CN111772684B - 一种体液采集、预处理及保存装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种体液采集、预处理及保存装置及其使用方法，装置包括：采样管，滑动于采样管内的推筒，设置于采样管底部的过滤组件，连接于过滤组件的收集管，生物样本保护剂；过滤组件包括：设置于采样管内部的多孔高聚物过滤板，连接于采样管下端的滤头；使用本发明的装置及方法可以一次性在低阻力情况下消除粘蛋白、细菌、细胞碎片、口腔不溶物/杂质的干扰，完成初步净化过程，提高体液样本中的生物分子，尤其是代谢类分子在非低温状态下的稳定性。

Description

一种体液采集、预处理及保存装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及检测及检验用具领域，特别是一种体液采集、预处理及保存装置及其使用方法。

背景技术

唾液是一种由口腔内多个唾液腺分泌的粘性液体，其主要成分除了水以外，包含大量的蛋白、多肽、内源性代谢物和无机离子，口腔中脱落细胞中还包含人体DNA。唾液组分的变化已被多项研究证明与慢性疾病和癌症密切相关。其中唾液中的氨基酸、脂肪酸、尿素、葡萄糖、胆碱及其衍生物，能从代谢水平直观反映人体氨基酸代谢、脂质代谢、尿循环、糖酵解以及胆碱代谢等活动的水平，从而进一步反映了人体是否患有代谢性疾病如癌症，糖尿病，慢性肾病，阿尔兹海默症等，因此能够作为一类较为敏感的生物标志物。通过对唾液的检测，有利于疾病的早筛、早诊和早期干预。且在众多人体体液种类中，唾液是最容易采集、采集舒适度最高的生物样本，是一种完全无创的采样，对专业度要求低，有利于提高患者依从性和减少诊疗压力，故越来越受到临床的重视。

唾液样本所反映的生物信息的可靠性在很大程度上取决于合理规范的采样过程和预处理、储存过程。因唾液样本组分复杂，不仅包含以上所述分子，同样包含超过1000种的细菌，其代谢过程会严重影响唾液中内源性代谢分子及多肽的组成。细胞碎片、口腔中的不溶物和杂质更有可能污染唾液样本，唾液中存在大量的粘蛋白较难通过离心等操作除去，会严重影响后续其他生物分子的提取和富集。尤其当后续检测对象为代谢分子时，需同时消除细菌、细胞碎片、粘蛋白、口腔不溶物等多种物质的干扰，才能得到澄清洁净且稳定性好的有效唾液样本。市场亟待需要一种可应用于居家采集和非低温储存、运输的常规检测样本的易于操作、高效且稳定性好，能集采集、预处理及储存为一体的唾液采集装置。

现在市面上最常见的唾液采集装置为含漏斗配件的采集管，一般通过挤破采集管中的内置DNA保护剂使其与样本混合或外加DNA保护剂的方式提高唾液样本的稳定性，例如专利CN210347197U、CN209032444U所提及的采样装置。此类装置是收集人体被动产生非刺激性唾液，但此类装置采集到的唾液样本粘性大，无法排除细菌、细胞碎片和粘蛋白的干扰，且含有较多的口腔杂物，采集的唾液直接加入DNA保存液无法保证合适的比例，更无法适用于对代谢、多肽等小分子物质的稳定性控制。专利CN206523325U公开了一种含滤膜的唾液收集保存装置，该装置底部贴附一层孔径为200nm的滤膜，通过挤压收集保存装置中的唾液样本，使其通过滤膜。该方法虽然可以除去细菌和实物残渣，但是因为唾液中粘性蛋白粘性大，极易堵塞滤膜，实用性不大。

