[发明专利]基于模块结构的多重病原快速检测体式微流控系统

说明书

本发明公开了基于模块结构的多重病原快速检测体式微流控系统，针对PCR核酸检测污染、通量低、检测慢与荧光串扰等问题，并面向现场快检需求，开发了模块化集成体式微流控检测系统，实现多样本、多重病原的高通量、集成化现场快检。采用3D打印在模块中构建多个(可扩展)并行空间交叉的微流道，检测过程均在微流道中完成，提高通量并降低污染。利用高特异性、灵敏度的CRISPR/Cas13a技术，样本进到结果出只需1小时。光纤激发检测结果，CMOS传感器采集检测结果，将降低荧光串扰的可能性。本发明能够实现高灵敏度、特异性、高通量与集成化的多样本、多重病原的快速检测，对于生物医学研究领域以及便携式病原体核酸现场快检系统的开发具有非常重要的实际应用价值。

技术领域

本发明属于多重病原快速检测系统开发领域，涉及基于模块结构的体式微流控检测系统设计方法。

背景技术

自新冠疫情爆发以来，对重大传染病的预防与检测在世界范围内得到了重视。突发传染病的爆发存在发病急、极大危害实验人员健康、病原复杂的急、危、难三类典型特点。对实现突发传染病预防与早期发现，构建具有快速排除、精准靶向的高通量检测方法，具有重大意义。

在传染病应急防控中，核酸检测技术作为分子水平的生物诊断方法，目前已成为新冠等重大传染病的检验金标准。在实验室条件下，典型的核酸检测方法包括基因测序技术、荧光PCR检测技术。基因检测技术具有高通量、高特异性的优点，然而其需要较长的检测时间，无法满足实验动物应急防控的需求，而荧光PCR技术，同样具有高特异性的优点，然而由于其存在的荧光串扰、核酸变温扩增条件难以控制、检测时间长且需要专业技术人员等问题，限制了多重病原快检技术的发展。为了满足现场快检的需求，新型的便携式检测方法相继出现，如检测试纸，微流控芯片，具有操作方便、现场快检的优势。故此面向应急防控的迫切需求，应同时具备实验室方法的高通量、高特异性以及便携系统的现场快检优势，因此基于先进的CRISPR/Cas13a分子学检测方法，我们设计开发了多重病原快速检测体式微流控系统。

发明内容

本发明为了克服核酸检测耗时长、荧光串扰等问题，同时满足应急防控中的现场快速检测要求，提出了基于模块结构的多重病原快速检测体式微流控系统，采用先进的CRISPR/Cas13a技术作为病原检测技术，以实现病原的快速检测，检测全过程大约需要一小时。同时采用3D打印技术，打印出病原检测各个步骤所需的组合检测模块、供液模块以及用于固定与采集检测结果的底座，组合成体式微流控系统。该系统能够实现“样本进-结果出”的多个样本的多重病原的高通量现场快速检测，从而有望为突发传染病预防与早期发现，构建具有快速排除、精准靶向的高通量检测方法。

本发明一种基于模块结构的多重病原快速检测体式微流控系统主要包括组合检测模块、组合供液模块与检测底座，供液模块为检测模块提供检测各步骤所需要的试剂，检测模块与供液模块组合后放置于检测底座上，用于固定与检测。其中一组组合检测模块可以同时实现两个样本的检测，一个样本可以实现十种不同传染病病原的检测，一组组合供液模块可以为三组组合检测模块提供反应所需要的试剂，组成一个检测—供液模块组合，四个检测—供液模块组合构成整个检测系统的检测与供液部分。检测底座的立柱用于检测模块以及供液模块的定位，在立柱底部正对组合供液模块中检测结果激发模块的位置设置有光纤引入端，用于接入光纤来激发荧光结果显示，对应CRISPR/Cas13a分析模块的位置布置有CMOS芯片。

所述每组检测模块可实现的样本与病原体检测的数量、组合检测模块的数量、组合供液模块的数量、一组组合供液模块所匹配的组合检测模块的数量均可根据需求与空间条件进行调整。