超高速核酸萃取装置及利用此的核酸萃取方法
【专利摘要】本发明提供一种核酸萃取装置。其在核酸萃取方面，可以实现自动化、超小型化及超高速化，不限于处理痰、血液、细胞、尿、唾液、组织等生物学样本，可最小化样本溶液的消耗量，可维持并改进有可信度的核酸萃取效率。
【专利说明】超高速核酸萃取装置及利用此的核酸萃取方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及从痰、血液、细胞、尿、唾液、组织等生物学样本萃取核酸的装置。
【背景技术】
[0002] 目前，为了从基因层面诊断、治疗或预防疾病，从细胞、细菌或病毒等生物学样本 萃取核酸的技术与核酸扩增技术（Nucleic Acid Amplification Technologies)相伴，得到 广泛应用。另外，除了疾病的诊断、治疗或预防之外，在针对性新药研制、法医学、环境荷尔 蒙检测等多种领域，也需求从生物学样本萃取核酸的技术。
[0003] 作为现有核酸萃取技术的一例，有对含细胞的样本，通过SDS或蛋白酶 (proteinase)K处理，增溶（solubilization)后，利用苯酚（phenol)变性去除蛋白质，提取 核酸的方法。但是苯酚（phenol)萃取法需要进行很多处理步骤，不仅耗费很多时间，而且 核酸萃取效率很大程度上左右于研究者的经验和技巧，可信度比较差。为了解决这一问题， 开发出了一种利用与核酸发生特异性结合的硅石（silica)或玻璃纤维制作的工具（kit)。 所述硅石或玻璃纤维与蛋白质、细胞代谢物质的结合比率低，可以获得浓度相对高的核酸。 这种方法与苯酚法相比虽然有简便的优点，但由于使用强力阻止聚合酶连锁反应（PCR)等 酶反应的离液序列高的（chaotropic)试剂或乙醇（ethanol),需要完全去除这些物质，因 此存在操作繁琐、耗时长的缺点。最近，国际公开专利第00/21973号公开了一种使用过滤 器（filter)直接萃取核酸的方法，该方法让样品通过过滤器，让细胞吸附在过滤器上，把吸 附在过滤器的细胞溶解后，以过滤器过滤，把吸附在过滤器的核酸洗涤、提取。但为了以过 滤器吸附细胞后提取核酸，需要根据细胞种类选择过滤器，且使用装置是大型装置、非常复 杂，研究人员很难简便使用。
【发明内容】
[0004] 技术问题
[0005] 本发明是为了解决现有核酸萃取技术的问题点而提出的发明，其目的在于提供一 种核酸萃取装置，与现有核酸萃取装置及核酸萃取方法不同，实现自动化、超小型化及超高 速化，不限于处理痰、血液、细胞、尿、唾液、组织等生物学样本，最小化样本溶液的消耗量， 维持并改进有可信度的核酸萃取效率。
[0006] 技术方案
[0007] 本发明一实施例提供一种从生物学样本萃取核酸的装置，其包括：基板；芯片支 撑体，位于所述基板上部面，包括具有水平面的板状的芯片收容部，通过芯片收容部的水平 面与核酸萃取用微流动芯片的下部面紧密接触；及加热器，位于所述芯片收容部的水平面， 对安装在所述芯片收容部的所述核酸萃取用微流动芯片的整个下部面中的一部分进行加 热。
[0008] 本发明一实施例中，
[0009] 所述加热器是接触式板状的加热块。
[0010] 在所述芯片支撑体的上部，还形成有具有水平面的芯片罩，所述水平面与安装在 所述芯片收容部的所述核酸萃取用微流动芯片的上部面紧密接触。
[0011] 还包括流体控制模块900,该流体控制模块对安装在所述芯片收容部的所述核酸 萃取用微流动芯片所装放的反应溶液的流动进行控制。
[0012] 还包括与所述加热器连接的加热控制模块，以用于对提供给安装在所述芯片收容 部的所述核酸萃取用微流动芯片所装放的反应溶液的热量进行控制。
[0013] 还包括核酸萃取用微流动芯片，该核酸萃取用微流动芯片构成为具有上部水平面 及下部水平面的板状，包括：流入部；加热部，位于与所述流入部连接的第1通道（channel) 区域，向通过所述流入部流入的生物学样品传达从外部获得的热量；第1过滤器，位于与所 述加热部连接的第2通道区域，能够使相当于核酸大小的物质通过；核酸分离部，位于与所 述第1过滤器连接的第3通道区域，具有能够与所述核酸特异性结合的核酸结合物质；第 2过滤器，位于与所述核酸分离部连接的第4通道区域，能够使相当于所述核酸大小的物质 通过；及与所述第2过滤器连接的流出部。
