一种基于CRISPR核酸检测的多通道检测装置及其使用方法

本发明公开了一种基于crispr核酸检测的多通道检测装置及其使用方法，涉及核酸检测，具体为一种多通道同时识别检测多种核酸的无污染检测装置。

背景技术：

1、快速、准确、高通量的核酸检测技术对提高应对突发公共卫生事件效率具有重要意义。传统的检测方法，如荧光定量逆转录聚合酶链反应(rt-qpcr)，耗时长、需要特定的仪器设备和专业的技术人员操作，这极大地限制了大规模检测，严重阻碍了感染链的抑制和疾病治疗。为了克服这些问题，最近开发了即时检测(poct)设备，通过集成分子识别元件和信号转导模块，poct设备可以灵敏、快速地将微生物信号转换为可读的电信号或光信号。poct设备具有易用性、实时检测、高灵敏度和低成本等优点，从而便于大规模检测或家庭测试。

2、近些年来，聚类规则间隔短回文重复序列(crispr)/基于cas的诊断(crispr-dx)因其检测效率快、检测灵敏度高、特异性和反应条件简单而与即时检测(poct)完美兼容。然而，在没有样品预扩增的情况下，crispr/cas系统表现出有限的灵敏度和效率。因此，现有的crispr-dx检测方法普遍存在三种情况：(1)无扩增crispr/cas检测方法作为理想的核酸检测工具，如一些电化学crispr级联和数字微流控芯片方法，表现出竞争敏感性。然而，这些技术总是依赖于复杂的设备和复杂的酶系统，并且很难在资源有限的环境中运行。(2)具有靶基因扩增和crispr反式切割的两步crispr-dx检测显示出与pcr相当的灵敏度。然而，这种两步检测方法需要进行多步转移操作，并且存在气溶胶污染的风险，从而限制了其普及。(3)由于分步法的缺点，研究人员开发了单步crispr反应，在单管反应中同步扩增和crispr反应。它可以简化操作工作流程，避免扩增子污染，缩短检测时间，同时在一定程度上牺牲反应灵敏度。鉴于基于crispr的诊断越来越成熟，要实现量子飞跃是很困难的。因此，研究人员正专注于提高信号报告器单元性能的方法。由于其成本低、操作简单、稳定性好，侧向层析(lfa)是捕获crispr切割产物的理想信号报告基因。然而，扩增子转移可能导致气溶胶污染的风险。此外，crispr-lfa检测通常显示出较弱的灵敏度。电化学传感器被强调为超灵敏的信号转导方法。然而，它容易受到环境干扰，而且总是很昂贵。荧光检测作为最通用的方法，已被证明具有高灵敏度、快速和出色的准确性。然而，大多数现有的平板荧光读数仪重量大、体积大、价格昂贵，从而限制了它们在资源有限环境中的进一步应用。考虑到床旁检测的需求，低成本、快速和超灵敏的信号传感器代表了

3、的方法。由于其成本低、操作简单、稳定性好，侧向层析(lfa)是捕获crispr切割产物的理想信号报告基因。然而，扩增子转移可能导致气溶胶污染的风险。此外，crispr-lfa检测通常显示出较弱的灵敏度。电化学传感器被强调为超灵敏的信号转导方法。然而，它容易受到环境干扰，而且总是很昂贵。荧光检测作为最通用的方法，已被证明具有高灵敏度、快速和出色的准确性。然而，大多数现有的平板荧光读数仪重量大、体积大、价格昂贵，从而限制了它们在资源有限环境中的进一步应用。考虑到床旁检测的需求，低成本、快速和超灵敏的信号传感器代表了许多未开发的潜力。综上所述，目前正迫切需要开发出快速、准确、高通量、检测灵敏度高的基于crispr的核酸检测的poct设备。

4、许多未开发的潜力。综上所述，目前正迫切需要开发出快速、准确、高通量、检测灵敏度高的基于crispr的核酸检测的poct设备。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于crispr核酸检测的多通道检测装置，可以自动注射混匀待测样品，并分别流入放置有不同crispr检测试剂的多个通道中，通过图像荧光分析实现多种核酸序列的同时检测，并且没有试剂废气污染，操作简单，检测高效且精度高，环保安全。

2、本发明提出的一种基于crispr核酸检测的多通道检测装置，主要由壳体系统、电源系统、自动注液系统、样液分流检测系统、加热系统、紫外光激发系统、图像处理系统和废气废液处理系统组成。

3、所述壳体系统主要包括主壳体、滤光片和遮光盖，所述主壳体用于安装所述自动注液系统、样液分流检测系统、加热系统和紫外光激发系统，所述滤光片安装在所述主壳体上，所述遮光盖安装在所述主壳体上，顶部开设有圆形通孔。

