微针加热扩增结构、快速核酸检测芯片、装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种微针加热扩增结构、包含该微针加热微针加热扩增结构的快速核酸检测芯片、包含该快速核酸检测芯片的装置以及相应的扩增方法、快速核酸检测方法和大规模核酸检测方法。所述微针加热扩增结构包括悬空薄膜和加热装置，所述加热装置用于加热悬空薄膜上的液滴。本发明专利技术提供的基于微液滴的快速核酸检测芯片，通过悬空薄膜和液滴的设置，能够快速实现加热液滴中扩增待测样本的扩增。现加热液滴中扩增待测样本的扩增。现加热液滴中扩增待测样本的扩增。

【技术实现步骤摘要】
微针加热扩增结构、快速核酸检测芯片、装置与方法
[0001]本申请是以下申请的分案申请，申请日：2022年11月10日，申请号：2022114067088，专利技术名称：扩增结构、快速核酸检测芯片、装置与方法。


[0002]本专利技术属分子生物学中分子扩增诊断领域，具体涉及一种微针加热扩增结构、快速核酸检测芯片、装置与方法。

技术介绍

[0003]聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction
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PCR)可以将核酸复制扩增，核酸复制扩增有多种应用，如用在核酸检测上，核酸检测是生物分子检测中的一个重要领域，通过PCR扩增可实现对超微量(甚至单个核酸分子)核酸的准确和定量检测。PCR核酸检测有广泛应用，包括临床疾病诊断(如各种传染性病原微生物诊断和疗效评价、优生优育检测、肿瘤标志物及瘤基因检测、遗传基因检测等)、动物疾病检测(如禽流感、口蹄疫、猪瘟、寄生虫病、炭疽芽孢杆菌等)、食品安全检测(如食源微生物、食品过敏源、转基因食品等)、科学研究(如医学、生命科学、农牧等相关分子生物学定量研究)等。PCR核酸定量检测技术的应用行业包括医疗机构、科研院所、高校、疾控中心、检验检疫局、食品企业、畜牧企业等。
[0004]聚合酶链式反应(PCR)是一种最常见可用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术，PCR的最大特点是能将微量的DNA片段大幅增加，结合荧光探针，可用于微量特定核酸片段的检测，常见用于感染性病原微生物检测，肿瘤分析及遗传病诊断。PCR在传染性疾病的检测、诊断上有重要应用，是应对疫情的必备技术。
[0005]传统PCR扩增技术需在95℃
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65℃
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72℃之间进行温度循环，由于升降温需要一定的时间，单次循环的时间需5
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30分钟。一般PCR需进行20
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40次循环扩展，导致PCR检测需要几个小时的时间，且检测需在有资质的检测机构实验室内完成。PCR检测时效性差、且需要专业检测单位操作，导致其在传染性疫情中的作用存在一定局限。
[0006]具体而言，现有PCR扩增技术，在进行温度循环时，除了温控待测液体，温控系统不可避免的加热衬底等样品支撑结构，导致升温和降温都需要比较长的时间。同时，基于毫升量级的液体样本，在待测核酸浓度比较低时，需要一定的等待时间使得反应充分。这些因素导致PCR循环需要的时间在5
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30分钟左右。因为需要多次PCR循环(20
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40次)，检测所需的总时间比较长(半个小时到几个小时)，无法实时(几分钟内)出结果。PCR中的温度循环方式常见有以下几种：(1)采用热电片对液滴加热和制冷，实现温度循环，一般温度循环需要1分钟以上；(2)采用传统加热方式对液滴和衬底加热，液滴和衬底自然冷确，一般温度循环需要5分钟
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20分钟左右；(3)在衬底上维持高低温两个温区，通过微流控管道或者液滴驱动将液体在高低温之间来回循环，一般温度循环取决于液滴驱动的速度，时间可以控制在几秒以内。但此种方式需要对液滴进行精确操作，器件设计和难度均较大，维持两个温区的功耗较大，且液滴在95℃高温下运动时极易产生气泡，为芯片设计、液滴操控均带来很大的不方便。

