核酸提取器、核酸检测装置及提取和检测方法与流程

1.本发明涉及检测技术领域，具体涉及一种核酸提取器、核酸检测装置及提取和检测方法。


背景技术：

2.呼吸道感染一直是困扰人类最常见、发生率最高的疾病，严重影响人们正常社会生产、生活、学习，是老人和儿童因病死亡的最多病因，也是新发和突发传染病的最主要病源因素。对于呼吸道感染防治而言，特别像流感病毒、肺炎支原体等有特效药且用药时间窗口狭窄的病原体，防治越靠前，越有效，损失越小，因此防治时机前移显得更加重要，而病原体的精确、快速、方便的诊断是防治的重要节点。基于此，建立一种能够在普通家庭使用或基层医疗单位床旁使用的快速、高效、方便的呼吸道病原体检测方法就成为迫切需求。
3.针对呼吸道病原体的诊断技术主要有病原体分离培养、抗原-抗体反应、核酸诊断等。分离培养方法一般是鉴定的金标准，也是进行病原体深入研究的重要一环，但由于其灵敏性低、技术难度高、培养时间长等原因无法作为常规临床检测开展；抗原-抗体反应主要分为检测病毒抗原和抗体两类，并延伸出多种检测技术，如elisa、胶体金、直接/间接免疫荧光检测等，具有操作方便、无特殊场地要求、技术要求低等优点，如胶体金等方法还具有检测速度快等优点。但在灵敏度、特异性上则相对较低，同时开发时间长、相关特异性抗体、抗原的制备难度较高，相对易出现假阳性、假阴性结果。在抗体检测中，由于病原体igm的产生一般是在感染后几天到一周左右时间，igg则只能代表既往感染，无法判定目前患者是否还在排毒，是否还具有传染性，因此在防控中常作为辅助检测。核酸诊断由于其高灵敏、高特异等特点目前被广泛使用，包括高通量测序、pcr扩增、等温扩增、crispr、分子杂交芯片等技术方法。这些技术方法各有其优缺点。
4.在核酸诊断方法中，核酸提取是其中的重要组成部分，而该过程技术、设备、场地要求高，一般需要30min甚至更长时间，对于rna病毒还需要有一系列防rna降解措施，严重影响了检测效率，也限制了普通家庭甚至基层医疗单位开展核酸诊断的可能性。实现核酸免提取或简易操作达到提取效果将是实现基层床旁和普通家庭病原体检测的重要一环。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对上述问题，提供一种核酸提取器、核酸检测装置及提取和检测方法。
6.本发明的第一目的在于提供一种核酸提取器，包括裂解管、脱盐管、中空连接件和不具有液体透过性的封液膜，所述裂解管通过所述中空连接件与所述脱盐管密封连接；所述裂解管具有进样端和裂解出液端，所述脱盐管具有脱盐进液端和脱盐出液端，所述脱盐进液端通过所述封液膜封堵，在使用时，所述裂解出液端能向所述脱盐出液端运动并刺破所述封液膜。
7.在其中一个实施例中，所述裂解出液端和所述脱盐进液端分别紧固套设于所述中
空连接件内，所述裂解管能够在所述中空连接件内移动，实现调控所述裂解出液端与所述封液膜之间的距离。优选的，所述中空连接件与所述脱盐出液端通过螺纹连接。
8.在其中一个实施例中，所述裂解管在所述裂解出液端具有外螺纹连接头，所述中空连接件具有内螺纹，所述外螺纹连接头与所述中空连接件的内螺纹相互匹配；优选的，所述外螺纹连接头的高度大于在装配状态时延伸出所述脱盐管的所述内螺纹部分的高度；优选的，所述外螺纹连接头的的外径小于所述裂解管其他部分的外径；优选的，所述外螺纹连接头的端部具有尖角。
9.在其中一个实施例中，所述中空连接件与与所述脱盐管之间夹设有第一垫片；和/或，所述脱盐管与所述封帽之间夹设有第二垫片。
10.在其中一个实施例中，所述裂解管的管壁具有变形部，在对所述变形部施加压力时能够使得所述变形部发生形变而使得所述裂解管内的溶液向所述脱盐进液端运动；和/或，所述裂解管的管壁为可形变体。
11.在其中一个实施例中，所述核酸提取器还包括柱塞，其构型为可于所述裂解管内移动。优选的，所述核酸提取器还包括第一限位组件，用以限定所述柱塞在所述裂解管内移动。优选的，所述核酸提取器还包括用于封闭所述进样端的盖帽，所述柱塞穿过所述盖帽延伸入所述裂解管内，所述第一限位组件可拆卸的抵触在所述柱塞的暴露于所述裂解管外的端部与所述盖帽之间。优选的，所述核酸提取器还包括封帽，所述封帽可拆卸地封堵在所述脱盐出液端。