4、所述电源系统为所述自动注液系统、样液分流检测系统、加热系统和紫外光激发系统供电。

5、具体地，所述电源系统为直流电源适配器、锂电池、碱性电池中的至少一种。

6、所述自动注液系统主要包括医用注射器、步进电机、丝杆、螺母、金属压块、压块滑杆、第一限位传感器、第二限位传感器、电机控制电路单元、电机正转开关和电机反转开关，所述医用注射器插装在所述主壳体中，所述步进电机安装在所述主壳体中，所述安装在所述步进电机输出轴上，与所述医用注射器平行，所述螺母与所述丝杆通过螺纹配合，在所述丝杆上进行往复移动；所述金属压块一端通过螺钉固定在所述螺母上，中部穿过所述压块滑杆，另一端位于所述医用注射器正上方；所述压块滑杆平行安装在所述医用注射器和所述丝杆之间；所述第一限位传感器和第二限位传感器上下安装在所述丝杆旁；所述电机控制系统通过导线与所述步进电机、第一和第二限位传感器、电机正转开关和电机反转开关连接；所述电机正转开关和电机反转开关用于启动所述步进电机带动所述丝杆正转和反转。

7、具体的，所述第一限位传感器和所述第二限位传感器之间的距离不小于所述医用注射器行程，所述第二限位传感器安装在所述医用注射器注射完全注射完待测样品位置处。

8、所述样液分流检测系统可拆卸安装在所述滤光片下，其上依次开设包括注液口、混匀通道、n个分流通道、n列检测通道、m个试剂注射口、crispr检测试剂、m个硅胶密封塞和排气通道。具体的，所述混匀通道中交错分布有多边形柱子，所述n个分流通道一端连接所述混匀通道，另一端分别与所述n列检测通道连接，所述m个试剂注射口分别开设在每个所述检测通道上方，所述crispr检测试剂通过所述试剂注射口注射进每个所述检测通道中；所述m个橡胶密封塞用于在向每个所述检测通道注射完crispr检测试剂后分别封堵所述m个试剂注射口。

9、在本发明的优选实施例中，所述n列检测通道的每列含有m/n个检测通道，所述n≥2，所述m≥2，且为n的整数倍。

10、优选的，所述n列检测通道中有x列检测通道不注入所述crispr检测试剂，所述x≥1，所述其余每列检测通道中的m/n个检测通道中注入的为同一种crispr检测试剂，分别向所述n-x列检测通道注射的可以为1-(n-x)种crispr检测试剂，可以同时识别1-(n-x)种靶标核酸。

11、所述加热系统主要包括加热板和温控模块，所述加热板与所述样液分流检测系统底部贴合安装在所述主壳体中。

12、优选的，所述加热板对待测样品的加热温度为37-42℃。

13、所述紫外光激发系统主要包括led紫外灯和激发光控制开关，所述led紫外灯安装在各所述检测通道正下方；所述激发光控制开关与所述led紫外灯通过导线连接。

14、优选的，所述led紫外灯波长为430-500nm，功率为3-8w/cm2。

15、所述图像处理系统包括图像拍摄模块和图像处理模块，所述图像拍摄模块通过所述遮光盖上开设的圆形通孔拍摄各所述检测通道中的样品发射荧光的照片，传输给所述图像处理模块，所述图像处理模块对照片中的荧光强度进行处理分析，输出检测结果。

16、所述废气废液处理系统主要包括废气收集模块和注液口密封盖，所述废气收集模块与所述样液分流检测系统的所述排气通道连接；所述注液口密封盖用于样品检测结束后封闭所述样液分流检测系统的所述注液口。

17、本发明还提供一种基于crispr核酸检测的多通道检测装置的使用方法，可以用于一种或多种特异性核酸的无污染检测，主要包括以下步骤：

18、步骤一，多通道检测装置的检测前准备：打开所述遮光盖，将检测所需的各所述n-x种crispr检测试剂通过各所述试剂注射口注入各所述n-x列检测通道中后，用所述硅胶密封塞封堵各所述试剂注射口，将装有各所述crispr检测试剂的所述样液分流检测系统放置于安装在所述主壳体上的滤光片下方，重新盖上所述遮光盖；启动温控模块，控制加热板升温对所述样液分流检测系统进行加热；按下所述电机正转控制开关，所述步进电机带动所述丝杆正转，导致所述螺母带动所述金属压块沿所述丝杆向上移动，当所述第一限位传感器感知到所述金属压块时输出信号给所述电机控制电路模块，控制所述步进电机停止工作；将所述医用注射器吸取足量待测样品后插装于所述主壳体中，其注射针头插入所述样液分流检测系统上的所述注液口中；

