病毒检测系统及其微流控芯片的制作方法

本发明属于核酸检测技术领域，尤其涉及一种病毒检测系统及其微流控芯片。

背景技术：

微流控技术主要依赖于流体在一个极为狭窄地管道内流动。要实现这一目标，研究者们需要借助不同材质的芯片来制造高低，长短不一的微流控芯片。目前，主要的微流控芯片材质主要集中于玻璃、塑料等材料。这些材料允许科学家们通过刻蚀等相关技术来实现对微流控芯片的制造。

目前市面上的病毒检测芯片大多数地集中于对于病毒l1区的检测，这种检测技术只能大范围地鉴定病毒病毒的感染与否，但是无法直接的指明患者究竟感染哪一种准确的病毒亚型。同时，一些微流控芯片的检测时间过于冗长，导致检测效率较低。

因此，亟需一种新的病毒检测系统及其微流控芯片。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种微流控芯片，集成了核酸提取，核酸纯化以及核酸扩增与检测的功能，检测效率高。

根据本发明的一个方面，一种微流控芯片，包括：液体储存单元，用于存储检测过程中使用或产生的液体；核酸纯化单元，连通于所述液体储存单元，所述核酸纯化单元用于纯化样品液以获取核酸物质；扩增检测单元，包括主管道、多个反应池及多个支管道，所述扩增检测单元通过所述主管道与所述核酸纯化单元连通，各所述反应池通过所述支管道与所述主管道连通，所述反应池用于不同样品液的所述核酸物质进行扩增与检测。

根据本发明实施例的一个方面，所述支管道至少包括初级支管道及末级支管道，每条所述初级支管道至少与两条所述末级支管道连接，每条所述末级支管道至少与两个所述反应池连接，所述末级支管道上设置有控制所述核酸物质进出所述反应池的第一阀体组。

根据本发明实施例的一个方面，所述主管道为环形管体，所述环形管体通过与所述反应池数量相同的所述支管道分别与各个所述反应池一一对应连接。

根据本发明实施例的一个方面，所述液体储存单元包括样品液池、清洗液池、洗脱液池以及废液池，所述样品液池、所述清洗液池、所述洗脱液池以及所述废液池分别通过液流通道与所述核酸纯化单元连接。

根据本发明实施例的一个方面，所述液流通道上设置有第二阀体组，所述第二阀体组包括设置于所述样品液池与所述核酸纯化单元之间的样品液阀、设置于所述清洗液池与所述核酸纯化单元之间的清洗液阀、设置于所述洗脱液池与所述核酸纯化单元之间的洗脱液阀以及设置于所述废液池与所述核酸纯化单元之间的废液阀。

根据本发明实施例的一个方面，所述核酸纯化单元为磁珠混合池，所述磁珠混合池包括放置池以及内置于所述放置池内的至少两个磁珠，所述磁珠的直径大于所述样品液阀、所述清洗液池、所述清洗液阀、所述洗脱液阀以及所述废液阀的入口口径。

根据本发明实施例的一个方面，所述微流控芯片还包括设置于所述主管道与所述核酸纯化单元之间的混匀单元，所述混匀单元包括多段式曲管组件，所述多段式曲管组件设置有连续的弯折部，所述多段式曲管组件的进液口与所述核酸纯化单元连接，所述多段式曲管组件的出液口与扩增检测单元连接。

根据本发明实施例的一个方面，所述反应池为透光反应池。

另一方面，本发明实施例还提出了一种病毒检测系统，包括：

微流控芯片，如上述的微流控芯片；超声波模组，所述超声波模组能够发送超声波至所述微流控芯片，以破碎所述微流控芯片内的样品液；温度控制单元，用于为所述核酸物质扩增提供反应温度；检测试剂提供单元，用于为检测提供病毒检测剂。

根据本发明实施例的另一个方面，所述检测试剂提供单元所提供的病毒检测剂为荧光检测剂。

与现有技术相比，本发明实施例提供的微流控芯片，包括液体储存单元、核酸纯化单元以及扩增检测单元，能够分别用于完成核酸提取，核酸纯化以及核酸扩增与检测的功能，实现在只需一次加样的前提下，自动完成核酸扩增与检测的全部步骤的需求，且设置有多个反应池，样品液可以进入不同的反应池，完成核酸不同病毒亚型的检测，可以同时满足对于不同样品液的扩增与检测，检测效率高，且不同的反应池被相互隔离，不会产生交叉污染。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的微流控芯片的平面结构示意图；

