核酸提取、核酸扩增和核酸检测功能，以实现可以部署在非实验室区域并对传染性病原体进行检测。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：微流控芯片内部包含一种改性毛细管，用于吸附待测溶液样本中的目标核酸，作为实现核酸吸附、纯化、扩增和检测的自动化实现方式的载体；所述芯片自下而上分别为基底，液路层基片，弹性薄膜，气路层基片四层结构；液路层基片的上表面嵌有液体流通通道、液体混合通道和液体分流通道，并有穿透孔通往液路层下表面；液路层下表面嵌有裂解腔和毛细管预留腔，后者内部嵌入改性的毛细管，实现核酸样本的吸附及扩增；气路层基片的上表面有多个凸起空心的腔体，用来存储检测样本、裂解液或PCR试剂；下表面含有多个凹陷的气阀，并与上表面通过通孔贯穿，液路层基片的下表面与底部基片键合，其中中间腔体部分与毛细管嵌合，液路层基片的上表面与弹性薄膜下表面键合；上表面和下表面通过微通道和微孔道连接，使得储液腔、裂解腔、毛细管以及出口连通；气路层基片下表面与弹性薄膜上表面键合，构成一块完整的微流控芯片。所述的基底为玻璃或硅片；液路层基片和气路层基片为PDMS、PC、PMMA或COC聚合物材料；弹性膜为PDMS或TPU的弹性材料；此外，根据本专利技术的一个实施例，所述微流控芯片气路层基片上表面还包括三个储液腔，所述储液腔通过穿透气路层基片上下表面的通孔共同连接至位于液路层上表面的蛇形通道，所述蛇形通道连接至用于裂解核酸的裂解腔，所述裂解腔连接至用于嵌合毛细管的腔体。所述改性毛细管采用的技术方案为：经过表面改性技术使得毛细管表面携带正电荷，样本经过裂解后溶液中的目标核酸可被所述改性毛细管富集，同时被富集的核酸在正常核酸扩增条件下可以自发游离至溶液中；此外，根据本专利技术一个实施例，所述的改性毛细管为玻璃、二氧化硅或热塑性塑料中任意一种硬质透明材料制成；此外，根据本专利技术的一个实施例，改性毛细管内壁含有末端带氨基结构的官能团或离子的化合物，包括-NH2或[NH4]+结构，主要基于氢键和离子键对核酸进行吸附；此外，根据本专利技术一个实施例，所述的改性毛细管通过过盈配合、热粘合或等离子清洗键合固定于微流控芯片液路基片下表面通道内；此外，根据本专利技术一个实施例，所述的样本经过裂解后溶液中的目标核酸指处于裂解液环境中的核酸，即无需额外改变裂解液溶液体系；此外，根据本专利技术一个实施例，所述的正常核酸扩增条件下主要指无需经过额外的手段，包括改变毛细管内温度、pH值、溶液中其它离子浓度等条件的前提下，被吸附的核酸在核酸扩增反应液体系中自行脱离毛细管壁吸附作用参与核酸扩增反应。为了实现对上述微流控芯片的自动控制，本专利技术提供了一种该微流控芯片的配套装置，包含流体驱动控制系统、气阀控制系统、温控系统、光学系统、控制系统以及智能手机，用于实现上述微流控芯片全自动化操作及检测过程。用于实现上述微流控芯片全自动化操作及检测过程，实现“样本进，结果出”的目标。本专利技术中微流控芯片采用的技术方案为：采用嵌入芯片内的改性后毛细管吸附并提纯核酸，并集成核酸扩增与检测的微流控芯片；本专利技术中微流控芯片的配套装置采用的技术方案为：所述微流控芯片由气路层基片，弹性薄膜，液路层基片，基底，加热裂解腔，第一储液腔，第二储液腔，第三储液腔，第一注射泵接口，第二注射泵接口，若干弹性薄膜微阀，蛇形液体混合流道，若干改性毛细管预留腔，第一改性毛细管、第二改性毛细管、第三改性毛细管、第四改性毛细管构成；所述装置包含流体驱动控制系统、气阀控制系统、温控系统、光学系统、控制系统以及智能手机，流体驱动控制系统和气阀控制系统连接芯片气路层基片上表面，温控系统紧贴芯片基底下表面，光学系统置于微流控芯片正上方，智能手机置于光学系统正上方。