CN107287111B - 一种用于数字pcr的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于数字PCR的装置及方法，该装置包括水相容器(1)、油相容器(2)、微管道(4)和收集瓶(7)，水相容器(1)的容积和油相容器(2)的容积均是可调的；微管道(4)的一端与水相容器(1)和油相容器(2)连通，另一端设置有第一通气阀(5)；收集瓶(7)与第一通气阀(5)连通，收集瓶(7)上设置有排气阀(6)。本发明能够实现液滴的自动生成和流动，不需要外界动力源，可以根据微管道(4)内液体流速与液体粘度、管径、管道长度和管道始末端压力差之间的关系，实现对液体流速的控制，可以通过改变收集瓶(7)内的压强，实现整个系统在末端为大气压的环境及末端高于大气压的环境下运行。
Description
技术领域
本发明涉及数字PCR定量技术领域，特别是涉及一种用于数字PCR的装置及方法。
背景技术
聚合酶链式反应(PCR)是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术，微液滴的生成是微液滴式数字PCR技术的重要组成部分，目前常用的微液滴生成方法主要有以下两种：1、将油相和水相放入同一个容器中，利用物理或化学方法，让水相在油相中形成液滴；2、将油相和水相分别放置在两个容器内，驱动水相和油相流动，将油相和水相在管道内混合，利用两相的剪切力形成液滴。
为实施以上两种方法，通常需要比较复杂的设备以及外部能源的驱动，而对于液滴的控制则多通过控制阀以及复杂的控制系统来实现，设备成本高，体积大，不适于大规模推广。因此，如何提供一种体积小、成本低，且便于人们对液滴进行控制的装置，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于数字PCR的装置及方法，该装置体积小、成本低，易于操作，该方法使人们能够更加容易地对液滴进行控制。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于数字PCR的装置，包括：
水相容器和油相容器，所述水相容器的容积和所述油相容器的容积均是可调的；
微管道，所述微管道的一端设置有用于与所述水相容器连通的第一针头管和用于与所述油相容器连通的第二针头管，另一端设置有第一通气阀；
收集瓶，所述收集瓶与所述第一通气阀连通，所述收集瓶上设置有排气阀。
优选地，在上述装置中，还包括加压器，所述微管道远离所述收集瓶的一端设置有用于与所述加压器连通的第三针头管。
优选地，在上述装置中，所述第三针头管上设置有第二通气阀。
优选地，在上述装置中，所述水相容器和/或所述油相容器为注射器。
优选地，在上述装置中，所述微管道以预设匝数缠绕布设在导热片上，或者所述微管道以预设次数的弓形循环铺设在导热片的表面。
优选地，在上述装置中，所述预设匝数为20匝～40匝。
一种用于数字PCR的方法，所述方法使用如上述任意一项所公开的装置，所述方法包括：
步骤A，打开所述第一通气阀和所述排气阀，由所述第一针头管或所述第二针头管向所述微管道内注满预设粘稠度的矿物油，关闭所述第一通气阀；
步骤B，将盛有空气和水相的水相容器的出口与所述第一针头管连接，将盛有空气和油相的油相容器的出口与所述第二针头管连接，调整所述水相容器和所述油相容器的位置，使所述水相不封堵所述水相容器的出口，使所述油相不封堵所述油相容器的出口，所述水相容器与所述油相容器导通；
步骤C，调节所述水相容器和/或所述油相容器的容积，使所述水相容器和所述油相容器内的空气压强增大；
步骤D，再次调整所述水相容器和所述油相容器的位置，使所述水相封堵所述水相容器的出口，使所述油相封堵所述油相容器的出口，打开第一通气阀，所述水相容器内的空气推动所述水相流过所述微管道，所述油相容器内的空气推动所述油相流过所述微管道。
优选地，在上述方法中，在所述步骤C和所述步骤D之间还包括：
通过所述排气阀向所述收集瓶内通入预设体积的空气，使所述收集瓶内的空气压强增大。
根据上述技术方案可知，本发明提供的用于数字PCR的装置中，微管道的一端与水相容器和油相容器连通，另一端设置有第一通气阀，水相容器的容积和油相容器的容积均是可调的，使用时，关闭第一通气阀，通过调节水相容器和/或油相容器的容积可以使水相容器和油相容器内的空气压强增大，使微管道两端形成压力差，然后打开第一通气阀，水相和油相将自发流动，通过改变油相容器和水相容器内压缩空气的体积比可以控制微液滴的间距。另外，通过调整与第一通气阀连通的收集瓶内的压强，既可以使整个系统运行在末端为大气压的环境下，也可以使整个系统运行在末端高于大气压的环境下。
