1.本实用新型涉及核酸检测技术领域,具体涉及一种用于核酸即时检测的滑动微流控装置。
背景技术:
2.新冠病毒检测方法主要包括核酸检测和抗原抗体检测。抗原抗体检测高效便利,但由于存在窗口期的滞后性,检测灵敏度差,因此,不能作为早期诊断的方式。核酸检测作为新型冠状病毒筛查诊断和病情监测的主要手段,能够检测到处于窗口期的感染者,及早发现感染者,在疫情防控中发挥了重要作用。但目前最主要的核酸检测方法是反转录实时荧光定量pcr,该方法由于需要依赖温控精度较高的热循环仪,并且反应必须的变性、退火和延伸步骤使整个扩增检测时间较长(约2h),难以实现核酸分子的现场快速检测。目前急需一种无需复杂昂贵设备、快速且能直接判读的检测方法,可以满足基层医疗、传染病和重大疫情防控、偏远地区医学检验和家庭个性化诊断的需求。
3.滑动芯片是一种微流体平台,能够并行地对大量小体积溶液进行多步操作。滑动芯片已被用于蛋白质结晶、免疫测定、多重pcr和数字pcr。但是,目前开发的滑动芯片其反应溶液大多需要通过泵、离心力和毛细力来操纵或驱动,其中还有一些需要复杂的温度控制装置和大型的检测设备。这些额外的仪器使微流控芯片制作成本较高,造成无法集成应用、操作复杂、交叉污染等问题,难以实现广泛应用。因此,开发一种便捷且集成式的微流控装置用于核酸快速检测,对于疾病的高灵敏即时检测具有重要意义。
技术实现要素:
4.针对现有技术的不足,本实用新型提供了一种用于核酸即时检测的滑动微流控装置,以解决现有技术中需要外界泵与阀带动芯片内的流体控制,且需要大型检测设备,操作复杂,检测单一的问题。
5.为实现上述目的,本实用新型提供了一种用于核酸即时检测的滑动微流控装置,包括外壳和卡接在外壳内的微流控组件;
6.所述外壳与微流控组件卡接的侧壁上设有卡接槽;
7.所述微流控组件内设有加样区和与加样区连通的若干条检测线路,所述检测线路由依次连通的核酸扩增区,信号放大区和检测区组成,所述微流控组件包括依次设置的密封层板、核酸扩增层板、信号放大层板和检测层板,所述加样区设置在密封层板上,用于加样并控制微流控组件的开启或关闭,所述核酸扩增区设置在核酸扩增层板上,用于储存核酸扩增反应试剂,所述信号放大区设置在信号放大层板上,用于储存信号放大反应试剂,所述检测区设置在检测层板上,用于放置试纸条;
8.所述密封层板沿卡接槽的延伸方向滑动,用于控制检测线路的开启或关闭;
9.所述核酸扩增层板沿卡接槽的延伸方向滑动,用于调整核酸扩增层板相对于密封层板和信号放大层板的位置;
10.所述检测层板沿卡接槽的延伸方向滑动,用于调整检测层板相对于信号放大层板的位置;
11.所述密封层板、核酸扩增层板、信号放大层板和检测层板相互配合完成核酸即时检测。
12.进一步,所述检测区包括设置在检测层板上且相互连通的第三反应腔室和试纸条卡槽,试纸条卡槽用于放置试纸条;
13.所述信号放大区包括设置在信号放大层板上的第二反应腔室,所述第二反应腔室与第三反应腔室相对设置,第二反应腔室用于储存信号放大反应试剂;
14.所述核酸扩增区包括设置在核酸扩增层板上的第一反应腔室,第一反应腔室与第二反应腔室相对设置,所述第一反应腔室分别与设置在核酸扩增层板内的进样通道的一端连通,第一反应腔室用于储存核酸扩增反应试剂,若干条检测线路上的进样通道的另一端相互连通;
15.所述加样区包括设置在所述密封层板上与若干个进样通道相互连通一端的位置相对处的加样孔。
16.进一步,所述加样区还包括设置在密封层板上与第一反应腔室的位置相对处的出气孔。
17.进一步,所述外壳与微流控组件均为圆形结构,若干个所述检测线路沿微流控组件周向陈列排布。
18.进一步,所述卡接槽上开设有第一滑孔和第二滑孔,所述密封层板上设有第三滑柄,所述核酸扩增层板上设有第一滑柄,所述第三滑柄和第一滑柄均设置在第一滑孔内且沿第一滑孔长度方向滑动,所述检测层板上设有第二滑柄,所述第二滑柄设置在第二滑孔内且沿第二滑孔长度方向滑动。
