DNA微提取系统及DNA微提取方法与流程

本发明属于生物化学实验装置，具体涉及一种DNA微提取系统及DNA微提取方法。

背景技术：

生物样品的处理、纯化和提取对生物学研究有着重要意义。由于生物样品的生物活性会受到各种环境因素的影响，保存时间较短，对于需要少量使用生物样品提取，需要研究开发一套简单易操作的系统或装置。

现有技术中，通常使用分子试剂盒对核酸物质进行分离操作，该方式需要人工操作、可重复性较差、且速度慢，消耗的试剂种类多，且需要多次操作，存在消耗时间长、操作繁琐、提取纯度不够等问题。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种DNA微提取系统及DNA微提取方法，相对于现有技术，设计一种DNA微提取芯片，通过在线对DNA稀溶液进行在线富集，在富集过程中，去除正电性和中性物质，有效实现DNA的纯化、提取和富集。

本发明提供一种DNA微提取系统，包括提取芯片，所述提取芯片包括上层结构、阳离子交换膜和下层结构，所述上层结构和下层结构通过热压键合，并将阳离子交换膜密封在二者之间。

进一步地，所述上层结构设置有样品进液口、富集区、出液口和富集液出口，所述样品进液口、出液口和富集液出口均通过液流通道与富集区连接。

进一步地，所述下层结构设置有阳极液进液口、阳离子交换膜槽、阳极池和阳极液出液口，所述阳极液进液口与阳极池通过液流通道连接；所述阳离子交换膜槽与阳极液出液口通过液流通道连接。

进一步地，本发明提供的系统包括阳极电极和阴极电极，所述阴极电极设置在出液口；所述阳极电极设置在阳极液进液口；所述阳极电极和阴极电极与电源导线连接。

进一步地，所述阳极液进液口通过恒流泵一与阳极溶液连通。

进一步地，所述样品进液口通过恒流泵二与样品溶液连通。

进一步地，所述阳极液出液口通过硅胶管与废弃液收集装置连通。

进一步地，所述出液口通过硅胶管与废弃液收集装置连通。

进一步地，所述富集液出口通过硅胶管与富集液收集装置连通。

进一步地，所述恒流泵一、恒流泵二均可以通过采用止水夹实现切换不同溶液通道的控制，也可以采用自动装置实现控制各个溶液通道的电磁阀实现。所述恒流泵一、恒流泵二均通过外接电源实现其开关。

进一步地，所述阳极溶液为磷酸盐缓冲溶液；所述样品溶液为待富集提取的DNA溶液。

进一步地，所述电源与电源开关连接。

进一步地，所述上层结构的长度小于所述下层结构。

进一步地，所述上层结构由第一玻片和第二玻片热压键合而成；所述富集液出口包括第一富集液出口和第二富集液出口；所述样品进液口、出液口和第一富集液出口为设置在第一玻片上的通孔，所述样品进液口与出液口通过液流通道连通富集区；所述富集区和第二富集液出口设置在第二玻片，所述富集区和第二富集液出口通过液流通道连通；所述富集区为通孔；所述第一富集液出口与第二富集液出口位置和大小相对应，且第一富集液出口为通孔，第二富集液出口为孔洞；所述液流通道设置在第一玻片的下表面或第二玻片的上表面。

进一步地，所述下层结构由第三玻片和第四玻片热压键合而成；所述阳极液进液口包括第一阳极液进液口和第二阳极液进液口；所述第一阳极液进液口和第二阳极液进液口的位置和大小对应；所述阳极池包括第一阳极池和第二阳极池；所述第一阳极池和第二阳极池的位置和大小对应；所述第一阳极液进液口、阳离子交换膜槽、第一阳极池和阳极液出液口为设置在第三玻片上的通孔；所述阳离子交换膜设置在阳离子交换膜槽内；所述阳离子交换膜槽和阳极液出液口通过设置在第四玻片上表面或第三玻片的下表面的液流通道相通；所述第二阳极液进液口、和第二阳极池为设置在第四玻片上的孔洞，且通过设置在第四玻片上表面或第三玻片的下表面的液流通道连通。

进一步地，在本发明的实际操作过程中，通过在止水夹实现液流通道的关闭和打开。

进一步地，本发明所述的液流通道为一定深度与宽度的薄层通道。本发明中所述的电源为稳压电源，所述阳极电极和阴极电极为惰性铂电极，所述惰性铂电极固定于硬质导管中；所述阳极电极和阴极电极通过电线导电实现提取芯片系统内的通电；所述阳离子交换膜槽用于安装阳离子交换膜。

