核酸扩增元件、核酸扩增组件、核酸扩增装置和核酸检测设备制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种核酸扩增元件，包括：基板；膜，其位于基板的第一表面上并且包括至少两个膜区域，每个膜区域包括围绕所述至少两个表面区中的一个表面区的外围区和对应于该表面区的中心区，在无外力作用和未经受过塑性形变的情况下，中心区的表面积大于该表面区在第一表面上的正投影面积，从而形成至少两个扩增腔室；以及复数个通道，在无外力作用下，所述至少两个扩增腔室串联并经由一个所述通道流体连通。本实用新型专利技术中使用的膜的厚度可以显著降低，极大地提高了核酸扩增的速率，使得整个核酸扩增和检测的时间缩短至5分钟以内。本实用新型专利技术还提供了相应的扩增方法以及包含该元件的核酸扩增组件、核酸扩增装置和核酸检测设备。设备。设备。

【技术实现步骤摘要】
核酸扩增元件、核酸扩增组件、核酸扩增装置和核酸检测设备


[0001]本技术涉及核酸扩增及检测技术，具体涉及用于核酸检测的核酸扩增元件、扩增方法以及包含该元件的扩增装置和检测设备。

技术介绍

[0002]为适应临床快速诊断需求，已开发出许多技术来以更高速率进行基于PCR(聚合酶链式反应)的核酸扩增，其中将PCR反应液在设置了不同温度的不同空间之间转移的方法被广泛使用。该方法使PCR反应液经由连通不同空间的流道快速移动，从而实现在特定且不同空间内的变性以及退火/延伸循环，避免了同一空间内的升温/降温循环过程，从而极大地提升了PCR反应速率。为了提高热传递效率以及避免反应液转移时的残留，已开发出利用柔性薄膜形成核酸扩增空间的技术。
[0003]例如，CN115322888A公开一种核酸扩增装置，其具有双层薄膜，在PCR反应液被注入之前，双层薄膜紧贴在一起，而在注入反应液之后，双层薄膜在反应腔室(包括变性腔室、退火腔室和延伸腔室)处彼此分离并产生弹性形变，形成微囊袋，通过施加或撤销挤压力，反应液可以在反应腔室之间经由连接通道相互转移。当反应液被排出当前腔室后，双层薄膜在弹性作用下重新紧贴在一起，形成闭合阀门。微囊袋式的反应腔室分别对应设置加热器以提供各自预设温度，由于薄膜非常轻薄，热传导路径很短，所以几乎没有升降温过程，只需控制PCR反应液在各腔室需要停留的时间，即可实现PCR反应升降温的需求，从而可极大程度地缩减PCR反应时间。
[0004]又如，CN112041073A公开了一种高速PCR分析板，其具有覆盖在基底上的弹性膜，弹性膜密封容纳区(即反应腔室)，当注射反应液后，密封容纳区的弹性膜内部的压力增大，导致表面向外凸出，当加热块与弹性膜表面的凸出部分紧密接触时，弹性膜与加热块之间形成紧密接触，从而能够进行快速的PCR反应。
[0005]然而，无论是上述双层薄膜或是单层弹性膜，均在张力作用下产生弹性变形以形成腔室，再与加热块接触，考虑到核酸扩增通常涉及35至45个退火/延伸循环，薄膜需要承受数十次的弹性形变过程，为避免多次形变导致薄膜屈服、破裂，这类薄膜通常至少具有0.1至0.5mm的厚度。薄膜厚度直接影响加热块的热传递效率，因而最终影响核酸扩增速率。在使用双层膜的情况下，在填充反应液后，下层膜由于与加热块接触而由半球状变为平面，降低了与加热块的接触面积，进一步降低了热传递效率。
[0006]有鉴于此，本领域需要一种改进的核酸扩增和检测装置以克服现有技术中存在的上述缺陷。

