CN104893954A - 三温度区域通道内嵌连续流式叠层pcr芯片 - Google Patents

三温度区域通道内嵌连续流式叠层pcr芯片 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种三温度区域通道内嵌连续流式叠层PCR芯片，其中：测温电极排布于上衬底的上表面；加热电极排布于下衬底的下表面；上、下衬底键合成一整体，所述反应通道由对称刻蚀于上衬底的下表面和下衬底的上表面的凹槽拼接形成。本发明将衬底按照PCR三个不同的反应区分为三个不同区域，不同区域保持一定距离，让反应液连续流过这三个不同区域，完成反应，在同一块反应区，温度分布均匀性较高，由于温度不再需要反复上升下降，反应总时间变短，节省时间。同时上下表面对称性排布反应通道，使测温元件与反应液距离变小，测温更准确。反应通道中使用微细软管约束反应液，可以减少气泡发生。

Description

三温度区域通道内嵌连续流式叠层PCR芯片
技术领域
本发明涉及PCR生物技术领域的PCR芯片，具体地，涉及一种三温度区域通道内嵌连续流式叠层PCR芯片。
背景技术
聚合酶链式反应PCR是生物科学以及医学领域中常用的一种体外高速大量扩增特定DNA片段的分子生物学技术。PCR中一个循环分为三段区域，高温变性(95℃左右)、低温退火(55℃左右)、中温延伸(70℃左右)，在常规的PCR仪器上，一个循环大约需要3min左右，且这段时间中有相当一部分用于温度的升降，时间利用率较低。影响PCR反应成败及扩增效率的主要因素包括温度均匀性、控温精度、升降温速率。现有的常规PCR芯片，扩增效率低，采用MEMS技术实现的微流控PCR芯片存在温度均匀性不好、测温不准确等问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种三温度区域通道内嵌连续流式叠层PCR芯片，其温度分布均匀性较高，反应总时间变短，节省时间，而且测温准确。
为实现以上目的，本发明提供一种三温度区域通道内嵌连续流式叠层PCR芯片，包括测温电极、上衬底、反应通道、下衬底、加热电极，其中：
所述测温电极排布于上衬底的上表面；所述加热电极排布于下衬底的下表面；所述上、下衬底键合成一整体，所述反应通道由对称刻蚀于上衬底的下表面和下衬底的上表面的凹槽拼接形成；
所述测温电极包括变性区测温电极、退火区测温电极和延伸区测温电极，所述加热电极包括变性区加热电极、退火区加热电极和延伸区加热电极，所述反应通道从上到下依次为变性区、退火区和延伸区，变性区、退火区、延伸区分别与变性区测温电极、退火区测温电极、延伸区测温电极和变性区加热电极、退火区加热电极、延伸区加热电极位置一一对应；变性区测温电极、退火区测温电极和延伸区测温电极用于分别实时测试变性区、退火区、延伸区的温度变化；变性区加热电极、退火区加热电极和延伸区加热电极分别加入电流，从而形成三个不同的温度区域，用于分别给变性区、退火区、延伸区加热。
优选地，所述反应通道内还嵌入有软管，反应液在软管内流动；所述软管用于将反应液与反应通道隔离开来，从而减少气泡的产生。
优选地，所述反应通道的一端为反应液进口、另一端为反应液出口；在反应液进口延伸一段软管用于伸入盛放反应液的小试管，在反应液出口处延伸一段软管用于与吸泵或吸管相连接。
更优选地，所述软管为毫米级的微软管。
优选地，在所述上衬底上表面的测温电极位置刻蚀有测温电极保护层，在下衬底下表面的加热电极位置刻蚀有加热电极保护层。
更优选地，所述测温电极保护层和加热电极保护层的材料为铂金材质。
优选地，所述上衬底与下衬底的键合处通过上下衬底粘合层密封。
更优选地，所述上下衬底粘合层的材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
