CN114657054A - 核酸提取离心柱管、核酸提取装置及核酸提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核酸提取离心柱管、核酸提取装置及核酸提取方法，该离心柱管包括：离心管；裂解管，其底部具有尖刺结构；预封液组件，包括若干预封液袋；离心柱；自切换通道块，其内部具有自切换通道，自切换通道具有可切换打开/关闭的第一出口和第二出口；以及与第一出口可拆卸连接的核酸样品瓶和与第二出口可拆卸连接的废液瓶。本发明提供的核酸提取离心柱管及基于此提供的核酸提取方法，通过将核酸提取过程需使用的裂解液、结合液、漂洗液和洗脱液预封装在离心柱管内，藉由加样时的开盖工作联动实现裂解液的添加，藉由对离心力的控制，能够在各个作业过程中依次对应释放结合液、漂洗液和洗脱液，可实现核酸快速提取。

Description

核酸提取离心柱管、核酸提取装置及核酸提取方法

技术领域

本发明涉及核酸检测领域，特别涉及一种核酸提取离心柱管、核酸提取装置及核酸提取方法。

背景技术

离心柱法提取核酸是目前主流的核酸提取方法之一，其基本原理是利用裂解液促使细胞破碎，使细胞中的核酸释放出来，然后把释放出的核酸特异地吸附在离心柱的核酸吸附膜(如硅胶膜)上，这种膜只对核酸有较强的亲和力和吸附力，对其他生化成分如蛋白质、多糖、脂类则基本不吸附，因而在离心时能被甩出柱子，再通过漂洗液对离心柱进行漂洗以去除杂质，最后通过洗脱液把吸附在核酸吸附膜上的核酸洗脱下来，即可得到纯化的核酸，以用于后续的核酸扩增检测。

由于核酸提取过程较繁琐费时费力，出现了一些自动化或半自动化的核酸提取设备与方法，其普遍使采用机械手来实现核酸提取过程中裂解液、结合液、漂洗液以及洗脱液的按需添加。例如，专利CN112375756A公开的一种针对固体样本进行全自动核酸提取的方法，专利CN109628441A公开的一种全自动核酸纯化仪，其均是通过机械臂代替人工进行各阶段试剂的添加，虽然能够实现自动化，但机械臂需要多次往返于各个工位，对机械臂的控制程序繁琐，且机械臂会大大增加仪器的尺寸与空间占用；且在试剂添加过程中需要停止离心作业，会浪费大量时间；在进行洗脱作业前通常还需要更换离心管(前面裂解液、结合液、漂洗液作业中的废液均进入离心管收集，最后进行洗脱时需要更换新的离心管来收集最终的核酸提取液)进一步增加了操作步骤。所以现有的这些方案虽然能够实现自动化提取，但仍然存在诸多缺陷，现在有必要提供一种更可靠的方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种核酸提取离心柱管，包括：

离心管；

裂解管，其可沿Z方向滑动插设在所述离心管内，所述裂解管的底部具有尖刺结构；

预封液组件，其设置在所述离心管内且处于所述尖刺结构下方，所述预封液组件包括与所述离心管内壁连接的支架以及沿Z方向间隔布置的若干预封液袋，若干预封液袋可在所述裂解管沿Z方向向下滑动的过程中被所述尖刺结构刺破而使得内部预装的试剂液流出；

离心柱，其连接在所述离心管内且处于所述预封液组件下方，用于吸附核酸；

自切换通道块，其连接在所述离心管底部，所述自切换通道块内部具有与所述离心柱下方空间连通的自切换通道，所述自切换通道具有可切换打开/关闭的第一出口和第二出口；

以及与所述第一出口可拆卸连接的核酸样品瓶和与所述第二出口可拆卸连接的废液瓶。

优选的是，所述裂解管的管口上可转动连接有密封盖，所述裂解管的内壁上连接有挂板，所述挂板的底面上连接有裂解液预封袋，所述裂解液预封袋上至少设置有一个易撕片，所述易撕片上连接有拉绳，所述拉绳的末端与所述密封盖的底部连接；当所述密封盖完全打开时，所述拉绳拉开所述易撕片使所述裂解液预封袋破裂而流出内部的裂解液。

优选的是，所述裂解管的底部出口上连接有第一孔板，所述第一孔板的上部设置有微孔滤膜，所述微孔滤膜上方设置有预滤膜，所述尖刺结构设置在所述第一孔板的底部。

优选的是，所述离心管的上端外周设置有第一边沿，所述裂解管的上端外周设置有第二边沿，所述第一边沿和第二边沿之间间隔连接有至少两根第一弹簧；

若干预封液袋包括沿Z方向由上至下依次设置的结合液预封袋、漂洗液预封袋和洗脱液预封袋；

所述离心管离心旋转时，所述第一弹簧在离心力的作用下被压缩，使得所述裂解管会沿Z方向向下滑动，从而使得所述尖刺结构向下移动；

当所述离心管的离心转速R满足：R₁≤R＜R₂时，所述尖刺结构刺破所述结合液预封袋而不刺破所述漂洗液预封袋；当小于R₂≤R＜R₃时，所述尖刺结构穿过所述结合液预封袋，并刺破所述漂洗液预封袋而不刺破所述洗脱液预封袋；当R≥R₃时，所述尖刺结构依次穿过所述结合液预封袋、漂洗液预封袋并刺破所述洗脱液预封袋；

其中，R₁＜R₂＜R₃。

优选的是，所述支架包括与所述离心管的内壁连接的第二多孔板、设置在所述第二多孔板上的第一支撑孔板、设置在所述第一支撑孔板上的第二支撑孔板以及设置在所述第二支撑孔板上的第三支撑孔板，所述第一支撑孔板、第二支撑孔板和第三支撑孔板之间沿Z方向留有间隙；