本发明提供的用于数字PCR的方法中，在增大水相容器和油相容器内的空气压强之前，首先向微管道内注满了预设粘稠度的矿物油，通过改变矿物油的粘稠度可以对液滴的流速进行控制。而且，在微管道内的液体开始流动后，可以通过改变第一通气阀的开度对液体的流速进行控制。
综上所述，本发明利用系统内部高于外部大气的压力实现液滴的自动生成和流动，不需要外界动力源，简化了系统结构，使得装置体积小、成本低，易于操作，并使人们能够更加容易地对液滴进行控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种用于数字PCR的装置的示意图；
图2是本发明实施例二提供的一种用于数字PCR的装置的示意图；
图3是图1中件4的一种布置形式的示意图；
图4是图1中件4的另一种布置形式的示意图。
图中标记为：
1、水相容器；2、油相容器；3、针头管；4、微管道；5、第一通气阀；6、排气阀；7、收集瓶；8、加压器；9、第二通气阀。
具体实施方式
为了便于理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
参见图1，为本发明实施例一提供的一种用于数字PCR的装置的示意图，该装置包括水相容器1、油相容器2、微管道4和收集瓶7。
其中，水相容器1的容积和油相容器2的容积均是可调的；
微管道4的一端设置有用于与水相容器1连通的第一针头管和用于与油相容器2连通的第二针头管，另一端设置有第一通气阀5；
收集瓶7与第一通气阀5连通，收集瓶7上设置有排气阀6。
如图1所示，两个针头管3组成Y型管，用于连通微管道4、水相容器1和油相容器2，水相容器1和/或油相容器2可以为注射器。
参见图2，为本发明实施例二提供的一种用于数字PCR的装置的示意图，实施例二与实施例一的区别仅在于，实施例二提供的装置还包括加压器8，微管道4远离收集瓶7的一端设置有用于与加压器8连通的第三针头管，如图2所示，三个针头管3组成叉形管，用于连通微管道4、水相容器1、油相容器2和加压器8，加压器8可以为注射器。
为了便于封堵加压器8与微管道4之间的管路，可以在第三针头管上设置有第二通气阀9，如图2所示。
具体实际应用中，微管道4可以采用如图3和图4所示的两种布置形式，在图3所示的布置形式中，微管道4以预设匝数缠绕布设在导热片上，而在图4所示的布置形式中，微管道4以预设次数的弓形循环铺设在导热片的表面。预设匝数和预设次数是根据PCR扩增所需的热循环次数而设定的，例如PCR扩增的热循环次数一般为20次～40次，因此可以将预设匝数设定为20匝～40匝。
基于本发明所提供的装置，本发明提供了一种用于数字PCR的方法，该方法包括：
S1，打开第一通气阀5和排气阀6，由第一针头管或第二针头管向微管道4内注满预设粘稠度的矿物油，关闭第一通气阀5。
具体实际应用中，可以取截面尺寸为0.3mm×0.6mm的特氟龙管2米作为微管道4，取规格为34G的针头管3两只，按照图1所示将针头管3与微管道4连接并粘牢。微管道4末端通过第一通气阀5与收集瓶7连接在一起，排气阀6通过管道与收集瓶7连接，将整个系统密封好。打开第一通气阀5和排气阀6，由针头管3向微管道4内注满预设粘稠度的矿物油，然后关闭第一通气阀5。
S2，将盛有空气和水相的水相容器1的出口与第一针头管连接，将盛有空气和油相的油相容器2的出口与第二针头管连接，调整水相容器1和油相容器2的位置，使水相不封堵水相容器1的出口，使油相不封堵油相容器2的出口，水相容器1与油相容器2导通。
具体实际应用中，可以取两只10ml注射器分别作为水相容器1和油相容器2。两只注射器推杆起始位置均在10ml位置，向油相容器2注入3ml矿物油(油相)，向水相容器1内注入1ml核酸溶液(水相)，将两个注射器通过两个针头管3接入系统，将两只注射器平放，使水相容器1与油相容器2导通。
S3，调节水相容器1和/或油相容器2的容积，使水相容器1和油相容器2内的空气压强增大。
将油相容器2由10ml推入到6ml位置并固定，水相容器从10ml推入到2ml位置并固定，由于空气受到压缩，所以水相容器1和油相容器2内的空气压强将增大。
S4，再次调整水相容器1和油相容器2的位置，使水相封堵水相容器1的出口，使油相封堵油相容器2的出口，打开第一通气阀5，水相容器1内的空气推动水相流过微管道4，油相容器2内的空气推动油相流过微管道4。
将平放的两只注射器竖直放置，使水相封堵水相容器1的出口，使油相封堵油相容器2的出口，打开第一通气阀5，整个系统就与外部大气压形成导通，微管道4两端形成压力差，进而推动油相和水相流动形成液滴。
实施本发明提供的方法时，可以在装置组装完成前，通过改变微管道4的长度和管径，或者改变注满微管道4的矿物油的粘稠度，对液滴的流速进行控制，还可以在装置组装完成后，通过改变第一通气阀5的开度对液滴的流速进行控制。
