一种用于核酸分析检测的集成化微流控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于核酸分析检测的集成化微流控系统。它包括核酸提取与扩增模块和毛细管电泳模块，集成在一个微流控系统中以实现核酸分析检测流程的完全自动化。本发明专利技术集成化的微流控系统大大减小了配套硬件设备的体积与成本，也使工作人员从繁杂专业的传统工作流程中解放出来。这一集成化系统的使用能够为临床检测、法医检验等许多DNA检测分析的应用领域提供更加便捷、高效、自动、准确、及时的检测结果。

【技术实现步骤摘要】
一种用于核酸分析检测的集成化微流控系统
本专利技术涉及一种用于核酸分析检测的集成化微流控系统，属于生物检测分析

技术介绍
基于微流控技术的全集成式核酸分析检测系统是针对现有的核酸毛细管电泳检测技术在自动化、低成本以及便携性等劣势上提出的升级方案。核酸检测在许多生化分析领域如临床医学、法医鉴定、遗传检验等都有着十分重大的作用。在临床医学上，基因检测用于各种疾病的检测与诊断，典型的如各种恶性肿瘤、各种先天性遗传疾病；在法医分析领域，基因检测是用于个体识别的金标准之一；在遗传分析领域，基因检测可以用来进行亲子鉴定、遗传图谱分析等。现在各个领域中所使用的基因检测手段仍旧是传统的方法，即首先是手工提取样本中的核酸，这一步一般是购买商业化的核酸提取试剂盒，再按照产品说明书进行操作，在试管内进行一系列复杂的生化反应来完成的；接下来的扩增流程以常用的聚合酶链式反应(PCR，PolymeraseChainReaction)扩增为例，扩增需要手工加入PCR反应混合液之后再通过商用的PCR仪来进行；最后的检测步骤则需要借助体积庞大的毛细管电泳仪以得到检测结果。因此，如果能有一个系统，能够将以上这几个步骤整合起来将所有的操作均交由机器自动化地完成，不仅可以大大减少人工操作，规避误操作风险，而且可以大大提高基因检测的分析速度和检测通量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于核酸分析检测的集成化微流控系统，本专利技术能够将传统核酸检测的三个步骤—核酸提取、核酸扩增和毛细管电泳—集成在一起并全自动地完成这些步骤，对于用户来说，本专利技术只要求使用者输入待测样本(血样、尿样、痰样，法医鉴定时可能是其他更复杂的样本)即可得到基因分析结果。本专利技术所提供的用于核酸分析检测的集成化微流控系统，包括核酸提取与扩增模块和毛细管电泳模块；所述核酸提取与扩增模块包括设于基片上的核酸提取试剂入口、核酸扩增试剂入口、样本入口和PCR腔室；所述核酸提取试剂入口、所述样本入口和所述PCR腔室依次相连通，所述样本入口与所述PCR腔室之间设有流体控制阀Ⅰ，所述PCR腔室的入口端设有滤纸；所述PCR腔室的出口端依次与流体控制阀Ⅱ、连接结构和废液出口相连通；所述核酸扩增试剂入口与所述PCR腔室入口端的流体通道相连通，且所述核酸扩增试剂入口与所述流体通道之间设有流体控制阀Ⅲ；所述毛细管电泳模块包括设于基片上的毛细管电泳进样管道和毛细管电泳主管道，且所述毛细管电泳进样管道与所述毛细管电泳主管道之间为垂直相交设置；所述毛细管主管道的两端分别设有毛细管电泳阴极槽和毛细管电泳阳极槽；所述毛细管电泳进样管道上设有毛细管电泳废液储存槽；所述连接结构包括设于组成所述核酸提取与扩增模块的基片上的PCR产物转移腔室和电泳相关试剂储存腔室，所述PCR产物转移腔室与所述电泳相关试剂储存腔室之间通过3个隔膜分隔成独立的腔室，隔膜A设于所述PCR产物转移腔室的上部，隔膜B设于所述PCR产物转移腔室与所述电泳相关试剂储存腔室之间，隔膜C设于所述电泳相关试剂储存腔室的下部；所述核酸提取与扩增模块设于所述毛细管电泳模块的上部，且所述电泳相关试剂储存腔室设于毛细管电泳的进样储液池的上方，所述毛细管电泳的进样储液池设于所述毛细管电泳模块上且与所述毛细管电泳进样管道相连通。