CN105138042A - 一种高通量等温扩增装置 - Google Patents
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Abstract
一种高通量等温扩增装置，加热模块由N组子加热模块串联组成，每组子加热模块包括转接板和功率电阻，微流控芯片设置在第i子加热模块中，第i子加热模块为微流控芯片提供等温扩增反应所需的温度，功率电阻为加热源；温度检测单元设置在加热模块中的某一子加热模块中，温度控制系统一端与可控恒流源连接，另一端与温度检测单元连接；可控恒流源设置在加热模块的两端。转接板为微流控芯片与功率电阻之间的连接件，转接板用于固定扩增微流控芯片，同时将功率电阻产生的热量传导至扩增微流控芯片。本发明实现了简化的高通量微流控等温扩增反应，有效降低了系统复杂度与装置成本。
Description
技术领域
本发明涉及生命医学检测及疾病诊断领域，尤其涉及一种基于等温扩增原理，用于微流控芯片的核酸扩增装置。
背景技术
作为一种最具代表性的核酸扩增方法，PCR技术自诞生到现在，已经成为分子生物学中最为核心的技术手段之一。基于PCR的核酸检测方法由于具有灵敏度高、特异性好的特点，在生命科学、医学检验中，占据了极其重要的位置。近年来，除了PCR外，涌现出了各类等温扩增技术，如LAMP、NASBA、RCA等。PCR涉及到2-3个不同的反应温度，与此不同，等温扩增往往在某个单一温度条件下完成。而且，等温扩增所需的反应时间往往少于PCR反应时间。由于反应温度条件较为简单，而且所需反应时间较短，等温扩增正日益受到人们的关注与重视，在核酸检测领域占据越加重要的地位。
微流控芯片在微尺度空间下，借助各类功能单元来完成生物化学反应所需的多个反应步骤，为生物医学诊断、分析化学、生命科学等领域提供了一个具有独到优势的技术平台。除了有利于实现整个检测、分析、诊断过程的自动化外，微流控芯片的反应器体积往往要显著小于传统的反应试管，这既节省了反应试剂，同时也有利于减少反应时间。因此，基于微流控芯片的等温扩增方法正日益受到各国科研人员的关注。基于微流控技术，一方面可以减少等温扩增所需的反应时间与试剂消耗，另一方面，有利于实现高通量检测，提高检测效率。因此，基于新型的加热及温控技术实现简化的高通量等温扩增，一方面有利于提高核酸检测的效率，另一方面有利于降低装置复杂度及核酸检测的成本。
发明内容
本发明通过一个单回路温度控制系统，采用恒流驱动模式，对串联模式下的多组加热模块实现统一控制，可同时进行多个微流控芯片上的等温扩增反应。
根据本发明，提供了一种高通量等温扩增装置，该装置包括温度控制系统1、可控恒流源2、加热模块3、温度检测单元7；
加热模块3由N(N取正整数)组子加热模块串联组成，每组子加热模块包括转接板6和功率电阻5，微流控芯片4设置在第i子加热模块3i(1≤i≤N)中，第i子加热模块3i(1≤i≤N)为微流控芯片4提供等温扩增反应所需的温度，功率电阻5为加热源；温度检测单元7设置在加热模块3中的某一子加热模块中，温度控制系统1一端与可控恒流源2连接，另一端与温度检测单元7连接；可控恒流源2设置在加热模块3的两端。转接板6为微流控芯片4与功率电阻5之间的连接件，转接板6用于固定扩增微流控芯片4，同时将功率电阻5产生的热量传导至扩增微流控芯片4。
可控恒流源2同时为N组子加热模块串联组成的加热模块3提供驱动电流。
温度检测单元7测量加热模块3中的一个子加热模块的反应温度；温度检测单元7用于检测加热模块的实际反应温度，并将该测量温度反馈给温度控制系统1。
温度控制系统1根据温度检测单元7提供的反馈温度，调节可控恒流源2的输出电流大小，对第i子加热模块3i(1≤i≤N)实施闭环温度控制，并由此对多组处于串联模式下的各个子加热模块实现统一控制，使其均达到设定的反应温度，为高通量模式下的等温扩增提供理想的反应温度。
