一种核酸提取检测一体化的装置及其方法与流程

1.本技术涉及核酸扩增检测技术领域，尤其涉及一种核酸提取检测一体化的装置及其方法。


背景技术：

2.核酸分析是研究分子生物学的重要实验手段。在实验步骤方面，一般的核酸分析过程包括样本前处理、核酸提取和pcr扩增检测几个部分。
3.样本前处理根据待检的样本不同，有离心、过滤、研磨等不同的处理方式；由于处理方式繁多，通常需借助离心机、温控器等通用的实验室设备半手工完成。
4.核酸提取过程需要对样本前处理后的核酸进行裂解及清洗纯化，常用的方法包括煮沸法、离心柱法和磁珠法等，由于磁珠法便于自动化集成，故目前自动化的核酸提取仪，采用的大多为磁珠法的核提方式。核酸提取后的样本需再经过洗脱浓缩步骤，但洗脱浓缩后其浓度仍较低，大多还不能直接用来杂交进行后续分析，因此还需经过pcr扩增放大、检测定量后再进行后面的环节。
5.pcr扩增及检测可以通过定量pcr仪完成。
6.随着自工业自动化的发展，上述三个环节分别需要的自动化设备如样本制备仪、核酸提取仪及定量pcr仪，不断的推陈出新，但把制备的样本加载到核酸提取仪、以及把核提后的样本加载到定量pcr仪进行扩增，这中间的转移操作环节还几乎全部需要实验人员手工完成，操作效率较低。近年来，也有厂商通过机械手等方式替代人手完成了样本转移传递的工作，但几个分立设备加上机械臂的方式，会使得系统极其的庞大复杂，造价极高，且一般需要批量实验运转，整个实验流程下来效率仍无法真正提高。同时，现有的转运方式中，不论是手工转移还是机械手转移，均存在较大的核酸泄露污染的风险。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本技术的目的是提供一种核酸提取检测一体化的装置及其方法，用于解决核酸分析中现有的样本转移方式造价较贵、效率较低且存在核酸泄露风险的问题。
8.为达到上述技术目的，本技术第一方面提供一种核酸提取检测一体化的装置，包括：试剂卡与旋转阀；
9.所述试剂卡包括：试剂卡主体、提取管、磁珠管、清洗管、洗脱管、核酸收集管与pcr反应管；
10.所述提取管、磁珠管、清洗管、洗脱管、核酸收集管与pcr反应管均设置于所述试剂卡主体上；
11.所述核酸收集管、洗脱管和pcr反应管均与外部密封隔离；
12.所述核酸收集管与洗脱管之间设置有与外部密封隔离的第一通路；
13.所述核酸收集管与pcr反应管之间设置有与外部密封隔离的第二通路；
14.所述旋转阀绕转动中心可转动设置于所述试剂卡主体上，所述旋转阀用于控制所
述第一通路的通闭以及用于控制所述第二通路的通闭。
15.进一步地，所述第一通路包括均与外部密封隔离的洗脱管通孔、核酸管通孔、第一通孔与第二通孔；
16.所述洗脱管通孔设置于所述试剂卡主体上，且与所述洗脱管连通；
17.所述核酸管通孔设置于所述试剂卡主体上，且与所述核酸收集管连通；
18.所述第一通孔与第二通孔均设置于所述旋转阀上，且二者相互连通；
19.所述旋转阀用于转动控制所述第一通孔与所述核酸管通孔连通且所述第二通孔与所述洗脱管通孔连通，使得所述第一通路接通；
20.所述第二通路包括与外部密封隔离的pcr管通孔、所述核酸管通孔、所述第一通孔与所述第二通孔；
21.所述pcr管通孔设置于所述试剂卡主体上，且与所述pcr反应管连通；
22.所述旋转阀还用于控制所述第一通孔与所述核酸管通孔连通且所述第二通孔与所述pcr管通孔连通，使得所述第二通路接通。
23.进一步地，所述第二通路还包括：核酸转接通孔与核酸出料通孔；
24.所述核酸出料通孔设置于所述试剂卡主体上，且位于所述pcr反应管上方；
25.所述核酸转接通孔设置于所述试剂卡主体上，底端与所述pcr管通孔之间设置有连通槽，顶端与所述核酸出料通孔之间设置有连通槽；
26.各所述连通槽均与外部密封隔离。
27.进一步地，所述第一通孔与第二通孔之间设置有连通槽；
28.所述连通槽与外部密封隔断。
29.进一步地，还包括第三通路；
30.所述第三通路与所述pcr反应管连通，所述第三通路用于为pcr反应管增加反应料；