所述结合液预封袋、漂洗液预封袋和洗脱液预封袋均呈环形状，所述结合液预封袋连接在所述第三支撑孔板上，所述漂洗液预封袋连接在所述第二支撑孔板上，所述洗脱液预封袋连接在所述第一支撑孔板上；

所述第一支撑孔板、第二支撑孔板和第三支撑孔板上均开设有若干通孔，且所述通孔的位置和尺寸设置满足：所述尖刺结构刺破所述结合液预封袋、漂洗液预封袋和洗脱液预封袋时，所述尖刺结构能够从对应支撑孔板上对应位置处的通孔中穿过；

所述第二多孔板的表面还设置有收集凹槽。

优选的是，所述裂解管的外壁上设置有导向块，所述离心管的内壁上沿Z方向开设有与所述导向块配合的导向槽，所述导向块可滑动设置在所述导向槽内；

所述离心柱内设置有核酸吸附膜，所述离心柱的底部具有锥形出口。

优选的是，所述自切换通道包括位于中部的切换空腔、连通所述切换空腔与所述离心柱下方空间的若干进液孔、连通所述切换空腔与所述第一出口的第一排液通道以及连通所述切换空腔与所述第二出口的第二排液通道；

所述第一排液通道与切换空腔的连接处形成第一通道口，所述第二排液通道与切换空腔的连接处形成第二通道口；

所述第一排液通道和第二排液通道均倾斜设置，以使得所述第一通道口比所述第一出口更靠近所述离心管的中心轴线，所述第二通道口比所述第二出口更靠近所述离心管的中心轴线；

所述切换空腔内沿X方向设置有第二弹簧，所述第二弹簧的一端与所述切换空腔的内壁连接，另一端连接有可在所述切换空腔内沿X方向滑动的密封块，所述密封块用于密封所述第一通道口或第二通道口。

优选的是，当所述离心管保持静止或是朝第一方向旋转或是朝第二方向旋转但转速小于R'₃时，所述密封块处于所述第一通道口上方且完全覆盖所述第一通道口，所述第一通道口关闭，所述第二通道口打开；

当所述离心管朝第二方向旋转且转速不小于R₃时，所述第二弹簧被拉伸，所述密封块处于所述第二通道口上方且完全覆盖所述第二通道口，所述第一通道口打开，所述第二通道口关闭；

其中，其中，R₁＜R₂＜R'₃＜R₃。

优选的是，所述密封块的上方还沿Z方向设置有顶柱，所述顶柱包括连接在所述密封块上的空心柱、连接在所述空心柱内的第三弹簧以及连接在所述第三弹簧上端且可活动设置在所述空心柱内的顶球；

所述顶球与所述切换空腔的上方内壁接触，且所述切换空腔上方的进液孔避开所述顶球的运动轨迹设置。

本发明还提供一种核酸提取装置，其包括如上所述的离心柱管。

本发明还提供一种核酸提取方法，其采用如上所述的离心柱管或核酸提取装置进行核酸提取，该方法包括以下步骤：

S1、完全打开所述密封盖，藉由所述拉绳拉开所述裂解液预封袋上的易撕片，使得所述裂解液预封袋内的裂解液流出进入到裂解管内，同时向所述裂解管内加入一定体积的样品，盖好密封盖；

S2、将离心柱管置于离心机中，通过离心管固定在离心机的离心工位上，控制离心机采用正反交替旋转且转速R小于R₀的方式工作，进行样品裂解；

S3、控制离心机正向转动，且转速R满足：R₀≤R＜R₁，使得裂解产物中的裂解液穿过所述微孔滤膜进入下方的离心柱中，固体杂质被所述预滤膜和微孔滤膜截留；

S4、控制离心机正向转动，且转速R满足：R₁≤R＜R₂，使得所述尖刺结构刺破所述结合液预封袋，内部的结合液流入下方的离心柱中与裂解液混合，通过所述离心柱中的核酸吸附膜吸附核酸；

S5、控制离心机正向转动，且转速R满足：R₂≤R＜R'₃，使得所述尖刺结构刺破所述漂洗液预封袋，内部的漂洗液流出对离心柱进行漂洗，之后漂洗液从离心柱下方的锥形出口排出；

步骤S1-S5过程中，所述密封块始终处于所述第一通道口上方且完全覆盖所述第一通道口，所述第一通道口关闭，所述第二通道口打开，使得所述第一出口始终关闭，所述第二出口打开，所述离心管底部排出的废液均进入所述废液瓶收集；

S6、控制离心机反向转动，且转速R满足：R≥R₃，使得所述尖刺结构刺破所述洗脱液预封袋，内部的洗脱液流出对离心柱进行洗脱，以使离心柱内的核酸与所述核酸吸附膜脱离；同时使得所述密封块移动至所述第二通道口上方且完全覆盖第二通道口，所述第一通道口打开，所述第二通道口关闭，被洗脱的核酸和洗脱液一同流入所述核酸样品瓶中收集，得到核酸提取液。

本发明的有益效果是：

本发明提供的核酸提取离心柱管及基于此提供的核酸提取方法，通过将核酸提取过程需使用的裂解液、结合液、漂洗液和洗脱液预封装在离心柱管内，藉由加样时的开盖工作联动实现裂解液的添加，藉由对离心力的控制，能够在各个作业过程中依次对应释放结合液、漂洗液和洗脱液，可实现提取过程的自动功能；同时避免了现有方案中采用机械手进行自动化试剂添加操作带来的控制复杂繁琐、设备体积大、无法有效缩短时长等缺陷，能够大大简化提取流程，提取过程中无需停离心机来添加试剂，使得整个作业过程更加顺畅，缩短了核酸提取时间；