[0014] 包括所述核酸萃取用微流动芯片的第1通道区域至第4通道区域的通道，具有能 够让流体流通的结构，所述通道的幅度（width)及深度（depth)分别形成在0.001至10mm 范围内。
[0015] 所述核酸萃取用微流动芯片的第1过滤器及第2过滤器具有0. 01至10mm范围内 的厚度，且具有小孔（pore)，该小孔具有0.1至0.4微米（μ m)范围的直径。
[0016] 所述核酸萃取用微流动芯片的第1过滤器及第2过滤器具有0. 01至0. 5mm范围 内的厚度，具有小孔，该小孔具有〇. 2微米（μ m)的直径。
[0017] 所述核酸萃取用微流动芯片的核酸分离部形成有小珠（bead)，该小珠的表面粘有 作为核酸结合物质的核酸结合功能基（functional group)。
[0018] 所述核酸萃取用微流动芯片的粘有核酸结合功能基的小珠具有0. 001至20mm范 围内的直径。
[0019] 所述核酸萃取用微流动芯片的核酸分离部包含1微克至200毫克范围内的粘有核 酸结合功能基的小珠。
[0020] 所述核酸萃取用微流动芯片由塑料材质构成。
[0021] 所述核酸萃取用微流动芯片包括第1板；第2板，位于所述第1板上，形成有包括 所述第1通道区域至第4通道区域的通道；及第3板，位于所述第2板上，形成有所述流入 部及所述流出部。
[0022] 所述核酸萃取用微流动芯片的所述第1板及第3板包括选自聚二甲硅氧 烧（polydimethylsiloxane, PDMS)、环烯煙共聚物（cycle olefin copolymer, C0C)、聚 甲基丙烯酸甲酯（polymethylmetharcylate, PMMA)、聚碳酸酯（polycarbonate, PC)、 聚碳酸亚丙酯（polypropylene carbonate, PPC)、聚醚讽（polyether sulfone, PES)、聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethyleneterephthalate, PET)、 及其组合物的材质，所述核酸萃取用微流动芯片的第2板包括选自聚甲基丙 烯酸甲酯（polymethylmethacrylate, PMMA)、聚碳酸酯（polycarbonate, PC)、 环烯经共聚物（cycloolefin copolymer, C0C)、聚酰胺（polyamide, PA)、聚乙 烯（polyethylene,PE)、聚丙烯（polypropylene, PP)、聚苯醚（polyphenylene ether, PPE)、聚苯乙烯（polystyrene, PS)、聚甲醒（polyoxymethylene, POM)、聚醚醚酮 (polyetheretherketone, PEEK)、聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene, PTFE)、聚氯 乙烯（polyvinylchloride, PVC)、聚偏二氟乙烯（polyvinylidene fluoride, PVDF)、聚 对苯二甲酸 丁二酯（polybutyleneterephthalate, PBT)、氟化乙烯丙烯（f luorinated ethylenepropylene, FEP)、过氟烧氧基烧经（perfluoralkoxyalkane, PFA)、及其组合物的 热塑性树脂或热硬化树脂材质。
[0023] 所述核酸萃取用微流动芯片的第3板的流入部直径范围为0. 1至5. 0mm，所述核 酸萃取用微流动芯片的流出部直径范围为〇. 1至5. 0_，所述核酸萃取用微流动芯片的第1 板及第3板厚度范围为0. 01至20mm，所述核酸萃取用微流动芯片的第2板厚度范围为30 微米（μ m)至10毫米（mm)。
