CN207850978U - 一种高通量定量检测核酸反应密闭实验***装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高通量定量检测核酸反应密闭实验***装置，包括片体，所述片体中设置有依次连通的进液段、检测反应段以及废液段，上述进液段和检测反应段上分别设置有泄压结构。与现有技术相比，本实用新型中的高通量核酸反应密闭生物芯片结构简单、密封性好，成本低，能有效解决加样过程中造成的气溶胶污染问题；并且，该生物芯片能使整个检测流程均能在一个统一的密封体系中完成，从而能保证样品的完整性，并能将潜在的病原体与操作人员隔离，实现快速检测以及高灵敏度、高精度检测。

Description

一种高通量定量检测核酸反应密闭实验***装置

技术领域

本实用新型涉及生物电化学检测技术领域，尤其涉及一种高通量定量检测核酸反应密闭实验***装置。

背景技术

近年来，随着社会发展和生物医学技术的进步，每年进行的多种检测数量都在大幅增加，对现场快速检测处理速度的各项要求越来越高，现场操作要求灵敏度高，简便快捷的需求也日益迫切。在病原细菌检测的诊断技术中，基因细菌识别是最敏感、具体以及准确的，并且由于这些原因，被接受为明确病原体的诊断。

Real-time聚合酶链反应(qPCR)已被广泛用于病原菌的鉴定和定量。然而，传统的PCR技术需要热循环步骤的变性、退火和延长，同时还需要一个费力的样品预处理步骤以及笨重、昂贵的分析仪器。这些缺点使得传统的PCR方法不适用于即时检测(POCT)。近年来，等温核酸扩增技术迅猛发展，包括循环介导的等温放大(lamp)、核酸序列放大(NASBA)、旋依赖性放大(HDA)、重组聚合酶扩增(RPA)以及滚动圆放大(RCA)已被开发。其中，RPA是在一个相对低温度(39℃)下高度快速和敏感的放大目标DNA序列，然后聚合酶启动互补DNA链的合成。在RPA反应期间，靶向基因的放大可通过靶向检测来监测real-time探头8种不同类型的RPA检测病毒或致病菌，这大大简化了整个基因分析过程。

目前，已提出的各种POCT病原病毒或细菌的微流控装置，具有低样品消耗、快速传热、完全集成等优点，但是，这些微流控装置一般均需要外部泵或阀门执行机构以及复杂的油管***来控制试剂流，并且其复用能力不尽如人意。特别是由于等温扩增检测方式下，一般技术手段，很难实现定量检测，如何实现对等温扩增体系下定量检测一直困扰着广大科研工作者。在微流控体系下，如何让所控制的液体慢速有序输液流动也是一个技术难题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术而提供一种密封性好、操作简单的高通量定量检测核酸反应密闭实验***装置，其在有效解决困扰在等温扩增体系下气溶胶问题的同时，通过电化学技术实现对等温扩增技术方式的定量检测。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高通量定量检测核酸反应密闭实验***装置，包括片体，其特征在于，所述片体中设置有依次连通的进液段、检测反应段以及废液段，上述进液段和检测反应段上分别设置有泄压结构。

作为优选，所述片体中具有镂空结构，该镂空结构分别构成上述进液段、检测反应段以及废液段；上述片体为层结构，其包括第一层、第二层以及第三层，并且由该第一层、第二层以及第三层上下叠置而成，上述第一层上设置有第一镂空图案，第二层上设置有第二镂空图案，该第一镂空图案和第二镂空图案上下叠合而形成上述镂空结构，所述第三层上设置有能控制上述泄压结构的控制组件。

作为优选，所述进液段包括进液口、进液池以及进液管路，所述反应段包括分液管路、输液管路以及检测反应池，所述废液段包括废液池；上述进液口与进液池相通，该进液池与进液管路的一端连通，而分液管路的一端与进液管路的另一端连通，另一端与废液池连通，上述输液管路和检测反应池一一对应并分别为多个，各输液管路的一端与分液管路分别相通，另一端分别与检测反应池连通。通过如上设计能在片体的镂空结构中形成完整、有序的反应体系，使得检测的整个流程均能在上述的反应体系中顺利完成，各输液管路可作为光源检测器的检测点。

