基于微流控芯片的核酸自动提取方法

技术领域

本发明涉及核酸检测的技术领域，具体地，是涉及一种基于微流控芯片的核酸自动提取方法。

背景技术

核酸检测是病毒检测的重要手段，现有的核酸检测方法是获取样品后，将样品依次经过裂解、洗脱、清洗等操作后，放入到反应液中进行扩增反应。然而，现有的核酸提取操作大多是基于试剂盒并由人工执行提取操作，需要在专门的提取实验室中进行且操作人员的操作非常繁琐，导致核酸提取效率低下，影响病毒检测的效率。

为了提高核酸提取效率，现有一种核酸检测方法是基于微流控芯片实现的，例如公开号为CN111704994A的中国发明专利申请公开了一种核酸检测芯片及检测方法，这种核酸检测芯片包括封闭外壳内依次设置的裂解池、清洗池、洗脱池、反应检测单元，裂解池上设有样品输入口，裂解池与清洗池之间设置隔离通道，清洗池与洗脱池之间也设置隔离通道，洗脱池连通至反应检测单元，裂解池内装有磁珠，隔离通道内设置阻隔液，在外壳外设置磁铁单元，通过磁铁单元驱动芯片内的磁珠经过隔离通道并使得磁珠在裂解池、清洗池、洗脱池之间移动。

使用这种核酸检测芯片进行核酸检测并不需要操作人员进行繁琐的操作，只需要将样品滴落到裂解池即可以实现自动的核酸检测，检测效率较高。然而，这种核酸检测芯片是通道式的核酸检测芯片，即裂解池、清洗池、洗脱等多个储液腔之间均通过通道进行连通，磁珠从一个储液腔移动至另一个储液腔时，将经过两个储液腔之间的通道。由于核酸提取过程中，磁珠需要依次经过多个储液腔，每一个储液腔均储存有相应的试剂，例如裂解池内储存有裂解液，清洗池内储存有清洗液，洗脱池内储存有洗脱液。由于磁珠经过储液腔时需要浸泡在相应的试剂内，当磁珠从储液腔离开时，磁珠的表面上不可避免的残留有该储液腔内的试剂，例如从裂解池离开时，磁珠上往往残留有裂解液，这些残留的裂解液将跟随磁珠移动至下一储液腔，即清洗池，一方面将导致清洗池内的清洗液造成污染，另一方面，由于磁珠经过洗脱池后，洗脱液需要被引导至反应检测单元进行扩增反应，如果反应检测单元内的反应液包含有大量的上一储液腔的残留试剂，例如包含有裂解液、清洗液等，将影响扩增反应的结果，对核酸检测的结果造成干扰，进入导致核酸检测结果不准确的情况发生。

发明内容

本发明的目的是提供一种减少多个储液腔之间的试剂污染并提高检测准确性的基于微流控芯片的核酸自动提取方法。

为实现本发明的目的，本发明提供的基于微流控芯片的核酸自动提取方法包括将样品添加至裂解池，使用位于裂解池中的磁珠对样品中的核酸进行吸附；通过磁体带动磁珠在微流控芯片上移动，微流控芯片上设置有至少一个储液腔，磁珠在磁体的带动下流经储液腔并浸泡于储液腔内的试剂中；其中，微流控芯片上设置有多个电极，磁珠离开一个储液腔后在电极上移动，磁珠离开电极时，对电极进行电湿润处理，使磁珠上残留的试剂固定在电极上；通过磁体使磁珠留在最后一级的储液腔内，并通过对电极施加电压将最后一级的储液腔内的试剂移动至核酸扩增反应区。

由上述方案可见，当磁珠离开电极时，通过电湿润作用，将磁珠上残留的试剂固定在电极上，避免磁珠表面残留的试剂移动至下一储液腔，从而避免不同种类的试剂相互污染的问题，并且，由于磁珠上残留的试剂非常少，被磁珠带动最后一级储液腔的其他试剂很少，可以避免裂解液、清洗液等混入反应液中，从而确保核酸扩增反应区的试剂的纯度，从而提高核酸扩增反应的纯洁度，进而确保核酸检测的准确性。

一个优选的方案是，磁珠离开电极后，对该电极进行电湿润处理以带动残留的试剂移动至对应的储液腔中。

由此可见，残留在电极上的试剂被移动至相应的储液腔，从而避免残留的试剂长时间残留在电极上，避免磁珠下一次经过该电极时残留在电极上的试剂对电极造成二次污染。

进一步的方案是，磁珠离开电极的过程中，对该电极进行电湿润处理以将试剂固定在对应的储液腔中。

这样，可以防止磁珠包裹或者拖尾带动储液腔内的过多的试剂离开储液腔。

进一步的方案是，储液腔为二个以上，相邻的两个储液腔之间设置有至少一个第一目标电极；在磁珠移动至两个储液腔之间的第一目标电极时，对第一目标电极进行电湿润处理。

可见，对第一目标电极的电湿润处理并不是持续进行的，而是在磁珠移动到相应电极时才进行相应的处理，从而减少对第一目标电极进行电湿润处理的时间，减少微流控芯片所消耗的电能。

