核酸提取装置的制作方法

本实用新型涉及核酸提取技术领域，特别是涉及一种核酸提取装置。

背景技术：

通常核酸的提取方法是首先对细胞、组织材料等生物样本材料进行破碎处理，失活核酸酶，释放核酸，进而除去蛋白、多糖、脂类等其他组织或者细胞成分，从而获得高质量核酸。在从粪便、污泥或土壤等复杂样本提取核酸时，还需要在破碎处理之前进行过滤或纯化，以便除去粪便、污泥或土壤中的颗粒状杂质。然而，在该提取过程中需要采用离心机等复杂设备。

近年来，随着固相吸附技术的出现以及生物化学的发展，极大地方便了核酸提取。然而，适用于现场的便携式核酸快速提取方法仍是目前核酸提取领域的瓶颈。

固相提取技术主要是利用固相吸附剂与核酸间的静电、亲和、离子交换或氢键等相互作用，从而达到分离核酸的目的。相比于传统的提取方法，固相提取技术具有快速高效的优点，而且能够克服液相提取中有机相与水相的不完全分离的缺点。目前，固相提取可分为非磁性固相提取和磁分离提取。

非磁性固相提取核酸主要以离心柱层析的方式进行，通过离心作用，从而达到分离吸附核酸的目的。固相提取过程一般分为裂解、结合、清洗、洗脱四个步骤，相比于传统的方法，这种方法能够大大缩短核酸的提取时间。如今众多核酸提取试剂盒即基于此方法发展而来。该方法的不足之处在于，必须借助离心机进行，当进行大量样品的操作时，无法避免交叉污染的产生，易造成假阳性结果。

磁分离提取核酸中用于核酸分离的磁性颗粒需具有超顺磁性和表面功能性基团这两个特性。首先，超顺磁性保证可通过外加磁场控制磁性颗粒的聚集与分散：其次，磁性颗粒表面的功能性基团，在一定条件下与核酸分子发生作用，富集核酸。应用磁性颗粒进行核酸提取主要包括三个过程：一、核酸分子与磁性颗粒结合，形成磁性颗粒-核酸复合物；二、在外加磁场的作用下，分离磁性颗粒-核酸复合物；三、核酸洗脱。此外，需要有磁性颗粒与核酸分子结合和分离的溶液环境。比如，fe3o4磁性纳米颗粒可在peg-6000和氯化钠的条件下富集细胞裂解液中的dna。目前使用的磁性颗粒包括例如，二氧化硅包裹的磁性颗粒、羧基化磁性纳米颗粒、明胶包裹的磁性纳米颗粒、甲基丙烯酸修饰的磁性纳米颗粒等，其分别被用于提取玉米、牛奶、细菌或病毒中的dna、rna。该方法技术成本较高，市场上的相关试剂盒价格昂贵，虽然提取到的核酸较纯，但多针对微量样品，且提取到的核酸总量较少，并不适用于临床检测。

目前，现有技术中公开了多种方便实用的核酸提取装置，但是这些装置或者需要与其他复杂设备(例如，离心机)配合，或者提取效率有待提高。对于核酸的高效提取，或特别是复杂样品的高精度检测等而言仍然是不充分的。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本实用新型的目的是为了解决现有技术中核酸提取装置需配合使用离心机等复杂的设备、且提取效率不高的技术问题，提供一种核酸提取装置。

(二)技术方案

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供一种核酸提取装置，该装置包括：本体，所述本体具有内腔以及连通所述内腔的入口端和出口端；所述出口端处设有过滤装置；所述内腔中充斥有多孔核酸吸附介质，所述多孔核酸吸附介质的直径大于所述过滤装置的滤孔孔径。

进一步地，所述多孔核酸吸附介质为多孔玻璃微珠、稀土材料颗粒、石墨烯颗粒、多孔硅、多孔陶瓷颗粒、多孔聚糖颗粒中的一种或多种的混合体。

进一步地，所述本体的内腔中还预装有辅助核酸提取裂解功能的盐溶液。

进一步地，所述本体为弹性体。

进一步地，还包括：可拆卸地安装在所述入口端的入口盖和可拆卸地安装在所述出口端外的出口盖。

进一步地，还包括：搅拌装置；所述搅拌装置包括：置于所述本体内腔中的搅拌部件，设置在所述本体外的旋转驱动部件，以及传递所述旋转驱动部件的驱动力驱使所述搅拌部件转动的传动部件；所述传动部件安装在所述入口盖的安装孔内，以连接所述搅拌部件和旋转驱动部件。