为了调整微管道4两端的压力差，使整个系统在高于大气压的环境下运行，可以在步骤S3与S4之间增加如下步骤：通过排气阀6向收集瓶7内通入预设体积的空气，使收集瓶7内的空气压强增大，关闭排气阀6，例如，取5ml注射器接入排气阀6末端，将5ml注射器由5ml位置推到头，然后关闭排气阀6。需要说明的是，收集瓶7内的空气压强增大后也应当小于水相容器1和油相容器2内空气压缩后的压强，以保证微管道4内的液体向收集瓶7方向流动，因此可以根据收集瓶7的容积来确定需要通入的空气的预设体积。
本发明提供的用于数字PCR的装置中，微管道4的一端与水相容器1和油相容器2连通，另一端设置有第一通气阀5，水相容器1的容积和油相容器2的容积均是可调的，使用时，关闭第一通气阀5，通过调节水相容器1和/或油相容器2的容积可以使水相容器1和油相容器2内的空气压强增大，使微管道4两端形成压力差，然后打开第一通气阀5，水相和油相将自发流动，通过改变油相容器2和水相容器1内压缩空气的体积比可以控制微液滴的间距。另外，通过调整与第一通气阀5连通的收集瓶7内的压强，既可以使整个系统运行在末端为大气压的环境下，也可以使整个系统运行在末端高于大气压的环境下。
本发明提供的用于数字PCR的方法中，在增大水相容器1和油相容器2内的空气压强之前，首先向微管道4内注满了预设粘稠度的矿物油，通过改变矿物油的粘稠度可以对液滴的流速进行控制。而且，在微管道4内的液体开始流动后，可以通过改变第一通气阀5的开度对液体的流速进行控制。
综上所述，本发明利用系统内部高于外部大气的压力实现液滴的自动生成和流动，不需要外界动力源，简化了系统结构，使得装置体积小、成本低，易于操作，并使人们能够更加容易地对液滴进行控制。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种用于数字PCR的装置，其特征在于，包括：
水相容器(1)和油相容器(2)，所述水相容器(1)的容积和所述油相容器(2)的容积均是可调的；
微管道(4)，所述微管道(4)的一端设置有用于与所述水相容器(1)连通的第一针头管和用于与所述油相容器(2)连通的第二针头管，另一端设置有第一通气阀(5)，所述微管道(4)以预设匝数缠绕布设在导热片上，或者所述微管道(4)以预设次数的弓形循环铺设在导热片的表面；
收集瓶(7)，所述收集瓶(7)与所述第一通气阀(5)连通，所述收集瓶(7)上设置有排气阀(6)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括加压器(8)，所述微管道(4)远离所述收集瓶(7)的一端设置有用于与所述加压器(8)连通的第三针头管。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第三针头管上设置有第二通气阀(9)。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述水相容器(1)和/或所述油相容器(2)为注射器。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的装置，其特征在于，所述预设匝数为20匝～40匝。
6.一种用于数字PCR的方法，其特征在于，所述方法使用如权利要求1～5中任意一项所述的装置，所述方法包括：
步骤A，打开所述第一通气阀(5)和所述排气阀(6)，由所述第一针头管或所述第二针头管向所述微管道(4)内注满预设粘稠度的矿物油，关闭所述第一通气阀(5)；
步骤B，将盛有空气和水相的水相容器(1)的出口与所述第一针头管连接，将盛有空气和油相的油相容器(2)的出口与所述第二针头管连接，调整所述水相容器(1)和所述油相容器(2)的位置，使所述水相不封堵所述水相容器(1)的出口，使所述油相不封堵所述油相容器(2)的出口，所述水相容器(1)与所述油相容器(2)导通；
步骤C，调节所述水相容器(1)和/或所述油相容器(2)的容积，使所述水相容器(1)和所述油相容器(2)内的空气压强增大；
步骤D，再次调整所述水相容器(1)和所述油相容器(2)的位置，使所述水相封堵所述水相容器(1)的出口，使所述油相封堵所述油相容器(2)的出口，打开第一通气阀(5)，所述水相容器(1)内的空气推动所述水相流过所述微管道(4)，所述油相容器(2)内的空气推动所述油相流过所述微管道(4)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述步骤C和所述步骤D之间还包括：
通过所述排气阀(6)向所述收集瓶(7)内通入预设体积的空气，使所述收集瓶(7)内的空气压强增大。
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