本发明专利技术公开了一种连续流PCR与毛细管电泳功能集成的微流控芯片装置，包括连续流动式PCR芯片和毛细管电泳芯片，其特征在于所述连续流动式PCR芯片的输出通道直接连入毛细管电泳芯片的试样池内，所述毛细管电泳芯片设置有进样通道和分离通道，所述进样通道和分离通道呈十字交叉，所述进样通道的顶端为试样池和样品废液池，所述分离通道的顶端为缓冲液池和废液池。该装置提高DNA检测的自动化程度和全过程运行的速度，减少了操作步骤，便于仪器的小型化和便携式。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于分子生物检测
，具体涉及一种连续流PCR与毛细管电泳功能集成的微流控芯片装置。
技术介绍
聚合酶链式反应(PCR)又被称为无细胞分子克隆或特异性DNA序列体外引物定向酶促扩增技术，是一种体外快速扩增DNA技术，作为一种主要的扩增复制手段，已经在医学诊断、基因分析、法医鉴定等广泛领域得到应用，逐渐成为核酸分析和扩增的核心技术之一，并给基因相关研究带来了深远的影响。PCR技术通过调控聚合酶在DNA某些位点的活性来操纵DNA分子复制，该反应具有特异、敏感、产率高、快速、简便、重复性好、易自动化等突出优点，并且能在数小时内将试管 内所要研究的目的DNA分子或者片断，扩增复制出几十万乃至几百万倍在一定的检测仪器下用肉眼能够直接观察和判断。PCR技术能够从微量的样品中扩增出足够量的DNA分子供分析研究和检测鉴定，实现痕量样品的分析与检测。过去几天甚至几个星期才能完成的样品分析过程，用PCR技术几个小时便可完成。随着集成电路和微电子机械系统(Micro Electro Mechanicals system,MEMS)技术的日趋成熟，以硅/玻璃/聚合物为基底材料的PCR生物芯片得到了飞速的发展，它们都具有集成化程度高、热循环速率快、交互式污染小及样品消耗少等优点，使整个生化反应过程集成化、微型化和连续化，将促进微全分析系统(MicroTotal Analysis system-μ TAS)的真正实现，并对医药开发、病毒检测、生命科学、医学诊断及食品与环境检测等领域产生重大影响。随着PCR芯片在诸多领域的广泛应用，以及人们对分析仪器集成化、微型化的要求，传统的PCR扩增仪器己经不能满足人们对PCR反应的需要，寻求一种更加有效、更集成化的PCR反应装置成为日益迫切的任务。MEMS技术和集成电路的飞速发展，为研制新型PCR反应装置提供了有力的保障，促进了 PCR芯片研究的飞速发展。到目前为止，PCR生物芯片主要有两种结构形式①微反应腔式PCR芯片(Microchamber PCR chip, MC-PCR),②连续流动式 PCR 芯片(Continuous-flow PCR chip,CF-PCR)。微反应腔式PCR芯片实际上是传统PCR的微型化，它将反应混合物固定在微反应池中，通过在外部对微反应池不断的加热与降温，实现三个温区温度的循环，它是一种时域式PCR反应装置。MC-PCR芯片成本低，体积小，结构简单，热循环次数不受限制，容易实现批量生产，易于制作成一次性PCR芯片。但是，微反应池的尺寸常常限制了样品的体积和反应时间，其能量消耗主要受系统的热容量所控制，加热和冷却的速度相对较慢，为了取得较快的加热/冷却速度，需要对系统热容量进行精确的优化。鉴于微反应腔式PCR芯片存在的问题，研究人员设计了连续流动式PCR芯片，主要工作原理是扩增试剂在PCR反应所需的三个固定温区内连续流动，样品在每温区滞留的时间由其流经的路程决定，每流过三个温区就完成了一次温度循环，即完一次扩增。CF-PCR芯片利用空域方式实现PCR反应，已成为PCR芯片的重要研究方向之一。CF-PCR芯片的主要优点包括(I)扩增反应所需的加热/冷却速度仅由混合物的流动速度来控制，不受系统的热容量所限制。(2)操纵小体积样品液体运动时，不仅方便易行，且密闭性良好，可有效避免样品溶液的蒸发。(3)可通过连续提供不同生物样品的方法，实现不同生物样品的连续扩增，这不仅大大节省了反应时间，而且简化了操作程序。(4)PCR混合物的体积可在μ -ml量级范围内改变。(5)利用CF-PCR芯片，可以把样品制备、PCR扩增以及产物检测等多项功能集成在一起，以连续流动的方式进行快速的、集成化分析。目前，CF-PCR芯片可分为基于MEMS技术的片式芯片和非芯片式两种。