基于柔性薄膜的微流控芯片及其在核酸扩增中的应用制造技术

本申请公开了一种基于柔性薄膜的微流控芯片及其在核酸扩增中的应用。该微流控芯片包括复合膜、固定结合区、多个功能腔室、一次性阀门和阻液阻气沟道等；在所述功能腔室及阻液阻气沟道内第一柔性薄膜与第二柔性薄膜在压力作用下可在相互分离和相互贴合两种状态之间切换。当所述阻液阻气沟道内的第一柔性薄膜与第二柔性薄膜相互分离并形成流体通道时，所述流体通道允许液体通过但会阻止液体中的孤立气泡。与现有技术相比，本申请提供的微流控芯片可以解决液体在不同功能腔室转移时出现的“死体积”以及气泡影响核酸扩增反应等问题，并能有效降低进行核酸扩增的难度，提高核酸扩增效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
基于柔性薄膜的微流控芯片及其在核酸扩增中的应用


[0001]本申请涉及一种微流控芯片，具体涉及一种基于柔性聚合物薄膜的微流控芯片及其在核酸扩增中的应用，属于微流控


技术介绍

[0002]自聚合酶链式反应（PCR）技术问世以来，通过扩增DNA来进行基因分析已成为一种普遍的技术。但传统的基于PCR管的扩增装置，由于其自身较大的热质量、固有的结构缺陷等所带来的能源损耗高、检测时间长、交叉污染、无法现场实时检测等弊病，传统PCR装置越来越不能满足人们对不同场景应用的需求。
[0003]伴随着微流控（Microfluidics）技术的问世，其集成化、微型化、全封闭、多应用场景等优点受到人们的广泛重视。在过去的十多年里，大量的具有不同结构以及热循环实现方式的微流控芯片被研究出来，并被应用于进行PCR反应。
[0004]目前常用的PCR微流控芯片主要是通过硅基或者聚合物基微加工技术实现，与IC工艺兼容，比较适合于批量生产和大规模集成。但是，由于PCR反应溶液在封闭的微反应池内受热升温，容易导致反应液蒸发或者液体内不溶性气体的膨胀，从而容易引起气泡生成。另外，微反应池的衬底材料作为加热和冷却的直接受体参与热循环，从而大大制约了微池静态式PCR微流控芯片的升降温能力。同时，现有PCR微流控芯片中通常需要设置具有一定物理空间的反应腔室、连接通道等，因此在进行PCR反应时，难以避免包含PCR扩增组件的液体在反应腔室、连接通道等处余留，这也是本领域一直渴望解决的“死体积”问题，这一问题的存在一方面导致PCR反应体系的实际使用率降低，另一方面还可能使某一反应腔室内的反应进程因受到污染而被严重影响。

