CN106434320A - 一种微量溶液反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微量溶液反应器，包括载体，用以承载设置于所述载体上的器件，和覆盖所述容置空间的下端面的底面密封基材，所述器件包括，容置空间，该容置空间具有能够对流入其内的溶液在所述底面密封基材进行温度加热的着温端，使得所述溶液在容置空间内部产生对流，所述容置空间贯穿所述载体。有益效果在于：一是能够使反应池内的溶液产生对流，进行充分的混合，从而提高溶液的反应速度；二是能够避免反应完成的溶液之间交叉污染的发生；三是能够使它们破裂后的反应溶液被很容易地引流出来。

Description

一种微量溶液反应器

技术领域

本发明涉及生化反应的检测或分析等中使用的试样分析装置，具体地说是一种能够用于DNA分析的封闭微量溶液反应器。

背景技术

在生物化学反应中，目前最常用的微量溶液反应器是反应试管或微孔反应板。反应试管有0.2ml及0.5ml的离心反应试管或PCR试管，微孔反应板最常用的是96孔酶标板、96孔PCR反应板、384孔反应板或1536孔反应板，其中1536孔反应板的溶液体积量约在10微升，除微流体生物芯片外，属于最小容量的反应器之一。

所有溶液反应器，要求在溶液添加环节避免样品溶液的交叉污染，在生物化学反应完成后，也要求反应器内的溶液之间避免交叉污染，因此反应试管都设计有盖子，在完成溶液添加后立即合上盖子，在反应过程中及反应完成后，能尽量避免生化反应完成后的溶液之间的交叉污染。对较大容积的微孔反应板如96孔板，人们用密封条对微孔进行密封。但更小的微孔板则不容易采用密封条了，因此生物行业普遍采用密封膜对微孔板进行密封。

目前，这些反应器普遍采用硬质塑料作为结构部，因此生化反应完成后的溶液需要利用移液器的枪头从微孔开口处插入反应器内吸取，这种情况下很难预防交叉污染的发生。很多情况下，0.2ml的PCR试管也是通过移液枪将溶液吸取出来。因为0.2ml试管的管壁比较薄，在特殊情况下被刀刃刺破底部后，将溶液引流出来，与封闭式的溶液器具结合，能预防溶液的交叉污染。

此外，这些溶液反应器几乎全部采用塑料注塑成形，反应器的管壁都是塑料材质，厚度一般超过0.5毫米。当反应器内的溶液反应需要特定的温度条件时，人们一般通过金属浴对塑料管壁进行热传导，间接对反应器内的溶液进行温浴。当反应溶液（如PCR核酸扩增溶液）需要较快的温度变化时，由于塑料材料的热容量限制，温度的变化速度达到一定数值后，无法继续升高，这就导致了反应时间的延长。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有试样分析装置结构复杂、反应速度慢的问题，提出了本发明。

因此，本发明其中一个目的是，提供一种微量溶液反应器，该反应器可提高微量溶液的反应速度，能避免反应完成的溶液之间交叉污染的发生，并且操作简单，密封性强。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：一种微量溶液反应器，包括载体，用以承载设置于所述载体上的器件，和覆盖所述容置空间的下端面的底面密封基材，所述器件包括，容置空间，该容置空间具有能够对流入其内的溶液在所述底面密封基材进行温度加热的着温端，使得所述溶液在容置空间内部产生对流，所述容置空间贯穿所述载体；所述底面密封基材包括厚度小于0.16mm的塑料膜材或复合了导热材料的塑料膜材。

作为本发明所述微量溶液反应器的一种优选方案，其中：还包括，上覆盖部，覆盖所述容置空间的上端面；使得，所述上覆盖部、容置空间、底面密封基材配合形成密封的溶液反应空间。

作为本发明所述微量溶液反应器的一种优选方案，其中：所述器件还包括，进液端，与所述容置空间相连通，溶液自所述进液端加入至所述容置空间内。

作为本发明所述一种微量溶液反应器的一种优选方案，其中：所述器件还包括，排气端，与所述容置空间相连通，溶液通过所述进液端注入所述容置空间，所述容置空间内部的空气通过所述排气端排出。

作为本发明所述微量溶液反应器的一种优选方案，其中：所述上覆盖部和所述底面密封基材为导热材料，其中，所述上覆盖部和/或所述底面密封基材为透明材质，所述容置空间内的溶液发生特定的生化反应，该生化反应产生的光学信号由光纤传感器或图像传感器通过透明材质的所述上覆盖部和/或所述底面密封基材进行采集。

