用于核酸提取的微流控囊袋、流体样本处理装置制造方法及图纸

本申请公开了一种核酸提取用的微流控囊袋及流体样本处理装置。所述微流控囊袋包括层叠膜和分布在层叠膜内的固定结合区、功能腔室、阀门区、进液口、出液口等。各功能腔室的大小和形状由固定结合区的边界定义。层叠膜包括层叠的第一、第二薄膜，且在固定结合区内第一、第二薄膜不可逆地结合，而在功能腔室内第一、第二薄膜可在压力作用下于相互分离和相互贴合状态之间切换；阀门区用于连接相邻功能腔室，其中设有不可逆的一次性阀门结构；每一进液口与相应的一个功能腔室连接；出液口与选定的一个功能腔室连接。本申请的微流控囊袋具有功能集成、结构简单、使用方便、可规模化生产等优点，可便捷、高效地应用于核酸提取等场景。高效地应用于核酸提取等场景。高效地应用于核酸提取等场景。

【技术实现步骤摘要】
用于核酸提取的微流控囊袋、流体样本处理装置


[0001]本专利技术特别涉及一种用于核酸提取的微流控囊袋、流体样本处理装置，属于微流控


技术介绍

[0002]核酸是遗传信息的载体，是最重要的生物信息分子，是分子生物学研究的主要对象，因此，核酸的提取是分子生物学实验技术中最重要、最基本的操作。
[0003]传统的全自动核酸提取技术几乎完全是以大型的XYZ三维平台为基础，在Z轴加装可精确定量转移液体的移液枪为设计基础实现的。这种方式的技术优点在于机械运动部分设计成熟，制作的工作站通量大，使用成本相对低廉可控，因而得到了广泛的应用。
[0004]在核酸提取过程中，样本需要经过细胞裂解、核酸的吸附和纯化以及核酸的洗脱和收集等几个步骤。对绝大多数的核酸检测样本，这些步骤都是在液体反应环境条件下完成的。为了完成多步骤的反应流程，吸附核酸用的载体如磁珠会经历数次从一个反应器到另一个反应器的转移，或者持续使用同一个反应器但在每个步骤之后需要将所用试剂转移出反应器。若采用前述全自动核酸提取系统进行核酸提取，则这些转移都是在暴露的环境下完成的。无论系统的设计如何精巧，将大量检测样本相邻置放于开发的空间并通过XYZ三维平台的移动进行液体转移时，样本间的交叉污染，尤其是高浓度样本形成气溶胶而导致的交叉污染几乎是不可能完全消除的。至少是难以证明气溶胶污染的可控性，尤其是考虑到仪器设备的使用状况和使用环境的不可控因素。
[0005]使用XYZ三维平台的另一个问题是其使用的灵活性高度受限。对绝大多数的医疗单位如医院而言，通常每个检测项目的日检测量以数个或十数个为计，且收样时间和检测时间都具有不确定性时，XYZ三维平台的技术特点使得它的设置和使用都极不适用于这种小通量、多批次的使用方式。
[0006]微流控技术的诞生使得在微小密闭空间内进行连续的、高度集成化的实验操作成为可能。这类产品因为其便携性和操作简单，通常被称为POCT(Point Of Care Test)检测产品。其中以美国Cepheid GeneXpert和法国梅里埃的FilmArray最为著名。但另一方面，微流控产品的功能需求与其一次性耗材的特点往往会导致其生产成本与市场现行的价格体系无法融合。出现了微流控技术越来越普及但却鲜有大规模应用的检测产品。
[0007]微流控技术从出生便以“样本到结果”(Sample to Answer)的目标作为产品特征，强调的是流程的完整性和操作的简单性。但这种对流程完整性的追求却忽略了一个应用现状，那就是医疗诊断行业现存的大量检测需求因为体系和管理、使用者的习惯或者检测试剂合规供应商的限制，从而无法从完全的实验室手工操作变为样本到结果的全自动化操作。这些现存检测更需要的是操作简单，使用灵活，能够解决分子检测中最费时费力的“样本到核酸”过程的自动化核酸提取产品。另外，世界范围内存在的“实验室自开发检查项目”(Laboratory Developed Test,LDT)也无法借助一体化的微流控“样本到结果”的自动化技术来提高效率，而只能止步于“样本到核酸”。将“样本到结果”的传统微流控产品拓展到包
括较少操作步骤但应用更为灵活的全自动“样本到核酸”的需求是明确且紧急的。
[0008]另一方面，对于细胞裂解这一环节来说，不同类型的细胞需要不同的细胞破坏方法。有些过程只需要温和处理条件，而另一些则需要激烈方法。例如，超声波发生器可以用来打开大多数动物细胞膜，但不适合某些植物细胞，因为细胞壁非常耐超声波。动物细胞的裂解通常可以通过化学方法实现，但细菌、真菌等则困难得多。这些微生物常需要通过高频声音形成空泡(sonication)，经由玻璃微球传递的击打(bead milling)和搅拌机的机械破碎等强力破碎细胞壁的方法进行细胞裂解。虽然这些细胞裂解方法在实验室操作中广为应用，但将其用于微小器件上却困难重重，尤其是高度集成的用于POCT(即时检验，point
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of
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care testing)检测的器件，例如微流控芯片等。另外，在微化学工程等领域，也有在微反应体系中使反应原料充分混合等需求，但迄今未有特别有效的方法来达成此目标。

