本实用新型涉及一种微流控芯片，特别涉及一种用于乙肝病毒、丙肝病毒以及人类免疫缺陷病毒等人类传染病病毒核酸快速检测的微流控芯片、检测方法以及包含该芯片的DNA快速提取和检测系统和装置，属于分子生物学技术领域。
背景技术：
微流控芯片分析是微全分析系统或芯片实验室领域中的重要组成部分，其最终目的是在一个微流控芯片上完成样本检测的所有反应，包括样本的前处理、反应、产物分离和检测等。微流控芯片技术指的是在一块几平方厘米甚至更小的芯片上构建化学或者生物的反应，该技术可以把化学的、生物等领域所涉及到的样品制备、混合、反应、分离、检测，细胞的培养、分离、分裂等基本操作集成在一个很小的芯片上进行，将可控流体贯穿整个微通道网络，用以实现常规化学的、生物的各种反应功能，将多种技术流程实现了可控的小平台的集成，用以实现缩短反应时间，提高检测分辨率和降低成本。
传统的PCR反应是在圆锥形塑料密封管内进行的，通过温控金属板来实现反应体系的热循环，导热介质是热循环快慢的关键因素，圆锥形的管体以及管壁的薄厚对于导热速率产生了局限，而微流控芯片具有表面积大的特点，使得热质传播速率加快，从而产生了快速的热循环，最终缩短了扩增反正所需的时间，其次微流控芯片使得样本和反应试剂的加入量大幅度减少，节省了实验开支，因此微流控PCR芯片可以广泛应用于生物科学、生物技术、临床医学、疾病检测以及环境检测等领域。
对于人类血液样本中乙肝病毒、丙肝病毒以及人类免疫缺陷病毒核酸的检测是检验血液制品是否符合标准的常规方法，目前，最常用的方法就是对血清中病毒核酸进行提取，然后通过实时荧光定量PCR的方法对血清中含有的病毒核酸分子进行检测，采用常规的实时荧光定量PCR的方法对于仪器的要求比较高，需要配套价格昂贵的荧光定量PCR仪作为平台进行检测，且需要对血清样本进行提取处理，由于存在这么多繁琐的操作，这对于工作人员的要求较高，且需要对每一个环境进行质量控制，检测周期较长。另外一般乙肝病毒的检测主要在医院和血液中心，这就对于检测方法的灵敏度有了比较高的要求，而实时荧光定量PCR的灵敏度有局限性，当血清中的病毒核酸分子含量较少时，无法检测到含量极低的病毒核酸，会出现假阴性的现象，这就使血制品的检测有漏检的可能性，增加了漏检的风险。
技术实现要素：
本实用新型的主要目的在于提供一种检测人类病毒核酸的微流控芯片，以克服现有技术中的不足。
本实用新型的另一目的还在于提供一种检测人类病毒核酸的检测方法及其所用的检测系统。
为实现前述发明目的，本实用新型采用的技术方案包括：
本实用新型实施例提供了一种检测人类病毒核酸的微流控芯片，其包括复数个沿芯片圆周分布的芯片主体，所述芯片主体包括病毒核酸提取单元和PCR扩增单元；
所述病毒核酸提取单元包括依次连通的加样机构、固相萃取机构、清洗机构和洗脱机构，所述PCR扩增单元与病毒核酸提取单元连通，并且所述PCR扩增单元包括复数个PCR反应腔体，所述病毒核酸提取单元至少用以提取出待检测样品中的相应病毒核酸，所述PCR扩增单元至少用以对病毒核酸提取单元提取出的病毒核酸进行扩增。
在一些实施方案中，所述清洗机构和洗脱机构分布设置于所述加样机构和固相萃取机构沿顺时针或逆时针旋转的相反方向上。
在一些实施方案中，所述加样机构和固相萃取机构通过第一流道连通，所述清洗机构和固相萃取机构通过第五流道连通，所述洗脱机构和固相萃取机构通过第二流道连通。
优选的，所述第五流道和固相萃取机构之间还设置有第一阻碍流道，所述第二流道和固相萃取机构之间还设置有第二阻碍流道。
本实用新型实施例还提供了一种人类病毒核酸的检测系统，其包括前述的检测人类病毒核酸的微流控芯片。
与现有技术相比，本实用新型的优点包括：
