一種DNA萃取裝置及方法與流程

本發(fā)明涉及生物樣品提取技術(shù)領(lǐng)域，更具體而言，涉及一種DNA萃取裝置及方法。

背景技術(shù)：

目前實(shí)驗(yàn)室常規(guī)DNA提取方法主要還是采取堿裂解法或酚氯仿法，即液相提取法(Liquid-liquid Methods)，需要離心機(jī)等設(shè)備，而且操作步驟比較費(fèi)時(shí)、繁瑣，酚、氯仿對(duì)人體還有毒性。

較新的方法是使用SPE(solid phase extraction)法即固相提取法。與傳統(tǒng)的液相提取法(Liquid-liquid Methods)相比，它具有成本低廉、使用方便，污染性小等優(yōu)點(diǎn)。在DNA提取實(shí)驗(yàn)中，SPE法主要是利用一些固體物質(zhì)的表面，如硅表面、玻璃、離子交換樹脂或者經(jīng)過修飾的磁珠等特異的吸附DNA。這種方法的好處是DNA的降解較少，結(jié)合使用蛋白變性劑和RNA降解試劑，可以使DNA的純度和產(chǎn)量得到提高，而且SPE法操作步驟相對(duì)減少，可以適應(yīng)不同的樣本。

同時(shí)，也有使用微磁珠進(jìn)行生物樣品中DNA提取，其原理是：微磁珠表面可以修飾各種化學(xué)基團(tuán)，利用DNA可以和羧基標(biāo)記的磁珠進(jìn)行可逆結(jié)合的原理，對(duì)樣本中生物分子進(jìn)行選擇和分離。同時(shí)由于其具有超順磁性，可以通過外加磁場進(jìn)行操縱。因此操作更方便，這種技術(shù)也被稱為固相可逆固定法(solid-phase reversible immobilization，SPRI)。和原有的酚氯仿等方法比較，試劑更安全，無需離心機(jī)等設(shè)備。

但是，磁珠操作的方法仍未實(shí)現(xiàn)小型化和便攜化，需要較大的設(shè)備，試劑消耗也較多。傳統(tǒng)的方法試劑消耗較多，對(duì)設(shè)備倚賴高，檢測成本也較高；由于一些危險(xiǎn)致病細(xì)菌和病毒的存在，使得一次性檢測成為必要，而常規(guī)的方法成本都較高，設(shè)備無法一次性使用，使得污染和感染的機(jī)會(huì)增高。

為克服上述問題，中國專利公告號(hào)為CN1314700C的中國專利公開了一種生物樣品中DNA提取的方法，通過使用塑性材料聚二甲基硅氧烷制作用于樣品DNA提取的芯片，工藝上采用快速成型法，使得芯片制作的成本低廉。但是其仍然存在DNA的純化、富集效率低，操作較為復(fù)雜的問題。

因此，如何提高DNA的純化、富集效率低，進(jìn)一步減少操作步驟，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于此，本發(fā)明提出了一種DNA的純化、富集效率高、操作步驟簡單的DNA萃取裝置及方法。

一方面，本發(fā)明提出的一種DNA萃取裝置，包括第一玻璃片、第二玻璃片，所述第一玻璃片和/或第二玻璃片上設(shè)置有凹槽，當(dāng)所述第一玻璃片、第二玻璃片鍵合在一起時(shí)，所述凹槽形成封閉的萃取空間，所述第一玻璃片和/或第二玻璃片上設(shè)置有進(jìn)液口，且所述第一玻璃片和/或第二玻璃片上還設(shè)置有出液口，所述進(jìn)液口和出液口均與所述凹槽連通，所述凹槽的表面連接有氨基化基團(tuán)。

作為上述DNA萃取裝置在一方面的改進(jìn)，優(yōu)選地，其特征在于，所述第一玻璃片的下表面及所述第二玻璃片的上表面均設(shè)置有凹槽，所述第一玻璃片下表面的凹槽與所述第二玻璃片上表面的凹槽的結(jié)構(gòu)相同。

