CN113684118B - 一种集成核酸分析芯片 - Google Patents
一种集成核酸分析芯片 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113684118B CN113684118B CN202110797647.1A CN202110797647A CN113684118B CN 113684118 B CN113684118 B CN 113684118B CN 202110797647 A CN202110797647 A CN 202110797647A CN 113684118 B CN113684118 B CN 113684118B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- chip
- pipeline
- nucleic acid
- valve
- cavity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 title claims abstract description 128
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 title claims abstract description 127
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 title claims abstract description 127
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 146
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 130
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 101
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 93
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 56
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 56
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 56
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 59
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 34
- 239000000872 buffer Substances 0.000 claims description 21
- 238000010790 dilution Methods 0.000 claims description 6
- 239000012895 dilution Substances 0.000 claims description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 5
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 4
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 4
- 108091033409 CRISPR Proteins 0.000 claims 2
- 238000010354 CRISPR gene editing Methods 0.000 claims 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 18
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000011805 ball Substances 0.000 description 65
- 238000000034 method Methods 0.000 description 26
- 239000000047 product Substances 0.000 description 22
- 230000008569 process Effects 0.000 description 15
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 15
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 9
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 7
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 7
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 6
- 108020005004 Guide RNA Proteins 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 108700004991 Cas12a Proteins 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 5
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 5
- 239000008223 sterile water Substances 0.000 description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 102000053602 DNA Human genes 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 108020004682 Single-Stranded DNA Proteins 0.000 description 4
- -1 cas12 Proteins 0.000 description 4
- 239000012295 chemical reaction liquid Substances 0.000 description 4
- 230000009089 cytolysis Effects 0.000 description 4
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 description 4
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 4
- 238000011901 isothermal amplification Methods 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 4
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 3
- 238000010828 elution Methods 0.000 description 3
- 238000001917 fluorescence detection Methods 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000003161 ribonuclease inhibitor Substances 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 239000006226 wash reagent Substances 0.000 description 3