市面上另外一大类唾液采集装置需配合采样吸附棉或吸附体进行唾液收集，SARSTEDT公司开发的唾液采集装置通过将药棉塞入口腔中吸附足够量的唾液样本，再将该药棉置于其特制的离心管中进行高速离心，即可得到澄清的液体样本。该方式需要匹配离心机才能进行操作，仅适合实验室统一处理，无法应用于无专业设备的场景。US7618591B2、US7850922B2、US8641642B2等专利均公开了另外一类无需离心即可得到澄清唾液的采集装置，即采用玻璃纤维材质或其他具有较强吸附力的吸附体伸进口腔进行唾液吸附，再借助于压力将其吸附的液体挤入收集管中。该类采样装置借助于吸附体可以吸附粘蛋白，但是同样无法消除细菌的干扰。专利US10023903B2、CN206486520U、CN209734017公开的收集装置则在此基础上加入过滤管或过滤膜，可以同时达到消除粘蛋白、细菌、杂质等的干扰，但此类含采样吸附体的装置因为需要将采样头伸入口腔中，易引发刺激性反应，虽能满足DNA等的采集和检测，但是会干扰口腔中代谢分子、多肽等分子的组份，引起结果的不一致性，且吸附体在体液样本作用下会发生小分子溶出，从而影响生物信息的可靠性。

因此，如何提供一种唾液采集、预处理及保存装置，使其既能保证唾液分泌不受外在采样棉等的刺激干扰，又可以一体式低阻力地消除粘蛋白、细菌、细胞碎片、口腔不溶物/杂质的干扰，完成初步净化过程，以提高代谢分子群在非低温状态下的稳定性，成为本领域技术人员亟待解决的问题；本发明解决这样的问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种体液采集、预处理及保存装置及其使用方法，使用本发明的装置及方法可以一次性在低阻力情况下消除粘蛋白、细菌、细胞碎片、口腔不溶物/杂质的干扰，完成初步净化过程，提高体液样本中的生物分子，尤其是代谢类分子在非低温状态下的稳定性。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种体液采集、预处理及保存装置，包括：采样管，滑动于采样管内的推筒，设置于采样管底部的过滤组件，连接于过滤组件的收集管，生物样本保护剂；过滤组件包括：设置于采样管内部的多孔高聚物过滤板，连接于采样管下端的滤头。

前述的一种体液采集、预处理及保存装置，多孔高聚物过滤板为疏水性多孔高聚物过滤板，疏水性多孔高聚物过滤板的平面尺寸与采样管的内径相同，厚度为1-3mm，孔径为10-100μm。

前述的一种体液采集、预处理及保存装置，滤头包括：滤头本体，设置于滤头本体内的低吸附性微孔滤膜；低吸附性微孔滤膜的孔径为0.2-0.5μm。

前述的一种体液采集、预处理及保存装置，收集管包括：收集管本体，形成于收集管本体底部的尖底部，连接于收集管本体的管盖，形成于收集管本体的外壁的刻度。

前述的一种体液采集、预处理及保存装置，收集管本体通过螺纹连接于采样管。

前述的一种体液采集、预处理及保存装置，收集管本体的管口大于滤头的出液口直径。

前述的一种体液采集、预处理及保存装置，还包括：活动连接于采样管的采样漏斗。

前述的一种体液采集、预处理及保存装置，采样管与采样漏斗之间的连接方式包括：螺纹连接，胶合连接。

前述的一种体液采集、预处理及保存装置，生物样本保护剂包括：甲醇，乙醇，乙腈，丙酮，甲醇和乙腈的混合液。

前述的一种体液采集、预处理及保存装置，生物样本保护剂与样本的体积比例为2:1-5:1。

前述的一种体液采集、预处理及保存装置的使用方法，

步骤一，受试者手持体液采样管的上端，将体液收集至采样漏斗中，体液被截留至多孔高聚物过滤板上，采样体积0.5-1mL；

步骤二，将采样漏斗从采样管上脱离，手持推筒的尾部，将推筒的头部直接推入采样管内，样品经过过多孔高聚物滤板、滤头，进入收集管中；

步骤三，将收集管从采样管脱离，即得到预处理后的体液样本，体积0.15-0.3mL；

步骤四，将生物样本保护剂倒入收集管中，盖紧管盖，将生物样本保护剂和体液样本混合均匀。

本发明的有益之处在于：

本发明提供的体液采集、预处理、保存装置能在不引入采样棉、采样吸附体情况下采集到非刺激性唾液样本，在低阻力情况下一次性消除粘蛋白、细菌、细胞碎片、口腔不溶物/杂质的干扰，完成初步净化过程，期间无需离心机设备和其他实验室专业设备；

