一种面向pcr检测的直线型微流控dna提取系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种面向PCR检测的直线型微流控DNA提取系统，该系统包括防腐蚀合金材料结构、注射活塞、步进电机、废液微通道、丝杠，所述丝杠上安装有滑块，滑块即为反应腔体，生物纳米磁珠置于该滑块中央；本发明采用直线型反应结构，避免了反复工作带来的试剂混杂，提高了最终DNA的纯度和浓度，并且反应更加流畅迅速，方便一次性试剂灌装。本发明可采用单片机微处理器集成控制系统，既减少了多余的外围设备，使系统更加微型化；并且功能集成化，使得步进电机与注射活塞一起共同来完成系统的动力工作，提高了实验工作效率。
【专利说明】—种面向PCR检测的直线型微流控DNA提取系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种面向PCR检测的直线型微流控DNA提取系统，属于生物学和分析化学及医学检测领域。
【背景技术】
[0002]核酸研究是现代生物学、医学研究中的重要课题。核酸作为遗传信息的携带者，是基因表达的物质基础，除了在生物体正常的生长、发育、和繁殖等生命活动中具有十分重要的作用外，它与生命的异常情况，如肿瘤发生、放射损伤等也有密切关系。因此核酸是现代生物学、医学研究中的重要课题。传统的核酸分离技术包含沉淀，离心等过程，这些纯化方法的步骤繁杂、费时长、收率 低，接触有毒试剂，很难实现自动化操作；而采用磁性载体微球分离技术就能很好地克服这些缺点，实现样品的快速、高效制备，是未来核酸纯化方法发展的一个重要方向。磁珠法不需要离心、不需要加入多种试剂，操作简单，符合核酸自动化提取要求，是未来核酸纯化方法发展的一个重要方向。并且在此基础上，把核酸提取技术与实时荧光PCR检测技术相结合，可以使得整个生物提取监测系统集成化。
[0003]磁珠法提取核酸的过程是通过细胞裂解液裂解细胞，从细胞中游离出来的核酸分子被特异的吸附到磁性颗粒表面，而蛋白质等杂质不被吸附而留在溶液中。反应一定时间之后，再在磁场作用下，使磁性颗粒与液体分开，回收颗粒，再用洗脱液洗脱即可以得到纯净的DNA，即过程为“裂解-结合-洗涤-洗脱”四步。
[0004]其中的细胞裂解液是一种蛋白变性剂，可使动植物的细胞裂解，并使与DNA结合的蛋白质变性，DNA游离释放，磁球可以特异地吸附DNA，通过洗涤，去除DNA以外的RNA、蛋白质等杂质，再因洗脱液解离吸附在磁珠上的DNA，最后得到纯度和浓度均很高的DNA。其中的生物磁珠是一种新型的功能化固体载体，其表面包被有活性基团，可以与多种生物活性物质发生偶联，兼具有液体的流动性和固体磁性材料等特点，在外磁场的作用下可以定向移动和集中，当撤去外磁场后，稍加振荡或抽吸又可均匀分散于液体中，从而使固液相的分离变的十分快捷方便，通过简单的洗脱可以得到纯度很高的靶向物质。磁珠法的优点在于:整个系统能够自动化操作保证了实验结果稳定，避免人工操作引起的差异及错误；智能化操作系统，严格控制孔孔之间污染，采用一次性塑料提取套管，避免了不同批次间污染。
[0005]因此直线型DNA提取系统为了避免传统核酸提取方法中的离心步骤，选取磁珠法提取核酸。因为磁珠法只需要用试剂来完成整个提取过程，所以能够大大微缩整个系统的体积，并且缩短了反应时间，提高了系统运行效率，从而满足未来提取检测系统的便携化需要。此外磁珠法能够针对性的提取特异目标DNA，减少了反应结果的杂质，降低了之后实时PCR荧光检测的误差。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供了一种面向PCR检测的直线型微流控DNA提取系统，其主要适用于基于微型结构对目标样本的DNA提取工作，并可以后续应用于实时荧光PCR检测工作；同时本发明将微流控DNA提取模块与废液排放模块两个模块集成，实现便携式微型化DNA提取系统，达到功能集成、结构缩微、重量轻体积小全自动提取的目标。