技术实现思路

[0007]本技术的一个方面提供一种核酸扩增元件，其特征在于，包括：基板，其具有第一表面和相对的第二表面，所述第一表面具有至少两个表面区；膜，其位于基板的第一表面上并且至少包括两个膜区域，每个膜区域包括围绕所述至少两个表面区中的一个表面区
的外围区和对应于该表面区的中心区，所述外围区固定结合至所述基板的第一表面，所述中心区与该表面区分离，并且在无外力作用和未经受过塑性形变的情况下，所述中心区的表面积大于该表面区在第一表面上的正投影面积，由所述中心区与该表面区限定出一个扩增腔室，从而形成至少两个扩增腔室；以及复数个通道，在无外力作用下，所述至少两个扩增腔室串联并经由一个所述通道流体连通。
[0008]在一些实施方式中，所述基板的第一表面具有三个表面区，所述膜包括三个膜区域，从而在膜无外力作用和未经受过塑性形变的情况下，由各膜区域的中心区与相应的表面区共同限定出三个扩增腔室。
[0009]在一些实施方式中，对于每个膜区域，中心区的表面积比相应表面区在第一表面上的正投影面积大约10％至约400％，优选大约100％至约300％，更优选大约150％至约250％，还更优选大约200％。
[0010]在一些实施方式中，每个所述膜区域相互连接形成一个整体。在另一些实施方式中，每个所述膜区域相互独立。
[0011]在一些实施方式中，每个所述表面区实质性地是平面的。在另一些实施方式中，每个所述表面区实质性地是球面的。
[0012]在一些实施方式中，所述通道为以下任何一种：(a)设置在所述基板的第一表面上的凹槽，所述凹槽被所述膜覆盖，所述凹槽串联扩增腔室；(b)贯穿所述基板的内部的通孔，所述通孔串联扩增腔室；和(c)优选地，形成在所述膜与所述基板的第一表面之间的孔道，所述孔道串联扩增腔室。
[0013]在一些实施方式中，所述通道的宽度为约0.1mm至约2mm，优选为约0.1mm至约1mm，更优选为约0.6mm。
[0014]在一些实施方式中，所述膜的厚度为约0.001mm至约0.2mm，优选为约0.001mm至约0.1mm，更优选为约0.01mm至约0.1mm，例如约0.01mm、约0.03mm、约0.05mm或约0.07mm。
[0015]在一些实施方式中，所述基板的第二表面设置有光窗，优选地，所述光窗对应于扩增结束时样品所在的扩增腔室。
[0016]在一些实施方式中，所述核酸扩增元件还包括样品接收腔，所述样品接收腔与其中一个扩增腔室流体连通；优选地，所述样品接收腔内置有用于扩增反应的冻干微球。
[0017]在一些实施方式中，所述每个扩增腔室的最大体积为约5至约100微升，优选为约10至约50微升，更优选为约15至约35微升。
[0018]在一些实施方式中，所述膜是塑料膜、橡胶膜或硅胶膜，所述塑料膜优选是聚乙烯、聚丙烯、热塑性弹性体、热塑性聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯及聚对苯二甲酸乙二醇酯的膜材料，更优选橡胶膜或硅胶膜。
[0019]在一些实施方式中，所述基板是透明或半透明的硬质材料，优选是塑料、金属或金属合金，如聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚氯乙烯、聚二氯乙烯、有机玻璃、铝、铝合金。
[0020]在一些实施方式中，所述核酸扩增元件还包括设置在所述膜上的除所述膜区域的所述中心区以外区域的加固件，以防止膜与所述基板剥离；优选地，所述加固件为额外的膜。
[0021]在一些实施方式中，所述基板设置有定位元件，用于将所述核酸扩增元件竖向定
位。
[0022]在一些实施方式中，所述核酸扩增元件不包含机械阀门。优选地，样品接收腔及各扩增腔室之间均只设置了可使它们相互液体流通的通道，未设置机械阀或其他额外的阻隔结构，检测时，只需控制各扩增腔室对应的正负压即可，控制方案简单，且薄膜不会因需要使反应液突破阀或其他阻隔结构而承受额外的外力。
[0023]在一些实施方式中，其中一个扩增腔室与待扩增核酸样品经由另一个所述通道流体连通，并且所述待扩增核酸样品被容纳在具有密封元件的样品接收腔中，所述密封元件例如是样品接收腔的端盖。
