[发明专利]一种基于3D打印微元件的核酸提取系统和方法

说明书

本发明公开了一种基于3D打印的微元件的核酸提取系统和方法，属于核酸提取技术领域。一种基于3D打印微元件的核酸提取系统，通过3D打印技术制备具有“伞”型结构的微元件，所述微元件包括核酸结合区和手柄区；所述核酸结合区的材质包括光敏树脂和热塑性塑料。一种基于3D打印微元件的核酸提取方法，通过在含有目标核酸的溶液、清洗液和洗脱液之间移动3D打印微元件，进行核酸的结合、清洗与洗脱。本发明具有更快的分离速度、更简单的操作过程和更稳定的分离效果，通过数个单体3D打印微元件并排连接使用实现高通量，并具有自动化应用前景，具有高度的调整灵活性，成本低、使用灵活度高等优点。

技术领域

本发明属于核酸提取技术领域，特别地涉及一种基于3D打印的微元件的核酸提取系统和方法。

背景技术

基因是遗传的主要功能单位，它们所包含的核酸碱基的特定序列能够编码生物体功能所需的大部分蛋白质。作为基因的载体，基于核酸的体外分子检测技术，成为强大的生物学研究工具。从生物体中提取核酸，需要将核酸从含有蛋白质、多糖和脂肪等多种生物大分子的复杂体系中进行分离、纯化，是PCR、测序等生物学分析的先决条件。核酸提取的质量，显著影响后续分析的准确性和灵敏度。生物样本中残留的抑制性成分(血红素、球蛋白等成分)及分离、纯化过程中残留的有机物和盐分，是影响PCR灵敏性和分析稳健性的重要因素。

传统的核酸的分离方法是基于有机溶剂萃取的液相分离，如Chomczynski’s法，碱性裂解法、酚氯抽提方法、溴化乙锭-氯化钙梯度离心法等。液相分离方法虽然有效，但存在着很大的局限性：所需样品量大、分离时间长、易受污染、降解率高。另外，液相分离方法中有机溶剂的残留显著增加了PCR抑制剂的残留风险。为了提高提取核酸样品的纯度与浓度，核酸的提取方法也在不断更新，目前固相萃取核酸的方法受到更多学者的青睐。固相萃取核酸的方法主要是采用一些对核酸有结合作用的聚合物材料，在一定条件下结合核酸然后又在适当条件下脱附，实现核酸的分离。与液相萃取方法相比，固相萃取方法减少了有机溶剂的使用，操作相对简便，分离时间短，样品在实验过程中不易污染与降解，提取的核酸无论是浓度还是纯度都相对较高。

固相核酸分离方法主要是基于一些对核酸有吸附作用的聚合物材料。随着磁性材料的发展，以磁性颗粒作为核酸结合载体的磁力分离，因具备与核酸结合后能够在外加磁场快速移动的特点，成为如今主要的核酸固相分离手段。磁力分离虽然避免传统核酸分离过程中的繁琐离心操作，市售商业化磁力分离也通常只需要15min左右(有文献报道为14.5min：Zou Y,Mason MG,Wang Y,Wee E,Turni C,Blackall PJ,et al.(2017)Nucleicacid purification from plants,animals and microbes in under 30seconds.PLoSBiol 15(11):e2003916.)，且具有下游高通量和自动化应用的前景，但是，磁力分离难以避免多次移液操作，需要依赖多联移液器，手动操作时，容易产生误差。同时，有报道指出，磁力分离中普遍存在颗粒材料解吸核酸困难、DNA提取效率偏低等问题，限制了磁力分离的发展与应用。虽然有报道指出，通过将磁性纳米粒子与DNA的复合物直接作为PCR模板可以避免这个问题，但磁性颗粒对PCR扩增过程具有强抑制作用，洗脱过程不可避免。此外，磁性纳米颗粒固有的团聚、沉降等现象，在高通量平行处理批量样本时，在很大程度上会影响分离过程的稳定性。磁力分离中，因为纳米颗粒沉降现象，核酸与磁性纳米颗粒不能充分结合而影响提取产率；因为纳米颗粒团聚则可能会引起清洗不完全与杂质包裹，影响磁力分离的提取质量。

相比磁力分离，基于非磁性材料的核酸固相分离发展较为缓慢。现行非磁力固相分离多需要通过过滤、离心、移液等繁琐操作才能将结合有核酸的非磁性固相材料从裂解液中分离出来，相比于借助外加磁场即能快速移动并实现核酸分离的磁力分离而言，往往需要更多、更密集的人力操作，效率和通量都较为低下，下游应用受阻，是制约非磁力固相分离发展和应用的关键瓶颈。