[0024] 发明效果
[0025] 本发明提供的核酸萃取装置在核酸萃取方面，可以实现自动化、超小型化及超高 速化，不限于处理痰、血液、细胞、尿、唾液、组织等生物学样本，可最小化样本溶液的消耗 量，可维持并改进有可信度的核酸萃取效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 图1为本发明一实施例的核酸萃取用装置示意图。
[0027] 图2为具有芯片罩的本发明一实施例的核算萃取用装置示意图。
[0028] 图3为具有流体控制模块的本发明一实施例的核算萃取用装置示意图。
[0029] 图4为具有加热控制模块的本发明一实施例的核算萃取用装置示意图。
[0030] 图5为本发明一实施例的核酸萃取用微流动芯片不意图。
[0031] 图6为本发明一实施例的核酸萃取用微流动芯片剖面图及平面图。
[0032] 图7为图5的核酸萃取用微流动芯片安装在本发明一实施例的核酸萃取用装置的 状态示意图。
【具体实施方式】
[0033] 下面，参照附图对本发明的一实施例进行详细说明。下面的说明诣在帮助理解本 发明的一实施例，并非通过这些说明限制本发明的保护范围。
[0034] 图1为本发明一实施例的核酸萃取用装置示意图。
[0035] 如图1所示，从生物学样本萃取核酸的本发明一实施例的核酸萃取用装置，其包 括：基板500 ;芯片支撑体600,位于所述基板500上部面，包括具有水平面的板状的芯片收 容部650,通过芯片收容部650的水平面与核酸萃取用微流动芯片（图略）的下部面紧密接 触；及加热器700,位于所述芯片收容部650的水平面，对安装在所述芯片收容部650的所 述核酸萃取用微流动芯片的整个下部面中的一部分进行加热。
[0036] 所述核酸萃取用装置意味着可执行萃取核酸所需一切步骤的装置，即便本说明书 未提及，还可以外加包括萃取核酸所需各种模块。
[0037] 所述基板500的内部安装有下面将详细说明的加热器700。只要是在加热器700 的加热及维持温度的条件下不发生物理及/或化学性质的变化，除加热器之外的其他部分 在传导的热量下不发生变形，即可用任意材料构成所述基板500。所述基板500可以通过塑 料、玻璃、硅胶等材料，以透明或半透明的形态形成，但不限于此。所述基板500可以具有多 种形状，但如图1所示，为了本发明一实施例的核酸萃取装置的小型化，由具有水平的面的 板状来实现为宜。
[0038] 所述芯片支撑体600是安装及固定下面将详述的本发明核酸萃取用微流动芯片 的部分，位于所述基板500的上部面，以可稳定安装及固定所述核酸萃取用微流动芯片（图 略）的材料构成为宜。另外，所述芯片支撑体600具有板状的芯片收容部650,该芯片收容 部650具有与核酸萃取用微流动芯片（图略）的下部面紧密接触的水平面。由于所述芯片 收容部650具有板状结构，与核酸萃取用微流动芯片的下部面紧密接触，使下面将详述的 加热器700发出的热量传达面积变宽，提高热传导速度，可对装放于核酸萃取用微流动芯 片内部的反应溶液进行稳定的流体控制，可用少量的反应溶液进行核酸萃取反应。
[0039] 所述加热器700是在核酸萃取用微流动芯片（图略）安装在所述芯片支撑体600 上时，为所述核酸萃取用微流动芯片的一部分提供热量的模块。所述加热器700可以具有 各种形式，但为了尽量大面积为核酸萃取用微流动芯片的表面传导热量、提高热传导速度， 适用接触式板状的加热块（plate-type heating block)为宜。本发明的一实施例中，所述 加热器700位于所述芯片收容部600的水平面，可为安装于所述芯片收容部600的核酸萃 取用微流动芯片的整个下部面中的一部分进行加热。
[0040] 图2为具有芯片罩的本发明一实施例的核算萃取用装置示意图。
[0041] 如图2所示，本发明一实施例的核酸萃取装置在所述芯片支撑体600的上部，还形 成有具有水平面的芯片罩800,所述水平面与安装在所述芯片收容部650的所述核酸萃取 用微流动芯片（图略）的上部面紧密接触。所述芯片罩800支撑所述核酸萃取用微流动芯 片、使之得到稳定安装，隔离所述核酸萃取用微流动芯片发出的热量，让所述核酸萃取用微 流动芯片内部产生迅速的核酸萃取反应。所述芯片罩800可以具有多种形状，但为了所述 目的，具有板状形状为宜。
