CN106754335A - 一种等温核酸扩增芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种等温核酸扩增芯片，包括相互贴合并能够相对滑动的上、下两块玻璃基片，上玻璃基片的两侧开设有进样孔A、B，贴合面凹刻有若干重复单元，包括线型分布、相互间隔设置的马钉型流道若干、弓型单元若干、矩形单元若干，所述重复结构两侧还分布有进样孔C、出口通孔A、出口通孔B以及出口通孔C；下玻璃基片的贴合面凹刻有两组主流道以及与其对应的若干重复单元，包括若干呈线型分布、相互间隔设置的圆形单元若干、流道A若干、流道B若干；当上、下两块玻璃基片贴合时，贴合面的能够产生进样、反应两种状态；操作简便，可实现同时扩增不同的样品，降低了试验操作强度，而且节约了样品和试剂的消耗量，能够降低了实验成本。

Description

一种等温核酸扩增芯片

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及一种能够应用在法医学检测、环境检测、食品检测等领域的实时重组酶聚合酶等温核酸扩增芯片。

背景技术

微流控技术是现今国际高新科技前沿领域之一，在核酸提取、扩增、检测研究中的应用取得了快速发展，已逐渐成为核酸研究最有潜力的发展方向之一。它具有微米尺度通道网络结构的芯片,通过对芯片中皮升至纳升级微流体的操纵和控制,实现生物医学和化学实验室的集成化分析检测功能。滑动芯片(SlipChip)技术就是微流控技术的一种，由具有微结构的上下两块基片组成,由上层基片加入Reaction buffer mix、Template、镁离子，通过滑动上层基片实现液体在上下层基片交互转移从而于反应腔混合所有反应试剂原位扩增。

重组酶聚合酶等温核酸扩增(RPA)原理：重组酶与引物结合形成的蛋白-DNA复合物，能在双链DNA中寻找同源序列。一旦引物定位了同源序列，就会发生链交换反应形成并启动DNA合成，对模板上的目标区域进行指数式扩增。被替换的DNA链与单链结合蛋白(SSB)结合，防止进一步替换。在这个体系中，由两个相对的引物起始一个合成事件。整个过程进行得非常快，一般可在十分钟之内获得可检出水平的扩增产物。探针的引入可以实现RPA扩增的实时监测。整个反应特异性强、灵敏度高、快速高效、鉴定简便，为法医学、生态环境、食品等领域的实时诊断检测应用创造了条件。

然而在目前的滑动芯片领域由于芯片结构所限，普遍存在操作繁琐、需要反复进行对照组试验等问题，不仅浪费人力，同时浪费药品试剂，提高了成本。

发明内容

本发明的目的是为克服上述问题，提出一种等温核酸扩增芯片，操作简便，可实现同时扩增不同的样品，降低了试验操作强度，而且节约了样品和试剂的消耗量，降低了实验成本。

本发明的技术方案包括相互贴合并能够相对滑动的上、下两块玻璃基片，其中：

上玻璃基片的两侧开设有进样孔A、B，贴合面凹刻有若干重复单元，包括线型分布、相互间隔设置的马钉型流道若干、弓型单元若干、矩形单元若干，所述重复结构两侧还分布有进样孔C、出口通孔A、出口通孔B以及出口通孔C；

下玻璃基片的贴合面凹刻有两组主流道以及与其对应的若干重复单元，包括若干呈线型分布、相互间隔设置的圆形单元若干、流道A若干、流道B若干；

当上、下两块玻璃基片贴合时，贴合面的能够产生进样、反应两种状态；

进样状态由两组主流道分别实现重复单元间相互连通的1)进样孔B-马钉型流道-圆形单元-出口通孔B、2)进样孔A-流道A-弓型单元-出口通孔A两组进样通道，以及由3)进样孔C-矩形单元-流道B-出口通孔C组成的Template通道；随着玻璃基片相对滑动，能够产生由弓型单元、矩形单元填充入圆形单元的反应状态，此时马钉型流道与圆形单元、弓型单元与流道A、矩形单元与流道B均相互分离。通过滑动玻璃基片能够在整体上实现A、B两种反应物的结合反应，且能够整合添加模板C，使用方便，降低了试验操作强度，避免了反复取用反应试剂，在一定程度上节约了样品和试剂的消耗量，降低了实验成本。值得注意的是，为了确保凹刻精度，所有凹刻可以采用紫外光光刻蚀刻法进行，通孔可以由超声打孔开设。

