核酸提取基板、核酸提取设备和核酸提取方法

技术领域

本公开涉及生物检测领域，并且更特别地涉及核酸提取基板、核酸提取设备和核酸提取方法。

背景技术

微流控芯片又称为芯片实验室(Lab-on-a-chip)，是指把生物、化学和医学等领域中所涉及的样本制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块具有微米尺度微通道的芯片上，自动完成反应和分析的全过程。基于微流控芯片的分析检测装置可以具有下列优点：样本用量少、分析速度快以及非常适用于即时、现场分析。而且，微流控芯片可以设计为一次性使用产品，这样可省去复杂的清洗和废液处理等液路系统。

发明内容

在一方面，提供了一种核酸提取基板，包括：试剂部，试剂部包括至少一个试剂容纳部；预处理部，预处理部包括至少一个管槽、试剂管和预处理部振动器，试剂管容纳在至少一个管槽内，预处理部振动器配置成对试剂管进行振动；和核酸提取部，核酸提取部与预处理部分离，核酸提取部配置成对利用预处理部进行预处理后的试剂进行核酸提取。

在一些实施例中，核酸提取部包括：深孔板，深孔板包括阵列分布的多个孔槽；和核酸提取部震荡器，核酸提取部震荡器配置成对深孔板的多个孔槽中的至少一个孔槽进行振动。

在一些实施例中，核酸提取部还包括：磁铁，配置成向深孔板的多个孔槽中的至少一个孔槽施加磁场。

在一些实施例中，深孔板为96孔板

在一些实施例中，预处理部还包括：橡胶盖，盖合在试剂管上。

在一些实施例中，橡胶盖在中间位置设置有十字形裂缝。

在一些实施例中，预处理部还包括：加热器，配置成对试剂管进行加热。

在一些实施例中，预处理部包括具有不同孔径的多个管槽。

在一些实施例中，核酸提取基板还包括：废液部，废液部在核酸提取部的下游，配置成容纳进行核酸提取后的废液。

根据另一方面，提供了一种核酸提取设备，包括：前述的核酸提取基板；移液装置，在核酸提取基板上方；和控制器，配置成控制移液装置和核酸提取基板的操作

在一些实施例中，移液装置包括：移液枪，移液枪包括用于容纳试剂的枪头；步进马达；丝杠，丝杠与步进马达的转轴同轴连接；以及转接件，丝杠驱动转接件的位移，转接件连接移液枪。

在一些实施例中，核酸提取基板还包括：枪头架承载部，包括至少一个枪头架。

根据又一方面，提供了一种采用前述的核酸提取基板的核酸提取方法，包括：将试剂从试剂部中的至少一个试剂容纳部移送到试剂管中，振动混匀从而进行预处理；将经过预处理的试剂移送到核酸提取部；以及进行核酸提取。

在一些实施例中，进行核酸提取包括：在深孔板中的至少一个孔槽内，将磁珠与试剂内的核酸结合；向至少一个孔槽施加磁场，使得至少一个孔槽内的磁珠吸附在至少一个孔槽的孔壁；去除至少一个孔槽内的未吸附的部分试剂，并且用洗涤液进行洗涤；和向至少一个孔槽内加入洗脱液，并且将磁场断开，使得核酸与磁珠分离，从而完成核酸提取。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例。

图1示意性地示出了根据本公开的一些实施例的核酸提取基板的俯视图；

图2示意性地示出了根据一些实施例的图1中第一基板沿A-B线截取的截面图；

图3a示意性地示出了根据本公开的一些实施例的预处理部的部分结构的示意图；

图3b示意性地示出了根据本公开的一些实施例的橡胶盖的尺寸；

图3c示意性地示出了根据本公开的一些实施例的橡胶盖的仰视图；

图3d示意性地示出了根据本公开的一些实施例的橡胶盖操作状态示意图；

图4示意性地示出了根据本公开的一些实施例的核酸提设备的截面图，沿图1中的A-B线截取；

图5示意性地示出了根据本公开的一些实施例的核酸提取方法的流程图；

图6示意性地示出了实施例1中的石蜡组织样本和血液样本的处理过程；

图7示意性地示出了根据一些实施例的裂解、混匀、磁珠（结合）、吸附、洗涤和分离步骤的示意图；

图8示意性的示出了对照组1与实施例3的组织切片的表征结果；以及

图9示出了对照组2和实施例4的处理结果。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施例的技术方案作进一步地详细描述。