1)本实用新型提供的检测人类病毒核酸的微流控芯片利用离心力的作用、辅助虹吸现象和流体阻力现象，实现了流体的功能操作，对于血清中的病毒核酸(HBV、HCV、HIV1、HIV2等病毒核酸)自动提取和纯化以及荧光定量PCR反应的过程在离心机的作用下得以实现，且废液收集腔体不在芯片上集成，这就可以避免在PCR反应加热时，废液的回流；
2)本实用新型提供的检测人类病毒核酸的微流控芯片在在可操作性、灵敏度、节省时间等方面解决了现有技术存在的问题，将提取、反应、检测集成在同一个芯片上，为集提取、反应、检测一体的检测装置，无须集成大型设备，大大降低了芯片的制造和检测成本；同时大大缩短了操作时间，且在同一芯片上检测多种病毒核酸，增加了检测的信息量；
3)本实用新型提供的检测人类病毒核酸的微流控芯片通量高，耗时短，可以快速、高效的完成HBV、HCV、HIV等乙肝病毒、丙肝病毒以及人类免疫缺陷病毒核酸的检测，及时获知结果辅助进一步诊断与治疗。
4)本实用新型提供的人类病毒核酸的检测方法灵敏度高，可以检测到含量低至1个拷贝的乙肝病毒核酸分子，将检测限降到最低，避免漏检的可能性。
5)本实用新型提供的人类病毒核酸的检测方法可以简化病毒检测的操作过程，降低人为操作引入的检测误差，关于样本的检测仅仅需要通过CCD光源照射，收集信号对病毒核酸的阴阳性进行检测。
附图说明
图1是本实用新型一典型实施例中一种检测人类病毒核酸的微流控芯片的结构示意图。
附图标记说明：1-清洗液加样孔，2-清洗液一级腔体，3-加样腔体，4-样品加样孔，5-第二阻碍流道，6-洗脱液一级腔体，7-洗脱液加样孔，8-第四流道，9-洗脱液二级腔体，10-第二流道，11-第三流道，12-第一流道，13-核酸固相萃取腔体，14-核酸固相萃取材料，15-废液排气孔，16-第七流道，19-岔形通道，17、18、20、21-PCR反应组份，22-PCR反应腔体，23-第八流道，24-第一阻碍流道，25-第五流道，26-清洗液二级腔体，27-第六流道，28-芯片主体，29-定位孔。
具体实施方式
如前所述，鉴于现有技术存在的诸多缺陷，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本实用新型的技术方案，即本实用新型利用离心力的作用，辅助虹吸现象和流体阻力现象来实现流体的功能操作，对于血清中的病毒核酸的提取、纯化和荧光定量PCR反应的过程在离心机的作用下得以实现，关于样本的检测仅仅需要通过CCD光源照射，收集信号对病毒核酸的阴阳性进行检测。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本实用新型实施例的一个方面提供了一种检测人类病毒核酸的微流控芯片，其包括复数个沿芯片圆周分布的芯片主体，所述芯片主体包括病毒核酸提取单元和PCR扩增单元；
所述病毒核酸提取单元包括依次连通的加样机构、固相萃取机构、清洗机构和洗脱机构，所述PCR扩增单元与病毒核酸提取单元连通，并且所述PCR扩增单元包括复数个PCR反应腔体，所述病毒核酸提取单元至少用以提取出待检测样品中的相应病毒核酸，所述PCR扩增单元至少用以对病毒核酸提取单元提取出的病毒核酸进行扩增。
在一些实施方案中，所述清洗机构和洗脱机构分布设置于所述加样机构和固相萃取机构沿顺时针或逆时针旋转的相反方向上。
在一些实施方案中，所述加样机构和固相萃取机构通过第一流道连通，所述清洗机构和固相萃取机构通过第五流道连通，所述洗脱机构和固相萃取机构通过第二流道连通。
优选的，所述第五流道和固相萃取机构之间还设置有第一阻碍流道，所述第二流道和固相萃取机构之间还设置有第二阻碍流道。
尤其优选的，所述第一阻碍流道和第二阻碍流道为“S”型流道，但不限于此。
