自然对流型PCR-电泳集成芯片及检测方法技术

本发明专利技术涉及一种自然对流型PCR-电泳集成芯片及检测方法，自然对流PCR反应腔由圆柱形腔组成，将高与底面直径比值为10的圆柱腔体阵列化排列，再将目标DNA样品与PCR试液放入圆柱腔体，并对圆柱腔体的上下表面分别施加55℃和97℃高温供腔体内液体形成自然对流循环从而实现目标样品的PCR，待目标样品PCR完成后，采用多通道移液器将PCR产物移入平板凝胶电泳电泳槽，并在平板凝胶电泳电泳槽两端电极施加电压后实施电泳，最终实现目标DNA的自然对流PCR以及PCR产物的在线检测。与传统PCR仪以及常规自然对流装置相比，本发明专利技术实现了小型化、反应及检测一体化，减少了设备的数量，降低了硬件购置成本，提高了效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种自然对流型PCR-电泳集成芯片，尤其是一种适用于DNA聚合酶链式反应与凝胶电泳检测联用，以实现临床医学疾病的诊断和生物分子的检测分析。
技术介绍
聚合酶链式反应技术，又称无细胞克隆技术，是一种对特定的DNA片段在体外进行快速扩增的生物技术。该技术目前已广泛应用于生物学、生物化学、医学、环境与食品等领域。其主要原理是利用DNA在95°C高温时变性会形成单链；低温约60°C时退火引物与单链按键基互补配对的原则结合；再升温至72°CDNA聚合酶沿着磷酸到五碳糖(5'-3')的方向合成互补链。目前核酸扩增主要在PCR热循环仪内完成，其核心部件是通过对放有DNA的样品槽(铝质或银质)反复变温实现。然而当前的PCR仪主要存在（1）升降温变化速率慢；（2）反应溶液温度不均匀；（3）较大的反应体积增加了生物试剂的消耗量，提高了实验成本等不足，导致PCR反应时间长，样品耗量大，提高了实验成本。而常规自然对流型PCR装置反应腔较少，不能实现样品的批量反应,而且对于扩增后的PCR产物需要离线的平板凝胶电泳或毛细管电泳等方式检测完成，这对实验室的硬件条件和实验人员的操作水平都提出了比较高的要求。为此，如何实现快速PCR以及简化PCR产物检测流程，是当前研究的一个方向。
技术实现思路
本专利技术基于上述现状，提出一种简单结构的、成本较低的、可实现DNAPCR及PCR产物检测一体化的自然对流型PCR-电泳集成芯片及检测方法。本专利技术所采用的技术解决方案是：一种自然对流型PCR-电泳集成芯片，包括PCR-电泳芯片、自然对流PCR反应腔、平板凝胶电泳电极槽、平板凝胶电泳电泳槽、第一、二电极，自然对流PCR反应腔由圆柱形腔组成，自然对流PCR反应腔高与底面直径比值为10；所述的PCR-电泳芯片两端设有两个平板凝胶电泳电极槽，平板凝胶电泳电极槽内放入第一、二电极，所述的PCR-电泳芯片上面设有平板凝胶电泳电泳槽，所述平板凝胶电泳电泳槽由截面积为矩形或圆形的阵列通道构成。一种应用自然对流型PCR-电泳集成芯片的检测方法，其步骤为：首先将高与底面直径比值为10的圆柱腔体阵列化排列，再将目标DNA样品与PCR试液放入所述圆柱腔体，并对所述圆柱腔体的上下表面分别施加55℃和97℃高温供腔体内液体形成自然对流循环从而实现目标样品的PCR，待目标样品PCR完成后，采用多通道移液器将PCR产物移入平板凝胶电泳电泳槽，并在平板凝胶电泳电泳槽两端第一、二电极施加电加后实施电泳，最终实现目标DNA的自然对流PCR以及PCR产物的在线检测。本专利技术的有益效果在于：本专利技术自然对流PCR-电泳集成芯片，结构比较简单，制作工艺也较为简单，不涉及超精密机械加工设备，并且可以实现DNA批量PCR反应及PCR产物在线检测，避免了生物样品的交叉污染。与传统PCR仪以及常规自然对流装置相比，本专利技术实现了小型化、反应及检测一体化，减少了设备的数量，降低了硬件购置成本，简化了人工操作，提高了效率。附图说明图1是本专利技术的自然对流型PCR-电泳集成芯片的结构图；图2是本专利技术的自然对流型PCR-电泳集成芯片的主视图；图3是本专利技术的自然对流型PCR-电泳集成芯片的俯视图；图4是本专利技术的自然对流型PCR-电泳集成芯片的侧视图；图5是PCR腔体内液体自然对流状态；图6是自然对流PCR-电泳芯片内牙周病原菌体PCR产物电泳结果：1.T.f,2.T.d,3.P.g,4.100bpDNAladder.。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。