应当理解，尽管术语第一、第二、第三等在本文中可以用来描述各种元件、部件和/或部分，但是这些元件、部件和/或部分不应当由这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件、部件或部分与另一个元件、部件或部分相区分。因此，下面讨论的第一元件、部件或部分可以被称为第二元件、部件或部分而不偏离本公开的教导。

本文中使用的术语仅出于描述特定实施例的目的并且不意图限制本公开。如本文中使用的，单数形式“一个”、“一”和“该”意图也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。将进一步理解的是，术语“包括”和/或“包含”当在本说明书中使用时指定及特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一个或多个的任意和全部组合。如本文中使用的，在不相互矛盾的情况下，术语“A或B”用于指代项目A和项目B中的至少一个。

分子诊断领域随着分子诊断技术的不断进步而越加重要。在整个体外诊断领域，分子诊断占有高的比例。分子诊断是对核酸样本进行检测的科学。本申请的发明人发现，核酸样本的获取和质量则成为了影响诊断检测结果的重中之重：核酸提取试剂盒操作繁琐，且提取结果受操作员的操作影响误差极大，因此通常需要非常熟练专业的操作人员专人专用，并且单人单次仅可进行一例样本的处理，大大制约了检测效率；为了满足市场日益庞大的检测需求，也为了结果更为客观，核酸提取仪成为了良好的选择；核酸提取仪是应用配套的核酸提取试剂来自动完成样本核酸提取工作的仪器，其广泛应用在疾病控制中心、临床疾病诊断、输血安全、法医学鉴定、环境微生物检测、食品安全检测、畜牧业和分子生物学研究等多种领域。

本申请的实施例提供了一种核酸提取基板。图1示意性地示出了根据本公开的一些实施例的核酸提取基板的俯视图。图2示意性地示出了根据一些实施例的图1中第一基板沿A-B线截取的截面图。参照图1-图2，核酸提取基板100包括：试剂部110，试剂部110包括至少一个试剂容纳部112；预处理部120，预处理部120包括至少一个管槽122、试剂管123和预处理部振动器126，试剂管123容纳在至少一个管槽122内，预处理部振动器126配置成对试剂管123进行振动；和核酸提取部140，核酸提取部140与预处理部120分离，核酸提取部140配置成对利用预处理部120进行预处理后的试剂进行核酸提取。

通过设置预处理部120并且将预处理部120作为与核酸提取部140分离的单独功能区，便于在预处理过程中对试剂管（以及试剂管中的试剂）独立于核酸提取部140进行处理，例如进行震荡等处理。这样，可以使得预处理过程也自动化进行，而无需人工操作。同时，由于核酸提取部的结构相对于预处理部通常较为复杂，例如核酸提取部所包括的深孔板常常包括多个孔槽，如果将振动器和加热器等各种功能模块提供在核酸提取部（例如为多孔板中的每个孔槽设置单独的振动器和加热器）在结构上较为复杂。本申请的实施例提供的结构布置可以将振动器和加热器等各种功能模块提供在预处理部，而无需将振动器和加热器提供在核酸提取部（例如深孔板）中，使得结构和操作得到大大简化，并且能够提高样本处理通量，提高提取和检测效率。另外，预处理部包括至少一个管槽，便于兼容各种试剂管。与相关技术中裂解、去红或者白膜分离、消化等样品前处理步骤需要下机进行并且在前处理步骤之后再上机进行后续步骤不同，本申请的实施例提供的核酸提取基板增加了相应的预处理部，可以将样本预处理过程集成在装置中进行自动化处理，可以实现包括细胞、血液、石蜡样本在内的多种样本类型的全自动处理，自动化程度高，免除手动操作的误差和污染，核酸提取的完整性更好。

