一种集成化管状反应装置的制作方法

本实用新型涉及生物化学反应装置领域，具体涉及一种能够进行多个同步或连续多步反应，且能够封闭反应装置、防止产物造成污染的集成化管状反应装置。

背景技术：

随着生物技术的发展，现代分子生物学技术或基因工程技术正被日益广泛地应用到各种生物技术产业中，特别是应用到医疗诊断中。这类技术的应用往往涉及多个或连续多步酶反应。例如，当需要对RNA病毒进行检测时，首先需对病毒RNA进行纯化，再对RNA进行逆转录成cDNA、最后进行cDNA扩增反应。典型的DNA（或cDNA）扩增反应是聚合酶链反应，即PCR。在类似的多步酶反应中，现有技术需要分别进行每一步反应，具体地，每个反应在单独的分离的试管中进行，通过手工或机械手进行操作。

然而，使用单独的分离的试管进行多步反应时，在反应产物从一个试管被转移到另一试管的过程中，产物分子会暴露在试管外，容易使产物分子对工作环境造成污染，导致未来样品检测出现假阳性反应。并且，使用单独的分离的试管进行多步反应，占用空间大，费时费料，因而提高了使用成本。

为了更方便地进行多个或连续多步酶反应， 现有技术也提供了新的技术方案，用微流控技术对不同步骤进行整合，以达到自动化操作的目的。用微流控技术创造出的产品常称为集成生物芯片。使用集成生物芯片可以避免产物分子污染，但其结构复杂，制作成本高。另外，集成生物芯片结构小，与一般生物样品的体积不匹配。因此，集成生物芯片的实用价值较低。

技术实现要素：

为了解决上述的问题，本实用新型的目的是提供一种可用于多个或连续多步反应、能够避免产物产生污染且具实用价值的集成化管状反应装置。

为实现上述主要目的，本实用新型提供了一种集成化管状反应装置，包括：反应容器，反应容器包括至少两个管状腔室、连通至少两个管状腔室的通道以及开口；盖体，盖体可与开口封闭配合，盖体包括通孔；密封件，密封件包括可与通孔配合的密封塞。

本实用新型的集成化管状反应装置是主要由反应容器、盖体、密封件形成的一个封闭式的整体，能够有效避免反应产物造成污染，防止假阳性反应。反应容器和盖体之间可以采用现有的任何密封方式进行封闭。

其中，盖体设有通孔，通孔由密封塞封闭，通孔可用于加样和取样，当需要取样和加样时，只需打开通孔，无需打开整个盖体，避免反应体系与空气大面积接触；当完成取样和加样时，插入密封塞即可实现密封，操作便利。

至少两个管状腔室可进行相同或不同的反应，管状腔室优选为分离设置，避免管状腔室相互靠近带来的温度干扰等。同时由至少一个通道将至少两个管状腔室连通，通道可以采用管式或渠道式，可使反应产物在管状腔室之间传输，以实现多步反应，例如两个或两个以上的酶反应。传输方式可以是物理或化学等方法，例如通过分子扩散、对流或机械方式转移等，可以自动化地实现多步生物化学酶反应。

此外，本实用新型的集成化管状反应装置将多个管状腔室集成为一体，仪器体积小，节省材料，成本低，占用空间少，且易操作使用，能够缩短操作时间，快速有效地产生有价值的结果，具有极大的实用价值。

进一步的技术方案是，通道设置在至少两个管状腔室的上端；开口设置在通道的上端。

本实用新型的至少两个管状腔室由通道相连，连接部位可以设置在管状腔室上端、中间或是下端。最理想的情况是通过上端连接，有利于抑制不同管状腔室之间的物质在不希望混合的情况下混合。在此基础上，优选地，开口设置在通道的上端，开口与管状腔室的上端相对，使得通过与开口配合的盖体往管状腔室加样和取样更加方便。

进一步的技术方案是，通孔与管状腔室对应设置。

通孔与管状腔室数目相同或不相同，且通孔的位置与管状腔室的位置在功能上一一对应地设置。当盖体与反应容器的开口配合后，盖体上的通孔与管状腔室一一对应，使得每一个管状腔室与外界连通或封闭都能够单独进行，防止污染，加样和取样更加方便。

进一步的技术方案是，至少一个密封件还包括可与管状腔室的至少一部分密封配合的密封杆。更进一步的技术方案是，密封杆固定地或者可活动地与密封塞连接。

密封件可以包含密封杆，密封杆可与管状腔室配合，用于封闭或打开管状腔室，每一个管状腔室都可以独立封闭或打开，可以实现多个管状腔室功能上的隔开或连接。密封杆可以固定地或者可活动地与密封塞连接。例如，密封杆可移动地贯穿密封塞，当需要打开管状腔室时，将密封杆从密封塞中拔起即可。密封杆也可以在反应前用于样品采集。

