CN103484354B - 提取革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌核酸的核酸提取芯片 - Google Patents
提取革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌核酸的核酸提取芯片 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种提取革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌核酸的核酸提取芯片，包括控制通道层、弹性薄膜层和液体通道层，液体通道层上表面设有进核酸提取液通道(6)、进漂洗液通道（5）、进EDTA？SDS通道(4)、进核酸酶通道(3)、进细胞裂解液通道(2)和进细胞悬液通道(1)，进核酸提取液通道(6)、进漂洗液通道(5)、进EDTA？SDS通道(4)、进核酸酶通道(3)、进细胞裂解液通道(2)和进细胞悬液通道(1)的左端分别设有向下穿透液体通道层的进液口。其目的在于提供一种不需要经过离心处理，便于自动化操作，操作简单、方便，检测迅速，效果客观的基于硅珠法提取革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌核酸的核酸提取芯片。
Description
技术领域
本发明涉及一种提取革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌核酸的核酸提取芯片。
背景技术
核酸的提取是涉及生物操作的一项基本技术。迄今为止，人们已经发展出了多种方法来提取核酸。但是，其中大多数涉及到离心，这不利于实现核酸提取的微型化和自动化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不需要经过离心处理，便于自动化操作，操作简单、方便，检测迅速，效果客观，可为科学研究、疾病诊断、基因检测、法医鉴定等提供技术支持的基于硅珠法提取革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌核酸的核酸提取芯片。
本发明提取革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌核酸的核酸提取芯片，包括控制通道层、弹性薄膜层和液体通道层，控制通道层的下表面与弹性薄膜层的上表面紧贴设置，弹性薄膜层的下表面与所述液体通道层的上表面紧贴设置，所述液体通道层上表面的左侧沿左右方向自前向后依次设有进核酸提取液通道、进漂洗液通道、进EDTA SDS通道、进核酸酶通道、进细胞裂解液通道和进细胞悬液通道，进核酸提取液通道、进漂洗液通道、进EDTA SDS通道、进核酸酶通道、进细胞裂解液通道和进细胞悬液通道的左端分别设有向下穿透所述液体通道层的进液口，进核酸提取液通道、进漂洗液通道、进EDTA SDS通道、进核酸酶通道、进细胞裂解液通道和进细胞悬液通道的右端分别与汇聚通道相连；
汇聚通道位于所述液体通道层上表面的中部的前后方向，汇聚通道上位于进EDTA SDS通道的右端和进核酸酶通道的右端之间的通道段与反应通道的进口端相连，反应通道位于液体通道层上表面的右侧，其轴线位于左右方向，反应通道自左向右依次与排细胞裂解液通道的进口、微球进入通道的出口和排反应液通道的进口相连，排细胞裂解液通道、微球进入通道和排反应液通道位于液体通道层上表面的右侧的前后方向，排细胞裂解液通道的出口、微球进入通道的进口和排反应液通道的出口位于液体通道层下表面的前侧或后侧，所述反应通道的右端设有向下穿透所述液体通道层的DNA收集口；
所述控制通道层下表面的左侧沿左右方向自前向后依次设有进核酸提取液控制通道、进漂洗液控制通道、进EDTA SDS控制通道、进核酸酶控制通道、进细胞裂解液控制通道和进细胞悬液控制通道，进核酸提取液控制通道、进漂洗液控制通道、进EDTA SDS控制通道、进核酸酶控制通道、进细胞裂解液控制通道和进细胞悬液控制通道的外端分别设有向上穿透所述控制通道层的进气口，进核酸提取液控制通道从进核酸提取液通道的上方穿过，进漂洗液控制通道从进漂洗液通道的上方穿过，进EDTA SDS控制通道从进EDTA SDS通道的上方穿过，进核酸酶控制通道从进核酸酶通道的上方穿过，进细胞裂解液控制通道从进细胞裂解液通道的上方穿过，进细胞悬液控制通道从进细胞悬液通道的上方穿过；