31.所述旋转阀还用于控制所述第三通路的通闭。
32.进一步地，所述第三通路包括：第三通孔与反应料进料通孔；
33.所述反应料进料通孔设置于所述试剂卡主体上，且与所述pcr反应管连通；
34.所述第三通孔设置于所述旋转阀上；
35.所述旋转阀还用于控制所述第三通孔与所述反应料进料通孔连通，使得所述第三通路接通。
36.进一步地，所述第三通路还包括：反应料出料通孔与反应料转接通孔；
37.所述反应料出料通孔设置于所述试剂卡主体上，且位于所述pcr反应管上方；
38.所述反应料转接通孔设置于所述试剂卡主体上，底端与所述反应料进料通孔之间设置有连通槽，顶端与所述反应料出料通孔之间设置有连通槽；
39.各所述连通槽均与外部密封隔离。
40.进一步地，所述密封隔离的方式为使用密封膜覆盖。
41.本技术第二方面提供一种核酸提取检测一体化的方法，应用于第一方面中任一项所述的核酸提取检测一体化的装置，并包括以下步骤：
42.s1、将磁珠管内的磁珠提取至提取管内，使所述磁珠与所述提取管内的核酸提取物混合；
43.s2、将混合后的磁珠提取至清洗管内清洗；
44.s3、将清洗后的磁珠提取至洗脱管进行磁分离，得到纯化后的核酸提取物；
45.s4、转动旋转阀使得第一通路接通，进而使得所述纯化后的核酸提取物从所述洗脱管转移至核酸收集管中；
46.s5、转动所述旋转阀使得第二通路接通，进而使得所述纯化后的核酸提取物从所述核酸收集管中转移至pcr反应管中。
47.进一步地，该核酸提取检测一体化的装置还包括第三通路；
48.所述第三通路与pcr反应管连通；
49.旋转阀还用于控制所述第三通路的通闭；
50.还包括：
51.s6、转动所述旋转阀使得第三通路接通，使得反应料通过所述第三通路进入所述pcr反应管中。
52.从以上技术方案可以看出，本技术提供一种核酸提取检测一体化的装置及其方法，该装置包括试剂卡主体，通过在试剂卡主体上的提取管、磁珠管、清洗管与洗脱管可以完成核酸的提取洗脱工序；试剂卡主体与转动阀上设置有第一通路与第二通路，通过旋转阀可以改变第一通路与第二通路的连通状态；在第一通路接通时，可以将洗脱管内的核酸提取物转移至核酸收集管中；在第二通路接通时，可以将核酸收集管内的核酸提取物转移至pcr反应管中，实现不同工序中核酸通过密封通道互不干扰的转移且并于密封的环境下进行pcr反应，相比于自动臂转移的方式可以降低成本并减少对环境的气溶胶污染，有效解决核酸分析中现有的样本转移方式造价较贵、效率较低且存在核酸泄露风险的问题。
附图说明
53.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
54.图1为本技术实施例提供的一种核酸提取检测一体化的装置的整体结构的俯视图；
55.图2为本技术实施例提供的一种核酸提取检测一体化的装置中试剂卡主体的俯视图；
56.图3为本技术实施例提供的一种核酸提取检测一体化的装置中试剂卡主体的仰视图；
57.图4为本技术实施例提供的一种核酸提取检测一体化的装置的整体结构的剖面图；
58.图5为本技术实施例提供的一种核酸提取检测方法的流程图；
59.图中：1、试剂卡主体；2、提取管；3、磁珠管；4、第一清洗管；5、第二清洗管；6、第三清洗管；7、洗脱管；8、核酸收集管；9、旋转阀；10、反应料进料通孔；11、反应料第二转接通孔；12、反应料出料通孔；13、核酸出料通孔；14、核酸转接通孔；15、第二通孔；16、操作连接位；17、第一通孔；18、洗脱管通孔；19、核酸管通孔；20、第三通孔；21、pcr管通孔；22、pcr反
应管；23、磁套棒。
具体实施方式
60.下面将结合附图对本技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术所请求保护的范围。
61.在本技术实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
62.在本技术实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可更换连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