- 235000010469 Glycine max Nutrition 0.000 description 2
- 244000068988 Glycine max Species 0.000 description 2
- 102000004856 Lectins Human genes 0.000 description 2
- 108090001090 Lectins Proteins 0.000 description 2
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 2
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000012459 cleaning agent Substances 0.000 description 2
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000003113 dilution method Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 150000002605 large molecules Chemical class 0.000 description 2
- 239000002523 lectin Substances 0.000 description 2
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 2
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 2
- 238000012772 sequence design Methods 0.000 description 2
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 2
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- QKNYBSVHEMOAJP-UHFFFAOYSA-N 2-amino-2-(hydroxymethyl)propane-1,3-diol;hydron;chloride Chemical compound Cl.OCC(N)(CO)CO QKNYBSVHEMOAJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000203069 Archaea Species 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- KWIUHFFTVRNATP-UHFFFAOYSA-N Betaine Natural products C[N+](C)(C)CC([O-])=O KWIUHFFTVRNATP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003298 DNA probe Substances 0.000 description 1
- 102000016928 DNA-directed DNA polymerase Human genes 0.000 description 1
- 108010014303 DNA-directed DNA polymerase Proteins 0.000 description 1
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100385364 Listeria seeligeri serovar 1/2b (strain ATCC 35967 / DSM 20751 / CCM 3970 / CIP 100100 / NCTC 11856 / SLCC 3954 / 1120) cas13 gene Proteins 0.000 description 1
- KWIUHFFTVRNATP-UHFFFAOYSA-O N,N,N-trimethylglycinium Chemical compound C[N+](C)(C)CC(O)=O KWIUHFFTVRNATP-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 108091028043 Nucleic acid sequence Proteins 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- 239000012131 assay buffer Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229960003237 betaine Drugs 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000012864 cross contamination Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 239000003480 eluent Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 1
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 1
- YQOKLYTXVFAUCW-UHFFFAOYSA-N guanidine;isothiocyanic acid Chemical compound N=C=S.NC(N)=N YQOKLYTXVFAUCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 description 1
- 210000000987 immune system Anatomy 0.000 description 1
- 230000002934 lysing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 238000005360 mashing Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000011807 nanoball Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 1
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000011535 reaction buffer Substances 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000005201 scrubbing Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000011895 specific detection Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 230000009261 transgenic effect Effects 0.000 description 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
- C12Q1/6844—Nucleic acid amplification reactions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
- C12Q1/6806—Preparing nucleic acids for analysis, e.g. for polymerase chain reaction [PCR] assay
