面向空间的微型微流控实时荧光PCR工作系统技术方案

面向空间的微型微流控实时荧光PCR工作系统，属于生物学、分析化学及医学检测领域包括生物芯片，注射泵，步进电；所述的生物芯片上依次设置有高温变性区、适温延伸区、低温退火区；生物芯片上还设计有微通道，微通道依次通过上述三区，构成一个反应循环通道，然后在适温延伸区折弯，再依次经过高温变性区和低温退火区到达适温延伸区，构成下一个反应循环通道；微通道中多个反应循环通道依次相连在微通道中温度较低的退火区的折弯区设置有微型荧光检测装置；微通道的入口与连接有步进电机的注射泵相连；步进电机的控制端与微型荧光检测装置的检测信号连接至单片机控制系统；本实用新型专利技术制作工艺简单易于加工，并且性价比高可以一次性使用。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种面向空间的微型微流控实时荧光PCR工作系统，是一种“功能集成结构缩微”型的PCR扩增反应装置，属于生物学、分析化学及医学检测领域。
技术介绍
分析测试是人类最频繁的科学技术活动之一，创新分析测试技术及相应的创新分析测试仪器在很大程度上代表了一个国家的科技水平，并保证了技术先进的国家在相关领域的知识和技术的战略储备和可持续发展能力。在以生命科学为主导的21世纪，新一代的分析测试仪器应该更加微型化、自动化、快速化与便携化。微型全分析系统(MiniaturizedTotal Analysis System, μ TAS)又称芯片实验室(lab on a chip，L0C)。μ TAS的目标是通过化学分析设备的微型化与集成化，最大限度地把分析实验室的功能集成到便携设备上，甚至是方寸大小的芯片上，即实现生化分析实验室的“功能集成结构缩微”。随着我国载人航天技术的日趋成熟，航天任务周期的逐渐延长，对航天员健康保障的要求也会越来越高。航天器中处于非监控状态的微生物严重威胁航天员的健康。由于宇宙射线与应激等因素的协同作用，导致人体免疫功能降低，患病机率增加，此时舱中的致病微生物会严重影响到航天员的身体健康。同时，航天飞行器上携带有能在太空环境下生存的微生物，有可能通过人类或航天器带到空间站、火星表面，会对人类研究太空生命形式造成不利影响。因此，航天器上装备生物危害实时自动报警系统是十分必要的。生物危害报警器中的微型荧光检测系统，由于其关键技术的实质是要求功能集成和结构缩微，以实现重量轻体积小全自动检测为目标。而目前的生物芯片荧光微检测系统，也同样要求体积小、功能多、自动化水平高。因此，生物危害报警器中荧光微检测系统的研究，将可以移植在生物芯片荧光微检测系统基础上进行，并可以对检测系统在失重条件下的计算进行修正研究，以实现“面向空间应用”。PCR微流控生物芯片是近年来在生命科学领域中迅速发展起来的一项高新技术，它是将采样、稀释、加试剂、反应、分离和检测等功能集成于一个芯片里，其科学性和先进性集中体现在结构缩微和功能集成这两个方面。生物芯片技术有4个基本要点芯片制备、样品制备、生化反应和信号检测。其原理是PCR反应混合物在精密注射泵的作用下按设定的流速进入生物芯片上分别处于三个恒温区(94°C、50 60°C、72°C )的微通道，经过PCR的变性、复性和延伸，从而实现一次扩增循环，一个循环可以使DNA总量增加一倍。在合适条件下，这种循环不断重复，η次循环后使产物DNA的量按2η方式扩增。最后待测液体经过激发光源照射发出荧光，由光敏元件采集并经过光电转换后输出荧光值的电信号。显然目前的微流控PCR工作系统对于在空间进行PCR荧光实时检测工作主要存在如下缺点I、温度循环系统采用铜块或铝块进行加热和风扇冷却相配合，整个装置耗能多，体积大难以缩小，无法实现便携性；32、目前荧光微光谱检测器都是直接使用传统的封装光电管，如光电倍增管(PMT)或电荷耦合元件(CCD)。