本发明通过自切换通道与预封液组件、离心管、裂解管等结构的配合设计，能够在核酸提取的裂解、结合、漂洗过程中导通流向废液瓶的第二通道，以通过废液瓶收集废液；而在核酸提取的洗脱过程中导通流向核酸样品瓶的第一通道，收集需要的核酸提取液，从而在核酸提取过程中不需要更换用于收集试剂的储液瓶，进一步简化了核酸提取步骤。

附图说明

图1为本发明的核酸提取离心柱管的结构示意图；

图2为本发明的裂解管的结构示意图；

图3为本发明的预封液组件的结构示意图；

图4为本发明的预封液组件的俯视方向的结构示意图；

图5为本发明的尖刺结构的俯视方向的结构示意图；

图6为本发明的一种实施例中的自切换通道块的结构示意图；

图7为本发明的核酸提取离心柱管打开密封盖状态的结构示意图；

图8为本发明的核酸提取离心柱管的尖刺结构刺破结合液预封袋时的结构示意图；

图9为本发明的核酸提取离心柱管的尖刺结构刺破洗脱液预封袋时的结构示意图；

图10为本发明的一种实施例中的核酸提取离心柱管的离心管分解后的结构示意图；

图11为本发明的另一种实施例中的自切换通道块的结构示意图。

附图标记说明：

1—离心管；10—第一边沿；11—第一弹簧；12—导向槽；13—上半管；14—下半管；15—螺纹孔；16—连接头；

2—裂解管；20—尖刺结构；21—密封盖；22—挂板；23—裂解液预封袋；230—易撕片；231—拉绳；24—第一孔板；25—微孔滤膜；26—预滤膜；27—第二边沿；28—导向块；29—挂环；

3—预封液组件；30—支架；31—结合液预封袋；32—漂洗液预封袋；33—洗脱液预封袋；300—第二多孔板；301—第一支撑孔板；302—第二支撑孔板；303—第三支撑孔板；304—通孔；305—收集凹槽；

4—离心柱；40—核酸吸附膜；41—锥形出口；

5—自切换通道块；50—自切换通道；500—进液孔；501—切换空腔；502—第一通道口；503—第二通道口；504—第一排液通道；505—第二排液通道；506—第一出口；507—第二出口；51—第二弹簧；52—密封块；53—顶柱；530—空心柱；531—第三弹簧；532—顶球；

6—核酸样品瓶；7—废液瓶。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

实施例1

参照图1-7，本实施例的一种核酸快速提取离心柱管，包括：

离心管1；

裂解管2，其可沿Z方向滑动插设在离心管1内，裂解管2的底部具有尖刺结构20；

预封液组件3，其设置在离心管1内且处于尖刺结构20下方，预封液组件3包括与离心管1内壁连接的支架30以及沿Z方向间隔布置的若干预封液袋，若干预封液袋可在裂解管2沿Z方向向下滑动的过程中被尖刺结构20刺破而使得内部预装的试剂液流出；

离心柱4，其连接在离心管1内且处于预封液组件3下方，用于吸附核酸；

自切换通道块5，其连接在离心管1底部，自切换通道块5内部具有与离心柱4下方空间连通的自切换通道50，自切换通道50具有可切换打开/关闭的第一出口506和第二出口507；

以及与第一出口506可拆卸连接的核酸样品瓶6和与第二出口507可拆卸连接的废液瓶7。

本实施例中，裂解管2的管口上可转动连接有密封盖21，裂解管2的内壁上连接有挂板22，挂板22的底面上连接有裂解液预封袋23，裂解液预封袋23上至少设置有一个易撕片230，易撕片230上连接有拉绳231，拉绳231的末端与密封盖21的底部连接；当密封盖21完全打开时，拉绳231拉开易撕片230使裂解液预封袋23破裂而流出内部的裂解液。

在优选的实施例中，密封盖21的底部设置有用于连接拉绳231的挂环29，裂解管2生产封装时，将封装有裂解液的裂解液预封袋23在挂板22上设置好后，将密封盖21半开，使得能将拉绳231的末端固定连接在挂环29，然后将密封盖21扣合并密封，参照图1。拉绳231的长度需适宜，长度可大致等于密封盖21半开时，挂环29和与挂环29最近的一个易撕片230之间的直线距离，从而使得密封盖21半开时，所有易撕片230都不会被扯下，而密封盖21完全打开时，所有的易撕片230都会被扯下从而释放裂解液预封袋23内部的裂解液参照图7；通过密封盖21与易撕片230的联动设置，使得该离心柱管使用时，完全打开密封盖21加入样品的同时可自动加入裂解液，能够简化一个加裂解液的步骤。加样完成后，扣合密封盖21等待下一步操作。

参照图2，本实施例中，裂解管2的底部出口上连接有第一孔板24，第一孔板24的上部设置有微孔滤膜25，微孔滤膜25上方设置有预滤膜26，尖刺结构20设置在第一孔板24的底部。