[0042] 图3为具有流体控制模块的本发明一实施例的核算萃取用装置示意图。
[0043] 如图3所示，本发明一实施例的核酸萃取装置还可以包括流体控制模块900,该流 体控制模块900对安装在所述芯片收容部650的所述核酸萃取用微流动芯片所装放的反应 溶液的流动进行控制。所述流体控制模块900与安装在所述芯片支撑体600的核酸萃取用 微流动芯片的流入部及/或流出部连接，以向所述核酸萃取用微流动芯片内部引入用于萃 取核酸的溶液及/或把存在于所述核酸萃取用微流动芯片内部的溶液排出到外部及/或在 所述核酸萃取用微流动芯片内部控制反应溶液的流动。所述流体控制模块900可以包括各 种构成要素，比如，可以外加包括：作为流体移动通路的微细通路；为流体的流动提供动力 的空压泵；控制流体流动的开闭的阀门；用于存储核酸结合缓冲液（buffer)、洗脱缓冲液、 硅胶（silica gel)、蒸馏水（DW)等核酸萃取所需各种溶液的存储腔（Chamber)等。
[0044] 图4为具有加热控制模块的本发明一实施例的核算萃取用装置示意图。
[0045] 如图4所示，本发明一实施例的核酸萃取装置还包括与所述加热器700连接的加 热控制模块750,以用于控制提供给安装在所述芯片收容部650的所述核酸萃取用微流动 芯片所装放的反应溶液的热量。所述加热控制模块750通过控制给所述加热器700提供的 电力，控制所述加热器700的发热或冷却，从而按事先决定的温度及顺序，在所述核酸萃取 用微流动芯片内部发生核酸萃取反应。另外，图4虽然没有显示，但本发明一实施例的核酸 萃取装置还可以外加包括对所述加热器700、所述罩800、所述流体控制模块900及所述加 热控制模块750自动控制的电子控制模块（图略）。所述电子控制模块可按事先存储的程 序，对所述各模块精密控制，从核酸萃取用微流动芯片内部萃取定量核酸。所述事先存储的 程序，比如包括与核酸萃取相关的一连串步骤相关程序。
[0046] 图5为本发明一实施例的核酸萃取用微流动芯片不意图。
[0047] 如图5所示，本发明一实施例的核酸萃取用微流动芯片1用于从生物学样本萃取 核酸，包括：流入部10 ;加热部20,位于与所述流入部10连接的第1通道区域，以向通过所 述流入部10流入的生物学样品传达从外部获得的热量；第1过滤器30,位于与所述加热部 20连接的第2通道区域，能够使相当于核酸大小的物质通过；核酸分离部40,位于与所述第 1过滤器30连接的第3通道区域，具有能够与所述核酸特异性结合的核酸结合物质45 ;第 2过滤器50,位于与所述核酸分离部40连接的第4通道区域，能够使相当于所述核酸大小 的物质通过；及与所述第2过滤器50连接的流出部60。
[0048] 所述核酸萃取用微流动芯片（microfluidic chip)是指其萃取核酸所需的构成要 素，即流入部（inlet)、流出部（outlet)、连接所述流入部及流出部的通道（channel)、第1 过滤器、第2过滤器等的规格为毫米（mm)或微米（μ m)单位的超小型芯片（chip)。
[0049] 所述生物学样本是含DNA或RNA等核酸的生物学物质，比如是含动物细胞、植物细 胞、病原菌、霉菌、细菌、病菌等的液体样本，但不限于此。
[0050] 所述流入部10是所述生物学样本或用于萃取核酸的溶液等流入所述微流动芯片 内部的部分，所述流出部60是从所述生物学样品获得的核酸、用于萃取核酸的溶液、其他 废弃物（waste)向所述微流动芯片外部排出的部分。这里，有时根据需要，流入部10及流 出部60可以分别起流出部及流入部的作用。所述用于萃取核酸的溶液包括萃取核酸所 需的一切溶液，比如是蒸馈水、核酸结合缓冲液（binding buffer)、洗脱缓冲液（elution buffer)等。所述流入部10及所述流出部60通过通道70以可流通流体的方式连接，下面 将详述的加热部20、第1过滤器30、核酸分离部40、第2过滤器50等结构可驱动地设置在 所述通道70上，执行各自的功能。所述通道70可具有各种规格，但幅度（width)及深度 (d印th)分别形成在0. 001至10mm范围内为宜。下面将说明的第1、第2、第3、第4通道区 域意味着从所述流入部10到所述流出部60依次所处的顺序，并不受限于形成在所述通道 70内的特定位置。