本实用新型的微流控芯片中通过设计第一阻碍流道为“S”型流道，使得在顺时针离心时，清洗液在样品与裂解液之后，通过核酸固相萃取腔体，而使得洗脱液在顺时针离心时不会进入核酸固相萃取腔体。同理，通过设计第二阻碍流道为“S”型流道，使得在逆时针离心时，洗脱液进入核酸固相萃取腔体，而使得清洗液不会进入核酸固相萃取腔体。
在一些实施方案中，所述加样机构用于加入血清样本与血清裂解液的混合物，其包括加样腔体以及与所述加样腔体连通的样本加样孔，所述加样腔体的出口与所述固相萃取机构的入口通过所述第一流道连通。
进一步的，所述待检测样本包括血清样本与血清裂解液的混合物。
进一步的，所述加样机构设置于所述芯片主体的正上方。
进一步的，所述芯片主体上设置有定位孔。
进一步的，复数和所述芯片主体沿芯片圆周等距分布。
在一些实施方案中，所述固相萃取机构包括核酸固相萃取腔体以及设置于所述核酸固相萃取腔体内的核酸固相萃取材料。
优选的，所述核酸固相萃取材料包括二氧化硅微柱。
进一步的，所述固相萃取机构设置于所述加样机构的正下方。
在一些实施方案中，所述清洗机构包括清洗液一级腔体和清洗液二级腔体，用于加入和存放清洗液。所述清洗液一级腔体与清洗液加样孔连通，所述清洗液一级腔体的出口与清洗液二级腔体的入口通过第六流道连通，所述清洗液二级腔体的出口与所述第一阻碍流道的入口通过所述第五流道连通。
进一步的，所述清洗机构设置于所述芯片主体的左上方。
在一些实施方案中，所述洗脱机构包括洗脱液一级腔体和洗脱液二级腔体，用于加入和存放洗脱液。所述洗脱液一级腔体与洗脱液加样孔连通，所述洗脱液一级腔体的出口与洗脱液二级腔体的入口通过第四流道连通，所述洗脱液二级腔体的出口与所述第二阻碍流道的入口通过所述第二流道连通，所述第二阻碍流道的出口与所述固相萃取机构的入口通过第三流道连通。
进一步的，所述洗脱机构设置于所述芯片主体的右上方。
在一些实施方案中，所述PCR扩增单元包括岔形通道和分别与所述岔形通道相互连通的复数个PCR反应腔体，优选包括四个平行的PCR反应腔体，每个反应腔体中，加入不同的引物和探针，用于荧光定量PCR扩增或信号检测。
优选的，所述岔形通道的入口与所述病毒核酸提取单元的出口通过第八流道连通，所述岔形通道的各出口与所述PCR反应腔体的入口通过第七流道连通。
进一步的，所述PCR反应腔体与洗脱液腔体连通，为封闭腔体，内部放置有PCR反应或检测所需的反应原料、引物和探针。
优选的，所述第八流道上设置有废液排气孔，进一步的，所述废液排气孔与废液收集机构连接。进一步的，废液排气孔下方连通着2mL离心管，其与芯片的废液排气孔密封连接，与病毒核酸提取单元相连，用于储存在核酸提取和纯化过程中产生的废液，同时也可以用来排掉流道中残留的气体。
优选的，所述PCR反应腔体内设置有至少用以荧光PCR扩增或信号检测的引物和探针。
藉由上述技术方案，本实用新型提供的检测人类病毒核酸的微流控芯片利用离心力的作用、辅助虹吸现象和流体阻力现象，实现了流体的功能操作，对于血清中的病毒核酸(HBV、HCV、HIV1、HIV2这四类病毒核酸)自动提取和纯化以及荧光定量PCR反应的过程在离心机的作用下得以实现，且废液收集腔体不在芯片上集成，这就可以避免在PCR反应加热时，废液的回流；同时，本实用新型将提取、反应、检测集成在同一个芯片上，为集提取、反应、检测一体的检测装置，无须集成大型设备，大大降低了芯片的制造和检测成本；同时大大缩短了操作时间，且在同一芯片上检测多种病毒核酸，增加了检测的信息量。
本实用新型实施例的另一个方面提供了一种人类病毒核酸的检测系统，其包括前述的检测人类病毒核酸的微流控芯片。
基于前述的检测人类病毒核酸的微流控芯片或检测系统而实施的人类病毒核酸的检测方法包括：