进一步的技术方案是，反应容器包括设置在相邻的至少两个管状腔室之间且向通道内凸起的弧形连接部。

相邻的至少两个管状腔室之间设置向通道内凸起的弧形连接部，可以避免死角，有利于相邻的管状腔室之间的反应产物的传输与交换。

进一步的技术方案是，管状腔室是柱形或锥形，其内直径在0.1毫米至10毫米之间，管壁厚度在0.05至5毫米之间；管状腔室的深度与内直径的比例大于或等于2。

管状腔室的内直径在0.1毫米至10毫米之间，管状腔室的深度与内直径的比例大于或等于2时，可以满足一般生物酶反应的需要。管壁厚度在0.05至5毫米之间即可保证安全稳定，且节省成本。

进一步的技术方案是，集成化管状反应装置采用透明材料制成。

在封闭状态下，反应结果可以通过光学或电学方法进行定性或定量检测。采用透明材料制备集成化管状反应装置，反应结果通过光学方法进行检测，方便迅速。

进一步的技术方案是，反应容器还包括位于管状腔室一侧的用于放置反应试剂或样品的存储腔室。

集成化管状反应装置还可以设有存储腔室，存储腔室可以与管状腔室隔开，用于放置反应试剂或样品，便于加样。

进一步技术方案是，不同的管状腔室内放置有不同的试剂；通道内填充有一种或多种介质。

不同的管状腔室内放置相同或不同的试剂，以完成多个反应或多步不同的反应。通道内填充有一种或多种介质，使管状腔室在功能上相通，利用介质通过分子扩散、液体对流等方法即可实现管状腔室内反应产物的传输。试剂也可以预先存于管状腔室内，封闭后进行保存和运输，使用时只须加入待测样品即可。

附图说明

图1是本实用新型集成化管状反应装置实施例的整体结构分解图。

图2是本实用新型集成化管状反应装置实施例中反应容器俯视的结构示意图。

图3是本实用新型集成化管状反应装置实施例中反应容器正面的结构示意图。

图4是本实用新型集成化管状反应装置实施例中盖体的结构示意图。

图5是本实用新型集成化管状反应装置实施例中密封件的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型的集成化管状反应装置作进一步说明。

如图1所示，本实施例的集成化管状反应装置包括反应容器1，盖体2和密封件3，由反应容器1、盖体2和密封件3形成一个封闭式的整体，从而避免反应产物对工作环境造成污染，防止假阳性反应，且试剂不会污染外界。

如图2至3所示，反应容器1包括至少两个管状腔室11，不同的管状腔室11可进行多步反应中不同的反应，也可进行多个相同的反应。管状腔室11的数目可以根据实际反应的需要而定。管状腔室11可以由一个或多个通道12在管状腔室11的上端、中间或下端连通，通道12可使反应产物在封闭条件下在管状腔室11之间传输，以实现多步反应。传输方式可以采用物理或化学等方法，例如通过分子扩散、液体对流或机械定时取样等方法，可以自动化地实现多步生物化学酶反应。具体在本实施例中，多个管状腔室11在管状腔室11的上端由一个通道12连通，这种上端连通的方式有利于防止不同管状腔室11之间的反应物料不必要地混合。通道12可以根据需要设计成不同的形状，例如管状、渠状等。

在本实施例中，管状腔室11的内直径在0.1毫米至10毫米之间，管壁厚度在0.05至5毫米之间；管状腔室11的深度与内直径的比例大于或等于2。管状腔室11的尺寸在上述范围内，即可满足一般多步生物酶反应的需要，且安全稳定，节省成本。

反应容器1还包括开口13，在本实施例中，开口13位于通道12的上端，开口13与管状腔室11的上端相对或大致相对。开口13可以与盖体2封闭配合，配合的方式可以采用现有的任何的密封方式，例如粘合等。如图4所示，盖体2上设有通孔21，可通过通孔21进行加样和取样。在本实施例中，通孔21的数目与管状腔室11的数目相同或可以不相同，两者在位置及功能上对应。当盖体与开口13配合时，通孔21位于管状腔室11的上方，以便于加样和取样。

通孔21中可插入密封件3。每一个通孔21均可以与单独的分离的或相联的密封件3配合，以实现独立地或统一地打开或关闭各个通孔21。如图5所示，每一个密封件3都包括可与通孔21配合的密封塞31，密封塞31可与通孔21密封配合。密封件3还可以包括可与管状腔室11的至少一部分配合的密封杆32，密封杆32用于封闭或打开管状腔室11，每一个管状腔室11都可以独立封闭或打开。

密封杆32可以固定地或者可活动地与密封塞31连接，例如密封杆32可上下移动地贯穿密封塞31，当需要打开管状腔室11时，将密封杆32从密封塞31中拔起即可。密封杆32可以在反应前用于样品采集，通过密封杆32把采到的生物样品送入反应器后进行反应。例如，可以通过密封杆32的底端进行样品采集。又例如，可以在密封杆32下端设置有直径略小的样品杆或样品针，样品杆或样品针优选在径向上包括粗糙表面，用于小量样品的加样或取样。或者在不带有密封杆32的密封塞31上直接设置样品杆或样品针，用于加样和取样。样品杆或样品针可以与密封塞31固定连接或可活动地连接，优选地样品杆或样品针可上下移动地贯穿密封塞31，便于在加样完成后提起样品杆或样品针。优选地，样品杆或样品针的末端设有亲水性表面，用于蘸取样品，亲水性表面可以是非完全光滑表面。