进一步地，所述传动部件包括：从动轴和轴承；所述从动轴通过轴承可转动的安装在所述安装孔内；所述从动轴的一端与所述旋转驱动部件的驱动轴相连，另一端与所述搅拌部件相连。

进一步地，所述旋转驱动部件包括但不限于微型传动马达、弹簧片或弹簧丝。

进一步地，所述出口盖包括：控制阀、第一出口和第二出口，且所述控制阀包括使第一出口和第二出口关闭的第一状态、使第一出口关闭和第二出口开启的第二状态以及使第一出口开启和第二出口关闭的第三状态。

进一步地，所述出口盖包括：阀孔，所述控制阀设置于所述阀孔；

进一步地，所述控制阀包括：第一流通口和第二流通口，所述控制阀可在所述阀孔内相对运动，使所述控制阀具有所述第一状态、所述第二状态和所述第三状态，所述第一状态为所述第一流通口运动至使所述第一出口打开，且所述第二流通口运动至使所述第二出口关闭的位置；所述第二状态为所述第一流通口运动至使所述第一出口关闭，且所述第二流通口运动至使所述第二出口打开的位置；所述第三状态为所述第一流通口运动至使所述第一出口关闭，且所述第二流通口运动至使所述第二出口关闭的位置。

进一步地，所述控制阀还包括：第一限位部、第二限位部、第三限位部、限位件和弹性元件；所述限位件和弹性元件分别嵌设于所述出口盖内，且所述限位件设置在所述弹性元件的端部并由所述弹性元件推向第一限位部、第二限位部和第三限位部使所述限位件在处于所述第一状态、所述第二状态、所述第三状态与其中之一对应卡合。

(三)有益效果

本实用新型实施例提供的一种核酸提取装置，通过多孔材料制成的核酸吸附介质对核酸溶液进行吸附提取，多孔介质能够增大吸附表面，提高核酸提取效率，尤其适用于复杂样品例如粪便、污泥或土壤的高精度检测，同时本实用新型的装置无需配合离心机等复杂设备使用，结构简单、方便快捷，适用于现场的便携式核酸快速提取。

附图说明

图1为本实用新型核酸提取装置一实施例的整体结构示意图；

图2为本实用新型核酸提取装置另一实施例的整体结构示意图。

图3为本实用新型核酸提取装置又一实施例的整体结构示意图。

图4为本实用新型出口盖处于第三状态的一实施例的结构示意图；

图5为本实用新型出口盖处于第一状态的一实施例的结构示意图；

图6为本实用新型出口盖处于第二状态的一实施例的结构示意图；

图7为本实用新型接收装置的一实施例的结构示意图。

其中：

本体1，入口端1a，出口端1b，过滤装置2，入口盖3，出口盖4，搅拌装置5，密封垫圈6，内腔11，控制阀41，第一出口42，第二出口43，阀孔44，搅拌部件51，旋转驱动部件52，传动部件53，第一流通口411，第二流通口412，第一限位部413、第二限位部414、第三限位部415、限位件416，弹性元件417，接收装置418。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，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，也可以是可拆卸连接，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实用新型中的具体含义。

本实用新型的术语“核酸”是指生物体的遗传物质，其包括脱氧核糖核酸(dna)和核糖核酸(rna)两类。本实用新型的术语“核酸提取”是指从样品中分离纯化核酸的过程。本实用新型的样品既包括含生物体的复杂混合物，也包括含核酸物质的混合物。其中生物体包括微生物，例如细菌、病毒等，以及动物个体(例如，哺乳动物、人类)的组织或细胞。此处的“混合物”既包括含多种溶剂的混合物，也包括含多种固体成分的混合物，还包括同时含有溶剂和固体成分的混合物。含生物体的复杂混合物的实例包括含多种微生物的粪便、污泥等，此时核酸提取包括从复杂混合物中分离生物体以及从生物体中分离核酸的过程。含核酸物质的混合物的实例包括细胞裂解液、血液成分(不含细胞)等，此时核酸提取包括从混合物中分离核酸物质，或者还包括从蛋白质与核酸的结合体中分离核酸的过程。