作為上述DNA萃取裝置在一方面的改進(jìn)，優(yōu)選地，所述進(jìn)液口和出液口均設(shè)置在第一玻璃片上。

作為上述DNA萃取裝置在一方面的改進(jìn)，優(yōu)選地，所述凹槽呈六邊形或菱形結(jié)構(gòu)，所述進(jìn)液口)和出液口與六邊形或菱形的兩個(gè)頂點(diǎn)連通。

作為上述DNA萃取裝置在一方面的改進(jìn)，優(yōu)選地，所述第一玻璃片、第二玻璃片為石英材質(zhì)，所述凹槽通過刻蝕制成。

作為上述DNA萃取裝置在一方面的改進(jìn)，優(yōu)選地，還包括恒流泵、硅膠管及硬質(zhì)導(dǎo)管，所述恒流泵依次通過硅膠管和硬質(zhì)導(dǎo)管與所述進(jìn)液口和出液口連接。

作為上述DNA萃取裝置在一方面的改進(jìn)，優(yōu)選地，包括5個(gè)恒流泵，5個(gè)恒流泵分別用于輸送酸性緩沖溶液、DNA溶液、淋洗液、洗脫液和清洗液。

本發(fā)提出的DNA萃取裝置，包括第一玻璃片、第二玻璃片，第一玻璃片和/或第二玻璃片上設(shè)置有凹槽，當(dāng)?shù)谝徊Ａ⒌诙ＡI合在一起時(shí)，凹槽形成封閉的萃取空間，第一玻璃片和/或第二玻璃片上設(shè)置有進(jìn)液口，且第一玻璃片和/或第二玻璃片上還設(shè)置有出液口，進(jìn)液口和出液口均與凹槽連通，凹槽的表面連接有氨基化基團(tuán)。DNA為負(fù)電性物質(zhì)，在溶液中可與正電性物質(zhì)發(fā)生靜電作用而吸附在一起，本發(fā)明基于這一特征，利用第一玻璃片、第二玻璃片(其主要成分為二氧化硅，即SiO2)表面改性后得到電性可控的表面，與DNA在不同pH溶液中的不同作用力，在芯片上的薄層通道中實(shí)現(xiàn)DNA的萃取。由于凹槽的表面連接有氨基化基團(tuán)，在酸性環(huán)境下氨基化凹槽表面電荷為正電，可以吸附DNA，通過凹槽、進(jìn)液口和出液口，可以依次分別加入酸性緩沖溶液、DNA溶液、淋洗液、洗脫液、清洗液，從而實(shí)現(xiàn)DNA的純化、富集，實(shí)驗(yàn)時(shí)只需通過切換進(jìn)液口進(jìn)入的液體，就能實(shí)現(xiàn)DNA的萃取過程，操作簡便、可靠。

另一方面，本發(fā)明提出的一種利用上述DNA萃取裝置的DNA萃取方法，包括以下步驟：

步驟20：通過所述進(jìn)液口向所述凹槽中加入酸性緩沖溶液，使所述凹槽表面電荷為正電；

步驟30：通過所述進(jìn)液口向所述凹槽中加入DNA溶液，使DNA溶液與所述凹槽表面的氨基發(fā)生靜電作用并將DNA吸附在所述凹槽表面；

步驟40：通過所述進(jìn)液口向所述凹槽中加入淋洗液，去除所述凹槽中的正電性和中性物質(zhì)；

步驟50：通過所述進(jìn)液口向所述凹槽中加入洗脫液，以改變所述凹槽表面的氨基的電性為負(fù)電性，使DNA從所述凹槽表面脫附；

步驟60：通過所述進(jìn)液口向所述凹槽中加入清洗液，以清洗所述凹槽的表面。

作為上述DNA萃取方法在一方面的改進(jìn)，優(yōu)選地，在步驟20之前，還包括步驟10：將所述第一玻璃片、第二玻璃片鍵合在一起，通過所述進(jìn)液口向所述凹槽中加入無水乙醇和超純水清洗所述凹槽至少2次，并真空干燥第一預(yù)定時(shí)間；然后，通過所述進(jìn)液口向所述凹槽中加入氨基化反應(yīng)溶液，氨基化反應(yīng)溶液充滿所述凹槽后，將所述第一玻璃片、第二玻璃片放入的水浴中反應(yīng)，反應(yīng)第二預(yù)定時(shí)間后，依次用無水乙醇及去離子水通過超聲波清洗至少2次，并干燥所述第一玻璃片、第二玻璃片第三預(yù)定時(shí)間。