作为优选，所述分液管路上形成有与上述检测反应池一一对应的分配池，各输液管路分别通过对应的分配池与分液管路相通，离心状态下，各分配池所在处的离心力分别小于其所对应的检测反应池处的离心力。这样根据流体力学原理，在离心力的作用下能使分配池中的样品顺利地流入对应的检测反应池中。

作为优选，离心状态下，各所述检测反应池处的离心力由靠近进液池处向远离进液池处均匀递增，从而能使进液池中的样品顺利地达到各检测反应池中，保证检测流程的顺利进行。

作为优选，所述检测反应段中的泄压结构与检测反应池一一对应，各所述泄压结构均包括泄压池和开设在该泄压池上的泄压孔，各泄压池分别与对应的检测反应池通过泄压管路连通。通过在检测反应段中设置泄压结构，使得输液过程或检测过程中检测反应段中的气压增大时，可通过该泄压结构泄压，从而保证反应体系的稳定性，进而保证检测的顺利进行。

作为优选，所述进液段的泄压结构为一个，该泄压结构均包括泄压池和开设在该泄压池上的泄压孔，该泄压池与上述进液池相对应并通过泄压管路连通。

作为优选，所述控制组件包括与各泄压孔一一对应的瓣膜，且各瓣膜均能封闭对应的泄压孔，不仅能使泄压结构的结构简单，而且能实现其对压力控制的灵敏性。

作为优选，所述第三层上设置有膜体，该膜体与各泄压孔对应处形成镂空弧段，各镂空弧段包围的区域形成上述瓣膜，各瓣膜的一端与膜体连接，另一端为自由端并能在气压驱动下相对于泄压孔移动。通过如上设计能进一步保证泄压结构对压力控制的灵敏性。

作为优选，各所述检测反应池中分别设置有一个检测三电极电路，且各检测三电极电路的接口分别暴露在片体外。本实用新型通过设置检测三电极电路，利用循环伏安法对样品进行检测，检测数据直观、检测结果准确。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型中的高通量定量检测核酸反应密闭实验***装置结构简单、密封性好，成本低，能有效解决加样过程中造成的气溶胶污染问题，同时又可以完成对等温扩增体系下，实现定量检测的难题；或通过本***利用微流控技术对分流输液的细胞进行检测。并且，该实验***包括进液段、检测反应段以及废液段，使得整个检测流程均能在一个统一的密封体系中完成，从而能保证样品的完整性，并能将潜在的病原体与操作人员隔离，实现快速检测以及高灵敏度、高精度检测。本高通量定量检测核酸反应密闭实验***装置，单一检测模式，可以应用在微流控检测细胞等相应的过程。

附图说明

图1为本实用新型实施例中高通量定量检测核酸反应密闭实验***装置的立体结构示意图；

图2为本实用新型实施例中高通量定量检测核酸反应密闭实验***装置的透视图；

图3为本实用新型实施例中高通量定量检测核酸反应密闭实验***装置的结构分解图；

图4为图3的另一方向的结构示意图；

图5为图4中A部分的透视图；

图6为图4中A部分的结构分解图；

图7为图6的另一方向的结构示意图；

图8为本实用新型实施例中高通量定量检测核酸反应密闭实验***装置使用状态(离心状态下)示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1～7所示，一种高通量定量检测核酸反应密闭实验***装置，包括片体1，该片体1中设置有镂空结构2，该镂空结构2包括依次连通的进液段21、检测反应段22以及废液段23，上述进液段21和检测反应段22上分别设置有泄压结构24。上述片体1为层结构，其包括第一层3、第二层4以及第三层5，并且由该第一层3、第二层4以及第三层5上下叠置而成，上述第一层3上设置有第一镂空图案201，第二层4上设置有第二镂空图案202，该第一镂空图案201和第二镂空图案202上下叠合而形成上述镂空结构2，上述第三层5上设置有能控制上述泄压结构24的控制组件。