本发明公开的体液采集装置能实现体积相对稳定的唾液样本的收集，提高收集的唾液样本的一致性；

本发明的装置即可以是一体式固定，也可以通过螺纹连接，实现拆卸，所占体积小，易于放置、保存和统一后续处理；

本发明提供的体液采集、预处理、保存装置操作简单且效率高，适合非专业人士操作，在样本种类和样本检测对象上具有可拓展性；

本发明的体液采集装置采集的体液样本无需进行低温保存；

本发明的体液采集装置具备有分步过滤作用的过滤组件，能够一次性同时过滤掉粘性蛋白、细胞碎片、杂质、口腔不溶物和细菌，因此可将储存条件降低，能在非低温保存条件下保持一周以上稳定性，适合非集中式采样、预处理和保存。

附图说明

图1是本发明的体液采集装置的一种实施例的结构示意图；

图2是本发明采样管的一种实施例的结构示意图；

图3是本发明的体液采集装置采集的唾液样本代谢谱图，横坐标为质荷比(m/z)，无单位，纵坐标为峰强度，无单位；

图4是本发明的体液采集装置和常规采集装置(漏斗配合收集管)采集的唾液样本的质谱对比图，A为用漏斗配合收集管采集的连续3管唾液样本谱图，B为用本发明的体液采集装置采集的连续3管唾液样本谱图，横坐标为质荷比(m/z)，无单位，纵坐标为峰强度，无单位；

图5是受试者经过含亲水性多孔高聚物过滤板和疏水性多孔高聚物过滤板的体液采集装置的质谱对比图，A为亲水性筛板，B为疏水性筛板，横坐标为质荷比(m/z)，无单位，纵坐标为峰强度，无单位；

图6是受试者经过无过滤滤板但有含微孔滤膜的滤头的体液采集装置采集的唾液样本质谱图，横坐标为质荷比(m/z)，无单位，纵坐标为峰强度，无单位；

图7是使用本发明的体液采集装置采集得到的唾液样本在3种不同储存条件下的质谱图变异系数；

图8是使用本发明的体液采集装置采集得到的唾液样本放置不同时间的代表性谱图和变异系数，谱图的横坐标为质荷比(m/z)，无单位，纵坐标为峰强度，无单位。

图中附图标记的含义：

1采样管，2推筒，21头部，22尾部，3过滤组件，31多孔高聚物过滤板，32滤头，321低吸附性微孔滤膜，4收集管，41管盖，5生物样本保护剂，6采样漏斗。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

需要说明的是，本发明体液包括：唾液，汗液，尿液，痰液等体液样本。

如图1所示的一种体液采集、预处理及保存装置，包括：采样管，滑动于采样管内的推筒，设置于采样管底部的过滤组件，连接于过滤组件的收集管，生物样本保护剂；过滤组件包括：设置于采样管内部的多孔高聚物过滤板，连接于采样管下端的滤头。

多孔高聚物过滤板可以是亲水性多孔高聚物过滤板，也可以是疏水性多孔高聚物过滤板；如图2所示，作为一种优选，多孔高聚物过滤板选用疏水性多孔高聚物过滤板，疏水性多孔高聚物过滤板为多孔高分子量聚乙烯、多孔高分子聚丙烯中的一种。疏水性多孔高聚物过滤板的平面尺寸与采样管的内径相同，厚度为1-3mm，孔径为10-100μm。可截留和吸附唾液等体液样本中的粘蛋白、细胞碎片、不溶物，无压力作用下进入采样管的液体不会自动通过多孔高聚物过滤板，采样时体液样本被自动截留于采样管底部过多孔高聚物滤板上方。

