一种液滴数字PCR芯片及相应检测系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种液滴数字PCR芯片，具有一个单元或者两个或多个相同单元，所述单元包括：油相储液池、PCR起始反应液储液池和液滴储存池，连接所述油相储液池的流道和连接所述PCR起始反应液储液池的流道汇合，成为通向所述液滴储存池的液滴导流流道，其中所述液滴储存池部分地位于在所述油相储液池和PCR起始反应液储液池的下方，用于收集所生成的液滴并进行PCR扩增反应。本实用新型专利技术还涉及相应检测系统。

A drop digital PCR chip and its corresponding detection system

The utility model relates to a droplet digital PCR chip, which has one unit or two or more identical units. The unit comprises an oil phase liquid storage tank, a PCR initial reaction liquid storage tank and a droplet storage tank, wherein the flow channel connecting the oil phase liquid storage tank and the flow channel connecting the PCR initial reaction liquid storage tank converge to become a droplet guide flow channel leading to the droplet storage tank The droplet storage pool is partially located under the oil phase storage pool and the PCR initial reaction fluid storage pool, for collecting the generated droplets and conducting PCR amplification reaction. The utility model also relates to a corresponding detection system.

【技术实现步骤摘要】
一种液滴数字PCR芯片及相应检测系统
本技术涉及微流控液滴数字聚合酶链式反应(PCR)领域，特别是涉及一种液滴数字PCR芯片。此外本技术还涉及一种具有该液滴数字PCR芯片的检测系统。
技术介绍
实时荧光定量PCR(以下简称qPCR或qRT-PCR)技术是一种在DNA扩增反应中以荧光化学物质测每次PCR循环后产物总量的方法，其中，通过内参或者外参法对待测样品中的特定DNA序列进行定量分析。由于qPCR技术具有准确度高，线性范围宽等优势，因此，已经广泛地用于分子诊断、疾病研究、临床医学等领域。通常遵循传统PCR的扩增原理，模板的Ct值和该模板的起始拷贝数存在线性关系，所以成为定量检测溶液中模板的原始拷贝数的依据。利用TaqMan探针测定PCR扩增产物的荧光曲线时，需要PCR扩增产物达到1011个拷贝/微升的饱和量，为了使10μl的PCR反应体系在30个循环后达到这样的产物浓度，PCR反应体系至少需要103个起始模板量。如果将PCR的体积减少至10纳升(nl)，则单个模板就可以在经30个PCR循环后被检测到。专利文献CN103451088A(一种微液滴式PCR芯片及其制作方法)公开一种使用PDMS和玻璃片作为微流控芯片的材料，亦即作为微液滴的产生芯片。其中如此得到的微液滴尺寸具有均匀、界面稳定、PCR反应效率高等优点，但由于使用PDMS作为芯片材料，而PDMS材料的透气性特别好，透水性也会有，因此在这种芯片上直接进行PCR会导致PCR反应液蒸发而造成结果不准确。并且该芯片只具有液滴生成功能，而没有对反应产物进行检测的功能，所以该芯片的功能并不完整。另外，所述芯片还在3个试剂注入口均设置了单相液滴成型微结构，结构较为复杂。
技术实现思路
本技术基于以下原理，利用微液滴技术可以对纳升级别的微小体积液体进行操控，具体而言将起始样本反应液分割成皮升至纳升级的微液滴，在这样大小的微液滴中最多只包含一个目的DNA或RNA模板。当完成PCR之后，通过计算阳性液滴的数量就可以推导出起始反应液中目的DNA或RNA的总模板数。微液滴芯片基于传统的单相微流控芯片技术，但相比于单相微流控系统，由于其水/油两相分离的特征，其优点在于：消耗样品和试剂量更少、混合速度更快、不易造成交叉污染、易于操控等。本技术提出一种液滴数字PCR芯片，具有一个单元或者两个或多个相同单元，单元包括：油相储液池、PCR起始反应液储液池和液滴储存池，连接油相储液池的流道和连接PCR起始反应液储液池的流道汇合，成为通向液滴储存池的液滴导流流道，其中液滴储存池部分地或全部位于油相储液池和PCR起始反应液储液池的下方，用于收集所生成的液滴并进行PCR扩增反应。按照本技术，由油相储液池流出的油相与由起始反应液储液池流出的起始反应液交汇，生成油包水型液滴。所生成的液滴经流道汇入液滴储存池并在此进行PCR扩增反应。按照本技术，所述单元可以包括两个或更多个PCR起始反应液储液池，以容纳不同的PCR反应物。在这种情况下，来自所有PCR起始反应液储液池的液体首先汇合形成混合物，然后与由油相储液池流出的油相交汇，生成油包水型液滴。按照本技术，可以通过在芯片上设置的单层液滴平铺腔，将液滴储存池中经过PCR扩增反应后的液滴引入单层液滴平铺腔，对位于单层液滴平铺腔中的液滴进行PCR扩增产物的检测。