實(shí)現(xiàn)pcr的微流控芯片及實(shí)時(shí)pcr的病毒快速檢測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微流控芯片技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種應(yīng)用于生命科學(xué)領(lǐng)域的實(shí)現(xiàn)PCR的微流控芯片及實(shí)時(shí)PCR的病毒快速檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]自1990年提出微全分析系統(tǒng)概念以來(lái)，微流控芯片技術(shù)在化學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和食品科學(xué)等領(lǐng)域開(kāi)辟了廣闊的發(fā)展空間。微流控芯片技術(shù)以微流體控制技術(shù)為基礎(chǔ)，引導(dǎo)分析儀器向小型化、集成化、自動(dòng)化、高通量快速定量分析方向發(fā)展，為生化環(huán)境樣本的實(shí)時(shí)檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)分析提供了一種可能的策略，其在醫(yī)療診斷與農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖系統(tǒng)疫情監(jiān)測(cè)方面具有廣闊的市場(chǎng)前景。
[0003]聚合酶鏈反應(yīng)(Polymerase Chain React1n, PCR)又稱無(wú)細(xì)胞分子克隆或特異性DNA序列體外引物定向酶促擴(kuò)增技術(shù)，是體外酶促合成特異DNA片段的一種方法，由高溫變性、低溫退火及適溫延伸等幾步反應(yīng)組成一個(gè)周期，循環(huán)進(jìn)行，使目的DNA得以迅速擴(kuò)增，具有特異性強(qiáng)、靈敏度高、操作簡(jiǎn)便、省時(shí)等特點(diǎn)。它不僅可用于基因分離、克隆和核酸序列分析等基礎(chǔ)研究，還可用于疾病的診斷、動(dòng)物病毒與疫情快速檢測(cè)或任何有DNA、RNA的地方。在臨床醫(yī)學(xué)和動(dòng)物疫情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，PCR被用于鑒別遺傳疾病和快速檢測(cè)病毒、病菌感染。用傳統(tǒng)的方法，要檢測(cè)病毒、病菌的感染需要把病原體培養(yǎng)數(shù)周才能鑒定，而采用本發(fā)明成果，可以快速判斷人體與動(dòng)物細(xì)胞(比如血液細(xì)胞)中是否存在病毒、病菌的DNA而確診。
[0004]實(shí)時(shí)PCR(real-time PCR),屬于定量 PCR(quantitative-PCR)的一種，以一定時(shí)間內(nèi)DNA的增幅量為基礎(chǔ)進(jìn)行DNA的定量分析。實(shí)時(shí)PCR定量使用熒光色素，目前有二種方法。一種是在DNA中插入特異的熒光色素；另一種使用能與增幅DNA序列中特定寡核酸序列相結(jié)合的一種突光探針。實(shí)時(shí)PCR與逆轉(zhuǎn)錄PCR (reverse-transcript1n PCR)相結(jié)合，能用微量的RNA來(lái)找出特定時(shí)間、細(xì)胞、組織內(nèi)的特別表達(dá)的遺傳基因。這兩種RT-PCR的組合被稱之為“定量RT-PCR(quantitative RT-PCR) ”。由于該技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了 PCR從定性到定量的飛躍，而且與常規(guī)PCR相比，具有特異性更強(qiáng)、有效解決PCR污染、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。實(shí)時(shí)定量PCR是指在PCR指數(shù)擴(kuò)增期間通過(guò)連續(xù)監(jiān)測(cè)熒光信號(hào)強(qiáng)弱的變化來(lái)即時(shí)測(cè)定特異性產(chǎn)物的量，并據(jù)此推斷目的基因的初始量，不需要取出PCR產(chǎn)物進(jìn)行分離。目前實(shí)時(shí)定量PCR作為一個(gè)極有效的實(shí)驗(yàn)方法，已被廣泛地應(yīng)用于分子生物學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域。
[0005]目前，實(shí)時(shí)定量PCR的反應(yīng)層系常采用孔板結(jié)構(gòu)作為樣本的載體，這樣不僅使得反應(yīng)區(qū)升降溫吸收和釋放的熱量過(guò)大，從而導(dǎo)致反應(yīng)區(qū)升降溫速度較慢；而且，孔板結(jié)構(gòu)的樣本載體需要的樣本試劑體積量至少要在10微升級(jí)別，不利于降低使用成本；同時(shí)，在如環(huán)境監(jiān)測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)檢疫及戰(zhàn)地防生化等領(lǐng)域，需要便攜式的快速分析裝置，而現(xiàn)有技術(shù)提供的實(shí)時(shí)PCR的病毒快速檢測(cè)裝置體積大操作復(fù)雜不適合在野外作業(yè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種樣本劑量使用少、可靠性高的實(shí)現(xiàn)PCR的微流控芯片。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的目的之一是提供一種實(shí)現(xiàn)PCR的微流控芯片，包括反應(yīng)層，所述反應(yīng)層內(nèi)設(shè)有樣本槽，所述樣本槽周圍設(shè)有多組反應(yīng)區(qū)，每組反應(yīng)區(qū)至少包括一反應(yīng)槽，每個(gè)反應(yīng)槽通過(guò)流道與樣本槽相連，所述樣本槽通過(guò)進(jìn)樣孔與外界相連。
