本发明专利技术公开了一种核酸扩增装置，包括机箱、平板微流控芯片、毛细管微反应器，所述的加热装置包括加热块、温控器、继电器，所述的加热装置的加热块采用独立控温设计，其导热板的凹槽设计，使得本装置既可用于平板式微流控芯片的加热控温，也可以用于毛细管微反应器的控温。本发明专利技术还提供了上述核酸扩增装置在连续流核酸扩增反应系统及液滴微流控核酸扩增反应系统中的应用，能够有效地提高核酸扩增反应的控温效率，缩短反应时间。
Nucleic acid amplification device and its application
The invention discloses a nucleic acid amplification device, which comprises a chassis, a flat plate microfluidic chip and a capillary microreactor. The heating device comprises a heating block, a temperature controller and a relay. The heating block of the heating device adopts an independent temperature control design, and the groove design of the heat conducting plate enables the device to be used as a flat plate type. The heating and temperature control of microfluidic chips can also be used for temperature control in capillary microreactors. The invention also provides the application of the nucleic acid amplification device in the continuous flow nucleic acid amplification reaction system and the droplet microfluidic nucleic acid amplification reaction system, which can effectively improve the temperature control efficiency of the nucleic acid amplification reaction and shorten the reaction time.
【技术实现步骤摘要】
一种核酸扩增装置及其应用
本专利技术涉及核酸扩增
，具体涉及一种核酸扩增装置及其应用。
技术介绍
核酸是所有形式的生命体存在的基础，包括脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)。目前，核酸体外扩增及检测技术是基因克隆、基因分型、基因诊断和核酸测序等生物及医学领域的基础，发挥着相当重要的作用。核酸扩增技术可以大致分为变温扩增技术和等温扩增技术。核酸扩增仪(PCR仪)是一种温度控制仪，其中变温扩增技术所使用的温度控制仪还需满足热循环的要求，一般PCR仪根据PCR技术的原理，将温度设定为三个区间，分别是双链DNA变性即双链解链(90℃-96℃)、引物与模板DNA复性即退火(25℃-65℃)和引物延伸(70℃-75℃)，进行循环多次的升降温，但由于温差大会造成能源浪费，同时升降温时间过长会造成总体反应时间增加。等温扩增技术是在恒定温度下操作的一种核酸扩增技术，有很高的灵敏度和特异性，一般PCR仪都可进行等温扩增。液滴微流控技术是指利用微尺度管道控制体积在皮升至纳升间的微小流体进行流动然后发生化学反应或者传热等物理反应的技术。通过不相溶的流体把连续流体分散成液滴，每个液滴是一个独立的微反应器，样品的消耗少，液滴的大比表面积有更好的传热传质效率，通过选择合适的连续相，可以阻隔样品与微通道的接触，避免了污染，这些优点使得液滴微流控技术在药物输运、单细胞分析、基因检测等科学研究领域有着特别重要的应用。然而传统的PCR仪，采用半导体控温方式，加热区是一个固定的空间，通过一段时间快速升降温完成不同反应温度之间的切换，这种控温方式对仪器的性能要求很高。对于液滴微流控核酸扩增反应系统来说，与传统PCR的几十微升反应体系相比，液滴体积小，通常是纳升级甚至皮升级，升降温所需要的热量远远低于普通PCR管，半导体控温方式对时间和能源来说都是某种程度上的浪费。此外，目前大多数液滴微流控反应系统均采用普通PCR仪实现温度控制，通常采用的方式是将微流控芯片置于加热块上进行升降温控制，但是这种方式一方面热量从芯片底部传导到微通道内部要损失一部分，另一方面芯片上部为敞开体系，加速了热量的损失，不利于精准控温。而毛细管系统是无法用商品化PCR仪器加热的，而且由于毛细管管壁很薄，传热快，就使得表面加热的方式散热快，更不易控温。技术CN2464731Y和专利CN106434280A分别公开了两种圆柱型PCR扩增装置，其中前一个装置由缠绕于圆截面柱心上的n匝毛细管、加热单元、流速控制单元和与加热单元相连的温度控制单元构成，加热单元由m块或m对相互独立的弧形恒温块组成闭合圆。但是该技术的圆柱型设计所需的毛细管的长度较长，样品的消耗量较大。而且该系统只能够作为毛细管PCR反应器，对于平板微流控芯片系统并不适用。而后一个装置以水为传热液体，通过加热水来控制不同温区的温度，采用步进电机控制圆盘控温模块旋转来实现对微流控芯片的加热，以及在不同温度之间进行切换。该装置系统比较复杂，步进电机加上液体传热等。其实液滴体积小，金属加热块足够满足其热量需求，而且其技术细节描述不够详细准确，也缺少实际应用的数据，因此很难判断其实用性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种核酸扩增装置，整个装置结构简单，不需要升降温程序，适合用于微流控芯片及毛细管核酸反应的温度控制。