63.本技术实施例公开了一种核酸提取检测一体化的装置及其方法。
64.请参阅图1至图4，本技术实施例中提供的一种核酸提取检测一体化的装置，包括：试剂卡与旋转阀9。试剂卡包括：试剂卡主体1、提取管2、磁珠管3、清洗管、洗脱管7、核酸收集管8与pcr反应管22。提取管2、磁珠管3、清洗管、洗脱管7、核酸收集管8与pcr反应管22均设置于试剂卡主体1上。
65.其中，提取管2中可以盛放核酸提取试剂，还可以盛放细胞裂解液，用于进行核酸提取工序。
66.磁珠管3中包含磁珠，磁珠用于吸取提取管2中的核酸提取物；在实际应用中，还可以包括磁套棒23，通过磁套棒23将磁珠管3内的磁珠吸取至提取管2内，以及通过磁套棒23将与核酸提取物混合后的磁珠转移至清洗管中清洗。
67.清洗管中盛放有洗涤液，用于清洗与核酸混合物混合后的磁珠；在本实施例中，清洗管包括多根，分别为第一清洗管4、第二清洗管5与第三清洗管6，通过设置多根清洗管，可以对磁珠进行多次清洗，确保杂质的洗净程度。通过清洗管洗净后的磁珠可以再次通过磁套棒23转移至洗脱管中。
68.洗脱管7中盛放有核酸洗脱剂，用于对转移至洗脱管7内的磁珠进行磁分离；在洗脱液的作用下，核酸从磁珠上脱离并溶解在洗脱液中，得到纯化后的核酸提取物。
69.pcr反应管22中盛放有pcr反应所需的反应体系，如包含max、引物、探针等物质的冻干粉。
70.并且，提取管2、磁珠管3、清洗管与洗脱管7均于试剂卡主体1上设置有开口，开口与外部均密封隔离；密封隔离的方式可以是在开口上设置密封膜。在使用试剂卡前，通过密封膜可以将各开口封闭；在使用试剂卡时，需先将密封膜撕开，避免各管内的试剂变质。
71.核酸收集管8与洗脱管7之间设置有与外部密封隔离的第一通路；其中，核酸收集
管8与洗脱管7之间是指连通关系上第一通路可以将核酸收集管8与洗脱管7之间连通，而非狭义上所指的位置关系。也即第一通路可以在位置上不位于核酸收集管8与洗脱管7之间之间，用于起到在第一通路连通时可以连通核酸收集管8与洗脱管7之间即可。核酸收集管8与pcr反应管22之间设置有与外部密封隔离的第二通路；旋转阀9绕转动中心可转动设置于试剂卡主体1上；其中，转动中心即为旋转阀9转动的中心。具体来说，旋转阀9可以为多孔的阀门，通过转动旋转阀9改变不同通孔的接通进而改变第一通路与第二通路的通断。
72.在本实施例中，第一通路具体包括均与外部密封隔离的洗脱管通孔18、核酸管通孔19、第一通孔17与第二通孔15；洗脱管通孔18设置于试剂卡主体1上，且与洗脱管7连通；核酸管通孔19设置于试剂卡主体1上，且与核酸收集管8连通；第一通孔17与第二通孔15连通，且均设置于旋转阀9上。第二通路包括与外部密封隔离的pcr管通孔21、核酸管通孔19、第一通孔17与第二通孔15；pcr管通孔21设置于试剂卡主体1上，且与pcr反应管22连通。
73.具体来说，洗脱管通孔18、核酸管通孔19、pcr管通孔21、第一通孔17与第二通孔15均与外界处于密封隔断状态，确保实验进行过程中试剂转移的密封性。其中，洗脱管7在得到纯化的核酸提取物之后，可以通过密封膜等结构使其开口封闭；洗脱管7可以底部设置开孔，并通过开孔连接软管与洗脱管通孔18连通；核酸收集管8可以于底部设置开孔，并通过开孔连接软管与核酸管通孔19连通。
74.通过转动旋转阀9，可以使得第一通孔17与核酸管通孔19连通的同时第二通孔15与洗脱管通孔18连通，也即使得第一通路接通，此时洗脱管7中的核酸提取物可以转移至核酸收集管8中；继续转动旋转阀9，可以使得第一通孔17与核酸管通孔19连通同时第二通孔15与pcr管通孔21连通，也即使得第二通路接通，此时核酸收集管8中的核酸提取物可以转移至pcr反应管中进行反应。