在一些实施例中，核酸提取部140包括：深孔板142，深孔板142包括阵列分布的多个孔槽144；和核酸提取部震荡器146，核酸提取部震荡器146配置成对深孔板142的多个孔槽144中的至少一个孔槽进行振动。通过在核酸提取部140设置深孔板142并且深孔板142包括阵列分布的多个孔槽144，可以将试剂移入多个孔槽144中进行反应。通过设置核酸提取部震荡器，可以对深孔板142的多个孔槽144中的至少一个孔槽进行振动，从而控制反应的条件，例如进行混匀操作等。

在一些实施例中，如图2所示，核酸提取部还包括：磁铁143（图1中未示出），配置成向深孔板142的多个孔槽144中的至少一个孔槽施加磁场。示例地，磁铁143为环绕深孔板142的电磁铁，通过电源开关来控制至少一个孔槽中的磁场的通断或强度大小。示例地，磁铁143为环绕深孔板142的永磁体，通过控制永磁体的位置（与至少一个孔槽的距离）来控制至少一个孔槽中的磁场的通断或强度大小。通过设置磁铁143，可以控制深孔板142的多个孔槽144中的至少一个孔槽的磁场大小，进而控制至少一个孔槽中的磁珠。

在一些实施例中，深孔板142为96孔板。这样，核酸提取部可以与常规96孔板兼容并且与市售核酸提取试剂盒兼容，无需单独开模，兼容性更强且成本低。

图3a示意性地示出了根据本公开的一些实施例的预处理部的部分结构的示意图。图3b示意性地示出了根据本公开的一些实施例的橡胶盖的尺寸。图3c示意性地示出了根据本公开的一些实施例的橡胶盖的仰视图。图3d示意性地示出了根据本公开的一些实施例的橡胶盖操作状态示意图。在一些实施例中，如图3a-3d所示，预处理部120还包括：橡胶盖310，盖合在试剂管123上。通过设置橡胶盖，可以防止外界环境对试剂管内的试剂的污染。示例地，橡胶盖310可以包括圆柱形基体312以及连接在基体上的环形突出部314。环形突出部用于与试剂管123的侧壁耦合，使得橡胶盖310可以安装在试剂管123上。示例地，环形突出部314在基体312上的正投影可以为圆形，该圆形的外直径可以为8-10 mm，例如9 mm。示例地，基体312的底面可以为圆形，该圆形的外直径可以为12-15 mm，例如13 mm。示例地，基体312的厚度（即基体312远离环形突出部314一侧的面到基体312连接环形突出部314一侧的面的距离）可以为1-3 mm，例如2 mm。示例地，整个橡胶盖310的厚度（即基体312远离环形突出部314一侧的面到环形突出部314远离基体312一侧的面的距离）可以为8-10 mm，例如9mm。

在一些实施例中，如图3a-3d所示，橡胶盖310在中间位置设置有十字形裂缝318。示例地，十字形裂缝318中单条裂缝的长度可以为1-5 mm，例如3 mm。这样，在保证密封性的同时可以衔接移液枪440的枪头450，例如1 mL-10 mL的枪头。

在一些实施例中，参照图1-图2，预处理部120还包括：加热器124，配置成对试剂管123进行加热。这样，丰富了对试剂进行预处理的工艺。示例地，加热器124可以围绕试剂管123和侧面和底部。示例地，加热器124可以为半导体加热降温模块。

在一些实施例中，预处理部120可以包括具有不同孔径的多个管槽122，例如，该多个管槽分别包括2 mL、5 mL、10 mL的EP试剂管适配孔径。在一些实施例中，预处理部120可以包括具有相同孔径的多个管槽122。

示例地，至少一个管槽122设置于预处理部振动器126上。示例地，试剂管123可更换。

在一些实施例中，如图1所示，核酸提取基板100还包括：废液部130，废液部130在核酸提取部140的下游，配置成容纳进行核酸提取后的废液。废液部用于收集和容纳操作过程中产生的废液，从而可以在全部反应结束后再将废液一次性地从出样口排出。

应当理解，本申请中的术语“下游”指代在操作时流体后经过（例如流过）的区域。例如，废液部在核酸提取部的下游指代在操作时流体先经过核酸提取部然后经过废液部。

示例地，核酸提取基板100还可以包括承载各个功能部的承载件105。示例地，核酸提取基板100还可以包括用于将核酸提取基板100与外部部件（例如外壳）连接的连接元件180，例如螺钉。示例地，核酸提取基板100还可以包括用于将各个部件固定到承载件105上的连接元件190，例如螺钉。

