一体式全封闭检测反应管的制作方法

本发明涉及核酸检测技术领域，具体涉及一种一体式全封闭检测反应管。

背景技术：

特异性检测核酸分子(nucleicaciddetection)方法具有重要的应用价值，例如病原体(细菌、病毒、和其他含核酸样本等)的检测，遗传病检测等。在病原体检测方面，由于每种病原体微生物都有其独一无二的特征核酸分子序列，因此可以开发出针对特定物种的核酸分子检测，也称为核酸诊断(nads,nucleicaciddiagnostics)，在食品安全、环境微生物污染检测，人体病原菌感染等领域具有重要义。另一个方面是对人或其他物种的单核苷酸多态性(snps,singlenucleotidepolymorphisms)的检测。在基因组水平上去理解遗传变异和生物学功能之间的关系为现代分子生物学提供了新视角，而其中snps对生物学的功能、进化和疾病等密切相关，因此snps的检测与分析技术的发展尤为重要。

目前建立的特异性核酸分子检测通常需要分为两步，第一步是目的核酸的扩增，第二步是目的核酸检测。现有检测技术包括限制性核酸内切酶方法、southern、northern、斑点杂交、荧光pcr检测技术、lamp环介导等温扩增技术、重组酶聚合酶扩增技术(rpa)等方法。2012年之后，crispr基因编辑技术兴起，张锋团队基于rpa技术开发了一种以cas13为核心的靶向rna的新核酸诊断技术(sherlock技术)，doudna团队开发了一种以cas12酶为核心的诊断技术(detectr技术)，中国科学院上海植物生理生态研究所王金博士等也开发了一种基于cas12的新型核酸检测技术(holmes技术)。基于crispr技术开发的核酸检测技术正在日益发挥重要作用。

尽管现有核酸检测技术众多，但是pcr本身需要依赖高精密的温度循环仪进行检测，且污染控制较为严格，基于pcr的rna检测局限于中心实验室，对于现场快速检测有很大的限制，如何更加快速、简便、廉价、精确的检测仍然是改进检测技术的重要方向。因此，开发新型检测装置和检测方法在核酸检测领域仍具有重要意义。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种新型核酸检测反应管，其可快速、简便、高效地对含靶序列的细菌、病毒、和其他含核酸样本进行定性检测。