转接板6用于固定微流控芯片4，同时将功率电阻产生的热量传导至微流控芯片4的反应腔。
温度控制系统1为一个单回路温度控制系统，根据温度检测单元提供的反馈温度，通过自动调节可控恒流源的输出电流值大小，对加热模块的反应温度实现闭环控制，最终使得微流控芯片达到设定的反应温度。
一组或N组相同的子加热模块相互串联，其中，各组加热模块加热对应的微流控芯片，实现高通量等温扩增。
温度检测单元7为热敏电阻或热电阻或热电偶，用于检测一组子加热模块的反应温度。
通过一个单回路温度控制系统，对一组子加热模块实现闭环温度控制，基于恒流驱动模式，由此实现对多组相互串联的子加热模块的反应温度间接控制。
本发明的高通量等温扩增装置，实现了简化的高通量微流控等温扩增反应，有效降低了系统复杂度与装置成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为高通量等温扩增装置系统结构图。
图2为LAMP芯片高通量等温扩增系统结构图。
图3为CPCR(对流PCR)芯片高通量等温扩增系统结构图。
图中：1、温度控制系统，2、可控恒流源，3、加热模块，4、扩增微流控芯片，5、加热源功率电阻，6、转接板，7、温度检测单元，8、固定槽，51、上层加热功率电阻，52、下层加热功率电阻，61、上层转接板，62、下层转接板，71、上层温度检测单元，72、下层温度检测单元，81、第一固定槽，82、第二固定槽。
具体实施方式
如图1为本发明高通量等温扩增装置的系统结构图，一种高通量等温扩增装置，该装置包括温度控制系统1、可控恒流源2、加热模块3、温度检测单元7；
加热模块3由N(N取正整数)组子加热模块串联组成，每组子加热模块包括转接板6和功率电阻5，微流控芯片4设置在第i子加热模块3i(1≤i≤N)中，第i子加热模块3i(1≤i≤N)为微流控芯片4提供等温扩增反应所需的温度，功率电阻5为加热源；温度检测单元7设置在加热模块3中的某一子加热模块中，温度控制系统1一端与可控恒流源2连接，另一端与温度检测单元7连接；可控恒流源2设置在加热模块3的两端。转接板6为微流控芯片4与功率电阻5之间的连接件，转接板6用于固定扩增微流控芯片4，同时将功率电阻5产生的热量传导至扩增微流控芯片4。
可控恒流源2同时为N组子加热模块串联组成的加热模块3提供驱动电流。
温度检测单元7测量加热模块3中的一个子加热模块的反应温度。
温度控制系统1根据温度检测单元7提供的反馈温度，调节可控恒流源2的输出电流大小，对第i子加热模块3i(1≤i≤N)实施闭环温度控制，并由此对多组处于串联模式下的各个子加热模块实现统一控制，使其均达到设定的反应温度，为高通量模式下的等温扩增提供理想的反应温度。
图2为本发明高通量等温扩增装置作用于LAMP芯片的等温扩增系统结构示意图。本实施例为基于单一反应温度点的等温扩增，包括一个温度控制系统1，一个可控恒流源2，N组加热模块(31、32...3N)，一个温度检测单元7，微流控芯片4为LAMP芯片。N组子加热模块中，转接板6将LAMP芯片和功率电阻5相互固定。本实施例中，N组子加热模块相互串联；温度检测单元7位于第一子加热模块31中的固定槽8内；通过调节可控恒流源2的输出电流大小，温度控制系统1对第一子加热模块31实施闭环温度控制，并基于串联工作模式，实现了多组加热模块温度的统一控制。