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
- C12Q1/6813—Hybridisation assays
- C12Q1/6834—Enzymatic or biochemical coupling of nucleic acids to a solid phase
- C12Q1/6837—Enzymatic or biochemical coupling of nucleic acids to a solid phase using probe arrays or probe chips
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种集成核酸分析芯片。芯片设有透气孔、反应腔、废液腔等腔室，还设有存储管连接接口、滑轨接口、液体流动管道、排气管道等，以及设有多个管道口，腔室经各自的管道和一管道口连通；存储管通过接口安装在芯片上作为腔室；滑轨与芯片通过滑轨接口紧密固定，导通阀位于滑轨内滑动，用于腔室和活塞泵之间的选择性连通；活塞泵与导通阀通过导管密封相连。本发明能够在芯片中完成核酸提取、扩增及检测的完整步骤，能够有效避免可能产生的污染，能更好地将对后续扩增有抑制作用的试剂去除干净，从而避免其对扩增产生影响，提高了效率和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及核酸分析检测领域的一种用于核酸实验的芯片，其具体涉及一种集成核酸分析芯片。
背景技术
核酸是生物体遗传信息的载体。通过检测核酸，可以准确地对生物体进行鉴别。目前，核酸分析检测已广泛应用于食品安全检测、环境监测、医疗诊断等领域，并扮演着重要的角色。基于核酸扩增技术的核酸检测方法是最为常用的核酸分析检测方法，但是其检测过程往往包含复杂的核酸提取操作，需要反复进行移液，且在移取液体过程中容易引起交叉污染。一些研究人员为了简化核酸提取操作步骤，直接对未处理的样本进行核酸扩增或者采用简单的裂解方法(加热、碱液裂解)对样本处理后进行核酸扩增。尽管这样可以简化操作，但是获取的核酸样本中仍然存在许多杂质，会影响后续的核酸扩增反应效率以及检测灵敏度。此外，核酸提取过程中会用到一些对后续扩增有抑制作用的试剂，将这些试剂去除也需要较长的操作时间。
对于扩增产物的检测，主要还是依赖于精密的荧光读取装置来获得实时荧光曲线，对结果进行判定。对于一些利用基于反应液浊度、反应液颜色变化等的终点检测方法，虽然其操作较方便，但是存在缺乏特异性或者阳性与阴性结果区分度不够明显等问题。CRISPR(成簇的规律间隔的短回文重复序列)是存在于大部分细菌与古细菌中的一种免疫***。该***主要包含Cas蛋白和crRNA。一些Cas蛋白(如Cas12、Cas13和Cas14)在crRNA的引导下，在切割靶标核酸序列时，还能对非目标单链DNA进行切割(即旁路切割效应)。利用这一性质，一些研究人员将核酸扩增反应与CRISPR技术结合用于实现对目标核酸的检测。但是由于两个体系存在温度不兼容的问题，往往需要在核酸扩增反应结束后开盖再引入CRISPR试剂，容易产生气溶胶污染。
目前，一些一体化的核酸分析检测装置已经建立起来，如国外罗氏公司的CobasLiat、生物梅里埃公司的FilmArray、国内圣湘生物的iPonatic***以及杭州优思达生物的核酸扩增检测分析仪等。但这些装置还是存在着一些诸如尺寸较大、价格昂贵、设计复杂等缺陷，无法完全满足基层需求。因此，研发一种低成本的、多功能性的、操作简单的、结果易判断的集成核酸分析装置具有重要意义，能够使核酸分析检测得到普及，尤其对于资源有限的地区。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种集成核酸分析芯片，能够在芯片中完成核酸提取、扩增及检测的完整步骤；并且能够防止被测核酸以及核酸扩增产物离开检测芯片进入周围环境，从而避免可能产生的污染。同时，所述芯片可将核酸提取过程中使用的一些对后续扩增有抑制作用的试剂去除干净，从而避免其对扩增产生影响。核酸扩增过程可以采用变温扩增或者等温扩增。扩增产物检测可以进行实时荧光检测或者终点检测。
本发明是这样实现的：
一、一种集成核酸分析芯片：
所述芯片上设有泵和滑轨式结构，通过滑轨式结构控制泵连通不同腔室，实现泵和芯片上不同腔室的选择性连通。
核酸扩增过程可以采用变温扩增或者等温扩增。扩增产物检测可以进行实时荧光检测或者终点检测。
本发明能够在芯片中完成核酸提取、扩增及检测的完整步骤；并且能够防止被测核酸以及核酸扩增产物离开检测芯片进入周围环境，从而避免可能的污染。
在芯片上设置多个CRISPR检测腔，分别存放有针对不同核酸靶标的CRISPR检测试剂。在核酸扩增反应结束后，利用活塞泵将扩增产物分别泵入各个CRISPR检测腔，实现终点多重检测。本发明利用CRISPR技术对核酸扩增产物进行终点检测。
所述芯片本身在腔室处制作为透明，设有图像传感器，利用图像传感器对腔室内的荧光信号实现气泡检测；在发现有气泡等存在的情况下，进一步利用芯片上的泵阀对腔室室进行液体抽取，以消除腔室内的气泡，从而消除气泡等因素对荧光信号检测带来的干扰。
所述芯片设有洗涤腔室，洗涤腔室内有芯片洗涤试剂，对芯片中的管道及除了洗涤腔室的其他腔室进行洗涤，将核酸实验过程中使用的对后续核酸扩增有影响作用的试剂去除干净，从而避免对核酸扩增产生影响。
所述芯片设有带隔膜的排气管道和连接排气管道的透气孔，在芯片和外界没有核酸分子交换的前提下，从外界从透气孔经由排气管道吸入外界清洁气体到芯片内部，进而对芯片内部的管道和腔室进行涤荡和吹打。
本发明能容纳且能适用于核酸提取操作的全部流程和试剂，能够用于大体积样本的核酸提取。
所述集成核酸分析芯片更具体地为：
芯片，所述芯片设有透气孔、反应腔、废液腔等腔室，还设有跟所述存储管连接的接口、滑轨接口、液体流动管道、排气管道等，以及设有多个管道口，废液腔、反应腔、每个存储管均分别通过各自的一个液体流动管道后和一个管道口连通，透气孔经排气管道和各自的一个管道口连通；
本发明的芯片上的反应腔，废液腔等均连通透气孔，透气孔中设有既可透气又能防止核酸分子通过的隔膜机构。
存储管，通过接口安装在芯片上作为腔室，用于存储检测样品或者反应中所需试剂；所述存储管的底部设有通孔，与芯片上的接口密封连接。进一步地，存储管设有管盖，管盖上设有既可透气又能防止核酸分子通过的隔膜，存储管与管盖密封连接。
滑轨，所述滑轨与芯片通过滑轨接口紧密固定，用于所述导通阀的移动，从而实现将透气孔、反应腔、废液腔、不同的所述存储管经芯片的液体流动管道/排气管道与所述导通阀上的接口之间的选择性导通；
导通阀，所述导通阀位于滑轨内，在滑轨内直线滑动，在所述导通阀与所述芯片之间设有密封垫片，通过密封保证密封性；进一步地，所述密封垫片上设有圆形通孔，分别与所述芯片上的液体流动管道口相通。
活塞泵，所述活塞泵与所述导通阀通过导管密封相连，用于抽取或排放液体。进一步地，往复推拉活塞，可以实现对液体的混匀。
还包括密封膜，反应腔、废液腔、液体流动管道、排气管道、透气孔均通过在芯片顶面贯通开设形成，所述密封膜用于将所述芯片上的反应腔、废液腔、液体流动管道、排气管道、透气孔的顶面开口进行密封。密封膜可以为坚硬固体，也可以为柔性膜。
所述导通阀设有移动把手、与芯片管道口连通的仅一个接口，通过所述导通阀上的移动把手移动导通阀，将所述导通阀上的仅一个接口对准连接所述芯片上对应的一个管道口，将所述导通阀上的仅一个接口和活塞泵始终连通，从而实现透气孔、反应腔、废液腔、不同所述存储管与所述活塞泵之间的选择性连通。
所述芯片设有洗涤腔室，洗涤腔室内有芯片洗涤试剂，洗涤腔室经各自的一个液体流动管道后和一个管道口连通，再和导通阀选择性连通，对芯片中的管道及除了洗涤腔室的其他腔室进行洗涤。
所述的透气孔连通外界清洁气体，从外界从透气孔经由排气管道吸入外界清洁气体到芯片内部，进而对芯片内部的管道和腔室进行涤荡和吹打。
所述芯片在每个腔室处制作为透明，设有图像传感器，利用图像传感器对腔室内的荧光信号实现气泡检测；在发现有气泡等存在的情况下，进一步利用芯片上的泵阀对腔室室进行液体抽取，以消除腔室内的气泡，从而消除气泡等因素对荧光信号检测带来的干扰。
