CN100468042C - 用于微流控生物芯片pcr荧光检测的避光散热结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于微流控生物芯片PCR荧光检测的避光散热结构，属于生物学及医学检测领域。本发明中，将为微流控生物芯片聚合酶链式反应提供保证的外围设备和用于检测PCR产物的荧光光谱检测装置密封在避光密封容器(5)内。将避光进气基板(7)和避光进气盖板(8)、避光排热基板(3)和避光排热盖板(4)通过各自表面上设置的形状相同的N个环形槽对插，并在对插时留有通风间隙，然后将二者固定在避光密封容器(5)上。工作时，通过两个风扇达到密封容器(5)与外界通风排热的目的，同时，通过设置在盖板上的环形槽达到避免杂光的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于微流控生物芯片PCR荧光检测的避光散热结构，主要用于生物PCR荧光检测系统中避免杂光对荧光检测的干扰和荧光检测系统的排热降温，属于生物学及医学检测领域。
背景技术
聚合酶链式反应(PCR)是一种在体外模拟自然DNA复制过程的核酸扩增技术，即无性细胞分子克隆技术，其原理类似于天然DNA的复制，是体外酶促反应选择性地合成特异性DNA的一种方法。反应步骤是人工合成一对寡核苷酸引物与特异扩增DNA片段两条链的两端序列分别互补，由高温(在摄氏96度左右)热变性、低温(在摄氏55度左右)复性和适温(在摄氏72度左右)延伸组成一个周期循环进行，使DNA片段得以迅速扩增。在合适条件下，这种循环不断重复，前一个循环的产物DNA可作为后一个循环的模板DNA参与DNA的合成，使产物DNA的量按2n方式扩增。从理论上讲经过三十多次的循环反应，DNA扩增倍数为106～109。
目前国内外普遍使用的、基于荧光能量传递技术的荧光定量PCR技术有：TaqMan技术、Am2 plisensor技术、Molecular beacon技术(分子信标)、Lightcycler技术和Complex probes技术(复合探针法)。通过对上述几种PCR定量技术的分子生物学理论和技术特征分析，可以作出这样的诊断：尽管上述几种PCR定量技术在生物工程技术层面上的原理方法各不相同，但它们的荧光发光机理以及发光目的都是破坏两个荧光分子间的FRET，从而发出荧光。荧光强度与溶液中模板量成正比，根据荧光强度和随荧光强度的变化而作相应变化的信息，可对PCR产物进行定性定量分析。其中，荧光光谱检测技术由于其选择性好，痕量定性定量分析和非破坏性检测等特点，已逐渐成为应用最广泛，灵敏度最高的检测技术之一。
由于PCR扩增需要近摄氏100度进行热变性，而荧光光谱检测系统中的光电元器件最佳工作条件是常温(摄氏30度左右)，因此，如何处理既避免杂光对荧光检测的干扰而封闭检测系统，同时荧光检测系统又要排热降温这个问题，是在生物PCR荧光检测系统设计中需很好解决的问题。
目前，现有的PCR荧光检测系统主要包括反应管式PCR荧光检测系统和微流控式PCR荧光检测系统。
反应管式PCR荧光检测系统，其实质是将反应物置于特定容器----在反应管中，对管内反应物进行高温热变性、低温退火和适温延伸组成一个扩增周期。即管内反应物处于静态，而温度扩增周期循环处于动态。也就是说，在每一时刻，反应管式PCR荧光检测系统只有一个温区存在，只不过是温区的温度在加热和制冷装置的工作下，随时间而在周期循环变化，因此，反应管式PCR荧光检测系统对避光散热结构和其避光散热的效率没有特殊要求，一般是靠电扇和一些结构缝隙排热。
微流控生物芯片的微流控式PCR反应实质是，将组成一个扩增周期的三个温区平展于一个芯片平面上，在芯片上面制作微通道，采用外部阀控制压力驱动和操作液流。试样进入微通道，反应物在微通道中微流控下，通过在平展的三个温区上流动，实现一个扩增周期循环。多次循环流动实现多次扩增周期循环。即管内反应物处于动态，而温度扩增周期循环处于静态。也就是说，在每一时刻，微流控式PCR荧光检测系统中，都有平展的三个温区同时存在并需保持正常工作温度，为了使上述平展的三个温区互不干扰地保持正常工作温度，在三个温区之间需高速流动空气，形成温区之间的温度隔离区，因此，微流控生物芯片的微流控式PCR荧光检测系统避光散热结构以及效率，在上述系统中是具有特别重要的技术意义。如图6所示，40个循环的PCR微流控芯片由入口、出口、变性区94℃、延伸区72℃和退火区55℃组成，相邻温区间的小孔为隔热网格，芯片的整体尺寸为：40mm×100mm。