图2是图1所提供的微流控芯片的立体结构示意图；

图3是图1中磁珠混合池的局部放大图；

图4是图1中反应池的局部放大图；

图5是本发明另一实施例提供的微流控芯片的结构示意图。

附图中：

1-样品液池；2-进样通道；21-样品液阀；3-磁珠混合池；31-磁珠；4-废液通道；41-废液阀；5-废液池；6-清洗液池；7-洗脱液池；8-洗脱液通道；81-洗脱液阀；9-混匀通道；91-混匀阀；10-混匀单元；11-主管道；12-支管道；121-第一阀体组；13-反应池。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本发明造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本发明的病毒检测系统及其微流控芯片的具体结构进行限定。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了更好地理解本发明，下面结合图1至图5根据本发明实施例的病毒检测系统及其微流控芯片进行详细描述。

图1是本发明一实施例提供的微流控芯片的平面结构示意图；图2是图1所提供的微流控芯片的立体结构示意图；图3是图1中磁珠混合池的局部放大图；图4是图1中反应池的局部放大图；图5是本发明另一实施例提供的微流控芯片的结构示意图。

请一并参阅图1至图5，本发明实施例提供一种微流控芯片，包括：液体储存单元、核酸纯化单元以及扩增检测单元，其中，液体储存单元连通于核酸纯化单元，储存在检测过程中需要流入核酸纯化单元的样品液、清洗液、洗脱液以及从核酸纯化单元内排出的废液，而核酸纯化单元连通与扩增检测单元，在核酸纯化单元纯化样品液获取核酸物质后，将核酸物质送入扩增检测单元，对核酸物质进行扩增并进行针对性的检测。

在一些可选的实施例中，为了方便储存不同种类的液体，液体储存单元包括样品液池1、清洗液池6、洗脱液池7以及废液池5，且为了避免相互影响混杂，样品液池1、清洗液池6、洗脱液池7以及废液池5分别通过液流通道与核酸纯化单元连接，即液流通道设置有多条，每条液流通道的两端分别连通样品液池1、清洗液池6、洗脱液池7以及废液池5中的一者以及核酸纯化单元，如图3所示，液流通道具体包括进样通道2、废液通道4、洗脱液通道8，由于只需一次进样，样品液与清洗液共用一个进样通道2，节省成本，当然，也可以单独设置两个通道，需要说明的是，本发明所采用的清洗液、洗脱液具体可以采用乙醇、蒸馏水等物质，具体浓度与配比用户可以根据实际情况进行选择。

请参阅图3，由于样品液池1、清洗液池6、洗脱液池7并不需要时时与核酸纯化单元保持连通，且样品液、清洗液、洗脱液的添加需要保持次序，因而，在一些可选的实施例中，液流通道上设置有第二阀体组，第二阀体组包括设置于样品液池1与核酸纯化单元之间的样品液阀21、设置于清洗液池6与核酸纯化单元之间的清洗液阀、设置于洗脱液池7与核酸纯化单元之间的洗脱液阀81以及设置于废液池5与核酸纯化单元之间的废液阀41，即样品液池1、清洗液池6、洗脱液、废液池5与核酸纯化单元之间各自设置阀体控制开关，第二阀体组的各个阀体之间可以相互独立控制，也可以统一控制，方便操作。

可选的，样品液阀21、清洗液阀、洗脱液阀81、废液阀41均为单向阀，单向阀是流体只能沿进水口流动，出水口介质却无法回流，即防止液体从核酸纯化单元回流。单向阀又称止回阀或逆止阀。用于管道系统中防止液体反向流动，或者用于气动系统中防止压缩空气逆向流动。当然，用户还可以采用电磁阀等其他种类的阀门，能够实现控制样品液、清洗液、洗脱液的添加以及废液排出的功能即可。