芯片上设置缓冲腔室，通过缓冲腔室进行稀释性存储。通过缓冲腔室进行稀释性存储，在不降低检测灵敏度的前提下，避免微量液体体积的抽取和转运，从而提高检测的可靠性。
缓冲腔室内存放有稀释试剂，可以对扩增产物进行一定程度稀释后再通入存放有CRISPR检测试剂的存储管内进行检测。这些缓冲腔室内存放的稀释试剂可以是CRISPR检测所需的缓冲液。虽然这是一个对目标核酸的稀释过程，但是，由于是利用CRISPR检测缓冲液进行稀释的，所以可以通过在后续CRISPR检测腔中使用浓缩试剂或冻干试剂的方法，确保CRISPR体系中各活性成分以及检测目标核酸的浓度不变。这样在保证检测灵敏度的同时，又能避免微量液体体积的抽取和转运。
在检测样本时，首先，将样本放入芯片的第一个存储管中进行裂解，该存储管内预存有裂解结合试剂和微纳磁球，用于将样本裂解、释放出核酸分子，并使核酸分子与微纳磁球结合。在滑轨上移动导通阀，使得含有样本的第一个存储管经导通阀和活塞筒连通，导管的另一端与活塞泵连通，往复推拉活塞使微纳磁球与样本之间充分接触混匀，以使得尽可能多的核酸吸附在微纳磁球的表面。进一步地，裂解过程中可以根据样本需求进行加热裂解；
接着，利用外部的磁铁或电磁铁靠近第一个存储管管壁，将第一个存储管内的微纳磁球吸附在管内壁上，使微纳磁球与裂解结合试剂分离。向外拉动活塞，使裂解结合试剂离开存储管，进入活塞筒内。移动导通阀，废液腔经导通阀和活塞筒连通。向内推动活塞，使活塞筒内的裂解结合试剂进入废液腔中；
接着，移动导通阀，第二个存储管经导通阀和活塞筒连通。第二个存储管内预存有磁球清洗试剂，用于去除磁球表面可能吸附的蛋白、多糖等杂质。向外拉动活塞，使一部分磁球清洗试剂进入活塞筒内。移动导通阀，第一个存储管经导通阀和活塞筒连通。向内推动活塞，使活塞筒内磁球清洗试剂进入第一个存储管中。移开外部的磁铁或电磁铁，往复推拉活塞，使微纳磁球与磁球清洗试剂充分接触混匀一段时间，实现对微纳磁球的第一次清洗；
接着，利用外部的磁铁或电磁铁将第一个存储管内的微纳磁球吸附在管内壁上，使微纳磁球与磁球清洗试剂分离。向外拉动活塞，使磁球清洗试剂离开第一个存储管，进入活塞筒内。移动导通阀，使废液腔经导通阀和活塞筒连通。向内推动活塞，使磁球清洗试剂进入废液腔中；
接着，第二个存储管经导通阀和活塞筒连通。向外拉动活塞，使第二个存储管内剩余的磁球清洗试剂进入活塞筒内。重复上面的步骤，实现对微纳磁球的第二次清洗，并将磁球清洗试剂排入废液腔中。实际中具体清洗次数可根据需要设置。
接着，第三个存储管内预存有芯片洗涤试剂，用于将液体流动管道与活塞筒内残留的磁球清洗试剂洗涤干净。一般情况下，在上述的磁球清洗试剂中会包含有酒精等有机试剂。这些有机试剂会对后续的核酸扩增造成抑制。在芯片中，这些磁球清洗试剂可能会在芯片的管道中残留，并进入后续的试剂中，从而对核酸扩增造成抑制等影响。在本发明芯片的设计中，进一步创新设置了洗涤腔、芯片洗涤试剂和洗涤步骤，对芯片管道和活塞泵进行清洗，以消除磁球清洗试剂残留可能造成的影响。具体地，移动导通阀，使第三个存储管经导通阀和活塞筒连通。向外拉动活塞，使一部分芯片洗涤试剂进入活塞筒内，移动导通阀，使第二个存储管经导通阀和活塞筒连通。往复推拉活塞，使芯片洗涤试剂对活塞泵进行充分洗涤。最后，向外拉动活塞，使洗涤试剂离开第二个存储管，进入活塞筒内。移动导通阀，使废液腔经导通阀和活塞筒连通。向内推动活塞，使芯片洗涤试剂进入废液腔中。进一步地，该洗涤过程可根据实际洗涤情况，进行重复操作，洗涤多次。
接着，移动导通阀，使第三个存储管经导通阀和活塞筒连通。向外拉动活塞，使一部分芯片洗涤试剂进入活塞筒内，移动导通阀，使第一个存储管经导通阀和活塞筒连通。往复推拉活塞，使芯片洗涤试剂对连接第一个存储管的液体流动通道进行充分洗涤。最后，向外拉动活塞，使芯片洗涤试剂进入活塞筒内。移动导通阀，使废液腔经导通阀和活塞筒连通。向内推动活塞，使芯片洗涤试剂进入废液腔中。进一步地，在洗涤的过程中，要注意避免芯片洗涤试剂与第一个存储管内的微纳磁球进行接触。进一步地，该洗涤过程可根据实际洗涤情况，进行重复操作，洗涤多次。
管道等洗涤后，可以通过排气管道利用活塞泵从外界经过隔膜吸入清洁空气，对管道及微纳磁球进行进一步的涤荡及吹打，从而进一步消除管道及磁球表面可能存在的有害残留物质。
通过排气管道利用活塞泵从外界经过隔膜吸入清洁空气也可用于腔室中溶液的搅拌及混匀等操作。
接着，移动导通阀，使第四个存储管经导通阀和活塞筒连通。第四个存储管内预存有洗脱试剂，用于洗脱吸附在微纳磁球表面的核酸分子。向外拉动活塞，使洗脱试剂进入活塞筒内。移动导通阀，使第一个存储管经导通阀和活塞筒连通。往复推拉活塞，使微纳磁球与洗脱试剂充分接触混匀一段时间，实现对吸附在微纳磁球表面核酸分子的洗脱，使核酸分子进入洗脱试剂中。
接着，利用外部的磁铁或电磁铁将第一个存储管内的微纳磁球吸附在第一个存储管内壁上，使微纳磁球与洗脱试剂分离。向外拉动活塞，使洗脱试剂离开存储管，进入活塞筒内。移动导通阀，使反应腔经导通阀和活塞筒连通。反应腔室内预存有扩增试剂，用于进行核酸扩增反应。向内推动活塞，使洗脱试剂进入反应腔室中，然后通过外部的温控装置进行扩增反应。相比标准试剂盒核酸提取方法，避免移取微量洗脱试剂用于核酸扩增，提高了检测的可靠性。进一步地，反应腔室的一端连接有可透气又能防止核酸分子通过的透气孔。
也可以根据需要在芯片上设置缓冲腔室，缓冲腔室内存放有核酸扩增缓冲液，利用其对含有核酸的洗脱试剂进行一定稀释再将其泵入反应腔中进行扩增。如原定的反应体系为50微升，其中含检测样本的核酸洗脱液为5微升。为了避免在芯片抽取微小体积可能带来的误差及波动，可以抽取50微升的核酸洗脱液泵入到含有450微升的扩增缓冲液的缓冲腔室中，混合均匀之后，再抽取50微升的混合液泵入反应腔。这样在保证检测灵敏度的同时，又能避免微量液体体积的抽取和转运，减少可能的检测误差；
接着，核酸扩增结束后，向外拉动活塞，使扩增产物离开反应腔室，进入活塞筒内。移动导通阀，使第五个存储管经导通阀和活塞筒连通。第五个存储管内预存有CRISPR检测试剂，用于对扩增产物进行终点检测。向内推动活塞，使扩增产物进入存储管内进行反应。进一步地，芯片上可以设置多个存储管用于存放针对不同核酸靶标的CRISPR检测试剂，实现多重核酸检测。
进一步地，CRISPR检测试剂包含Cas蛋白、缓冲液、引导RNA、单链核酸荧光探针、RNA酶抑制剂、无菌水等。当目标核酸存在时，其会与引导RNA进行碱基互补配对，从而激活Cas蛋白的活性，切割单链核酸荧光探针，产生荧光信号。进一步地，CRISPR检测试剂能够被固化处理(如冷冻干燥)，便于储存。
进一步地，在进行光学检测时，反应液中可能会存在气泡、颗粒等因素影响检测。气泡可能会是由于检测反应所产生，也可能会是由于冻干试剂的溶解以及液体转运过程中的泵阀作用等多种因素所产生。如果进行常见的单光束实时荧光信号读取，若光束正好落在气泡上，则气泡将会影响荧光信号的读取，从而影响对实验结果的判断。因此，本发明在检测过程中引入图像传感器对检测腔内的荧光信号进行多点检测。通过实现对反应液荧光信号的空间分布检测，避免采集气泡位置的荧光信号，从而避免可能存在的气泡对荧光信号检测带来的干扰；
具体的检测算法如下：
1、利用图像传感器读取检测腔室内受到入射光激发光照射区域的荧光信号，对图像传感器中每个像素点的荧光信号分别记录、保存；
2、根据各个像素点的荧光信号，求取像素的平均信号强度；
3、设定一定的判别标准，如以平均信号强度的正负10％为正常信号选取范围；对于荧光值偏差大于这一范围的像素点，荧光信号可认为是由于气泡、颗粒物等造成的，判别为非正常点；在实际中，正常像素点的信号具体偏差范围的选择可以根据芯片及检测腔设计等确定；
4、剔除非正常点的信号后，重新计算正常信号点的平均荧光强度，作为检测信号；
5、进一步的，在步骤3中若检测到气泡等异物后，也可进一步利用芯片的泵阀对检测腔室进行液体抽取，以消除腔室内的气泡，从而消除气泡等因素对荧光信号检测带来的干扰。
进一步地，磁铁或电磁铁对微纳磁球吸附的位置靠近存储管底部通孔位置；