19.进一步,所述卡接槽内还设有第一限位凸块,所述第一限位凸块与信号放大层板上的凹槽相互配合,用于限制信号放大层板发生位移。
20.进一步,所述外壳与微流控组件为矩形结构,若干个所述检测线路沿微流控组件轴心方向平行排布。
21.所述外壳的两个相对内侧壁上分别设有卡接槽,所述检测层板的两侧在对应的卡接槽内沿预设的轨迹由第一位置移动至第二位置完成卡接,所述信号放大层板的两侧在对应的卡接槽内沿预设的轨迹由第一位置移动至第三位置完成卡接,所述密封层板和核酸扩增层板的两侧均在对应的卡接槽内沿预设的轨迹由第四位置移动至第五位置。
22.进一步,所述第一位置位于卡接槽入口处,所述第二位置为开设在卡接槽底部的第一滑动区,所述第一滑动区与检测层板上的凸块配合卡接,且沿第一滑动区延伸方向滑动,所述第一滑动区上方设有第三限位凸块,所述第三位置为第三限位凸块上靠近卡接槽内部的一端与卡接槽之间形成的第一卡接区,所述第一卡接区与信号放大层板上的凸块配合卡接,所述第五位置为第三限位凸块上端面与卡接槽之间形成的第二滑动区,所述第二滑动区与核酸扩增层板上的凸块配合卡接,且沿第二滑动区延伸方向滑动,所述第四位置包括设置在第二滑动区顶端的大小相同的第一限位槽和第二限位槽,第一限位槽和第二限位槽相互配合与密封层板上的凸块配合卡接,第一限位槽和第二限位槽均与第二滑动区连通,第一限位槽和第二限位槽与第二滑动区相互配合用于密封层板和核酸扩增层板的卡接
安装。
23.进一步,所述第二滑动区包括第二左滑动区和第二右滑动区,所述第二左滑动区和第二右滑动区分别与密封层板和核酸扩增层板上的凸块配合卡接。
24.与最接近的现有技术相比,本实用新型具有的有益效果:
25.本实用新型通过滑动实现各部件的位置变化,使加样区,核酸扩增区,信号放大区和检测区相互连通完成检测,无需外界任何泵与阀即可实现芯片内的流体控制,无需大型检测仪器,使用者易于操作;设计了若干条检测线路,若干条检测线路中的可以放置不同的检测试剂,实现同一样品的多重检测,提高了检测效率,且检测线路之间无交叉区域,避免了反应过程中的各检测线路之间交叉污染;实现可视化检测,大幅度降低了检测成本,增加了装置的实用性。
附图说明
26.图1是本实用新型实施例二的整体结构示意图;
27.图2是本实用新型实施例二的密封层板结构示意图;
28.图3是本实用新型实施例二的核酸扩增层板结构示意图;
29.图4是本实用新型实施例二的信号放大层板结构示意图;
30.图5是本实用新型实施例二的检测层板结构示意图;
31.图6是本实用新型实施例二的检测层板的组装位置示意图;
32.图7是本实用新型实施例二的信号放大层板的组装位置示意图;
33.图8是本实用新型实施例二的核酸扩增层板的组装位置示意图;
34.图9是本实用新型实施例二的外壳结构示意图;
35.图10是本实用新型实施例一的微流控组件结构示意图;
36.图11是本实用新型实施例一的外壳结构示意图;
37.图12是图10中的a处放大结构示意图;
38.图13是本实用新型实施例二的另一种检测线路排布示意图。
39.附图标记:
40.1、密封层板;10、第三滑柄;11、加样孔;12、出气孔;2、核酸扩增层板;20、第一滑柄;21、第一反应腔室;22、进样通道;221、凸台;3、信号放大层板;31、第二反应腔室;4、检测层板;40、第二滑柄;41、第三反应腔室;42、试纸条卡槽;5、外壳;50、卡接槽;51、第一滑孔;52、第二滑孔;53、第一限位凸块;55、第一滑动区;56、第三限位凸块;57、第一卡接区;58、第二滑动区;581、第二左滑动区;582、第二右滑动区;591、第一限位槽;592、第二限位槽;61、第一位置;62、第二位置;63、第三位置;64、第四位置;65、第五位置。
具体实施方式
41.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。