在另一方面，本申请的实施例还提供了一种核酸提取设备500。图4示意性地示出了根据本公开的一些实施例的核酸提设备的截面图，沿图1中的A-B线截取。参照图1-图2以及图4，核酸提取设备500包括：前述的核酸提取基板100；移液装置400，在核酸提取基板100上方；和控制器530，配置成控制移液装置400和核酸提取基板100的操作。核酸提取设备可以具有与上文核酸提取基板相似的特征和优点，在此不再赘述。

在一些实施例中，移液装置400包括：移液枪440，移液枪440包括用于容纳试剂的枪头450；步进马达410；丝杠430，丝杠430与步进马达410的转轴同轴连接；以及转接件420，丝杠430驱动转接件420的位移，转接件420连接移液枪440。通过设置移液装置，由步进马达410经由丝杠430驱动转接件420的位移并且由转接件420驱动移液枪440的位置，可以实现对不同试剂的定量提取和转移。

在一些实施例中，核酸提取基板还包括：枪头架承载部150，包括至少一个枪头架155。示例地，枪头架承载部150位于核酸提取部140的侧边。示例地，至少一个枪头架155可以具有不同的规格，分别配置成承载不同的枪头450。这样，可以将不同的枪头放置在至少一个枪头架155上，移液枪440可以分别与不同的枪头配合使用，而同一种枪头可以重复使用，简化了结构，降低了成本。

示例地，核酸提取设备500还可以包括位于预处理部120下方的控制电路板510。示例地，核酸提取设备500还可以包括位于核酸提取部140下方的电源部件520。示例地，核酸提取设备500还可以包括外壳540。

根据另一方面，本申请的实施例还提供了一种采用根据权利要求1的核酸提取基板的核酸提取方法。图5示意性地示出了根据本公开的一些实施例的核酸提取方法的流程图。核酸提取方法600包括：S610将试剂从试剂部中的至少一个试剂容纳部移送到试剂管中，振动混匀从而进行预处理；S620将经过预处理的试剂移送到核酸提取部；以及S630进行核酸提取。核酸提取方法可以具有与上文核酸提取基板相似的特征和优点，在此不再赘述。

在一些实施例中，S630进行核酸提取包括：在深孔板中的至少一个孔槽内，将磁珠与试剂内的核酸结合；向至少一个孔槽施加磁场，使得至少一个孔槽内的磁珠吸附在至少一个孔槽的孔壁；去除至少一个孔槽内的未吸附的部分试剂，并且用洗涤液进行洗涤；和向至少一个孔槽内加入洗脱液，并且将磁场断开，使得核酸与磁珠分离，从而完成核酸提取。这样，可以将样本预处理过程集成在核酸提取设备中自动化处理，并且核酸提取设备还可以涵盖裂解、混匀、磁珠吸附、洗涤、分离等步骤，且采用移液式平台和磁珠法较常规的磁棒式方法更具通量优势。

下面具体说明核酸提取方法600的一些实施例。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中对于提取结果的检测采用Agilent 4200 TapeStationInstrument。

实施例1：不同试剂的预处理过程

在本申请的实施例中，为了应对多种样本的自动化预处理过程，采用上述设计结构中的预处理部来进行实现，各个功能模块均可单独编程，以应对不同样本类型的不同处理方式。图6示意性地示出了实施例1中的石蜡组织样本和血液样本的处理过程：

（1）石蜡组织样本：将石蜡样本加入EP管（1.5 mL EP管）中，加入矿物油 300 μL，震荡混匀1 min；加入孵育液300 μL、蛋白酶K 20 μL，震荡混匀1 min；经历56 ℃ 30 min+90 ℃ 30 min消化完全，从底部抽提出粗产物200 μL；加入异丙醇200 μL并且震荡混匀1min，以进行后续的核酸提取。其中，在经历56 ℃ 30 min+90 ℃ 30 min消化完全期间以及在经历56 ℃ 30 min+90 ℃ 30 min消化完全之前，试管封闭。在从底部抽提出粗产物200μL以及加入异丙醇200 μL期间，试管打开。在样本预处理期间，各个过程的时间和其他参数可以自主设置。