因此，按照本技术的芯片的每个单元还包括用于检测PCR扩增产物的单层液滴平铺腔和废液储液池，单层液滴平铺腔通过流道与液滴储存池相通，废液储液池通过流道与单层液滴平铺腔和液滴储存池相通。其中有利地，所述芯片可以具有上中下三层式结构，其中上层结构包括所述油相储液池、PCR起始反应液储液池、废液储液池；中层结构包括所述流道和液滴导流流道以及单层液滴平铺腔；下层结构包括液滴储存池。按照本技术，在另一实施形式中，位于液滴储存池中的液滴在经过PCR扩增反应后，也可以使用吸液针，从液滴储存池中吸出液滴，对液滴进行PCR扩增产物的检测。因此，在本技术一种有利的实施形式中，所述芯片可以具有上中下三层式结构，其中上层结构包括所述油相储液池、PCR起始反应液储液池；中层结构包括所述流道和液滴导流流道；所述液滴储存池贯穿所述上中下三层，以便插入吸液针。按照本技术提出的微流控芯片集成了液滴生成和PCR扩增的功能以及任选的PCR扩增产物检测功能，从而可极大的提高利用液滴进行低拷贝基因的数字PCR检测。此外，按照本技术提出的芯片无需在各试剂注入口设置单相液滴成型微结构，结构更为简单。此外有利地，在按照本技术芯片的应用中采用具有缺口、例如米字或十字缺口的硅胶塞对所述各储液池进行密封。通过采用具有米字或十字缺口的硅胶塞进行密封，从而有效避免交叉污染。此外有利地，当按照本技术的芯片包括单层液滴平铺腔时，在用于引导液滴进入液滴储存池的流道中的出口部分设有向下引流通道，以便这样生成的液滴流体直接汇入所述液滴储存池。通过这样的设计，可以有效避免微腔道的虹吸现象产生，从而可以防止液滴直接流入单层液滴平铺腔。在一种实施形式中，所述油相储液池、PCR起始反应液储液池、单层液滴平铺腔、废液储液池和所述的流道形成上半芯片，所述液滴储存池形成下半芯片，所述上半芯片和下半芯片封接为一个整体。在另一实施形式中，所述油相储液池、PCR起始反应液储液池、所述流道和所述液滴储存池的上部分形成上半芯片，所述液滴储存池下部分形成下半芯片，所述上半芯片和下半芯片封接为一个整体。有利地，所述上半芯片和下半芯片经热压键合封接为一个整体。此外，按照本技术的芯片可以由具有良好光学性和能耐受PCR反应温度的材料制成。作为实例，所述材料可以为聚碳酸酯(PC)塑料或环烯烃共聚物(COC)材料。当按照本技术的芯片由聚碳酸酯(PC)塑料或环烯烃共聚物(COC)材料制成时，可采用热压键合实现芯片的封接，从而在PCR整个过程中都处于完全封闭的环境中，因此这样可以有效的避免PCR过程产生DNA气溶胶的问题，为实际的应用提供有效的解决方案。此外有利地，按照本技术的芯片由聚碳酸酯(PC)塑料或环烯烃共聚物(COC)材料注塑成型。由于按照本技术的芯片是采用注塑成型并且在应用中一般是一次性使用的，因此按照本技术的芯片相比于采用PDMS材料的芯片是在成本上是非常有利的。此外由于采用耐高温材质PC或COC制作芯片，那么无需取出所生成的液滴，通过薄壁的锥形孔(液滴储存池)就可以直接进行PCR温控反应(升温和降温)。作为一个实例，按照本技术的芯片中的所述油相储液池的内腔具有0.5cm的直径、0.8cm的深度以及1.2mm的壁厚；所述PCR起始反应液储液池的内腔具有0.6cm的直径、0.8cm的深度、1.2mm的壁厚；所述流道具有200μm的宽度、50μm的深度；所述单层液滴平铺腔具有0.9cm的宽度、150μm的深度；所述液滴储存池的形状为锥形，其具有0.6cm的上圈直径、0.3cm的下圈直径、18度的锥度、1cm的内部深度以及0.5mm的壁厚。此外，本技术提出一种使用按照本技术的芯片的相应检测方法，包括以下步骤：将油相和PCR起始反应液分别添加到油相储液池和PCR起始反应液储液池中并且施加具有预留通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液滴数字PCR芯片，具有一个单元或者两个或多个相同单元，所述单元包括：油相储液池、PCR起始反应液储液池和液滴储存池，连接所述油相储液池的流道和连接所述PCR起始反应液储液池的流道汇合，成为通向所述液滴储存池的液滴导流流道，其中所述液滴储存池部分地位于所述油相储液池和PCR起始反应液储液池的下方，用于收集所生成的液滴并进行PCR扩增反应。

【技术特征摘要】
1.一种液滴数字PCR芯片，具有一个单元或者两个或多个相同单元，所述单元包括：油相储液池、PCR起始反应液储液池和液滴储存池，连接所述油相储液池的流道和连接所述PCR起始反应液储液池的流道汇合，成为通向所述液滴储存池的液滴导流流道，其中所述液滴储存池部分地位于所述油相储液池和PCR起始反应液储液池的下方，用于收集所生成的液滴并进行PCR扩增反应。2.根据权利要求1所述的液滴数字PCR芯片，其特征在于，所述芯片具有上中下三层式结构，其中上层结构包括所述油相储液池、PCR起始反应液储液池；中层结构包括所述流道和液滴导流流道；所述液滴储存池贯穿所述上中下三层。3.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述芯片由聚碳酸酯(PC)塑料或环烯烃共聚物(COC)注塑成型。4.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述油相储液池、PCR起始反应液储液池、所述流道和所述液滴储存池的上部分形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：于浩洋，李彦虎，
申请(专利权)人：中山百慧生物科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44