本发明的第一方面，提供一种检测反应管，所述检测反应管包括：

上本体，所述上本体设有盖子、第一腔室和第二腔室；

所述第一腔室用于接收待检测样品，而所述的盖子用于在所述第一腔室接收了待检测样品之后，对所述第一腔室进行密封；

所述第二腔室用于对所述待检测样品进行检测反应，并形成反应产物混合液；

并且所述第二腔室位于第一腔室的下方，所述第一腔室和第二腔室设有一流体通道，其中，所述的流体通道允许流体从第一腔室流入第二腔室；和

下本体，所述的下本体设有检测腔室和穿刺部件；

所述的检测腔室用于容纳检测制品；

所述穿刺部件用于在所述检测反应完成后，刺穿所述第二腔室，并使得所述的反应产物混合液流出并流入所述的检测腔室；

其中，所述上本体和下本体通过耦合结构密封连接在一起。

在另一优选例中，所述的穿刺部件设有c截面型。

在另一优选例中，所述的上本体和下本体是相互独立的；使用时，在所述上本体和下本体之间构成一密闭空间。

在另一优选例中，所述的盖子、第一腔室和第二腔室是一体的。

在另一优选例中，所述的盖子通过一柔性连接件与上本体顶部相连。

在另一优选例中，所述上本体的底部还设有一用于封闭所述第二腔室的薄膜，当所述薄膜被所述穿刺部件刺穿时，所述的反应产物混合液可流出第二腔室。

在另一优选例中，所述检测反应为pcr反应。

在另一优选例中，所述上本体外壁包被金属(如铝)薄膜。

在另一优选例中，所述上本体使用聚丙烯管材料(polypropylene)制成。

在另一优选例中，所述上本体内壁使用低吸附涂层(如silicone)。

在另一优选例中，所述上本体下部外壁设有螺纹或卡扣。

在另一优选例中，所述上本体高度为10-60mm，较佳地20-40mm，更佳地20-30mm。

在另一优选例中，所述第一腔室体积为0.1ml-1ml，优选地为0.5ml。

在另一优选例中，所述第二腔室体积为0.1ml-1.5ml，优选地为0.5ml。

在另一优选例中，所述第一腔室采取锥形底面以辅助液体导向底部。

在另一优选例中，所述的第一腔室为样本腔。

在另一优选例中，所述第二腔室包括至少一个反应腔，各腔室之间通过连接管道连接。

在另一优选例中，所述上本体底部使用可刺穿薄膜密封

在另一优选例中，所述第二腔室中含有反应试剂。

在另一优选例中，所述第二腔室为真空状态。

在另一优选例中，所述下本体为圆形、椭圆形、多边型。

在另一优选例中，所述下本体配制有透明的观察窗。

在另一优选例中，所述下本体内壁上部设有螺纹或卡扣。

在另一优选例中，所述下本体高度为25-70mm，优选地为30-50mm。

在另一优选例中，所述的流体通道使用熔点在50-70℃的介质密封。

在另一优选例中，所述介质为石蜡。

在另一优选例中，所述流体通道为连接管道。

在另一优选例中，连接管道直径约为0.5-1mm。

在另一优选例中，所述下本体还包括检测制品。

在另一优选例中，所述的检测制品选自：检测试剂、侧流片、芯片、测试条、检测板，或其组合。

在另一优选例中，检测制品用于检测核酸。

在另一优选例中，检测制品为侧流片或测试，优选地为胶体金侧析检测试纸。

在另一优选例中，胶体金试纸使用偶联亲和素(streptavidin)。

在另一优选例中，侧流片或测试条包括：吸收垫、检测线、对照线和层析纸。

在另一优选例中，下本体包含至少一个隔室。

在另一优选例中，所述下本体包括至少1份检测制品，优选地1-6份。

在另一优选例中，所述耦合结构为螺纹、卡扣或推拉装置。

在另一优选例中，所述的耦合结构为螺纹。

在另一优选例中，如上所述的检测反应管，其中，所述的第二腔室中装有crispr试剂和/或lamp试剂。

在另一优选例中，所述第二腔室中包含两个反应腔，其中，第一反应腔中装有crispr试剂，第二反应腔中装有lamp试剂；或第一反应腔中装有lamp试剂，第二反应腔中装有crispr试剂。

本发明第二方面，提供一种试剂盒，其包括第一方面所述的检测反应管和crispr试剂、crispr试剂和/或lamp试剂。

在另一优选例中，所述crispr试剂和/或lamp试剂密封于第二腔室。

在另一优选例中，所述试剂盒还包含裂解试剂。

在另一优选例中，在进行检测时，裂解试剂滴加至第一反应腔室。

在另一优选例中，所述crispr试剂为冻干试剂。

在另一优选例中，所述lamp试剂使用商用的rt-lamp试剂盒

在另一优选例中，所述的第二腔室中还装有裂解中和试剂。

本发明第三方面，提供一种检测反应器，所述检测器第二方面所述的试剂盒和检测制品。

在另一优选例中，所述的检测制品选自：检测试剂、侧流片、芯片、测试条、检测板，或其组合。

在另一优选例中，检测制品用于检测核酸。

在另一优选例中，检测制品为侧流片或测试，优选地为胶体金侧析检测试纸。

在另一优选例中，胶体金试纸使用偶联亲和素(streptavidin)。

在另一优选例中，侧流片或测试条包括：吸收垫、检测线、对照线和层析纸。

本发明第四方面，提供一种检测反应装置，所述检测装置包括第三方面所述的检测反应管和控温部件。

在另一优选例中，所述的控温部件包括加热元器件、外壳和空腔。

在另一优选例中，所述的控温部件还包括铰链。

在另一优选例中，所述的控温部件还包括底座。

应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

附图说明

图1为本发明一个反应管实施例的结构示意图。

图2为本发明一个实施例的上本体结构示意图。

图3为一种简易温控部件结构示意图，其中，a为俯视示意图，b为正视图，c为状态变化图。

图中：101—样本腔、102—裂解液、103—蜡封、104—内封闭螺纹、105—反应腔、106—铝膜、107—盖子、108—铝膜、110—反应腔、201—外封闭螺纹、202—层析纸、203—胶体金层析纸、204—观察窗口、205—抗体线(t/c)、206—吸收垫、207—刺穿针、208—外壁、301—加热元器件、302—样本管空腔、303—铰链、304—金属外壳、305—底座。