进一步地，导通阀在滑轨内移动的过程中，当导通阀上与导管连通的接口没有跟芯片上导通阀底部的管道口连通时，导通阀底部的管道口都处于密封的状态；当导通阀上与导管连通的接口跟芯片上导通阀底部的一个管道口连通时，导通阀底部的其它管道口也都处于密封的状态；
进一步地，磁铁或电磁铁的控制、导通阀的移动以及活塞泵的推拉都可以通过外部机械装置控制；
进一步地，所选用的芯片洗涤试剂不会对后续扩增反应产生抑制作用；
进一步地，芯片上设置有排气管道，管道连接有可透气又能防止核酸分子通过的透气孔。其可用于使活塞泵形成清洁空气柱，然后向内推动活塞，确保将残留在芯片上液体流动管道内的一些液体试剂彻底干净排出，同时也可以用于促进残留在微纳磁球表面或芯片内的有机试剂的挥发；
进一步地，微纳磁球可以用其它具有捕获核酸能力的材料代替，如二氧化硅球、滤纸、硅胶薄膜等。
本发明巧妙设计设置了滑轨结构，配合活塞运动，依次控制各个反应过程和处理，能够很好方便地实现实验操作，避免了污染，能更好地彻底将对后续扩增有抑制作用的试剂去除干净，提高了反应效率和反应准确性。
本发明的通过设置滑轨配合设置了洗涤腔室，能够很好地实现芯片完整的洗涤，而不是仅仅磁球的清洗。
本发明的通过设置滑轨配合设置了透气孔和排气管道，还能实现进气清洗的作用和功能。
本发明的核酸分析芯片，其特点是：能够完成核酸提取、扩增及检测的完整步骤；并且能够防止被测核酸以及核酸扩增产物离开检测芯片进入周围环境，从而避免可能产生的污染。同时，所述芯片可将核酸提取过程中使用的一些对后续扩增有抑制作用的试剂去除干净，从而避免其对扩增产生影响。一些商业化装置，微纳磁球会进入核酸扩增反应液中进行反应，其会对扩增反应效率产生影响，并对微纳磁球工艺提出更高的要求。而该核酸分析芯片能够避免将纳米磁球引入核酸反应试剂中对反应造成影响。并且该芯片配置灵活，核酸扩增过程可以采用变温扩增或者等温扩增。扩增产物检测可以进行实时荧光检测或者终点检测。结合CRISPR技术用于对扩增产物分析，提高检测的特异性与灵敏度，并实现多重检测，简化对配套仪器的要求，结果易于读取。
本发明的芯片不仅可以用于核酸分析，还可以用于具有相似操作需求的其它分子生物学检测实验或免疫检测实验。
附图说明
图1：一种核酸分析芯片的结构示意图；
图2：一种核酸分析芯片的结构示意图；
图3：一种核酸分析芯片的俯视图；
图4：芯片俯视图；
图5：导通阀结构示意图。
附图说明：
100-芯片，101-液体流动管道，102-废液腔，103-透气孔，104-反应腔，105-存储管接口，106-滑轨接口，107-管道口，108-排气管道，
200-滑轨，201-滑轨固定杆，
300-活塞泵，301-活塞筒，302-活塞杆，303-活塞泵接口，
400-导管，
500-存储管，501-存储管盖，502-存储管身，503-存储管通孔，
600-密封膜，
700-密封垫片，701-圆形通孔，
800-导通阀，801-移动把手，802-导通阀接口，803-把手固定杆。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图来对本发明做进一步地解释。下列实施例仅用于说明本发明，但并不用来限定本发明的实施范围。
本发明的实施例如下：
实施例1
具体地，如图1至图5所示，核酸分析芯片包括：芯片100，滑轨200，活塞泵300，导管400，存储管500，密封膜600，密封垫片700，导通阀800。
其中，利用各存储管500存储相关的试剂；利用活塞泵300来实现对存储管500内的试剂进行转移与搅拌；利用滑轨200来实现导通阀800的移动。
芯片100上设置有废液腔102和反应腔104，其分别用于预先存放废液和反应试剂，废液腔102设置为较大容量腔，只供排入，不排出。芯片100上开设有透气孔103。存储管500利用存储管接口105固定于芯片100上。存储管500顶部设有管盖501确保存储管密封，底部设有通孔503能够与芯片100通过存储管接口105进行连接。存储管盖501上设有既可透气又能防止核酸分子通过的隔膜。
滑轨200通过滑轨固定杆201与芯片100上的滑轨接口106进行紧密连接，使得滑轨200固定在芯片100上。导通阀800固定安装于滑轨200内，能够在滑轨内直线滑动。
滑轨200内的芯片100上设置有多个管道口107，废液腔102、反应腔104、每个存储管500均通过各自的一个液体流动管道101和各自的一个管道口107连通，透气孔103经排气管道108和各自的一个管道口107连通，排气管道108可带有隔膜。
导通阀800包含移动把手801和导通阀接口802，导通阀接口802下端可以通过芯片100内部的一个管道口107和液体流动管道101与一个存储管接口105连通，进而和该存储管接口105对应的存储管500进行导通。导通阀接口802上端与导管400一端紧密连接，导管400另一端通过活塞泵接口303与活塞泵300紧密连接。
在导通阀800的底部的芯片7上设有密封垫片700，密封垫片700保持固定，能够保证导通阀800与滑轨200内的芯片100之间的密封性。密封垫片700上有圆形通孔701，圆形通孔701的数量和管道口107的数量相同且一一对应，各个圆形通孔701分别与滑轨200内的芯片100上设置的各个管道口107对应。
同时芯片100上的反应腔104、废液腔102都连接既可透气又能防止核酸分子通过的透气孔103。
进一步地，在实际应用过程中，各存储管500的形状、大小可以根据各自需要进行调整，不需要为相同大小和形状。各存储管500的材质可以根据各自需要采用玻璃、塑料、陶瓷或者金属等。进一步地，存储管500的数量也可根据实际需求进行调整。进一步地，存储管盖501的形状、大小可以根据各自需要进行调整，但是需保证存储管盖501能够与存储管500进行紧密连接，确保密封性。存储管盖501内设有既可透气又能防止核酸分子通过的隔膜，也可以采用弹性管盖，一方面可以避免装置内的大分子(如核酸)扩散到外部，造成污染；另一方面也可以维持气压平衡。
进一步地，透气孔103中设有既可透气又能防止核酸分子通过的隔膜，可以避免装置内的大分子(如核酸)扩散到外部，造成污染；同时也可以维持气压平衡，或从外界吸入不含核酸分子的清洁气体。
进一步地，滑轨200的大小可以根据需要进行调整，但是需保证芯片100上开设的管道口107都在滑轨200的内部。滑轨200的材质可以根据需求采用金属、塑料等且滑轨200需要具有一定的刚度。滑轨200的设计要保证导通阀800能够与其进行紧密嵌合，同时导通阀800要能在滑轨200内沿滑轨200直线滑动。进一步地，滑轨200内可以设置凹槽使导通阀800嵌入凹槽中实现紧密嵌合又能使导通阀800直线滑动。也可以利用钢球以及钢球滚动轨道实现滑轨200与导通阀800的紧密嵌合又能使导通阀800直线滑动。
进一步地，导通阀800的大小可以根据需要进行调整，但是导通阀800在滑轨200内移动的过程中，需保证管道口107始终能够被导通阀800密封。这样能够在导通阀800移动的过程中防止存储管500内的试剂通过液体流动管道101倒吸入导通阀800内，造成污染。导通阀800的材质可以根据需求采用金属、玻璃、陶瓷、塑料等。
进一步地，密封垫片700的材质为弹性高分子材料，如橡胶、硅胶等。进一步地，密封垫片700的材质应既能保证弹性又能保证耐摩擦。
进一步地，密封膜600能够强力黏附在芯片100上，能够确保密封性。优选地，密封膜600的表面是疏水的，可以为透明材质，也可以为不透明材质。优选地，密封膜能够在高温环境下(98℃左右)仍能够与芯片100保持紧密黏附。
进一步地，芯片100的材质可以为金属、塑料、玻璃等。优选地，芯片100需要具有一定的刚度。芯片100上的液体流动管道101在保证能够使存储管500与导通阀800进行连通的情况下，液体流动管道101的形状、大小可以根据实际要求进行设计。
该核酸分析芯片，能够保证整个检测过程的密封性，同时不同的预存储试剂之间不会发生混合造成污染，利于运输、保存。利用导通阀结合活塞泵能够轻松实现对不同试剂的转移与搅拌。并且导通阀的移动和活塞泵的往复推动都可以通过简单的机械装置来实现自动控制，无需复杂的操作***，因此该本发明的核酸分析芯片非常具有潜力推广在基层使用。