12.在其中一个实施例中，所述核酸提取器还包括第二限位组件，用以限定所述外螺纹连接头旋入所述中空连接件内的长度。优选的，所述裂解管上具有第一抵触部，所述中空连接件上具有第二抵触部，第二限位组件可拆卸的抵触在所述第一抵触部与所述第二抵触部之间。
13.在其中一个实施例中，所述脱盐管中具有分子筛介质，所述分子筛介质选自葡聚糖凝胶g-25、葡聚糖凝胶lh-20、葡聚糖凝胶g-50中的至少一种。优选的，所述裂解管中装有裂解液。
14.本发明的第二目的在于提供一种核酸检测装置，包括核酸扩增仪器和核酸提取器。
15.在其中一个实施例中，所述核酸扩增仪器包括核酸扩增反应容器。
16.在其中一个实施例中，所述核酸扩增仪器包括恒温反应器；优选的，所述恒温反应器内预装的恒温扩增试剂；优选的，所述恒温扩增试剂为冻干试剂。
17.本发明的第三目的在于提供一种核酸预处理方法，包括如下步骤：
18.将待测样品和裂解液混合于装配好的所述的核酸提取器的所述裂解管内，裂解释放核酸，得到核酸裂解溶液，其中所述裂解出液端的端面与所述封液膜之间存在一定距离有间隔；
19.使所述裂解出液端能向所述脱盐出液端运动并刺破所述封液膜而使得所述裂解管中的所述核酸裂解溶液流入所述脱盐管进行脱盐处理，过滤所述核酸裂解溶液中的不溶或难溶性杂质并截留所述核酸裂解溶液中的盐类，在所述裂解出液端收集滤出液。
20.在其中一个实施例中，所述滤出液在流下一段体积后再进行收集；优选的，所述裂解管上标记有上限线和下限线，脱盐处理时所述裂解管中的液体平面在所述上限线和所述
下限线之间时再收集所述滤出液。
21.在其中一个实施例中，所述待测样品为拭子样本。
22.本发明的第四目的在于提供一种核酸检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
23.采用所述的核酸预处理方法得到核酸溶液；
24.将所述核酸溶液、引物和核酸扩增试剂加入所述的核酸检测装置所限定的所述核酸扩增仪器进行核酸扩增。
25.在其中一个实施例中，所述核酸扩增方法为等温扩增反应。
26.本发明提供一种核酸提取操作的一体化核酸提取器，结构简单，能够满足普通家庭和基层医疗单位等对呼吸道感染防控中高效、快速、方便高时效的病原体检测需求，该核酸提取器操作简便，无需专业培训即可使用；通过裂解管释放核酸，脱盐管可去除核酸溶液中对核酸扩增影响较大的抑制物以及裂解液中的小分子盐等，得到的纯化核酸溶液的扩增效果更准确；并且，在使用该核酸提取器预处理过程中，直接取其中核酸溶液用于检测，无需特殊精密取样设备；检测时可采用等温扩增反应实现核酸的扩增，通过反应后显色变化肉眼判断结果，等温扩增技术由于无需昂贵的扩增设备，可借助日常生活中常使用的恒温反应器进行，为普通家庭及基层使用提供了便利条件。
附图说明
27.图1为本发明一实施例的核酸提取器结构示意图；
28.图2为本发明一实施例的核酸扩增反应容器示意图。
具体实施方式
29.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
30.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
31.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
32.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
33.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等
术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.本发明的第一目的在于提供一种核酸提取器，包括裂解管21、脱盐管41、中空连接件31和不具有液体透过性的封液膜42，所述裂解管21通过所述中空连接件31与所述脱盐管41密封连接；所述裂解管21具有进样端和裂解出液端，所述脱盐管41具有脱盐进液端和脱盐出液端，所述脱盐进液端通过所述封液膜42封堵，在使用时，所述裂解出液端能向所述脱盐出液端运动并刺破所述封液膜42。