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种面向PCR检测的直线型微流控DNA提取系统，该系统包括防腐蚀合金材料结构、注射活塞、步进电机、废液微通道、丝杠，所述丝杠上安装有滑块，滑块即为反应腔体，生物纳米磁珠置于该滑块中央；具体而言，所述防腐蚀合金材料结构中含有八个带注射活塞的微通道，该八个带注射活塞的微通道设置在防腐蚀合金材料结构长度方向，该八个带注射活塞的微通道构成整个试剂的交替模块；所述步进电机与丝杠安装在防腐蚀合金材料结构内部，丝杠上装有滑块，该滑块可沿丝杠方向运动且两端开有通孔，所述通孔尺寸与各微通道尺寸相同，丝杠与八个带注射活塞的微通道的轴线方向相互垂直，步进电机与丝杠构成系统动力模块；与八个带注射活塞的微通道以丝杠相对称，在防腐蚀合金材料结构另一侧设置有废液微通道，所述防腐蚀合金材料结构与废液微通道构成系统废液回收模块。
[0008]与现有DNA提取技术相比，本发明具有如下有益效果。
[0009]1、本发明相较于传统的DNA提取方法，如浓盐法、阴离子去污剂法、苯酚抽提法等，没有离心步骤，既简化了系统的复杂性，又缩小了体积。系统结构又加入单片机自动控制，节省了工作时间，使得整体集成化，为后续与PCR荧光检测系统的结合做基础。此外，传统的DNA提取方法，试剂对人体有害并污染环境；而本发明采用试剂更加环保，并且有废液处理系统，节省资源。
[0010]2、本发明对比现有磁珠法DNA提取仪器，现有磁珠法提取仪器一次提取工作时间在一小时以上，体积庞大；而本发明系统简化了体积，取微量特定目标样本进行提取，提高了整体工作效率与便携性。
[0011]3、本发明采用直线型反应结构，避免了反复工作带来的试剂混杂，提高了最终DNA的纯度和浓度，并且反应更加流畅迅速，方便一次性试剂灌装。
[0012]4、本发明可采用单片机微处理器集成控制系统，既减少了多余的外围设备，使系统更加微型化；并且功能集成化，使得步进电机与注射活塞一起共同来完成系统的动力工作，提高了实验工作效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为直线型微流控DNA提取系统总结构图俯视图。
[0014]图2为直线型微流控DNA提取系统的侧面剖图。
[0015]图中:1、防腐蚀合金材料结构；2、注射活塞；3、步进电机；4、废液微通道；5、丝杠；
6、生物纳米磁珠。
【具体实施方式】
[0016]以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0017]如图1-2，一种面向PCR检测的直线型微流控DNA提取系统，该系统包括防腐蚀合金材料结构1、注射活 塞2、步进电机3、废液微通道4、丝杠5，所述丝杠5上安装有滑块，滑块即为反应腔体，生物纳米磁珠6置于该滑块中央；具体而言，所述防腐蚀合金材料结构I中含有八个带注射活塞2的微通道，该八个带注射活塞2的微通道设置在防腐蚀合金材料结构I长度方向，该八个带注射活塞2的微通道构成整个试剂的交替模块；所述步进电机3与丝杠5安装在防腐蚀合金材料结构I内部，丝杠5上装有滑块，该滑块可沿丝杠5方向运动且两端开有通孔，所述通孔尺寸与各微通道尺寸相同，丝杠5与八个带注射活塞2的微通道的轴线方向相互垂直，步进电机3与丝杠5构成系统动力模块；与八个带注射活塞2的微通道以丝杠5相对称，在防腐蚀合金材料结构I另一侧设置有废液微通道4，所述防腐蚀合金材料结构I与废液微通道4构成系统废液回收模块。
[0018]在防腐蚀合金材料结构I中的八个其中含有注射活塞2的八个微通道中是包含有四种不同的生物试剂。如图1直线型微流控DNA提取系统总结构图俯视图所示，在防腐蚀合金材料结构I中，分别包含有2-1到2-8的八个微通道。从上至下八个微通道分别包含为:通道2-1中为反应物原液、通道2-2中为细胞裂解液、通道2-3中为盐洗液、通道2-4至通道2-7中都是洗涤液、通道2-8中为洗脱液；步进电机3控制丝杠5对注射活塞2进行分时间段推进，将八个通道中的试剂推入在系统中央丝杠5上的含有生物纳米磁珠6的滑块即反应腔中，来完成整个生物反应。[0019]整个的反应原理为:首先通过注射活塞2的挤压，把通道2-1中反应物原液运输到中央含有生物纳米磁珠6的滑块中进行初步反应，之后通过步进电机3转动丝杠5推动滑块前进，使得滑块与通道2-2的对准；然后通过注射活塞2的挤压，把通道2-2中的细胞裂解液运输到中央滑块中与反应物进行反应，使动植物的细胞膜裂解并且与DNA结合的蛋白质变性，这样反应物中目标DNA得以游离释放，这时生物纳米磁珠6可以将目标DNA吸附上；同上述步进电机与丝杠的工作原理，将中央滑块依次对准通道2-3至2-8的通道口，通过每个通道中的注射活塞2的挤压，把相应的试剂推入中央滑块进行反应。实质是对之前粗提取的DNA先通过通道2-3中的盐洗液进行清洗，去除DNA中残留可溶解盐，再通过通道2-4至通道2-7的四个洗涤液进行洗涤，去除DNA以外的RNA、蛋白质等杂质，最后通过通道2-8中的洗脱液进行解离，把吸附在生物纳米磁珠6上的DNA分离下来，得到纯度和浓度均很高的DNA。