由于元件自身的体积就很大，而且又是分体使用，需要有配套的光路装置，致使整个荧光检测装置的体积庞大，根本不可能嵌入到生物芯片中；3、由于在激发光传导和反射光采集时需要各类光学器件和光纤组成的光路进行光路传输，不仅结构复杂难以实现集成化，并且影响实时荧光检测的稳定性；4、由于检测并未达到零距离接触的测量方式，会使荧光微检测受到非检测对象物质，如组成微通道壁等物质的干扰，造成测量误差；5、PCR微流控生物芯片的进样控制系统、温度控制系统、荧光检测系统一般采用各部分单独控制，无法对微通道内温度的变化、液体的流速及荧光检测之间的信号进行实时反馈与集成控制。因此，实现对PCR微流控工作系统不同模块间进行高度集成控制，以及研制体积小到可嵌入芯片且灵敏度高到能达到生物技术要求的微型荧光检测装置是实现PCR荧光实时检测系统的集成便携式以及微型化的主要研究方向。
技术实现思路
为了很好地解决上述问题，本技术涉及一种微型微流控实时荧光PCR工作系统，主要应用于空间范围对PCR扩增反应进行实时荧光检测。目的在于实现微型微流控实时荧光PCR检测系统的集成自动化控制，以及实现整个工作系统的便携式微型化。本专利是采用以下技术方案实现上述目的一种微型微流控实时荧光PCR工作系统，包括生物芯片I，注射泵2，步进电机3 ;所述的生物芯片I上依次设置有三个恒温加热区5，即高温变性区、适温延伸区、低温退火区；所述高温变性区的温度为94°C、低温退火区的温度为56°C、及适温延伸区的温度为720C ;生物芯片I上还设计有微通道4，微通道4依次通过高温变性区、低温退火区、适温延伸区，构成一个反应循环通道，然后在适温延伸区折弯，再依次经过高温变性区和低温退火区到达适温延伸区，构成下一个反应循环通道；微通道4中多个反应循环通道依次相连；为了避免高温对检测器件的损害，因此在微通道中温度较低的退火区的折弯区设置有微型荧光检测装置8 ;微通道4的入口与连接有步进电机3的注射泵相连；步进电机3的控制端与微型荧光检测装置8的检测信号连接至单片机控制系统10 ;高温变性区、低温退火区、适温延伸区之间设置有隔热风门7。所述的生物芯片I为微流控生物芯片。所述的反应循环通道的个数为20至30个。所述的单片机控制系统10包括液晶显示装置和键盘输入装置。所述的微通道4用光刻技术或蚀刻技术或热压法、注塑法、激光烧蚀微加工法在玻璃、硅片或高聚物材料上制作，或将毛细管直接布在贴有加热薄膜的载片上。所述的隔热风门7为孔状。所述的微型荧光检测装置8主要包括激发光光源单元11和荧光检测单元12以及检测装置的电输出入层9 ;其中激发光光源单元11为管状，由激发光源13、组合滤光片14、光学微透镜16和将整个激发单元的四周包围起来的对导管内光波高反射和对导管外光波完全阻隔的作用的多层光学薄膜15组成；荧光检测单元12为管状，由光学微透镜16、组合滤光片18、光电转换器件17和将整个检测单元的四周包围起来的对导管内光波高反射和对导管外光波完全阻隔的作用的多层光学薄膜15组成；所述的激发光光源单元11的连接方式是将激发光源13与组合滤光片14用多层光学薄膜15包围成管状，然后在组合滤光片14上采用原位成型法制作光学微透镜16，即将紫外光学固化胶液滴从组合滤光片14上垂直释放，滴落到组合滤光片14上，并自上而下向 四周扩散流淌，用紫外激光对液滴进行照射，使其固化，形成微光学透镜16 ；荧光检测单元12同样是将光电转换器件17和组合滤光片18用多层光学薄膜15包围成管状，然后在滤光片表面制作光学微透镜16。