便携式微流控PCR仪及基因样品荧光定量检测方法技术

本发明专利技术提供了一种便携式微流控PCR仪及基因样品荧光定量检测方法，本发明专利技术的便携式微流控PCR仪包括控制单元，PCR芯片，以及与所述控制单元联接的温控单元和荧光信号采集单元；PCR芯片包括基体，在基体的一侧端面上形成有反应腔室，并于反应腔室上覆设有密封盖板，反应腔室通过设于基体上的毛细管状的进、出样孔与外部连通；温控单元包括温度检测器，以及构成对所述PCR芯片中基体的加热或制冷的加热部和制冷部；荧光信号采集单元的采集端对应于PCR芯片的密封盖板一侧布置，以形成对反应腔室内荧光图像的采集。本发明专利技术的便携式微流控PCR仪可进行聚合酶链式反应，同时通过荧光信号采集单元对反应循环荧光图像的采集，可实现对基因样品的荧光定量检测。

Portable microfluidic PCR instrument and fluorescent quantitative detection method for gene sample

The invention provides a portable microfluidic PCR instrument and gene fluorescence quantitative detection method of the invention, a portable microfluidic PCR apparatus includes a control unit, PCR chip, and a control unit connected to the control unit and the fluorescence signal acquisition unit; the PCR chip includes a base body, a reaction chamber is formed at one end surface of the matrix on the cover in the reaction chamber and is provided with a sealing cover, the reaction chamber is communicated through the capillary in the matrix on the inlet and outlet opening and external; temperature control unit comprises a temperature detector, and a heating on the substrate of the PCR chip or the Department of refrigeration and heating refrigeration; sealing cover plate is arranged on the PCR the chip collection terminal corresponding fluorescence signal acquisition unit, to form a reaction chamber fluorescent image acquisition. The portable microfluidic PCR instrument of the invention can carry out the polymerase chain reaction, and meanwhile, the fluorescent quantitative detection of the gene sample can be realized by collecting the reaction cycle fluorescent image through the fluorescent signal acquisition unit.