[0051] 所述加热部20是为通过所述流入部10流入的溶液（包括生物学样本）传达从外 部获得的热量的部分，位于与所述流入部10连接的第1通道区域。比如，通过所述流入部 10流入含细胞、细菌或病毒的样本的情况下，所述细胞、细菌或病毒到达所述加热部20时， 瞬间被加热到80至100°C，破坏所述细胞、细菌或病毒的外壁，使之向外释放其细胞内的物 质（cell lysis)。所述加热部20从本发明一实施例的核酸萃取装置的加热器70以接触方 式获得热量。
[0052] 所述第1过滤器30是具有一定大小的小孔（pore)的结构体，按流体的流动方向， 通过所述小孔，根据大小把物质区分为通过物质和非通过物质。本发明一实施例中，所述第 1过滤器30位于与所述加热部20连接的第2通道区域，让相当于核酸大小的物质通过。所 述第1过滤器30从由于所述加热部20的加热产生的溶解产物中，把大于核酸的物质捕捉 在所述加热部20中，且让核酸及相当于其大小的物质通过，使这些物质流动到下面将要说 明的核酸分离部40。所述第1过滤器30可以具有多种规格，但具有直径为0. 1至0. 4微米 (μ m)范围内的小孔（pore)，具有0. 01至10mm范围内的厚度为宜。最好，所述第1过滤器 30具有直径为0. 2微米（μ m)的小孔（pore)，具有0. 01至0. 5mm的厚度为宜。
[0053] 所述核酸分离部40从核酸或具有与之相应大小的物质中，有所选择地分离所述 核酸。如图5所示，所述核酸分离部40是第1过滤器30和下面将要说明的第2过滤器50 之间的空间，具有可与所述核酸特异性结合的核酸结合物质45。所述核酸结合物质45包括 可与核酸特异性结合的所有物质。所述核酸结合物质45是结合有核酸结合功能基的物质， 比如是二氧化娃（Si02)小珠、粘有生物素（biotin)或链霉亲和素（strptavidin)的小珠 (bead)。所述粘有核酸结合功能基的小珠可以具有多种规格，但具有0. 001至20mm范围内 的直径为宜。另外，所述核酸分离部40可以以各种含量包含粘有所述核酸结合功能基的小 珠，但以1微克（μ g)至200毫克（mg)范围内为宜。所述核酸结合物质45与核酸特异性 结合后，对所述核酸分离部40内部进行清洗，去除异物后，所述核酸分离部40中只会剩下 目标核酸-核酸结合物质45的复合体（complex)。之后，向所述核酸分离部40提供洗脱缓 冲液（elution buffer)，使所述目标核酸从所述复合体分离。
[0054] 与上面说明的第1过滤器30相同，所述第2过滤器50是具有一定大小的小孔 (pore)的结构体，按流体的流动方向，通过所述小孔，根据大小把物质区分为通过物质和非 通过物质。本发明一实施例中，所述第2过滤器50位于与所述核酸分离部40连接的第4通 道区域，让相当于核酸大小的物质通过。所述第2过滤器50从所述核酸分离部40中，捕捉 所述核酸结合物质45,且对从所述核酸结合物质45分离的核酸进行过滤而使其流动到所 述流出部60。所述第2过滤器50可以具有多种规格，但具有直径为0. 1至0. 4微米（μ m) 范围内的小孔（pore)，具有0. 01至0. 5mm范围内的厚度为宜。最好，所述第2过滤器30具 有直径为〇. 2微米（μ m)的小孔（pore)，具有0. 3mm的厚度为宜。
[0055] 图6为本发明一实施例的核酸萃取用微流动芯片剖面图及平面图。