[0020]在如图1直线型微流控DNA提取系统总结构图俯视图所示，在图中右边的结构为整个系统的排液系统。右边的结构与左边的反应结构对称，每一次的试剂反应都有相对应的废液排液通道。在整个排液系统通道中，都有吸水纸进行废液引导，通过吸水纸与重力作用，将每一次反应的废液从中央滑块中排出，方便废液收集，避免浪费资源、污染环境。
【权利要求】
1.一种面向PCR检测的直线型微流控DNA提取系统，其特征在于:该系统包括防腐蚀合金材料结构(1)、注射活塞(2 )、步进电机(3 )、废液微通道(4)、丝杠(5 )，所述丝杠(5 )上安装有滑块，滑块即为反应腔体，生物纳米磁珠(6)置于该滑块中央；具体而言，所述防腐蚀合金材料结构(1)中含有八个带注射活塞(2)的微通道，该八个带注射活塞(2)的微通道设置在防腐蚀合金材料结构(I)长度方向，该八个带注射活塞(2 )的微通道构成整个试剂的交替模块；所述步进电机(3 )与丝杠(5 )安装在防腐蚀合金材料结构(1)内部，丝杠(5 )上装有滑块，该滑块可沿丝杠(5)方向运动且两端开有通孔，所述通孔尺寸与各微通道尺寸相同，丝杠(5)与八个带注射活塞(2)的微通道的轴线方向相互垂直，步进电机(3)与丝杠(5)构成系统动力模块；与八个带注射活塞(2)的微通道以丝杠(5)相对称，在防腐蚀合金材料结构(1)另一侧设置有废液微通道(4)，所述防腐蚀合金材料结构(1)与废液微通道(4)构成系统废液回收模块； 在防腐蚀合金材料结构(1)中的八个其中含有注射活塞(2)的八个微通道中是包含有四种不同的生物试剂；防腐蚀合金材料结构(1)中，分别包含有2-1到2-8的八个微通道；从上至下八个微通道分别包含为通道2-1中为反应物原液、通道2-2中为细胞裂解液、通道2-3中为盐洗液、通道2-4至通道2-7中都是洗涤液、通道2-8中为洗脱液；步进电机(3)控制丝杠(5)对注射活塞(2)进行分时间段推进，将八个通道中的试剂推入在系统中央丝杠(5)上的含有生物纳米磁珠(6)的滑块即反应腔中，来完成整个生物反应。
2.根据权利要求1所述的一种面向PCR检测的直线型微流控DNA提取系统，其特征在于:整个的反应原理为，首先通过注射活塞(2)的挤压，把通道(2-1)中反应物原液运输到中央含有生物纳米磁珠(6 )的滑块中进行初步反应，之后通过步进电机(3 )转动丝杠(5 )推动滑块前进，使得滑块与通道2-2的对准；然后通过注射活塞(2)的挤压，把通道2-2中的细胞裂解液运输到中央滑块中与反应物进行反应，使动植物的细胞膜裂解并且与DNA结合的蛋白质变性，这样反应物中目标DNA得以游离释放，这时生物纳米磁珠(6)可以将目标DNA吸附上；同上述步进电机与丝杠的工作原理，将中央滑块依次对准通道2-3至2-8的通道口，通过每个通道中的注射活塞(2)的挤压，把相应的试剂推入中央滑块进行反应。实质是对之前粗提取的DNA先通过通道2-3中的盐洗液进行清洗，去除DNA中残留可溶解盐，再通过通道2-4至通道2-7的四个洗涤液进行洗涤，去除DNA以外的RNA、蛋白质杂质，最后通过通道2-8中的洗脱液进行解离，把吸附在生物纳米磁珠(6)上的DNA分离下来，得到纯度和浓度均很高的DNA。
3.根据权利要求1所述的一种面向PCR检测的直线型微流控DNA提取系统，其特征在于:在整个排液系统通 道中，都有吸水纸进行废液引导。
【文档编号】C12M1/00GK103923817SQ201410143922
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月10日 优先权日:2014年4月10日
【发明者】吴坚, 于伦, 王富吉, 陈涛 申请人:北京工业大学