图1给出了本实用新型核酸提取装置一实施例的结构示意图；图2给出了本实用新型核酸提取装置另一实施例的结构示意图；图3给出了本实用新型核酸提取装置又一实施例的结构示意图。如图1-3所示。该核酸提取装置包括：本体1，所述本体1具有内腔11以及连通所述内腔11的入口端1a和出口端1b；所述出口端1b处设有过滤装置2；所述内腔11中充斥有多孔核酸吸附介质，所述多孔核酸吸附介质的直径大于所述过滤装置2的滤孔孔径。

具体地，本体1为用于核酸提取的主体部分，是一种具有内腔11的壳体结构，其形状包括但不限于圆柱状(如图1所示)、漏斗状(如图2所示)、圆台状(如图3所示)或多种规则形状的组合，优选漏斗状。本体1可采用挤压并在释放压力后可恢复原状的材料，例如弹性材料，此类材料可以控制内部空腔内的体积或压力变化，有利于内部空腔内液体的排出，从而避免使用离心机或抽真空或推杆塞控制压力变化。

本体1的入口端1a为壳体的一端，出口端1b为与入口端1a相对的一端，优选入口端1a置于本体1的顶部，出口端1b置于本体1的底部。打开入口端1a的密封盖，将待提取核酸的样本或样本溶液由入口端1a加入内腔11中，并盖上密封盖至密封状态，并在腔体内进行提取，提取完成后的废液或核酸提取液由出口端1b流出。核酸提取过程在独立密封的本体1中进行，有效降低可能出现的各种污染现象。

本体1的内腔11中装填核酸吸附介质，用以吸附分离待提取液中的核酸，核酸吸附介质体积不大于满于整个内腔11的1/2，其数量可根据实际需要而定。为了增强核酸的吸附结合力，提高核酸的提取效率，可采用多孔核酸吸附介质，由多孔材料制成的颗粒物，其孔径优选1-20nm，多孔介质可以增加吸附表面积，增强核酸的结合力，尤其是孔径为1-20nm孔径较适合核酸进入多孔介质的表面内部。其中，多孔介质的直径是影响核酸吸附的重要因素，其直径不宜过大，过大则表面积变小，影响吸附能力，亦不宜过小，虽然表面积变大，但会堵塞过滤装置2，影响过滤，并且不能与样品中的颗粒物进行有效分离，通常情况下，多孔介质的直径在1-1000微米之间，优选10-500微米，更优选30-300微米，更优选50-200微米。

本实施例的多孔核酸吸附介质包括多孔玻璃微珠、稀土材料颗粒、石墨烯颗粒、多孔硅、多孔陶瓷颗粒、多孔聚糖颗粒等多孔吸附材料中任意一种多孔吸附材料或上述两种及两种以上多孔吸附材料的混合多孔材料，多孔核酸吸附介质的外表面具有较多的羟基或氨基，用于增强核酸的吸附功能。在直径符合上述条件的微米级的条件下，不同多孔核酸吸附介质对核酸的吸附均具有相同的吸附功能。

本实施案例以多孔玻璃微珠为例进行说明，其成分包括二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化钠和氧化钾等。其中的二氧化硅的含量为70-75wt％，氧化铝的含量为1-2.5wt％，氧化钙的含量为8-10wt％，氧化镁的含量为1.5-4.5wt％，氧化钠和氧化钾的含量之和为13-15wt％。上述成分的玻璃珠表面具有较多含量的羟基或氨基，更有利于核酸物质的吸附。

进一步优选地，本实用新型的颗粒物的表面进行化学修饰，从而增加表面羟基含量。例如，可使用piranha溶液对颗粒物表面进行化学修饰羟基化，所述piranha溶液是热的浓硫酸和双氧水混合物，用于除去多孔核酸吸附介质表面所有的有机物，同时可以使大部分材料的表面发生羟基化。