作為上述DNA萃取方法在一方面的改進(jìn)，優(yōu)選地，在步驟10中，通過所述進(jìn)液口向所述凹槽中加入淋洗液無水乙醇和超純水清洗所述凹槽3次；反應(yīng)第二預(yù)定時(shí)間后，依次用無水乙醇及去離子水通過超聲波清洗3次；第一預(yù)定時(shí)間、第二預(yù)定時(shí)間、第三預(yù)定時(shí)間為12小時(shí)，預(yù)定溫度為70攝氏度；

在步驟20-60中，通過恒流泵向所述進(jìn)液口提供酸性緩沖溶液、DNA溶液、淋洗液、洗脫液、清洗液。

本發(fā)明提出的DNA萃取方法，通過進(jìn)液口11向凹槽3中加入酸性緩沖溶液，酸性緩沖溶液進(jìn)入凹槽3后，在酸性環(huán)境下氨基化凹槽3表面電荷為正電，從而，使得凹槽3表面電荷為正電；通過進(jìn)液口11向凹槽3中加入DNA溶液，使DNA溶液與凹槽3表面的氨基發(fā)生靜電作用并將DNA吸附在凹槽3表面；通過進(jìn)液口11向凹槽3中加入淋洗液，去除凹槽3中的正電性和中性物質(zhì)，純化了DNA；通過進(jìn)液口11向凹槽3中加入洗脫液，以改變凹槽3表面的氨基的電性為負(fù)電性，從而解除氨基化表面與吸附的DNA之間的靜電吸附力，使DNA從凹槽3表面脫附；最后，使用結(jié)束后，通過進(jìn)液口11向凹槽3中加入清洗液(如2mol/L的NaOH和超純水)，以清洗凹槽3的表面。因此，通過本方法實(shí)現(xiàn)了DNA的純化、富集，實(shí)驗(yàn)時(shí)只需通過切換進(jìn)液口11進(jìn)入的液體，就能實(shí)現(xiàn)DNA的萃取過程，操作簡便、可靠。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種DNA萃取裝置的示意圖；

圖2為圖1中DNA萃取裝置的第一玻璃片和第二玻璃片的示意圖；

圖3為本發(fā)明一種DNA萃取裝置供液部分的示意圖；

圖4為本發(fā)明一種DNA萃取方法的示意圖。

圖中，1第一玻璃片；11進(jìn)液口；12出液口；2第二玻璃片；3凹槽；4恒流泵；5硅膠管；6硬質(zhì)導(dǎo)管

具體實(shí)施方式

為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

需要說明的是，本發(fā)明中出現(xiàn)的“第一”、“第二”、“第三”僅用于區(qū)分不同部件或參數(shù)，無先后之分，更不作為結(jié)構(gòu)或參數(shù)本身的限定；同時(shí)，本發(fā)明中的“和/或”，指既可以同時(shí)具備，也可以選擇其中之一，如方案A和/或方案B，包括方案A、方案B、方案A且方案B此三種情況。