更进一步的方案是，裂解池的周壁上设置有磁珠出口，微流控芯片在磁珠出口处设置有至少一个第二目标电极；在磁珠移动至第二目标电极时，对第二目标电极进行电湿润处理。

由此可见，通过磁体带动磁珠从磁珠出口经过第二目标电极移动至电路板上，并且通过对第二目标电极的电湿润处理，可以避免裂解液污染到后级的试剂。

更进一步的方案是，核酸扩增反应区包括第一核酸扩增反应区以及第二核酸扩增反应区，第一核酸扩增反应区与第二核酸扩增反应区之间设置有至少一个第三目标电极；通过向第三目标电极施加电压使反应液在第一核酸扩增反应区与第二核酸扩增反应区之间移动。

优选的，第一核酸扩增反应区为PCR核酸扩增反应区，第二核酸扩增反应区为二级核酸扩增反应区。

可见，本发明是基于LAMP或者QPCR技术实现的核酸扩增检测，使得核酸检测能够在较短时间内完成，提高检测效率。

更进一步的方案是，二级核酸扩增反应区包括多个反应电极，至少一个反应电极与第三目标电极相邻。

由此可见，PCR核酸扩增反应区的样品可以经过第三目标电极流动至多个反应电极，从而同步在多个反应电极上进行LAMP扩增反应或者QPCR扩增反应。

进一步的方案是，微流控芯片具有电路板以及盖板，储液腔设置在盖板上；电极形成在电路板靠近盖板的表面上。

可见，通过盖板与电路板可以围成微流控芯片的多个储液腔，这样，每一个储液腔均与相应的电极相连，从而方便使用电极将磁珠上残留的试剂固定。

进一步的方案是，电路板与盖板之间的密封区填充有液滴隔绝物。优选的，储液腔的数量为二个以上，每一储液腔储存一种试剂。

附图说明

图1应用是本发明基于微流控芯片的核酸自动提取方法实施例的微流控芯片的结构图。

图2应用是本发明基于微流控芯片的核酸自动提取方法实施例的微流控芯片的结构分解图。

图3是本发明基于微流控芯片的核酸自动提取方法实施例流程图。

图4是应用是本发明基于微流控芯片的核酸自动提取方法实施例的微流控芯片的隐藏盖板的结构图。

图5是应用是本发明基于微流控芯片的核酸自动提取方法实施例的微流控芯片的隐藏盖板的结构分解图。

图6是应用是本发明基于微流控芯片的核酸自动提取方法实施例的微流控芯片的隐藏盖板的另一视角结构图。

图7是图6的局部结构放大图。

图8是应用是本发明基于微流控芯片的核酸自动提取方法实施例的微流控芯片的电路板的结构图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的基于微流控芯片的核酸自动提取方法应用微流控芯片对样品中的核酸进行自动提取，并且可以将提取的核酸引导至扩增反应区以进行核酸扩增反应。

参见图1与图2，本实施例所使用的微流控芯片具有电路板10以及盖板20，在电路板10与盖板20之间设置有安装框架35，裂解池盖30可以扣合在安装框架35上，并且固定在电路板10上，这样，裂解池盖30、安装框架35以及电路板10围成一个上端敞口的裂解池。

电路板10上设置有多个电极11，并且在电路板10的一端设置有连接端口15，连接端口15可以与外部的电连接端子接触并且获取电能，每一个电极11均可以被单独控制，例如被施加电压，从而实现对每一个电极11的电湿润处理。当一个电极11被电湿润处理时，流经该电极11的液体可以被吸引按照预设的方向移动，或者被固定在该电极11上，从而实现液体在电路板10上的流动。

微流控芯片上设置有多个储液腔，例如设置有清洗腔21、洗脱腔22以及反应液腔23，每一个储液腔储存一种试剂，例如，清洗腔21内储存有清洗液，洗脱腔22内储存有洗脱液，反应液腔23内储存有反应液。优选的，在盖板20上形成有多个通孔，在盖板20远离电路板10的表面上形成一个密封膜，由盖板20的通孔、密封膜以及电路板10围成各个储液腔。并且，盖板20的外侧表面上形成有清洗腔21的清洗液加样口25、洗脱腔22的洗脱液加样口26、反应液腔23的反应液加样口27以及第一核酸扩增反应腔24的液体加样口28。