与亲水性多孔高聚物过滤板相比，疏水性多孔高聚物过滤板可保证在无外加压力作用下，采样管内部的液体不会自动通过多孔高聚物过滤板，采样时体液样本被自动截留于采样管底部的多孔高聚物过滤板上方，可更加直观地观察带进入采样管内部的体液样本体积；同时，疏水性多孔高聚物过滤板对体液中的小分子代谢物的吸附性较低，能够最大程度保证经过本体液采集装置后样本的一致性。

如图2所示，滤头包括：滤头本体，设置于滤头本体内的低吸附性微孔滤膜；低吸附性微孔滤膜的孔径为0.2-0.5μm。可过滤细菌、未被多孔高聚物过滤板过滤的粘性物质。

收集管包括：收集管本体，形成于收集管本体底部的尖底部，连接于收集管本体的管盖，形成于收集管本体的外壁的刻度。收集管可容纳样本体积2mL，收集管本体通过螺纹连接于采样管，收集管本体的管口大于滤头的出液口直径，采样完后从采样管下方脱离，可密封保存。刻度可指示进入采样管的样本体积。通过过滤组件的流体样本体积基本恒定，当进入采样管的唾液样本体积为0.5-1mL时，收集管中收集的澄清唾液样本体积范围在0.15-0.3mL之间，以此实现体积相对稳定的体液样本的收集。

一种体液采集、预处理及保存装置，还包括：活动连接于采样管的采样漏斗。采样管与采样漏斗之间的连接方式包括：螺纹连接，胶合连接。作为一种优选，采样漏斗通过螺纹与采样管螺纹相连，采样结束可将采样漏斗取下。

推筒的头部为橡胶材质，其尺寸与采样管内径相同，推筒的尾部为手持部位。将推筒推入采样管时，采样管底部的液体和推筒头部之间的空气被压缩，产生10-50N压力，致使采样管底部的液体通过疏水性多孔高聚物过滤板和滤头进入收集管。

生物样本保护剂为包含有机溶剂的试剂，单独存放于密封良好的试剂瓶中，有机溶剂包括：甲醇，乙醇，乙腈，丙酮，甲醇和乙腈的混合液，作为一种优选，生物样本保护剂为甲醇和乙腈的混合液，甲醇和乙腈的体积比包括：3:1，1:1，1:3。

使用如上的装置用以下方法获得唾液样品。

唾液采集、预处理、保存装置的使用步骤如下：

步骤1，受试者经口腔清洁后平静产生唾液2-5min，手持唾液采样管的上端，将唾液吐入采样漏斗中，流体通过采样漏斗进入采样管中，并被截留至采样管内底部的多孔高聚物过滤板上，采样体积0.5-1mL；

步骤2，将采样漏斗从采样管上部脱离，手持推筒的尾部，将推筒的头部直接推入采样管，使采样管内气体压缩，采样管主体内的体液受到上方压力作用依次通过过滤组件的多孔高聚物过滤板和滤头，进入采样管下方的收集管中；

步骤3，将收集管从采样管底部脱离，即可得到预处理后的唾液样本，体积0.15-0.3mL；

步骤4，将生物样本保护剂倒入收集管中，盖紧管盖，用力摇晃使保护剂和唾液样本混合均匀。生物样本保护剂包括：甲醇，乙醇，乙腈，丙酮，甲醇和乙腈的混合液；甲醇和乙腈的混合液中甲醇和乙腈的体积比包括：3:1，1:1，1:3。生物样本保护剂与收集管中的流体样本的体积比例为2:1-5:1。该含有生物样本保护剂的唾液样本，可2-8℃保存一周以上，保证其样本生物信息不发生改变。