作为本发明所述微量溶液反应器的一种优选方案，其中：所述器件还包括，嵌合结构，所述嵌合结构设置在所述载体的上表面，使得反应试管能够与所述微量溶液反应器通过所述嵌合结构进行定位按压连接在一起。

作为本发明所述微量溶液反应器的一种优选方案，其中：所述上覆盖部和/或所述底面密封基材的表面设置有撕裂部，在受到外力顶刺时，所述上覆盖部和/或所述底面密封基材从所述撕裂部处断裂，反应溶液流出至免疫层析试纸上进行反应。

作为本发明所述微量溶液反应器的一种优选方案，其中：还包括第二上覆盖部，所述容置空间被加入溶液后，所述进液端、所述排气端与所述容置空间被所述第二上覆盖部覆盖后形成密封的反应空间。

作为本发明所述微量溶液反应器的一种优选方案，其中：所述底面密封基材通过二次热封工艺热封于所述容置空间底部。

本发明还提供了一种微量溶液反应器在核酸扩增上的应用。

本发明与现有技术的对比，有益效果在于：一是通过提供的封闭微量溶液反应器，简化了结构部的结构，并且由于采用导热材料制成上覆盖部或者下覆盖部，通过对导热材料进行加热，能够使反应池内的溶液产生对流，进行充分的混合，从而提高溶液的反应速度；二是通过在溶液加入反应器后，通过上覆盖部及下覆盖部与结构部的密封贴合，将溶液封闭在反应器内，能够避免反应完成的溶液之间交叉污染的发生；三是通过反应器上覆盖部或下覆盖部可由塑料或铝箔等容易被外力刺破碎裂的材料组成，能够使它们破裂后的反应溶液被很容易地引流出来。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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它的附图。其中：

图1为本发明第一个实施例中所述一种微量溶液反应器的结构示意图；

图2本发明第二个实施例中所述一种微量溶液反应器的上覆盖部结构示意图；

图3为本发明第三个实施例中所述一种微量溶液反应器的进液端结构示意图；

图4为本发明第三个实施例中所述一种微量溶液反应器的进液端剖视结构示意图；

图5为本发明第四个实施例中所述一种微量溶液反应器的排气端的结构示意图；

图6为本发明第五个实施例中所述一种微量溶液反应器的整体结构示意图；

图7为本发明第七个实施例中所述一种微量溶液反应器的嵌合结构示意图；

图8为本发明第八个实施例中所述一种微量溶液反应器的撕裂部M结构示意图；

图9为本发明第九个实施例中所述一种微量溶液反应器的第二上覆盖部结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

再其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

如图1所示本发明第一个实施例中所述一种微量溶液反应器的结构示意图，图中该微量溶液反应器的器件包括载体100、容置空间200以及底面密封基材400，具体的，载体100，用以承载设置于载体100上的器件，其材料一般采用医用工程塑料，载体100的厚度小于等于3mm，溶液体积不超过50微升。载体100上设置有上下贯通的容置空间200，溶液通过加样枪头或加样针加入口直接向容置空间200添加液体，容置空间200内的空气直接排出，且容置空间200具有能够在底面密封基材400进行温度加热的着温端201，且设置于底面密封基材400上，该温端201为一个能让温度在4-99℃之间按设定条件进行温度升降变化的金属头，其按压在导热材料制备的底面密封基材400上，通过底面密封基材400对容置空间200内的溶液进行温度传递，完成微量溶液中的生化反应。所述金属头最好是采用生物学上基因扩增PCR仪的变温金属模块，温度在50-95℃之间快速变动，促使反应池内的溶液完成PCR基因扩增。同时通过对底面密封基材400的加热，使得容置空间200内具有温度差异，由于温度差产生自动对流，能够更加充分的完成微量溶液中的生化反应。底面密封基材400覆盖于容置空间200的下端面，其包括厚度小于0.16mm的塑料膜材或复合了导热材料的塑料膜材，底面密封基材400与载体100，二者之间通过粘合剂、超声波或加热熔合的方式粘贴相连，本实施例中底面密封基材400与载体100之间还可以优选二次热封的工艺，能够对容置空间200进行密封。底面密封基材400优选采用导热材料，导热材料是一种新型工业材料。这些材料是近年来针对设备的热传导要求而设计的，性能优异、可靠。它们适合各种环境和要求，对可能出现的导热问题都有妥善的对策，对设备的高度集成，以及超小超薄提供了有力的帮助，该导热产品已经越来越多的应用到许多产品中，提高了产品的可靠性。