优选地，所述变性区、退火区和延伸区之间设置有过渡区，以防止各区域间的温度干扰。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明将衬底按照PCR三个不同的反应区分为三个不同区域，不同区域保持一定距离，让反应液连续流过这三个不同区域，完成反应，在同一块反应区，温度分布均匀性较高，由于温度不再需要反复上升下降，反应总时间变短，节省时间。同时由于上下表面对称性排布反应通道，使测温元件与反应液距离变小，测温更准确。反应通道中使用微细软管约束反应液，可以减少气泡发生。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的单通道内嵌连续流式PCR芯片的剖面图；
图2为本发明的单通道内嵌连续流式PCR芯片的仰视图；
图3为本发明的单通道内嵌连续流式PCR芯片的俯视图；
图4为本发明的单通道内嵌连续流式PCR芯片的温度测控系统原理框图；
图中：测温电极1，变性区测温电极11，退火区测温电极12，延伸区测温电极13；测温电极保护层2；上衬底3；上下衬底粘合层4；反应通道软管5；反应通道6；变性区61；退火区62；延伸区63；下衬底7；加热电极8，变性区加热电极81，退火区加热电极82，延伸区加热电极83；加热电极保护层9；反应液进口101，反应液出口102。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1、图2、图3所示，本实施例提供一种三温度区域通道内嵌连续流式叠层PCR芯片，包括：最上面三个不同区域各自的测温电极1(由变性区测温电极11、退火区测温电极12、延伸区测温电极13组成)，位于中间的由两部分凹槽拼合成的反应通道6，以及位于最下面的三个不同区域各自的加热电极8(由变性区加热电极81、退火区加热电极82、延伸区加热电极83组成)，此外还有相应的玻璃材质的上、下衬底3、7。
如图2所示，所述反应通道6被分为三大部分，从上往下依次是变性区61、退火区62、延伸区63，三部分区域之间有过渡区，以防止各区域间的温度干扰。
如图2所示，所述反应通道6的一端为反应液进口101、另一端为反应液出口102；在反应液进口101延伸一段软管用于伸入盛放反应液的小试管，在反应液出口102处延伸一段软管用于与吸泵或吸管相连接。
如图1、图3所示，由变性区测温电极11、退火区测温电极12、延伸区测温电极13组成的所述测温电极1排布于上衬底3的上表面。变性区测温电极11、退火区测温电极12、延伸区测温电极13用于分别实时测试变性区61、退火区62、延伸区63的温度变化.
如图1、图2所示，由变性区加热电极81、退火区加热电极82、延伸区加热电极83组成的所述加热电极8排布在下衬底7的下表面。变性区加热电极81、退火区加热电极82、延伸区加热电极83分别加入电流，从而形成三个不同的温度区域，用于分别给变性区61、退火区62、延伸区63加热。
如图1所示，在使用时，将反应通道软管5沿着反应通道6嵌进去，并占满整个反应通道6，反应液在反应通道软管5内流动。所述反应通道软管5用于将反应液与反应通道6隔离开来，从而减少气泡的产生。
作为一优选的实施方式，所述反应通道软管5采用毫米级的微软管。
作为一优选的实施方式，在所述上衬底3的下表面与下衬底7的上表面各刻蚀一段对称的凹槽，将上、下衬底3、7拼合起来即组成所述反应通道6。
作为一优选的实施方式，将所述上、下衬底3、7沿着对准符号键合即组成所述反应通道6，而中间则用PDMS形成上下衬底粘合层4(如图1所示)。
作为一优选的实施方式，在所述上衬底3上表面的测温电极位置刻蚀有测温电极保护层2(如图1所示)，所述测温电极保护层2的材料为铂金材质。
作为一优选的实施方式，在所述下衬底7下表面的加热电极位置刻蚀有加热电极保护层9(如图1所示)，所述加热电极保护层9的材料为铂金材质。
