一種DNA萃取裝置及方法與流程

本發明涉及生物樣品提取技術領域，更具體而言，涉及一種DNA萃取裝置及方法。

背景技術：

目前實驗室常規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)，需要離心機等設備，而且操作步驟比較費時、繁瑣，酚、氯仿對人體還有毒性。

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，污染性小等優點。在DNA提取實驗中，SPE法主要是利用一些固體物質的表面，如硅表面、玻璃、離子交換樹脂或者經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，結合使用蛋白變性劑和RNA降解試劑，可以使DNA的純度和產量得到提高，而且SPE法操作步驟相對減少，可以適應不同的樣本。

同時，也有使用微磁珠進行生物樣品中DNA提取，其原理是：微磁珠表面可以修飾各種化學基團，利用DNA可以和羧基標記的磁珠進行可逆結合的原理，對樣本中生物分子進行選擇和分離。同時由于其具有超順磁性，可以通過外加磁場進行操縱。因此操作更方便，這種技術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，無需離心機等設備。

但是，磁珠操作的方法仍未實現小型化和便攜化，需要較大的設備，試劑消耗也較多。傳統的方法試劑消耗較多，對設備倚賴高，檢測成本也較高；由于一些危險致病細菌和病毒的存在，使得一次性檢測成為必要，而常規的方法成本都較高，設備無法一次性使用，使得污染和感染的機會增高。

為克服上述問題，中國專利公告號為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，操作較為復雜的問題。

因此，如何提高DNA的純化、富集效率低，進一步減少操作步驟，是本領域技術人員亟待解決的技術問題。

技術實現要素：

鑒于此，本發明提出了一種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/或第二玻璃片上設置有凹槽，當所述第一玻璃片、第二玻璃片鍵合在一起時，所述凹槽形成封閉的萃取空間，所述第一玻璃片和/或第二玻璃片上設置有進液口，且所述第一玻璃片和/或第二玻璃片上還設置有出液口，所述進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。

作為上述DNA萃取裝置在一方面的改進，優選地，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構相同。

作為上述DNA萃取裝置在一方面的改進，優選地，所述進液口和出液口均設置在第一玻璃片上。

作為上述DNA萃取裝置在一方面的改進，優選地，所述凹槽呈六邊形或菱形結構，所述進液口)和出液口與六邊形或菱形的兩個頂點連通。

作為上述DNA萃取裝置在一方面的改進，優選地，所述第一玻璃片、第二玻璃片為石英材質，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，優選地，還包括恒流泵、硅膠管及硬質導管，所述恒流泵依次通過硅膠管和硬質導管與所述進液口和出液口連接。

作為上述DNA萃取裝置在一方面的改進，優選地，包括5個恒流泵，5個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/或第二玻璃片上設置有凹槽，當第一玻璃片、第二玻璃片鍵合在一起時，凹槽形成封閉的萃取空間，第一玻璃片和/或第二玻璃片上設置有進液口，且第一玻璃片和/或第二玻璃片上還設置有出液口，進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。DNA為負電性物質，在溶液中可與正電性物質發生靜電作用而吸附在一起，本發明基于這一特征，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現DNA的萃取。由于凹槽的表面連接有氨基化基團，在酸性環境下氨基化凹槽表面電荷為正電，可以吸附DNA，通過凹槽、進液口和出液口，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，從而實現DNA的純化、富集，實驗時只需通過切換進液口進入的液體，就能實現DNA的萃取過程，操作簡便、可靠。

另一方面，本發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；

步驟50：通過所述進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電性，使DNA從所述凹槽表面脫附；

步驟60：通過所述進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，優選地，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，并真空干燥第一預定時間；然后，通過所述進液口向所述凹槽中加入氨基化反應溶液，氨基化反應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，反應第二預定時間后，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、第二玻璃片第三預定時間。

作為上述DNA萃取方法在一方面的改進，優選地，在步驟10中，通過所述進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；反應第二預定時間后，依次用無水乙醇及去離子水通過超聲波清洗3次；第一預定時間、第二預定時間、第三預定時間為12小時，預定溫度為70攝氏度；