预滤膜26设置在上方，用于过滤掉样品裂解后产生的一些大颗粒杂质，能防止堵塞下方的微孔滤膜25。微孔滤膜25为疏水膜，其上具有微孔阵列，从而使得在无外力作用时，微孔滤膜25上方的液体不会或基本不会穿过微孔滤膜25流入到下方空间，当收到一定的外力作用(如离心力)时，可使微孔滤膜25上方的液体穿过微孔滤膜25流入到下方空间，而绝大多数固体杂质被截留在微孔滤膜25上方，从而能够在微孔滤膜25上方形成供样品与裂解液充分混合的空间。例如，在一种可选的实施例中，微孔滤膜25可选用聚四氟乙烯滤膜、聚丙烯滤膜或聚醚砜滤膜等，其上的微孔阵列中的微孔尺寸为0.05um～100um。需要理解的时，微孔尺寸越小，使得微孔滤膜25上方的液体穿过微孔滤膜25所需的外力就越多，对应与离心力为外力，则是需要提供的离心转速越大，所以通过设定合适的微孔尺寸，能够满足不小于一定的离心转速(如R₀)下液体可通过微孔滤膜25，而小于该离心转速时液体无法通过或基本无法通过微孔滤膜25。

本实施例中，离心柱4内设置有核酸吸附膜40，离心柱4的底部具有锥形出口41。同样的核酸吸附膜40可采用对核酸具有亲和或吸附能力的材料，其具有微孔阵列，微孔尺寸为0.02um～50um，微孔阵列上的微孔尺寸设置使得在不小于一定的离心转速(如R₂)下液体可通过微孔滤膜25，而小于该离心转速时液体无法通过或基本无法通过微孔滤膜25。

参照图3，本实施例中，离心管1的上端外周设置有第一边沿10，裂解管2的上端外周设置有第二边沿27，第一边沿10和第二边沿27之间间隔连接有至少两根第一弹簧11；

若干预封液袋包括沿Z方向(即离心管1的轴向)由上至下依次设置的结合液预封袋31、漂洗液预封袋32和洗脱液预封袋33。具体的，支架30包括与离心管1的内壁连接的第二多孔板300、设置在第二多孔板300上的第一支撑孔板301、设置在第一支撑孔板301上的第二支撑孔板302以及设置在第二支撑孔板302上的第三支撑孔板303，第一支撑孔板301、第二支撑孔板302和第三支撑孔板303之间沿Z方向留有间隙；

结合液预封袋31、漂洗液预封袋32和洗脱液预封袋33均呈环形状，结合液预封袋31连接在第三支撑孔板303上，漂洗液预封袋32连接在第二支撑孔板302上，洗脱液预封袋33连接在第一支撑孔板301上；

第一支撑孔板301、第二支撑孔板302和第三支撑孔板303上均开设有若干通孔304，且通孔304的位置和尺寸设置满足：尖刺结构20刺破结合液预封袋31、漂洗液预封袋32和洗脱液预封袋33时，尖刺结构20能够从对应支撑孔板上对应位置处的通孔304中穿过，也即在尖刺结构20沿轴向运动的轨迹上，三层支撑孔板上均具有供每个尖刺结构20穿过的通孔304，从而保证尖刺结构20能够顺利刺穿结合液预封袋31、漂洗液预封袋32和洗脱液预封袋33，参照图9。

参照图3-5，在一种优选的实施例中，结合液预封袋31处于内圈且沿Z方向位置最高，以供尖刺结构20在运动时最先刺破，漂洗液预封袋32和洗脱液预封袋33设置在结合液预封袋31外圈，且沿Z方向位置高度依次降低，从而供尖刺结构20顺次刺破；与之对应的，尖刺结构20包括内外两圈，每圈均间隔设置有多个尖刺，且所有尖刺下方的位置高度相同；尖刺结构20向下运动时，先通过内圈尖刺刺破结合液预封袋31，然后通过内外两圈尖刺共同刺破漂洗液预封袋32和洗脱液预封袋33。

其中，结合液预封袋31中部具有空腔，从而不会影响上方流下的液体通过预封液组件3。第二多孔板300的表面还设置有收集凹槽305，其收集上方流下的液体然后通过内部均匀步骤的若干排液孔均匀向下方排出，从而便于各试剂与下方离心柱4的核酸吸附膜40充分、均匀接触。

离心管1离心旋转时，第一弹簧11在离心力的作用下被压缩，使得裂解管2会沿Z方向向下滑动，从而使得尖刺结构20向下移动。

该离心柱管在离心机上设置时，通过离心柱管的离心管1固定在离心机的离心工位上，由于裂解管2是可活动插设在离心管1内的，所以当离心柱管整体进行离心旋转时，离心管1沿轴向是固定的，裂解管2会沿轴向相对离心管1向外移动(裂解管2插入离心管1更深，即图1中的下方)，使得第一弹簧11被压缩，裂解管2底部的尖刺结构20向靠近预封液组件3的方向移动，且离心转速越大，第一弹簧11压缩量越大，裂解管2移动距离越大，从而能够通过尖刺结构20在依次递增的离心转速下依次刺破沿离心管1的轴向间隔布置的结合液预封袋31、漂洗液预封袋32和洗脱液预封袋33，具体如下：

当离心管1的离心转速R满足：0＜R＜R₁时，裂解管2会有一定的移动，但尖刺结构20无法移动到与结合液预封袋31接触的位置，不会刺破结合液预封袋31；在此离心速度下，可以通过控制正反离心转动来混匀裂解液和样品；

当离心管1的离心转速R满足：R₁≤R＜R₂时，尖刺结构20刺破结合液预封袋31而不刺破漂洗液预封袋32，此时可完成结合作业：DNA或RNA高效吸附在核酸吸附膜40上；由于核酸吸附膜40的微孔阵列设计以及离心柱4的锥形出口41结构设计，在此离心转速下，核酸吸附膜40上方的液体基本无法穿过核酸吸附膜40，从而能在离心柱4内形成供结合液和裂解产物进行一定程度混合的空间；