图4为侧向层析检测靶标切割序列的对照组和实验组。其中，上方粗红线为control线，下方细红线为检测靶标抗体线。

具体实施方式

本发明人经过广泛而深入的研究，开发了一种一体式全封闭检测反应管，其是一种基于crispr和/或等温扩增的无需复杂设备的快速检测装置，使用本发明的反应管可快速、简便、高效对含靶序列的细菌、病毒、和其他含核酸样本进行定性检测。在此基础上，完成了本发明。

检测反应管

本发明的检测反应管包括：

上本体，所述上本体设有盖子、第一腔室和第二腔室；

所述第一腔室用于接收待检测样品，而所述的盖子用于在所述第一腔室接收了待检测样品之后，对所述第一腔室进行密封；

所述第二腔室用于对所述待检测样品进行检测反应，并形成反应产物混合液；

并且所述第二腔室位于第一腔室的下方，所述第一腔室和第二腔室设有一流体通道，其中，所述的流体通道允许流体从第一腔室流入第二腔室；和

下本体，所述的下本体设有检测腔室和穿刺部件；

所述的检测腔室用于容纳检测制品；

所述穿刺部件用于在所述检测反应完成后，刺穿所述第二腔室，并使得所述的反应产物混合液流出并流入所述的检测腔室；

其中，所述上本体和下本体通过耦合结构密封连接在一起。

优选地，所述的穿刺部件设有c截面型。

优选地，所述的盖子、第一腔室和第二腔室是一体的。

优选地，所述的盖子通过一柔性连接件与上本体顶部相连。

优选地，所述上本体与下本体相互独立；使用时，所述上本体与下本体形成密闭空间。

优选地，所述上本体的底部还设有一用于封闭所述第二腔室的薄膜，当所述薄膜被所述穿刺部件刺穿时，所述的反应产物混合液可流出第二腔室。

优选地，使用时，上本体与下本体通过螺纹、卡扣或推拉装置连接。

优选地，所述上本体外壁包被金属(如铝)薄膜。

优选地，本发明反应管的上本体使用聚丙烯管材料(polypropylene)制成，较佳地，所述上本体内壁使用低吸附涂层(如silicone)。

优选地，本发明反应管的上本体下部外壁设有螺纹。

优选地，所述上本体高度为10-60mm，较佳地20-40mm，更佳地20-30mm。

优选地，本发明中，第一腔室体积为0.1ml-1ml，较佳地为0.5ml。

优选地，本发明中，第二腔室体积为0.1ml-1.5ml，较佳地为0.5ml。

优选地，所述第一腔室采取锥形底面以辅助液体导向底部。

优选地，所述的第一腔室为样本腔。

优选地，所述第二腔室包括至少一个反应腔，各腔室之间通过连接管道连接。

优选地，所述上本体底部使用可刺穿薄膜密封

优选地，所述第二腔室中含有反应试剂，较佳地，第二腔室为真空状态。

优选地，所述下本体为圆形、椭圆形、多边型。

优选地，所述下本体配制有透明的观察窗。

优选地，所述下本体内壁上部设有螺纹。

优选地，所述下本体高度为25-70mm，较佳地为30-50mm。

优选地，本发明中，第一腔室与第二腔室流体通道为连接管道，较佳地，所述的连接管道的直径约为0.5-1mm。

优选地，所述的连接管道使用熔点在50-70℃的介质密封，较佳地，所述介质为石蜡。

优选地，本发明检测管的下本体还包括检测制品。

优选地，所述的检测制品包括：检测试剂、侧流片、芯片、测试条、检测板，或其组合，较佳地检测制品为侧流片或测试，更佳地为胶体金侧析检测试纸。

优选地，侧流片或测试条包括：吸收垫、检测线、对照线和层析纸。

优选地，胶体金试纸使用偶联亲和素(streptavidin)。

优选地，检测制品用于检测核酸。

优选地，下本体包含至少一个隔室，如1、2、3、4、5、6个。

优选地，所述下本体包括至少1份检测制品，优选地1-6份。

优选地，所述耦合结构为螺纹。

反应管使用方法

上本体的样本腔设计体积为约0.5ml，采取锥形底面以辅助液体导向底部。在待检测状态前样本腔含有一定量(如100ul2x)裂解液(典型配方含细胞、病毒膜裂解剂)，当加入一定量(100ul)样本后，得到样本裂解液(如200ul1x)。在加入样本后，盖上盖子，这时样本腔受到压缩压力略高于大气压。