进一步的，处于进样状态时圆形单元、弓型单元、矩形单元的中心依次处于同一竖直方向，此时，仅需纵向移动玻璃基片即可达到反应目的，能够简化操作。

更进一步的，弓型单元、矩形单元的数量相等并错位设置，圆形单元的数量比弓型单元或矩形单元的数量多；进样孔C、出口通孔A设置于马钉型流道的竖直下方，出口通孔C设置于弓型单元下方，由于弓形单元与矩形单元错位设置且数量少于圆形单元，此时，位于两侧的圆形单元能够形成不添加反应物B或者模板C的若干对照组。

在此基础上，为了便于观测、顺利排出反应物或模板，圆形单元与出口通孔A的连接处、弓型单元与出口通孔A的连接处以及矩形单元与进样孔C的连接处分别对应的马钉型流道、流道A、流道B具有向上的折角；连接出口通孔C的流道B具有向下的折角。

附图说明

图1是本发明贴合状态下重复单元的结构示意图。

图2是本发明上玻璃基片贴合面的结构示意图。

图2A是本发明上玻璃基片重复单元的结构示意图。

图3是本发明下玻璃基片贴合面的结构示意图。

图3A是本发明下玻璃基片重复单元的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示以Reaction buffer mix、镁离子以及Template为例，进一步阐述上述技术方案。

如图1～3所示的一种等温核酸扩增芯片，由相互贴合、可滑动的上、下层玻璃基片构成，上、下层玻璃基片为同等大小的矩形，当下层固定时，上层玻璃可相对摩擦滑动。在下层玻璃的贴合面开设两组主流道1、2以及与其对应的5组重复单元B，包括呈线型分布、相互间隔设置的5个圆形单元B1、5段流道B2、6段流道B3；在上层玻璃的贴合面上开设进样孔11、22，贴合面凹刻有若干重复单元A，包括线型分布、相互间隔设置的7段马钉型流道A1、5个弓型单元A2、5个矩形单元A3，所述重复结构两侧还分布有进样孔3、出口通孔111、出口通孔222以及出口通孔33。具体使用步骤如下：

第一步，所述上层玻璃与下层玻璃贴合初始状态，第一次进液由上层玻璃基片进样孔11加入Reaction buffer mix，第二次进液由进样孔22加入镁离子、第三次进液由进样孔3加入Template。至此，所有原位等温扩增反应的试剂都已加入。

所述上层玻璃滑动到反应位之后，上层玻璃的矩形单元A3与弓形单元A2携带反应液进入下层玻璃圆形单元B1完成反应，重复结构A与B形成Reaction buffer mix+镁离子+Template的四个平行反应组以及两端的无镁离子组与无Template组两个对照组。上层玻璃移动到位后，打开加热温控装置，保持反应温度为39℃。

每个矩形单元A3容积相同，每个弓形单元A2容积相同，每个圆形单元B1容积相同且容积比为选用34.3：13.7：2。

下层玻璃基片和上层玻璃基片为相同尺寸的正方形玻璃，边长为75mm，宽为厚为1.2mm。上层玻璃所有进样口和出口通孔直径皆为1mm。

反应时间定为20min。本实例中对5个不同DNA样品进行了等温扩增，大大缩短了试验操作时间，降低了试验操作强度。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种等温核酸扩增芯片，包括相互贴合并能够相对滑动的上、下两块玻璃基片，其特征在于，

上玻璃基片的两侧开设有进样孔A、B，贴合面凹刻有若干重复单元，包括线型分布、相互间隔设置的i)马钉型流道若干、ii)弓型单元若干、iii)矩形单元若干，所述重复结构两侧还分布有iv)进样孔C、v)出口通孔A、vi)出口通孔B以及vii)出口通孔C；

下玻璃基片的贴合面凹刻有两组主流道以及与其对应的若干重复单元，包括若干呈线型分布、相互间隔设置的viii)圆形单元若干、ix)流道A若干、x)流道B若干；

当上、下两块玻璃基片贴合时，于贴合面能够产生进样、反应两种状态，其中

-所述进样状态由两组主流道分别实现重复单元间相互连通的a)B-i-viii-vi、b)A-ix-ii-v进样通道，以及由c)iv-iii-x-vii组成的Template通道；随着玻璃基片相对滑动，能够产生

-由ii、iii填充入viii的反应状态，此时i-viii、ii-ix、iii-x均相互分离。

2.根据权利要求1所述的一种等温核酸扩增芯片，其特征在于：处于进样状态时viii、ii、iii的中心依次处于同一竖直方向。

3.根据权利要求2所述的一种等温核酸扩增芯片，其特征在于：ii、iii数量相等并错位设置，viii的数量比ii或iii多；iv、v设置于i竖直下方，vii设置于ii下方。

4.根据权利要求3所述的一种等温核酸扩增芯片，其特征在于：viii-v连接处、ii-v连接处以及iii-iv连接处的i、ix、x具有向上的折角；连接vii的x具有向下的折角。