当小于R₂≤R＜R₃时，尖刺结构20穿过结合液预封袋31，并刺破漂洗液预封袋32而不刺破洗脱液预封袋33；此时可通过漂洗液对离心柱4进行漂洗，去除杂质，而核酸仍保留在核酸吸附膜40上；

当R≥R₃时，尖刺结构20依次穿过结合液预封袋31、漂洗液预封袋32并刺破洗脱液预封袋33。此时可通过洗脱液的洗脱作用使核酸与核酸吸附膜40分离，从而收集核酸，完成核酸提取。其中，R₁＜R₂＜R₃。

其中，裂解液预封袋23、结合液预封袋31、漂洗液预封袋32和洗脱液预封袋33内的试剂采用常规的分别用于核酸提取各个阶段的裂解液、结合液、漂洗液、洗脱液即可，分别预先封存设置在离心柱管内对应位置，且各试剂量按照预设的一定加样量匹配，并可在离心柱管外壁上标注样品添加量的范围，或是通过其他方式说明加样量范围。例如，在一种实施例中，在离心柱管的密封盖21上标样品添加量的范围为1-5mL，各试剂预封量按此匹配预装；从而使用时只需要按照要求加入一定量的样品即可，其余试剂量均可与之匹配，且无需再添加。当然，更具需求，选用合适尺寸的离心柱管，并选择与之匹配的各试剂量，即可匹配更大或更小的样品添加量。

其中，通过漂洗液预封袋32封装足够量的漂洗液，使得一次漂洗即可满足要求。可以理解的是，也可再增加漂洗液预封袋32层数，相应增加离心控制的步骤，以分次刺破多层漂洗液预封袋32，但这样会增加控制步骤，所以优选为前述的方案。

在一种优选的实施例中，裂解管2的外壁上设置有导向块28，离心管1的内壁上沿Z方向开设有与导向块28配合的导向槽12，导向块28可滑动设置在导向槽12内。进一步优选的实施例中，导向槽12为矩形槽，导向块28为与其配合的形状，通过导向块28与导向槽12配合能够防止裂解管2相对离心管1进行转动，而只允许裂解管2进行轴向的滑动。

在优选的实施例中，裂解管2和离心管1之间设置密封圈等密封件实现密封，防止漏液。

本实施例中，通过上述离心管1、裂解管2、预封液组件3等结构的设计和配合，能够实现核酸提取过程中所有试剂的预封存，并在核酸提取的裂解、结合、漂洗、洗脱过程中，藉由对离心力控制，依次对应释放裂解液、结合液、漂洗液和洗脱液，能够实现提取过程的全自动功能，且无需如常规自动提取方案中要通过控制复杂、尺寸大、成本高的机械手来进行试剂添加，能够大大简化流程，缩短核酸提取时间。

实施例2

作为实施例1的基础上的进一步改进，本实施例中，通过自切换通道50实现了核酸提取过程中的废液与核酸液的自动分配收集功能，可避免如常规方案中在核酸提取过程中需要进行收集管的更换操作。

具体的，参照图6，本实施例中，自切换通道50包括位于中部的切换空腔501、连通切换空腔501与离心柱4下方空间的若干进液孔500、连通切换空腔501与第一出口506的第一排液通道504以及连通切换空腔501与第二出口507的第二排液通道505；

第一排液通道504与切换空腔501的连接处形成第一通道口502，第二排液通道505与切换空腔501的连接处形成第二通道口503；

第一排液通道504和第二排液通道505均倾斜设置，以使得第一通道口502比第一出口506更靠近离心管1的中心轴线，第二通道口503比第二出口507更靠近离心管1的中心轴线；从而使得第一通道口502和第二通道口503更加靠近，以减小进行通道开闭切换时密封块52所需移动的距离。

切换空腔501内沿X方向设置有第二弹簧51，第二弹簧51的一端与切换空腔501的内壁连接，另一端连接有可在切换空腔501内沿X方向滑动的密封块52，密封块52用于密封第一通道口502或第二通道口503。

当离心管1保持静止或是朝第一方向旋转或是朝第二方向旋转但转速小于R'₃时，密封块52处于第一通道口502上方且完全覆盖第一通道口502，第一通道口502关闭，第二通道口503打开；

当离心管1朝第二方向旋转且转速不小于R₃时，第二弹簧51被拉伸，密封块52处于第二通道口503上方且完全覆盖第二通道口503，第一通道口502打开，第二通道口503关闭；

其中，R₁＜R₂＜R'₃＜R₃。

参照图6-9，以下对密封块52与第二弹簧51配合，在不同离心转速下实现第一通道口502和第二通道口503的打开/关闭的自动切换过程进行更详细的说明。图中箭头表示离心转动方向，O表示旋转中心。

参照图6，离心柱管进行离心转动时，密封块52因受离心力的作用会产生左右移动，且移动方向取决于转动方向，例如若顺时针旋转，则密封块52会向左移动，逆时针旋转，则密封块52会向右移动；而密封块52是通过第二弹簧51固定的，密封块52的移动取决于密封块52受到的离心作用和弹力作用的合力。当顺时针旋转时，如图8，密封块52向左移动压缩第二弹簧51，第二弹簧51和密封块52的长度设计使得第二弹簧51被压缩至最短时，密封块52下方仍然完全覆盖第一通道口502，所以顺时针旋转时，第一通道口502始终封闭。当逆时针旋转时，密封块52向右移动拉伸第二弹簧51，随转速增加，密封块52逐渐向右移动，当转速达增加到R'₃时，密封块52开始脱离第一通道口502，第一通道口502开始打开；随转速继续增加，当增加到R₃时，密封块52完全脱离第一通道口502并完全覆盖第二通道口503，使得第一通道口502打开，第二通道口503关闭，如图9。且由于切换空腔501右侧内壁对密封块52的限制，使得沿逆时针方向旋转时，转速R＞R₃后，密封块52因被切换空腔501右侧内壁阻挡而无法继续移动，第二通道口503仍会保持关闭状态。

