CN109536364B - 微流控pcr芯片及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微流控PCR芯片及其操作方法，本发明的微流控PCR芯片包括基体，于基体上设有腔体及控制体构成的流体控制结构，还包括构造于基体上的多个腔体，各腔体的顶端开口，并分别与流体控制结构中的各通道一一对应连通，且各腔体中至少包括装有裂解液的裂解液池、装有洗涤缓冲液的洗涤缓冲液池、装有洗脱液的洗脱液池、装有无DNA酶水无的DNA酶水池。本发明的微流控PCR芯片在可实现流体抽出、混合及排出功能的基础上，省去了设置单独存储或混合腔体的麻烦，并减少了操作步骤，降低了芯片的复杂度，同时也无需外接大型设备，降低了芯片成本，使得该芯片适宜作为一次性的微流控芯片，而有着很好的实用性。

Description

微流控PCR芯片及其操作方法

技术领域

本发明涉及生物分子检测中微流控技术领域，特别涉及一种微流控PCR芯片，同时本发明也涉及有该微流控PCR芯片的操作方法。

背景技术

微流控芯片中，特别是对于微流控PCR芯片，微阀与微泵是控制流体在储液池、微通道与反应腔室之间流动的重要元件。随着技术的发展，微流控PCR芯片正在从单一功能向多功能一体化逐渐过渡，在微流控PCR芯片上进行的液体流动、液体混合、液体分离、以及生化反应等多种操作，大多都需要有微阀和微泵结构来配合。

目前，微流控PCR芯片上的微泵与微阀有泵阀功能分开的，也有微泵与阀门一体化的。泵阀功能分离的应用中，最为广泛的为气动控制的Quake阀，该方法通过多层软光刻技术在芯片上制作出气动阀门层，通过外加气压控制阀门打开或者关闭，从而控制不同反应腔室与微通道中液体的连通。根据这一方法，进而还可以制作芯片内部的蠕动泵，以驱动液体流动。但这种方法需要较多的阀门通道，要有大型的外接气泵以及控制部件实现气压供给，操作复杂，价格昂贵。

泵阀功能一体化的微泵又可分为机械微泵与非机械微泵两种。机械微泵可通过压电驱动、静电驱动、电磁驱动、热力气动等方式，实现控制液体流动的作用。但这些方法对于外围电路设计要求较高，功耗大，效率低。而非机械微泵则更侧重于芯片内液体的特性，利用表面张力、电渗力、磁流体动力学等方法实现液体的驱动，其同样也有通用性不强，效率低等缺点。

因此，上述微流控PCR芯片中的现有流体控制结构，使得芯片的操作步骤繁琐，增加了芯片的复杂度，同时也增大了芯片成本，而有诸多不足。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种微流控PCR芯片，以可省去设置单独存储或混合腔体的麻烦，并减少操作步骤，以降低芯片的复杂度及成本。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种微流控PCR芯片，其包括：

基体，于所述基体上设有流体控制结构，且所述流体控制结构包括：

腔室，构造于所述基体中，所述腔室顶端开口，并在所述腔室的侧壁上设有连通口，所述连通口可经由位于所述腔室外的通道与外部连通，且所述连通口为环所述腔室的周向间隔布置的多个；

控制体，包括插设于所述腔室中的活塞，以及构成所述活塞与外部驱动源连接的连接部；所述活塞的外周壁与所述腔室的内周壁之间密封抵接，于所述活塞的外周壁上、靠近于所述腔室的底端构造有缺口，所述缺口具有沿所述活塞轴向的延伸长度、并与所述腔室的底端贯通设置，且承接于所述外部驱动源的驱使，所述活塞可具有于所述腔室中的转动与轴向滑动；所述活塞因于所述腔室中的转动、或轴向滑动、或轴向滑动及转动而可与其一所述连通口连通，并由所述活塞于所述腔室内的转动，所述缺口可分别与其它各所述连通口相连通；

所述微流控PCR芯片还包括：

腔体，构造于所述基体上的多个，各所述腔体的顶端开口，并分别与各所述通道一一对应连通，且各所述腔体中至少包括装有裂解液的裂解液池、装有洗涤缓冲液的洗涤缓冲液池、装有洗脱液的洗脱液池，以及装有无DNA酶水的无DNA酶水池。

进一步的，所述腔室截面为圆形，所述活塞为圆柱形。

进一步的，所述通道为构造于所述基体内。

进一步的，所述腔体中还包括有装有磁珠的磁珠池和用于存放废液的废液池。

进一步的，各所述连通口环所述腔室的周向均匀或不均匀布置。

进一步的，所述活塞由弹性材质制成。

进一步的，所述连接部为与所述活塞固定连接或可拆卸连接的连接杆。

进一步的，所述腔室的深度h不小于所述连通口底部至所述腔室底端的距离a与所述缺口的轴向长度b之和；或者，所述腔室的深度h不小于所述缺口的轴向长度b与所述活塞轴向移动最大行程之和，且所述活塞轴向移动最大行程小于所述连通口底部至所述腔室底端的距离a。

进一步的，所述通道连通于所述腔体的底端或腔体深度的中间位置。

进一步的，于所述腔体中设有与所述腔体的内周壁密封抵接、并可沿所述腔体深度方向滑动的封闭件。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明的微流控PCR芯片通过设置腔室与控制体构成的流体控制结构，通过旋转活塞，可通过缺口与不同连通口的连通，实现腔室内与外部连通通道的选择，通过抽拉活塞，利用腔室内与外部之间的压强差，可实现流体于腔室内的流入流出，并且亦可由活塞抽出而于所述腔室内形成的空间，实现对流体的存储及混合，从而使得该流体控制结构能够实现多种流体的抽取、混合及排出等控制功能。

同时，本发明中仅通过操控活塞的旋转与抽拉，即可完成流体通道的选择、并控制流体的流入流出、实现流体的混合等操作，其相比现有的需要控制多个元件的流体控制方法而言，结构上更加简单，有利于在诸如微流控等领域的运用。而且本发明中仅通过机械控制，产生压强差，便可控制流体的流动，相较于现有的电渗驱动、磁流体驱动等方法，对于所控制的流体的特性没有要求，通用性强，应用范围广，且在使用过程中不会对流体的组成成分产生影响。

此外，本发明经由流体控制结构的设计，在功能上构成了一种带储液池的集泵阀为一体的多功能结构，可实现不同外部腔体中流体的抽出、混合及排出至外部腔体等功能，对比于现有微泵微阀结构，省去了设置单独存储或混合腔体，减少了操作步骤，可降低芯片的复杂度，同时也无需外接大型设备，可实现成本的降低，从而为一次性的微流控芯片提供了一种很好的选择。

因此，本发明的微流控PCR芯片通过采用上述的流体控制结构，在可实现不同流体抽出、混合及排出功能的基础上，省去了设置单独存储或混合腔体的麻烦，并减少了操作步骤，降低了芯片的复杂度，同时也无需外接大型设备，降低了芯片成本，使得该芯片适宜作为一次性的微流控芯片，而有着很好的实用性。

此外，本发明也涉及有上述微流控PCR芯片的操作方法，该方法包括如下的步骤：

a、驱使活塞移动，使所述活塞上的缺口与腔室侧壁上的其一连通口连通；

b、驱使所述活塞沿向所述腔室顶端的方向滑动，通过所述腔室与连通的所述连通口所连接的腔体之间的压强差，使该腔体中的流体进入所述腔室中；

c、驱使所述活塞转动，使所述缺口与所述腔室侧壁上的另一连通口连通；

d、驱使所述活塞沿向所述腔室顶端的方向滑动，通过所述腔室与连通的所述连通口所述连接的腔体之间的压强差，使该腔体中的流体进入所述腔室中；

e、重复步骤c-步骤d，或者进入步骤f；

f、驱使所述活塞转动，使所述缺口与所述腔室侧壁上的又一连通口连通；

g、驱使所述活塞沿向所述腔室底端的方向滑动，通过所述腔室与连通的所述连通口所述连接的腔体之间的压强差，使所述腔室中的流体进入该腔体中；

h、重复步骤c-步骤g，或结束。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的微流控PCR芯片的整体示意图；

图2为本发明实施例所述的流体控制结构的整体示意图；

图3为本发明实施例所述的腔室及通道的结构示意图；

图4为本发明实施例所述的活塞的结构示意图；

图5为本发明实施例所述的活塞使用时正确位置的示意图；

图6为本发明实施例所述的流体控制结构的流体控制示意图；

图7为本发明实施例所述的腔室及腔体的布置示意图；

图8为本发明实施例所述的腔体与腔室间通道的结构示意图；

图9为由储液池31抽取溶液的示意图；

附图标记说明：

1-基体，11-腔室，111-连通口，12-通道；

2-控制体，21-活塞，211-缺口，22-连接杆；

31-裂解液池，32-磁珠池，33-洗涤缓冲液A池，34-洗涤缓冲液B池，35-洗脱液池，36-无DNA酶水池，37-废液池；

4-封闭件。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本实施例涉及一种微流控PCR芯片，其用于对样品进行前处理，以得到包括有待测样品DNA的溶液，从而可直接进行PCR扩增。整体结构上，如图1中所示，该微流控PCR芯片包括基体1，并于该基体1上设置有对流体、也即进行前处理的各溶液进行控制的流体控制结构。

此外，本实施例的微流控PCR芯片还包括构造于基体1上的多个腔体，各腔体的顶端开口设置，并与上述流体控制结构中的通道一一对应连通，同时形成于基体1上的各腔体中也包括装有裂解液的裂解液池31、装有磁珠的磁珠池32、装有洗涤缓冲液的洗涤缓冲液池、装有洗脱液的洗脱液池35、装有无DNA酶水的无DNA酶水池36以及用于存放废液的废液池37。其中，洗涤缓冲液池亦包含有分别装有洗涤缓冲液A的洗涤缓冲液A池33，和洗涤缓冲液B的洗涤缓冲液B池34。

具体而言，本实施例中首先对设置于基体1上的流体控制结构进行介绍，如图2中所示，该流体控制结构整体上包括构造于基体1上的腔室11，以及主要由活塞21及连接杆22组成的控制体2，且因仅对流体控制结构进行说明，故图2中没有显示基体1上的各腔体结构。

其中，需要说明的是，制成上述基体1的可为塑料或其它同类的聚合物材料，或者，其也可采用玻璃或使用其它硬质材料，以适于微流控PCR芯片的需要。而结合于图3中所示的，腔室11可通过注塑或机加工的方式形成，且在具体构型上，腔室11的截面为圆形并为顶端开口，在腔室11的侧壁上亦设置有连通口111。上述连通口111为环腔室11的圆周方向间隔布置的多个，且各连通口111均可通过同样构造于基体1内的通道12与外部连通，通道12亦通过注塑或机加工方式得到。

此时，值得注意的是，各连通口111在布置上，一般优选使各连通口111位于腔室11的同一深度上，同时各连通口111亦最好环腔室11的周向均匀排布。当然，除了环腔室11周向均匀布置，各连通口111亦可以为不均匀分布。

不过无论连通口111的数量设置为多少个，以及各连通口111之间是否为均匀分布，在设计上需要注意的是，沿腔室11的圆周方向，相邻连通口111之间的间隔距离不能过小，其在实施上应能保证转动活塞21时，每次只能有指定的连通口111与下文所述的活塞21上的缺口211连通，此处的“指定”的连通口111的数量至少应为一个，一般也仅为一个，当然其也可为两个、三个或其它数量。

本实施例除了在基体1内直接形成通道12，使得各通道12为与相应的连通口111连通设置的管路结构亦是可以的，此时通过该管路结构实现腔室11内与外部的连通便可。

结合于图4中所示的，本实施例的活塞21为圆柱形，并为插设于腔室11中，且活塞21的外径与腔室11的内径相匹配，以此可使得在插入腔室11中时，活塞21的外周壁和腔室11的内周壁之间形成密封抵接，由此可实现活塞21的外周壁紧密贴合腔室11的内周壁，以能够防止腔室11内的流体及气体沿活塞21外周壁和腔室11内周壁之间进行泄漏，或外部的空气沿活塞21外周壁和腔室11内周壁之间进入腔室11内。

而除了与腔室11的内周壁之间形成密封抵接，本实施例在设计上当活塞21插入腔室11内时，通过对活塞21进行驱动，应还能使得活塞21可于腔室11中进行转动以及轴向滑动。基于上述要求，本实施例中优选的可为使得活塞21采用诸如橡胶等弹性材质制成，此时活塞21的外径可稍微大于腔室11的内径，以在实现两者相对运动的同时，并保证两者之间的密封性。当然，除了由弹性材质制成，活塞21也可以采用与基体1相同的刚性材质材料，且此时活塞21与腔室11之间的具体配合可参见现有的无油气泵等结构，以满足其密封要求。

本实施例在活塞21的外周壁上，于靠近于腔室11底端的位置还构造有缺口211，该缺口211具有沿活塞21轴向的延伸长度，且缺口211亦与腔室11的底端贯通设置，而该“贯通”例如可通过使缺口211贯穿至活塞21的底端(即活塞21的与腔室11的底端所正对的一端)来实现，当然也可在缺口211未设置为贯穿至活塞21的底端时，通过开设于活塞21上的通孔结构实现缺口211与腔室11底端之间的贯通。

对于上述缺口211，本实施例中其一种示例性结构可如图4中所示，此时，缺口211的截面大致为矩形状，当然除了为矩形，缺口211采用半圆形截面或其它形状的截面也是可行的。而对于缺口211，还需要指出的是，在实际实施中该缺口211的“宽度”，也即沿活塞21的圆周方向、缺口211于活塞21外周壁上的开口大小要适中，此时一方面通过对活塞21的转动，缺口211应能够与其中一个(或两个等其它数量)连通口111对准，并与对准的连通口111之间很好的连通，故缺口211的宽度不能过小，另一方面，在将流体自腔室11内排出时，会有一部分流体残留在缺口211中，为减少这部分“死体积”，所以缺口211的宽度也不能过大。

本实施例中与活塞21相连的连接杆22为用于构成活塞21和外部驱动源之间的连接，以构成在外部驱动源与活塞21之间进行动力传递的连接部，进而可在外部驱动源的驱动下，实现活塞21在腔室11中的转动及轴向滑动。该外部驱动源例如可为能够进行转动及直线驱使的机械手，或是其它机械装置，当然在一些情况下，该外部驱动源甚至亦可直接为操作者的手。

本实施例的连接杆22与活塞21的一端连接即可，而为了提高结构的便利性，连接杆22和活塞21之间优选的也为通过螺接、卡接等方式进行可拆卸连接。同时，除了由连接杆22构成连接活塞21与所述外部动力源的连接部，亦能够使该连接部采用其它现有的刚性连接结构。

本实施例中，上述由形成于基体1上的腔室11及控制体2所构成的流体控制结构，在外部动力源的驱使下，通过驱动活塞21，可通过缺口211与不同连通口111的连通，使得腔室11与不同通道12的连通，以实现对外部连通通道的选择，而通过抽拉活塞，利用腔室11内与外部之间的压强差，便可实现流体于腔室11内的流入流出，并且亦可由活塞21抽出而于腔室11内形成的空间，进而实现对流体的存储及混合，由此使该流体控制结构实现多种流体的抽取、混合及排出等控制功能。

而在进行流体的抽取、混合及排出的使用时，需要注意的是，对于活塞21在腔室11中的运动，如图5中所示的，在活塞21轴向滑动时，活塞21的底端应不能超过连通口111，也即通道12只能通过活塞21上的缺口211与腔室11内连通，以避免各连通口111均与腔室11内连通，而失去对通道12的选择能力。同时，在活塞21轴向滑动时，还应使得活塞21上的缺口211不能滑出腔室11外，以避免外部空气进入腔室11中，而失去赖以进行流体抽取与排出的“压强差”。

此外，本实施例中在设计上，仍参照图5，腔室11的深度h应为不小于连通口111底部至腔室11底端的距离a与缺口211的轴向长度b之和，且连通口111底部至腔室11底端的距离a优选的可选为不小于缺口211的轴向长度b，以此可保证控制结构整体满足设计的使用要求。上述各尺寸数值在实际应用时，可根据需要进行自由选取，以其满足本文中要求即可。当然，除了采用如上的设置方式，还可以在设计时选择使得腔室11的深度h不小于缺口211的轴向长度b与活塞21轴向移动最大行程之和，且活塞21轴向移动最大行程小于连通口111底部至腔室11底端的距离a。上述活塞21轴向移动最大行程自腔室11的底端起算。

而仍需注意的是，对于通道12所连通的外部结构，其例如可以是储液池，该储液池可以是开放的，也即与外界大气互通，也可以是封闭的，但为封闭情形下，在活塞21被上拉而向腔室11外轴向滑动时，储液池内的气压应大于活塞21上拉所产生的负压，并且在活塞21被下压而向腔室11内轴向滑动时，还应可使腔室11中的流体被压入储液池内。

另外，对于腔室11及位于其内的活塞21，除了使两者的轴线为竖直布置，当然也可使其为水平布置。为了保证流体抽取或排出的准确，在驱使活塞21于腔室11中转动时，应避免使活塞21出现轴向的滑动。而本实施例的流体控制结构中，腔室11和活塞21的直径可根据需求进行更改，活塞21可由腔室11中滑出的距离与腔室11中可存储的流体的最大体积有关，故在设计上应保证活塞21滑出至最大距离时，腔室11内的容积不小于所需容纳的流体的最大体积。

最后，以进行流体的抽取、混合及排出为例，给出本实施例的流体控制结构的一个具体应用实例。

如图6中所示的，图6-1为初始状态下，活塞21完全装在腔室11内，活塞21底面紧贴腔室11的底面，缺口211面向腔室11侧壁，此时，由于横切面的原因，缺口211在切面下方，因此图6-1中看不到缺口。

图6-2显示了流体的抽取，通过转动活塞21，使缺口211朝向需要抽取流体的通道12所对应的连通口111，向上拉动活塞21，使缺口211与相应通道12连通，由于向上拉动活塞21时，腔室11内形成了负压，因此缺口211与通道12连通后，通道12所连通的外部储液池中的流体会由于负压的作用，被吸入腔室11中。

在此，应注意的是，对于活塞21与连通口111的首次连通，图6中所示出的为初始状态下直接转动活塞21，便可使缺口211与其一连通口111连通的情形。当然，除了上述情形，实际应用中也可能存在初始状态下，在腔室11的深度方向上，连通口111高于缺口211(也即连通口111相对于缺口211而更靠近于腔室11的开口一端)布置的情况(该情况亦属于前述的h不低于a与b之和的范畴中)，由于缺口211低于连通口111，直接转动活塞21并不能使得缺口211和连通口111连通。

此时，便需要将活塞21向腔室11的顶端方向拉动一点距离(缺口211和预连通的连通口111上下位置对应)，以使缺口211和其一连通口111连通。或者，需要先将活塞21向腔室11的顶端方向拉动一点距离，再转动活塞21(缺口211和预连通的连通口111上下位置不对应)，如此才可使缺口211和其一连通口111连通。对于上述两种情况，对活塞21的“拉动”或是先“转动”再“拉动”均可统称为使活塞21进行“移动”，进而使缺口211和连通口111连通。

图6-3显示了另一种流体的抽取，此时，便需要使缺口211与其它连通口111进行连通，具体的为首先保持活塞21竖直位置不变，水平旋转活塞21，使缺口211朝向另一个通道12所对应的连通口111，继续向上拉动活塞21，由于腔室11内负压的作用，该通道12所连通的外部储液池中的流体也会被吸入腔室11中，与之前吸入腔室11中的流体混合。

图6-4显示了流体的排出，保持活塞21竖直位置不变，水平再次旋转活塞21，使缺口211朝向另一个通道12所对应的连通口111，将活塞21向下推动，对腔室11内的流体施加压力，将流体压入对应通道12中，以使流体进入该通道12连通的外部的储液池，由此实现了流体的抽取、混合与排出。

如图7中所示的，设置于基体1上的多个围绕基体1上的腔室11布置的腔体优选的采用均匀设置，用于进行各腔体与腔室11之间连通的通道12即为形成于基体1中，而除了将腔体设计为如前所述的七个，当然根据不同前处理工艺的需要，腔体的数量还可进行增加，以盛装其它溶液或物品。此外，本实施例在各腔体内还设置有与腔体的内周壁密封抵接、并且可沿腔体深度方向滑动的封闭件4，该封闭件4优选的可为位于各腔体中的橡胶材质的胶塞。通过封闭件4的设置，可构成各腔体内部与外界之间的隔离，以避免样品或各溶液受到污染，同时封闭件4、也即胶塞的可滑动设计，也不会影响活塞21作用下的流体在腔室11与腔体之间的流动。

另外，如图8中所示的，本实施例中在通道12的设置上，具体的也使得通道12采用弯折状，并优选的使通道12与各腔体连通的一端为连通于腔体的底端。由此，不仅可便于对各腔体内溶液进行量的控制，并且也能够利于芯片结构的小型化及轻量化。当然，除了使通道12连通至腔体3的底端，根据所涉及的流体的性质，或者是腔体3中预先存有流体的情形，通道12也可为连通至腔体3深度的中间位置。

本实施例的微流控PCR芯片在进行样品前处理时，其操作方法上主要包括如下的步骤：

步骤a：驱使活塞21移动，使活塞21上的缺口211与腔室11侧壁上的其一连通口111连通；

步骤b：驱使活塞21沿向腔室11顶端的方向滑动，通过腔室11与连通的连通口111所连接的腔体之间的压强差，使该腔体中的流体进入腔室11中；

步骤c：驱使活塞21转动，使缺口与腔室11侧壁上的另一连通口111连通；

步骤d：驱使活塞21沿向腔室11顶端的方向滑动，通过腔室11与连通的连通口111连接的腔体之间的压强差，使该腔体中的流体进入腔室11中；

步骤e：重复步骤c-步骤d，或者进入步骤f；

步骤f：驱使活塞21转动，使缺口211与腔室11侧壁上的又一连通口111连通；

步骤g：驱使活塞21沿向腔室11底端的方向滑动，通过腔室11与连通的连通口111连接的腔体之间的压强差，使腔室11中的流体进入该腔体中；

步骤h：重复步骤c-步骤g，或结束。

详细来说，在操作时，首先需要说明的是，对于诸如裂解液等溶液在其对应的腔体中的投加方式，本实施例中可为先将胶塞由该腔体顶端塞入，且将胶塞推至腔体底部，然后将溶液加入腔室11，再装入活塞21并经由缺口211及对应的通道12将溶液推入所述腔体内。或者，除了以上方式，也可在基体1上对应于该腔体设置一条细通道，该细通道不与腔室11和通道12之间干涉，投加时先将胶塞塞入腔体内并推至底部，再通过上述细通道将溶液加入腔体内，溶液加入后胶塞同样被顶起，最后加入完成后利用螺钉等将细通道封闭便可。在上述第二种投加方式中，应注意在投加过程中保持活塞21上的缺口211不与所述腔体对应的通道12连通。

整个过程中，首先将活塞21推入腔室11底部，缺口211对准与裂解液池31连通的通道12。在裂解液池31中加入裂解液与待测样本，在裂解液池31顶端开口塞入胶塞封闭。将裂解液池31在95℃下加热10min，得到裂解后的DNA溶液。向上拉动活塞21，使腔室11通过缺口211与裂解液池31连通，由于活塞21拉动在腔室11内产生负压，而裂解液池31中胶塞上方连接大气压，因此裂解液池31中含有DNA的溶液会被抽入腔室11中，且胶塞会沿裂解液池31内壁向下滑动，直至封闭通道12。

图9中显示了流体、也即含有待测样品的裂解液从裂解液池31抽入腔室11后的情况。对于下述的由其它腔体中抽取流体，或向腔体中排出流体的情况，均可参照图9所示。

接着，将活塞21水平旋转，缺口211对准与磁珠池32连通的通道12。磁珠池32中装有磁珠，磁珠池32上口有胶塞封闭。向下推动活塞21，使腔室11中的DNA溶液流入磁珠池32中，反复推拉活塞21，使DNA溶液与磁珠充分混合，最后将活塞21推到底部，使腔室11中的液体全部流入磁珠池32中。在磁珠池32下方加磁铁，将磁珠固定，向上拉活塞21，将流体再次抽入腔室11中。这期间胶塞随磁珠池32的液面的上升下降而升降，最后停留在磁珠池32下部。上述操作后，磁珠留在磁珠池32，废液流入腔室11中。

再水平旋转活塞21，并去掉磁铁，接着使缺口对准与废液池37连通的通道12，向下推动活塞21到腔室11底部，将液体都排入废液池37中。废液池37中的胶塞初始位置在底部，流入液体后逐渐被推高。

然后，再将活塞21水平旋转，缺口211对准与洗涤缓冲液A池33连通的通道12。洗涤缓冲液A池33中装有洗涤缓冲液A，向上拉动活塞21，将洗涤缓冲液A抽入腔室11中。接着，水平旋转活塞21至缺口211对准与磁珠池32连通的通道12，向下推动活塞21，使腔室11中的洗涤缓冲液A流入磁珠池32中，反复推拉活塞21，使洗涤缓冲液A与磁珠充分混合，最后将活塞21推到底部，使腔室11中的液体均流入磁珠池32中。在磁珠池32下方加磁铁，将磁珠固定，向上拉活塞21，将洗涤缓冲液A再次抽入腔室11中。

然后，水平旋转活塞21并去掉磁铁，使缺口211对准与废液池37连通的通道12，向下推动活塞21到腔室11底部，将液体都排入废液池37中。废液池37中的胶塞继续被推高。

再次水平旋转活塞21，缺口211对准与洗涤缓冲液B池34连通的通道12。洗涤缓冲液B池34中装有洗涤缓冲液B，向上拉动活塞21，将洗涤缓冲液B抽入腔室11中。水平旋转活塞21至缺口211对准与磁珠池32连通的通道12，向下推动活塞21，使腔室11中的洗涤缓冲液B流入磁珠池32中，反复推拉活塞21，使洗涤缓冲液B与磁珠充分混合，最后将活塞21推到底部，使腔室11中的液体均流入磁珠池32中。在磁珠池32下方加磁铁，将磁珠固定，向上拉活塞21，将洗涤缓冲液B再次抽入腔室11中。

接着水平旋转活塞21并去掉磁铁，使缺口211对准与废液池37连通的通道12，向下推动活塞21到腔室11底部，将液体都排入废液池37中。废液池37中的胶塞继续被推高。

再次水平旋转活塞21，缺口211对准与洗脱液池35连通的通道12。洗脱液池35中装有洗脱液，向上拉动活塞21，将洗脱液抽入腔室11中。然后水平旋转活塞21至对准与磁珠池32连通的通道12，向下推动活塞21，使腔室11中的洗脱液流入磁珠池32中，反复推拉活塞21，使洗脱液与磁珠充分混合，并将DNA从磁珠表面洗脱进入洗脱液中。最后将活塞21推到底部，使腔室11中的液体均流入磁珠池32中。在磁珠池32下方加磁铁，将磁珠固定，向上拉活塞21，将洗脱液连同DNA分子一同抽入腔室11中，以获得提取后的DNA。

然后再水平旋转活塞21并去掉磁铁，使缺口211对准与无DNA酶水池36连通的通道12，无DNA酶水池36中装有无DNA酶水，可以用于稀释含有DNA的洗脱液，便于进行后续的核酸扩增反应。向下推动活塞21到腔室11底部，将液体都排入无DNA酶水池36中。反复推拉活塞21，使洗脱液与水充分混合，最后将活塞21推到底部，使腔室11中的液体均流入无DNA酶水池36中即可。

本实施例的上述操作过程为基体1上的各腔体中设置包含有装有磁珠的磁珠池32与废液池37的情形，在过程中废弃溶液均被推入了该废液池37内。当然，除了设计有磁珠池32和废液池37，实际应用中还可省去设置专门的磁珠池32及废液池37，以可节省腔体的数量，而且此时在具体操作中，可将腔室11用于固定磁珠，其他腔体中的试剂用过后都排回原腔体中便可。

本实施例的微流控PCR芯片结构在可实现不同流体抽出、混合及排出功能的基础上，能够省去设置单独存储或混合腔体的麻烦，并减少了操作步骤，降低了芯片的复杂度，同时也无需外接大型设备，降低了芯片成本，可使得该芯片适宜作为一次性的微流控芯片，而有着很好的实用性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种微流控PCR芯片，其特征在于：包括：

基体（1），于所述基体（1）上设有流体控制结构，且所述流体控制结构包括：

腔室（11），构造于所述基体（1）中，所述腔室（11）顶端开口，并在所述腔室（11）的侧壁上设有连通口（111），所述连通口（111）可经由位于所述腔室（11）外的通道（12）与外部连通，且所述连通口（111）为环所述腔室（11）的周向间隔布置的多个；

控制体（2），包括插设于所述腔室（11）中的活塞（21），以及构成所述活塞（21）与外部驱动源连接的连接部；所述活塞（21）的外周壁与所述腔室（11）的内周壁之间密封抵接，于所述活塞（21）的外周壁上、靠近于所述腔室（11）的底端构造有缺口（211），所述缺口（211）具有沿所述活塞（21）轴向的延伸长度、并与所述腔室（11）的底端贯通设置，且承接于所述外部驱动源的驱使，所述活塞（21）可具有于所述腔室（11）中的转动与轴向滑动；所述活塞（21）因于所述腔室（11）中的转动、或轴向滑动、或轴向滑动及转动而可与其一所述连通口（111）连通，并由所述活塞（21）于所述腔室（11）内的转动，所述缺口（211）可分别与其它各所述连通口（111）相连通；

所述微流控PCR芯片还包括：

腔体，所述腔体为构造于所述基体（1）上的多个，各所述腔体的顶端开口，并分别与各所述通道（12）一一对应连通，且各所述腔体中至少包括装有裂解液的裂解液池（31）、装有洗涤缓冲液的洗涤缓冲液池（33，34）、装有洗脱液的洗脱液池（35），以及装有无DNA酶水的无DNA酶水池（36）。

2.根据权利要求1所述的微流控PCR芯片，其特征在于：所述腔室（11）截面为圆形，所述活塞（21）为圆柱形。

3.根据权利要求1所述的微流控PCR芯片，其特征在于：所述通道（12）为构造于所述基体（1）内。

4.根据权利要求1所述的微流控PCR芯片，其特征在于：所述腔体中还包括有装有磁珠的磁珠池（32）和用于存放废液的废液池（37）。

5.根据权利要求4所述的微流控PCR芯片，其特征在于：各所述连通口（111）环所述腔室（11）的周向均匀或不均匀布置。

6.根据权利要求1所述的微流控PCR芯片，其特征在于：所述活塞（21）由弹性材质制成。

7.根据权利要求1所述的微流控PCR芯片，其特征在于：所述连接部为与所述活塞（21）固定连接或可拆卸连接的连接杆（22）。

8.根据权利要求1所述的微流控PCR芯片，其特征在于：所述腔室（11）的深度h不小于所述连通口（111）底部至所述腔室（11）底端的距离a与所述缺口（211）的轴向长度b之和；或者，所述腔室（11）的深度h不小于所述缺口（211）的轴向长度b与所述活塞（21）轴向移动最大行程之和，且所述活塞（21）轴向移动最大行程小于所述连通口（111）底部至所述腔室（11）底端的距离a。

9.根据权利要求1所述的微流控PCR芯片，其特征在于：所述通道（12）连通于所述腔体的底端或腔体（3）深度的中间位置。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的微流控PCR芯片，其特征在于：于所述腔体中设有与所述腔体的内周壁密封抵接、并可沿所述腔体深度方向滑动的封闭件（4）。

11.如权利要求1至10中任一项所述的微流控PCR芯片的操作方法，其特征在于：该操作方法包括如下的步骤：

a、驱使活塞（21）移动，使所述活塞（21）上的缺口（211）与腔室（11）侧壁上的一连通口（111）连通；

b、驱使所述活塞（21）沿向所述腔室（11）顶端的方向滑动，通过所述腔室（11）与连通的所述连通口（111）所连接的腔体（3）之间的压强差，使该腔体（3）中的流体进入所述腔室（11）中；

c、驱使所述活塞（21）转动，使所述缺口（211）与所述腔室（11）侧壁上的另一连通口（111）连通；

d、驱使所述活塞（21）沿向所述腔室（11）顶端的方向滑动，通过所述腔室（11）与连通的所述连通口（111）所述连接的腔体（3）之间的压强差，使该腔体（3）中的流体进入所述腔室（11）中；

e、重复步骤c-步骤d，或者进入步骤f；

f、驱使所述活塞（21）转动，使所述缺口（211）与所述腔室（11）侧壁上的又一连通口（111）连通；

g、驱使所述活塞（21）沿向所述腔室（11）底端的方向滑动，通过所述腔室（11）与连通的所述连通口（111）所述连接的腔体（3）之间的压强差，使所述腔室（11）中的流体进入该腔体（3）中；

h、重复步骤c-步骤g，或结束。

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