所述控制通道层下表面的右侧自左向右依次设有排细胞裂解液控制通道、微球进入控制通道和排反应液控制通道，排细胞裂解液控制通道、微球进入控制通道和排反应液控制通道分别沿前后方向布置，排细胞裂解液控制通道、微球进入控制通道和排反应液控制通道的外端分别设有向上穿透所述控制通道层的进气口，排细胞裂解液控制通道从排细胞裂解液通道的上方穿过，微球进入控制通道从微球进入通道的上方穿过，排反应液控制通道从排反应液通道的上方穿过；
所述控制通道层的下表面还设有左处理控制通道、中处理控制通道和右处理控制通道，左处理控制通道、中处理控制通道和右处理控制通道的外端分别设有向上穿透所述控制通道层的进气口，左处理控制通道从所述反应通道上位于位于排细胞裂解液通道的进口和微球进入通道的出口之间的通道段上方穿过，所述中处理控制通道从所述反应通道上位于位于微球进入通道的出口和所述排反应液控制通道的进口之间的通道段上方穿过，所述左处理控制通道从所述反应通道上位于位于排反应液控制通道的进口和所述DNA收集口之间的通道段上方穿过。
本发明的提取革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌核酸的核酸提取芯片，其中所述进核酸提取液控制通道的里端从进核酸提取液通道右端的上方穿过，所述进漂洗液控制通道的里端从所述进漂洗液通道右端的上方穿过，所述进EDTA SDS控制通道的里端从所述进EDTA SDS通道右端的上方穿过，所述进核酸酶控制通道的里端从进核酸酶通道右端的上方穿过，所述进细胞裂解液控制通道的里端从所述进细胞裂解液通道右端的上方穿过，进细胞悬液控制通道的里端从进细胞悬液通道右端的上方穿过；所述排细胞裂解液控制通道的里端从排细胞裂解液通道中部的上方穿过，所述微球进入控制通道的里端从微球进入通道中部的上方穿过，所述排反应液控制通道的里端从所述排反应液通道中部的上方穿过。
本发明的提取革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌核酸的核酸提取芯片，其中所述控制通道层的厚度为3-5毫米，所述弹性薄膜层的厚度为50微米，所述液体通道层的厚度为150微米，所述进核酸提取液通道、进漂洗液通道、进EDTA SDS通道、进核酸酶通道、进细胞裂解液通道、进细胞悬液通道、汇聚通道、排细胞裂解液通道、微球进入通道、排反应液通道的高度同为100微米、宽度同为300微米、长度同为5毫米，所述每个控制通道的高度同为100微米、宽度同为300微米。
本发明的提取革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌核酸的核酸提取芯片，其中所述弹性薄膜层为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)本发明提取革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌核酸的核酸提取芯片能够用于不便于人工直接操作的环境下，或者不适合人工直接接触的样品中的核酸提取，也可以节约人力成本，可以促进相关产业的发展，由于每个通道单独可控，调控灵活，故可以处理复杂样品。
2)本发明提取革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌核酸的核酸提取芯片由于不需要经过离心处理，便于自动化操作，操作简单、方便，检测迅速，效果客观，可为科学研究、疾病诊断、基因检测、法医鉴定等提供技术支持。
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。
附图说明
图1是本发明的提取革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌核酸的核酸提取芯片的实施方式的结构原理示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提取革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌核酸的核酸提取芯片，包括控制通道层、弹性薄膜层和液体通道层，控制通道层的下表面与弹性薄膜层的上表面紧贴设置，弹性薄膜层的下表面与液体通道层的上表面紧贴设置，液体通道层上表面的左侧沿左右方向自前向后依次设有进核酸提取液通道6、进漂洗液通道5、进EDTA SDS通道4、进核酸酶通道3、进细胞裂解液通道2和进细胞悬液通道1，进核酸提取液通道6、进漂洗液通道5、进EDTA SDS通道4、进核酸酶通道3、进细胞裂解液通道2和进细胞悬液通道1的左端分别设有向下穿透液体通道层的进液口，进核酸提取液通道6、进漂洗液通道5、进EDTA SDS通道4、进核酸酶通道3、进细胞裂解液通道2和进细胞悬液通道1的右端分别与汇聚通道7相连；