75.其中，第一通孔17与核酸管通孔19可以均设置于转动中心，也即二者保持连通状态。pcr管通孔21和核酸管通孔19二者的位置与第一通孔17和第二通孔15二者的位置相对应；洗脱管通孔18与核酸管通孔19二者的位置与第一通孔17和第二通孔15二者的位置相对应；位置相对应是指可以通过转动旋转阀9，让第一通孔17和第二通孔15分别与核酸管通孔19和pcr管通孔21重合连通，或让第一通孔17和第二通孔15分别与核酸管通孔19和洗脱管通孔18重合连通，实现控制第一通路与第二通路的通断。
76.在本实施例中，通过转动旋转阀9控制第一通路或第二通路连通后，通路之间试剂流通的动力可以用个动力泵提供，也即可以通过在试剂卡主体1上各个通孔或试剂管内部设置微流泵的方式实现试剂推动。
77.实际应用中，可以在pcr反应管22中预先放置反应料制成的冻干粉，从而只需将核酸提取物转移至pcr反应管22中即可进行反应。
78.在本实施例中，为了便于调控反应料与核酸提取物的比例，还包括第三通路；第三通路与pcr反应管22连通，用于为pcr反应管22增加反应料；旋转阀22还用于控制所述第三通路的通闭。
79.第三通路包括：第三通孔20与反应料进料通孔10；反应料进料通孔10设置于试剂卡主体1上，且与pcr反应管22连通；第三通孔20设置于旋转阀9上；通过旋转阀9转动可以控制第三通孔20与反应料进料通孔10连通，使得第三通路接通，从而可以通过第三通路将反应料转移至pcr反应管22中。
80.具体来说，第三通孔20与转动中心的距离等于反应料进料通孔10与转动中心的距离，也即通过转动旋转阀9，可以使得反应料进料通孔10与第三通孔20重合。其中，第一通孔17、第二通孔15与反应料进料通孔10三者的位置关系可以与核酸管通孔19、第三通孔20与pcr管通孔21三者的位置关系相对应，从而使得可以同时进行核酸提取物和反应料转移至pcr反应管的过程。
81.作为进一步的改进，在本实施例中，旋转阀9上可以设置操作连接位16，用于直接操作旋转阀9或连接转动工具转动旋转阀9。旋转阀9可以设置于试剂卡主体1的上方，便于对旋转阀9进行旋转操作。pcr反应管22设置于所述试剂卡主体的下方，便于试剂盛放。
82.由于pcr反应管22可以连接图像采集装置进行信号检测，从而判断pcr反应后的样本是否为阳性。
83.实际应用中，第三通孔20和pcr管通孔21也可以通过软管等方式连接pcr反应管22；为了降低pcr反应管22外部管路连接的复杂性，缩小试剂卡主体1于pcr反应管22位置的结构体积，在本实施例中，试管工位上还设置有核酸出料通孔13、反应料出料通孔12、核酸转接通孔14与反应料第二转接通孔11。
84.其中，pcr管通孔21通过核酸出料通孔13和核酸转接通孔14与pcr反应管22连通；第三通孔20通过反应料出料通孔12和反应料第二转接通孔11与pcr反应管22连通。
85.具体的连通方式可以为：核酸出料通孔13和反应料出料通孔12二者均贯穿试剂卡主体1设置于pcr反应管22上方，且核酸出料通孔13和反应料出料通孔12的顶部通过密封膜等结构封闭；核酸出料通孔13与核酸转接通孔14二者的顶部之间设置有使二者连通的连通槽；核酸转接通孔14与pcr管通孔21二者的底部之间设置有使二者连通的连通槽；反应料出料通孔12与反应料第二转接通孔11二者的顶部之间设置有使二者连通的连通槽；反应料第二转接通孔11与第三通孔20二者的底部之间设置有使二者连通的连通槽。
86.通过设置多个连通槽，试剂卡主体1的端面可以在保持为平面且不需于外部设置其他连接用的管路的情况下，使得pcr管通孔21和第三通孔20均与pcr反应管22连通。
87.同理地，第一通孔17与第二通孔15之间同样可以通过设置连通槽的方式连通。
88.需要说明的是，各连通槽均与试剂卡主体1的外部封闭隔断。在本实施例中，各连通槽通过覆盖密封膜的方式与外界隔断。
89.以上为本技术实施例第一方面提供的一种核酸提取检测一体化的装置，以下为本技术的实施例第二方面提供的一种核酸提取检测一体化的方法，应用于第一方面中任一项所述的核酸提取检测一体化的装置，并包括以下步骤(可参照图5所示)：
90.s1、将磁珠管3内的磁珠提取至提取管2内，使所述磁珠与所述提取管2内的核酸提取物混合。