本实施例所述的一种三温度区域通道内嵌连续流式叠层PCR芯片，将其加热电极8、测温电极1与外围电路相连接，然后接入数据采集单元，再连接计算机，即可实时显示、控制反应进度。
如图4所示为温度测控原理框图，先在人机交互界面上设置好反应中需要的参数，然后启动控制程序，使芯片开始工作。由温度传感单元将采集到的温度数据传输给数据采集卡，将实际温度传送给人机交互界面进行显示。同时，温度控制模块判断当前温度和目标温度的差异，向数据采集卡发送加热或降温信号，启动加热或者冷却执行模块，最终使得实际温度与目标温度保持一致。
本实施例将整块玻璃衬底按照PCR三个不同的反应区(变性区61、退火区62、延伸区63)分为三个不同区域，不同区域保持一定距离，让反应液连续流过这三个不同区域，完成反应；在同一块反应区通过各自的加热电极8加热，各反应区温度分布均匀性较高，由于温度不再需要反复上升下降，反应总时间变短，节省时间。同时由于上、下衬底3、7的下、上表面对称性排布凹槽形成反应通道6，使测温电极1与反应液距离变小，测温更准确。反应通道6中使用微细反应通道软管5约束反应液，可以减少气泡发生。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种三温度区域通道内嵌连续流式叠层PCR芯片，其特征在于，包括测温电极、上衬底、反应通道、下衬底、加热电极，其中：
所述测温电极排布于上衬底的上表面；所述加热电极排布于下衬底的下表面；所述上、下衬底键合成一整体，所述反应通道由对称刻蚀于上衬底的下表面和下衬底的上表面的凹槽拼接形成；
所述测温电极包括变性区测温电极、退火区测温电极和延伸区测温电极，所述加热电极包括变性区加热电极、退火区加热电极和延伸区加热电极，所述反应通道从上到下依次为变性区、退火区和延伸区，变性区、退火区、延伸区分别与变性区测温电极、退火区测温电极、延伸区测温电极，以及变性区加热电极、退火区加热电极、延伸区加热电极位置一一对应；变性区测温电极、退火区测温电极和延伸区测温电极用于分别实时测试变性区、退火区、延伸区的温度变化；变性区加热电极、退火区加热电极和延伸区加热电极分别加入电流，从而形成三个不同的温度区域，用于分别给变性区、退火区、延伸区加热。
2.根据权利要求1所述的一种三温度区域通道内嵌连续流式叠层PCR芯片，其特征在于，所述反应通道内还嵌入有软管，反应液在软管内流动。
3.根据权利要求2所述的一种三温度区域通道内嵌连续流式叠层PCR芯片，其特征在于，所述反应通道的一端为反应液进口、另一端为反应液出口；在反应液进口延伸一段软管用于伸入盛放反应液的小试管，在反应液出口处延伸一段软管用于与吸泵或吸管相连接。
4.根据权利要求3所述的一种三温度区域通道内嵌连续流式叠层PCR芯片，其特征在于，所述软管为毫米级的微软管。
5.根据权利要求1所述的一种三温度区域通道内嵌连续流式叠层PCR芯片，其特征在于，在所述上衬底上表面的测温电极位置刻蚀有测温电极保护层，在下衬底下表面的加热电极位置刻蚀有加热电极保护层。
6.根据权利要求5所述的一种三温度区域通道内嵌连续流式叠层PCR芯片，其特征在于，所述测温电极保护层和加热电极保护层的材料为铂金材质。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种三温度区域通道内嵌连续流式叠层PCR芯片，其特征在于，所述上衬底与下衬底的键合处通过上下衬底粘合层密封。
8.根据权利要求7所述的一种三温度区域通道内嵌连续流式叠层PCR芯片，其特征在于，所述上下衬底粘合层的材料为聚二甲基硅氧烷。
9.根据权利要求1-6任一项所述的一种三温度区域通道内嵌连续流式叠层PCR芯片，其特征在于，所述变性区、退火区和延伸区之间设置有过渡区，以防止各区域间的温度干扰。
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