一种大体积样本全自动一体化的核酸提取设备制造技术

本发明专利技术提供一种大体积样本全自动一体化的核酸提取设备，主要由生物过滤膜、核酸吸附膜、样本过滤室、加热膜、温度传感器、气泵、第一电磁阀、第二电磁阀、废液阀、步进电机、废液室、液相储管、微控制器组成。本发明专利技术通过生物过滤膜，将大体积样本中需处理的生物富集在过滤膜上方，其他的杂质和液体则被去除，通过加热膜能加快生物裂解速度，加快蛋白酶K消化蛋白的速度，防止核酸溶液沉淀，加速整个核酸提取的速度，减少有机物残留，全自动无需人工干预。本发明专利技术通过微控制器实现了大体积样本全自动一体化的核酸提取，大大节省了劳动力，同时将核酸提取过程封闭在设备中降低核酸污染概率及气溶胶污染的风险，可应用于水质、空气中生物的核酸提取。的核酸提取。的核酸提取。

【技术实现步骤摘要】
一种大体积样本全自动一体化的核酸提取设备


[0001]本专利技术属于生物医学设备领域，具体涉及一种大体积样本全自动一体化的核酸提取设备，用于从大体积的生物样本中提取核酸。

技术介绍

[0002]自2019年全球爆发新冠疫情以来，利用核酸进行检测的分子诊断技术成为了判断病毒感染的金标准，成为了疫情防控的重要手段。而核酸的提取是进行分子诊断的第一步，将核酸从生物细胞或其他样本基质中提取出来，尽可能的减少核酸分子的损失并排除样本中的其他污染物，保证核酸分子的完整性和纯净性。目前已经开发出了多种核酸提取方法，主要包括苯酚氯仿提取法，硅胶膜提取法和磁珠提取法等。其中的硅胶膜法和磁珠法都利用了固相载体对核酸的选择性吸附作用，将核酸从生物样本中吸附出来，再将未结合的生物样本与固相载体分离，进行清洗将残留在固相载体上的生物样本清洗干净，最后将附着在固相载体上的核酸分子洗脱下来即可实现核酸的提取。这一过程涉及生物样本、裂解液、清洗液、洗脱液的添加，以及与固相的混合分离，需专业人员和专门的实验室进行复杂的操作。
[0003]为了减少人工的参与，减少对实验室环境的依赖，近年来开发了多种自动化便携式的核酸提取设备，国外的主流设备包括赛沛的GeneXpert、BioFire公司的Filmarray和罗氏的Cobas Liat等，国内的主流设备有优思达的一体化核酸检测系统EasyNAT和奥然生物的Galaxy NanoPCR检测仪等。这些设备均利用了磁珠法进行核酸分子的提取，磁珠需与生物样本进行充分的混匀使其能尽可能多的吸附样本中游离的核酸分子，但当进行大体积低含量样本的核酸提取时，磁珠难以与大体积的样本进行充分的混匀，难以将液相中游离的DNA全部吸附，因此这些设备不适用于大体积低含量样本的检测。例如在抗击新冠疫情期间，发现居民楼医院中会存在气溶胶污染，但对气溶胶污染的检测通常是利用滤膜对空气中的病毒进行富集；在水质检测中，致病菌的含量通常非常低，需要利用滤膜过滤水先对致病菌进行富集。这些案例表面在处理大体积样本时，过滤膜这种固相比磁珠具有更好的与液相充分结合的能力。而传统的基于硅胶膜法的核酸提取方法，虽然能使用大的离心柱来实现大体积样本的核酸提取，但在提取过程中需要使用到离心机、加热仪等大型仪器，并且在操作的过程中需要人工进行多种液体的添加、加热、离心和干燥等操作。因此对能够进行大体积低浓度样本全自动一体化核酸提取的设备的需要越来越迫切。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种大体积样本全自动一体化的核酸提取设备，利用气泵提供液体流经固相的驱动力，通过将合适孔径的滤膜与核酸吸附膜相结合作为固相，利用过滤膜过滤大体积生物样本中需截留的细菌、细胞、病毒等微生物，再利用核酸吸附膜提取微生物裂解后的核酸分子，从而实现从大体积生物样本中全自动提取核酸分子。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供的一种大体积样本全自动一体化的核酸提取设备，主要由生物过滤膜、核酸吸附膜、样本过滤室、加热膜、温度传感器、气泵、第一电磁阀、第二电磁阀、废液阀、步进电机、废液室、液相储管、微控制器组成，样本过滤室中叠放有生物过滤膜和核酸吸附膜，生物过滤膜放置在核酸吸附膜上方，生物过滤膜、核酸吸附膜的直径与样本过滤室内径相同；加热膜及温度传感器设置在样本过滤室的外侧，用于实现液体的加热控制和璧面残留液体挥发的加热控制；气泵、第一电磁阀、第二电磁阀构成核酸提取设备的主要动力系统——正/负压系统，气泵的出气口和进气口通过管路和第一电磁阀和第二电磁阀连接，第一电磁阀是一个四通阀包含p1进气口(与气泵出气口相连)、s1出气口(与环境相连)、s2出气口(与废液室相连)、s3出气口(与液相储管相连)，第二电磁阀是一个三通阀包含p2进气口(与气泵进气口相连)、s4出气口(与环境相连)、s5出气口(与废液室相连)；废液阀由步进电机驱动，废液阀中包含p3进液口(与废液室相连)、s6出液口(用于排废液)、s7出液口(用于排核酸洗脱液)；液相储管通过软管连接到第一电磁阀的s3出气口上；微控制器通过电线与加热膜、温度传感器、气泵、第一电磁阀、第二电磁阀、步进电机相连。所述的生物过滤膜、核酸吸附膜的直径与样本过滤室内径相同。