（2）血液样本：血液样本加入EP管（例如，1.5 mL EP管）中，加入去红试剂，震荡混匀后跳过加热步骤，静置后加入异丙醇以备下一步核酸提取。

实施例2：核酸提取过程

在一些实施例中，在核酸提取方法中，S630进行核酸提取包括：裂解、混匀、磁珠（结合）、吸附、洗涤和分离步骤。图7示意性地示出了根据一些实施例的裂解、混匀、磁珠（结合）、吸附、洗涤和分离步骤的示意图。具体地，如图7所示，在深孔板中的至少一个孔槽144内，在蛋白酶K 720和核酸710的混合液中加入裂解液（来自试剂部110的至少一个试剂容纳部112）进行裂解；开启核酸提取部震荡器146的震荡，进行混匀操作，730指示试剂中的杂质；在深孔板中的至少一个孔槽144内，加入磁珠740并且开启核酸提取部震荡器146的震荡，将磁珠740与试剂内的核酸结合，进行磁珠结合；向至少一个孔槽144施加磁场（利用磁铁143），使得至少一个孔槽144内的磁珠740吸附在至少一个孔槽144的孔壁；去除（吸取）至少一个孔槽144内的未吸附的部分试剂，并且用洗涤液进行洗涤，洗涤过程中可以断开磁场并且进行震荡，在去除洗涤液的过程中可以重新施加磁场以避免磁珠随洗涤液一起流出；以及向至少一个孔槽内加入洗脱液，并且将磁场断开，使得核酸与磁珠分离，从而完成核酸提取。

全程中自动样品移液枪进行自动化移液并且进入下一个处理步骤，每个步骤的时间的其他参数均可自主设置，试剂置于96孔板中进行反应，混匀操作可以利用核酸提取部震荡器146的涡旋震荡进行。

实验例3：FFPE样本提取测试

选取市售台湾圆点4800核酸提取仪作为对照组1，选取其核酸提取试剂进行实验，验证FFPE样本DNA提取效率。

（1）对照组1：取结直肠癌石蜡片，矿物油加热消化（56℃1h、90℃1h）后异丙醇处理后，上机标准程序进行提取；

（2）实施例3：同样结直肠癌石蜡片，置于EP管内，利用本申请的核酸提取方法进行处理。

图8示意性的示出了对照组1与实施例3的组织切片的表征结果。表1示出了对照组1与实施例3的一些定量结果。

如图8和表1所示，实施例3所提取的核酸完整性好，样本质量高；并且实施例3所提供的核酸提取方法回收率略高于对照组1，纯度基本一致。

实验例4：全血RNA提取

选取市售台湾圆点4800核酸提取仪作为对照组2，选取其核酸提取试剂进行实验，验证全血样本RNA提取效率。

（1）对照组2：取全血样品，去红处理后，上机标准程序进行提取；

（2）实施例4：同样血液样品，置于EP管内，利用本申请的核酸提取方法进行处理。

图9示出了对照组2和实施例4的处理结果。图9示出了分别对应于5S、18S和28S电泳带。如图9所示，同为圆点试剂，但实施例4所提供的核酸提取设备的RNA提取的完整性优于对照组2，并且提取质量更高。

综上，本申请的实施例所提供的全自动移液式核酸提取设备和核酸提取方法具有高通量、自动化程度高、兼容包括细胞、血液、FFPE在内多种样本的自动化处理的优势，并且其提取效果优于相关技术。

如本领域技术人员将显而易见的，执行这些本公开实施例的方法的许多不同的方式是可能的。例如，可以改变步骤的顺序，或者可以并行执行一些步骤。此外，在步骤之间可以插入其他方法步骤。插入的步骤可以表示诸如本文所描述的方法的改进，或者可以与该方法无关。此外，在下一步骤开始之前，给定步骤可能尚未完全完成。应当理解，在不互相矛盾的前提下，本公开中的不同实施例的特征可以互相组合使用。

本领域的技术人员可以对本公开进行各种改动和变型而不脱离本公开的精神和范围。这样，倘若本公开的这些修改和变型属于本公开权利要求及其等同技术的范围之内，则本公开也意图包含这些改动和变型在内。