[0008]優(yōu)選地，所述微流控芯片還包括蓋設(shè)于所述反應(yīng)層上方的氣動(dòng)控制層，所述氣動(dòng)控制層包括多個(gè)控制閥和用于連接控制閥的氣體管道，所述控制閥置于流道的上方。
[0009]優(yōu)選地，所述反應(yīng)層包括基板和蓋設(shè)于基板上的薄膜層，所述樣本槽、進(jìn)樣孔、反應(yīng)槽以及流道設(shè)于薄膜層上朝向基板的一側(cè)，所述氣動(dòng)控制層蓋設(shè)于薄膜層的上方。
[0010]優(yōu)選地,所述薄膜層采用PDMS材料制成。
[0011]優(yōu)選地，所述微流控芯片還包括設(shè)于所述氣動(dòng)控制層上方的由透氣材料制成的注水層。
[0012]優(yōu)選地，所述薄膜層上的反應(yīng)槽和流道內(nèi)涂覆有隔離層，所述隔離層采用不透氣材料。
[0013]優(yōu)選地，所述氣動(dòng)控制層采用彈性材料制成，所述氣動(dòng)控制層的厚度為20?50 μ m0
[0014]優(yōu)選地，所述反應(yīng)層包括底板和蓋設(shè)于底板上的蓋板，所述樣本槽、反應(yīng)槽以及流道設(shè)于底板上朝向蓋板的一側(cè)，所述進(jìn)樣孔設(shè)于蓋板上相對(duì)于樣本槽的位置，所述底板和蓋板均采用塑料材料制成。
[0015]本發(fā)明的另一目的是提供一種實(shí)時(shí)PCR的病毒快速檢測(cè)裝置，包括:
[0016]如上所述的微流控芯片；
[0017]動(dòng)力機(jī)構(gòu):用于為所述微流控芯片提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力；
[0018]溫度控制單元:用于控制并監(jiān)測(cè)反應(yīng)區(qū)的溫度；
[0019]信號(hào)探測(cè)單元:用于探測(cè)反應(yīng)區(qū)內(nèi)的信號(hào)，并傳輸給數(shù)據(jù)處理及控制單元進(jìn)行處理；
[0020]數(shù)據(jù)處理及控制單元:實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度控制單元和信號(hào)探測(cè)單元數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲(chǔ)和顯示，同時(shí)控制所述動(dòng)力機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。
[0021]優(yōu)選地，所述溫度控制單元包括分別設(shè)于反應(yīng)區(qū)周圍的多個(gè)半導(dǎo)體溫控片和多個(gè)溫度傳感器，所述半導(dǎo)體溫控片用于控制反應(yīng)區(qū)的溫度，所述溫度傳感器用于檢測(cè)反應(yīng)區(qū)的溫度；所述信號(hào)探測(cè)單元包括激發(fā)光源、光學(xué)傳輸單元和光電探測(cè)器；所述激發(fā)光源用于發(fā)出激發(fā)光并照射反應(yīng)區(qū)，使反應(yīng)區(qū)內(nèi)的樣本發(fā)出熒光；光學(xué)傳輸單元用于傳輸激發(fā)光和收集樣本的熒光；所述光電探測(cè)器用于探測(cè)熒光信號(hào)，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理及控制單元進(jìn)行處理。
[0022]有益效果:
[0023]本發(fā)明提供的實(shí)現(xiàn)PCR的微流控芯片，不僅使用的樣本劑量小、可靠性高，從而節(jié)約了使用成本；而且，可以根據(jù)不同的測(cè)試需要加入不同的檢測(cè)試劑，從而達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。同時(shí)，本發(fā)明還提供了包含該微流控芯片的實(shí)時(shí)PCR的病毒快速檢測(cè)裝置，該檢測(cè)裝置不僅操作簡(jiǎn)單、使用方便，而且便于攜帶。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1提供的實(shí)現(xiàn)PCR的微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖1a為反應(yīng)層中基板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖1b為反應(yīng)層中薄膜層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖1c為氣動(dòng)控制層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖1d為注水層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2本發(fā)明實(shí)施例提供的實(shí)時(shí)PCR的病毒快速檢測(cè)裝置的示意圖。