35.本发明提供一种核酸提取操作的一体化核酸提取器，结构简单，能够满足普通家庭和基层医疗单位等对呼吸道感染防控中高效、快速、方便高时效的病原体检测需求，该核酸提取器操作简便，无需专业培训即可使用；通过裂解管21释放核酸，通过脱盐管41可去除核酸溶液中对核酸扩增影响较大的抑制物以及裂解液中的小分子盐等，得到的纯化核酸溶液的扩增效果更准确；并且，在使用该核酸提取器预处理过程中，直接取其中核酸溶液用于检测，无需特殊精密取样设备；检测时可采用等温扩增反应实现核酸的扩增，通过反应后显色变化肉眼判断结果，等温扩增技术由于无需昂贵的扩增设备，可借助日常生活中常使用的恒温反应器进行，为普通家庭及基层使用提供了便利条件。
36.在一些实施方式中，所述核酸提取器还包括封帽45，所述封帽45可拆卸地封堵在所述脱盐出液端。
37.在一些实施方式中，所述裂解出液端和所述脱盐进液端分别紧固套设于所述中空连接件31内，用于实现裂解管21和脱盐管41的连接，并且所述裂解管21能够在上述中空连接件31内移动，从而可以调控所述裂解出液端与所述封液膜42之间的距离。
38.在一些实施方式中，所述中空连接件31与所述脱盐出液端通过螺纹连接。
39.可选的，所述裂解管21在所述裂解出液端具有外螺纹连接头24，所述中空连接件31具有内螺纹，所述外螺纹连接头24与所述中空连接件31的内螺纹相互匹配。优选的，所述外螺纹连接头24的高度大于在装配状态时延伸出所述脱盐管41的所述内螺纹部分的高度。
40.在一些实施方式中，所述外螺纹连接头24的的外径小于所述裂解管21其他部分的外径，小直径的外螺纹连接头24一方面作为连接部便于实现螺纹的松紧，便于操作，另一方面小直径的外螺纹的端部面积小，可以扩大施加到封液膜42上的压力，有利于将膜刺破。优选的，所述裂解管21的裂解出液端具有尖角，尖角有利于刺破封液膜42。优选的，所述外螺纹连接头24的端部具有尖角。
41.在一些实施方式中，所述中空连接件31与与所述脱盐管41之间夹设有第一垫片43；和/或，所述脱盐管41与所述封帽45之间夹设有第二垫片44。所述第一垫片43或所述第二垫片44可以为多孔材料，防止脱盐管41内的葡聚糖凝胶等的泄漏。
42.刺破封液膜42之后，本发明可通过至少三种方式实现裂解管21中的液体向脱盐管41的渗流。分别为依靠原始重力、挤压裂解管21使裂解管21内压力增大、助推组件向下挤压裂解管21内空气或液体。后两种方式可以使得液体的渗流更快，节省提取时间。
43.在一些实施方式中，所述裂解管21的管壁具有变形部，在对所述变形部施加压力时能够使得所述变形部发生形变而使得所述裂解管21内的溶液形成压力变化，使得所述裂
解管21内的溶液向所述脱盐进液端运动。
44.可选地，所述裂解管21的管壁为可形变体。可选地，所述裂解管21的管壁材料可以选自软塑料、橡胶、树脂和硅胶中的至少一种。
45.可选地，所述封液膜42可以为铝塑膜等不与体系反应、无法透过液体且有一定承压力的易穿刺或易撕除材质。
46.在一些实施方式中，所述核酸提取器还包括柱塞12，其构型为可于所述裂解管21内移动；优选的，所述核酸提取器还包括第一限位组件13，用以限定所述柱塞12能否在所述裂解管21内移动。优选的，所述核酸提取器还包括用于封闭所述进样端的盖帽11，所述柱塞12穿过所述盖帽11延伸入所述裂解管21内，所述第一限位组件13可拆卸的抵触在所述柱塞12的暴露于所述裂解管21外的端部与所述盖帽11之间。具体的，本发明柱塞12可采用类似医用注射器的柱塞12。所述盖帽11与所述进样端可通过螺纹连接。
47.在一些实施方式中，所述核酸提取器还包括第二限位组件32，用以限定所述外螺纹连接头24旋入所述中空连接件31内的长度。优选的，所述裂解管21上具有第一抵触部，所述中空连接件31上具有第二抵触部，第二限位组件32可拆卸的抵触在所述第一抵触部与所述第二抵触部之间。
48.本发明的第二目的在于提供一种核酸检测装置，包括核酸扩增仪器和上述的核酸提取器。
49.在一些实施方式中，所述核酸扩增仪器包括核酸扩增反应容器51。
50.在一些实施方式中，所述核酸扩增仪器包括恒温反应器。如图2，在一些实施方式中，核酸扩增采用等温扩增方法，核酸扩增反应容器51中装有恒温扩增试剂，优选的，所述恒温扩增试剂为等温扩增反应试剂冻干试剂52，内含反应所需的引物和核酸扩增试剂。