当密封杆32与密封塞31固定连接时，对于一个集成化管状反应装置中的多个密封件3，可以部分密封件3带有密封杆32，部分密封件3不带有密封杆32，通过使用带有密封杆32以及不带有密封杆32的密封件3，可以实现多个管状腔室11的连通或隔断。又或者，通过在通孔21中上下移动带有密封杆32的密封塞31，实现多个管状腔室11的连通或隔断。

相邻的至少两个管状腔室11之间设置有向通道12内凸起的弧形连接部14，弧形连接部14可以避免死角，有利于相邻的管状腔室11之间反应产物的传输与交换。

在本实施例的封闭式的集成化管式反应装置中，反应结果可以通过光学或电学方法进行定性或定量检测。优选地，集成化管式反应装置采用透明材料例如塑料、玻璃等制成，因此具有透明的外观，反应结果可以连续实时迅速地通过光学方法进行检测。集成化管式反应装置的各个部件可以采用机械加工成型或注塑一体成型。

此外，为了便于放置反应试剂或样品，反应容器1中还可以设置存储腔室15，存储腔室15可以与管状腔室11隔开。例如，可以在盖体2与存储腔室15对应的位置也设置通孔21，用于取放反应试剂或样品，再使用密封件3进行密封，即可将存储腔室15隔开。

本实施例的装置可应用于多个同步反应，也可应用于多步连续反应。本实施例的装置用于多个同步反应时, 不同的管状腔室11内可以放置相同或不同的反应试剂。 当本实施例的装置应用于多步连续反应时，不同的管状腔室11内可以放置不同的反应试剂，以完成多步不同的反应。反应试剂也可以预先存于管状腔室11内，封闭后进行保存和运输，使用时只须加入待测样品即可。也可以在使用前，再通过手工或自动化方法对管状腔室11填充反应试剂及生物样品。对于在封闭条件下进行的生物酶反应，反应试剂包含酶、缓冲液、核酸等有机或无机物质。

加入样品和反应试剂后，对集成化管状反应装置进行封闭，然后控制温度进行反应。生物酶反应一般在15℃至99℃之间进行。可使用目前已知的方法来对管状腔室内的生物酶反应进行温度控制，例如利用红外光、热/冷风、冷/热固体或液体物质、电磁感应等。可以把封闭后的反应装置插入温度控制仪器中进行反应。根据反应的要求，任一管状腔室11可经受恒定温度或周期变化温度，管型腔室11内也可有均衡的温度或梯度温度。例如，与传统PCR温度控制相似地，采用周期性均温的温控方法时，温度控制仪器的温度在电脑程序的控制下进行周期性变化，如在某一温度下保持数秒钟至数分钟，且管状腔室11完全插入温度控制仪器的加热部分中，在这变温过程中管状腔室11内的液体温度基本是均衡的。又例如，在温度恒定的梯度温度控温方法中，温度控制仪器的温度在电脑程序的控制下保持不变，且管状腔室11仅有部分与温度控制仪器的加热部分接触。当底部被加热时，底部温度会高于顶部温度，此时管状腔室11内的液体会有一温度梯度。由于上部温度低的液体有相对高的密度或比重，上部与下部的液体会产生对流，其效果是带动管状腔室内的分子流动，且经受不同的温度，从而满足不同的酶反应条件要求，达到实现管状腔室11内核酸扩增的目的。管状腔室11的管状结构给仪器设计带来更多的灵活性。

不同的管状腔室11之间的分子传输可以采用主动或被动的形式。例如可以在通道12内填充有一种或多种介质，使管状腔室11在功能上相通，利用介质通过分子扩散或液体对流等方式来实现管状腔室11内分子传输。也可以通过物理或机械的方式进行取样和加样。

将反应产物传输到另一个管状腔室11中后，可以采用与上述反应类似的温度控制方法，进行第二步反应。

反应完成后，通过分子探针或亲和性物质与反应产物的结合，得到与产物量相关的光学或电学信号，从而对反应产物进行定性或定量检测。光学信号包含荧光信号、光吸收信号、红处吸收信号、拉曼散射信号、化学发光信号等。反应完成以后可对整个反应装置进行高温或燃烧等处理，防止产物污染。

由上可见，本实用新型的集成化管状反应装置整体是封闭的，解决了多步生物化学酶反应过程中反应产物的污染问题。且能够在同一装置内完成多步生物化学酶反应，如巢式PCR反应、RT-PCR反应、多重PCR反应等，还可以利用分子扩散、对流等方法实现自动化多步生物化学酶反应。本实用新型的装置成本低，占用空间少，且易操作使用，具有极大的实用价值。

最后需要强调的是，以上仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种变化和更改，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。