并且，电路板10与盖板20之间的密封区填充有液滴隔绝物，例如液滴隔绝物是石蜡油。此外，盖板20靠近电路板10的表面上设置一层疏水涂层，有利于液体在电路板10与盖板20之间的移动。

此外，盖板20上还形成有第一核酸扩增反应腔24，优选的，第一核酸扩增反应腔24是用于进行PCR核酸扩增反应的区域。相同的，第一核酸扩增反应腔24也是由盖板20的通孔、密封膜以及电路板10围成。

本实施例的微流控芯片可以用于实现LAMP核酸扩增反应或者QPCR核酸扩增反应，核酸的提取通过磁珠实现，在初始阶段，磁珠位于裂解池内，磁珠可以在外界的磁场作用下移动，例如在微流控芯片外部设置有个磁体，通过磁体产生的磁场带动磁珠在微流控芯片内移动。具体的，参见图3，核酸检测的流程大致如下：首先，提取的样品40被放置到裂解池内，裂解池内放置有裂解液以及磁珠，样品在裂解液的作用下进行裂解，裂解后的核酸物质将附着在磁珠的表面上，通过磁体的作用带动磁珠移动，磁珠从裂解池的出口流出，并应该隔离通道41进入清洗腔21，清洗腔21内储存有清洗液，磁珠需要浸泡在清洗液内一段时间，通过清洗液对磁珠进行清洗后，磁体带动磁珠移除清洗腔21并进入洗脱腔22。洗脱腔22内储存有洗脱液，磁珠也需要浸泡在洗脱液内一段时间，通过洗脱液对磁珠进行洗脱，以将核酸物质从磁珠的表面洗脱。经过洗脱后，磁珠将停留在洗脱腔22，例如通过磁体的作用将磁珠固定在洗脱腔22，并通过电湿润作用将洗脱腔22的洗脱液带动至反应液腔23，通过反应液腔23内的反应液进行反应，经过反应后的液体被引导至第一核酸扩增反应腔24，并在第一核酸扩增反应腔24实现PCR扩增反应。最后，经过第一核酸扩增反应腔24后的液体将被引导至第二核酸扩增反应区42，进行二级扩增反应，例如进行LAMP扩增反应或者QPCR核酸扩增反应，并根据二级扩增反应获得的结果来获取核酸检测结果。

参见图4与图5，电路板10上设置有两个安装孔17，裂解池盖30具有安装板32，安装板32靠近电路板10的表面上向外凸出形成两个安装凸起33，每一个安装凸起33可以插入一个安装孔17内。优选的，安装孔17余安装凸起33过盈配合，从而实现裂解池盖30与电路板10的固定。进一步的，安装框架35被压合在裂解池盖30与电路板10之间。

参见图6与图7，在裂解池盖30靠近电极11的一侧形成有一个磁珠出口34，位于裂解池内的磁珠可以经过磁珠出口34流出裂解池。并且，在安装框架35也设置有一个缺口36，优选的，在微流控芯片的宽度方向上，缺口36正对磁珠出口34设置，以便于磁珠经过磁珠出口34后能够顺畅的通过缺口36。

参见图8，电路板10的电极11包括多组电极，例如在相邻的两个储液腔之间形成第一目标电极12。具体的，在清洗腔21与洗脱腔22之间形成有第一目标电极12，磁珠从清洗腔21离开后，可以沿着第一目标电极12移动至洗脱腔22。

并且，在靠近磁珠出口34的一侧设置有第二目标电极13，磁珠经过缺口36后，可以经过第二目标电极13并移动至清洗腔21。此外，在第一核酸扩增反应腔24与第二核酸扩增反应区42之间形成有多个第三目标电极14，经过第一核酸扩增反应腔24的液体可以经过第三目标电极14被引导至第二核酸扩增反应区42，第二核酸扩增反应区42是LAMP核酸扩增反应区或者QPCR扩增反应区，可以实现LAMP核酸扩增反应或者QPCR扩增反应。

从图8可见，第二核酸扩增反应区42包括形成在电路板10上的多个反应电极18，并且，至少一个反应电极18与第三目标电极14相邻。本实施例中，每一个反应电极18均与一个第三目标电极14相邻，且每一个反应电极18的面积相等，以便于每一个反应电极18上容纳的液体容量大致相等。

下面对核酸自动提取、检测的过程进行详细的介绍。首先，将样品滴落到裂解池内，裂解池内预先储存有裂解液以及若干磁珠，样品中的核酸物质在裂解液的作用于发生裂解，一部分核酸物质将附着在磁珠的表面。