在一种优选的实施例中，离心管1包括可拆卸连接的上半管13和下半管14。进一步优选的实施例中，上半管13底端内部具有螺纹孔15，下半管14上端具有螺纹配合插入螺纹孔15内的连接头16，且上半管13和下半管14之间还可设置密封圈等密封件，以保证连接的密封性，防止漏液。进一步的，预封液组件3和离心柱4均可拆卸连接在离心管1内，从而使得该离心柱管能够重复使用，通过将上半管13和下半管14拆开，然后将内部的预封液组件3、离心柱4、裂解管2等进行清洗并更换其中的预封袋和/或微孔滤膜25、核酸滤膜后即可进行重复使用。

参照图11，在一种优选的实施例中，密封块52的上方还沿Z方向设置有顶柱53，顶柱53包括连接在密封块52上的空心柱530、连接在空心柱530内的第三弹簧531以及连接在第三弹簧531上端且可活动设置在空心柱530内的顶球532；其中，顶球532的直径大于空心柱530顶部开孔的直径，使得顶球532可转动但不会从空心柱530内脱离。

顶球532与切换空腔501的上方内壁接触，且切换空腔501上方的进液孔500避开顶球532的运动轨迹设置，也即，顶球532运动的过程中，与切换空腔501的上方内壁接触的部位无进液孔500，防止顶球532卡入进液孔500内。

密封块52移动时，顶球532与切换空腔501的上方内壁滚动接触，通过顶压作用保证密封块52地面能与切换空腔501的底部内壁保持较紧密的接触，同时通过滚动接触，使得密封块52仍能在离心作用下顺利移动。

在进一步优选的实施例中，密封块52底面设置有密封层(如聚四氟乙烯层)，且表面平整光滑，同时切换空腔501的底部内壁也可设置密封层(如聚四氟乙烯层)，以保证表面平整光滑，从而使得密封块52能够顺畅移动，且移动到适当位置时又能实现很好的密封。

通过自切换通道50与预封液组件3、离心管1、裂解管2等结构的配合设计，能够在核酸提取的裂解、结合、漂洗过程中导通流向废液瓶7的第二通道，以通过废液瓶7收集废液；而在核酸提取的洗脱过程中导通流向核酸样品瓶6的第一通道，收集需要的核酸提取液，从而在核酸提取过程中不需要更换用于收集试剂的储液瓶；以下会在实施例3中进行进一步说明。

其中，自切换通道50、预封液组件3等各组件均选用防腐蚀、防锈材质。

实施例3

本实施例提供一种核酸提取方法，其采用实施例2的离心柱管实现，该方法包括以下步骤：

S1、完全打开密封盖21，藉由拉绳231拉开裂解液预封袋23上的易撕片230，使得裂解液预封袋23内的裂解液流出进入到裂解管2内，参照图7；同时向裂解管2内加入一定体积的样品，盖好密封盖21；此时可手动摇晃离心柱管，使裂解液与样品初步混匀；

S2、将离心柱管置于离心机中，通过离心管1固定在离心机的离心工位上，控制离心机采用正反交替旋转且转速R小于R₀的方式工作一定时间，进行样品裂解；此时的转速下，微孔滤膜25上方的液体无法通过或基本无法通过微孔滤膜25，使得裂解液和样品能较好的混合均匀；

S3、控制离心机正向转动，且转速R满足：R₀≤R＜R₁，使得裂解产物中的裂解液穿过微孔滤膜25进入下方的离心柱4中，固体杂质被预滤膜26和微孔滤膜25截留；

其中，S2和S3的转速下，尖刺结构20会有一定的移动，但无法移动到与结合液预封袋31接触的位置，不会刺破结合液预封袋31；

S4、控制离心机正向转动，且转速R满足：R₁≤R＜R₂，使得尖刺结构20刺破结合液预封袋31，参照图8，内部的结合液流入下方的离心柱4中与裂解液混合，通过离心柱4中的核酸吸附膜40吸附核酸；且此时的转速下，核酸吸附膜40上方的液体无法通过或基本无法通过；

S5、控制离心机正向转动，且转速R满足：R₂≤R＜R'₃，使得尖刺结构20刺破漂洗液预封袋32，内部的漂洗液流出对离心柱4进行漂洗，在此时的转速下，核酸吸附膜40上方的液体能够顺利通过；使得漂洗液会从离心柱4下方的锥形出口41排出；

步骤S1-S5过程中，密封块52始终处于第一通道口502上方且完全覆盖第一通道口502，第一通道口502关闭，第二通道口503打开，使得第一出口506始终关闭，第二出口507打开，离心管1底部排出的裂解废液、结合废液、漂洗废液均进入废液瓶7收集；

S6、控制离心机反向转动，且转速R满足：R≥R₃，使得尖刺结构20刺破洗脱液预封袋33，参照图9，内部的洗脱液流出对离心柱4进行洗脱，以使离心柱4内的核酸与核酸吸附膜40脱离；

同时此时的转速下，密封块52移动至第二通道口503上方且完全覆盖第二通道口503，第一通道口502打开，第二通道口503关闭，被洗脱的核酸和洗脱液一同流入核酸样品瓶6中收集，得到核酸提取液。