在样本腔的下方设计至少一(如2、3、4、5)个反应腔，体积约为200-400ul(如300ul)，加样前处于真空状态，存放有反应需要的试剂(如冻干试剂和其他反应试剂)。从样本腔到反应腔之间连接采取连接管道连接，连接管道直径约为0.5-1mm，采取蜡或者其他低熔点(50-70℃)密封介质封口。

需要反应开始时，采取将整个反应管至于简易温控盒内进行温度控制(可以为65℃)，首先样本腔首先升高温度进行裂解反应。同时，蜡封开始融化。重力和真空驱动裂解样本进入反应腔。

在样本腔内含有冻干试剂和其他反应试剂。

同理，当反应腔为2个或以上，且反应腔上下都采取密封介质密封，各腔室可依次加入其他组份。

下本体可以采用圆形设计或圆到扁/多边型设计，对于单试纸优选扁或圆形。下本体可以使用不透明塑料管配合透明的观察窗设计，内部容纳一个或多个试纸条(如1-6片胶体金侧析检测试纸)，所述下本体高度为长度需要容纳商用的胶体金试纸，样本池板靠上承接反应腔通过针导入的反应液。平时下管的螺纹部分套入上管外螺纹。当反应时间满足时，用户将下管顺时针拧紧。动作导致下管向上提升，c形针刺穿封膜。液体顺针导到吸收垫上。推到底时，垫可以直接接触到膜，保证液体充分导入试纸检测。

试剂盒

本发明的试剂盒，包括如上所述的检测反应管、crispr试剂和/或lamp试剂。

优选地，本发明试剂盒的反应管的第一腔室中含有裂解液；第二腔室密封有crispr试剂和/或lamp试剂。

优选地，所述crispr试剂为冻干试剂。

优选地，crispr试剂包括耐热crispr酶(如aapcas12b、geocas9或thermocas9)、grna和报告基因oligo。

优选地，lamp试剂使用商用的rt-lamp试剂盒。

检测制品

本发明检测制品包括：检测试剂、侧流片、芯片、测试条、检测板，或其组合。

优选地，所述检测制品为胶体金试纸，所述胶体金试纸采取偶联亲和素(streptavidin)，来区别检测完整的biotin-抗原和被切割的biotin-抗原。

检测反应器

本发明的检测反应器包括如上所述的试剂盒和检测制品。

crispr试剂

本发明中，crispr试剂体系使用40nm耐热crispr酶(如aapcas12b、geocas9或thermocas9)、40nmgrna、100nm报告基因oligo。

新冠病毒n基因区间的扩增子检测grna序列，参见张峰团队发表于medrxiv的文章使用的引物和grna：

grna:5'-gucuagaggacagaauuuuucaacgggugugccaauggccacuuuccagguggcaaagcccguugagcuucucaaaucugagaaguggcaccgaagaacgcugaagcgcug-3'

当需要检测其他序列时，可以根据grna设计原则作出相应的调整。

lamp

本发明中，逆转录-环介导等温扩展(lamp)可以使用商用的rt-lamp试剂盒条件，如biolabs提供的条件：20ul反应体系(1xisothermalamplificationbuffer,7mmmgso4,1.4mmdntpmix,1.6umfip/bip内引物对，0.2umf3/b3引物对，0.4umloopf/b环引物对,bst2.0,warmstartdnapol8u,warmstartrt0.5ul)，反应条件为60℃，30分钟。

引物：

f3:5'-gctgctgaggcttctaag-3'

b3:5'-gcgtcaatatgcttattcagc-3'

fip：5'-gcggccaatgtttgtaatcagtagacgtggtccagaacaa-3'

bip：5'-tcagcgttcttcggaatgtcgctgtgtaggtcaaccacg-3'

温控部件

本发明中，样本腔与反应腔反应过程温度控制可以使用商用具有控温功能装置。本发明提供一种简易温控装置，所述装置中间预留空腔(如1-8个，优选地2个)，可以将可容纳反应管上本体置于其内(类似于金属浴)，所述简易控温装置可以包含底座、加热元器件(如加热丝、加热板)、温度传感器、温度显示面板。

检测反应装置

本发明的检测反应装置包括如上所述的检测反应管和控温部件。

优选地，所述检测反应管的上本体第二腔室中密封有反应试剂(如crispr试剂和/或lamp试剂)，下本体内装有如上所述的检测制品(如胶体金试纸)