技术实现思路

[0009]本申请的主要目的在于提供一种微流控囊袋、流体样本处理装置及核酸提取方法，以克服现有技术中的缺陷。
[0010]为实现前述专利技术目的，本申请采用的技术方案包括：
[0011]本申请的一个方面提供了一种用于核酸提取的微流控囊袋，其包括层叠膜、至少一固定结合区、多个功能腔室、至少一阀门区和至少一个进液口，所述固定结合区、功能腔室和阀门区均分布在所述层叠膜内，且所述功能腔室的大小和形状由所述固定结合区的边界定义，一个所述进液口与相应一个功能腔室连接；
[0012]其中，所述层叠膜包括层叠设置的第一薄膜和第二薄膜，所述第一薄膜和第二薄膜中的至少一者为柔性膜；
[0013]在所述固定结合区内第一薄膜与第二薄膜不可逆地结合；
[0014]在所述功能腔室内第一薄膜与第二薄膜在压力作用下可在相互分离和相互贴合两种状态之间切换，当所述功能腔室内的第一薄膜与第二薄膜相互分离时，所述功能腔室能容纳流体；
[0015]所述阀门区内分布有不可逆的一次性阀门结构，所述一次性阀门结构连接于相邻两个功能腔室之间，当所述一次性阀门结构被从关闭状态改变为打开状态时，流体可在该相邻两个功能腔室之间流动；
[0016]多个功能腔室包括一个中央腔室和多个辅助腔室，每一辅助腔室分别通过一个所述的一次性阀门结构与中央腔室连接；
[0017]并且，当所述中央腔室内第一薄膜与第二薄膜相互分离时，第一薄膜与第二薄膜的间距可控，使所述中央腔室至少具有限位开启和完全开启两种状态。
[0018]本申请的另一个方面还提供了一种流体样本处理装置，其包括：
[0019]所述的微流控囊袋，
[0020]一个以上第一挤压机构，每一第一挤压机构对应所述微流控囊袋的一个功能腔室设置，并用于选择性地对相应功能腔室施加压力，以驱使流体在相互连接的功能腔室之间流动。
[0021]本申请的又一个方面还提供了一种所述流体样本处理装置的用途，例如在提取核酸中的用途。
[0022]较之现有技术，本申请至少具有如下有益效果：
[0023](1)提供的微流控囊袋具有功能集成、结构简单、使用方便、可规模化生产等优点，能很好地满足POCT检测等需求。
[0024](2)提供的微流控囊袋在使用时，整个实验流程完全密闭在囊袋内进行，杜绝了实验过程(例如核酸提取操作过程)中多个相邻或非相邻液体样本之间由于快速震动或加样枪的运动而导致的交叉污染的可能性。经由密闭体系内液体流动而实现的实验过程也杜绝了因实验室环境中的气溶胶等污染物接触样本而导致污染的可能性。
[0025](3)提供的微流控囊袋在使用时，液体在相邻两个功能腔室之间，由于压差而通过微流体通道流动时，空化效应使得液体内的能量增加，提高了细胞壁破碎的效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核酸提取用的微流控囊袋，其特征在于包括层叠膜、至少一固定结合区、多个功能腔室、至少一第一连接区、至少一阀门区、至少一个进液口和碰撞结构，所述固定结合区、功能腔室、第一连接区和阀门区均分布在所述层叠膜内，且所述功能腔室及第一连接区的大小和形状由所述固定结合区的边界定义，一个所述进液口与相应一个功能腔室连接；其中，所述层叠膜包括层叠设置的第一薄膜和第二薄膜，所述第一薄膜和第二薄膜中的至少一者为柔性膜；在所述固定结合区内第一薄膜与第二薄膜不可逆地结合；在所述功能腔室内第一薄膜与第二薄膜在压力作用下可在相互分离和相互贴合两种状态之间切换，当所述功能腔室内的第一薄膜与第二薄膜相互分离时，所