技术实现思路

[0005]本申请的主要目的在于提供一种基于柔性薄膜的微流控芯片及其应用，以克服现有技术中的不足。
[0006]为实现前述专利技术目的，本申请采用的技术方案包括：本申请的一个方面提供了一种基于柔性薄膜的微流控芯片，其包括复合膜、固定结合区、多个功能腔室、一次性阀门和阻液阻气沟道；所述复合膜包括层叠设置的第一柔性薄膜和第二柔性薄膜；所述固定结合区、多个功能腔室、阻液阻气沟道均设置在所述复合膜内，并沿与所述复合膜共平面的方向分布，且所述功能腔室及阻液阻气沟道在与所述复合膜共平面的方向上的大小和形状由所述固定结合区的边界定义；所述多个功能腔室包括第一功能腔室和第二功能腔室，所述第一功能腔室和第二功能腔室通过一次性阀门及阻液阻气沟道连接，所述一次性阀门在被从关闭状态改变为打开状态时允许流体通过，所述流体包括液体；在所述固定结合区内第一柔性薄膜与第二柔性薄膜不可逆地结合，而在所述功能
腔室及阻液阻气沟道内第一柔性薄膜与第二柔性薄膜可在相互分离和相互贴合两种状态之间切换，其中，当所述功能腔室内的第一柔性薄膜与第二柔性薄膜相互分离时，所述功能腔室能够容纳流体，当所述阻液阻气沟道内的第一柔性薄膜与第二柔性薄膜相互分离时，在第一柔性薄膜与第二柔性薄膜之间形成流体通道，所述流体通道在液体流动方向上的至少一个位置处的直径在一阈值以下，所述阈值小于或等于与所述阻液阻气沟道连接的一个功能腔室内的液体所包含的孤立气泡的直径。
[0007]本申请的另一个方面提供了一种核酸扩增装置，其包括所述的基于柔性薄膜的微流控芯片，其中的第一功能腔室为储液池，第二功能腔室为PCR扩增池。
[0008]本申请的另一个方面提供了一种核酸扩增方法，其包括：提供所述的核酸扩增装置；将包含PCR扩增组件的液体注入储液池，之后挤压所述储液池，使所述液体通过连接于储液池和PCR扩增池之间的一次性阀门及阻液阻气沟道后进入PCR扩增池；按照设定PCR反应程序对所述PCR扩增池内液体的温度进行调节，直至完成PCR反应。
[0009]与现有技术相比，本申请至少有如下有益效果：（1）通过采用层叠的柔性薄膜制备微流控芯片，工艺简单，成本低，开发周期短，且制成的微流控芯片在应用于PCR反应时，因薄膜厚度小，故而热传导路径短，具有显著提升的升降温能力。
[0010]（2）提供的微流控芯片中各功能腔室是利用层叠的两层柔性薄膜成型，利用柔性薄膜具有一定的纵向拉伸力的特性，至少可以产生如下效应：其一，使得各功能腔室的容积可在一定范围内变化，而非固定的容积，能满足对不同体积反应体系进行PCR反应的需求；其二，使各功能腔室、阻液阻气通道、排气排液通道等随液体的进入、流出而相应产生、消失，可以基本杜绝液体在微流控芯片中的不同区域转移时出现“死体积”，基本可实现各功能腔室、阻液阻气通道、排气排液通道内的零液体残留，显著提高PCR反应物的利用率，有效避免因PCR反应物残留导致的污染等缺陷；其三，在PCR池内填充包含PCR扩增组件的液体后，可利用柔性薄膜因拉伸而自发产生的应力，使液体内保持一定的内压力，从而可以抑制液体在被加热时产生的气泡，降低或避免气泡对PCR反应造成的影响。
[0011]（3）通过在微流控芯片中设置阻液阻气通道，可以克服液体中的气泡随液体在不同功能腔室之间流动的问题，特别是避免储液池内的液体携带气泡进入PCR池，更有效的消除气泡对PCR反应造成的不良影响。
附图说明
[0012]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，
还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0013]图1是本申请一实施方案中一种微流控芯片的剖视图；图2是图1所示微流控芯片在储液池被注入液体后的剖视图；图3是图2所示微流控芯片在储液池被挤压后的剖视图；图4是图1所示微流控芯片中阻液阻气沟道的工作原理图（俯视）；图5是本申请实施例1中一种微流控芯片的剖视图；图6是本申请实施例2中一种微流控芯片的剖视图；图7是本申请实施例3中一种微流控芯片的剖视图。
具体实施方式
[0014]通过阅读以下具体实施方式及附图将更完整地理解本申请。本文中揭示本申请的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本申请的示范性，本申请可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本申请的代表性基础。
[0015]在本申请的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。以及，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0016]本申请的一些实施例提供的一种基于柔性薄膜的微流控芯片包括复合膜、固定结合区、多个功能腔室、一次性阀门和阻液阻气沟道；所述复合膜包括层叠设置的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性薄膜的微流控芯片，其特征在于，包括复合膜、固定结合区、多个功能腔室、一次性阀门和阻液阻气沟道；所述复合膜包括层叠设置的第一柔性薄膜和第二柔性薄膜；所述固定结合区、多个功能腔室、阻液阻气沟道均设置在所述复合膜内，并沿与所述复合膜共平面的方向分布，且所述功能腔室及阻液阻气沟道在与所述复合膜共平面的方向上的大小和形状由所述固定结合区的边界定义；所述多个功能腔室包括第一功能腔室和第二功能腔室，所述第一功能腔室和第二功能腔室通过一次性阀门及阻液阻气沟道连接，所述一次性阀门在被从关闭状态改变为打开状态时允许流体通过，所述流体包括液体；在所述固定结合区内第一柔性薄膜与第二柔性薄膜不可逆地结合，而在所述功能腔室及阻液阻气沟道内第一柔性薄膜与第二柔性薄膜可在相互分离和相互贴合两种状态之间切换，其中，当所述功能腔室内的第一柔性薄膜与第二柔性薄膜相互分离时，所述功能腔室能够容纳流体，当所述阻液阻气沟道内的第一柔性薄膜与第二柔性薄膜相互分离时，在第一柔性薄膜与第二柔性薄膜之间形成流体通道，所述流体通道在液体流动方向上的至少一个位置处的直径在一阈值以下，所述阈值小于或等于与所述阻液阻气沟道连接的一个功能腔室内的液体所包含的孤立气泡的直径。2.根据权利要求1所述的基于柔性薄膜的微流控芯片，其特征在于：当所述功能腔室或阻液阻气沟道内的第一柔性薄膜与第二柔性薄膜相互贴合时，所述功能腔室或阻液阻气沟道内能够容纳流体的物理空间消失。3.根据权利要求1所述的基于柔性薄膜的微流控芯片，其特征在于：所述阻液阻气沟道内还分布有至少一个流道直径调节机构；当所述阻液阻气沟道内的第一柔性薄膜与第二柔性薄膜相互分离时，所述流道直径调节机构与第一柔性薄膜及第二柔性薄膜中的至少一者之间留有可供液体通过的间隙。4.根据权利要求1所述的基于柔性薄膜的微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片还包括排气排液沟道，所述排气排液沟道设置在所述复合膜内，所述多个功能腔室还包括第三功能腔室，所述第三功能腔室通过所述排气排液沟道与所述第二功能腔室连接。5.根据权利要求4所述的基于柔性薄膜的微流控芯片，其特征在于：所述排气排液沟道在与所述复合膜共平面的方向上的大小和形状也由所述固定结合区的边界定义，并且在所述排气排液沟道内第一柔性薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓宁，海兴伟，黄真光，马俊杰，陈国礼，郭琦，周朋，
申请(专利权)人：翊新诊断技术苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：