向病毒核酸提取单元的加样机构中加入待检测样品，向清洗机构中加入清洗液，向洗脱机构中加入洗脱液；
在离心力的作用下将芯片主体按照顺时针或逆时针旋转，使得待检测样品和清洗液进入所述固相萃取机构进行清洗处理，而阻碍洗脱液进入所述固相萃取机构；
在离心力的作用下将芯片主体按照逆时针或顺时针旋转，使得洗脱液进入所述固相萃取机构进行洗脱处理，而阻碍清洗液进入所述固相萃取机构；
之后，在离心力的作用下将芯片主体按照逆时针或顺时针旋转，使洗脱处理后的待检测样品进入PCR扩增单元，进行荧光PCR扩增或信号检测。
在一些更为优选的典型实施案例之中，所述检测方法可以具体包括如下步骤：
1.从样品加样孔向加样腔体中加入人类血清样本和裂解液的混合物，从清洗液加样孔向清洗液一级腔体中加入清洗缓冲液(wash buffer)1和清洗缓冲液2，从洗脱液加样孔向洗脱液一级腔体中加入洗脱液；
2.以2000rpm的速率顺时针旋转离心3min，人类血清样本与裂解液的混合物将经第一流道后进入核酸固相萃取腔体，清洗液经过第六流道、清洗液二级腔体、第五流道进入核酸固相萃取腔体；
3.拆掉废液排气孔连接的收集管，并用胶垫密封废液排气孔；
4.以50rpm的速率逆时针旋转离心30秒，使得洗脱液进入核酸固相萃取腔体；
5.以2500rpm高速逆时针旋转离心1分钟，以强大的离心力使洗脱后的核酸溶液进入PCR反应腔体，并与PCR Master Mix、引物、探针结合。
6.将芯片放入平板加热装置中进行PCR扩增；
7.扩增完成的芯片放在CCD光源下进行荧光检测。
本实用新型的检测方法灵敏度高，可以检测到含量低至1个拷贝的乙肝病毒核酸分子，将检测限降到最低，避免漏检的可能性；并且，本实用新型可以简化病毒检测的操作过程，降低人为操作引入的检测误差，关于样本的检测仅仅需要通过CCD光源照射，收集信号对病毒核酸的阴阳性进行检测。
下面将结合附图及典型案例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述。
请参阅图1所示为本实施例中的一种检测人类病毒核酸的微流控芯片，其包括芯片主体28，所述芯片主体28包括：病毒核酸提取单元，其包括相互连通的加样机构、固相萃取机构、清洗机构和洗脱机构，至少用以在离心力的作用下使待检测样品与固相载体结合，并完成清洗、洗脱处理；以及，与所述病毒核酸提取单元相互连通的PCR扩增单元，其包括复数个PCR反应腔体，每个所述PCR反应腔体与所述病毒核酸提取单元的出口相连通，至少用以荧光PCR扩增或信号检测。
其中，所述加样机构设置于所述芯片主体28的正上方，其包括加样腔体3以及与所述加样腔体3连通的样本加样孔4，所述加样腔体3的出口与所述固相萃取机构的入口通过所述第一流道12连通。优选的，所述待检测样本包括血清样本与血清裂解液的混合物。其中，所述芯片主体28上还设置有方便定位的定位孔29。
所述固相萃取机构设置于所述加样机构的正下方，其包括核酸固相萃取腔体13以及设置于核酸固相萃取腔体13内的核酸固相萃取材料14，如二氧化硅微柱等。
所述清洗机构设置于芯片主体28的左上方，其包括清洗液一级腔体2和清洗液二级腔体26，所述清洗液一级腔体2与清洗液加样孔1连通，所述清洗液一级腔体2的出口与清洗液二级腔体26的入口通过第六流道27连通，所述清洗液二级腔体26的出口与第一阻碍流道24的入口通过第五流道25连通。
所述洗脱机构设置于芯片主体28的右上方，其包括洗脱液一级腔体6和洗脱液二级腔体9，所述洗脱液一级腔体6与洗脱液加样孔7连通，所述洗脱液一级腔体6的出口与洗脱液二级腔体9的入口通过第四流道8连通，所述洗脱液二级腔体9的出口与第二阻碍流道5的入口通过第二流道10连通，所述第二阻碍流道5的出口与核酸固相萃取腔体13的入口通过第三流道11连通。