同时底面密封基材400可以选择是塑料或铝箔等采用容易被外力刺破碎裂的材料。由容易被外力刺破碎裂的材料制成的底面密封基材400的表面上还可以设有一圈刀痕，在受到外力顶刺时，底面密封基材400容易从刀痕处断裂。当底面密封基材400破裂后，在容置空间200内反应完成的溶液被引流至免疫层析试纸进行反应，避免了使用移液枪将溶液吸取出来时反应溶液的交叉污染，在特殊情况下被刀刃刺破底部后，将溶液引流出来，与封闭式的溶液器具结合，能预防溶液的交叉污染。

如图2所示为本发明第二个实施例中所述一种微量溶液反应器的上覆盖部结构示意图，在本实施例中与第一个实施例不同之处在于：该微量溶液反应器的器件除了包括载体100、容置空间200以及底面密封基材400，还包括上覆盖部300，具体的，该上覆盖部300覆盖于容置空间200的上端面，且上覆盖部300与载体100二者之间通过粘合剂、超声波或加热熔合的方式粘贴相连。使得，上覆盖部300、容置空间200、底面密封基材400通过热密封的连接方式配合形成密封的溶液反应空间。

参照图1，上覆盖部300与底面密封基材400中至少有一个采用导热材料，另一个采用与载体100相同的材料，能够对流入容置空间200内的溶液进行热传导。

当载体100的厚度小于等于1.5mm时，底面密封基材400采用导热材料。此时，封闭微量溶液反应器可按以下方式使用：一个能让温度在4~99℃之间按设定条件进行温度升降变化的金属头按压在导热材料制备的底面密封基材400上，通过底面密封基材400对容置空间200内的溶液进行温度传递，完成微量溶液中的生化反应。此处所述金属头最好是采用生物学上基因扩增PCR仪的变温金属模块，温度在50~95℃之间快速变动，促使反应池内的溶液完成PCR基因扩增。

当载体100的厚度小于等于3mm时，底面密封基材400采用导热材料。此时，封闭微量溶液反应器可按以下方式使用：一个温度设置在99℃以内的较高温度的金属按压在导热材料制备的底面密封基材400上，另一个温度设置在4℃以上的较低温度的金属头也按压在底面密封基材400上，底面密封基材400上不同温度点同时接触的容置空间200内的溶液由于温度差产生自动对流，完成微量溶液中的生化反应。

如图3所示为本发明第三个实施例中所述一种微量溶液反应器的进液端结构示意图，在本实施例中与第二个实施例不同之处在于：该微量溶液反应器的器件除了包括载体100、容置空间200、上覆盖部300以及底面密封基材400，还包括进液端500，具体的，进液端500设置于载体100上且与容置空间200相连通，液体也直接通过进液端500流入容置空间200内。作为本发明的一种优化实施例，参见图4，进液端500还可与流通通道B相连接，外部液体由进液端500通过流通通道B流入容置空间200。本领域人员不难预见，本实施例中还可以是若干个进液端500设置于载体100上。溶液自所述进液端500加入至容置空间200内，完成相应的生化反应。溶液注入后，进液端500与容置空间200被顶部的上覆盖部300密封。

如图5所示为本发明第四个实施例中所述一种微量溶液反应器的排气端结构示意图，在本实施例中，与第三个实施例不同之处在于：该微量溶液反应器的器件除了包括载体100、容置空间200、上覆盖部300、底面密封基材400以及进液端500，还包括排气端600，具体的，该排气端600设置于载体100上且与容置空间200相连通，反应气体可直接通过排气端600排除容置空间。同样作为本发明的一种优化实施例，排气端600还可与排气通道C相连接，内部气体由排气端600通过排气通道C排出容置空间200。本领域人员不难预见，本实施例中还可以是若干个排气端600设置于载体100上。参照图3，溶液通过进液端500注入，容置空间200内，此时容置空间200内部的空气通过排气端600排出，溶液注入后，进液端500和排气端600与容置空间200被顶部的上覆盖部300密封，通过对流入容置空间200内的溶液进行加热形成对流，实现反应容器的内的恒温和变温。

图6为本发明第五个实施例中所述一种微量溶液反应器的上覆盖部和底面密封基材结构示意图，参照图4和5，本实施例中与第四个实施例不同之处在于：该微量溶液反应器包括进液端500和排气端600，且二者均设置于载体100上，此处所述，如图6所示例如进液端500和排气端600对称设置于载体100上，溶液注入后，进液端500和排气端600与容置空间200被顶部的上覆盖部300密封，通过对流入容置空间200内的溶液进行加热形成对流，进液端500和排气端600的配合作用，能够对液体反应的温度实现恒温或者变温。同时，本领域人员不难预见，本实施例中还可以由多个进液端500和/或排气端600设置于载体100上。