51.本发明的第三目的在于提供一种核酸预处理方法，包括如下步骤：
52.将待测样品和裂解液混合于装配好的所述核酸提取器的所述裂解管21内，裂解释放核酸，得到核酸裂解溶液，其中裂解出液端的端面与所述封液膜42之间存在一定距离有间隔；
53.使所述裂解出液端能向所述脱盐出液端运动并刺破所述封液膜42；
54.而使得所述裂解管21中的所述核酸裂解溶液流入所述脱盐管41进行脱盐处理，过滤所述核酸裂解溶液中的不溶或难溶性杂质并截留所述核酸裂解溶液中的盐类，在所述裂解出液端收集滤出液。
55.可选的，所述脱盐管具有外螺纹连接头，可使外螺纹连接头24向靠近所述脱盐管41的方向旋转，使得所述外螺纹连接头24将所述封液膜42刺破。
56.本发明的裂解液为常规的核酸提取用裂解液，包括但不限于本团队开发的rtu裂解液(发明专利授权号：zl202010373017.7)。
57.在一些实施方式中，所述滤出液在流下一段体积后再进行收集。
58.在一些实施方式中，所述裂解管21上标记有上限线22和下限线23，脱盐处理时所述裂解管21中的液体平面在所述上限线22和所述下限线23之间时再收集所述滤出液。
59.在一些实施方式中，所述脱盐管41中具有分子筛介质，所述分子筛介质选自葡聚糖凝胶g-25、葡聚糖凝胶lh-20、葡聚糖凝胶g-50中的至少一种。该类分子筛介质填充在脱盐管41中，不溶或难溶性杂质无法通过该分子筛介质之间而被过滤在分子筛介质上部，而
盐类等小分子则被截留在分子筛介质内部，核酸分子通过分子筛介质之间的空隙而流出。
60.在一些实施方式中，所述待测样品可为拭子样本。如咽拭子、鼻拭子等。
61.本发明的第四目的在于提供一种核酸检测方法，包括如下步骤：
62.采用所述的核酸预处理方法得到核酸溶液；
63.将所述核酸溶液、引物和核酸扩增试剂加入所述核酸扩增仪器进行核酸扩增。
64.在一些实施方式中，所述核酸扩增方法为等温扩增反应。
65.核酸扩增试剂可以为常规的扩增试剂。
66.以下为具体实施例。
67.实施例1
68.(一)该实施例使用的装置和试剂包括采用拭子、核酸提取器、裂解液、分子筛过滤介质、核酸扩增反应容器51、恒温反应器、等温扩增用核酸扩增试剂和引物。
69.本实施例核酸提取器主要部件如图1所示，主要包括：
70.柱塞12和盖帽11，包括：盖帽11，带有手动推杆的柱塞12，其作用在于封闭裂解管21，提取时推动柱塞12，手动加压使裂解液顺利通过脱盐管41内的介质。第一限位组件13抵触在手动推杆和盖帽11之间，作用在于避免误操作或挤压破坏封液膜42，使用时可去除。
71.裂解管21，内部装有600μl-2ml核酸提取的裂解液，为本团队开发的rtu裂解液(发明专利授权号：zl202010373017.7)，用于裂解释放核酸。裂解管21的外壁上标记有上限线22与下限线23，用于标识下压柱塞12时，可用于扩增模板核酸的柱塞12下压区间。裂解管21的下段为尖头的外螺纹连接头24，用于连接中空连接件31，未使用时外螺纹连接头24旋入中空连接件31一部分距离，使用时继续向下旋入中空连接件31可刺破封液膜42。
72.中空连接件31，连接裂解管21和脱盐管41。第二限位组件32，用于外螺纹连接头24,用于避免误操作或挤压破坏封液膜42，使用时可去除。
73.脱盐管41，内部预装即用型的脱盐介质，如分子筛类的葡聚糖凝胶g-25(sephadex-g-25)等，用于样品裂解后脱盐去杂质。脱盐进液端通过所述封液膜42封堵，该膜为铝塑膜，用于封闭脱盐管41并与裂解管21分隔开来。所述中空连接件31与所述脱盐管41之间夹设有第一垫片43，所述脱盐管41与所述封帽45之间夹设有第二垫片44，两垫片置于脱盐管41两端，为多孔材料，防止脱盐管41内的材料泄漏。封帽45，用于封闭脱盐管41的脱盐出液端，使用时可去除。
74.核酸扩增反应容器51采用0.1-0.2ml透明pcr管。等温扩增用核酸反应试剂为冻干试剂或微球，内含等温扩增所用的反应缓冲液、变色染料、mg
2
、dntp、bst dna/rna聚合酶、引物，使用时只需要加入1滴核酸提取器提取的核酸溶液模板即可进行核酸等温扩增。等温扩增试剂优选采用冻干试剂或冻干微球(等温扩增反应试剂冻干试剂52)，便于保存于运输。反应体系配好后，置于60～68℃进行反应20～30min。肉眼观察颜色变化，判断结果。