需要说明的是：本发明的使用方法受到保护后也不会影响医生的使用，是一种优选的操作方法，不属于疾病治疗方法的范围。

以下用实验验证本发明的技术效果；

实验一，验证唾液采集装置中的过滤组件对唾液样本的一致性提升作用的实验；

1-1，将本装置采集到的唾液样本在加入生物样本保护剂后，于2-8℃储存0-7天后，经过离心步骤，将上清液稀释1-100倍，进行后续分子检测和分析，结果如图2。

当检测对象为代谢分子时，离心力为2000-10000g，上清液稀释剂为甲醇、乙腈和水的混合溶剂，检测仪器为质谱仪，检测分子量范围为20-350Da。

实验结果如附图3所示为代表性的唾液代谢谱；

由图可知：通过本发明的体液采集、预处理及保存装置获得的唾液样本，含有大量的代谢分子信息，可以通过质谱检测得到。

1-2，用同个个体样本分三次使用本体液采集装置和仅使用漏斗配合采集管的采集装置收集唾液样本，获得唾液代谢谱及其变异系数(CV)值；

实验结果如附图4。

结果分析：由附图4的信息可知：用本体液采集装置获得的唾液样本信息一致性明显高于用常规的采集装置获得的唾液样本信息。

1-3，用同个个体样本分三次采集的唾液样本在经过亲水性多孔高聚物过滤板和疏水性多孔高聚物过滤板后得到代谢谱；

实验结果如附图5所示；

结果分析：由图可知：经过疏水性多孔高聚物过滤板后的代谢样本的质谱信息一致性远好于经过亲水性多孔高聚物过滤板后的代谢样本的质谱信息。

本发明使用的多孔高聚物过滤板可截留和吸附唾液等体液样本中的粘蛋白、细胞碎片、不溶物，但不会引起体液样本中生物信息的损失。

1-4，比较不使用多孔高聚物过滤板仅经过微孔滤膜的唾液样本代谢谱图；

实验结果如图6所示；

结果分析：由图6可知：两者无明显差异。但与前者相比，本发明公开的采集装置在完成过滤的初步净化过程中，阻力较小，操作简单，适合非专业人士操作。

过滤组件对黏稠性流体样本的吸附和过滤能力基本恒定，当进入采样管的唾液样本体积为0.5-1mL时，收集管中收集的澄清唾液样本体积范围在0.15-0.3mL之间，因此，本发明公开的体液采集装置能实现体积相对稳定的唾液样本的收集。

实验二，验证采用本发明装置得到的唾液样本的储存条件实验；

人体体液样本中成分复杂，血液、尿液、唾液等均包含大量的蛋白、多肽、内源性代谢物、无机离子、循环游离DNA。唾液中还包含大量的细菌、细胞碎片、杂质和口腔不溶物。正规的生物样本储存条件为超低温保存，实验室保存温度为-20℃或-80℃。本发明的唾液采集装置具备有分步过滤作用的过滤组件，能够一次性同时过滤掉粘性蛋白、细胞碎片、杂质、口腔不溶物和细菌，因此可将储存条件降低，更适用于非集中式采样。

为验证这一效果，本实施例的具体操作步骤如下：

步骤1，受试者经口腔清洁后平静产生唾液2-5min，用本发明体液样本采集装置连续采集3管唾液样本；

步骤2，将采集到的3管唾液样本分别均分3份，等体积分装；

步骤3，将分装后的唾液样本分别置于2-8℃、-20℃和-80℃冰箱保存72小时；

步骤4，72小时后，将不同储存条件下的唾液样本一同进行代谢分子提取实验，并进行质谱分析，对同个样本不同储存条件的谱图进行比较和变异系数计算。

实验结果：8管唾液样本分装后置于3种不同储存条件下的变异系数，如图7所示；

结果分析：由图7可知：每管唾液样本置于3种不同储存条件下变异系数均<20％，表明非冷冻状态下，唾液样本的生物分子信息能够与-20℃、-80℃保存条件下的结果保持良好一致性。

本发明的唾液采集装置采集的体液样本无需进行低温保存。

实验三，验证唾液样本的非低温稳定性；

实验步骤具体如下：

步骤1，受试者经口腔清洁后平静产生唾液2-5min，用本发明体液样本采集装置连续采集3管唾液样本；

步骤2，将采集到的3管唾液样本分别均分7份，等体积分装；

步骤3，在分装后的唾液样本中加入本发明唾液样本采集装置中的生物样本保护剂，充分振荡均匀，置于2-8℃保存，设定保存时间分别为0小时，4小时，8小时，24小时，72小时(3天)，120小时(5天)，168小时(7天)，到达设定时间后经过离心步骤，将上清液的溶剂挥发，形成样本干粉，-20℃或-80℃保存；