[0026]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2提供的實(shí)現(xiàn)PCR的微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖3a為反應(yīng)層中基板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3b反應(yīng)層中薄膜層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3c為氣動(dòng)控制層的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖4為本發(fā)明實(shí)施例3提供的實(shí)現(xiàn)PCR的微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖4a為反應(yīng)層中底板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3b反應(yīng)層中蓋板的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]如前所述，本發(fā)明的目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)PCR的微流控芯片，包括反應(yīng)層，所述反應(yīng)層內(nèi)設(shè)有樣本槽，所述樣本槽周圍設(shè)有多組反應(yīng)區(qū)，每組反應(yīng)區(qū)至少包括一反應(yīng)槽，每個(gè)反應(yīng)槽通過(guò)流道與樣本槽相連，所述樣本槽通過(guò)進(jìn)樣孔與外界相連。同時(shí)，本發(fā)明的另一目的在于提供一種包含該微流控芯片的實(shí)時(shí)PCR的病毒快速檢測(cè)裝置。
[0029]為了更好地闡述本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0030]實(shí)施例1
[0031]參閱圖1，本實(shí)施例提供的實(shí)現(xiàn)PCR的微流控芯片包括反應(yīng)層和設(shè)于反應(yīng)層上方的氣動(dòng)控制層20。其中，參閱圖1a和圖lb，反應(yīng)層包括基板110和蓋設(shè)于基板110上的薄膜層120。其中，基板110為如玻璃等硬性透明材料制成，薄膜層120采用彈性材料制成。在一種優(yōu)選地實(shí)施例中，薄膜層120采用聚二甲基娃氧燒(polydimethylsiloxane, PDMS)材料制成，其具有良好的光學(xué)透明、良好的粘附性、化學(xué)惰性等優(yōu)點(diǎn)。薄膜層120上朝向基板110的一側(cè)設(shè)有用于盛放樣本的樣本槽123和設(shè)于樣本槽123周圍的反應(yīng)區(qū)121，其中，樣本通過(guò)設(shè)于樣本槽123內(nèi)的進(jìn)樣孔124進(jìn)入樣本槽123內(nèi)。在本實(shí)施例中，反應(yīng)層包括12組反應(yīng)區(qū)121，其中每組反應(yīng)區(qū)121包括三個(gè)反應(yīng)槽1211，每個(gè)反應(yīng)槽1211和樣本槽123之間通過(guò)流道122相連。樣本槽123用于放置包括聚合酶、酶抗體、堿基對(duì)以及針對(duì)某種病毒或者細(xì)菌所設(shè)計(jì)的引物等的反應(yīng)試劑，優(yōu)選地，同一組反應(yīng)區(qū)121內(nèi)的反應(yīng)槽1211放置相同的反映試劑，而不同組反應(yīng)區(qū)121之間的反應(yīng)槽1211內(nèi)放置不同的反映試劑，這樣不僅可以通過(guò)重復(fù)性測(cè)試而提高檢測(cè)的準(zhǔn)確度，同時(shí)，還可以在一次檢測(cè)試驗(yàn)中對(duì)樣本進(jìn)行多樣檢測(cè)，從而提高了該微流控芯片的應(yīng)用范圍。
[0032]參閱圖lc，氣動(dòng)控制層20包括多個(gè)控制閥210和用于連接控制閥210的氣體管道220，其中，氣動(dòng)控制層20蓋設(shè)于反應(yīng)層的薄膜層120的上方，控制閥210設(shè)于流道122的上方?？刂茖?0采用彈性材料制成，優(yōu)選地，其采用PDMS材料制成，其厚度為20?50 μ m。氣體管道220上設(shè)有一進(jìn)氣口 221，該進(jìn)氣口 221與加壓氣體相連。當(dāng)從進(jìn)氣口 221充入氣體時(shí)，在氣壓的作用下，控制閥210產(chǎn)生形變，從而使反應(yīng)層中的薄膜層120很好地貼合在基板110上，進(jìn)而封閉住流道122，阻止樣本進(jìn)入反應(yīng)區(qū)121。
[0033]進(jìn)一步地，為了減小測(cè)試時(shí)反應(yīng)區(qū)121內(nèi)水分的蒸發(fā)，從而提高測(cè)試的可靠性，該微流控芯片還包括設(shè)于氣動(dòng)控制層20上方的注水層30。該注水層30采用透氣材料制成，優(yōu)選地，其采用PMDS材料制成。參閱圖ld，本實(shí)施例提供的注水層30總體呈梳子狀，但并不限于此。整個(gè)注水層30為一個(gè)腔體結(jié)構(gòu)，其上設(shè)有注水口 310，在使用時(shí)，將蒸餾水從注入口 310注入到注水層30的腔體內(nèi)，注水層30內(nèi)的水分蒸發(fā)并通過(guò)PMDS材料進(jìn)入到反應(yīng)層的上方，使反應(yīng)區(qū)121處在飽和蒸汽壓氛圍下，從而達(dá)到抑制反應(yīng)區(qū)121