为了实现核酸物质的提取与纯化，在本实施例中，采用磁珠吸附法对核酸物质进行提取与纯化，这种技术能够允许核酸物质被磁珠31吸附，而一些细胞器以及其他细胞部件被冲离。具体的，核酸纯化单元为磁珠混合池3，磁珠31混合池3包括放置池以及内置于放置池内的至少两个磁珠31。

需要说明的是，在放置池内的至少放置两个磁珠31，是因为核酸物质片段由于表面所带的电荷，因此可以被磁珠31吸附到表面。越小的磁珠31拥有越大的体表比，由此可以吸附更多的核酸物质片段。然而，过于小的磁珠31很容易导致在冲洗过程中被冲刷到其他区域。因此，各个磁珠31的直径大于样品液阀21、清洗液池6、清洗液阀、洗脱液阀81以及废液阀41的入口口径，，以保证在进样，清洗，洗脱的过程中，磁珠31不会被误压入其他区域，避免在实验过程中出现偏差。

请参阅图4，进一步的，在核酸纯化单元纯化样品液获取核酸物质后，核酸物质进入扩增检测单元，可选的，扩增检测单元包括主管道、多个反应池13及多个支管道12，具体的，增检测单元通过主管道与核酸纯化单元连通，各反应池13通过支管道12与主管道连通，反应池13用于不同样品液的核酸物质进行扩增与检测。需要说明的是，在本实施例中，主管道只有一个，一个主管道11与多个支管道12连接，即核酸物质在进入主管道11后，分别进入不同的支管道12中，支管道12既起到分流的作用，而各个支管道12分别与不同的反应池13连通，各个反应池13相互隔开，互不连通，以进行不同的反应，避免相互掺杂影响，反应池13具体可以设置30个或者更多。

另外，反应池13可以采用透光反应池，可以实时的监控检测的反应进程，同时可以达到对于检测结果的定性以及半定量，具体可以采用玻璃等材质。

为了实现分液的效果，支管道12具体可以采用多种形式，在一种可选的实施例中，如图1及图2所示，支管道12至少包括初级支管道及末级支管道，每条初级支管道至少与两条末级支管道连接，每条末级支管道至少与两个反应池13连接，末级支管道上设置有控制核酸物质进出反应池13的第一阀体组121。

由此，从核酸纯化单元排出的核酸物质经由初级支管道及末级支管道的逐级分流分别进入不同的反应池13中，可以理解的是，初级支管道与末级支管道之间还可以采用更多的中级支管道，例如，一级支管道、二级支管道，以保证核酸物质较多时均能被分流进入至不同的反应池13中，进一步地，在末级支管道上设置有第一阀体组121，以控制控制核酸物质进出反应池13，当然，第一阀体组121可以设置于中级支管道上，以同时控制多个与中级支管道连通的反应池13的开闭。

请参阅图5，在主管道11与支管道12的另一种设置方式中，主管道11为环形管体，环形管体通过与反应池13数量相同的支管道12分别与各个反应池13一一对应连接，即支管道12只设置一级，直接与反应池13一一对应连接，核酸物质的流动路径更短，更直接，提高了检测效率，且将主管道11为环形管体，环形管体的横截面可以为矩形或者圆形等形状，在环形管体上设置若干与支管道12相匹配的开孔，两者通过胶接或者一体式制作等方式连接，支管道12通常采用规格相同的直管，布置方便，且成本较低。

在一些可选的实施例中，为了保证核酸物质与液体混均，提高检测的准确性，本发明设计了一个单独的单元用于核酸物质与液体的混匀，微流控芯片还包括设置于主管道11与核酸纯化单元之间的混匀单元10。

可选的，混匀单元10包括多段式曲管组件，多段式曲管组件设置有连续的弯折部，多段式曲管组件的进液口与核酸纯化单元连接，多段式曲管组件的出液口与扩增检测单元连接，具体的，多段式曲管组件设置有多段s形弯折的管体，相互拼接形成一个混匀区，可选的，核酸纯化单元与混匀单元10之间设置有混匀通道9，且混匀通道9上设置有混匀阀91。

混匀单元10在很多芯片上被省略掉了，因为其使用的样品液数量会非常多，或者样品液浓度会非常的高。但是如果要实现高灵敏度的核酸物质检测的话，对于样品液的混匀则是必不可少的。