19、步骤二，特异性核酸检测：按下所述电机反转开关，所述步进电机带动所述丝杆反转，导致所述螺母带动所述金属压块沿所述丝杆向下移动，对所述医用注射器施加压力，推动其通过所述样液分流检测系统的所述注液口向所述混匀通道注射待测样品，所述样液分流检测系统中的气体通过所述排气通道进入所述废气收集模块中；待测样品沿所述混匀通道流动过程中在交错分布的多边形柱子的剪切作用下逐渐混合均匀，并升温至37-42℃；待测样品通过所述混匀通道后进入所述分流通道中分别流入所各所述检测通道中，与各所述crispr检测试剂混合；当所述第二限位传感器感知到所述金属压块时输出信号给所述电机控制电路模块，控制所述步进电机停止工作，待测样品停止进入各所述检测通道；按下所述激发光控制开关，开启所述led紫外灯，激发被各所述crispr检测试剂识别的样品发射荧光；

20、步骤三，输出病毒检测结果：利用所述图像拍摄模块通过所述遮光盖上的圆形通孔拍摄样品发射荧光照片，将照片传输给所述图像处理模块对照片中的荧光强度进行处理分析，输出核酸检测结果；

21、步骤四，废气和废液处理：打开所述遮光盖，按下所述电机正转控制开关，所述步进电机带动所述丝杆正转，导致所述螺母带动所述金属压块沿所述丝杆向上移动，当所述第一限位传感器感知到所述金属压块时输出信号给所述电机控制电路模块，控制所述步进电机停止工作；取下注射完待测样品的所述医用注射器后，用所述注液口密封盖封闭所述注液口，再将所述样液分流检测系统及其连接的废气收集模块一并取下，进行废气和废液处理。

22、本发明的有益效果：

23、(1)本发明公开的一种基于crispr核酸检测的多通道检测装置，包括了自动注液系统、样液分流检测系统、加热系统、紫外光激发系统和图像处理系统等，可以实现核酸的快速自动一体化检测，操作简单。

24、(2)本发明公开的一种基于crispr核酸检测的多通道检测装置，所述样液分流检测系统开设有相互连通的混匀通道(交错分布有多边形柱子)、分流通道和检测通道，可以对待测样本进行混匀并分流进各个检测通道中进行检测的连续作业，通过试剂注射口向各检测通道分别注射一种或多种crispr检测试剂，可以实现一种或多种核酸的同时检测，极大提高检测效率。

25、(3)本发明公开的一种基于crispr核酸检测的多通道检测装置，所述每列检测通道至少含有1个检测通道，通过设置每列检测通道含有多个检测通道用于检测同一种核酸，取样品发射荧光强度平均值以减少样本误差，提高检测精度。

26、(4)本发明公开的一种基于crispr核酸检测的多通道检测装置，待测样品注射进样液分流检测系统中时，将样液分流检测系统中的气体挤压进废气收集系统中，样品检测结束后，通过注射口密封盖封闭样液分流检测系统的注液口，将样液分流检测系统与废气收集系统一并取下进行废气和废液处理，最大程度减少对环境空气的污染，环保安全。

技术特征：

1.一种基于crispr核酸检测的多通道检测装置，其特征在于，包括壳体系统(1)、电源系统(2)、自动注液系统(3)、样液分流检测系统(4)、加热系统(5)、紫外光激发系统(6)、图像处理系统(7)和废气废液处理系统(8)；

2.根据权利要求1所述的一种基于crispr核酸检测的多通道检测装置，其特征在于，所述n列检测通道的每列含有m/n个检测通道，所述的n≥2，所述的m≥2，且为n的整数倍。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的一种基于crispr核酸检测的多通道检测装置，其特征在于，所述n列检测通道(4-4)中有x列检测通道不注入所述crispr检测试剂，所述x≥1，其余每列检测通道中的m/n个检测通道中注入的为同一种crispr检测试剂，分别向n-x列检测通道注射的1-(n-x)种crispr检测试剂，可以同时识别1-(n-x)种特异性核酸。

4.根据权利要求1或2中任一项所述的一种基于crispr核酸检测的多通道检测装置，其特征在于，所述混匀通道(4-2)中交错分布有多边形柱子。

5.根据权利要求1所述的一种基于crispr核酸检测的多通道检测装置，其特征在于，所述废气废液处理系统(8)包括废气收集模块(8-1)和注液口密封盖(8-2)，所述废气收集模块(8-1)与所述样液分流检测系统(4)的所述排气通道(4-8)连接；所述注液口密封盖(8-2)用于样品检测结束后封闭所述样液分流检测系统(4)的所述注液口(4-1)。

6.根据权利要求1所述的一种基于crispr核酸检测的多通道检测装置的使用方法，其特征在于，同时检测一种或多种核酸时，包括多通道检测装置的检测前准备、核酸检测、输出核酸检测结果、废气和废液处理四个步骤。