技术实现思路

[0007]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何实现快速稳定又方便地核酸扩增。
[0008]基于上述技术问题，本专利技术提供了一种微针加热扩增结构，包括悬空薄膜和加热装置，所述加热装置用于加热悬空薄膜上的液滴。
[0009]较优的，在悬空薄膜上的所述液滴上包裹有防挥发层。
[0010]较优的，所述防挥发层设置为非挥发性疏水液膜和/或疏水纳米颗粒层。
[0011]较优的，当采用所述非挥发性疏水液膜作为所述防挥发层时，所述非挥发性疏水液膜的沸点高于所述液滴沸点。
[0012]较优的，采用所述非挥发性疏水液膜作为所述防挥发层时，所述非挥发性疏水液膜设置为氟油或硅油。
[0013]较优的，所述防挥发层由表面活性剂在所述液滴表面自组装成膜形成所述防挥发层。
[0014]较优的，在悬空薄膜上的所述液滴上方加盖一层悬空薄膜使液滴封存在两层悬空薄膜之间以形成所述防挥发层。
[0015]较优的，所述加热装置设置为微波容器，所述悬空薄膜及液滴置于所述微波容器中，再利用微波容器对液滴进行加热。
[0016]较优的，所述加热装置设置为加热微针，通过所述加热微针插入悬空薄膜上的所述液滴进行加热。
[0017]较优的，所述加热微针设置为微波或者超声波探头微针。
[0018]较优的，所述加热装置设置为加热片或者加热丝，所述加热片或者所述加热丝设置在所述悬空薄膜下方进行加热。
[0019]较优的，所述加热装置上设置有测温装置。
[0020]较优的，所述加热片或者加热丝设置为加热及测温微电阻丝。
[0021]较优的，所述悬空薄膜与所述加热丝或者加热片集成形成微加热器。
[0022]较优的，利用防挥发层将悬空薄膜上的液滴以及所述悬空薄膜下方区域全部填充，使其能够将微加热器以及所述微加热器上的液滴全部包覆。
[0023]较优的，所述微加热器悬空于衬底上方，所述微加热器上延伸出至少两根支撑导电线至所述衬底上固定并形成微加热器连接端子；所述支撑导电线支撑所述微加热器悬空时的平衡。
[0024]较优的，所述衬底上设置有凹槽，所述微加热器设置在所述凹槽的上方，所述微加热器上延伸出至少两根支撑导电线至所述凹槽的凸起边缘，支撑所述微加热器在所述凹槽上方悬空；所述支撑导电线延伸至所述凹槽的凸起边缘固定，形成所述微加热器连接端子。
[0025]较优的，从所述微加热器上延伸出四根支撑导电线至所述凹槽的凸起边缘固定并形成微加热器连接端子，所述四根支撑导电线支撑所述微加热器悬空时的平衡。
[0026]较优的，对所述连接端子输入不同电信号，使得所述微加热器其实现温度的快速变化以热传导至液滴实现温度的快速变化。
[0027]较优的，所述悬空薄膜上设置有疏水或者超疏水镀层。
[0028]较优的，所述悬空薄膜设置为氮化硅、氧化硅、碳膜、金刚石膜、parylene派瑞林
(对二甲苯聚合物)膜、金属膜中的一种薄膜或者几种形成的复合薄膜。
[0029]较优的，还包括散热装置。
[0030]较优的，所述散热装置为设置于所述悬空薄膜上的热电制冷片、平面热管或者微流控管道流体中的其中一种或者几种。
[0031]本专利技术还提供一种包括微针加热扩增结构的快速核酸检测芯片，包括前述的微针加热扩增结构。较优的，所述悬空薄膜上设置有增强反射镀膜。
[0032]本专利技术还提供一种快速核酸检测阵列芯片，包括如前所述的快速核酸检测芯片；每一快速核酸检测芯片中独立或者相互统一地利用加热装置对所述液滴进行加热以实现温度的快速变化。
[0033]除此之外，本专利技术还提供一种扩增本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微针加热扩增结构，其特征在于：包括悬空薄膜和加热装置，所述加热装置用于加热悬空薄膜上的液滴；所述加热装置设置为加热微针，通过所述加热微针插入悬空薄膜上的所述液滴进行加热；在所述悬空薄膜上的所述液滴上包裹有防挥发层。2.如权利要求1所述的微针加热扩增结构，其特征在于：所述防挥发层设置为非挥发性疏水液膜和/或疏水纳米颗粒层。3.如权利要求2所述的微针加热扩增结构，其特征在于：当采用所述非挥发性疏水液膜作为所述防挥发层时，所述非挥发性疏水液膜的沸点高于所述液滴沸点。4.如权利要求2所述的微针加热扩增结构，其特征在于：采用所述非挥发性疏水液膜作为所述防挥发层时，所述非挥发性疏水液膜设置为氟油或硅油。5.如权利要求1所述的微针加热扩增结构，其特征在于：所述防挥发层由表面活性剂在所述液滴表面自组装成膜形成。6.如权利要求1所述的微针加热扩增结构，其特征在于：在悬空薄膜上的所述液滴上方加盖一层悬空薄膜使液滴封存在两层悬空薄膜之间以形成所述防挥发层。7.如权利要求1所述的微针加热扩增结构，其特征在于：所述悬空薄膜上设置有疏水或者超疏水镀层。8.如权利要求1所述的微针加热扩增结构，其特征在于：所述悬空薄膜设置为氮化硅、氧化硅、碳膜、金刚石膜、parylene膜、金属膜中的一种薄膜或者几种形成的复合薄膜。9.如权利要求1所述的微针加热扩增结构，其特征在于：还包括散热装置。10.如权利要求9所述的微针加热扩增结构，其特征在于：所述散热装置为设置于所述悬空薄膜上的热电制冷片、平面热管或者微流控管道流体中的其中一种或者几种。11.一种快速核酸检测芯片，其特征在于：包括如权利要求1至10任一项所述的微针加热扩增结构。12.如权利要求11所述的快速核酸检测芯片，其特征在于：所述悬空薄膜上设置有增强反射镀膜。13.一种快速核酸检测装置，其特征在于：包括若干个如权利要求11至12所述的快速核酸检测芯片；每一快速核酸检测芯片中独立或者统一地利用加热装置对悬空薄膜上的液滴进行加热以实现温度的快速变化。14.一种扩增方法，其特征在于：包括以下步骤：设置一薄膜悬空；将含有扩增样本的液滴置于悬空薄膜上；周期性加热所述液...

【专利技术属性】
技术研发人员：程鑫，刘红均，刘荣跃，陈日飞，林国洪，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：