实施例2
下面介绍利用该核酸分析芯片实现集成化核酸分析的具体操作过程：
如图3所示核酸分析芯片，其总共包含七个存储管500，从左至右，依次编号为500a至500g。如图4所示，与存储管接口105、反应腔104、废液腔102、透气孔103连通的液体流动管道101，其从左至右，依次编号为101a至101i。
如图1至图5所示，使用前，在存储管500a中放置样品、裂解结合试剂和微纳磁球，存储管500a旁可放置磁铁用于吸附微纳磁球；在存储管500b中放置磁球清洗试剂，在存储管500c中放置芯片洗涤试剂，在存储管500d中放置洗脱试剂，在存储管500e中放置稀释试剂，在存储管500f中放置针对第一个靶标的固化CRISPR检测试剂，在存储管500g中放置针对第二个靶标的固化CRISPR检测试剂，在反应腔104中预先放置有固化核酸扩增试剂。
进一步地，本发明实施例所使用的芯片100、滑轨200、存储管500、密封膜600、导通阀800均由透明高分子材料，如聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯制成。
进一步地，本发明实施例所采用的CRISPR检测试剂是CRISPR/Cas12a检测试剂，其包含Cas12a蛋白、引导RNA、缓冲液、单链DNA荧光探针、RNA酶抑制剂、无菌水等。当目标DNA存在时，引导RNA会与目标DNA精确配对，进而激活Cas12a蛋白的切割活性，对单链DNA荧光探针进行大量切割，产生荧光信号。
本发明具体实施的核酸分析测试过程如下，但不限于此：
1)拧开存储管500a的管盖，将待测样本加入到存储管500a中并盖上管盖确保密封，此时待测样品被裂解结合试剂裂解释放出核酸分子，进而使得核酸分子与微纳磁球进行结合。在滑轨200上移动导通阀800，带动导通阀800上的导通阀接口802与存储管500a的液体流动管道101a对齐，使得存储管500a经液体流动管道101a、导通阀接口802后和活塞泵300中的活塞筒302连通，往复推动活塞杆302，使微纳磁球能够与样品释放出的核酸分子进行充分的混合，确保核酸分子能够被微纳磁球捕获；
2)利用外部的磁铁靠近存储管500a，使微纳磁球吸附在管壁上，与裂解结合试剂分离。从活塞筒302中拉出活塞杆302，使裂解结合试剂进入活塞泵300的活塞筒302内，移动导通阀800，带动导通阀接口802与废液腔102的液体流动管道101g对齐，使得废液腔102经液体流动管道101g、导通阀接口802后和活塞泵300中的活塞筒302连通，推入活塞杆302，使裂解结合试剂排入废液腔102中；
3)移动导通阀800，带动导通阀接口802与存储管500b的液体流动管道101b对齐，使得存储管500b经液体流动管道101b、导通阀接口802后和活塞泵300中的活塞筒302连通，拉出活塞杆302，使存储管500b内的一部分磁球清洗试剂进入活塞泵300的活塞筒302内；
4)移动导通阀800，带动导通阀接口802与存储管500a的液体流动管道101a对齐，使得存储管500a经液体流动管道101b、导通阀接口802后和活塞泵300中的活塞筒302再次连通，移开存储管500a外部磁铁，往复推入活塞杆302，使磁球清洗试剂进入存储管500a内而与微纳磁球充分混匀，之后利用外部的磁铁靠近存储管500a，使微纳磁球吸附在存储管500a的管壁上，与磁球清洗试剂分离。然后拉出活塞杆302，使磁球清洗试剂进入活塞泵300的活塞筒302内；
5)移动导通阀800，带动导通阀接口802与废液腔102的液体流动管道101g对齐，使得废液腔102经液体流动管道101g、导通阀接口802后和活塞泵300中的活塞筒302再次连通，拉出活塞杆302，使磁球清洗试剂排入废液腔102中；
6)重复上述操作重复3)、4)和5)，用存储管500b内的剩余磁球清洗试剂再次对微纳磁球进行清洗；使磁球清洗试剂反复进入和流出存储管500a进而用尽磁球清洗试剂与微纳磁球充分混匀后清洗排出；
7)移动导通阀800，带动导通阀接口802与存储管500c的液体流动管道101c对齐，使得存储管500c经液体流动管道101c、导通阀接口802后和活塞泵300中的活塞筒302连通，拉出活塞杆302，使存储管500c内的一部分芯片洗涤试剂进入活塞泵300的活塞筒302内；
8)移动导通阀800，带动导通阀接口802与存储管500b的液体流动管道101b对齐，使得存储管500b经液体流动管道101b、导通阀接口802后和活塞泵300中的活塞筒302再次连通，推入拉出活塞杆302，使芯片洗涤试剂排入存储管500b中；然后再拉出活塞杆302，使芯片洗涤试剂进入活塞泵300的活塞筒302内。
如此快速往复推动活塞杆302，使芯片洗涤试剂对活塞泵300、导管400以及存储管500b和液体流动管道101b进行清洗，以消除之前残留的磁球清洗试剂中可能含有的成分(如酒精)对后续核酸扩增的影响。
9)在完成对活塞泵300、导管400以及存储管500b和液体流动管道101b的清洗后，移动移动导通阀800，带动导通阀接口802与存储管500a的液体流动管道101a对齐，使得存储管500a经液体流动管道101a、导通阀接口802后和活塞泵300中的活塞筒302再次连通，推入活塞杆302，使芯片洗涤试剂排入存储管500a的底部中(这里液体不能进入管中，进入管中会与磁珠接触)；然后再拉出活塞杆302，使芯片洗涤试剂进入活塞泵300的活塞筒302内。
快速往复推动活塞杆302，使芯片洗涤试剂对液体流动管道101a进行清洗。整个洗涤过程可根据实际情况确定洗涤次数，同时避免芯片洗涤试剂与微纳磁球接触。
本发明实施例中重复洗涤次数为三次。
10)在完成洗涤过程后，移动导通阀800，带动导通阀接口802和排气管道108连通，使得外部清洁气体经透气孔103、导通阀接口802后和活塞泵300中的活塞筒302连通，拉出活塞杆302，使外部清洁气体被吸入到活塞泵300的活塞筒302中；移动导通阀800，带动导通阀接口802与存储管500a的液体流动管道101a对齐连通，然后再推入活塞杆302，使外部清洁气体排出活塞泵300的活塞筒302。
整个过程是吸入清洁空气从透气口，再打入存储管500a，然后再去吸入清洁空气从透气口，再打入存储管500a，往复进行，实现从外界吸入清洁气体对芯片管道、存储管进行涤荡，吹打，进一步清洁。
11)在完成涤荡过程后，移动导通阀800，带动导通阀接口802与存储管500d的液体流动管道101d对齐，使得存储管500d经液体流动管道101d、导通阀接口802后和活塞泵300中的活塞筒302连通，拉出活塞杆302，使存储管500d内的洗脱试剂进入活塞泵300的活塞筒302内；
12)移动导通阀800，带动导通阀接口802与存储管500a的液体流动管道101a对齐，使得存储管500a经液体流动管道101a、导通阀接口802后和活塞泵300中的活塞筒302再次连通，移开存储管500a附近靠近的外部磁铁，快速往复推入和拉出活塞杆302，使活塞筒302内的洗脱试剂反复进入和流出存储管500a内而与微纳磁球充分混匀。之后，利用外部的磁铁靠近存储管500a，使微纳磁球吸附在存储管500a的管壁上与洗脱试剂分离，此时核酸分子被洗脱试剂洗脱已进入洗脱试剂中；拉出活塞杆302，使含有核酸分子的洗脱试剂进入活塞泵300的活塞筒302内；
13)移动导通阀800，带动导通阀接口802与反应腔104的液体流动管道101f对齐，使得反应腔104经液体流动管道101f、导通阀接口802后和活塞泵300中的活塞筒302连通，推入活塞杆302，使活塞筒302内的含有核酸分子的洗脱试剂进入反应腔104中溶解固化的核酸扩增试剂。反应腔104在外部温控装置帮助下，进行核酸扩增。扩增反应结束后，拉出活塞杆302，使反应腔104中的扩增产物进入活塞泵300的的活塞筒302内。
14)移动导通阀800，带动导通阀接口802与存储管500e的液体流动管道101e对齐，使得存储管500e经液体流动管道101e、导通阀接口802后和活塞泵300中的活塞筒302连通，快速往复推入和拉出活塞杆302，使活塞筒302内的扩增产物反复进入和流出存储管500e与存储管500e中的稀释试剂混合均匀。