目前，对于微流控式PCR荧光检测系统并没有专门的散热结构，在实验中，只是将其置于避光的房间来避免杂光对检测系统的干扰。由于三个温区之间需要流动的空气来隔温，实际中也只是在避光的房间使用风扇等来增加空气的流动性。这就使得微流控式PCR荧光检测系统的使用环境受到限制，而且，由于房间空间大，对于微流控式PCR荧光检测系统来说，隔温的效果也不是很理想。
发明内容
为了很好地解决上述问题，本发明中提供了一种用于微流控生物芯片PCR荧光检测的避光散热结构。本发明可提高微流控生物芯片的微流控式PCR荧光检测系统散热效率，满足平展的三个温区同时存在并保持正常工作温度，同时也能避免杂光对系统的影响。
为了达到避光散热的目的，本发明采取了取如下技术方案。本结构主要包括有避光密封容器5、避光排热基板3、避光排热盖板4、避光进气基板7、避光进气盖板8。其中，为微流控生物芯片聚合酶链式反应提供保证的外围设备和用于检测PCR产物的荧光光谱检测装置密封在避光密封容器5内，在避光密封容器5内设置有两个风扇1，在与风扇相对应的避光密封容器5的容器壁上设置有进气口6和排气口2，在避光密封容器5的外表面、位于进气口6和排气口2周围的位置分别固定有避光进气基板7和避光排热基板3，进气口6、排气口2分别通过避光进气基板7、避光排热基板3上设置的通孔与外界连通。避光进气基板7和避光进气盖板8通过各自表面上设置的形状相同的N个环形槽对插，然后将二者固定在避光密封容器5上，并在对插时留有通风间隙。避光排热基板3、避光排热盖板4也通过设置在各自表面上的N个环形槽对插，然后将它们固定在避光密封容器5上，并使对插处留有足够的通风间隙。避光密封容器5中，检测系统所需的光纤和电导线，穿过避光密封容器5的容器壁上的通孔与外界联接用于检测数据的读取，并在通孔处作避光处理。
所述的N的取值范围为1～100。
所述的环形槽的形状为圆、椭圆、正方形、长方形、多边形等各种形状的封闭环形图案。
避光排热基板3、避光排热盖板4、避光进气基板7、避光进气盖板8的大小尺寸可根据具体情况设计，不一定非要与避光密封容器5一样大小和对称布置。
在避光密封容器5中，检测系统所需的光纤和电导线，通过避光密封容器5壁面上已打好的孔，作避光处理后，实现避光密封容器内外联接。
本发明的工作原理：当风扇1通电工作时，避光密封容器5外的冷空气沿避光进气基板7和避光进气盖板8对插的N个环形槽之间的间隙到达进气口6，进入避光密封容器5内。而避光密封容器5内的热空气在风扇1的吸抽作用下，经出气口2，沿避光散热基板3、避光排热盖板4对插的N个环形槽，到达避光密封容器5外，实现了避光密封容器5内外热冷空气交换，达到了排热作用。同时，由于光线按直线传递，而一部分光的反射和散射也被多层对插的N个环形槽所阻隔，因此，实现了避光密封容器5内的避免杂光对荧光检测的干扰而封闭检测系统作用。同时，由于密封容器5内的空气流动加快，也使得荧光检测系统各个温区之间用于隔温的空气流速加快，增强了各个温区之间的隔温效果。
经实验验证，本发明可很好解决避光密封容器5内的某些器件在保持近摄氏100度的正常工作温度的情况下，荧光光谱检测系统中光电元器件可在最佳工作条件的常温(摄氏30度左右)工作。同时，整个避光密封容器5内无杂光对荧光检测的干扰。
附图说明
图1 用于生物PCR荧光检测的避光散热结构系统截面示意图
图2 避光散热结构系统中的避光进气(或避光排热)基板环形槽的圆闭环形状示意图
图3 避光散热结构系统中的避光进气(或避光排热)盖板环形槽的圆闭环形状示意图
图4 避光散热结构系统中的避光进气(或避光排热)基板环形槽的正方闭环形状示意图
图5 避光散热结构系统中的避光进气(或避光排热)盖板(图右)环形槽的正方闭环形状示意图
图6 40个循环的PCR微流控芯片示意图
图中：1、风扇，2、出气口，3、避光排热基板，4、避光排热盖板，5、避光密封容器，6、进气口，7、避光进气基板，8、避光进气盖板，9、横截为矩形的环形槽凸起，10、生物PCR试剂进样口，11、微流控芯片的微通道，12、风冷隔温孔，13、生物PCR试剂出样口。
具体实施方式
实施例1：