实施例4

作为实施例3的基础上的进一步改进，本实施例提供一种核酸提取方法包括以下步骤：

S1、完全打开密封盖21，藉由拉绳231拉开裂解液预封袋23上的易撕片230，使得裂解液预封袋23内的裂解液流出进入到裂解管2内，同时向裂解管2内加入2mL的样品，盖好密封盖21；此时可手动摇晃离心柱管10s，使裂解液与样品初步混匀；

S2、将离心柱管置于离心机中，通过离心管1固定在离心机的离心工位上，控制离心机采用正反交替旋转且转速R＝600r/min的方式工作20s，进行样品裂解；此时的转速下，微孔滤膜25上方的液体无法通过或基本无法通过微孔滤膜25，使得裂解液和样品能较好的混合均匀；

S3、控制离心机正向转动，转速R＝1200r/min，工作2min,使得裂解产物中的裂解液穿过微孔滤膜25进入下方的离心柱4中，固体杂质被预滤膜26和微孔滤膜25截留；

其中，S2和S3的转速下，尖刺结构20会有一定的移动，但无法移动到与结合液预封袋31接触的位置，不会刺破结合液预封袋31；

S4、控制离心机正向转动，转速R＝2500r/min，工作4min，使得尖刺结构20刺破结合液预封袋31，内部的结合液流入下方的离心柱4中与裂解液混合，通过离心柱4中的核酸吸附膜40吸附核酸；且此时的转速下，核酸吸附膜40上方的液体无法通过或基本无法通过；

S5、控制离心机正向转动，转速R＝5000r/min，工作5min，使得尖刺结构20刺破漂洗液预封袋32，内部的漂洗液流出对离心柱4进行漂洗，在此时的转速下，核酸吸附膜40上方的液体能够顺利通过；使得漂洗液会从离心柱4下方的锥形出口41排出；

步骤S1-S5过程中，密封块52始终处于第一通道口502上方且完全覆盖第一通道口502，第一通道口502关闭，第二通道口503打开，使得第一出口506始终关闭，第二出口507打开，离心管1底部排出的裂解废液、结合废液、漂洗废液均进入废液瓶7收集；

S6、控制离心机反向转动，转速R＝8500r/min，工作5min，使得尖刺结构20刺破洗脱液预封袋33，内部的洗脱液流出对离心柱4进行洗脱，以使离心柱4内的核酸与核酸吸附膜40脱离；

同时此时的转速下，密封块52移动至第二通道口503上方且完全覆盖第二通道口503，第一通道口502打开，第二通道口503关闭，被洗脱的核酸和洗脱液一同流入核酸样品瓶6中收集，得到核酸提取液。

其中，需要理解的是，具体的转速与反应时间等参数根据具体情况进行选择设计，只需满足上述的规则即可。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (10)

1.一种核酸提取离心柱管，其特征在于，包括：

离心管；

裂解管，其可沿Z方向滑动插设在所述离心管内，所述裂解管的底部具有尖刺结构；

预封液组件，其设置在所述离心管内且处于所述尖刺结构下方，所述预封液组件包括与所述离心管内壁连接的支架以及沿Z方向间隔布置的若干预封液袋，若干预封液袋可在所述裂解管沿Z方向向下滑动的过程中被所述尖刺结构刺破而使得内部预装的试剂液流出；

离心柱，其连接在所述离心管内且处于所述预封液组件下方，用于吸附核酸；

自切换通道块，其连接在所述离心管底部，所述自切换通道块内部具有与所述离心柱下方空间连通的自切换通道，所述自切换通道具有可切换打开/关闭的第一出口和第二出口；

以及与所述第一出口可拆卸连接的核酸样品瓶和与所述第二出口可拆卸连接的废液瓶。

2.根据权利要求1所述的核酸提取离心柱管，其特征在于，所述裂解管的管口上可转动连接有密封盖，所述裂解管的内壁上连接有挂板，所述挂板的底面上连接有裂解液预封袋，所述裂解液预封袋上至少设置有一个易撕片，所述易撕片上连接有拉绳，所述拉绳的末端与所述密封盖的底部连接；当所述密封盖完全打开时，所述拉绳拉开所述易撕片使所述裂解液预封袋破裂而流出内部的裂解液。

3.根据权利要求2所述的核酸提取离心柱管，其特征在于，所述裂解管的底部出口上连接有第一孔板，所述第一孔板的上部设置有微孔滤膜，所述微孔滤膜上方设置有预滤膜，所述尖刺结构设置在所述第一孔板的底部。

4.根据权利要求3所述的核酸提取离心柱管，其特征在于，所述离心管的上端外周设置有第一边沿，所述裂解管的上端外周设置有第二边沿，所述第一边沿和第二边沿之间间隔连接有至少两根第一弹簧；

若干预封液袋包括沿Z方向由上至下依次设置的结合液预封袋、漂洗液预封袋和洗脱液预封袋；

所述离心管离心旋转时，所述第一弹簧在离心力的作用下被压缩，使得所述裂解管会沿Z方向向下滑动，从而使得所述尖刺结构向下移动；

当所述离心管的离心转速R满足：R₁≤R＜R₂时，所述尖刺结构刺破所述结合液预封袋而不刺破所述漂洗液预封袋；当小于R₂≤R＜R₃时，所述尖刺结构穿过所述结合液预封袋，并刺破所述漂洗液预封袋而不刺破所述洗脱液预封袋；当R≥R₃时，所述尖刺结构依次穿过所述结合液预封袋、漂洗液预封袋并刺破所述洗脱液预封袋；