进一步地，可以在本体1的内腔11中预装盐溶液。盐溶液为本领域已知的盐盐溶液，具备核酸提取裂解的辅助功能，包括但不限于碘化钠、异硫氰酸胍、氯化钠和氯酸钠的溶液中的一种或多种的组合。从吸附效果方面考虑，优选地盐溶液为碘化钠和异硫氰酸胍。碘化钠溶液和异硫氰酸胍均非常有利于核酸的吸附。考虑到安全无毒性，更优选碘化钠溶液。从经济性角度考虑，优选氯化钠。盐溶液的浓度不作具体限定，但盐溶液的浓度不宜过低，过低则核酸的吸附效果不足，也不宜过高，过高则成本增加且核酸的吸附效果增强不明显，通常在2.5mol/l至8mol/l之间，优选3-6mol/l，更优选3.5-5mol/l。盐溶液的ph值也不宜过低，过低则杂质尤其是蛋白质和脂类物质易沉积于核酸吸附介质中，不利于核酸的吸附，也不宜过高，尤其不宜高于核酸吸附介质的pka值，会导致吸附效果下降明显，通常盐溶液的ph值为3-6，优选为3.5-5，更优选为4。

过滤装置2用于过滤除去液体中的颗粒物和液体成分，可设置在本体1的出口端1b内侧，靠近或紧贴出口端1b，其滤孔孔径小于核酸吸附介质的直径，将核酸吸附介质保留在本体1的内腔11中。但滤孔的孔径也不宜过小，过小则容易被液体中的颗粒堵塞，通常滤孔的孔径大于1微米，优选大于5微米，更优选大于10微米。过滤装置2优选为尼龙网、金属网、砂芯中的一种或者多种的组合，其中砂芯的材料包括玻璃、陶瓷或两者的组合。

本实用新型实施例提供的一种核酸提取装置，通过多孔材料制成的核酸吸附介质对核酸溶液进行吸附提取，多孔介质能够增大吸附表面，提高核酸提取效率，尤其适用于复杂样品例如粪便、污泥或土壤的高精度检测，同时本实用新型的装置无需配合离心机等复杂设备使用，结构简单、方便快捷，适用于现场的便携式核酸快速提取。

在上述实施例的基础上，本实施例中，本实用新型的核酸提取装置还包括：可拆卸地安装在所述入口端1a的入口盖3和可拆卸地安装在所述出口端1b外的出口盖4。具体地，入口盖3和出口盖4均成盖状结构，由盖面和固定在盖面上的环形侧面构成，入口盖3与入口端1a适配性的盖合，出口盖4与出口端1b适配性的盖合，可采用螺纹连接、卡扣连接的方式进行可拆卸式连接。入口盖3和出口盖4优选由硬材料制成，优选硬塑料，例如abs。入口盖3和出口盖4可对本体1进行密封，避免核酸提取受到环境的影响，其中可在入口盖3与入口端1a的连接处、以及出口盖4与出口端1b的连接处分别设置密封垫圈6，进一步地进行密封处理。

在本实施例中，本实用新型的核酸提取装置的入口盖3上通过安装孔安装有搅拌装置5；该搅拌装置5包括：置于所述本体内腔11中的搅拌部件51，设置在所述本体1外的旋转驱动部件52，以及传递所述旋转驱动部件52的驱动力驱使所述搅拌部件51转动的传动部件53；所述传动部件53安装在所述入口盖3的安装孔内，以连接所述搅拌部件51和旋转驱动部件52。

其中，传动部件53具体可由从动轴和轴承构成，从动轴通过轴承可转动的安装在入口盖3的安装孔内，从动轴的一端与旋转驱动部件52的驱动轴相连，另一端与搅拌部件51相连。此外，传动部件53还可采用其他的传动结构，例如弹片、发条等。

旋转驱动部件52包括手动驱动部件、自动驱动部件的任意一种驱动部件，包括但不限于：转动把手、微型传动马达、弹簧片、弹簧丝等具有自动旋转功能的任意一种形式的驱动部件。旋转驱动部件52使搅拌部件51在本体1的内腔11中运动，对内腔11中的液体进行搅拌，促进核酸与核酸吸附介质的吸附或解吸。

搅拌部件51置于本体1的内腔11中，并在该内腔11内进行运动，促进液体的流动。搅拌部件51可以为图2所示的棒状，且偏离于本体1内腔11的中心轴线一定距离；搅拌部件51还可以为图3所示的叶片状，多个叶片关于本体1的内腔11的中心轴线均匀布设，固定在搅拌部件51的自由末端，促进液体混合或流动。叶片的宽度不大于本体1内部空腔的宽度的1/2或为内中空腔宽度的1/2。搅拌部件51的长度与本体1的高度相当，优选为本体1高度的70％-90％。