[0056] 如图6所示，所述核酸萃取用微流动芯片1包括：第1板100 ;位于所述第1 板100上，形成有包括所述第1通道区域至第4通道区域的通道70的第2板200 ;及 位于所述第2板200上，形成有所述流入部10及所述流出部60的第3板300。本 发明一实施例的核酸萃取用微流动芯片可以由各种材质构成，但最好是由塑料材质 构成。使用塑料材质时，只要调节塑料厚度，即可以增大热传达效率，且制作工序简 单，可以大幅降低制造成本。而所述第1板100及第3板300包括选自聚二甲硅氧烷 (polydimethylsiloxane，PDMS)、环烯煙共聚物（cycle olefin copolymer, C0C)、聚甲基丙 烯酸甲酯（polymethylmetharcylate, PMMA)、聚碳酸酯（polycarbonate, PC)、聚碳酸亚丙 酯（polypropylene carbonate, PPC)、聚醚讽（polyether sulfone，PES)、聚对苯二甲酸乙 二醇酯（polyethylene terephthalate, PET)、及其组合物的材质，所述第2板200包括选 自聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate, PMMA)、聚碳酸酯（polycarbonate, PC)、 环烯经共聚物（cycloolefin copolymer, C0C)、聚酰胺（polyamide, PA)、聚乙 烯（polyethylene,PE)、聚丙烯（polypropylene, PP)、聚苯醚（polyphenylene ether, PPE)、聚苯乙烯（polystyrene, PS)、聚甲醒（polyoxymethylene, POM)、聚醚醚酮 (polyetheretherketone, PEEK)、聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene, PTFE)、聚氯 乙烯（polyvinylchloride, PVC)、聚偏二氟乙烯（polyvinylidene fluoride, PVDF)、聚 对苯二甲酸 丁二酯（polybutyleneterephthalate, PBT)、氟化乙烯丙烯（f luorinated ethylenepropylene, FEP)、过氟烧氧基烧经（perfluoralkoxyalkane, PFA)、及其组合物的 热塑性树脂或热硬化树脂材质。所述第3板的流入部直径范围为0. 1至5. Omm，所述流出部 直径范围为〇· 1至5. 0mm，所述第1板及第3板厚度范围为0· 01至20mm，所述第2板的厚 度范围为30微米（μ m)至10毫米（mm)。另外，本发明一实施例的核酸萃取用微流动芯片 可以根据需要由2个以上流入部、流出部、及连接两者的通道构成，这一情况下，通过一个 芯片可从2个以上生物学样本萃取核酸，可更加迅速有效地萃取核酸。
[0057] 图7为图5的核酸萃取用微流动芯片安装在本发明一实施例的核酸萃取用装置的 状态示意图。
[0058] 如图7所示，板状核酸萃取用微流动芯片1紧贴安装在本发明一实施例核酸萃取 装置的所述芯片收容部650的状态下，可以进行核算萃取反应。具体地，利用本发明一实施 例的核酸萃取装置从生物学样本萃取核酸的方法包括：提供本发明一实施例的核酸萃取用 微流动芯片1的步骤（微流动芯片提供步骤）；通过所述微流动芯片1的流入部，引入痰、 血液、细胞、尿、唾液、组织等生物学样本的步骤（生物学样本引入步骤）；把引入的所述生 物学样本移动到所述微流动芯片1的加热部后，通过所述加热器700加热所述微流动芯片 1的加热部，以溶解（lysis)所述生物学样本的步骤（生物学样本溶解步骤）；把通过所述 溶解步骤获得的物质移动到所述微流动芯片1的第1过滤器后，通过所述第1过滤器过滤， 把未通过的物质进行去除的步骤（第1过滤器过滤步骤）；把通过所述第1过滤器的物质 移动到所述微流动芯片1的核酸分离部后，从通过所述第1过滤器的物质中，让核酸与所述 核酸结合物质结合，去除未与核酸结合的物质的步骤（核酸分离步骤）；从所述核酸结合物 质分离所述核酸，让所述分离的核酸移动到第2过滤器后，通过第2过滤器过滤的步骤（第 2过滤器过滤步骤）；及把通过所述第2过滤器的物质移动到所述流出部后，通过所述流出 部萃取所述核酸的步骤（核酸萃取步骤）。从而，利用本发明的核酸萃取装置时，可以实现 核酸萃取反应的自动化、超小型化、超高速化，不限于处理痰、血液、细胞、尿、唾液、组织等 生物学样本，可最小化样本溶液的消耗量，可以维持及/或改进有可信度的核酸萃取效率。