述功能腔室能容纳流体；在所述第一连接区内第一薄膜与第二薄膜可分离地结合，其中当第一薄膜与第二薄膜相互分离时，于所述第一连接区形成狭小的第一微流体通道，并且，当向其中一个容纳有流体的功能腔室施加设定压力时，能够使所述流体高速通过第一微流体通道并进入另一个功能腔室，所述碰撞结构设置于第一微流体通道的出口前方，并用以与从第一微流体通道输出的流体碰撞；所述阀门区内分布有不可逆的一次性阀门结构，所述一次性阀门结构连接于相邻两个功能腔室之间，当所述一次性阀门结构被从关闭状态改变为打开状态时，流体可在该相邻两个功能腔室之间流动；多个功能腔室分别为一个中央腔室和多个辅助腔室，在与所述层叠膜共平面的方向上，多个辅助腔室围绕中央腔室设置，并且每一辅助腔室分别通过一个所述的一次性阀门结构与中央腔室直接连接，其中一个所述辅助腔室通过一个所述的一次性阀门结构及一个所述第一连接区与相邻的另一个所述辅助腔室连接；并且，当所述中央腔室内第一薄膜与第二薄膜相互分离时，第一薄膜与第二薄膜的间距可控，使所述中央腔室至少具有限位开启和完全开启两种状态。2.根据权利要求1所述的微流控囊袋，其特征在于：当所述中央腔室为限位开启状态，且所述中央腔室内的磁场强度在一设定值以上时，流经所述中央腔室的流体所含的磁性颗粒能够被磁场捕获在所述中央腔室内；而当所述中央腔室为完全开启状态，且所述中央腔室内的磁场强度小于所述设定值时，所述磁性颗粒能够随所述流体自由流入或流出所述中央腔室。3.根据权利要求1所述的微流控囊袋，其特征在于：当向一个容纳有流体的所述辅助腔室施加设定压力时，能够使连接于该辅助腔室与中央腔室之间的所述一次性阀门结构因流体压力而被打开，进而使流体流入所述中央腔室。4.根据权利要求3所述的微流控囊袋，其特征在于：当向两个容纳有流体的所述辅助腔室交替施加设定压力时，能够使流体通过中央腔室在该两个辅助腔室之间流动。5.根据权利要求1所述的微流控囊袋，其特征在于：在所述阀门区内第一薄膜与第二薄膜可分离地结合并形成所述一次性阀门结构。6.根据权利要求1所述的微流控囊袋，其特征在于：所述高速是指流速为5
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20m/s。7.根据权利要求1所述的微流控囊袋，其特征在于：在所述第一连接区内第一薄膜与第二薄膜在压力作用下可在相互分离和相互贴合两种状态之间切换，当所述第一连接区内第
一薄膜与第二薄膜相互分离时，于所述第一连接区形成所述第一微流体通道，而当所述第一连接区内第一薄膜与第二薄膜相互贴合时，所述第一微流体通道消失，所述流体包括液体和气体。8.根据权利要求1所述的微流控囊袋，其特征在于：所述第一微流体通道的宽度为0.1
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10mm，长度为0.1mm
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50mm。9.根据权利要求1所述的微流控囊袋，其特征在于：所述第一微流体通道在所述层叠膜内的形状包括多边形或曲线形。10.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：周朋，李晓宁，马俊杰，陈国礼，黄真光，海兴伟，郭琦，
申请(专利权)人：翊新诊断技术苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：