汇聚通道7位于液体通道层上表面的中部的前后方向，汇聚通道7上位于进EDTA SDS通道4的右端和进核酸酶通道3的右端之间的通道段与反应通道8的进口端相连，反应通道8位于液体通道层上表面的右侧，其轴线位于左右方向，反应通道8自左向右依次与排细胞裂解液通道9的进口、微球进入通道10的出口和排反应液通道11的进口相连，排细胞裂解液通道9、微球进入通道10和排反应液通道11位于液体通道层上表面的右侧的前后方向，排细胞裂解液通道9的出口、微球进入通道10的进口和排反应液通道11的出口位于液体通道层下表面的前侧或后侧，反应通道8的右端设有向下穿透液体通道层的DNA收集口12；
控制通道层下表面的左侧沿左右方向自前向后依次设有进核酸提取液控制通道26、进漂洗液控制通道25、进EDTA SDS控制通道24、进核酸酶控制通道23、进细胞裂解液控制通道22和进细胞悬液控制通道21，进核酸提取液控制通道26、进漂洗液控制通道25、进EDTA SDS控制通道24、进核酸酶控制通道23、进细胞裂解液控制通道22和进细胞悬液控制通道21的外端分别设有向上穿透控制通道层的进气口，进核酸提取液控制通道26从进核酸提取液通道6的上方穿过，进漂洗液控制通道25从进漂洗液通道5的上方穿过，进EDTASDS控制通道24从进EDTA SDS通道4的上方穿过，进核酸酶控制通道23从进核酸酶通道3的上方穿过，进细胞裂解液控制通道22从进细胞裂解液通道2的上方穿过，进细胞悬液控制通道21从进细胞悬液通道1的上方穿过；
控制通道层下表面的右侧自左向右依次设有排细胞裂解液控制通道29、微球进入控制通道13和排反应液控制通道14，排细胞裂解液控制通道29、微球进入控制通道13和排反应液控制通道14分别沿前后方向布置，排细胞裂解液控制通道29、微球进入控制通道13和排反应液控制通道14的外端分别设有向上穿透控制通道层的进气口，排细胞裂解液控制通道29从排细胞裂解液通道9的上方穿过，微球进入控制通道13从微球进入通道10的上方穿过，排反应液控制通道14从排反应液通道11的上方穿过；
控制通道层的下表面还设有左处理控制通道15、中处理控制通道16和右处理控制通道17，左处理控制通道15、中处理控制通道16和右处理控制通道17的外端分别设有向上穿透控制通道层的进气口，左处理控制通道15从反应通道8上位于位于排细胞裂解液通道9的进口和微球进入通道10的出口之间的通道段上方穿过，中处理控制通道16从反应通道8上位于位于微球进入通道10的出口和排反应液控制通道14的进口之间的通道段上方穿过，左处理控制通道15从反应通道8上位于位于排反应液控制通道14的进口和DNA收集口12之间的通道段上方穿过。
作为本发明的改进，上述进核酸提取液控制通道26的里端从进核酸提取液通道6右端的上方穿过，进漂洗液控制通道25的里端从进漂洗液通道5右端的上方穿过，进EDTA SDS控制通道24的里端从进EDTA SDS通道4右端的上方穿过，进核酸酶控制通道23的里端从进核酸酶通道3右端的上方穿过，进细胞裂解液控制通道22的里端从进细胞裂解液通道2右端的上方穿过，进细胞悬液控制通道21的里端从进细胞悬液通道1右端的上方穿过；排细胞裂解液控制通道29的里端从排细胞裂解液通道9中部的上方穿过，微球进入控制通道13的里端从微球进入通道10中部的上方穿过，排反应液控制通道14的里端从排反应液通道11中部的上方穿过。
作为本发明的改进，上述控制通道层的厚度为3-5毫米，弹性薄膜层的厚度为50微米，液体通道层的厚度为150微米，进核酸提取液通道6、进漂洗液通道5、进EDTA SDS通道4、进核酸酶通道3、进细胞裂解液通道2、进细胞悬液通道1、汇聚通道7、排细胞裂解液通道9、微球进入通道10、排反应液通道11的高度同为100微米、宽度同为300微米、长度同为5毫米，每个控制通道的高度同为100微米、宽度同为300微米。
作为本发明的改进，上述弹性薄膜层为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