[0006]可选地，生物过滤膜包括纤维素、聚四氟乙烯、聚碳酸酯等聚合物、生物材料。
[0007]可选地，生物过滤膜根据处理的样本种类(细菌、病毒、细胞等)需选择不同孔径的滤膜，生物过滤膜的孔径包括0.22μm，0.45μm等。
[0008]可选地，核酸吸附膜的材料包括玻璃纤维、硅胶等硅基材料。
[0009]可选地，废液室的腔室结构包括正方形、圆柱形、锥形等。
[0010]可选地，加热膜包括硅胶加热膜、PI加热膜、PET加热膜、铝箔加热膜等，温度传感器包括热电阻传感器、热电偶传感器等。
[0011]可选地，气泵包括涡轮泵、叶片泵、活塞泵、薄膜泵等。
[0012]可选地，废液阀结构可为柱塞式、隔膜式、球阀式等。
[0013]可选地，管路的材料包括硅胶、PVC、PTFE等。
[0014]可选地，液相储管的材料包括硅胶、PTFE等。
[0015]可选地，液相储管中储存的裂解液、结合液、清洗液、洗脱液可使用商品化试剂盒中的相关试剂。
[0016]本专利技术的核酸提取设备所述的正/负压系统在气泵常开的情况下，能够通过控制第一电磁阀、第二电磁阀的出气口s2、s3、s5的开闭，分别能够给废液室中提供正压力驱动废液排出，给液相储管中提供正压力驱动试剂进入样本过滤室3，给废液室中提供负压力驱动样本过滤室中的液体经过生物过滤膜和核酸吸附膜。
[0017]当第一电磁阀的s2出气口、s3出气口打开时，第二电磁阀的s4出气口也需打开，维持气路通道中的压力平衡。
[0018]当第二电磁阀的s5出气口打开时，第一电磁阀的s1出气口也需打开，维持气路通道中的压力平衡。
[0019]所述的废液阀能够通过控制步进电机控制p3进液口与s6出液口相连或p3进液口与s7出液口相连。
[0020]液相储管12中预存有裂解液、结合液、清洗液、洗脱液，相邻液体间通过空气隔开。
[0021]本专利技术具有以下有益效果：
(1)富集待测物体：通过生物过滤膜1，将大体积样本中需处理的生物富集在过滤膜上方，其他的杂质和液体则被去除；(2)加快核酸提取过程：在样本过滤室表面的加热膜5能加快生物裂解速度，加快蛋白酶K消化蛋白的速度，防止核酸溶液沉淀，加速整个核酸提取的速度；(3)减少有机物残留：加热膜5能对过滤室表面、生物过滤膜1和核酸吸附膜2进行加热，使表面的有机物尽可能的挥发，降低下游核酸洗脱产物中有机杂质的含量；(4)全自动无需人工干预：通过微控制器对各部件进行控制可以使核酸提取全流程自动完成，减少人工干预；(5)无气溶胶污染风险：样本过滤室中大部分时间都处于负压状态下，气体不会往过滤室外部扩散，减少了气溶胶污染的风险。当系统正压时由于滤膜的阻碍，气体优先从废液阀排出。
附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大体积样本全自动一体化的核酸提取设备，其特征在于，由生物过滤膜(1)、核酸吸附膜(2)、样本过滤室(3)、加热膜(4)、温度传感器(5)、气泵(6)、第一电磁阀(7)、第二电磁阀(8)、废液阀(9)、步进电机(10)、废液室(11)、液相储管(12)、微控制器(13)组成，样本过滤室(3)中叠放有生物过滤膜(1)和核酸吸附膜(2)，生物过滤膜(1)放置在核酸吸附膜(2)上方，加热膜(4)及温度传感器(5)设置在样本过滤室(3)的外侧，气泵(6)、第一电磁阀(7)、第二电磁阀(8)构成核酸提取设备的主要动力系统——正/负压系统，气泵(6)的出气口和进气口通过管路和第一电磁阀(7)和第二电磁阀(8)连接，液相储管(12)通过软管与第一电磁阀(7)连接，微控制器(13)通过电线与加热膜(4)、温度传感器(5)、气泵(6)、第一电磁阀(7)、第二电磁阀(8)、步进电机(10)相连。2.根据权利要求1所述的核酸提取设备，其特征在于，第一电磁阀(7)是一个四通阀分别为p1进气口、s1出气口、s2出气口、s3出气口，第二电...

【专利技术属性】
技术研发人员：牟颖，胡凯，尹维宏，金伟，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：