图3为本发明高通量等温扩增装置作用于CPCR芯片的等温扩增系统结构示意图。本实施例为基于双反应温度点的等温扩增，包括一个温度控制系统1，两个恒流源2，N组加热模块(31、32...3N)，上层温度检测单元71，下层温度检测单元72，微流控芯片4为CPCR芯片。加热模块3中，上层转接板61与上层加热功率电阻51相固定，下层转接板62与下层加热功率电阻52相固定，最终固定在定位板筋9上；CPCR芯片的上下两个部分分别固定在上层转接板61与下层转接板62中。本实施例中，N组子加热模块的上层加热部分即上层转接板61、上层加热功率电阻51相互串联，N组子加热模块的下层加热部分即下层转接板62、下层加热功率电阻52相互串联；上层温度检测单元71位于第一加热模块31中的上层转接板61的第一固定槽81内；下层温度检测单元72位于第一加热模块31中的下层转接板62的第二固定槽82内；温度控制系统1通过分别调节第一可控恒流源21、第二可控恒流源22的输出电流大小，分别对第一加热模块31的上层加热部分、下层加热部分实施闭环温度控制，在恒流驱动工作模式下，实现了N组加热模块的双反应点温度控制，为CPCR芯片提供了扩增所需要的双反应温度。
Claims (7)
1.一种高通量等温扩增装置，其特征在于：该装置包括温度控制系统(1)、可控恒流源(2)、加热模块(3)、温度检测单元(7)；
加热模块3由N组子加热模块串联组成，N取正整数；每组子加热模块包括转接板(6)和功率电阻(5)，微流控芯片(4)设置在第i子加热模块(3i)中，1≤i≤N，第i子加热模块(3i)为微流控芯片(4)提供等温扩增反应所需的温度，功率电阻(5)为加热源；温度检测单元(7)设置在加热模块(3)中的某一子加热模块中，温度控制系统(1)一端与可控恒流源(2)连接，另一端与温度检测单元(7)连接；可控恒流源(2)设置在加热模块(3)的两端；转接板(6)为微流控芯片(4)与功率电阻(5)之间的连接件，转接板(6)用于固定扩增微流控芯片(4)，同时将功率电阻(5)产生的热量传导至扩增微流控芯片(4)；
可控恒流源(2)同时为N组子加热模块串联组成的加热模块(3)提供驱动电流；
温度检测单元(7)测量加热模块(3)中的一个子加热模块的反应温度；温度检测单元(7)用于检测加热模块的实际反应温度，并将该测量温度反馈给温度控制系统(1)。
2.根据权利要求1所述的一种高通量等温扩增装置，其特征在于：温度控制系统(1)根据温度检测单元(7)提供的反馈温度，调节可控恒流源(2)的输出电流大小，对第i子加热模块3i实施闭环温度控制，并由此对多组处于串联模式下的各个子加热模块实现统一控制，使其均达到设定的反应温度，为高通量模式下的等温扩增提供理想的反应温度。
3.根据权利要求1所述的一种高通量等温扩增装置，其特征在于：转接板(6)用于固定微流控芯片(4)，同时将功率电阻产生的热量传导至微流控芯片(4)的反应腔。
4.根据权利要求1所述的一种高通量等温扩增装置，其特征在于：温度控制系统(1)为一个单回路温度控制系统，根据温度检测单元提供的反馈温度，通过自动调节可控恒流源的输出电流值大小，对加热模块的反应温度实现闭环控制，最终使得微流控芯片达到设定的反应温度。
5.根据权利要求1所述的一种高通量等温扩增装置，其特征在于：一组或N组相同的子加热模块相互串联，其中，各组加热模块加热对应的微流控芯片，实现高通量等温扩增。
6.根据权利要求1所述的一种高通量等温扩增装置，其特征在于：温度检测单元(7)为热敏电阻或热电阻或热电偶，用于检测一组子加热模块的反应温度。
7.根据权利要求4所述的一种高通量等温扩增装置，其特征在于：通过一个单回路温度控制系统，对一组子加热模块实现闭环温度控制，基于恒流驱动模式，由此实现对多组相互串联的子加热模块的反应温度间接控制。
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2015
- 2015-10-08 CN CN201510647072.XA patent/CN105138042A/zh active Pending
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