其中，R₁＜R₂＜R₃。

5.根据权利要求4所述的核酸提取离心柱管，其特征在于，所述支架包括与所述离心管的内壁连接的第二多孔板、设置在所述第二多孔板上的第一支撑孔板、设置在所述第一支撑孔板上的第二支撑孔板以及设置在所述第二支撑孔板上的第三支撑孔板，所述第一支撑孔板、第二支撑孔板和第三支撑孔板之间沿Z方向留有间隙；

所述结合液预封袋、漂洗液预封袋和洗脱液预封袋均呈环形状，所述结合液预封袋连接在所述第三支撑孔板上，所述漂洗液预封袋连接在所述第二支撑孔板上，所述洗脱液预封袋连接在所述第一支撑孔板上；

所述第一支撑孔板、第二支撑孔板和第三支撑孔板上均开设有若干通孔，且所述通孔的位置和尺寸设置满足：所述尖刺结构刺破所述结合液预封袋、漂洗液预封袋和洗脱液预封袋时，所述尖刺结构能够从对应支撑孔板上对应位置处的通孔中穿过；

所述第二多孔板的表面还设置有收集凹槽；

所述裂解管的外壁上设置有导向块，所述离心管的内壁上沿Z方向开设有与所述导向块配合的导向槽，所述导向块可滑动设置在所述导向槽内；

所述离心柱内设置有核酸吸附膜，所述离心柱的底部具有锥形出口。

6.根据权利要求5所述的核酸提取离心柱管，其特征在于，所述自切换通道包括位于中部的切换空腔、连通所述切换空腔与所述离心柱下方空间的若干进液孔、连通所述切换空腔与所述第一出口的第一排液通道以及连通所述切换空腔与所述第二出口的第二排液通道；

所述第一排液通道与切换空腔的连接处形成第一通道口，所述第二排液通道与切换空腔的连接处形成第二通道口；

所述第一排液通道和第二排液通道均倾斜设置，以使得所述第一通道口比所述第一出口更靠近所述离心管的中心轴线，所述第二通道口比所述第二出口更靠近所述离心管的中心轴线；

所述切换空腔内沿X方向设置有第二弹簧，所述第二弹簧的一端与所述切换空腔的内壁连接，另一端连接有可在所述切换空腔内沿X方向滑动的密封块，所述密封块用于密封所述第一通道口或第二通道口。

7.根据权利要求6所述的核酸提取离心柱管，其特征在于，当所述离心管保持静止或是朝第一方向旋转或是朝第二方向旋转但转速小于R'₃时，所述密封块处于所述第一通道口上方且完全覆盖所述第一通道口，所述第一通道口关闭，所述第二通道口打开；

当所述离心管朝第二方向旋转且转速不小于R₃时，所述第二弹簧被拉伸，所述密封块处于所述第二通道口上方且完全覆盖所述第二通道口，所述第一通道口打开，所述第二通道口关闭；

其中，其中，R₁＜R₂＜R'₃＜R₃。

8.根据权利要求7所述的核酸提取离心柱管，其特征在于，所述密封块的上方还沿Z方向设置有顶柱，所述顶柱包括连接在所述密封块上的空心柱、连接在所述空心柱内的第三弹簧以及连接在所述第三弹簧上端且可活动设置在所述空心柱内的顶球；

所述顶球与所述切换空腔的上方内壁接触，且所述切换空腔上方的进液孔避开所述顶球的运动轨迹设置。

9.一种核酸提取装置，其特征在于，其包括如权利要求1-8中任意一项所述的离心柱管。

10.一种核酸提取方法，其特征在于，其采用如权利要求1-8中任意一项所述的离心柱管或权利要求9所述的核酸提取装置进行核酸提取，该方法包括以下步骤：

S1、完全打开所述密封盖，藉由所述拉绳拉开所述裂解液预封袋上的易撕片，使得所述裂解液预封袋内的裂解液流出进入到裂解管内，同时向所述裂解管内加入一定体积的样品，盖好密封盖；

S2、将离心柱管置于离心机中，通过离心管固定在离心机的离心工位上，控制离心机采用正反交替旋转且转速R小于R₀的方式工作，进行样品裂解；

S3、控制离心机正向转动，且转速R满足：R₀≤R＜R₁，使得裂解产物中的裂解液穿过所述微孔滤膜进入下方的离心柱中，固体杂质被所述预滤膜和微孔滤膜截留；

S4、控制离心机正向转动，且转速R满足：R₁≤R＜R₂，使得所述尖刺结构刺破所述结合液预封袋，内部的结合液流入下方的离心柱中与裂解液混合，通过所述离心柱中的核酸吸附膜吸附核酸；

S5、控制离心机正向转动，且转速R满足：R₂≤R＜R'₃，使得所述尖刺结构刺破所述漂洗液预封袋，内部的漂洗液流出对离心柱进行漂洗，之后漂洗液从离心柱下方的锥形出口排出；

步骤S1-S5过程中，所述密封块始终处于所述第一通道口上方且完全覆盖所述第一通道口，所述第一通道口关闭，所述第二通道口打开，使得所述第一出口始终关闭，所述第二出口打开，所述离心管底部排出的废液均进入所述废液瓶收集；

S6、控制离心机反向转动，且转速R满足：R≥R₃，使得所述尖刺结构刺破所述洗脱液预封袋，内部的洗脱液流出对离心柱进行洗脱，以使离心柱内的核酸与所述核酸吸附膜脱离；同时使得所述密封块移动至所述第二通道口上方且完全覆盖第二通道口，所述第一通道口打开，所述第二通道口关闭，被洗脱的核酸和洗脱液一同流入所述核酸样品瓶中收集，得到核酸提取液。

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