本发明的提取革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌核酸的核酸提取芯片的工作原理如下：如果向控制通道充入压力气体，压力气体通常为氮气，则可以通过压迫弹性薄膜层的弹性膜，使其发生形变并被挤进将对应位置的液体通道，压迫并封闭该液体通道，使液体不能通过。如果控制通道内的压力气体被放出，则弹性膜恢复原来位置，对应的液体通道畅通。
本发明的提取革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌核酸的核酸提取芯片的具体的使用步骤如下：
一、将整合好的芯片液体通道连接不同的溶液，开始时保持所有的控制通道呈充气状态，控制通道将所有的液体通道出入口封闭；
二、将装有50微米直径的二氧化硅小球的PBS悬液通过微球进入通道10注入反应通道，尽量使小球将筛网前的反应通道8的空间占满；
三、将其他通道关闭，开启进细胞悬液通道1和排细胞裂解液通道9，将混悬于Buffer1(20mM Tris-HCl，2mM EDTA，pH8.0以及SDS和TritonX-100，对于E.coli.为0.01％SDS和1.2％TritonX-100对于革兰氏阳性菌为1％SDS和2.4％TritonX-10)的菌液由细胞悬液通道1注入通道，使溶液进入反应通道区域，多余液体由排细胞裂解液通道9排出。
四、将其他通道关闭，开启进细胞裂解液通道2和排反应液通道11，将buffer2(含有0.8mg/ml proteinase K的3M GuSCN)通过进细胞裂解液通道2注入通道，多余的液体由排反应液通道11排出。该过程可以将菌体裂解并将DNA析出并吸附在二氧化硅微球上；
五、将其他通道关闭，开启进核酸酶通道3和DNA收集口12，将70％乙醇由进核酸酶通道3注入，多余液体由DNA收集口12排出，该步骤可以将除DNA外的其他杂质去除；
六、将其他通道关闭，开启进EDTA SDS通道4和DNA收集口12，将100％乙醇由进EDTA SDS通道4注入，多余液体由DNA收集口12排出，该步骤可以进一步去除杂质并使DNA更紧密贴在微球表面；
七、将其他通道关闭，开启液体通道进漂洗液通道5和DNA收集口12，将干净的氮气从进漂洗液通道5引入，从DNA收集口12排出，将乙醇吹干(约需10分钟)，该步骤是将乙醇去除；
八、将其他通道关闭，开启进核酸提取液通道6和DNA收集口12，将纯水从进核酸提取液通道6注入，将二氧化硅微球上的DNA洗脱下来，在至DNA收集口12将DNA收集起来；
九、依次开启液体通道进细胞悬液通道1、进细胞裂解液通道2、、进核酸酶通道3、进EDTA SDS通道4、进漂洗液通道5、进核酸提取液通道6、排细胞裂解液通道9、微球进入通道10、液体由排反应液通道11至DNA收集口12，依次注入PBS和水，将通道的各个部分清洗干净，以便芯片可以用于下一次实验；
十、上述整个过程的液体流速控制在1000-1500ul/h。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.提取革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌核酸的核酸提取芯片，其特征在于：包括控制通道层、弹性薄膜层和液体通道层，控制通道层的下表面与弹性薄膜层的上表面紧贴设置，弹性薄膜层的下表面与所述液体通道层的上表面紧贴设置，所述液体通道层上表面的左侧沿左右方向自前向后依次设有进核酸提取液通道(6)、进漂洗液通道(5)、进EDTA SDS通道(4)、进核酸酶通道(3)、进细胞裂解液通道(2)和进细胞悬液通道(1)，进核酸提取液通道(6)、进漂洗液通道(5)、进EDTA SDS通道(4)、进核酸酶通道(3)、进细胞裂解液通道(2)和进细胞悬液通道(1)的左端分别设有向下穿透所述液体通道层的进液口，进核酸提取液通道(6)、进漂洗液通道(5)、进EDTA SDS通道(4)、进核酸酶通道(3)、进细胞裂解液通道(2)和进细胞悬液通道(1)的右端分别与汇聚通道(7)相连；
汇聚通道(7)位于所述液体通道层上表面的中部的前后方向，汇聚通道(7)上位于进EDTA SDS通道(4)的右端和进核酸酶通道(3)的右端之间的通道段与反应通道(8)的进口端相连，反应通道(8)位于液体通道层上表面的右侧，其轴线位于左右方向，反应通道(8)自左向右依次与排细胞裂解液通道(9)的进口、微球进入通道(10)的出口和排反应液通道(11)的进口相连，排细胞裂解液通道(9)、微球进入通道(10)和排反应液通道(11)位于液体通道层上表面的右侧的前后方向，排细胞裂解液通道(9)的出口、微球进入通道(10)的进口和排反应液通道(11)的出口位于液体通道层下表面的前侧或后侧，所述反应通道(8)的右端设有向下穿透所述液体通道层的DNA收集口(12)；