[0059] 实骀例.萃取核酸的产量及讲行时间骀证
[0060] 首先以结核菌株细胞为对象，分别利用使用现有技术的管（tube)的核酸萃取装 置和使用本发明一实施例的核酸萃取用微流动芯片的核酸萃取装置，萃取DNA后，测定了 其产量及进行时间。
[0061] 现有技术的核酸萃取流程如下。准备结核菌株细胞后，把所述结核菌株细胞与6 % NaOH及4% NaLC以1:1:1比例混合，制备了样本溶液。之后，对所述样本溶液进行离心分 离，去除上清液（20分钟，4300 rpm，4°C )。之后，向样本溶液添加 lml蒸馏水（DW)，进行涡 流（vortexing)处理后，把所述样品溶液移动到其他管（tube)。之后，再次对所述样本溶 液进行离心分离后去除上清液（3分钟，12000 rpm,常温）。之后，向样本溶液添加 lml蒸 馏水（DW)，进行涡流（vortexing)处理。之后，向样本溶液加500 μ 1蒸馏水（DW)，获得了 基因 DNA (这里使用了可在工业层面使用的QIAamp DNA Kit)。结果，最终DNA产物获得了 100 μ 1，获得最终DNA产物耗费了约1小时以上。
[0062] 接下来，利用本发明一实施例的核酸萃取用微流动芯片1及核酸萃取装置，从同 一结核菌株细胞萃取了核酸，其详细过程如下。准备结核菌株细胞后，把所述结核菌株细胞 与6% NaOH及4% NaLC以1:1:1比例混合，制备了样本溶液。之后，利用注射器（syringe) 把所述样本溶液引入到如图1所示核酸萃取用微流动芯片{25X72X2mm，二氧化硅小珠 (OPS Diagnostics, LLC),过滤器（Whatman)}的流入部（约耗1分钟）。之后，向本发明 一实施例微流动芯片的流入部，引入娃胶（silica gel)及IX DNA结合缓冲液（binding buffer)300l·! 1后，把本发明一实施例微流动芯片的加热部急速加热到95°C (约耗1分 30秒）。之后，通过本发明一实施例微流动芯片的流入部，去除样本溶液中的废弃物，引入 100 μ 1洗脱缓冲液（elution buffer)(约耗30秒）。之后，通过本发明一实施例微流动芯 片的流出部，获得最终产物。检测结果最终获得的DNA产物约为100μ 1，而获得最终DNA产 物消耗了约7分钟。无可置疑，如果不采用手动方式，而采用自动方式时，该消耗时间肯定 会降低到5分钟以内。
[〇〇63] 上述实验结果表明，利用本发明一实施例的微流动芯片及核酸萃取装置时，可以 维持核酸萃取产物总量的情况下，其消耗时间远小于现有技术的萃取方法。
【权利要求】
1. 一种从生物学样本萃取核酸的装置，包括 基板； 芯片支撑体，位于所述基板上部面，包括具有水平面的板状的芯片收容部，通过芯片收 容部的水平面与核酸萃取用微流动芯片的下部面紧密接触；及 加热器，位于所述芯片收容部的水平面，对安装在所述芯片收容部的所述核酸萃取用 微流动芯片的整个下部面中的一部分进行加热。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中： 所述加热器是接触式板状的加热块。
3. 根据权利要求1所述的装置，其中： 在所述芯片支撑体的上部，还形成有具有水平面的芯片罩，所述水平面与安装在所述 芯片收容部的所述核酸萃取用微流动芯片的上部面紧密接触。
4. 根据权利要求1所述的装置，其中： 还包括流体控制模块，该流体控制模块对安装在所述芯片收容部的所述核酸萃取用微 流动芯片所装放的反应溶液的流动进行控制。
5. 根据权利要求1所述的装置，其中： 还包括与所述加热器连接的加热控制模块，以用于对提供给安装在所述芯片收容部的 所述核酸萃取用微流动芯片所装放的反应溶液的热量进行控制。