【技术实现步骤摘要】
便携式微流控PCR仪及基因样品荧光定量检测方法
本专利技术涉及生物
，特别涉及一种便携式微流控PCR仪，本专利技术还涉及一种基于该微流控PCR仪的基因样品荧光定量检测方法。
技术介绍
PCR(聚合酶链式反应)技术的基本原理类似于DNA的天然复制过程，其特异性依赖于与靶序列两端互补的寡核苷酸引物，PCR基本由变性-退火-延伸三个基本反应步骤构成。PCR是利用DNA在体外摄氏95°高温时变性会变成单链，低温(经常是60℃左右)时引物与单链按碱基互补配对的原则结合，再调温度至DNA聚合酶最适反应温度(72℃左右)，DNA聚合酶沿着磷酸到五碳糖的方向合成互补链。基于聚合酶制造的PCR仪实际就是一个温控设备，能在变性温度，复性温度，延伸温度之间很好地进行控制。传统的实现方法是样品固定在温度可变的加热设备内，设备温度按要求往返于三个温度，使样品不断加热和冷却以实现反应。在这样的加热方式下，样品使用量至少数百微升，具有一定的热惯性，设备本身也有热惯性，因此温度切换的频率不能太快。实践表明，每完成一个循环需2～4分钟，2～3小时才能将待扩目标扩增放大几百万倍，这样的循环速度比理想扩增时间多出一倍多，而无论对于科研还是临床，都希望扩增时间进一步减少。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种便携式微流控PCR仪，以能够用于基因样品的荧光定量检测。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种微流控PCR仪，其包括：控制单元；PCR芯片，所述PCR芯片包括由导热材质制备的基体，在基体的一侧端面上形成有至少一个反应腔室，并于所述反应腔室上覆设有透光性的密封盖板，所述反应腔室通过设于基体上的毛细管状的进、出样孔与外部连通；温控单元，与所述控制单元控制联接，所述温控单元包括温度检测器，以及构成对所述PCR芯片中基体的加热或制冷的加热部和制冷部，所述加热部为微加热器，所述微加热器包括半导体衬底，以及形成在所述半导体衬底上的金属图案，所述金属图案包括加热部和温度传感部，所述加热部与外部电源连接，用于通过通电进行加热，所述温度传感部与外部检测电路连接，用于通过检测金属的电阻变化来测量所述微加热器的温度；荧光信号采集单元，与所述控制单元联接，所述荧光信号采集单元的采集端对应于所述PCR芯片的密封盖板一侧布置，以形成对所述反应腔室内荧光图像的采集。进一步的，所述PCR芯片的基体为金属、半导体、玻璃或塑料，所述密封盖板为玻璃；或者，所述反应腔室为塑料一体化形成。进一步的，所述反应腔室的内表面具有亲水层。进一步的，当所述PCR芯片的基体材料为硅时，所述亲水层的材料为二氧化硅；当所述PCR芯片的基体材料为塑料时，所述亲水层的材料为PVA。进一步的，所述微加热器的金属图案采用铂金。进一步的，所述微加热器的加热部的金属图案为由串接于一起、并嵌套布置的至少两个加热环所构成的回旋螺纹状。进一步的，所述微加热器的加热功率为5-40瓦特，所述微加热器的外部电源为电池。进一步的，所述制冷部为风扇、半导体制冷器或压缩空气微泵。进一步的，还包括样品装载单元，所述样品装载单元包括PCR芯片夹持机构，以及因所述PCR芯片夹持机构的固定，而与所述PCR芯片上的进、出样孔分别连通的储液槽和出气口。进一步的，所述PCR芯片夹持机构包括并排布置以夹置PCR芯片的两个支架板，以及连接于所述两个支架板之间的固定螺杆，所述储液槽和出气口设于其一支架板上，并于该支架板和PCR芯片之间夹设有密封圈。相对于现有技术，本专利技术具有以下优势：本专利技术的便携式微流控PCR仪，其基于微加热器和微流控芯片的设置，通过PCR芯片对基因样品的装载，在温控单元的调温控温下，可进行聚合酶链式反应，同时通过荧光信号采集单元对反应循环荧光图像的采集，便可实现对基因样品的荧光定量检测。而采用半导体微加热器可以实现PCR反应循环的快速升降温，大大缩短反应时间。同时半导体加热器的功耗也显著降低，为便携化仪器的集成提供了前提。此外，采用微流控结构的PCR芯片作为PCR反应载体，可实现快速的传热，在降低反应的同时，也可提高检测的特异性，而使得根据本专利技术实施例的PCR仪具有很好的使用效果。本专利技术也提出了一种基于如上的便携式微流控PCR仪的基因样品荧光定量检测方法，该方法包括如下的步骤：步骤a、以待检的基因样品制备PCR反应的预混液；步骤b、将预混液装载入PCR芯片的反应腔室内；步骤c、根据设定的PCR反应温度体系，启动加热或制冷，并同步采集各反应循环的荧光图像。进一步的，在步骤b中还包括：步骤b1、将PCR芯片夹紧于PCR芯片夹持机构中，使进、出样孔分别与储液槽和出气孔连通；步骤b2、将预混液倒入储液槽内，以使预混液于毛细力作用下进入反应腔室内；步骤b3、将PCR芯片由PCR芯片夹持机构中拆下。本专利技术的基因样品荧光定量检测方法通过采用上述的各步骤可利用便携式微流控PCR仪实现对基因样品的快速荧光定量检测。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例所述的PCR芯片的结构示意图；图2为本专利技术实施例所述的微加热器的结构示意图；图3为本专利技术实施例所述的样品装载单元的结构示意图；图4为本专利技术实施例所述的便携式微流控PCR仪的结构简图；附图标记说明：1-箱体，2-PCR芯片，21-基体，22-反应腔室，23-进样孔，24-出样孔，3-微加热器，31-半导体衬底，32-接线端，33-温度检测端，4-风扇，5-摄像头，6-支架板，7-固定螺杆，8-储液槽，9-出气口，10-密封圈。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。本实施例涉及一种便携式微流控PCR仪，其包括控制单元，PCR芯片，及与控制单元相联接的温控单元和荧光信号采集单元，其中，PCR芯片用于装载基因样品，并为基因样品提供反应场所，温控单元则包括温度检测器，以及用于对PCR芯片加热或制冷的加热部和制冷部，荧光信号采集单元的采集端对应于PCR芯片布置，以可形成对PCR芯片内荧光图像的采集。具体结构上，本实施例中如图1中所示，PCR芯片包括由导热材质制备的基体21，在基体21的一侧端面上形成有至少一个反应腔室22，在反应腔室22上覆设有透光性的图中未示出的密封盖板，基体21和密封盖板构成了PCR芯片的双层结构。该反应腔室22还通过设于基体21上的毛细管状的进样孔23及出样孔24与外部连通，以实现反应腔室22内的样品装载。其中，导热的基体21具体可采用金属、半导体、玻璃或塑料材质，当为半导体材质优选可使用硅材料，如此可利用其快速的热传导性，而实现反应腔室22内的快速传热及升降温。此外，除了设置为双层结构，具有反应腔室22的PCR芯片也可为塑料一体化形成。在为双层机构时，透光性的密封盖板具体可选用玻璃材质，以可实现对反应腔室22内荧光的有效采集。本实施例中，基体21上的反应腔室22具体可采用光刻和湿法刻蚀制得，且反应腔室22形成类液滴状，而成为布设在基体21上的亲水坑，以此与毛细管状的进样孔23和出样孔24的配合。此外，本实施例中在反应腔室22的内表面也设置有亲本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式微流控PCR仪，其特征在于包括：控制单元；PCR芯片，所述PCR芯片包括由导热材质制备的基体，在基体的一侧端面上形成有至少一个反应腔室，并于所述反应腔室上覆设有透光性的密封盖板，所述反应腔室通过设于基体上的毛细管状的进、出样孔与外部连通；温控单元，与所述控制单元控制联接，所述温控单元包括温度检测器，以及构成对所述PCR芯片中基体的加热或制冷的加热部和制冷部，所述加热部为微加热器，所述微加热器包括半导体衬底，以及形成在所述半导体衬底上的金属图案，所述金属图案包括加热部和温度传感部，所述加热部与外部电源连接，用于通过通电进行加热，所述温度传感部与外部检测电路连接，用于通过检测金属的电阻变化来测量所述微加热器的温度；荧光信号采集单元，与所述控制单元联接，所述荧光信号采集单元的采集端对应于所述PCR芯片的密封盖板一侧布置，以形成对所述反应腔室内荧光图像的采集。