[0024]本技术的另一个方面提供一种核酸扩增方法，其包括：(a)提供本技术的任一核酸扩增元件，所述核酸扩增元件至少包括在竖向上由低至高的第一扩增腔室和第二扩增腔室；(b)使所述核酸扩增元件竖向定位；(c)向所述核酸扩增元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核酸扩增元件，其特征在于，包括：基板，其具有第一表面和相对的第二表面，所述第一表面具有至少两个表面区；膜，其位于基板的第一表面上并且包括至少两个膜区域，每个膜区域包括围绕所述至少两个表面区中的一个表面区的外围区和对应于该表面区的中心区，所述外围区固定结合至所述基板的第一表面，所述中心区与该表面区分离，并且在无外力作用和未经受过塑性形变的情况下，所述中心区的表面积大于该表面区在第一表面上的正投影面积，由所述中心区与该表面区限定出一个扩增腔室，从而形成至少两个扩增腔室；以及复数个通道，在无外力作用下，所述至少两个扩增腔室串联并经由一个所述通道流体连通。2.根据权利要求1所述的核酸扩增元件，其特征在于，所述基板的第一表面具有三个表面区，所述膜包括三个膜区域，从而在膜无外力作用和未经受过塑性形变的情况下，由各膜区域的中心区与相应的表面区共同限定出三个扩增腔室。3.根据权利要求1或2所述的核酸扩增元件，其特征在于，对于每个膜区域，中心区的表面积比相应表面区在第一表面上的正投影面积大约10％至约400％。4.根据权利要求3所述的核酸扩增元件，其特征在于，对于每个膜区域，中心区的表面积比相应表面区在第一表面上的正投影面积大约100％至约300％。5.根据权利要求4所述的核酸扩增元件，其特征在于，对于每个膜区域，中心区的表面积比相应表面区在第一表面上的正投影面积大约150％至约250％。6.根据权利要求5所述的核酸扩增元件，其特征在于，对于每个膜区域，中心区的表面积比相应表面区在第一表面上的正投影面积大约200％。7.根据权利要求1所述的核酸扩增元件，其特征在于，每个所述膜区域相互连接形成一个整体，或者每个所述膜区域相互独立。8.根据权利要求1或2所述的核酸扩增元件，其特征在于，每个所述表面区实质性地是平面的或球面的。9.根据权利要求1所述的核酸扩增元件，其特征在于，所述通道为以下任何一种：(a)设置在所述基板的第一表面上的凹槽，所述凹槽被所述膜覆盖，所述凹槽串联扩增腔室；(b)贯穿所述基板的内部的通孔，所述通孔串联扩增腔室；和(c)形成在所述膜与所述基板的第一表面之间的孔道，所述孔道串联扩增腔室。10.根据权利要求9所述的核酸扩增元件，其特征在于，所述通道为形成在所述膜与所述基板的第一表面之间的孔道，所述孔道串联扩增腔室。11.根据权利要求1、6或7所述的核酸扩增元件，其特征在于，所述通道的宽度为约0.1mm至约2mm。12.根据权利要求11所述的核酸扩增元件，其特征在于，所述通道的宽度为约0.1mm至约1mm。13.根据权利要求12所述的核酸扩增元件，其特征在于，所述通道的宽度为约0.6mm。14.根据权利要求1或2所述的核酸扩增元件，其特征在于，所述膜的厚度为约0.001mm至约0.2mm。15.根据权利要求14所述的核酸扩增元件，其特征在于，所述膜的厚度为约0.001mm至
约0.1mm。16.根据权利要求15所述的核酸扩增元件，其特征在于，所述膜的厚度为约0.01mm至约0.1mm。17.根据权利要求16所述的核酸扩增元件，其特征在于，所述膜的厚度为约0.01mm、约0.03mm、约0.05mm或约0.07mm。18.根据权利要求1或2所述的核酸扩增元件，其特征在于，所述基板的第二表面设置有光窗。19.根据权利要求18所述的核酸扩增元件，其特征在于，所述光窗对应于扩增结束时样品所在的扩增腔室。20.根据权利要求1或2所述的核酸扩增元件，其特征在于，所述核酸扩增元件还包括样品接收腔，所述样品接收腔与其中一个扩增腔室流体连通。21.根据权利要求20所述的核酸扩增元件，其特征在于，所述样品接收腔内置有用于扩增反应的冻干微球。22.根据权利要求1或2所述的核酸扩增元件，其特征在于，所述每个扩增腔室的最大体积为约5至约100微升。23.根据权利要求22所述的核酸扩增元件，其特征在于，所述每个扩增腔室的最大体积为约10至约50微升。24.根据权利要求23所述的核酸扩增元件，其特征在于，所述每个扩增腔室的最大体积为约15至约35微升。25....

【专利技术属性】
技术研发人员：盛广济，
申请(专利权)人：苏州思纳福医疗科技有限公司，
类型：新型
国别省市：