本发明第六个实施例中所述一种微量溶液反应器的上覆盖部和底面密封基材结构示意图，参照图2和4图所示。本实施例中与第五个实施例不同之处在于：上覆盖部300和底面密封基材400为导热材料，具体的，其中上覆盖部300和/或底面密封基材400为透明材质，容置空间200内的溶液发生特定的生化反应，该生化反应产生的光学信号由光纤传感器或图像传感器，例如光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光信号经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等）发生变化，成为被调制的信号源，在经过光纤送入光探测器，经解调后，获得被测参数通过透明材质的上覆盖部300和/或底面密封基材400进行采集。

参照图2和4所示，当载体100的厚度小于等于1.5mm时，上覆盖部300或底面密封基材400其中之一采用导热材料。此时，封闭微量溶液反应器可按以下方式使用：一个能让温度在4-99℃之间按设定条件进行温度升降变化的金属头按压在导热材料制备的上覆盖部300或底面密封基材400上，通过上覆盖部300或底面密封基材400对容置空间200内的溶液进行温度传递，完成微量溶液中的生化反应。此处所述金属头最好是采用生物学上基因扩增PCR仪的变温金属模块，温度在50-95℃之间快速变动，促使反应池内的溶液完成PCR基因扩增。

当载体100的厚度小于等于3mm时，上覆盖部300或底面密封基材400均采用导热材料。此时，封闭微量溶液反应器可按以下方式使用：一个温度设置在99℃以内的较高温度的金属按压在导热材料制备的上覆盖部300或底面密封基材400上，另一个温度设置在4℃以上的较低温度的金属头按压在上覆盖部300或底面密封基材400上，与上覆盖部300和底面密封基材400同时接触的容置空间200内的溶液由于温度差产生自动对流，完成微量溶液中的生化反应。

如图7所示为本发明第七个实施例中所述一种微量溶液反应器的嵌合结构示意图，本实施例中与第六个实施例不同之处在于：该微量溶液反应器中的器件除了包括载体100、容置空间200、上覆盖部300、底面密封基材400、进液端500以及排气端600，还包括嵌合结构700，具体的，嵌合结构700为设置在载体100的上表面的凸起，反应试管A的底端设有与凸起相对应的凹口，通过该凹口与凸起之间的配合从而相互嵌合，使得反应试管A能够与微量溶液反应器通过嵌合结构700进行定位按压连接在一起。在本实施例中，设置在载体100的上表面的凸起与设置在反应试管A底端的凹口可以反过来，即设置在载体100的上表面的凹口与设置在反应试管A底端的凸起。通过该嵌合结构，当反应试管A内流出的溶液顺着连接处流入微量溶液反应器中，更好的将反应试管与微量溶液反应器紧密贴合在一起，避免溶液漏出造成的交叉污染，从而更有效的保护生化反应的进行。

如图8所示为本发明第八个实施例中所述一种微量溶液反应器的撕裂部M结构示意图，本实施例中与第七个实施例不同之处在于：上覆盖部300和/或底面密封基材400的表面还设置有撕裂部M，具体的，上覆盖部300和/或底面密封基材400可以是塑料或铝箔等采用容易被外力刺破碎裂的材料。由容易被外力刺破碎裂的材料制成的上覆盖部300和/或底面密封基材400的表面上还可以设有撕裂部M，在受到外力顶刺时，上覆盖部300和/或底面密封基材400容易从所述撕裂部M破裂，当上覆盖部300和/或底面密封基材400破裂后，容置空间200内反应完成的溶液被引流至免疫层析试纸进行反应。从而更加有效的避免生化反应完成后的反应溶液之间的交叉污染。

如图9所示为本发明第九个实施例中所述一种微量溶液反应器的第二上覆盖部结构示意图，图中所示为基于第一个实施例的基础上，同样本实施例还可基于上述2~8的实施例，因此，本实施例中与上述1~8实施例不同之处在于：该微量溶液反应器还包括第二上覆盖部800，具体的，其中容置空间200经过进液端500被加入溶液后，容置空间200内的气体经过排气端600排出，此时进液端500、排气端600与容置空间200被第二上覆盖部800覆盖后形成密封的反应空间。进一步加强对容置空间200内的密封性，能有效避免生化反应完成后的溶液之间的交叉污染。