本实用新型的微流控芯片中通过设计第一阻碍流道24为“S”型流道，使得在顺时针离心时，清洗液在样品与裂解液之后，通过核酸固相萃取腔体13，而使得洗脱液在顺时针离心时不会进入核酸固相萃取腔体13。同理，通过设计第二阻碍流道5为“S”型流道，使得在逆时针离心时，洗脱液进入核酸固相萃取腔体13，而使得清洗液不会进入核酸固相萃取腔体13。
其中，所述PCR扩增单元包括岔形通道19(本实施例中为四岔通道)和分别与岔形通道19相互连通的四个平行的PCR反应腔体22，每个反应腔体中，加入不同的PCR反应组份17、18、20、21，包括反应原料、引物和探针，用于荧光定量PCR扩增或信号检测。所述岔形通道19的入口与核酸固相萃取腔体13的出口通过第八流道23连通，所述岔形通道19的各出口与所述PCR反应腔体22的入口通过第七流道16连通。
其中，所述第八流道23上设置有废液排气孔15，废液排气孔下方连通着2mL离心管，其与芯片主体的废液排气孔密封连接，与病毒核酸提取单元相连，用于储存在核酸提取和纯化过程中产生的废液，同时也可以用来排掉流道中残留的气体。
其中，本实施例中芯片主体由PC材料制作而成，半径为40mm，厚度为2mm，其中清洗液一级腔体2与清洗液二级腔体26的体积为600μl，加样腔体3的体积为500μl，洗脱液一级腔体6与洗脱液二级腔体9的体积为40μl，废液排气孔15连接体积为2000μl的废液管。
应用本实施例的微流控芯片对待检测样品中的人类病毒核酸进行检测的具体步骤包括：
步骤一：将检测人类病毒核酸的微流控芯片从-20℃冰箱中取出，待PCR反应组份17、18、20、21融化后，将芯片主体28平置于离心机的适配器上，通过定位孔29与适配器固定。需注意在安装芯片主体28时保持中心对称。
步骤二：经样品加样孔4加入样品与裂解液的混合物400μL，经清洗液加样孔1加入300μLwash buffer 1和200μLwash buffer 2，经洗脱液加样孔7加入洗脱液30μL。
步骤三：以2000rpm的速率顺时针旋转离心3min，样品与裂解液混合物将经第一流道12后进入核酸固相萃取腔体13，清洗液经过第六流道27、清洗液二级腔体26、第五流道25以及“S”型第一阻碍流道24进入核酸固相萃取腔体13；清洗后的废液由排液排气孔15进入废液收集管。
步骤四：拆掉废液排气孔连接的收集管，并用胶垫密封废液排气孔。
步骤五：以50rpm的速率逆时针旋转离心30秒，使得洗脱液通过第四流道8、洗脱液二级腔体9、第二流道10以及“S”型第二阻碍流道5进入核酸固相萃取腔体13。
步骤六：以2500rpm高速逆时针旋转离心1分钟，以强大的离心力使洗脱的核酸溶液通过第八流道23、岔形通道19、第七流道16，进入PCR反应腔体22，并与PCR MasterMix、引物、探针混合。
步骤七：将芯片主体放入平板加热装置中进行PCR扩增。
步骤八：扩增完成的芯片放在CCD光源下进行荧光检测。
藉由上述技术方案，本实用新型的微流控芯片实现了病毒核酸自动提取和纯化以及荧光定量PCR反应，无须集成大型设备，可大大降低芯片的制造和检测成本；同时检测灵敏度高，可避免漏检的可能性。
本实用新型的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本实用新型的揭示而作种种不背离本实用新型精神的替换及修饰，因此，本实用新型保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本实用新型的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。