前者是通过微加工技术将微通道加工在硅/玻璃/聚合物衬底材料上，集成化程度高，系统所占空间体积较小。1998年，Martin U. Kopp等首次提出了一种CF-PCR芯片，该芯片的三个温度区(95°C、77t^P60°C )分别利用了三个恒温铜块来实现加热，Pt电阻温度传感器固定在玻璃的背面，由恒流泵驱动样品和缓冲液在微通道内的流动。该系统最快可在90s内实现20个 循环。根据实验要求将芯片加工成“蜿蜒”型或“螺旋”型通道，其循环数目通常是不可改变。为了使循环数目可调节，有人提出基于毛细管的单向型CF-PCR芯片。这种形式的PCR扩增体系把毛细管环绕在PCR扩增所需的3个恒温系统上，循环数目易于改变。这种非芯片连续流动式PCR的3个温度带总是呈圆(柱)形式，这可避免已解链的单链DNA样品经过延伸温度带时，可能与模板链或它们的互补链结合形成双链而降低PCR扩增效率。但是，该结构中的3个恒温体系大都采用热容较大的液体浴或者金属块来实现，能量消耗较大，不易利用电池为PCR装置提供能量，不能实现便携式连续流动PCR微装置。毛细管电泳(capillary Electrophoresis,CE)是以毛细管为分离通道、以高压直流电场为驱动力的液相分离分析技术，它使分析科学从微升量级进入纳升水平，并使单细胞分析、乃至单分子分析成为可能。电泳的宏观表现是指带电粒子在一定介质中因电场作用而发生定向运动的物理现象，这种电迁移现象被用于物质的分离，形成为一系列电泳技术。电泳的基本原理是利用不同物质分子的相对分子质量、带电量和体积等存在差异，在外加电场的作用下受到不同的电场力和阻力，使得不同分子具有不同的运动状态，如速度、运动方向和位置的不同，通过适当的手段及检测设备就可以分辨出不同的分子，实现物质的成分分析。当一荷电粒子置于电场中时，它受到一个正比于它的有效电荷q和电场强度E产生的力F作用，S卩F=qE ;在电场作用下，荷电粒子以速度V作平移运动，与此同时它又受到一个与其速度成正比的粘滞阻力(F’ )的作用，即F’ =fv, f为比例常数，称为平动摩擦系数，与粒子大小和形状有关。当这两个作用力相对平衡时，F=F’，粒子以稳态速度V’运动，于 是V’ =qE/f,对于球形粒子v’ =( ε ξ eE) /6 π η ;对于棒状粒子V’ =( ε ξ eE) /4 π η,其中rI为介质粘度，ξ e为zeta电势。由此可见，荷电粒子在电场中的迁移速度，除了与电场强度和介质特性有关外，还与粒子的有效电荷、大小及其形状有关。因此，粒子的大小和形状，以及有效电荷的差异，就构成了电泳的分析基础。毛细管电泳芯片是在常规毛细管电泳理论和技术的基础上利用微机械加工(MEMS)技术，在硅、玻璃、塑料、橡胶等为材料的基片上形成微细沟道，然后用盖片将管道封接，在外加电场的作用下，通过不同的管道、反应器、检测单元等的设计和布局，实现样品的进样、反应、分离和检测。整个过程可以在一块几平方厘米的基片上得以实现。毛细管电泳芯片与传统毛细管相比具有以下优点1、减少了样品、缓冲液用量、可以节约试剂用量，减少废液产生量，降低环境污染。2、比传统的毛细管散热能力强，可以进一步提高电场的强度，达到高速高效分离。3、可制得高性能、连通的管道网络。4、采用MEMS技术可以将反应器、过滤器甚至检测器等集成在一个芯片上，使得进样、反应、分离、检测等过程能在一本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种连续流PCR与毛细管电泳功能集成的微流控芯片装置，包括连续流动式PCR芯片（2）和毛细管电泳芯片（1），其特征在于所述连续流动式PCR芯片的输出通道直接连入毛细管电泳芯片的试样池（11）内，所述毛细管电泳芯片设置有进样通道和分离通道，所述进样通道和分离通道呈十字交叉，所述进样通道的顶端为试样池（11）和样品废液池（12），所述分离通道的顶端为缓冲液池（13）和废液池（14）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨楠，艾洪新，何越，臧伯玮，
申请(专利权)人：凯晶生物科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：
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