本实施例在扩增检测单元之前加入了一个混匀单元10，其作用在于通过样品液内的分子的自由运动，延长运动路径来实现样品液的充分混匀。这一过程的实现可以有效地帮助样品液在反应槽内的反应过程。当然，混匀单元10的具体结构形状并无特殊限定，用户可以根据实际情况进行选择。

可选的，本微流控芯片还设置有用于推动液体流动的压力单元，具体可以采用压电陶瓷等材料制作。

由此，本微流控芯片的检测过程如下，样品液(体液，表皮等溶于缓冲液)被加入样品液池1中。实验人员需要同时用盖片封闭芯片入口。之后，一个高频的超声被加于样品液池1内。在超声的作用下，细胞膜以及核膜被破碎，完整的核酸物质被打破成为目标长度。在电压板的作用下，样品液被推入放置池内。通过一段时间磁珠31的吸附作用，核酸物质以及一些带有相同电荷的物质被吸附在磁珠31上。之后，废液被继续推入至废液池5内。由于单向阀的作用，液体流出样品液池后不会再被吸入至放置池内。之后，由清洗液池6内加入清洗液，清洗液会清洗掉被磁珠31吸附的杂质。同样地，所产生的废液也是被推入放置池内，再被推入废液池5内。清洗液的体积是样品液的三倍，这样可以有效的保证杂质能够被充分的洗脱出来。完成了以上步骤之后，洗脱液被从洗脱液池7被泵入。洗脱液的作用是使得核酸物质与磁珠31分离，使之可以被用来完成之后的试验。

核酸物质之后被推入到混匀单元10内，可以被充分的混匀。混匀后的核酸物质被继续推入到扩增检测单元内。在扩增检测单元内，有提前包埋好的冻干过后的干粉，在核酸物质被通入到这些反应池13之后，核酸物质随即与干粉发生扩增反应，反应的产物在检测产品的作用下可被机器识别，从而实现对样品液的检测，具体的，可以采用荧光检测，使用荧光探针实现对病毒的检测。

与现有技术相比，本发明实施例提供的微流控芯片，包括液体储存单元、核酸纯化单元以及扩增检测单元，能够分别用于完成核酸提取，核酸纯化以及核酸扩增与检测的功能，实现在只需一次加样的前提下，自动完成核酸扩增与检测的全部步骤的需求，且设置有多个反应池13，样品液可以进入不同的反应池13，完成核酸不同病毒亚型的检测，即可以同时满足对于不同样品液的扩增与检测，不同的反应池13被相互隔离，不会产生交叉污染，且检测效率高。

进一步的，本发明还提供了一种病毒检测系统，该系统包括上述的微流控芯片；超声波模组，超声波模组能够发送超声波至微流控芯片，以破碎微流控芯片内的样品液；温度控制单元，用于为核酸物质扩增提供反应温度；检测试剂提供单元，用于为检测提供病毒检测剂。可选的，检测试剂提供单元所提供的病毒检测剂为荧光检测剂。

本病毒检测系统以及微流控芯片具体可以检测人乳头瘤病毒(humanpapillomavirus，hpv)等多种类的病毒，且由于设置有多个反应池13，可以在反应池13内设置不同的荧光检测剂检测不同亚型的人乳头瘤病毒。

具体的，超声波模组能够发送超声波至微流控芯片，以破碎微流控芯片内的样品液。由于许多芯片对于细胞的破碎以及核酸的获取方式都体现在化学试剂的使用上，即每一次的试验与检测都需要对样品液进行化学品的处理，不利于大批量的样品液的检测。因此，一个可以重复使用的超声波模组可以有效地减少人为的操作以及化学试剂的使用。目前，采用不同频段的超声波长可以有效地控制核酸内目标核酸物质的长度。因此，本病毒检测系统采用的超声模组可以完成对于大批量样品液处理的需求。

需要说明的是，本发明所提到的核酸物质包括但不限于脱氧核糖核酸(deoxyribonucleicacid，dna)。

以上，仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

还需要说明的是，本发明中提及的示例性实施例，基于一系列的步骤或者装置描述一些方法或系统。但是，本发明不局限于上述步骤的顺序，也就是说，可以按照实施例中提及的顺序执行步骤，也可以不同于实施例中的顺序，或者若干步骤同时执行。