91.具体来说，在撕开提取管2上的密封膜后，将样本加入到提取管2中，通过提取管2中的核酸提取剂和细胞裂解液进行核酸提取。其中，转移磁珠的过程可以通过磁套棒23完成。
92.s2、将混合后的磁珠提取至清洗管内清洗。
93.具体来说，清洗管包括多根，与核酸提取液混合后的磁珠可以依次于各清洗管中清洗，提高洗净程度。
94.s3、将清洗后的磁珠提取至洗脱管7进行磁分离，得到纯化后的核酸提取物。
95.具体来说，现有的核酸提取方式中，传统的手工磁珠法是通过使用磁力架，需用到的试剂量较大，且提取过程耗时耗力；后来改进的自动化设备方法是通过在反应杯内设置磁性单元，通过自动化的移液装置将提取过程需要的裂解液、清洗液和洗脱液依次加入到反应杯中，这种方式在移除废液过程中，反应杯底部总会残留一定的废液，导致核酸提取后的样本纯度不高。本实施例中，将提取管2、磁珠管3、清洗管和洗脱管7分离，且设置多根清洗管，洗净后的磁珠进入洗脱管7，通过洗脱管7中的核酸洗脱剂进行磁分离，得到纯化后的核酸提取物，提高核酸提取后样本的纯度。
96.s4、转动旋转阀9使得第一通路接通，也即第一通孔17连通核酸管通孔19且第二通孔15连通洗脱管通孔18，进而使得所述纯化后的核酸提取物转移至核酸收集管中。
97.具体来说，通过试剂卡主体1内的微流泵，可以使得洗脱管7内的核酸经洗脱管7依次流经洗脱管通孔18、第二通孔15、第一通孔17和核酸管通孔19后，进入核酸收集管8中。
98.s5、转动旋转阀9使得第二通路接通，也即第一通孔17连通核酸管通孔19且第二通孔15连通pcr管通孔21，进而使得纯化后的核酸提取物从核酸收集管8中转移至pcr反应管22中。
99.具体来说，通过试剂卡主体内的微流泵，可以使得核酸收集管8内的核酸提取物依次流经核酸管通孔19、第一通孔17、第二通孔17、pcr管通孔21后，转移至pcr反应管22中，完成将核酸提取后的样本定量可控的转移至pcr反应管的过程。
100.在步骤s5之后，可以转动旋转阀9使得pcr反应管22处于密封状态，再进行pcr反应。
101.需要说明的是，pcr反应管22中可以预先存放pcr反应体系需要的反应料。在本实施例中，为了实现对反应料的定量控制，核酸提取检测一体化的装置还包括第三通路；第三通路与pcr反应管22连通；旋转阀9还用于控制第三通路的通闭。
102.具体来说，试剂卡主体1上设置有第三通孔20；旋转阀9上还设置有反应料进料通孔10；第三通孔20与核酸管通孔19二者的位置与第一通孔17与反应料进料通孔10二者的位置相对应；第三通孔20与pcr反应管22连通；
103.步骤s5之后，还包括：
104.s6、转动旋转阀9使得第三通路连通，也即反应料进料通孔10连通第三通孔20，进而使得反应料可以通过反应料进料通孔10进入pcr反应管22中。
105.具体来说，通过旋转阀9可以实现控制反应料进料通孔10与pcr反应管22的通断控制，并且可以通过对通孔的位置设置，实现反应料进料通孔10和核酸管通孔19同时连通pcr反应管22，使得核酸提取物的转移和反应料的加料同时进行。
106.在完成步骤s6后，则可以通过转动旋转阀9，使得旋转阀9上的通孔与试剂卡主体1上的通孔均相互错开，使得pcr反应管22处于密封状态，之后可以通过与pcr反应管22连接的加温装置，逐渐对pcr反应管22进行程序加温，完成pcr反应，并通过图像采集装置采集信号，判断样本是否为阳性。
107.通过本实施例提供的核酸提取检测一体化的装置及其方法，可以通过简单操作实现在一个试剂卡上完成核酸提取和核酸扩增的实验步骤，相比于自动化机械臂的转运方式，可以有效的降低成本；相比于采用试纸检测的方式，可以有效的降低试剂使用量并把控检测时间，提高检测的准确性，且在pcr反应和后续检测中，核酸均无需转运，配合整体结构
的密封设计可以避免出现气凝胶污染的问题。
108.以上为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实例对本技术进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。