上述的集成化微流控系统中，所述隔膜可为一层隔膜或多层隔膜。上述的集成化微流控系统中，所述核酸提取与扩增模块可由两片所述基片热压键合得到；所述毛细管电泳模块可由两片基片热压键合得到。上述的集成化微流控系统中，所述核酸提取与扩增模块与所述毛细管电泳模块之间设有弹性中间层。上述的集成化微流控系统中，所述核酸提取与扩增模块具体由聚甲基丙烯酸甲酯制成；所述毛细管电泳模块具体由玻璃制成；所述弹性中间层具体由PDMS制成。上述的集成化微流控系统中，所述集成化微流控系统包括1～8个所述核酸提取与扩增模块，如2个对称设置的核酸提取与扩增模块；所述毛细管电泳模块1～8条所述毛细管电泳主管道，如2条对称设置的毛细管电泳主管道；每个所述核酸提取与扩增模块上的所述连接结构与1条所述毛细管电泳主管道相连通。本专利技术提供的用于核酸分析检测的集成化微流控系统，可以使传统的多个配套设备(PCR仪、毛细管电泳仪等)整合成一个设备，大大减小了设备的体积和维护成本，使基因检测更加高效、即时、便捷、准确。附图说明图1为本专利技术用于核酸分析检测的集成化微流控系统的整体俯视图。图2为图1中装置的核酸提取与扩增模块组装轴测图。图3为图1中装置的核酸毛细管电泳模块组装轴测图。图4为图1中装置两个模块的组装轴测图。图5为本专利技术中提取扩增模块与毛细管电泳模块的连接结构示意图。图6为图5中的连接结构处于工作状态时的结构示意图。图7为本专利技术的整体操作流程图。图中的标注如下：I：核酸提取与扩增模块；II：毛细管电泳模块；III：弹性中间层；I-U：核酸提取与扩增模块的上盖板；I-D：核酸提取与扩增模块的下底板；II-U：毛细管电泳模块的上盖板；II-D：毛细管电泳模块的下底板；1、核酸提取相关试剂流入口；2、核酸扩增相关试剂流入口；3、样本加入口；4、核酸扩增相关试剂流体控制阀；5、核酸提取相关试剂流体控制阀；6、滤纸；7、PCR腔室；8、PCR产物转移控制阀；9、连接结构；10、废液出口；11、阴极槽；12、毛细管电泳废液储液槽；13、阳极槽；14、毛细管电泳主管道；15、毛细管电泳进样管道；16、加样口密封膜。9-A：隔膜A；9-B：隔膜B；9-C：隔膜C；9-1：PCR产物转移腔室；9-2：电泳相关试剂储存腔室；9-II：毛细管电泳的进样储液池；9-III：联通孔。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明，但本专利技术并不局限于以下实施例。本实施例采用滤纸对DNA的吸附与缠绕作用来提取样本中的DNA，相对应的提取相关试剂有氢氧化钠(NaOH)溶液、稀盐酸溶液(HCl)以及超纯水。该实施例采用PCR扩增的方式来扩增目标DNA片段，所使用的扩增相关试剂为预混好的PCR反应液。该实施例采用比较通用的十字交叉管道来进行毛细管电泳，以司法鉴定上常用的短串联重复序列分析(ShortTandemRepeat，STR)作为检测目标，所使用的电泳相关试剂为甲酰胺与商用STR标尺按一定比例的混合溶液。下面详细说明本专利技术的结构。图1为本专利技术的一种可行的实施方案。该装置整体分为两个模块：核酸提取与扩增模块I和毛细管电泳模块II。图4为两个模块的组装方式：核酸提取与扩增模块I置于毛细管电泳模块II的上方，两个模块之间嵌入一层弹性中间层III。弹性中间层III的使用取决于两个模块的材料：如果两个模块都是刚性材料的(如玻璃)，弹性中间层III可以填充材料接触面上的微观间隙使两个模块充分接触并对连接处起到很好的密封作用；如果有一模块已经使用弹性材料制作(如聚二甲基硅氧烷PDMS)，则可以不使用弹性中间层III。