所述的微型荧光检测装置8与生物芯片I的连接方式为在生物芯片I的微通道4的底部和两侧打孔，将激发光光源单元11置于底部孔内，光学微透镜朝上，荧光检测单元12置于左侧，微透镜朝右；在微通道4的顶部以及右侧再嵌入另一套微型检测装置19，其中激发光光源单元11置于顶部，微透镜朝下，荧光检测单元12置于右侧，微透镜朝左；使光学微透镜均朝向流有待测微流体的微通道4 ；所述的检测装置的电输出入层9位于生物芯片I的下端与低温退火区相隔开，或置于生物芯片I上刻蚀出的槽状通道中，或直接置于生物芯片I表面。本技术中的装置是这样工作的注射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微型微流控实时荧光PCR工作系统，其特征在于：包括生物芯片（1），注射泵（2），步进电机（3）；所述的生物芯片（1）上依次设置有三个恒温加热区（5），即高温变性区、适温延伸区、低温退火区；所述高温变性区的温度为94℃、低温退火区的温度为56℃、及适温延伸区的温度为72℃；生物芯片（1）上还设计有微通道（4），微通道（4）依次通过高温变性区、低温退火区、适温延伸区，构成一个反应循环通道，然后在适温延伸区折弯，再依次经过高温变性区和低温退火区到达适温延伸区，构成下一个反应循环通道；微通道（4）中多个反应循环通道依次相连；为了避免高温对检测器件的损害，因此在微通道中温度较低的退火区的折弯区设置有微型荧光检测装置（8）；微通道（4）的入口与连接有步进电机（3）的注射泵相连；步进电机（3）的控制端与微型荧光检测装置（8）的检测信号连接至单片机控制系统（10）；高温变性区、低温退火区、适温延伸区之间设置有隔热风门（7）。

【技术特征摘要】
1.一种微型微流控实时荧光PCR工作系统，其特征在于包括生物芯片(I)，注射泵(2)，步进电机(3);所述的生物芯片(I)上依次设置有三个恒温加热区(5)，即高温变性区、适温延伸区、低温退火区；所述高温变性区的温度为94°C、低温退火区的温度为56°C、及适温延伸区的温度为72°C ;生物芯片(I)上还设计有微通道(4)，微通道(4)依次通过高温变性区、低温退火区、适温延伸区，构成一个反应循环通道，然后在适温延伸区折弯，再依次经过高温变性区和低温退火区到达适温延伸区，构成下一个反应循环通道；微通道(4)中多个反应循环通道依次相连；为了避免高温对检测器件的损害，因此在微通道中温度较低的退火区的折弯区设置有微型荧光检测装置(8);微通道(4)的入口与连接有步进电机(3)的注射泵相连；步进电机(3)的控制端与微型荧光检测装置(8)的检测信号连接至单片机控制系统(10);高温变性区、低温退火区、适温延伸区之间设置有隔热风门(7)。2.根据权利要求I所述的一种微型微流控实时突光PCR工作系统,其特征在于所述的生物芯片(I)为微流控生物芯片。3.根据权利要求I所述的一种微型微流控实时突光PCR工作系统,其特征在于所述的反应循环通道的个数为20至30个。4.根据权利要求I所述的一种微型微流控实时突光PCR工作系统,其特征在于所述的单片机控制系统(10)包括液晶显示装置和键盘输入装置。5.根据权利要求I所述的一种微型微流控实时突光PCR工作系统,其特征在于所述的微通道(4)用光刻技术或蚀刻技术或热压法、注塑法、激光烧蚀微加工法在玻璃、硅片或高聚物材料上制作，或将毛细管直接布在贴有加热薄膜的载片上。6.根据权利要求I所述的一种微型微流控实时突光PCR工作系统,其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴坚，杨洋，陈涛，刘世炳，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：实用新型
国别省市：