所述控制通道层下表面的左侧沿左右方向自前向后依次设有进核酸提取液控制通道(26)、进漂洗液控制通道(25)、进EDTA SDS控制通道(24)、进核酸酶控制通道(23)、进细胞裂解液控制通道(22)和进细胞悬液控制通道(21)，进核酸提取液控制通道(26)、进漂洗液控制通道(25)、进EDTA SDS控制通道(24)、进核酸酶控制通道(23)、进细胞裂解液控制通道(22)和进细胞悬液控制通道(21)的外端分别设有向上穿透所述控制通道层的进气口，进核酸提取液控制通道(26)从进核酸提取液通道(6)的上方穿过，进漂洗液控制通道(25)从进漂洗液通道(5)的上方穿过，进EDTA SDS控制通道(24)从进EDTA SDS通道(4)的上方穿过，进核酸酶控制通道(23)从进核酸酶通道(3)的上方穿过，进细胞裂解液控制通道(22)从进细胞裂解液通道(2)的上方穿过，进细胞悬液控制通道(21)从进细胞悬液通道(1)的上方穿过；
所述控制通道层下表面的右侧自左向右依次设有排细胞裂解液控制通道(29)、微球进入控制通道(13)和排反应液控制通道(14)，排细胞裂解液控制通道(29)、微球进入控制通道(13)和排反应液控制通道(14)分别沿前后方向布置，排细胞裂解液控制通道(29)、微球进入控制通道(13)和排反应液控制通道(14)的外端分别设有向上穿透所述控制通道层的进气口，排细胞裂解液控制通道(29)从排细胞裂解液通道(9)的上方穿过，微球进入控制通道(13)从微球进入通道(10)的上方穿过，排反应液控制通道(14)从排反应液通道(11)的上方穿过；
所述控制通道层的下表面还设有左处理控制通道(15)、中处理控制通道(16)和右处理控制通道(17)，左处理控制通道(15)、中处理控制通道(16)和右处理控制通道(17)的外端分别设有向上穿透所述控制通道层的进气口，左处理控制通道(15)从所述反应通道(8)上位于位于排细胞裂解液通道(9)的进口和微球进入通道(10)的出口之间的通道段上方穿过，所述中处理控制通道(16)从所述反应通道(8)上位于位于微球进入通道(10)的出口和所述排反应液控制通道(14)的进口之间的通道段上方穿过，所述左处理控制通道(15)从所述反应通道(8)上位于位于排反应液控制通道(14)的进口和所述DNA收集口(12)之间的通道段上方穿过；
所述进核酸提取液控制通道(26)的里端从进核酸提取液通道(6)右端的上方穿过，所述进漂洗液控制通道(25)的里端从所述进漂洗液通道(5)右端的上方穿过，所述进EDTA SDS控制通道(24)的里端从所述进EDTA SDS通道(4)右端的上方穿过，所述进核酸酶控制通道(23)的里端从进核酸酶通道(3)右端的上方穿过，所述进细胞裂解液控制通道(22)的里端从所述进细胞裂解液通道(2)右端的上方穿过，进细胞悬液控制通道(21)的里端从进细胞悬液通道(1)右端的上方穿过；所述排细胞裂解液控制通道(29)的里端从排细胞裂解液通道(9)中部的上方穿过，所述微球进入控制通道(13)的里端从微球进入通道(10)中部的上方穿过，所述排反应液控制通道(14)的里端从所述排反应液通道(11)中部的上方穿过。
2.按照权利要求1所述的提取革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌核酸的核酸提取芯片，其特征在于：所述控制通道层的厚度为3-5毫米，所述弹性薄膜层的厚度为50微米，所述液体通道层的厚度为150微米，所述进核酸提取液通道(6)、进漂洗液通道(5)、进EDTA SDS通道(4)、进核酸酶通道(3)、进细胞裂解液通道(2)、进细胞悬液通道(1)、汇聚通道(7)、排细胞裂解液通道(9)、微球进入通道(10)、排反应液通道(11)的高度同为100微米、宽度同为300微米、长度同为5毫米，所述每个控制通道的高度同为100微米、宽度同为300微米。
3.按照权利要求2所述的提取革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌核酸的核酸提取芯片，其特征在于：所述弹性薄膜层为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
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