步骤4，将不同时间点预处理的唾液样本干粉重新溶解，进行质谱分析，并对同个样本放置4小时，8小时，24小时，72小时(3天)，120小时(5天)，168小时(7天)的分装样本的谱图与放置0小时立即进行处理的样本的谱图进行比较和变异系数计算。

实验结果：唾液样本放置不同时间的代表性谱图如图8所示。

结果分析：由图8可知：7天内，唾液样本的变异系数<25％，表明通过本发明的唾液采集装置采集、预处理和保存的唾液样本能够在常规家庭保存条件下保持较长时间的稳定性。

本装置采用多孔高聚物过滤板配合滤头的过滤组件，既能保证采集到非刺激性唾液样本，又可以一次性在低阻力情况下消除粘蛋白、细菌、细胞碎片、口腔不溶物/杂质的干扰，完成初步净化过程，提高唾液样本中的生物分子，尤其是代谢类分子的稳定性，特别是疏水性多孔高聚物过滤板配合低吸附性微孔滤膜效果尤其优秀，这样的效果是单采用疏水性多孔高聚物过滤板或是单采用低吸附性微孔滤膜所达不到的效果，本发明独创性的发现了二者配合使用能达到这样意想不到的效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种体液采集、预处理及保存装置，其特征在于，包括：采样管，滑动于采样管内的推筒，设置于采样管底部的过滤组件，连接于过滤组件的收集管，生物样本保护剂；所述过滤组件包括：设置于采样管内部的多孔高聚物过滤板，连接于采样管下端的滤头；

所述滤头包括：滤头本体，设置于滤头本体内的低吸附性微孔滤膜；所述低吸附性微孔滤膜的孔径为0.2-0.5 μm；

所述多孔高聚物过滤板为疏水性多孔高聚物过滤板，疏水性多孔高聚物过滤板的平面尺寸与采样管的内径相同，厚度为1-3 mm，孔径为10-100 μm。

2.根据权利要求1所述的一种体液采集、预处理及保存装置，其特征在于，所述收集管包括：收集管本体，形成于所述收集管本体底部的尖底部，连接于收集管本体的管盖，形成于收集管本体的外壁的刻度。

3.根据权利要求2所述的一种体液采集、预处理及保存装置，其特征在于，所述收集管本体通过螺纹连接于采样管。

4.根据权利要求2所述的一种体液采集、预处理及保存装置，其特征在于，所述收集管本体的管口大于滤头的出液口直径。

5.根据权利要求1所述的一种体液采集、预处理及保存装置，其特征在于，还包括：活动连接于采样管的采样漏斗。

6.根据权利要求5所述的一种体液采集、预处理及保存装置，其特征在于，所述采样管与采样漏斗之间的连接方式包括：螺纹连接，胶合连接。

7.根据权利要求1所述的一种体液采集、预处理及保存装置，其特征在于，所述生物样本保护剂包括：甲醇，乙醇，乙腈，丙酮，甲醇和乙腈的混合液。

8.根据权利要求1所述的一种体液采集、预处理及保存装置，其特征在于，所述生物样本保护剂与样本的体积比例为2:1-5:1。

9.根据权利要求1所述的一种体液采集、预处理及保存装置的使用方法，其特征在于，

步骤一，受试者手持体液采样管的上端，将体液收集至采样漏斗中，体液被截留至多孔高聚物过滤板上，采样体积0.5-1 mL；

步骤二，将采样漏斗从采样管上脱离，手持推筒的尾部，将推筒的头部直接推入采样管内，样品经过多孔高聚物过滤板、滤头，进入收集管中；

步骤三，将收集管从采样管脱离，即得到预处理后的体液样本，体积0.15-0.3 mL；

步骤四，将生物样本保护剂倒入收集管中，盖紧管盖，将生物样本保护剂和体液样本混合均匀。