在上述各实施例的基础上，在本实施例中，出口盖4可以选用独立的全封闭出口盖，或具备控制阀与出液口功能的出口盖的任意一种形式的出口盖，其中，独立的全封闭出口盖在本实用新型中具备密封功能，使用时需根据使用步骤要求配备相应体积的离心管进行辅助核酸提取，在本实施例中优选具备控制阀与出液口功能的出口盖(如图4所示)。

图4给出了出口盖4一实施例的结构示意图，如图4所示，所述出口盖4包括：控制阀41、第一出口42和第二出口43，且所述控制阀41包括使第一出口42和第二出口43关闭的第一状态、使第一出口42关闭和第二出口43开启的第二状态以及使第一出口42开启和第二出口43关闭的第三状态。

具体地，可根据需要使控制阀41在上述三种状态之间自由转换，从而控制液体的流出。本实用新型实施例通过设置第一出口42和第二出口43可以方便不同流体从不同出口流出，避免样品的污染。其中，第一出口42和第二出口43可具有相同的形状，也可具有不同的形状，优选具有不同的形状，从而方便区分不同出口。在某些实施方案中，本实用新型实用新型的第一出口42为废液出口，第二出口43为核酸提取液出口。参考图7所示，第一出口42和第二出口43下方可连接接收装置418。接收装置418可以为1.5mlep管，接收装置418通过螺纹与第一出口42或第二出口43连接。

进一步地，所述出口盖4包括：阀孔44，所述控制阀41设置于所述阀孔44内；所述控制阀41包括：第一流通口411和第二流通口412，所述控制阀41可在所述阀孔44内相对运动，使所述控制阀41具有所述第一状态、所述第二状态和所述第三状态，所述第一状态为所述第一流通口411运动至使所述第一出口42打开，且所述第二流通口412运动至使所述第二出口43关闭的位置；所述第二状态为所述第一流通口411运动至使所述第一出口42关闭，且所述第二流通口412运动至使所述第二出口43打开的位置；所述第三状态为所述第一流通口411运动至使所述第一出口42关闭，且所述第二流通口412运动至使所述第二出口43关闭的位置。

控制阀41穿设于阀孔44内，且控制阀41能够沿着阀孔44轴向移动，在左侧位置、中间位置和右侧位置之间切换。控制阀41包括第一流通口411和第二流通口412，上述第一流通口411和第二流通口412可以环形槽状，也可以为通孔状等。

图4中控制阀41处于第三状态，该第三状态为第一流通口411运动至使第一出口42关闭，且第二流通口412运动至使第二出口43关闭的位置。即，控制阀41的圆柱部分同时阻隔第一出口42和第二出口43的情形。

图5中控制阀41处于第一状态，如图5所示，第一状态为第一流通口411运动至使第一出口42打开的位置，且第二流通口412运动至使第二出口43关闭的位置；即，当第一流通口411轴向移动至第一出口42处时，第一出口42打开，与此同时，控制阀41的圆柱部分位于第二出口43处，第二出口43关闭。

图6中控制阀41处于第二状态，如图6所示，第二状态为第一流通口411运动至使第一出口42关闭，且第二流通口412运动至使第二出口43打开的位置；即，当第二流通口412移动至第二出口43处时，第二出口43打开，与此同时，控制阀41的圆柱部分位于第一出口42，第一出口42关闭。

另外，参考图4所示，所述控制阀41还包括：第一限位部413、第二限位部414、第三限位部415、限位件416和弹性元件417；所述限位件416和弹性元件417分别嵌设于所述出口盖4内，且所述限位件416设置在所述弹性元件417的端部并由所述弹性元件417推向第一限位部413、第二限位部414和第三限位部415使所述限位件416在处于所述第一状态、所述第二状态、所述第三状态与其中之一对应卡合。具体地，本实施例中，第一限位部413、第二限位部414和第三限位部415为环形槽。限位件416优选为钢珠，弹性元件417优选为螺旋弹簧。

如图4所示，限位件416与位于中间位置的第二限位部414卡合，控制阀41处于第三状态。如图5所示，限位件416与位于最右端的第三限位部415卡合，控制阀41处于第一状态。如图6所示，限位件416与位于最左端的第一限位部413卡合，控制阀41处于第二状态。轴向推拉控制阀41即可实现各状态之间的切换。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。