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芯片内部结构剖析-Alere I 测试盒

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芯片内部结构剖析-Alere I 测试盒

1 检测流程

作为全球知名 POCT 厂商,美艾利尔(Alere)公司有很多明星产品,下面焜哥将带领大家解剖该公司旗下的 Alere I 检测芯片,但在动手研究之前,请各位看官回忆一下曾经在实验室中做过的无数次重复性动作:取样-加样-检测。


虽然各位眯着眼睛就能做出这一实验基本动作,但焜哥还是打算简单讲解一下,因为这一动作就是 Alere i 检测芯片的基本操作原理。


该基本动作为:1,将待测样品加入到离心管 A 中;2,用移液枪取一定体积待测样品加入到离心管 B 中,该离心管中有反应所需的各种试剂;3,将离心管 B 放入检测仪器中进行反应,如 PCR 扩增仪等,反应一段时间后通过仪器检测得出结果。


虽然 Alere 公司在专利 CN201510472452,WO2013041713 和 WO2017075586 中公开了 i 检测测试盒的工作原理和内部结构,但专利内容却晦涩难懂,经过焜哥的抽丝剥茧,终于恍然大悟,原来这个芯片的工作原理就是曾经重复多次的取样-加样-检测步骤。如下为 Alere i 检测仪器和测试盒。


图 2.1 Alere i 检测仪器和测试盒。


实际上,为了便于理解,各位完全可以将 Alere i 检测仪器类比于 PCR 扩增仪,其功能也类似。而测试盒则主要有三部分组成,但为了通俗易懂,焜哥并没有按照专利中的英文直接翻译过来,而是根据其具体功能来命名各个部分,如上图中所示的,中间蓝色管为样品管,其功能相当于前面提到的离心管 A;黄色管为扩增管,相当于离心管 B;白色管为转移管,功能则相当于移液枪。在理解该测试平台的各部分具体功能之后,各位就很容易想到 Alere i 的检测流程,如下图所示,该具体检测流程和上面提到的取样-加样-检测几乎完全一样。如下图中的 BASE 为扩增管,RCVR 为样品管,CARTRDG 为转移管。

图 2.2 Alere i 测试平台的具体检测流程。


2 内部结构

Alere 公司的专利 CN201510472452 和 WO2013041713 中公开了 i 检测测试盒的内部结构,如下所示分别为转移管,扩增管,样品管的内部结构。最左边的转移管的基本结构为弹簧活塞结构,在按下去后会压缩内部气体并将伸长下面的枪头,中间的扩增管中最重要的结构是微型管,里面包含有核酸扩增所需要的各种试剂,这些试剂是以固体粉状形式存在,上面的密封组件适合转移管接触的部位,起到密封的作用。最右边的样品管中的重要结构是样品处理腔,其内部有样品处理所需的液体试剂,比如细胞裂解液等,这些试剂是以液体状存在,故而需要密封。


图 2.3 Alere i 测试盒各部分的内部结构。


虽然上图讲明了各部分的基本结构,但各结构之间的配合操作却很难从上图看出。幸好,专利中还公开了各部分之间的配合操作,比如下图展示了转移管从样品管中吸取一定量的样品的过程,图中红色框内是活动部件,在按下转移管后,转移管会和下方的样品管配合起来,如中间图。继续按下转移管会听见“咔擦”一声,代表转移管完全深入到样品管内,此时为最右边图中的状态,即液体样品被吸入到转移管内。



图 2.4 转移管从样品管中吸取样品的过程。


如下图为将吸取有样品的转移管放入到扩增管上的情形,通过挤压转移管,可以将扩增管中微型管上面的密封膜戳破,并将转移管内部的样品推入到扩增管内,此时即完成了手动操作步骤,后期的恒温扩增反应是由仪器来完成,同样的,扩增后结果的读取由仪器完成。


图 2.5 转移管将样品注入到扩增管的过程。


在整个反应过程中,有两个地方使用到了反应试剂,一个是样品管内使用了裂解细胞或病毒的裂解液,另外一个是扩增管中使用了恒温扩增所需要的试剂,根据Alere 官网介绍,Alere i 测试盒是采用切口延伸扩增技术(Nicking Enzyme Amplification Reaction,NEAR)来检测病毒核酸,使用特定捕获酶来驱动扩增反应,该试剂一般包括有切口酶,前向模板核酸,反向模块核酸和聚合酶等。


(实际上,该产品并不是采用微流控技术来制备的,或者说和微流控没有半点关系,同时该产品也只是一种半自动 POCT 仪器,毕竟还需要几步手工操作,而且只适合于呼吸道拭子或人咽拭子等简单的样品,但该产品还是有些亮点的,比如检测非常快,十几分钟便得出结果,仪器小巧方便等,故拿出来和大家分享下。)


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