7.根据权利要求6所述的一种基于crispr核酸检测的多通道检测装置的使用方法，其特征在于，所述多通道检测装置的检测前准备步骤包括：打开所述遮光盖(1-3)，将检测所需的各n-x种crispr检测试剂通过各所述试剂注射口注入各n-x列检测通道中后，用硅胶密封塞(4-6)封堵各所述试剂注射口，将装有各所述crispr检测试剂的所述样液分流检测系统放置于安装在所述主壳体(1-1)上的滤光片(1-2)下方，重新盖上所述遮光盖(1-3)；启动温控模块(5-2)，控制加热板(5-1)升温对所述样液分流检测系统(4)进行加热；按下所述电机正转控制开关(3-10)，所述步进电机(3-2)带动所述丝杆(3-3)正转，导致所述螺母(3-4)带动所述金属压块(3-5)沿所述丝杆(3-3)向上移动，当所述第一限位传感器(3-7)感知到所述金属压块(3-5)时输出信号给所述电机控制电路模块(3-9)，控制所述步进电机(3-2)停止工作；将所述医用注射器(3-1)吸取足量待测样品后插装于所述主壳体(1-1)中，其注射针头插入所述样液分流检测系统(4)上的所述注液口(4-1)中。

8.根据权利要求6所述的一种基于crispr核酸检测的多通道检测装置的使用方法，其特征在于，所述核酸检测步骤包括：按下所述电机反转开关(3-11)，所述步进电机(3-2)带动所述丝杆(3-3)反转，导致所述螺母(3-4)带动所述金属压块(3-5)沿所述丝杆(3-3)向下移动，对所述医用注射器(3-1)施加压力，推动其通过所述样液分流检测系统(4)的所述注液口(4-1)向所述混匀通道(4-2)注射待测样品，所述样液分流检测系统(4)中的气体通过所述排气通道(4-7)进入所述废气收集模块中；待测样品沿所述混匀通道(4-2)流动过程中在交错分布的多边形柱子的剪切作用下逐渐混合均匀，并升温至35-42℃；待测样品通过所述混匀通道(4-2)后进入所述分流通道(4-3)中分别流入所各所述检测通道(4-4)中，与各所述crispr检测试剂混合；当所述第二限位传感器(3-8)感知到所述金属压块(3-5)时输出信号给所述电机控制电路模块(3-9)，控制所述步进电机(3-2)停止工作，待测样品停止进入各所述检测通道(4-4)；按下所述激发光控制开关(6-2)，开启所述led紫外灯(6-1)，激发被各所述crispr检测试剂识别的样品发射荧光。

9.根据权利要求6所述的一种基于crispr核酸检测的多通道检测装置的使用方法，其特征在于，所述输出病毒检测结果步骤包括：利用所述图像拍摄模块(7-1)通过所述遮光盖(1-3)上的通孔拍摄样品发射荧光照片，将照片传输给所述图像处理模块(7-2)对照片中的荧光强度进行处理分析，输出核酸检测结果。

10.根据权利要求6所述的一种基于crispr核酸检测的多通道检测装置的使用方法，其特征在于，所述废气和废液处理步骤包括打开所述遮光盖(1-3)，按下所述电机正转控制开关(3-10)，所述步进电机(3-2)带动所述丝杆(3-3)正转，导致所述螺母(3-4)带动所述金属压块(3-5)沿所述丝杆(3-3)向上移动，当所述第一限位传感器(3-7)感知到所述金属压块(3-5)时输出信号给所述电机控制电路模块(3-9)，控制所述步进电机(3-2)停止工作；取下注射完待测样品的所述医用注射器(3-1)后，用所述注液口密封盖(8-2)封闭所述注液口，再将所述样液分流检测系统(4)及其连接的废气收集模块(8-1)一并取下，进行废气和废液处理。

技术总结
本发明提供了一种基于CRISPR核酸检测的多通道检测装置及其使用方法。所述多通道检测装置主要包括壳体系统、电源系统、自动注液系统、样液分流检测系统、加热系统、紫外光激发系统、图像处理系统和废气废液处理系统。所述自动注液系统和样液分流检测系统可以对待测样品进行自动注射、混合均匀，所述加热系统加热待测样品至CRISPR检测试剂识别温度，所述紫外光激发系统激发样品发射荧光，最后所述图像处理系统拍摄并分析样品荧光照片，输出样品核酸结果。本发明不仅能同时对多种核酸进行高效检测，还能通过1列多个检测通道检测同种核酸取平均值以提高检测精度；测试过程中气体被收集起来，环保无污染。

技术研发人员：任磊,王苗,陈昊翔,冯君雅,黄丽冰,罗忠沁
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23