所述流体驱动控制系统控制微流控芯片中的流体，所述气阀控制系统操控弹性薄膜微阀开闭，所述温控系统维持核酸扩增所需的温度，所述光学系统提供特定波长的激发光和获得特定波长的发射光，所述控制系统对流体驱动控制系统、温控系统及光学系统实施控制，所述智能手机的图像识别功能对样本进行定性和半定量检测；此外，根据本专利技术一个实施例，所述流体驱动控制系统由第一注射泵、第二注本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于改性毛细管的核酸检测微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片内部包含改性毛细管，用于吸附待测溶液样本中的目标核酸，作为实现核酸吸附、纯化、扩增和检测的自动化实现方式的载体。

【技术特征摘要】
1.一种基于改性毛细管的核酸检测微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片内部包含改性毛细管，用于吸附待测溶液样本中的目标核酸，作为实现核酸吸附、纯化、扩增和检测的自动化实现方式的载体。2.根据权利要求1所述的基于改性毛细管的核酸检测微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片自下而上分别为基底、液路层基片、弹性薄膜和气路层基片；液路层基片的上表面嵌有液体流通通道、液体混合通道和液体分流通道，并有穿透孔通往液路层下表面；液路层下表面嵌有裂解腔和改性毛细管预留腔，后者内部嵌入改性毛细管；气路层基片的上表面有多个凸起空心的储液腔；下表面含有多个凹陷的弹性薄膜微阀，并与上表面通过通孔贯穿，液路层基片的下表面与底部基片键合，其中中间腔体部分与改性毛细管嵌合，液路层基片的上表面与弹性薄膜下表面键合；上表面和下表面通过微通道和微孔道连接，使得储液腔、裂解腔、改性毛细管以及出口连通；气路层基片下表面与弹性薄膜上表面键合，构成一块完整的所述微流控芯片。3.根据权利要求2所述的基于改性毛细管的核酸检测微流控芯片，其特征在于：所述基底为玻璃或硅片；液路层基片和气路层基片为PDMS、PC、PMMA或COC聚合物材料；弹性膜为PDMS或TPU弹性材料。4.根据权利要求2所述的基于改性毛细管的核酸检测微流控芯片，其特征在于：所述改性毛细管通过过盈配合、热粘合或等离子清洗键合固定于微流控芯片液路基片下表面通道内。5.根据权利要求1或2所述的基于改性毛细管的核酸检测微流控芯片，其特征在于：改性毛细管为硬质透明材料制成，所述硬质透明材料包括玻璃、二氧化硅或热塑性塑料。6.根据权利要求1或2所述的基于改性毛细管的核酸检测微流控芯片，其特征在于：所述改性毛细管的内壁含有末端带氨基结构的官能团或离子的化合物，包括-NH2或[NH4]+结构。7.一种实现操作权利要求1所述的基于改性毛细管的核酸检测微流控芯片的核酸检测系统，其特征在于：所述核酸检测系统为所述微流控芯片及配套装置，包括：微流控芯片，流体驱动控制系统，气阀控制系统，控制系统，智能手机，光学系统，温控系统；所述微流控芯片由气路层基片，弹性薄膜，液路层基片，基底，加热裂解腔，第一储液腔，第二储液腔，第三储液腔，第一注射泵接口，第二注射泵接口，若干弹性薄膜微阀，蛇形液体混合流道，若干改性毛细管预留腔，第一改性毛细管、第二改性毛细管、第三改性毛细管、第四改性毛细管...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱灵，杨柯，朱欣潮，朱灿灿，赵俊，周喃，汪磊，邓国庆，刘勇，
申请(专利权)人：合肥中科易康达生物医学有限公司，中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34