进一步，上述进液段21包括进液口211、进液池212以及进液管路213，上述检测反应段22包括分液管路221、输液管路222以及检测反应池223，上述废液段23包括废液池231。上述进液口211包括在片体1与进液池212相通，该进液池212与进液管路213的一端连通，而分液管路221的一端与进液管路213的另一端连通，另一端与废液池231连通，上述输液管路222和检测反应池223一一对应并分别为多个，各输液管路222的一端与分液管路221分别相通，另一端分别与检测反应池223连通。通过如上设计能在片体1的镂空结构2中形成完整、有序的反应体系，使得检测的整个流程均能在上述的反应体系中顺利完成。本实用新型中的各管路可采用由雕饰技术制作的微流控微细管道，也可以采用由模具制作的毛细管道。

为使进入分液管路221中的样品能更加顺利地进入各检测反应池223，分液管路221上形成有与上述检测反应池223一一对应的分配池221a，各输液管路222分别通过对应的分配池221a与分液管路221相通，离心状态下，各分配池221a所在处的离心力分别小于其所对应的检测反应池223处的离心力。这样根据流体力学原理，在离心力的作用下能使分配池221a中的样品顺利地流入对应的检测反应池223中。此外，离心状态下，各上述检测反应池223处的离心力由靠近进液池212处向远离进液池212处均匀递增，从而能使进液池212中的样品顺利地达到各检测反应池223中，保证检测流程的顺利进行。如图8所示。

进一步，上述泄压结构24包括泄压池241和开设在该泄压池241上的泄压孔242。其中，上述检测反应段22上的泄压结构24为多个并与检测反应池223一一对应，各泄压池241分别与对应的检测反应池223通过泄压管路243连通。上述进液段21的泄压结构24为一个，该泄压池241与上述进液池212相对应并通过泄压管路243连通。通过在进液段21和检测反应段22上分别设置泄压结构24，使得检测过程中体系的气压增大时，可通过该泄压结构24泄压，从而保证反应体系的稳定性，进而保证检测的顺利进行。

上述控制组件可有多种具体的实现方式，本实施例中，优选地，上述控制组件包括与各泄压孔242一一对应的瓣膜72，且各瓣膜72能封闭对应的泄压孔242。进一步，具体地，第三层5上设置有膜体7，该膜体7与各泄压孔242对应处形成镂空弧段71，各镂空弧段71包围的区域形成上述瓣膜72，各瓣膜72的一端与膜体7连接，另一端为自由端并能在气压驱动下相对于泄压孔242移动。

本实施例中通过循环伏安法对样品进行检测，即通过在各上述检测反应池223中分别设置一个检测三电极电路6，且各检测三电极电路6的接口61分别暴露在片体1外，各接口61与检测仪器的多通道探头(未示出)相通，从而实现对样品的检测。

上述三电极体系中，被测体系由研究电极、参比电极和辅助电极组成。其中，研究电极也称为工作电极或试验电极，也即MH电极，该电极上所发生的电极过程就是我们的研究对象；参比电极是用来测量研究电极电位的，该电极应具有己知的、稳定的电极电位，而且在测量过程中不得发生极化；辅助电极也叫对电极，其仅用来通过电流，实现研究电极的极化，该电极的表面积应比研究电极大。本实施例中利用染料作为电化学信号标记物检测待检测DNA或细胞，当采用循环伏安法施加循环电压时，研究电极与染料之间产生氧化还原反应而产生的电流：当样品中含有的待检物越多，则嵌入到待检物DNA或细胞链中的染料也越多，则与电极接触的染料越少，研究的电流下降的越多，从而使得电流的下降速度也越快，这样通过测量电流信号能实现对样品中的待检物的定量检测。