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

本發明提出的DNA萃取方法，通過進液口11向凹槽3中加入酸性緩沖溶液，酸性緩沖溶液進入凹槽3后，在酸性環境下氨基化凹槽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表面的氨基發生靜電作用并將DNA吸附在凹槽3表面；通過進液口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，純化了DNA；通過進液口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，使用結束后，通過進液口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，通過本方法實現了DNA的純化、富集，實驗時只需通過切換進液口11進入的液體，就能實現DNA的萃取過程，操作簡便、可靠。

附圖說明

圖1為本發明一種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為本發明一種DNA萃取裝置供液部分的示意圖；

圖4為本發明一種DNA萃取方法的示意圖。

圖中，1第一玻璃片；11進液口；12出液口；2第二玻璃片；3凹槽；4恒流泵；5硅膠管；6硬質導管

具體實施方式

為了能夠更清楚地理解本發明的上述目的、特征和優點，下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行進一步的詳細描述。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

需要說明的是，本發明中出現的“第一”、“第二”、“第三”僅用于區分不同部件或參數，無先后之分，更不作為結構或參數本身的限定；同時，本發明中的“和/或”，指既可以同時具備，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上設置有凹槽3，當第一玻璃片1、第二玻璃片2鍵合在一起時(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上設置有進液口11，且第一玻璃片1和/或第二玻璃片2上還設置有出液口12，進液口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。DNA為負電性物質，在溶液中可與正電性物質發生靜電作用而吸附在一起，本發明基于這一特征，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現DNA的萃取。由于凹槽3的表面連接有氨基化基團，在酸性環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，從而實現DNA的純化、富集，實驗時只需通過切換進液口11進入的液體，就能實現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上設置凹槽3，也可以在第二玻璃片2上設置凹槽3，優選地，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的結構相同，兩個凹槽3共同形成封閉的萃取空間。

上述的DNA萃取裝置，進液口11可以設置在第一玻璃片1上，也可以設置在第二玻璃片上，當然也可以同時設在第一玻璃片1和第二玻璃片2上，出液口12可以設置在第一玻璃片1上，也可以設置在第二玻璃片上，當然也可以同時設在第一玻璃片1和第二玻璃片2上為簡化結構，便于操作，優選地，進液口11和出液口12均設置在第一玻璃片1上。

上述DNA萃取裝置，凹槽3可以為各種結構，優選地，凹槽3呈六邊形(參考圖1和2)或菱形結構，進液口11和出液口12與六邊形或菱形的兩個頂點連通。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(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經過表面修飾處理后，SiO2的表面連接有氨基化基團。

上述的DNA萃取裝置，可以通過手動添加酸性緩沖溶液、DNA溶液、淋洗液、洗脫液、清洗液，優選地，該裝置還包括恒流泵4、硅膠管5及硬質導管6，恒流泵4依次通過硅膠管5和硬質導管6與進液口11和出液口12連接。通過設置恒流泵4，使用時，只需通過切換恒流泵4的進液管就能實現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，優選地，該DNA萃取裝置包括5個恒流泵4，5個恒流泵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表面的氨基發生靜電作用并將DNA吸附在凹槽3表面；

步驟40：通過進液口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；

步驟50：通過進液口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電性，使DNA從凹槽3表面脫附；

步驟60：通過進液口11向凹槽3中加入清洗液，以清洗凹槽3的表面。

上述DNA萃取方法通過進液口11向凹槽3中加入酸性緩沖溶液，酸性緩沖溶液進入凹槽3后，在酸性環境下氨基化凹槽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表面的氨基發生靜電作用并將DNA吸附在凹槽3表面；通過進液口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，純化了DNA；通過進液口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，使用結束后，通過進液口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，通過本方法實現了DNA的純化、富集，實驗時只需通過切換進液口11進入的液體，就能實現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，并真空干燥第一預定時間；然后，通過進液口11向凹槽3中加入氨基化反應溶液，氨基化反應溶液充滿凹槽3后，將第一玻璃片1、第二玻璃片2放入的水浴中反應，反應第二預定時間后，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第三預定時間。優選地，在步驟10中，通過進液口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；反應第二預定時間后，依次用無水乙醇及去離子水通過超聲波清洗3次；第一預定時間、第二預定時間、第三預定時間為12小時(當然根據環境的溫度和濕度的不同，干燥時間可以增加或減少，如11小時，13小時)，預定溫度為70攝氏度；

在步驟20-60中，優選通過恒流泵4向進液口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，只需通過切換恒流泵4的進液管就能實現DNA的萃取過程，操作更加簡便。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。