另一方面，本发明提供一种DNA微提取方法，采用本发明所述的DNA微提取系统实现，具体过程如下：

1)阳极区工作准备：启动恒流泵一，阳极溶液通过恒流泵一进入提取芯片的阳极液进液口，从而流至阳极池，待充满阳极池后，经液流通道至阳极液出液口流出后，关闭恒流泵一；

2)阴极区工作准备：关闭富集液出口，启动恒流泵二，样品溶液通过恒流泵二进入提取芯片的样品进液口，从而流至富集区，待充满富集区后，经液流通道至出液口流出后，关闭恒流泵二；

3)开启电源，在阳离子交换膜的两侧形成一个电场，保持样品溶液流动，样品溶液中的DNA在流经富集区时，由于电场作用，向阳极电极方向流动，在流动到阳离子交换膜处被阻挡，从而实现DNA的富集；

4)待样品溶液全部流经富集区后，关闭电源，暂停恒流泵一和二，关闭出液口，打开恒流泵二和富集液出口，富集液经恒流泵二的驱动，富集液收集装置收集浓缩的DNA溶液，完成DNA的微提取。

有益效果：

本发明提供一种DNA微提取系统，基于电渗析技术实现DNA的富集，从而达到提取DNA的目的。本发明实施过程中，基于DNA的电负性，在电场作用下，向阳极区迁移，在迁移过程中，由于阳离子交换膜的阻隔，使得DNA在阻隔周边形成富集，从而实现DNA的微提取和纯化。

本发明提供一种DNA微提取方法，实现DNA的有效纯化和提取，操作简单，灵敏度高，易操作，且该方法简单和环境友好。

本发明的系统造价低、结构简单、灵敏度高，易操作、维护简单，本系统相比现有技术，不依赖于人工操作即可实现DNA的富集，操作简单，环境友好，有效去除正电性和中性物质，自动化运行程度高，便于小规模应用。

附图说明

图1本发明优选实施例的结构示意图；

图2本发明优选实施例的前侧结构示意图；

图3本发明优选实施例的上层结构的示意图；

图4本发明优选实施例的下层结构的示意图；

图5本发明优选实施例的第一玻片的结构示意图；

图6本发明优选实施例的第二玻片的结构示意图；

图7本发明优选实施例的第三玻片的结构示意图；

图8本发明优选实施例的第四玻片的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

实施例1

如图1～8所示，本发明提供一种DNA微提取系统，包括电源1、提取芯片2、阳极电极3和阴极电极4；其中，所述提取芯片包括上层结构、阳离子交换膜5和下层结构，所述上层结构和下层结构通过热压键合，并将阳离子交换膜5密封在二者之间；所述上层结构设置有样品进液口21、富集区22、出液口23和富集液出口24，所述样品进液口21、出液口23和富集液出口24均通过液流通道与富集区23连接；所述阴极电极4设置在出液口23；所述下层结构设置有阳极液进液口25、阳离子交换膜槽28、阳极池26和阳极液出液口27，所述阳极液进液口25与阳极池26通过液流通道连接；所述阳离子交换膜槽28与阳极液出液口27通过液流通道连接；所述阳极电极3设置在阳极液进液口25；所述阳极电极3和阴极电极4与电源1导线连接。

所述样品进液口21、出液口23、阳极液进液口25、阳极液出液口27和富集液出口24均通过硬质导管与硅胶管连接，所述硅胶管上设置有止水夹。

所述阳极液进液口25通过恒流泵一与阳极溶液连通。

所述样品进液口21通过恒流泵二与样品溶液连通。

所述阳极液出液口27通过硅胶管与废弃液收集装置连通。

所述出液口23通过硅胶管与废弃液收集装置连通。

所述富集液出口24通过硅胶管与富集液收集装置连通。

所述恒流泵一、恒流泵二均可以通过采用止水夹实现切换不同溶液通道的控制，也可以采用自动装置实现控制各个溶液通道的电磁阀实现。所述恒流泵一、恒流泵二均通过外接电源实现其开关。

所述阳极溶液为磷酸盐缓冲溶液；所述样品溶液为待富集提取的DNA溶液。

所述电源1与电源开关连接。

所述上层结构的长度小于所述下层结构。

如图3、5、6所示，所述上层结构由第一玻片和第二玻片热压键合而成；所述富集液出口24包括第一富集液出口24-1和第二富集液出口24-2；所述样品进液口21、出液口23和第一富集液出口24-1为设置在第一玻片上的通孔，所述样品进液口21与出液口23通过设置在第一玻片下表面的液流通道连通富集区22；所述富集区22和第二富集液出口24-2设置在第二玻片，所述富集区22和第二富集液出口24-2通过设置在第二玻片上表面的液流通道连通；所述富集区22为通孔；所述第一富集液出口24-1与第二富集液出口24-2位置和大小相对应，且第一富集液出口24-1为通孔，第二富集液出口24-2为孔洞。