【技术特征摘要】
1.一种便携式微流控PCR仪，其特征在于包括：控制单元；PCR芯片，所述PCR芯片包括由导热材质制备的基体，在基体的一侧端面上形成有至少一个反应腔室，并于所述反应腔室上覆设有透光性的密封盖板，所述反应腔室通过设于基体上的毛细管状的进、出样孔与外部连通；温控单元，与所述控制单元控制联接，所述温控单元包括温度检测器，以及构成对所述PCR芯片中基体的加热或制冷的加热部和制冷部，所述加热部为微加热器，所述微加热器包括半导体衬底，以及形成在所述半导体衬底上的金属图案，所述金属图案包括加热部和温度传感部，所述加热部与外部电源连接，用于通过通电进行加热，所述温度传感部与外部检测电路连接，用于通过检测金属的电阻变化来测量所述微加热器的温度；荧光信号采集单元，与所述控制单元联接，所述荧光信号采集单元的采集端对应于所述PCR芯片的密封盖板一侧布置，以形成对所述反应腔室内荧光图像的采集。2.根据权利要求1所述的便携式微流控PCR仪，其特征在于：所述PCR芯片的基体为金属、半导体、玻璃或塑料，所述密封盖板为玻璃；或者，所述反应腔室为塑料一体化形成。3.根据权利要求1所述的便携式微流控PCR仪，其特征在于：所述反应腔室的内表面具有亲水层。4.根据权利要求3所述的便携式微流控PCR仪，其特征在于：当所述PCR芯片的基体材料为硅时，所述亲水层的材料为二氧化硅；当所述PCR芯片的基体材料为塑料时，所述亲水层的材料为PVA。5.根据权利要求1所述的便携式微流控PCR仪，其特征在于：所述微加热器的金属图案采用铂金。6.根据权利要求1或5所述的便携式微流控PCR仪，其特征在于：所述微...

【专利技术属性】
技术研发人员：温维佳，高一博，佟蕊，赵天娇，
申请(专利权)人：深圳市尚维高科有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44