參見圖1-3所示，本發(fā)明提出的一種DNA萃取裝置，包括第一玻璃片1、第二玻璃片2，第一玻璃片1和/或第二玻璃片2上設(shè)置有凹槽3，當(dāng)?shù)谝徊Ａ?、第二玻璃片2鍵合在一起時(shí)(可以通過低溫直接鍵合)，凹槽3形成封閉的萃取空間，第一玻璃片1和/或第二玻璃片2上設(shè)置有進(jìn)液口11，且第一玻璃片1和/或第二玻璃片2上還設(shè)置有出液口12，進(jìn)液口11和出液口12均與凹槽3連通，凹槽3的表面連接有氨基化基團(tuán)。DNA為負(fù)電性物質(zhì)，在溶液中可與正電性物質(zhì)發(fā)生靜電作用而吸附在一起，本發(fā)明基于這一特征，利用第一玻璃片1、第二玻璃片2(其主要成分為二氧化硅，即SiO2)表面改性后得到電性可控的表面，與DNA在不同pH溶液中的不同作用力，在芯片上的薄層通道中實(shí)現(xiàn)DNA的萃取。由于凹槽3的表面連接有氨基化基團(tuán)，在酸性環(huán)境下氨基化凹槽表面電荷為正電，可以吸附DNA，通過凹槽3、進(jìn)液口11和出液口12，可以依次分別加入酸性緩沖溶液、DNA溶液、淋洗液、洗脫液、清洗液，從而實(shí)現(xiàn)DNA的純化、富集，實(shí)驗(yàn)時(shí)只需通過切換進(jìn)液口11進(jìn)入的液體，就能實(shí)現(xiàn)DNA的萃取過程，操作簡便、可靠。

上述的DNA萃取裝置，可以在第一玻璃片1上設(shè)置凹槽3，也可以在第二玻璃片2上設(shè)置凹槽3，優(yōu)選地，第一玻璃片1的下表面及第二玻璃片2的上表面均設(shè)置有凹槽3，第一玻璃片1下表面的凹槽3與第二玻璃片2上表面的凹槽3的結(jié)構(gòu)相同，兩個(gè)凹槽3共同形成封閉的萃取空間。

上述的DNA萃取裝置，進(jìn)液口11可以設(shè)置在第一玻璃片1上，也可以設(shè)置在第二玻璃片上，當(dāng)然也可以同時(shí)設(shè)在第一玻璃片1和第二玻璃片2上，出液口12可以設(shè)置在第一玻璃片1上，也可以設(shè)置在第二玻璃片上，當(dāng)然也可以同時(shí)設(shè)在第一玻璃片1和第二玻璃片2上為簡化結(jié)構(gòu)，便于操作，優(yōu)選地，進(jìn)液口11和出液口12均設(shè)置在第一玻璃片1上。

上述DNA萃取裝置，凹槽3可以為各種結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地，凹槽3呈六邊形(參考圖1和2)或菱形結(jié)構(gòu)，進(jìn)液口11和出液口12與六邊形或菱形的兩個(gè)頂點(diǎn)連通。可以理解，除了六邊形、菱形外，還可以為三邊形、五邊形、七邊形、圓形等。

上述的DNA萃取裝置，第一玻璃片1、第二玻璃片2為石英材質(zhì)(主要成分為二氧化硅，即SiO2)，凹槽3通過刻蝕制成。第一玻璃片1、第二玻璃片2刻蝕后，凹槽3經(jīng)過表面修飾處理后，SiO2的表面連接有氨基化基團(tuán)。

上述的DNA萃取裝置，可以通過手動(dòng)添加酸性緩沖溶液、DNA溶液、淋洗液、洗脫液、清洗液，優(yōu)選地，該裝置還包括恒流泵4、硅膠管5及硬質(zhì)導(dǎo)管6，恒流泵4依次通過硅膠管5和硬質(zhì)導(dǎo)管6與進(jìn)液口11和出液口12連接。通過設(shè)置恒流泵4，使用時(shí)，只需通過切換恒流泵4的進(jìn)液管就能實(shí)現(xiàn)DNA的萃取過程，操作更加簡便。

為了添加萃取所需要的各種液體，優(yōu)選地，該DNA萃取裝置包括5個(gè)恒流泵4，5個(gè)恒流泵4分別用于輸送酸性緩沖溶液、DNA溶液、淋洗液、洗脫液和清洗液。優(yōu)選地，酸性緩沖溶液和淋洗液均為醋酸銨-醋酸緩沖溶液CH3COONa-CH3COOH(2mol/L pH 5.0)；洗脫液為TE緩沖液(20mmol/L Tris-HCl,1mmol/L EDTA-2Na,pH 8.0)