15)移动导通阀800，带动导通阀接口802依次与存储管500f和500g的液体流动管道101h和101i对齐，并将稀释后的扩增产物分别均分至存储管500f和存储管500g中，使固化CRISPR试剂溶解进行产物检测。尽管扩增产物被稀释试剂进行了一定程度的稀释，但是由于核酸扩增后，扩增产物的量是上百万级别的，而且CRISPR检测是非常灵敏的，所以不会影响整体的检测灵敏度。同时，在对检测灵敏度具有很高要求的情况下，可以在缓冲腔室内存放CRISPR检测所需的缓冲液为稀释试剂。这样虽然是一个对目标核酸的稀释过程，但是，由于是利用CRISPR检测缓冲液进行稀释的，所以可以通过在后续CRISPR检测腔中使用浓缩试剂或冻干试剂的方法，确保CRISPR体系中各活性成分以及检测目标核酸的浓度不变。这样在保证检测灵敏度的同时，又能避免微量液体体积的抽取和转运。关于CRISPR检测体系的缓冲液具体成分已有很多报道(如Science 360(2018)436-439)，也可根据试剂情况进行进一步优化。
操作过程中，如果存在有液体残留在管道中或者需要促进有机试剂的挥发，可以移动导通阀800，使接口802与排气管道108对齐，向外拉动活塞杆302，使活塞泵300形成清洁空气柱。然后快速向内推动活塞杆302，从而实现将通道残留液体排净或使有机试剂挥发干净。
在对扩增产物进行检测时，可以进行终点检测，观察有无荧光信号进行结果判断；也可以进行实时荧光信号检测，但是反应液中如果存在气泡，将会干扰荧光信号的读取。利用图像传感器识别反应液中的气泡，避免对气泡位置的荧光信号采集，实现对反应液荧光信号的空间分布检测，从而避免可能存在的气泡对荧光信号检测带来的干扰。若检测到有气泡存在，也可进一步利用芯片的泵阀对检测腔室进行液体抽取，以消除腔室内的气泡，从而消除气泡等因素对荧光信号检测带来的干扰。
这里的图像传感器可以采用市场上常见的CMOS或CCD型的产品，所选用的像素规格可以根据对气泡及杂质等的检测精度的要求而定。一般情况下常见百万像素级的图像传感器可以满足检测需求。
实施例3
以对转基因大豆叶片中的CaMV35S序列和Lectin序列的双重检测为例。
如图1至图5所示，芯片大部分所用的材料为聚甲基丙烯酸甲酯，活塞泵为1毫升一次性医用注射器，存储管所用材料为聚丙烯。
核酸扩增采用等温扩增法，核酸扩增试剂为：Bst DNA聚合酶16单位，10xThermopol反应缓冲液5微升，甜菜碱0.8摩尔每升，dNTP0.35毫摩尔每升，硫酸镁2毫摩尔每升，引物混合物(包含4条内引物，其中2条内引物各1.6微摩尔每升，2条内引物各0.8微摩尔每升；4条外引物，其中2条外引物各0.2微摩尔每升，2条外引物各0.1微摩尔每升；4条环引物，其中2条环引物各0.4微摩尔每升，2条环引物各0.2微摩尔每升)。这些试剂被冷冻干燥形成固体，提前放置于反应腔104中。
CRISPR检测试剂用的是CRISPR/Cas12a检测试剂，其主要成分为：Cas12a蛋白200纳摩尔每升，10x NEBuffer 2.1缓冲液10微升，单链DNA探针2.5微摩尔每升，引导RNA600纳摩尔每升，RNA酶抑制剂20单位。这些试剂被冷冻干燥形成固体，提前放置于存储管500f和500g中。存储管500f检测的是CaMV35S序列，存储管500g检测的是Lectin序列。
纳米磁球采用GE公司的SeraSil-MagTMSpeedBeads羧基磁球，也可以采用其它商品化的磁球或者自己制备。
使用前，在存储管500a中放置200微升的裂解试剂(4摩尔每升异硫氰酸胍，50毫摩尔每升三羟甲基氨基甲烷盐酸盐，20毫摩尔每升乙二胺四乙酸，pH值在7.6-8.0)、200微升的异丙醇和10微升纳米磁球，在存储管500b中放置800微升磁球清洗试剂(80％的乙醇)，在存储管500c中放置1.2毫升的芯片洗涤试剂(无菌水)，在存储管500d中放置50微升的洗脱试剂(无菌水)，在存储管500e中放置50微升的稀释试剂(无菌水或CRISPR检测用缓冲液，如NEBuffer 2.1缓冲液)。
将大豆叶片捣碎，将上清液100微升加入到存储管500a中，盖上管盖，然后往复推动活塞泵实现待测样品与纳米磁球充分的混合均匀，孵育10分钟。
操作过程参照实施例2，其中，为了确保液体混合均匀，往复推动注射器的次数至少为十次。在用磁球清洗试剂对微纳磁球进行清洗时，每次吸取400微升进行清洗，总计清洗两次。在用芯片洗涤试剂进行活塞泵300与导管400的洗涤时，每次吸取300微升进行洗涤，总计清洗三次。在洗涤液体流动管道101a时，每次吸取100微升进行洗涤，总计清洗三次。
在进行CRISPR检测时，可以采用便携式的荧光观察装置对存储管500f和500g进行观察。阳性扩增将产生荧光信号，阴性扩增则没有荧光信号。
关于本检测的引物序列设计、引导RNA序列设计等实验信息，可以参照参考文献(Biosensors and Bioelectronics 157(2020)112153)。
以上对本发明的核酸分析芯片用于核酸分析的具体实施方案进行了详细的描述，但是上述实施例是示例性的，本发明所描述的具有集成核酸分析的芯片不限于上述实施方案中的具体细节，不能理解为对本发明的限制。在本发明的设计中，可以对本发明的技术方案作类似的修改、替换、变型等，这些均属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种集成核酸分析芯片，其特征在于，包括：
芯片，所述芯片设有透气孔、反应腔、废液腔，还设有跟存储管连接的接口、滑轨接口、液体流动管道、排气管道，以及设有多个管道口，废液腔、反应腔、每个存储管均分别通过各自的一个液体流动管道后和一个管道口连通，透气孔经排气管道和各自的一个管道口连通；
存储管，通过接口安装在芯片上作为腔室，用于存储检测样品或者反应中所需试剂；
滑轨，所述滑轨与芯片通过滑轨接口紧密固定，用于导通阀的移动，从而实现将透气孔、反应腔、废液腔、不同的所述存储管经芯片的液体流动管道/排气管道与所述导通阀之间的选择性导通；
导通阀，所述导通阀位于滑轨内，在滑轨内滑动；
活塞泵，所述活塞泵与所述导通阀通过导管密封相连，用于抽取或排放液体；
所述导通阀设有移动把手、与芯片管道口连通的仅一个接口，通过所述导通阀上的移动把手移动导通阀，将所述导通阀上的仅一个接口对准连接所述芯片上对应的一个管道口，将所述导通阀上的仅一个接口和活塞泵始终连通，从而实现透气孔、反应腔、废液腔、不同所述存储管与所述活塞泵之间的选择性连通；
所述芯片设有洗涤腔室，洗涤腔室内有芯片洗涤试剂，洗涤腔室经各自的一个液体流动管道后和一个管道口连通，再和导通阀选择性连通，对芯片中的管道及其他腔室进行洗涤；
在芯片上设置多个CRISPR检测腔，在核酸扩增反应结束后，将扩增产物分别泵入各个CRISPR检测腔，实现终点多重检测；
所述芯片设有带隔膜的排气管道和连接排气管道的透气孔，在芯片和外界没有核酸分子交换的前提下，从透气孔经由排气管道吸入外界清洁气体到芯片内部，进而对芯片内部的管道和腔室进行涤荡和吹打。
2.根据权利要求1所述的一种集成核酸分析芯片，其特征在于：
所述芯片在每个腔室处制作为透明，设有图像传感器，利用图像传感器对腔室内的荧光信号实现气泡检测；在发现有气泡存在的情况下，进一步利用芯片上的泵阀对腔室室进行液体抽取，以消除腔室内的气泡。
3.根据权利要求1所述的一种集成核酸分析芯片，其特征在于：
芯片上设置缓冲腔室，通过缓冲腔室进行稀释性存储。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110797647.1A CN113684118B (zh) | 2021-07-14 | 2021-07-14 | 一种集成核酸分析芯片 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110797647.1A CN113684118B (zh) | 2021-07-14 | 2021-07-14 | 一种集成核酸分析芯片 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113684118A CN113684118A (zh) | 2021-11-23 |