本发明主要优点：

1、本发明反应管设计结构简单、便于加工制造、成本较低等。

2、本发明反应管配合反应试剂可快速、简便、高效对含靶序列的细菌、病毒、和其他含核酸样本进行定性检测。

3、本发明在一套反应体系中完成裂解、扩增以及对目的核酸样本的检测，避免了样本转移造成的污染可能，适合在各种条件下对病原体进行快速、安全地检测。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按重量计算。

实施例

实施例1含有一个反应腔的反应管及其使用方法

a.上管

样本腔(101)，体积约为0.5ml，采取锥形底面以辅助液体导向底部；

反应腔(105)，体积约为300ul，加样前处于真空状态，可用于存放反应需要的冻干试剂。从样本腔到反应腔之间连接采取连接管道(103)连接，连接管道直径约为0.5mm，采取石蜡封口；

上管底部与反应腔底面采用铝膜热封；

上管底部外壁设有螺纹。

b.下管

下管为扁或圆形的不透明塑料管，设置透明的观察窗，内部可容纳1片胶体金侧析检测试纸。下管长度需要容纳商用的胶体金试纸，样本池板靠上承接反应腔通过针导入的反应液。平时下管的螺纹部分套入上管外螺纹。

当使用时，用户将下管顺时针拧紧。拧紧动作导致下管向上提升，c形针(207)可刺穿封膜(108)。上管的液体可顺针导到吸收垫上。推到底时，垫可以直接接触到膜，保证液体充分导入试纸检测。

上管与下管通过螺纹连接，形成密闭空间。

本实施例的检测反应管如图1所示。

实施例2含有两个反应腔的反应管

本实施例与实施例1相似，不同点在于，上管包含2个反应腔(105,110)，2个反应腔呈上下串联形式，如图2所示。

实施例3下管含有2片检测纸的反应管

本实施例与实施例1相似，不同点在于，下管包含2片胶体金侧析检测试纸，2片检测试纸呈面对面放置。

实施例4下管含有3片检测纸的反应管

本实施例与实施例1相似，不同点在于，管包含3片胶体金侧析检测试纸，3片检测试纸呈三角放置。

实施例5下管含有4片检测纸的反应管

本实施例与实施例1相似，不同点在于，管包含4片胶体金侧析检测试纸，4片检测试纸呈四方形放置。

实施例6新冠病毒单重检测

使用实施例1中的检测管与控温设备

1.将简易控温设备打开，～2分钟后金属样本腔温度将会达到60℃。

2.加样含新冠病毒的鼻咽拭子，通过采样盒，存在vtm病毒保存液中。

取50-100ul样本，加入含裂解液的加样口。合上盖子密封。上下翻转2-3次混匀样本。

3.控温装置温度达到后，将样本管置于控温装置内，保持样本管位置垂直。

4.样本在裂解液中逐渐部分裂解，60℃温度将会加速这一过程。

5.同时，60℃温度将会使蜡封慢慢融化，从而使裂解液导入包含冻干试剂的反应腔。冻干试剂腔含裂解中和试剂、逆转录(rt)、等温扩增(lamp)、引物、crispr所需全部试剂(1pot)。

6.反应腔使用前抽真空，用铝箔热封口。这样负压帮助反应液体进入反应腔。同时垂直放置的反应管也帮助液体转移。

7.在60℃反应，进行30分钟一体式单管反应。

8.在反应结束后，通过旋转试纸管，将管向上推动，内置固定在管中心的截面是c型的针刺破热封的铝箔，让液体通过c针导入和针固定在一起的样本加样垫吸取反应液体。开始侧向层析检测。检测被crispr切割的代检信号(biotin)

9.如果检测到靶标序列并切割成功，侧向层析试纸则可以成功的检测到切割产物。

检测结果如图4所示。可以看到在右方样本(实验组)中检测到切割产物。

实施例7新冠病毒单重检测

采用与实施例6相同的方法，不同点在于所用的上本体为实施例2中含有两个反应腔的反应管。在第一反应腔(110)中放置rt-lamp试剂，第二反应腔(105)中放置crispr试剂，以提高反应效率。得到的实验结果与实施例6相同。

由上述实验结果可知，本发明的反应管能够快速、简便、高效对含靶序列的病原体样本进行定性检测，避免了样本转移造成的污染可能，适合在各种条件下对病原体进行快速、安全地检测。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。