如图1至图4所示，一种自然对流型PCR-电泳集成芯片，包括PCR-电泳芯片、自然对流PCR反应腔1、平板凝胶电泳电极槽2、平板凝胶电泳电泳槽3、第一、二电极4，5。自然对流PCR反应腔1由圆柱形腔组成，自然对流PCR反应腔1高与底面直径比值为10；所述的PCR-电泳芯片两端设有两个平板凝胶电泳电极槽2，平板凝胶电泳电极槽2内放入第一、二电极4，5，所述的PCR-电泳芯片上面设有平板凝胶电泳电泳槽3，所述平板凝胶电泳电泳槽3由截面积为矩形或圆形的阵列通道构成。一种应用自然对流型PCR-电泳集成芯片的检测方法，其步骤为：首先将高与底面直径比值为10的圆柱腔体阵列化排列，再将目标DNA样品与PCR试液放入所述圆柱腔体，并对所述圆柱腔体的上下表面分别施加55℃和97℃高温供腔体内液体形成自然对流循环从而实现目标样品的PCR，待目标样品PCR完成后，采用多通道移液器将PCR产物移入平板凝胶电泳电泳槽3，并在平板凝胶电泳电泳槽3两端第一、二电极4，5施加电加后实施电泳，最终实现目标DNA的自然对流PCR以及PCR产物的在线检测。实例：运用自然对流型PCR-电泳集成芯片及其相关装置对牙龈卟啉菌（PorphyromonasGingivalis，Pg）、齿垢密螺旋体（Treponemadenticola，Td）、福赛拟杆菌（Tre-ponemadenticolaTf）以及100bpDNALadder进行扩增和检测。（1）使用吸潮纸尖（天津达雅鼎医疗器械有限公司）插入牙周袋约1.0分钟，将吸潮纸尖移至盛有100μLPBS（美国Sigma-Aldrich公司）的离心管中放置约3分钟，之后将离心管高速(10000rpm)离心约10分钟，最后取0.7μL上清液做为牙周菌样品供PCR反应。（2）配置34.3μLPCR反应液，其主要成份包括:3.5μl10×FastBufferI,2.8μldNTPmixture(2.5μM),0.7μlprimer1(5’-TGTAGATGACTGATGGTGAAAACC-3’)and0.7μlprimer2(5’-ACGTCATCCCCACCTTCCTC-3’),0.175μlSpeed-STARHSDNAPolymerase,0.35μlPVP(10%),和26.075μlpurewater。（3）将牙周菌DNA样品与PCR反应液混合均匀后取26.5μl放入PCR腔体，并在圆柱腔体顶面贴上PCR膜(ThermoFisherScientific,Ref:120993)密封。（4）PCR腔体上下表面分别施加55℃和97℃高温以实现腔体内液体的对流循环(图5)。（5）自然对流PCR反应结束后，将PCR产物以及100bpDNAladder注入电泳芯片部分，观测对照PCR产物结果(图6)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自然对流型PCR‑电泳集成芯片，包括PCR‑电泳芯片、自然对流PCR反应腔(1)、平板凝胶电泳电极槽(2)、平板凝胶电泳电泳槽(3)、第一、二电极(4，5)，其特征在于：自然对流PCR反应腔(1)由圆柱形腔组成，自然对流PCR反应腔(1)高与底面直径比值为10；所述的PCR‑电泳芯片两端设有两个平板凝胶电泳电极槽(2)，平板凝胶电泳电极槽(2)内放入第一、二电极(4，5)，所述的PCR‑电泳芯片上面设有平板凝胶电泳电泳槽(3)，所述平板凝胶电泳电泳槽(3)由截面积为矩形或圆形的阵列通道构成。

【技术特征摘要】
1.一种自然对流型PCR-电泳集成芯片，包括PCR-电泳芯片、自然对流PCR反应腔(1)、平
板凝胶电泳电极槽(2)、平板凝胶电泳电泳槽(3)、第一、二电极(4，5)，其特征在于：自然对
流PCR反应腔(1)由圆柱形腔组成，自然对流PCR反应腔(1)高与底面直径比值为10；所述的
PCR-电泳芯片两端设有两个平板凝胶电泳电极槽(2)，平板凝胶电泳电极槽(2)内放入第
一、二电极(4，5)，所述的PCR-电泳芯片上面设有平板凝胶电泳电泳槽(3)，所述平板凝胶电
泳电泳槽(3)由截面积为矩形或圆形的阵列通道构成。
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【专利技术属性】
技术研发人员：李振庆，杨荣林，黄嘉欣，赵阳，张大伟，山口佳则，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31