| CN113684118B true CN113684118B (zh) | 2024-05-28 |
Family
ID=78577107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110797647.1A Active CN113684118B (zh) | 2021-07-14 | 2021-07-14 | 一种集成核酸分析芯片 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113684118B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112126587B (zh) * | 2020-09-03 | 2022-12-02 | 华东理工大学 | 核酸检测芯片装置、核酸检测芯片及其制备方法 |
| WO2023216184A1 (zh) * | 2022-05-12 | 2023-11-16 | 广州国家实验室 | 一种核酸扩增用卡盒 |
| WO2024103297A1 (zh) * | 2022-11-16 | 2024-05-23 | 广州国家实验室 | 样品提取卡盒和样品提取方法及核酸检测设备 |
| CN117384750B (zh) * | 2023-12-06 | 2024-03-08 | 博奥生物集团有限公司 | 一种全集成数字化核酸分析卡盒 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111057638A (zh) * | 2018-10-17 | 2020-04-24 | 北京致雨生物科技有限公司 | 样本处理装置及方法，以及包括该处理装置的数字pcr*** |
| CN111073810A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-28 | 深圳市华迈生物医疗科技有限公司 | 集成核酸提取、扩增和检测的微流控芯片、***及方法 |
| CN111760601A (zh) * | 2020-07-03 | 2020-10-13 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种集成液路切换阀的微流控芯片及核酸检测方法 |
| CN112538425A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-03-23 | 北京理工大学 | 一种基于微流控芯片的片上核酸扩增检测***及方法 |
-
2021
- 2021-07-14 CN CN202110797647.1A patent/CN113684118B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111057638A (zh) * | 2018-10-17 | 2020-04-24 | 北京致雨生物科技有限公司 | 样本处理装置及方法，以及包括该处理装置的数字pcr*** |
| CN111073810A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-28 | 深圳市华迈生物医疗科技有限公司 | 集成核酸提取、扩增和检测的微流控芯片、***及方法 |
| CN111760601A (zh) * | 2020-07-03 | 2020-10-13 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种集成液路切换阀的微流控芯片及核酸检测方法 |
| CN112538425A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-03-23 | 北京理工大学 | 一种基于微流控芯片的片上核酸扩增检测***及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113684118A (zh) | 2021-11-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113684118B (zh) | 一种集成核酸分析芯片 | |
| CN110331089B (zh) | 一种全自动核酸提取扩增检测微流控芯片盒及其应用 | |
| US20220176370A1 (en) | Method for purifying and testing biomolecules from biological samples | |
| CN101990516B (zh) | 多用试样准备***及其在集成分析***中的使用 | |
| EP2440941B1 (en) | Sheath flow devices and methods | |
| US20090130679A1 (en) | Automated system and method for processing genetic material | |
| CN1950520A (zh) | 用干试剂分离dna的方法和装置 | |
| CN101415813A (zh) | 微流体装置 | |
| US20110263044A1 (en) | Device and method for the automatic detection of biological particles | |
| CN110616143A (zh) | 一种用于核酸快速检测的微流控芯片及其使用方法 | |
| CN112384607A (zh) | 采用恒温扩增技术检测核酸的装置与方法 | |
| KR102435197B1 (ko) | 크로마토그래피 농축을 이용한 분석물 검출 방법 | |
| CN101457204A (zh) | 自动化遗传物质处理***及方法 | |
| JP6628794B2 (ja) | クロマトグラフ濃縮を使用する微生物の検出方法 | |
| KR101164909B1 (ko) | 새로운 바이러스 진단 시스템 | |
| US20180030432A1 (en) | Device for handling of magnetic particles and method for handling magnetic particles | |
| CN110055354B (zh) | 核酸组合物、检测单元、微流控芯片及检测装置 | |
| CN110616142A (zh) | 一种用于便携设备的核酸检测芯片及其使用方法 | |
| EP4000729A1 (en) | Method for determining the presence of a pathogen | |
| JP2009125033A (ja) | 核酸単離方法、核酸抽出装置、及びそれらを用いた細胞種の同定方法及び遺伝子検出方法 | |
| TWI390201B (zh) | Fluid manipulation gene array analysis wafers | |
| JP4456000B2 (ja) | 検体前処理デバイス | |
| CN113687061B (zh) | 基于虚拟分割方法的生物靶标数字化定量检测*** | |
| US20220339623A1 (en) | Devices for determining a target nucleic acid profile and methods of use thereof | |
| EP1437407B1 (en) | Apparatus for collecting nucleic acid and method of collecting nucleic acid |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |