CN109097455B - 一种聚合酶链式反应系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚合酶链式反应系统，本发明技术方案中，温度循环装置包括恒温加热板以及多个温控模组；所述恒温加热板用于提供恒定的热源温度；不同的所述温控模组具有不同的导热率，以使得在相同的所述热源温度下，任意两个所述温控模组的第二表面温度不同。可见，在所述PCR系统中，由于不同的所述温控模组具有不同的导热率，故不同所述温控模组对同一所述恒温加热板提供的相同热源温度导热能力不同，使得不同所述温控模组可以为所述微流控芯片背面的不同区域提供不同的温度，温度循环装置的结构简单，制作成本低，便于大规模的推广使用。

Description

一种聚合酶链式反应系统

技术领域

本发明涉及生物检验设备技术领域，更具体的说，涉及一种聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction，PCR)系统。

背景技术

第三代微液滴式数字PCR技术是中核酸分子绝对定量的技术，通过统计具有荧光效应的微液滴的数目，可以得出样品中核酸(DNA或RNA)的绝对数量，进而计算出样品溶液中核酸分子的浓度。液滴的生成、PCR温度循环以及荧光检测和统计是微液滴式PCR技术的三个重要组成部分。PCR温度循环就是对样品试剂(微液滴或液段形式)进行温度循环控制，使微液滴内的核酸分子在温度循环过程中发生PCR，对核酸分子进行扩增。

温度循环装置是PCR扩增的核心，对循环温度控制的精确程度，直接影响了PCR扩增的效率。目前，大多数PCR设备生产厂商使用的温度循环装置是利用具有帕尔帖效应的二极管来实现温控模块的制冷和制热。将样品试剂放置到温控模块内，通过温控模块的升降温来改变试剂的温度，进而实现试剂的温度循环，使试剂内部的核酸分子进行扩增。

对于实时荧光定量PCR设备，其样品试剂一般放置在特制的8联管内，将8联管放置在温控模块的孔阵列(常见的是48孔和96孔)中进行温度循环，并在核酸分子的退火温度进行荧光信号采集。对于数字PCR设备，在液滴生成之后，将其装入8联管内，再置于温度循环装置的孔阵列中进行温度循环，最后再放入荧光检测设备中对具有荧光效应的液滴数目进行统计。

目前，市场上现有的实时荧光定量PCR或数字PCR设备中的温度循环装置，大多采用上述具有帕尔帖效应的温度循环装置对样品试剂进行温度循环，所述温度循环装置的结构复杂，制作成本高，不便于大规模的推广使用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明技术方案提供了一种PCR系统，所述PCR系统中，温度循环装置的结构简单，制作成本低，便于大规模的推广使用。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种聚合酶链式反应系统，所述聚合酶链式反应系统包括：

微流控芯片，所述微流控芯片具有相对的正面以及背面，微流控芯片的背面与正面之间具有用于样品试剂流通的微流管道；

与所述微流控芯片的背面贴合固定的温度循环装置；所述温度循环装置包括恒温模组以及多个温控模组；

所述恒温模组用于提供恒定的热源温度；所述温控模组位于所述恒温模组与所述微流控芯片之间；所述温控模组具有相对的第一表面以及第二表面，其第一表面与所述恒温模组贴合固定，其第二表面与所述微流控芯片的背面贴合固定；

其中，不同的所述温控模组具有不同的导热率，以使得在相同的所述热源温度下，任意两个所述温控模组的第二表面温度不同。

优选的，在上述聚合酶链式反应系统中，所述恒温模组为恒温加热板，所述恒温加热板在不同的工作电压下具有不同的恒定的热源温度。

优选的，在上述聚合酶链式反应系统中，所述温控模组可拆卸的固定在所述恒温模组上，以使得所述温度循环装置中，所述温控模组的数量以及排布方式可调节。

优选的，在上述聚合酶链式反应系统中，所述温控模组为金属块、硅胶块、硅胶和金属粉制备的混合物块、陶瓷块以及塑料块中的任一种。

优选的，在上述聚合酶链式反应系统中，所述微流控芯片包括：相对贴合固定的基片以及盖板；所述基片背离所述盖板的一侧表面为所述微流控芯片的背面，所述盖板背离所述基片的一侧表面为所述微流控芯片微流控芯片的正面；

所述基片朝向所述盖板的一侧表面内具有所述微流管道，所述微流管道的一端为样品试剂的入口，另一端为样品试剂的出口；

所述盖板背离所述基片的一侧表面具有与所述样品试剂的入口连通的第一通孔以及与所述样品试剂的出口连通的第二通孔。

优选的，在上述聚合酶链式反应系统中，所述样品试剂的出口连接有石英管，所述石英管的直径小于所述微流管道的直径。

优选的，在上述聚合酶链式反应系统中，所述恒温模组具有两个电源输入端；

所述聚合酶链式反应系统还包括：电源，所述电源的正极和负极分别连接两个所述电源输入端；

所述电源的正极与所连接的电源输入端之间连接有可调节电阻；

和/或，所述电源的负极与所连接的电源输入端之间连接有可调节电阻。

优选的，在上述聚合酶链式反应系统中，所述恒温模组具有两个电源输入端；

所述聚合酶链式反应系统还包括：与所述电源输入端连接的电源适配器，所述电源适配器用于连接电网，为所述恒温模组提供工作电源。

优选的，在上述聚合酶链式反应系统中，所述微流控芯片包括依次设置的预热区、变性区、延伸区以及退火区；

或，所述微流控芯片包括依次设置的预热区、变性区以及退火区；

或，所述微流控芯片包括依次设置的变性区以及退火区。

优选的，在上述聚合酶链式反应系统中，所述微流管道的一端为样品试剂的入口，另一端为样品试剂的出口；

所述样品试剂的入口包括油相入口以及水相入口。

通过上述描述可知，本发明技术方案提供的PCR系统中，温度循环装置包括恒温加热板以及多个温控模组；所述恒温加热板用于提供恒定的热源温度；不同的所述温控模组具有不同的导热率，以使得在相同的所述热源温度下，任意两个所述温控模组的第二表面温度不同。可见，在所述PCR系统中，由于不同的所述温控模组具有不同的导热率，故不同所述温控模组对同一所述恒温加热板提供的相同热源温度导热能力不同，使得不同所述温控模组可以为所述微流控芯片背面的不同区域提供不同的温度，温度循环装置的结构简单，制作成本低，便于大规模的推广使用。

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为本发明实施例提供的一种PCR系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种微流控芯片的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种微流控芯片的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的又一种微流控芯片的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种实现二温度循环实时荧光定量PCR的工作原理示意图；

图6为本发明实施例提供的一种实现三温度循环微液滴式数字PCR的工作原理示意图；

图7为本发明实施例提供的一种采用温控模组实现三温度循环PCR的原理示意图；

图8是不同方案实现PCR温度循环的温度变化曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如背景技术所述，现有的实时荧光定量PCR或数字PCR设备中，常用具有帕尔帖效应的温度循环装置对样品试剂进行温度循环，但是需要多个具有帕尔帖效应的二极管，半导体器件二极管的制作成本高，控制电路结构复杂，导致温度循环装置的结构复杂，体积大，制作成本高。而且需要采用复杂的温度控制系统和软件对温度循环过程进行控制，控制方式复杂，进一步增大设备成本。这些温度均不便于其大规模的推广使用。

其中，PCR是聚合酶链式反应的简称，利用的是①核酸(如DNA)在95℃左右时会发生变性，由双链核酸分解为两个单链核酸；②分解为单链的核酸在下降至60℃左右时，单链核酸会与引物结合；③与引物结合的核酸在核酸聚合酶的作用下，按照碱基互补配对原则进行半保留复制，复制完成后即可获得两倍的核酸。经过温度多次在95℃和60℃的循环，可以对核酸进行大量的扩增。

QPCR(Quantitative Real-time PCR)是实时荧光定量PCR的简称，是第二代PCR技术。是在核酸(如DNA)扩增反应中，以荧光化学物质检测每次聚合酶链式反应(PCR)循环后产物总量的方法。通过对标准曲线进行对比，对核酸(如DNA)进行定量分析。

DPCR(Digital PCR)是数字PCR的简称，是一种核酸分子绝对定量的技术，是第三代PCR技术。通过数字PCR技术可以直接得出起始样品中的核酸(如DNA)的数目。

帕尔帖效应是指当有电流通过不同导体组成的回路时，除了产生不可逆的焦耳热外，在不同导体的接头处随着电流方向的不同会分别出现吸热和放热的现象。单位面积吸收的热量与电流密度成正比。

现有技术中，另一种实现温度控制的方式是通过多个恒温加热片来控制样品试剂的问题，该方式主要适用于连续流动PCR扩增。通常的实现方式是将微流管道放置在多个恒温加热片的上方，通过闭环控制的电路调节各个加热片的温度至核酸的最佳反应温度。当样品试剂从样品试剂的入口流入微流管道后，经过微流管道在高温区和低温区的往复循环既可以实现PCR扩增。该方式虽然相对简化了温度循环装置的结构，但是需要多个恒温加热片，其结构仍显复杂，而且需要通过特有的控制电路控制各个恒温加热片的温度，仍需要复杂的控制电路，且无法实现复杂的温度循环，其使用范围受到很大的限制。其中，连续流动PCR是指样品试剂在连续不间断的微流管道内流动，微流管道内的试剂随着微流管道在高温区和低温区的往复循环实现温度的循环变化，进而实现样品试剂内核酸分子的扩增。

为了解决上述问题，本发明实施例技术方案提供了一种PCR系统，在所述PCR系统中，由于不同的所述温控模组具有不同的导热率，故不同所述温控模组对同一所述恒温模组提供的相同热源温度导热能力不同，使得不同所述温控模组可以为所述微流控芯片背面的不同区域提供不同的温度。温度循环装置的结构简单，体积小。所有温控模组采用同一恒温模组，恒温模组的控制电路简单，控制方法简单，制作成本低。可以通过设置各个温度控制模组的布局以及导热率实现温度循环控制。因此，本发明实施例所述温度循环装置具有结构简单、体积小、控制方法简单以及制作成本低等诸多优点，便于大规模的推广使用。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参考图1，图1为本发明实施例提供的一种PCR系统的结构示意图，所述PCR系统包括：微流控芯片11，所述微流控芯片11具有相对的正面111以及背面112，微流控芯片11的背面111与正面112之间具有用于样品试剂流通的微流管道；与所述微流控芯片11的背面112贴合固定的温度循环装置12。所述温度循环装置12包括恒温模组121以及多个温控模组122。

所述恒温模组121用于提供恒定的热源温度；所述温控模组122位于所述恒温模组121与所述微流控芯片11之间；所述温控模组122具有相对的第一表面1221以及第二表面1222，其第一表面1221与所述恒温模组121贴合固定，其第二表面1222与所述微流控芯片11的背面贴合固定。

其中，不同的所述温控模组122具有不同的导热率，以使得在相同的所述热源温度下，任意两个所述温控模组122的第二表面温度不同。

所述恒温模组121为恒温加热板，所述恒温加热板在不同的工作电压下具有不同的恒定的热源温度。通过调节其两电源输入端电压既可以控制其生成的热源温度，控制电路简单，控制方式简单，实现成本低。

各个温度模组122具有相同的厚度，相对的第一表面1221与第二表面1222为平行的两个平面。由于各个所述温控模组122具有不同的导热率，故他们在相同的热源温度下，对热量的传输能力不同，在相同的热源温度下，导热率高的温控模组122，可以将更多的热量由其第一表面1221传递至其第二表面1222，为正对的微流控芯片11的背面112提供较高的温度环境，而导热率低的温控模组122，将较少的热量由其第一表面1221传递至其第二表面1222，为正对的微流控芯片11的背面112提供较低的温度环境。

所述温控模组122基于第一表面1221接触的恒温热源温度，可以在其第二表面1222形成恒定的温度环境。温度循环装置12中，温控模组122个数量以及布局方式可以根据PCR需要的温度环境设置，实现不同样品试剂所需的不同温度循环条件，本发明对此不作具体限定。

在所述PCR系统中，由于不同的所述温控模组122具有不同的导热率，故不同所述温控模组122对同一所述恒温模组121提供的相同热源温度导热能力不同，使得不同所述温控模组122可以为所述微流控芯片11背面112的不同区域提供不同的温度。温度循环装置12的结构简单，体积小。

所有温控模组122采用同一恒温模组121，同一工作电压下，恒温模组121表面温度均匀恒定，通过简单的热传递进行热量传导，无需单独对各个温控模组122进行温度控制，而恒温模组121的控制电路只需要为一个恒温模组121提供设定的工作电压既可以使得其具有恒定的热源温度，只需要通过简单的变压共功能即可实现同一恒温模组121的不同工作电压的控制，从而具有不同的热源温度，控制电路板简单，控制方法简单，制作成本低。

而且可以通过设置各个温度控制模组122的布局以及导热率实现温度循环控制。

因此，本发明实施例所述温度循环装置12具有结构简单、体积小、控制方法简单以及制作成本低等诸多优点，故所述PCR系统具有结构简单、体积小、控制方法简单以及制作成本低等诸多优点，便于大规模的推广使用。

所述温控模组122拆卸的固定在所述恒温模组121上，以使得所述温度循环装置12中，所述温控模组122的数量以及排布方式可调节。这样可以基于不同结构的微流控芯片11布局微孔模组122的数量以及排布方式，使用方便，便于温度的循环控制。

所述PCR系统中，所述温控模组122为金属块、硅胶块、硅胶和金属粉制备的混合物块、陶瓷块以及塑料块中的任一种。不同种材料形成的温控模组122一般具有不同的导热率，如不同金属材料具有不同的导热率；金属材料与非金属材料具有不同的导热率；不同组分的硅胶具有不同的导热率；硅胶与非硅胶材料具有不同的导热率；硅胶与金属粉制备的混合物块与其他材料具有不同导热率；硅胶与金属粉制备的混合物块中各组分的含量以及组分种类不同时，导热率不同；陶瓷与非陶瓷材料具有不同的导热率；不同组分的陶瓷具有不同的导热率；塑料与非塑料材料具有不同的导热率；不同组分的速率具有不同固定导热率。

本发明实施例中优选设置所述温度循环装置12中的多个温控模组122包括：金属块、硅胶块以及硅胶与金属粉制备的混合物块。混合物块可以直接通过均匀混合有金属粉的硅胶固化后制备，制作简单。通过设置金属粉与硅胶比例既可以得到不同导热率的混合物块，实现方式简单。硅胶块可以通过该硅胶固化制备。金属块直接通过金属铸造成型。金属块与混合物块中的金属粉为同一种金属材料，如可以为铜。这样，便于制备各个温控模组122。温控模组122可以为立方体块。温控模组122不局限于金属块、硅胶块以及硅胶与金属粉制备的混合物块实现方式，可以为上述任一种方式。

在图1中，并未示出所述微流管道。所述微流管道的一端为样品试剂的入口，另一端为样品试剂的出口。所述样品试剂的出口连接有石英管13，所述石英管13的直径小于所述微流管道的直径。可以通过调节所述石英管13的直径和长度调节所述微流管道内样品试剂的流动速度。

所述PCR系统中，所述恒温模组121具有两个电源输入端；所述PCR系统还包括：电源14，所述电源14的正极和负极分别连接两个所述电源输入端。所述电源14通过两根导线15连接两个所述电源输入端。电源14用于为恒温模组121提供工作电压，以使得其具有与该工作电压对应的热源温度。

所述电源14的正极与所连接的电源输入端之间连接有可调节电阻R；和/或，所述电源14的负极与所连接的电源输入端之间连接有可调节电阻。这样通过简单的调节可调节电阻R的阻值既可以控制恒温模组121的工作电压，从而调节其热源温度，电路结构简单，控制方法简单，实现成本低。所述电源14为便携式移动电源，可以为可充电多次使用的蓄电池。

其他方式中，所述PCR系统还包括：与所述电源输入端连接的电源适配器，所述电源适配器用于连接电网，为所述恒温模组提供工作电源。所述电源适配器可以调节输入恒温模组121的工作电压的大小，以调节其热源温度。这样，无需单独电源装置。

所述PCR系统中，所述微流控芯片11用于为样品试剂提供微流管道，可以为PDMS玻璃芯片、PMMA芯片或者光刻芯片等。

本发明实施例主要目的通过不同温控模组122的导热率不同，采用同一热源温度，通过简单的物理导热为微流控芯片11提供不同的温度，而恒温模组121的实现方式不局限于上述方式中的恒温加热板、可调节电阻R以及电源14的方式。

通过上述描述可知，本发明实施例所述PCR系统中，仅采用单个恒温模组121对微流控芯片11进行加热，采用具有不同导热率的温控模组122，通过简单的物理导热为微流控芯片提供不同的温度，无需采用控制电路分别控制多个加热片，也不需采用控制电路分别控制多个二极管，控制电路实现方式简单，控制方法简单，实现成本低，简化了控制系统的结构。

同时，采用高度相同的多个温控模组122对微流控芯片11进行加热，使得微流控芯片11背面112的不同区域具有不同的温度，温控模组122的布局方式以及数量可以根据需求设定，实现复杂的温度循环。

而且，仅是通过温控模组122的不同物理导热性能实现温度控制，温控模组122的制作工艺简单，通过简单模组制备成型即可，无需具有电路连接结构，温控模组122的制作成本低，无需昂贵的温控设备。

综上可见，本发明实施例所述PCT系统结构简单、易于实现、经济实用性好，便于大规模推广使用。

图1中，微流控芯片11包括：相对贴合固定的基片21以及盖板22，其具体结构可以如图2所示。

参考图2，图2为本发明实施例提供的一种微流控芯片的结构示意图，所示微流控芯片11包括：相对贴合固定的基片21以及盖板22；所述基片21背离所述盖板22的一侧表面为所述微流控芯片11的背面112，所述盖板22背离所述基片21的一侧表面为所述微流控芯片11的正面111；所述基片21朝向所述盖板22的一侧表面内具有所述微流管道113，所述盖板背离22所述基片21的一侧表面具有与所述样品试剂的入口连通的第一通孔以及与所述样品试剂的出口连通的第二通孔。

可以通过刻蚀方式或是机床加工工艺在所述基片21的表面形成设定方式排布的凹槽作为所述微流管道。可以基于需求在所述盖板22的设定位置设置所述第一通孔以及所述第二通孔，图2中未示出所述第一通孔和所述第二通孔。基片12的材料可以为PDMS(聚二甲基硅氧烷)或是PMMA(有机玻璃)，盖板22可以与基板12为相同材料，或是不同。盖板22材料可以为玻璃。

为了实现不同检测需求的PCR，可以基于需求设定所述微流控芯片11背面112的加热区域，以对应设置相应的温控模组。加热区域的划分包括：所述微流控芯片包括依次设置的预热区、变性区、延伸区以及退火区；或，所述微流控芯片包括依次设置的预热区、变性区以及退火区；或，所述微流控芯片包括依次设置的变性区以及退火区。通过设置微流管道设置微流控芯片11背面112不同温度区域的划分。所有加热区的加热温度不完全相同。

参考图3，图3为本发明实施例提供的另一种微流控芯片的结构示意图，该方式中，该方式与图2所示方式不同在于微流控芯片11内部微流管道113的布局方式不同，图3所示方式中，微流控芯片11的背面112包括依次设置的预热区、变性区、延伸区以及退火区，不同区需要不同的温度条件，需要设置不同的温控模组22。该方式所述微流控芯片11可以用于实时荧光PCR，具有95℃预热环节。

参考图4，图4为本发明实施例提供的又一种微流控芯片的结构示意图，该方式中，与图3所示方式不同在于入口设计不同，所述微流管道113的一端为样品试剂的入口，另一端为样品试剂的出口；所述样品试剂的入口包括油相入口以及水相入口。该方式所述微流控芯片11可以用于微液滴式数字PCR，具有95℃预热环节。

参考图5，图5为本发明实施例提供的一种实现二温度循环实时荧光定量PCR的工作原理示意图，该方式中，所述微流控芯片11与图3所示方式不同在于微流控芯片11内部微流管道113的布局方式不同，图5所示方式中，微流控芯片11包括预热区、变性区以及退火区。预热区与变性区共用一个温控模组122，退火区使用另一个温控模组122，两个温控模组122在相同恒温模组121下获取相同的热源温度，为微流控芯片11提供不同的温度。

参考图6，图6为本发明实施例提供的一种实现三温度循环微液滴式数字PCR的工作原理示意图，该方式中，所述微流控芯片11与图5所示方式不同在于微流控芯片11内部微流管道113的布局方式不同，图6所示方式中，入口具有水相入口和油相入口，微流控芯片11包括预热区、变性区延伸区以及退火区。预热区与变性区共用一个温控模组122，延伸区单独使用另一个温控模块122，退火区单独使用又一个温控模组122，三个温控模组122在相同恒温模组121下获取相同的热源温度，为微流控芯片11提供不同的温度。

各个温控模组122提供恒定均匀的温度。微流控芯片中，不同加热区域微孔模组122提供的加热温度根据PCR工艺要求设定。如对于DNA检测而言，95℃是DNA的变性温度，故变性区的温控模组122提供温度值为90℃-95℃，具体温度值可以根据样品试剂反应条件来定。退火区是低温区，一般退火温度为60℃，这是引物与DNA结合的温度，一般在60℃左右，具体问题根据样品试剂温度循环要求设定。DNA扩增的退火延伸温度为72℃，DNA在聚合酶的作用下由单链复制为双链，一般来讲目标DNA链长较长的情况下需要延伸温度区，即需要设置延伸区，提供72℃的温度，链长较短的DNA有无延伸温度区扩增效率差异不大，即此时设置延伸区效果差异不大，延伸区的温度在72℃，具体温度值根据样品试剂扩增所需温度条件来定。

本发明实施例所述PCR系统中，可以根据样品试剂温度循环条件，涉及连续流动的微流管道113，使得样品试剂在流经微流管道113后能够经过相应的温控区。

本发明实施例所述PCR系统中，根据所需样品试剂的温度循环条件，制作高度相同的温控模组122，利用温度传热性能不同，使得不同温控模组122的一个表面在相同热源温度下，可以在相对另一个表面为样品试剂提供温度循环条件一致的温度。

本发明实施例所述PCR系统中，将温控模组122放置在同一恒温模组121上，再将微流控芯片11放置在温控模组122上，可以使用便携式电源14为恒温模组121提供工作电压，使得其具有设定的热源温度，等待微流控芯片11的背面112对应各个温控模组122的温控区达到平衡后，进行试剂样品的检测。

本发明实施例所述PCR系统中，可以通过设计样品设计的入口，使得局域油相入口和水相入口，在二者交汇处产生的液滴经过温度循环后，即可在微流管道113的样品试剂的出口检测液滴的荧光信号，对具有荧光信号的液滴数量进行统计。

本发明实施例所述PCR系统中，对于液段式实时荧光PCR，只需要将两个入口改为一个入口，并在60℃温控区检测荧光信号的变化即可。

本发明实施例所述PCR系统中，通过调节微流芯片11末端石英管的内径和长度可以对微流管道内流体的速度进行控制。

相对于温度循环控制装置需要采用复杂的控制系统和传感设备的现有设备，本发明实施例所述PCR系统中，采用温控模组122可以实现复杂温度循环方式，不需要复杂的控制系统，只需要对单一恒温模组121的温度进行准确控制即可。

相对于采用多个恒温加热片来实现二温度或是三温度等PCR温度循环的联系流动PCR方法，本发明实施例只需要一个恒温模组121和多个物理传热的温控模块122的组合即可实现比起更为复杂的温度循环条件，且控制更加简单。

本发明是实例所述PCR系统中，采用一个恒温模组121和多个物理传热的温控模块122的组合来实现复杂的PCR温度循环的方式，仅需要对一个恒温模组121进行控制，仅需要一个温控控制系统，控制系统较为简单，其通过不同的温控模组122灵活的组合方式，可以适应不同样品试剂对PCR反应循环温度的要求，整个政治可以用于不同形状以及尺寸的微流控芯片11，使用范围广，制作成本低，经济性好，适于大规模推广使用。

参考图7，图7为本发明实施例提供的一种采用温控模组实现三温度循环PCR的原理示意图，该方式中，所述微流控芯片11与图6所示方式不同在于微流控芯片11内部微流管道113的布局方式不同，图7所示方式中，是圆形循环方式，微流控芯片11具有位于同一圆形区域内的变性区、延伸区和退火区。微流控芯片11与恒温模组121之间具有三个温控模组122。变性区单独使用温度模组1，延伸区单独使用温度模组3，退火区单独使用温度模组2。

与上述实施方式操作过程相同，图7所示方式应用于具有95℃预热区以及72℃延伸区的微流控芯片，只需要相应的温控区加工为设定图形的循环微流管道即可。该方式可以用于液段式实时荧光PCR。

参考图8，图8是不同方案实现PCR温度循环的温度变化曲线，图中横轴表示时间，纵轴表示温度。由图8可知，相较于传统的二温度循环，采用三温度循环对样品试剂的扩增效率较高，但传统的三温度循环PCR需要两次经过延伸温度区，PCR反应时间较长。而采用图7所示的圆形三温度PCR，则可以使试剂温度从变性温度快速进入到退火温度，且不经过中间的延伸温度，这样可以大大缩短PCR扩增所需时间。

综上所述，本发明实施例所述PCR系统中，通过单一恒温模组121和多个温控模组122的组合来实现复杂的PCR温度循环。

本发明实施例所述PCR系统中，可以通过调整温控模组122的材料和高度调节温度。如所述的温控模组122用高度相同的金属、金属粉-硅胶混合物、硅胶块等组成时，通过调节温控模组122的高度以及金属粉与硅胶的比例，可以实现对温控模组122上表面的温度进行调节。

本发明实施例所述PCR系统中，所述温控模组122实现温度控制亦可以通过改变温控模组122的横截面形状以及不同高度温控模组122组合的形式来实现。

本发明实施例所述PCR系统中，微流控芯片11可以是二温度循环或三温度循环芯片，微流控芯片11前后可以分别加工3-10分钟的预热或延伸温度工作区域。

本发明实施例所述PCR系统中，上述的三温度循环方案，具有比传统三温度循环节省反应时间的特点。

本发明实施例所述PCR系统中，采用在微流控芯片11末端加装石英管13的方式对微流控芯片11内流体的流速进行控制，具体方式为改变石英管13的内径和长度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

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。对这些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这些实施例，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 (8)

1.一种聚合酶链式反应系统，其特征在于，所述聚合酶链式反应系统包括：

微流控芯片，所述微流控芯片具有相对的正面以及背面，微流控芯片的背面与正面之间具有用于样品试剂流通的微流管道；

与所述微流控芯片的背面贴合固定的温度循环装置；所述温度循环装置包括恒温模组以及多个温控模组；所述恒温模组为恒温加热板，所述恒温加热板在不同的工作电压下具有不同的恒定的热源温度；

所述恒温模组用于提供恒定的热源温度；所述温控模组位于所述恒温模组与所述微流控芯片之间；所述温控模组具有相对的第一表面以及第二表面，其第一表面与所述恒温模组贴合固定，其第二表面与所述微流控芯片的背面贴合固定；

其中，不同的所述温控模组具有不同的导热率，以使得在相同的所述热源温度下，任意两个所述温控模组的第二表面温度不同；

各个所述温控模组提供恒定均匀的温度；所述温控模组可拆卸的固定在所述恒温模组上，以使得所述温度循环装置中，所述温控模组的数量以及排布方式可调节。

2.根据权利要求1所述的聚合酶链式反应系统，其特征在于，所述温控模组为金属块、硅胶块、硅胶和金属粉制备的混合物块、陶瓷块以及塑料块中的任一种。

3.根据权利要求1所述的聚合酶链式反应系统，其特征在于，所述微流控芯片包括：相对贴合固定的基片以及盖板；所述基片背离所述盖板的一侧表面为所述微流控芯片的背面，所述盖板背离所述基片的一侧表面为所述微流控芯片微流控芯片的正面；

所述基片朝向所述盖板的一侧表面内具有所述微流管道，所述微流管道的一端为样品试剂的入口，另一端为样品试剂的出口；

所述盖板背离所述基片的一侧表面具有与所述样品试剂的入口连通的第一通孔以及与所述样品试剂的出口连通的第二通孔。

4.根据权利要求3所述的聚合酶链式反应系统，其特征在于，所述样品试剂的出口连接有石英管，所述石英管的直径小于所述微流管道的直径。

5.根据权利要求1所述的聚合酶链式反应系统，其特征在于，所述恒温模组具有两个电源输入端；

所述聚合酶链式反应系统还包括：电源，所述电源的正极和负极分别连接两个所述电源输入端；

所述电源的正极与所连接的电源输入端之间连接有可调节电阻；

和/或，所述电源的负极与所连接的电源输入端之间连接有可调节电阻。

6.根据权利要求1所述的聚合酶链式反应系统，其特征在于，所述恒温模组具有两个电源输入端；

所述聚合酶链式反应系统还包括：与所述电源输入端连接的电源适配器，所述电源适配器用于连接电网，为所述恒温模组提供工作电源。

7.根据权利要求1所述的聚合酶链式反应系统，其特征在于，所述微流控芯片包括依次设置的预热区、变性区、延伸区以及退火区；

或，所述微流控芯片包括依次设置的预热区、变性区以及退火区；

或，所述微流控芯片包括依次设置的变性区以及退火区。

8.根据权利要求1所述的聚合酶链式反应系统，其特征在于，所述微流管道的一端为样品试剂的入口，另一端为样品试剂的出口；

所述样品试剂的入口包括油相入口以及水相入口。

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