基于数字微流控的集成化外泌体来源核酸提取系统及方法

技术特征：
1.一种基于数字微流控的集成化外泌体来源核酸提取系统，其特征在于，所述核酸提取系统包括：微流控芯片，所述微流控芯片包括间隔设置的上极板和下极板，所述上极板开设有进样口，所述上极板与下极板的两侧分别设置有间隔板，并与所述间隔板之间形成内部反应腔，外泌体样本自所述进样口加入所述内部反应腔中进行核酸提取；磁铁控制单元，所述磁铁控制单元设置于所述微流控芯片的上方，所述磁铁控制单元包括电磁铁和夹持于所述电磁铁顶端的永磁铁，所述电磁铁在垂直于所述微流控芯片的方向上推动与收缩，带动所述永磁铁靠近或远离所述微流控芯片；驱动电源，所述驱动电源包括芯片驱动电源、磁铁驱动电源和开关电路，所述开关电路的电压输入端分别与所述芯片驱动电源、所述磁铁驱动电源连接，所述开关电路的电压输出端分别与所述微流控芯片、所述磁铁控制单元连接，所述芯片驱动电源通过所述开关电路为所述微流控芯片提供驱动电压，所述磁铁驱动电源通过所述开关电路控制所述电磁铁的推动与收缩；控制单元，所述控制单元包括控制界面和mcu，所述控制界面与所述mcu连接，所述mcu与所述开关电路的信号输入端连接，所述控制界面通过所述mcu实现对所述开关电路的控制。2.根据权利要求1所述的基于数字微流控的集成化外泌体来源核酸提取系统，其特征在于：所述内部反应腔包括通过各通道依次连通的样本腔、孵育腔、释放剂腔、废液腔和备用腔；所述废液腔的输入端连接有第一通道，所述样本腔通过第二通道与所述第一管道连通，所述孵育腔通过第三通道与所述第一通道连通，所述释放剂腔通过第四通道与所述第一通道连通，所述备用腔通过备用通道与所述第一通道连通。3.根据权利要求2所述的基于数字微流控的集成化外泌体来源核酸提取系统，其特征在于：所述上极板的下方设置有导电镀层，所述导电镀层的下方和所述进样口的两侧均涂覆有上部疏水层，所述下极板的上方设置有介电层，所述介电层的上方涂覆有下部疏水层，且所述介电层内部嵌设有多个驱动电极，多个所述驱动电极分别对应设置于所述内部反应腔的下方，用于驱动液滴的移动。4.根据权利要求3所述的基于数字微流控的集成化外泌体来源核酸提取系统，其特征在于：所述微流控芯片设置于所述夹具探针台上，所述夹具探针台上设置有多路探针，多路探针分别与多个所述驱动电极相应连接。5.根据权利要求4所述的基于数字微流控的集成化外泌体来源核酸提取系统，其特征在于：所述开关电路包括继电器阵列，所述继电器阵列包括多个继电器，每个所述继电器连接一路所述探针，所述继电器通过所述探针相应的控制所述驱动电极的通断。6.根据权利要求1所述的基于数字微流控的集成化外泌体来源核酸提取系统，其特征在于：所述导电镀层为氧化铟锡导电镀层；所述下极板为图形化电极，所述图像化电极采用标准mems工艺制造而成；所述间隔板的厚度为80～120μm。7.根据权利要求1所述的基于数字微流控的集成化外泌体来源核酸提取系统，其特征在于：所述芯片驱动电源包括信号发生器和电压放大器，所述信号发生器产生的信号经所
述电压放大器放大后接入开关电路。8.根据权利要求1所述的基于数字微流控的集成化外泌体来源核酸提取系统，其特征在于：所述控制界面包括控制程序和图形界面，所述控制程序通过所述mcu实现对所述开关电路的控制，所述图形界面包括手动模式和自动模式，所述手动模式用于用户手动控制所述驱动电极，所述自动模式用于编辑所需执行的动作流程进而自动执行。9.一种基于数字微流控的集成化外泌体来源核酸提取方法，其特征在于：所述核酸提取方法包括以下步骤：s1、提供如权利要求1～8中任一所述的基于数字微流控的集成化外泌体来源核酸提取系统；s2、配制外泌体样本溶液、磁珠悬浮液和释放剂溶液；s3、开启mcu、芯片驱动电源和磁铁驱动电源，并打开控制界面；s4、在控制界面选择手动模式，开启内部反应腔的驱动电极，将步骤s2中配制的所述外泌体样本溶液、磁珠悬浮液和释放剂溶液分别从进样口注入内部反应腔；s5、控制界面调为自动模式，在自动模式下设置执行流程，自动完成外泌体样本的预处理和核酸提取，得到核酸释放液；s6、断开开关电路，并取下微流控芯片，收集得到的核酸释放液。10.根据权利要求9所述的基于数字微流控的集成化外泌体来源核酸提取方法，其特征在于：步骤s5中自动完成外泌体样本的预处理和核酸提取，具体包括以下步骤：s51、推动电磁铁使永磁体靠近孵育腔，将磁珠与液体分离，磁珠聚集在电磁铁周围并滞留于孵育腔内部，同时操控驱动电极将孵育腔中的液体转移至废液腔中；s52、收缩电磁铁使永磁铁远离孵育腔，将样本腔中的外泌体样本溶液转移至孵育腔中，外泌体样本溶液与磁珠均匀混合，孵育30～60min，得到磁珠-外泌体混合液；s53、再次推动电磁铁使永磁体靠近孵育腔，将孵育腔中的磁珠-外泌体混合产物与剩余的样本溶液分离，磁珠-外泌体混合产物聚集在电磁铁周围并滞留于孵育腔内部，同时操控驱动电极将剩余的样本溶液转移至废液腔中；s54、再次收缩电磁铁使永磁体远离孵育腔，将释放剂溶液转移至步骤s53的孵育腔中，释放剂溶液与孵育腔中的磁珠-外泌体混合产物均匀混合，孵育10min，得到核酸释放液。

技术总结
本发明提供一种基于数字微流控的集成化外泌体来源核酸提取系统及方法，包括：微流控芯片、磁铁控制单元、驱动电源和控制单元，微流控芯片包括间隔设置的上极板和下极板，上极板开设有进样口，上、下极板与间隔板之间形成内部反应腔；磁铁控制单元包括电磁铁和夹持于电磁铁顶端的永磁铁；驱动电源包括芯片驱动电源、磁铁驱动电源和开关电路，开关电路的电压输入端分别与芯片驱动电源、磁铁驱动电源连接，电压输出端分别与微流控芯片、磁铁控制单元连接；控制单元包括控制界面和MCU，控制界面与MCU连接，MCU与开关电路的信号输入端连接。本发明实现了高效一体化外泌体富集以及核酸释放，实现外泌体来源核酸样本预处理集成化与自动化。自动化。自动化。


技术研发人员：毛红菊 仝钊多 申传杰 陆赟星 赵建龙
受保护的技术使用者：中国科学院上海微系统与信息技术研究所
技术研发日：2022.01.05
技术公布日：2022/4/8