42.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于
本实用新型保护的范围。
43.实施例一
44.结合图10-图12进行说明,一种用于核酸即时检测的滑动微流控装置,包括外壳5和卡接在外壳5内的微流控组件;
45.所述外壳5与微流控组件卡接的侧壁上设有卡接槽50;
46.所述微流控组件内设有加样区和与加样区连通的若干条检测线路,所述检测线路由依次连通的核酸扩增区,信号放大区和检测区组成,所述微流控组件包括依次设置的密封层板1、核酸扩增层板2、信号放大层板3和检测层板4,所述加样区设置在密封层板1上,用于加样并控制微流控组件的开启或关闭,所述核酸扩增区设置在核酸扩增层板2上,用于储存核酸扩增反应试剂,所述信号放大区设置在信号放大层板3上,用于储存信号放大反应试剂,所述检测区设置在检测层板4上,用于放置试纸条;
47.所述密封层板1沿卡接槽50的延伸方向滑动,用于控制检测线路的开启或关闭;所述核酸扩增层板2沿卡接槽50的延伸方向滑动,用于调整核酸扩增层板2相对于密封层板1和信号放大层板3的位置;所述检测层板4沿卡接槽50的延伸方向滑动,用于调整检测层板4相对于信号放大层板3的位置;所述密封层板1、核酸扩增层板2、信号放大层板3和检测层板4相互配合完成核酸即时检测。通过滑动实现各部件的位置变化,使加样区,核酸扩增区,信号放大区和检测区相互连通完成检测,无需外界任何泵与阀即可实现芯片内的流体控制,无需大型检测仪器,使用者易于操作。
48.外壳5可通过3d打印方式制备,为一体式结构,便于携带。
49.密封层板1、核酸扩增层板2、信号放大层板3和检测层板4为亚克力板材质pmma,检测方式为试纸条检测,密封层板1、核酸扩增层板2、信号放大层板3和检测层板4颜色为透明,便于观察试纸条检测结果,实现了可视化检测,大幅度降低了检测成本,增加了装置的实用性。
50.设计了若干条检测线路,若干条检测线路中的可以放置不同的检测试剂,实现同一样品的多重检测,提高了检测效率,且检测线路之间无交叉区域,避免了反应过程中的各检测线路之间交叉污染。
51.所述检测区包括设置在检测层板4上且相互连通的第三反应腔室41和试纸条卡槽42,试纸条卡槽42用于放置试纸条;
52.所述信号放大区包括设置在信号放大层板3上的第二反应腔室31,所述第二反应腔室31与第三反应腔室41相对设置,第二反应腔室31用于储存信号放大反应试剂;
53.所述核酸扩增区包括设置在核酸扩增层板2上的第一反应腔室21,第一反应腔室21与第二反应腔室31相对设置,所述第一反应腔室21分别与设置在核酸扩增层板2内的进样通道22的一端连通,第一反应腔室21用于储存核酸扩增反应试剂,若干条检测线路上的进样通道22的另一端相互连通;
54.所述加样区包括设置在所述密封层板1上与若干个进样通道22相互连通一端的位置相对处的加样孔11。
55.所述加样区还包括设置在密封层板1上与第一反应腔室21的位置相对处的出气孔12,用于排出第一反应腔室21和进样通道22内的气体,防止加样时产生的气压使进样通道22进样时产生阻力,使加样顺畅。
56.样品按照加样孔11、进样通道22、第一反应腔室21、第二反应腔室31、第三反应腔室41到试纸条卡槽42的顺序完成整个加样、反应及检测的过程。
57.所述外壳5与微流控组件为圆形结构,若干个所述检测线路沿微流控组件周向陈列排布。所述卡接槽50上开设有第一滑孔51和第二滑孔52,所述密封层板1上设有第三滑柄10,所述核酸扩增层板2上设有第一滑柄20,所述第三滑柄10和第一滑柄20均设置在第一滑孔51内且沿第一滑孔51长度方向滑动,所述检测层板4上设有第二滑柄40,所述第二滑柄40设置在第二滑孔52内且沿第二滑孔52长度方向滑动。
58.若干个检测线路之间的所述第三反应腔室41和试纸条卡槽42沿周向阵列排布在检测层板4上,若干个检测线路之间的所述第二反应腔室31沿周向阵列排布在信号放大层板3上,若干个检测线路之间的所述第一反应腔室21沿周向阵列排布在核酸扩增层板2上。