如圖4所示，另一方面，本發(fā)明提出的一種利用上述DNA萃取裝置的DNA萃取方法，包括以下步驟：

步驟20：通過進(jìn)液口11向凹槽3中加入酸性緩沖溶液，使凹槽3表面電荷為正電；

步驟30：通過進(jìn)液口11向凹槽3中加入DNA溶液，使DNA溶液與凹槽3表面的氨基發(fā)生靜電作用并將DNA吸附在凹槽3表面；

步驟40：通過進(jìn)液口11向凹槽3中加入淋洗液，去除凹槽3中的正電性和中性物質(zhì)；

步驟50：通過進(jìn)液口11向凹槽3中加入洗脫液，以改變凹槽3表面的氨基的電性為負(fù)電性，使DNA從凹槽3表面脫附；

步驟60：通過進(jìn)液口11向凹槽3中加入清洗液，以清洗凹槽3的表面。

上述DNA萃取方法通過進(jìn)液口11向凹槽3中加入酸性緩沖溶液，酸性緩沖溶液進(jìn)入凹槽3后，在酸性環(huán)境下氨基化凹槽3表面電荷為正電，從而，使得凹槽3表面電荷為正電；通過進(jìn)液口11向凹槽3中加入DNA溶液，使DNA溶液與凹槽3表面的氨基發(fā)生靜電作用并將DNA吸附在凹槽3表面；通過進(jìn)液口11向凹槽3中加入淋洗液，去除凹槽3中的正電性和中性物質(zhì)，純化了DNA；通過進(jìn)液口11向凹槽3中加入洗脫液，以改變凹槽3表面的氨基的電性為負(fù)電性，從而解除氨基化表面與吸附的DNA之間的靜電吸附力，使DNA從凹槽3表面脫附；最后，使用結(jié)束后，通過進(jìn)液口11向凹槽3中加入清洗液(如2mol/L的NaOH和超純水)，以清洗凹槽3的表面。因此，通過本方法實(shí)現(xiàn)了DNA的純化、富集，實(shí)驗(yàn)時(shí)只需通過切換進(jìn)液口11進(jìn)入的液體，就能實(shí)現(xiàn)DNA的萃取過程，操作簡便、可靠。

上述的DNA萃取方法，為了保證DNA萃取裝置的萃取效率和質(zhì)量，在步驟20之前，還包括步驟10：將第一玻璃片1、第二玻璃片2鍵合在一起(可以通過低溫直接鍵合)，通過進(jìn)液口11向凹槽3中加入無水乙醇和超純水清洗凹槽3至少2次，并真空干燥第一預(yù)定時(shí)間；然后，通過進(jìn)液口11向凹槽3中加入氨基化反應(yīng)溶液，氨基化反應(yīng)溶液充滿凹槽3后，將第一玻璃片1、第二玻璃片2放入的水浴中反應(yīng)，反應(yīng)第二預(yù)定時(shí)間后，依次用無水乙醇及去離子水通過超聲波清洗至少2次，并干燥第一玻璃片1、第二玻璃片2第三預(yù)定時(shí)間。優(yōu)選地，在步驟10中，通過進(jìn)液口11向凹槽3中加入淋洗液無水乙醇和超純水清洗凹槽3三次；反應(yīng)第二預(yù)定時(shí)間后，依次用無水乙醇及去離子水通過超聲波清洗3次；第一預(yù)定時(shí)間、第二預(yù)定時(shí)間、第三預(yù)定時(shí)間為12小時(shí)(當(dāng)然根據(jù)環(huán)境的溫度和濕度的不同，干燥時(shí)間可以增加或減少，如11小時(shí)，13小時(shí))，預(yù)定溫度為70攝氏度；

在步驟20-60中，優(yōu)選通過恒流泵4向進(jìn)液口11提供酸性緩沖溶液、DNA溶液、淋洗液、洗脫液、清洗液。通過恒流泵4供液，使用時(shí)，只需通過切換恒流泵4的進(jìn)液管就能實(shí)現(xiàn)DNA的萃取過程，操作更加簡便。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。