6. 根据权利要求1所述的装置，其中： 还包括核酸萃取用微流动芯片，该核酸萃取用微流动芯片构成为具有上部水平面及下 部水平面的板状，包括： 流入部； 加热部，位于与所述流入部连接的第1通道区域，向通过所述流入部流入的生物学样 品传达从外部获得的热量； 第1过滤器，位于与所述加热部连接的第2通道区域，能够使相当于核酸大小的物质通 过； 核酸分离部，位于与所述第1过滤器连接的第3通道区域，具有能够与所述核酸特异性 结合的核酸结合物质； 第2过滤器，位于与所述核酸分离部连接的第4通道区域，能够使相当于所述核酸大小 的物质通过；及 与所述第2过滤器连接的流出部。
7. 根据权利要求6所述的装置，其中： 包括所述核酸萃取用微流动芯片的第1通道区域至第4通道区域的通道，具有能够让 流体流通的结构，所述通道的幅度及深度分别形成在0. 001至1〇_范围内。
8. 根据权利要求6所述的装置，其中： 所述核酸萃取用微流动芯片的第1过滤器及第2过滤器具有0. 01至10_范围的厚度， 且具有小孔，该小孔具有0. 1至0. 4微米范围的直径。
9. 根据权利要求8所述的装置，其中： 所述核酸萃取用微流动芯片的第1过滤器及第2过滤器具有0. 01至0. 5_范围的厚 度，且具有小孔，该小孔具有0. 2微米的直径。
10. 根据权利要求6所述的装置，其中： 所述核酸萃取用微流动芯片的核酸分离部形成有小珠，该小珠的表面粘有作为核酸结 合物质的核酸结合功能基。
11. 根据权利要求10所述的装置，其中： 所述核酸萃取用微流动芯片的粘有核酸结合功能基的小珠具有0. 001至20mm范围内 的直径。
12. 根据权利要求10所述的装置，其中： 所述核酸萃取用微流动芯片的核酸分离部包含1微克至200毫克范围内的粘有核酸结 合功能基的小珠。
13. 根据权利要求6所述的装置，其中： 所述核酸萃取用微流动芯片由塑料材质构成。
14. 根据权利要求6所述的装置，其中： 所述核酸萃取用微流动芯片包括：第1板；第2板，位于所述第1板上，形成有包括所述 第1通道区域至第4通道区域的通道；及第3板，位于所述第2板上，形成有所述流入部及 所述流出部。
15. 根据权利要求14所述的装置，其中： 所述核酸萃取用微流动芯片的所述第1板及第3板包括选自聚二甲硅氧烷（PDMS)、环 烯烃共聚物（COC)、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)、聚碳酸酯（PC)、聚碳酸亚丙酯（PPC)、聚醚砜 (PES)、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET)、及其组合物的材质， 所述核酸萃取用微流动芯片的第2板包括选自聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)、聚碳酸酯 (PC)、环烯烃共聚物（COC)、聚酰胺（PA)、聚乙烯（PE)、聚丙烯（PP)、聚苯醚（PPE)、聚苯乙 烯（PS)、聚甲醛（POM)、聚醚醚酮（PEEK)、聚四氟乙烯（PTFE)、聚氯乙烯（PVC)、聚偏二氟乙 烯（PVDF)、聚对苯二甲酸丁二酯（PBT)、氟化乙烯丙烯（FEP)、过氟烷氧基烷烃（PFA)、及其 组合物的热塑性树脂或热硬化树脂材质。
16. 根据权利要求14所述的装置，其中： 所述核酸萃取用微流动芯片的第3板的流入部直径范围为0. 1至5. 0mm，所述核酸萃 取用微流动芯片的流出部直径范围为〇. 1至5. 0mm，所述核酸萃取用微流动芯片的第1板及 第3板厚度范围为0. 01至20mm，所述核酸萃取用微流动芯片的第2板厚度范围为30微米 至10毫米。
【文档编号】C12M1/38GK104114687SQ201380008506
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年1月25日 优先权日:2012年2月7日
【发明者】金成佑, 金德中, 李东勋, 金善真, 崔龙海, 柳皓善 申请人:纳米生物系统株式会社