在本实施例中，核酸提取与扩增模块I的材料为PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯，有机玻璃)塑料，毛细管电泳模块II的材料为玻璃，弹性中间层III的材料为PDMS。图2为核酸提取与扩增模块I的组装结构，由两片PMMA塑料I-U与I-D通过热压键和而成。在两片PMMA中嵌有三片弹性膜(PDMS)形成流体控制阀4、5和8本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于核酸分析检测的集成化微流控系统，其特征在于：它包括核酸提取与扩增模块和毛细管电泳模块；所述核酸提取与扩增模块包括设于基片上的核酸提取试剂入口、核酸扩增试剂入口、样本入口和PCR腔室；所述核酸提取试剂入口、所述样本入口和所述PCR腔室依次相连通，所述样本入口与所述PCR腔室之间设有流体控制阀Ⅰ，所述PCR腔室的入口端设有滤纸；所述PCR腔室的出口端依次与流体控制阀Ⅱ、连接结构和废液出口相连通；所述核酸扩增试剂入口与所述PCR腔室入口端的流体通道相连通，且所述核酸扩增试剂入口与所述流体通道之间设有流体控制阀Ⅲ；所述毛细管电泳模块包括设于基片上的毛细管电泳进样管道和毛细管电泳主管道，且所述毛细管电泳进样管道与所述毛细管电泳主管道之间为垂直相交设置；所述毛细管主管道的两端分别设有毛细管电泳阴极槽和毛细管电泳阳极槽；所述毛细管电泳进样管道上设有毛细管电泳废液储存槽；所述连接结构包括设于组成所述核酸提取与扩增模块的基片上的PCR产物转移腔室和电泳相关试剂储存腔室，所述PCR产物转移腔室与所述电泳相关试剂储存腔室之间通过3个隔膜分隔成独立的腔室，隔膜A设于所述PCR产物转移腔室的上部，隔膜B设于所述PCR产物转移腔室与所述电泳相关试剂储存腔室之间，隔膜C设于所述电泳相关试剂储存腔室的下部；所述核酸提取与扩增模块设于所述毛细管电泳模块的上部，且所述电泳相关试剂储存腔室设于毛细管电泳的进样储液池的上方，所述毛细管电泳的进样储液池设于所述所述毛细管电泳模块上且与所述毛细管电泳进样管道相连通。...

【技术特征摘要】
1.一种用于核酸分析检测的集成化微流控系统，其特征在于：它包括核酸提取与扩增模块和毛细管电泳模块；所述核酸提取与扩增模块包括设于基片上的核酸提取试剂入口、核酸扩增试剂入口、样本入口和PCR腔室；所述核酸提取试剂入口、所述样本入口和所述PCR腔室依次相连通，所述样本入口与所述PCR腔室之间设有流体控制阀Ⅰ，所述PCR腔室的入口端设有滤纸；所述PCR腔室的出口端依次与流体控制阀Ⅱ、连接结构和废液出口相连通；所述核酸扩增试剂入口与所述PCR腔室入口端的流体通道相连通，且所述核酸扩增试剂入口与所述流体通道之间设有流体控制阀Ⅲ；所述毛细管电泳模块包括设于基片上的毛细管电泳进样管道和毛细管电泳主管道，且所述毛细管电泳进样管道与所述毛细管电泳主管道之间为垂直相交设置；所述毛细管主管道的两端分别设有毛细管电泳阴极槽和毛细管电泳阳极槽；所述毛细管电泳进样管道上设有毛细管电泳废液储存槽；所述连接结构包括设于组成所述核酸提取与扩增模块的基片上的PCR产物转移腔室和电泳相关试剂储存腔室，所述PCR产物转移腔室与所述电泳相关试剂储存腔室之间通过3个隔膜分隔成独立的腔室，隔膜A设于所述PCR产物转移腔室的上部，隔膜B设于所述PCR产物转...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏，庄斌，甘五鹏，王帅钦，李彩霞，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11