下面结合图1、图2、图3详细说明本实施例。
本实施例主要包括风扇1、出气口2、避光排热基板3、避光排热盖板4、避光密封容器5、进气口6、避光进气基板7、避光进气盖板8。避光进气基板7和避光进气盖板8通过各自表面上设置的形状相同的N个环形槽对插后，使用螺栓和螺母，将它们分别固定在避光密封容器5上，并使对插处留有足够的通风间隙。避光排热基板3、避光排热盖板4也通过设置在各自表面上的N个环形槽对插后，也使用螺栓和螺母，将它们分别固定在避光密封容器5上，并使对插处留有足够的通风间隙。
聚合酶链式反应和用于检测PCR产物的荧光光谱检测装置密封在避光密封容器5内，风扇设置在避光密封容器5内，避光密封容器5中，检测系统所需的光纤和电导线，通过避光密封容器5壁面上已打好孔，并作避光处理后，实现避光密封容器内外联接。在电导线与孔之间的间隙用填充物填充，达到避光的目的。
避光散热基板3、避光排热盖板4、避光进气基板7和避光进气盖板8均是带有5个圆环形槽的板，其中圆环形槽的图案如图2、图3所示。
避光散热基板3和避光排热盖板4、避光进气基板7和避光进气盖板8的5个圆环形槽可对插，并在对插时留有足够的通风间隙，如图1所示。
实施例2：
下面结合图1、图4、图5详细说明本实施例。
本实施例主要包括风扇1、出气口2、避光排热基板3、避光排热盖板4、避光密封容器5、进气口6、避光进气基板7、避光进气盖板8。避光进气基板7和避光进气盖板8通过各自表面上设置的形状相同的N个环形槽对插后，使用螺栓和螺母，将它们分别固定在避光密封容器5上，并使对插处留有足够的通风间隙。避光排热基板3、避光排热盖板4也通过设置在各自表面上的N个环形槽对插后，也使用螺栓和螺母，将它们分别固定在避光密封容器5上，并使对插处留有足够的通风间隙。
聚合酶链式反应和用于检测PCR产物的荧光光谱检测装置密封在避光密封容器5内，风扇设置在避光密封容器5内，避光密封容器5中，检测系统所需的光纤和电导线，通过避光密封容器5壁面上已打好孔，并作避光处理后，实现避光密封容器内外联接。
避光散热基板3、避光排热盖板4、避光进气基板7和避光进气盖板8均是带有5个正方形环槽的板，其正方形环槽图案如图4、图5所示。避光散热基板3和避光排热盖板4、避光进气基板7和避光进气盖板8的5个正方形环槽可对插，并在对插时留有足够的通风间隙，如图1所示。
Claims (3)
1、用于微流控生物芯片PCR荧光检测的避光散热结构，其特征在于：主要包括有避光密封容器(5)、避光排热基板(3)、避光排热盖板(4)、避光进气基板(7)、避光进气盖板(8)；其中，为微流控生物芯片聚合酶链式反应提供保证的外围设备和用于检测PCR产物的荧光光谱检测装置密封在避光密封容器(5)内，在避光密封容器(5)中的荧光光谱检测装置所需的光纤和电导线，穿过避光密封容器(5)的容器壁上的通孔与外界联接用于检测数据的读取；在避光密封容器(5)内设置有两个风扇(1)，在与风扇相对应的避光密封容器(5)的容器壁上设置有进气口(6)和排气口(2)，在避光密封容器(5)的外表面、位于进气口(6)和排气口(2)周围的位置分别固定有避光进气基板(7)和避光排热基板(3)，进气口(6)、排气口(2)分别通过避光进气基板(7)、避光排热基板(3)上设置的通孔与外界连通；避光进气基板(7)和避光进气盖板(8)通过各自表面上设置的形状相同的N个环形槽对插，在对插时，在二者相互接触的环形槽之间留有通风间隙，然后将二者固定在避光密封容器(5)上；避光排热基板(3)、避光排热盖板(4)也通过设置在各自表面上的N个环形槽对插，对插处留有足够的通风间隙，然后也将二者固定在避光密封容器(5)上。
2、根据权利要求1所述的用于微流控生物芯片PCR荧光检测的避光散热结构，其特征在于：所述的N的取值范围为1～100。
3、根据权利要求1所述的用于微流控生物芯片PCR荧光检测的避光散热结构，其特征在于：所述的环形槽为圆、椭圆或多边形的封闭环形。
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| 聚合酶键式反应生物芯片/微装置的实时定量荧光检测. 章春笋，徐进良.分析科学学报，第22卷第1期. 2006 |
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