检测时，将本实用新型中的高通量定量检测核酸反应密闭实验***装置放置在离心机上的多通道分配盘上，并使该高通量定量检测核酸反应密闭实验***装置置于检测槽中，该检测槽中具有与上述各检测反应池223的各检测三电极电路6的接口61一一对应的金属触角，待各金属触角与对应的各检测反应池223的检测三电极电路6的接口61连接后，置放在恒温器中，并使检测槽引出有三电极电路，该三电极电路与检测仪器的多通道探头相通。通过进液口211预置样品和染料，开启装置，通过旋转，在离心力的作用下，样品进入至各检测反应池223中。当样品中含有的待检物越多，则嵌入到待检物DNA或细胞链中的染料也越多，则与电极接触的染料越少，研究的电流下降的越多，从而使得电流的下降速度也越快，这样通过测量电流信号能实现对样品中的待检物的定量检测。

由上可见，本实用新型通过以生物化学传感器作为检测器件，利用流体力学原理，采用微流控手段完成高通量反应，实现多重性高通量微流控生物实验检测。

Claims (10)

1.一种高通量定量检测核酸反应密闭实验***装置，包括片体，其特征在于，所述片体中设置有依次连通的进液段、检测反应段以及废液段，上述进液段和检测反应段上分别设置有泄压结构。

2.如权利要求1所述的高通量定量检测核酸反应密闭实验***装置，其特征在于，所述片体中具有镂空结构，该镂空结构分别构成上述进液段、检测反应段以及废液段；

上述片体为层结构，其包括第一层、第二层以及第三层，并且由该第一层、第二层以及第三层上下叠置而成，上述第一层上设置有第一镂空图案，第二层上设置有第二镂空图案，该第一镂空图案和第二镂空图案上下叠合而形成上述镂空结构，所述第三层上设置有能控制上述泄压结构的控制组件。

3.如权利要求2所述的高通量定量检测核酸反应密闭实验***装置，其特征在于，所述进液段包括进液口、进液池以及进液管路，所述检测反应段包括分液管路、输液管路以及检测反应池，所述废液段包括废液池；

上述进液口与进液池相通，该进液池与进液管路的一端连通，而分液管路的一端与进液管路的另一端连通，分液管路的另一端与废液池连通，上述输液管路和检测反应池一一对应并分别为多个，各输液管路的一端与分液管路分别相通，另一端分别与检测反应池连通。

4.如权利要求3所述的高通量定量检测核酸反应密闭实验***装置，其特征在于，所述分液管路上形成有与上述检测反应池一一对应的分配池，各输液管路分别通过对应的分配池与分液管路相通，离心状态下，各分配池所在处的离心力分别小于其所对应的检测反应池处的离心力。

5.如权利要求4所述的高通量定量检测核酸反应密闭实验***装置，其特征在于，离心状态下，各所述检测反应池处的离心力由靠近进液池处向远离进液池处均匀递增。

6.如权利要求3所述的高通量定量检测核酸反应密闭实验***装置，其特征在于，所述检测反应段上的泄压结构为多个并与检测反应池一一对应，各所述泄压结构均包括泄压池和开设在该泄压池上的泄压孔，各泄压池分别与对应的检测反应池通过泄压管路连通。

7.如权利要求3所述的高通量定量检测核酸反应密闭实验***装置，其特征在于，所述进液段的泄压结构为一个，该泄压结构均包括泄压池和开设在该泄压池上的泄压孔，该泄压池与上述进液池相对应并通过泄压管路连通。

8.如权利要求6或7所述的高通量定量检测核酸反应密闭实验***装置，其特征在于，所述控制组件包括与各泄压孔一一对应的瓣膜，且各瓣膜均能封闭对应的泄压孔。

9.如权利要求8所述的高通量定量检测核酸反应密闭实验***装置，其特征在于，所述第三层上设置有膜体，该膜体与各泄压孔对应处形成镂空弧段，各镂空弧段包围的区域形成上述瓣膜，各瓣膜的一端与膜体连接，另一端为自由端并能在气压驱动下相对于泄压孔移动。

10.如权利要求3～5任一项所述的高通量定量检测核酸反应密闭实验***装置，其特征在于，各所述检测反应池中分别设置有一个检测三电极电路，且各检测三电极电路的接口分别暴露在片体外。