75.操作步骤如下。
76.咽拭子采集；
77.打开顶端盖帽11，将咽拭子放入裂解管21，并折断拭子杆，仅保留拭子头；
78.重新拧紧盖帽11，剧烈晃动30sec使咽拭子样品充分裂解，静置1min；
79.打开封帽45，去除第一限位组件13和第二限位组件32；
80.拧动裂解管21使尖头的外螺纹连接头24继续旋入中空连接件31，从而刺破封液膜
42，连通裂解管21和脱盐管41；
81.手指下压柱塞12的推杆，使核酸裂解溶液流入脱盐管41，前期流出液体不收集，当柱塞12下压使裂解液液面至上限线22与下限线23之间时，收集一滴液体至核酸扩增反应容器51中；
82.使用恒温水浴锅或可定温用具，60-68℃反应20-30min；肉眼判定颜色变化，判断阴阳性。
83.(二)甲型流感病毒检测方法验证
84.为验证本实施例所建立方法的实际效果，建立甲型流感病毒快速等温扩增检测方法(ia-lamp)，于广州医科大学附属第一医院收集100例疑似甲型流感病毒感染患者进行诊断分析，同时使用商品化甲型流感病毒荧光定量pcr检测试剂盒进行对照研究。
85.1.甲型流感病毒等温扩增试剂
86.检测试剂所用引物如表1所示，所有试剂成分制备成冻干微球，内含等温扩增所需的反应缓冲液、变色染料、mg
2
、dntp、bst dna/rna聚合酶、引物等成分，使用时只需要加入1滴核酸提取器提取的核酸溶液模板，溶解后即可进行核酸等温扩增。
87.甲型流感病毒荧光定量pcr检测试剂使用商品化试剂盒，并按照说明书要求进行配制、使用。
88.表1.甲型流感病毒m基因lamp引物
[0089][0090][0091]
y表示c或t；r表示a或g。
[0092]
2.样品采集、核酸提取及检测
[0093]
每位患者同时采集2份咽拭子样本：
[0094]
(1)一份至常规转运培养基用于荧光定量pcr检测
[0095]
1)样品采集后使用冰盒运输至检测实验室；
[0096]
2)使用rna提取试剂盒按要求提取样品rna；
[0097]
3)提取的rna取5ul用于甲型流感病毒荧光定量pcr检测反应；
[0098]
4)使用abi7500荧光定量pcr仪上机检测，根据扩增曲线判读结果。
[0099]
(2)一份采用本发明方法进行核酸制备并检测。
[0100]
1)打开提取器顶端盖帽11，将咽拭子放入并折断拭子杆；
[0101]
2)重新拧紧盖帽11，剧烈晃动30sec，静置1min；
[0102]
3)打开底部封帽45，去除第一限位组件13、第二限位组件32；
[0103]
4)拧动裂解管21使外螺纹连接头24全部旋入中空连接件31，刺破封液膜42；
[0104]
5)手指下压柱塞12的推杆，使核酸裂解溶液流入脱盐管41，前期流出液体不收集，当柱塞12至指定上限线22与下限线23之间时，收集一滴液体至反应管中；
[0105]
6)使用恒温水浴锅或可定温用具，65℃反应25min；肉眼判定颜色变化，判断阴阳性，本次试验使用红黄变色法，阴性为红色，阳性为黄色。
[0106]
3.筛查结果对比
[0107]
通过100例患者的对比检测，依据试剂结果判断标准，本实施例方法与荧光定量pcr方法两种方法阴、阳性符合率均为100％，两者结果具有高度的一致性(表2)；同时本方法操作简单、方便，无需昂贵设备，耗时仅约30min，非常适用于普通家庭或基层医疗单位床旁呼吸道病原体检测。
[0108]
表2.100例疑似甲型流感病毒感染患者检测分析
[0109][0110][0111]
依据试剂结果判断标准，两种方法阴、阳性符合率均为100％，两者结果具有高度的一致性。
[0112]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0113]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，便于具体和详细地理解本发明的技术方案，但并不能因此而理解为对发明专利保护专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准，说明书可以用于解释权利要求的内容。