本发明提供了一种微量溶液反应器在核酸扩增上的应用，PCR是聚合酶链式反应的简称，指在引物指导下由酶催化的对特定模板（克隆或基因组DNA）的扩增反应，是模拟体内DNA复制过程，在体外特异性扩增DNA片段的一种技术，在分子生物学中有广泛的应用，包括用于DNA作图、DNA测序、分子系统遗传学等。PCR基本原理是以单链DNA为模板，4种dNTP为底物，在模板末端有引物存在的情况下，用酶进行互补链的延伸，多次反复的循环能使微量的模板DNA得到极大程度的扩增。在微量溶液反应器中，加入与待扩增DNA片段两端已知序列分别互补的两个引物、适量的缓冲液、微量的DNA膜板、四种dNTP溶液、耐热Taq DNA聚合酶、Mg2+等。反应时先将上述溶液通过温度升降变化的金属头按压在导热材料制备的底面密封基材400上加热，使模板DNA在高温下变性，双链解开为单链状态；然后降低溶液温度，使合成引物在低温下与其靶序列配对，形成部分双链，称为退火；再将温度升至合适温度，在Taq DNA聚合酶的催化下，以dNTP为原料，引物沿方向延伸，形成新的DNA片段，该片段又可作为下一轮反应的模板，如此重复改变温度，由高温变性、低温复性和适温延伸组成一个周期，反复循环，使目的基因得以迅速扩增。因此PCR循环过程为三部分构成：模板变性、引物退火、热稳定DNA聚合酶在适当温度下催化DNA链延伸合成。本发明简化了载体100的结构，并且采用导热材料制成上覆盖部300或者底面密封基材400，通过对导热材料进行加热，可使容置空间200内的溶液产生对流，进行充分的混合，从而提高溶液的反应速度，有效的避免了反应溶液之间的交叉污染。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种微量溶液反应器，包括载体(100)，用以承载设置于所述载体(100)上的器件，和覆盖所述容置空间(200)的下端面的底面密封基材(400)，其特征在于：所述器件包括，

容置空间(200)，该容置空间(200)具有能够对流入其内的溶液在所述底面密封基材(400)进行温度加热的着温端(201)，使得所述溶液在容置空间(200)内部产生对流，所述容置空间(200)贯穿所述载体(100)；

所述底面密封基材(400)包括厚度小于0.16mm的塑料膜材或复合了导热材料的塑料膜材。

2.如权利要求1所述的微量溶液反应器，其特征在于：还包括，

上覆盖部(300)，覆盖所述容置空间(200)的上端面；

使得，所述上覆盖部(300)、容置空间(200)、底面密封基材(400)配合形成密封的溶液反应空间。

3.如权利要求1或2所述的微量溶液反应器，其特征在于：所述器件还包括，

进液端(500)，与所述容置空间(200)相连通，溶液自所述进液端(500)加入至所述容置空间(200)内。

4.如权利要求3所述的微量溶液反应器，其特征在于：所述器件还包括，

排气端(600)，与所述容置空间(200)相连通，溶液通过所述进液端(500)注入所述容置空间(200)，所述容置空间(200)内部的空气通过所述排气端(600)排出。

5.如权利要求2或4所述的微量溶液反应器，其特征在于：所述上覆盖部(300)和所述底面密封基材(400)为导热材料，其中，

所述上覆盖部(300)和/或所述底面密封基材(400)为透明材质，所述容置空间(200)内的溶液发生特定的生化反应，该生化反应产生的光学信号由光纤传感器或图像传感器通过透明材质的所述上覆盖部(300)和/或所述底面密封基材(400)进行采集。

6.如权利要求1、2或4任一所述的微量溶液反应器，其特征在于：所述器件还包括，

嵌合结构(700)，所述嵌合结构(700)设置在所述载体(100)的上表面，使得反应试管能够与所述微量溶液反应器通过所述嵌合结构(700)进行定位按压连接在一起。

7.如权利要求2或4所述的微量溶液反应器，其特征在于：

所述上覆盖部(300)和/或所述底面密封基材(400)的表面设置有撕裂部(M)，在受到外力顶刺时，所述上覆盖部(300)和/或所述底面密封基材(400)从所述撕裂部(M)处断裂，反应溶液流出至免疫层析试纸上进行反应。

8.如权利要求4所述的微量溶液反应器，其特征在于：还包括第二上覆盖部(800)，所述容置空间(200)被加入溶液后，所述进液端(500)、所述排气端(600)与所述容置空间(200)被所述第二上覆盖部(800)覆盖后形成密封的反应空间。

9.如权利要求1、2、4或8任一所述的微量溶液反应器，其特征在于：所述底面密封基材(400)通过二次热封工艺热封于所述容置空间(200)底部。

10.一种如权利要求9所述的微量溶液反应器在核酸扩增上的应用。