[发明专利]样品处理及检测装置及其应用

说明书

本发明提供一种样品处理及检测装置，可在短时间高效完成样品例如病原体核酸的提取和扩增的全流程检测，且具有良好的安全性和便利性。

技术领域

本发明涉及生物检测领域，尤其是一种样品处理及检测装置。

背景技术

传染性疾病是由传染性病原感染人体引起的疾病，由于病原具有可传染性，部分传染性疾病可引发严重的后果(较高的病死率、较严重的并发症等)，比如此次的新型冠状病毒感染所导致的新冠疫情，早期诊断尤为重要。由于传染性病原感染的早期多无特异性症状，传染病的早期诊断主要依靠对病原体的检测。

病原体主要包括病毒、细菌、支原体等，它们主要由核酸分子和蛋白分子(抗原)组成，这两大类分子就是病原快速检测的目标分子。其中病原的核酸分子是核酸检测的目标分子，不同病原的核酸分子并不相同，通过设计特异性的核酸片段，与病原分子进行特异性结合，通过PCR、RT-PCR、LAMP、核酸杂交等多种方式可以对病原体核酸分子进行检测。分子检测在传染病诊断、遗传疾病诊断、癌症诊断、生化指标检测以及科研服务方面具有重要作用。常规的实验室检测方法一般耗时长，步骤多，一般需要样品预处理、检测反应、结果判定等多个步骤。这些步骤需要复杂的仪器、合乎规范的实验空间以及富有经验的操作人员才能得以进行。在很多场合需要快速对目标分子进行检测，如心血管疾病的急门诊需要快速对心脏标志物进行检测；发热门诊需要快速对引起疾病的病原微生物进行鉴别。这些场合缺乏必须的设备和工作人员，难以进行复杂的实验操作。因此，急需操作简单、具有样品处理、检测及结果判读等多步骤整合的一体化解决方案。

目前病原快速鉴定的方式主要包括核酸检测和免疫学检测(抗原和/或抗体)，其中核酸检测一般包括样品前处理、核酸扩增以及结果判断等步骤，而样本前处理又包括裂解病原体、把核酸吸附到固相上、洗涤杂质和从吸附固相上将核酸洗脱四个主要步骤。核酸检测全过程，这些步骤的完成不仅需要一系类试剂(离液盐、pH值缓冲液、无机盐、乙醇等核酸提取试剂、扩增试剂)和配套设备(离心机、PCR仪、自动化工作站等)，而且考虑到核酸污染的可能，检测还需要特定的实验环境(严格三分区的核酸扩增实验室比如专门设计的PCR操作间)进行。另外，由于病原体的可感染性，还要考虑到生物安全问题(操作人员的安全防护和对环境可能造成的危害)。此外，一个以PCR/RT-PCR为基础的完整核酸检测所需时间一般大于1h。

为提高检测效率，发展出了一体化检测方案。常用的一体化解决方案是在联排的小试管中加入不同的液体(核酸扩增为例：样品裂解液、磁珠、洗涤液、洗脱液、扩增反应溶液)。用电磁棒在不同试管中移动，达到纯化核酸，最终进行扩增的目的。这种方法是开放系统(管盖是打开的)，容易造成污染。同时由于仪器体积大，需要生物安全实验室等条件，很难实现急门诊的快速现场检测。

生物微流控芯片是在玻璃片或者有机玻璃片等材料上，通过蚀刻技术产生可供液体流动和储存的通道和样品池，通过机械力、磁力或者电压等方法使液体在微小尺寸的通道中流动，实现核酸扩增、细胞培养、乃至化学合成等功能。生物微流控芯片具有高度集成、体积小等优点，适合解决现场快速检测的难题。

但是生物微流控芯片的缺点是在微小的管道内(mm甚至更小的尺寸)液体流动受到表面张力的较大影响而难以操控。另外，微流控芯片也需要外部的泵提供动力，因此仍然是开放系统。如果想做成一体化装置又要考虑到驱动装置，很难做到小型化。

2004年，Iquum公司申请了使用软管进行PCR的专利(US6,780,617B2)。该专利用机械挤压管子的不同部位，移动管子内部液体，是液体在不同温度模块间移动，从而进行核酸扩增。随后，Iquum公司又申请了一系列与之相关的专利，均是利用可压缩膜，在外力的作用下，在不同的功能区块间移动液体。其核心为：1个可压缩的软管，分为几个区段，每个区段中含有不同的溶液。用热黏连的作用是每个区段隔开。使用机械力压缩区段，达到移动液体流动的目的。该技术的缺点：一个管子只能进行4-5种PCR，如果需要做多重荧光定量检测，只能增加管子的数量，或者增加管子的分支。