59.通过拨动第三滑柄10改变密封层板1上的加样孔11的位置,控制检测线路的开启或关闭,第一滑柄20调整核酸扩增层板2的位置,通过拨动第二滑柄40调整检测层板4的位置,通过调整核酸扩增层板2和检测层板4的位置,改变进样通道22、第一反应腔室21和第三反应腔室41的位置,分别使位于核酸扩增层板2上的进样通道22和加样孔11连通或隔离,第一反应腔室21与第二反应腔室31连通或隔离,第二反应腔室31和第三反应腔室41之间连通或隔离。
60.所述卡接槽50内还设有第一限位凸块53,所述第一限位凸块53与信号放大层板3上的凹槽相互配合,用于限制信号放大层板3发生位移,避免密封层板1和信号放大层板3受外力情况下发生位移,改变检测线路上的核酸扩增区,信号放大区和检测区之间的相对位置。凹槽图中示出,凹槽与第一限位凸块53相匹配。
61.进样通道22的一端与第一反应腔室21连通,若干个进样通道22的另一端相互连通,连通处设有凸台221,当需要对检测线路关闭时,旋转第三滑柄10使加样孔11位于凸台221上方,此时,出气孔12与第一反应腔室21为不对应状态,当需要对检测线路开启时,旋转第三滑柄10使加样孔11不位于凸台221上方,加样孔11与若干个进样通道22的另一端相互连通的连通处连通,此时,出气孔12与第一反应腔室21为对应状态。
62.实施例二
63.结合图1-图9进行说明,与实施例一不同的是,所述外壳5与微流控组件为矩形结构,若干个所述检测线路沿微流控组件轴心方向平行排布。
64.所述外壳5的两个相对内侧壁上分别设有卡接槽50,所述检测层板4的两侧在对应的卡接槽50内沿预设的轨迹由第一位置61移动至第二位置62完成卡接,所述信号放大层板3的两侧在对应的卡接槽50内沿预设的轨迹由第一位置61移动至第三位置63完成卡接,所述密封层板1和核酸扩增层板2的两侧均在对应的卡接槽50内沿预设的轨迹由第四位置64移动至第五位置65。
65.所述第一位置61位于卡接槽50入口处,所述第二位置62为开设在卡接槽50底部的第一滑动区55,所述第一滑动区55与检测层板4上的凸块配合卡接,检测层板4沿第一滑动区55延伸方向滑动,所述第一滑动区55上方设有第三限位凸块56,所述第三位置63为第三限位凸块56上靠近卡接槽50内部的一端与卡接槽50之间形成的第一卡接区57,所述第一卡接区57与信号放大层板3上的凸块配合卡接,通过第一卡接区57对信号放大层板3进行限位,防止受外力情况下发生位移,所述第五位置65为第三限位凸块56上端面与卡接槽50之
间形成的第二滑动区58,所述第二滑动区58与核酸扩增层板2上的凸块配合卡接,核酸扩增层板2沿第二滑动区58延伸方向滑动,所述第四位置64包括设置在第二滑动区58顶端的大小相同的第一限位槽591和第二限位槽592,第一限位槽591和第二限位槽592相互配合与密封层板1上的凸块配合卡接,第一限位槽591和第二限位槽592均与第二滑动区58连通,第一限位槽591和第二限位槽592与第二滑动区58相互配合用于密封层板1和核酸扩增层板2的卡接安装。
66.通过检测层板4和核酸扩增层板2的滑动调整核酸扩增层板2和检测层板4的位置,改变进样通道22、第一反应腔室21和第三反应腔室41的位置,分别使位于核酸扩增层板2上的进样通道22和加样孔11连通或隔离,第一反应腔室21与第二反应腔室31连通或隔离,第二反应腔室31和第三反应腔室41之间连通或隔离。
67.由于第二滑动区58的一端与卡接槽50入口连通,因此为了防止与第二滑动区58卡接的密封层板1和核酸扩增层板2意外脱落,将所述第二滑动区58分为相互不连通的第二左滑动区581和第二右滑动区582,第二左滑动区581上远离第二右滑动区582的一端与卡接槽50入口,顶端与第一限位槽591连通,第二右滑动区582通过顶端的第二限位槽592与外部连通,所述第二左滑动区581和第二右滑动区582分别与密封层板1和核酸扩增层板2上的凸块配合卡接。