一种核酸扩增装置，包括机箱、平板微流控芯片、毛细管微反应器，机箱上设有加热装置，机箱侧面带有出风口，机箱内置风扇，所述的加热装置包括加热块、温控器、继电器，所述的加热块底部带有热电偶和加热片，所述的加热块至上而下依次包括盖板、导热板和加热板；其中，导热板的上、下表面设有凹槽，所述凹槽与毛细管微反应器相配合；盖板与平板微流控芯片相固定。所述加热装置为若干组，若干组的加热块彼此平行放置，相邻加热块的间距为1～5mm。作为优选，所述的加热装置为3～5个。所述的加热块均独立配有温控器、热电偶、加热片及继电器，所述的热电偶和加热片通过继电器与温控器相连，当热电偶检测到的温度低于设定值时，导通继电器，通过加热片使加热板升温，在温度高于设定值时，切断继电器，停止加热。所述的各加热块的温度能被单独温控调节为核酸扩增变性温度区的温度或退火/延伸温度区的温度。作为优选，所述的加热块为长方体。所述加热板，导热板及盖板的材质为金属，鉴于金属的导热、导电综合性能考虑，作为优选，所述的加热板、导热板及盖板采用黄铜或铝制成。所述的温控器为XM708专家PID控制仪；热电偶为Pt100贴片；加热片为PTC陶瓷加热片。所述加热块、热电偶和加热片的尺寸不做特殊要求，可根据实际需要设定；且加热片的功率可根据实际应用灵活设定。所述平板微流控芯片内部设有的蛇形微反应通道通过标准光刻技术加工得到，其内壁经硅烷化处理，各平行反应通道的轴线与彼此平行的加热块的平行线垂直。所述平板微流控芯片为硅、玻璃或塑料材质。所述毛细管微反应器，由一根石英毛细管在同一平面内蛇形盘绕，或多根毛细管用硅胶管蛇形连接形成，各节圆柱管道轴线与彼此平行的加热块的平行线垂直，具体操作即为将毛细管微反应器的毛细管卡入导热板的上、下表面设有的凹槽。所述机箱壳体内置一个风扇，随电源开关工作，可以加快加热块的散热速率。本专利技术提供了上述核酸扩增装置在连续流核酸扩增反应系统及液滴微流控核酸扩增反应系统中的应用。本专利技术装置的工作原理为：通过将加热块独立控制为与核酸扩增步骤相对应的温度区：变性温度区和退火/延伸温度区，从而使被固定在加热块上的毛细管微反应器或微流控芯片的微反应通道的温度与相应的温度区相同，反应溶液以某一速度连续通过微反应通道时，可以在不同的温度区发生相对应的反应，蛇形盘绕的微反应通道可以使反应溶液在不同温度区内循环进行，实现连续流核酸扩增反应。基于同样的原理，本专利技术装置也可以实现液滴微流控核酸扩增反应。本专利技术设计的加热块独立控温，当各加热块的温度一致时，可以进行等温扩增反应；当两侧的若干个加热块的温度调节为变性温度，中间的若干个加热块的温度调节为退火/延伸温度时，本专利技术的核酸扩增装置还可进行PCR变温扩增反应。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)三层金属加热块既可用于平板式微流控芯片的加热控温，也可以用于毛细管微反应器的控温。(2)可以通过夹心式结构对微流控芯片实现充分有效地控温，提高控温效率，缩短反应时间。(3)金属加热块表面的凹槽设计，能够有效地提高毛细管微反应器的传热效率，加速反应进行。样品的消耗量减少，从而节约了时间、人力和资源成本。附图说明图1为本专利技术实施例1中核酸扩增装置的机箱结构示意图。图2为本专利技术实施例1中核酸扩增装置的加热装置的内部结构示意图。图3(a)为本专利技术实施例1中核酸扩增装置的加热块的导热板的俯视图；图3(b)为导热板A方向的侧视图。图4为本专利技术实施例1中核酸扩增装置的加热装置与平板芯片或毛细管反应器配合使用模式图：其中(a)代表毛细管反应器应用模式；(b)代表平板微流控芯片应用模式。图5为本专利技术应用例1中核酸等温扩增反应产物的凝胶电泳图。图6为本专利技术应用例2中PCR扩增反应产物的凝胶电泳图。图7为本专利技术应用例3中液滴式核酸等温扩增结果的荧光信号检测图，其中(a)为反应1min的荧光信号检测图，(b)为反应5min的荧光信号检测图。其本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种核酸扩增装置，包括机箱(1)、毛细管微反应器(8)、平板微流控芯片(9)，机箱(1)上设有加热装置，机箱侧面带有出风口(10)，机箱内置风扇(6)，其特征在于，所述的加热装置包括加热块(2)、温控器(3)、继电器(7)，所述的加热块(2)底部带有热电偶(4)和加热片(5)，所述的加热块(2)至上而下依次包括盖板(21)、导热板(22)和加热板(23)；其中，导热板(22)的上、下表面设有凹槽(221)，所述凹槽(221)与毛细管微反应器(8)相配合；盖板(21)与平板微流控芯片(9)相固定。
【技术特征摘要】
1.一种核酸扩增装置，包括机箱(1)、毛细管微反应器(8)、平板微流控芯片(9)，机箱(1)上设有加热装置，机箱侧面带有出风口(10)，机箱内置风扇(6)，其特征在于，所述的加热装置包括加热块(2)、温控器(3)、继电器(7)，所述的加热块(2)底部带有热电偶(4)和加热片(5)，所述的加热块(2)至上而下依次包括盖板(21)、导热板(22)和加热板(23)；其中，导热板(22)的上、下表面设有凹槽(221)，所述凹槽(221)与毛细管微反应器(8)相配合；盖板(21)与平板微流控芯片(9)相固定。2.根据权利要求1所述的核酸扩增装置，其特征在于，所述加热装置为若干组，若干组的加热块(2)彼此平行放置，相邻加热块的间距为1～5mm。3.根据权利要求2所述的核酸扩增装置，其特征在于，所述的加热装置为3～5个。4.根据权利要求2或3所述的核酸扩增装置，其特征在于，所述的加热块为长方体。5.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：姚波，杨枝柳，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。