接着，在微流控芯片外施加磁场，例如使用磁体靠近微流控芯片，并带动磁珠运动，例如将磁珠提升至磁珠出口34处，并带动磁珠穿过缺口36并沿第二目标电极13移动，并移动至清洗腔21。由于磁珠浸泡在裂解液中，穿过缺口36的磁珠表面残留有一部分裂解液，如果磁珠表面的裂解液跟随磁珠移动至清洗腔21，将对清洗腔21内的清洗液造成污染，影响清洗效果。为了避免这种情况的发生，本实施例中，在磁珠移动经过第二目标电极13时，对第二目标电极13进行电湿润处理，使得第二目标电极13上的液体固定在第二目标电极13上。由于磁珠在磁体的作用下继续前进，而残留在磁珠表面的裂解液将被固定在第二目标电极13上，这样，可以实现磁珠与残留的裂解液的分离，减少磁珠带入到清洗腔21中的裂解液的数量。

并且，在磁珠从第二目标电极13经过后，一部分裂解液将留在第二目标电极13上。如果磁珠再次经过第二目标电极13，残留在第二目标电极13上的裂解液很可能附着到磁珠上，对磁珠造成污染。为此，在磁珠从第二目标电极13经过后，对第二目标电极13加载一定的电压，使得残留在第二目标电极13上的裂解液回流到裂解池。

接着，磁体控制磁珠移动至清洗腔21，并控制磁珠在清洗腔21的清洗液中浸泡一段时间。然后，磁体控制磁珠从清洗腔21中移出，并沿第一目标电极12移动至洗脱腔22。当磁珠在第一目标电极12上移动时，对第一目标电极12进行电湿润处理，使得磁珠上残留的清洗液固定在第一目标电极12上。由于磁珠在在磁体的作用下继续前进，而残留在磁珠表面的清洗液将被固定在第一目标电极12上，这样，可以实现磁珠与残留的清洗液的分离，减少磁珠带入到洗脱腔22中的清洗液的数量。

电路板10对应在清洗腔21处也设置有多个电极11，当磁珠离开清洗腔21的过程中，通过对清洗腔21对应的电极11进行电湿润处理，使得试剂固定在这些电极11上，避免磁珠离开是带动过多的清洗液离开清洗腔21。

并且，在磁珠从第一目标电极12离开后，对第一目标电极12加载电压，使得残留在第一目标电极12上的清洗液回流至清洗腔21，避免磁珠再次经过第一目标电极12时将残留的清洗液吸附。

然后，磁体控制磁珠移动至洗脱腔22，并控制磁珠停留在洗脱腔22内。此时，通过向洗脱腔22与反应液腔23之间的电极11加载电压，使得洗脱腔22内的液体沿着电极11流动至反应液腔23，从而使得洗脱腔22内的液体与反应液腔23内的反应液充分混合。

当洗脱腔22内的液体与反应液腔23内的反应液混合一段时间后，对反应液腔23与第一核酸扩增反应腔24之间的电极11加载电压，使得反应液腔23内的液体沿着电极11流动至第一核酸扩增反应腔24，使得核酸物质在第一核酸扩增反应腔24执行PCR扩增反应。

在核酸物质经过一段时间的PCR扩增反应后，向位于第一核酸扩增反应腔24与第二核酸扩增反应区42之间的第三目标电极14加载电压，使得第一核酸扩增反应腔24内的液体沿着第三目标电极14流动至第二核酸扩增反应区42的多个反应电极18上，优选的，流动至每一个反应电极18上的液体量大致相等，使得核酸物质在第二核酸扩增反应区42进行LAMP扩增反应或者QPCR扩增反应。

可见，本实施例通过对电极进行电湿润处理使得磁珠离开第一目标电极11或者第二目标电极13时，将磁珠表面附着的液体固定在第一目标电极11或者第二目标电极13上，一方面避免磁珠将附着的试剂带入到下一级的储液腔而导致下一级试剂受到污染，另一方面，由于磁珠到达洗脱腔22时，表面附着的残留裂解液、清洗液很少，基本上不会对洗脱腔22内的洗脱液造成污染，因此，混入反应液、第一核酸扩增反应腔24以及第二核酸扩增反应区42内的裂解液、清洗液非常少，对核酸扩增反应的影响很少，从而提高核酸扩增反应的纯度，并由此提高核酸检测的准确性。

最后需要强调的是，本发明不限于上述实施方式，例如微流控芯片具体结构的改变，或者，各种试剂具体成分的改变等，这些改变也应该包括在本发明权利要求的保护范围内。