68.结合图1-图5进行说明,检测线路为三个,三个检测线路之间的所述第三反应腔室41和试纸条卡槽42沿检测层板4轴向延伸方向平行排布,三个检测线路之间的所述第二反应腔室31沿信号放大层板3轴向延伸方向平行排布,三个检测线路之间的所述第一反应腔室21沿核酸扩增层板2轴向延伸方向平行排布,三个出气孔12排布在密封层板1上与第一反应腔室21相对位置上。
69.结合图13进行说明,当检测线路为三个以上时,采用上下两列平行排布的方式。
70.以实施例二为例的组装步骤:
71.结合图6-图8进行说明,取亚克力板,使用激光雕刻机依照实施例二进行雕刻,获得密封层板1、核酸扩增层板2、信号放大层板3和检测层板4,使用pla材料通过3d打印机按实施例二制作滑动外壳5,完成制备后,在密封层板1、核酸扩增层板2、信号放大层板3和检测层板4之间涂抹硅脂油,硅脂油用于润滑和密封隔离各层板。
72.将检测层板4两侧的凸块置于对应的卡接槽50的入口处,沿预设的轨迹由第一位置61移动至第二位置62即置于第一滑动区55,并调整检测层板4的末端与卡接槽50的入口处对齐,将检测的试纸条置于试纸条卡槽42内;
73.将信号放大层板3两侧的凸块置于对应的卡接槽50的入口处,沿预设的轨迹由第一位置61移动至第三位置63即与第一卡接区57配合卡接,信号放大层板3两侧的凸块卡接完成后正好使信号放大层板3的末端与检测层板4的末端对齐,此时第二反应腔室31与第三反应腔室41为隔离状态,将信号放大冻干试剂置于第二反应腔室31内;
74.核酸扩增层板2两侧的分别设有两个凸块,将两个凸块分别置于第一限位槽591和第二限位槽592上方,分别沿第一限位槽591和第二限位槽592移动,分别移动至第二左滑动区581和第二右滑动区582内,使核酸扩增层板2的末端与信号放大层板3的末端对齐,此时第一反应腔室与第二反应腔室31为隔离状态,将核酸扩增冻干试剂置于第一反应腔室21内;
75.密封层板1两侧的分别设有两个凸块,将两个凸块分别置于第一限位槽591和第二限位槽592上方,分别沿第一限位槽591和第二限位槽592移动,分别移动至第二左滑动区581和第二右滑动区582内,使密封层板1的末端与核酸扩增层板2的末端对齐,使加样孔11与若干个进样通道22相互连通一端保持连通,此时出气孔12位于第一反应腔室21上方。
76.完成组装。
77.工作原理:
78.以新型冠状病毒n基因的阳性质粒作为样品,使用混合冻干等温扩增试剂作为核酸扩增冻干试剂,冻干crispr/cas试剂作为信号放大冻干试剂,侧流层析试纸条作为检测的试纸条,分别存放于第一反应腔室21、第二反应腔室31和试纸条卡槽42内,用于检测新型冠状病毒。
79.使用组合完整的滑动微流控装置,初始状态时,加样孔11与若干个进样通道22相互连通一端保持连通,此时出气孔12位于第一反应腔室21上方,从加样孔11加入样品溶液,使样品溶液进入若干个进样通道22后,此时样品溶液沿若干个进样通道22进入第一反应腔室21内与混合冻干等温扩增试剂进行扩增反应,反应15分钟后滑动核酸扩增层板2使第一反应腔室21与第二反应腔室31连通;第一反应腔室21内扩增反应液流入第二反应腔室31,与提前存放的冻干crispr/cas试剂混合,进行f-b探针的切割反应,使得信号放大,产生可以检测的信号,反应15分钟后,滑动检测层板4,使第二反应腔室31与第三反应腔室41连通信号放大后反应液流入第三反应腔室41,经第三反应腔室41接触侧流层析试纸条后进行爬升,最终在试纸条上通过质控线(c线)和检测线(t线)显示出检测结果(阴性或阳性)。
80.当加样孔11内的样品溶液进入进样通道22后可立刻滑动密封层板1再次使加样孔11与若干个进样通道22相互连通一端保持隔离,避免反应过程中外部污染。
81.最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。