如图4、7、8所示，所述下层结构由第三玻片和第四玻片热压键合而成；所述阳极液进液口25包括第一阳极液进液口25-1和第二阳极液进液口25-2；所述第一阳极液进液口25-1和第二阳极液进液口25-2的位置和大小对应；所述阳极池26包括第一阳极池26-1和第二阳极池26-2；所述第一阳极池26-1和第二阳极池26-2的位置和大小对应；所述第一阳极液进液口25-1、阳离子交换膜槽28、第一阳极池26-1和阳极液出液口27为设置在第三玻片上的通孔；所述阳离子交换膜5设置在阳离子交换膜槽28上表面；所述阳离子交换膜槽28和阳极液出液口27通过设置在第三玻片的下表面的液流通道相通；所述第二阳极液进液口25-2、和第二阳极池26-2为设置在第四玻片上的孔洞，且通过设置在第四玻片上表面的液流通道连通。

在本发明的实际操作过程中，通过止水夹实现液流通道的关闭和打开。

本发明所述的液流通道为一定深度与宽度的薄层通道。本发明中所述的电源1为稳压电源，所述阳极电极3和阴极电极4为惰性铂电极，所述惰性铂电极固定于硬质导管中；所述阳极电极3和阴极电极4通过导电实现提取芯片2系统内的通电；所述阳离子交换膜槽28用于安装阳离子交换膜5。

工作过程：

本发明设计的DNA微提取系统是基于DNA为负电性物质，在电场作用下，向阳极区迁移，属于电渗析技术。

具体实施过程为：

1)阳极区工作准备：启动恒流泵一，阳极溶液通过恒流泵一进入提取芯片2的阳极液进液口25，从而流至阳极池26，待充满阳极池26后，经液流通道至阳极液出液口27流出后，关闭恒流泵一；在实施过程中，若需要对阳极溶液进行更换，可通过间隔启动恒流泵一实现。

2)阴极区工作准备：关闭富集液出口24，启动恒流泵二，样品溶液通过恒流泵二进入提取芯片2的样品进液口21，从而流至富集区22，待充满富集区22后，经液流通道至出液口23流出后，关闭恒流泵二。

3)开启电源，在阳离子交换膜5的两侧形成一个电场，保持样品溶液流动，样品溶液中的DNA在流经富集区22时，由于电场作用，向阳极电极方向流动，在流动到阳离子交换膜5处被阻挡，从而实现DNA的富集。

4)待样品溶液全部流经富集区22后，关闭电源1，暂停恒流泵一和二，关闭出液口23，打开恒流泵二和富集液出口24，富集液经恒流泵二的驱动，富集液收集装置收集浓缩的DNA溶液，完成DNA的微提取。

实施例2

具体实例：以10mL浓度为0.3ng/μL的DNA溶液(TE10×,pH 7.8)为浓缩对象：1)启动恒流泵一，阳极溶液通过恒流泵一进入提取芯片的阳极液进液口，从而流至阳极池，使下层结构的阳极池充满阳极缓冲液(1mmol/L KH₂PO₄+3.5mmol/L K₂HPO₄+1mmol/L Na₂SO₄，用NaOH调节pH为9.0)，停止恒流泵一；2)关闭富集液出口，启动恒流泵二，DNA稀释液通过恒流泵二进入提取芯片的样品进液口，从而流至富集区，使DNA稀释液充满的富集区，经液流通道至出液口流出后，关闭恒流泵二；3)启动电源工作电压250V，以0.5mL/min的流速控制恒流泵二，使DNA稀释液全部流经上层结构的富集区，在此过程中，溶液中的DNA在电场作用下，向阳极区迁移，并在阳离子交换膜上堆积富集；在此过程中可通过间歇性地启动恒流泵一实现阳极液更换。4)待DNA稀释液全部流完，关闭稳压电源，暂停恒流泵二和一，关闭出液口，打开富集液出口，启动恒流泵二，富集液收集装置收集流出的DNA富集液，得高浓度的DNA溶液，检测其DNA浓度值约300ng/μL。实验结束，以NaOH稀溶液和去离子水清洗芯片通道。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为被包含在本发明的保护范围内。