CN110066859A - 数字pcr检测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种数字PCR检测仪包括微液滴生成装置、温控装置、荧光信号检测装置、定量分析装置以及控制器。所述控制器分别与所述微液滴生成装置、所述温控装置、所述荧光信号检测装置以及所述定量分析装置连接，用以控制所述微液滴生成装置、所述温控装置、所述荧光信号检测装置以及所述定量分析装置。所述数字PCR检测仪将所述微液滴生成装置、所述温控装置、所述荧光信号检测装置以及所述定量分析装置集成化，使得操作人员可以通过一体式数字PCR检测机实现自动化操作，提高了所述数字PCR检测仪的工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及数字PCR分析仪器领域，特别是涉及一种数字PCR检测仪。
背景技术
数字PCR(Digital PCR，dPCR)是一种核酸分子绝对定量技术。相较于qPCR，数字PCR可让你能够直接数出DNA分子的个数，是对起始样品拷贝数的绝对定量。定量PCR是依靠标准曲线或参照基因来测定核酸量，而数字PCR则让你能够直接数出DNA分子的个数，是对起始样品拷贝数的绝对定量。
目前，数字PCR包括液滴式PCR检测方法和芯片式检测方法。芯片式检测方法中单个芯片上的有效反应腔数量一般只有数千个，远少于液滴式。所以，芯片式数字PCR的动态范围相对于液滴式较窄。液滴式PCR检测方法将样本分散成油包水的反应单元，之后对每个反应单元进行实时或终点荧光分析。但是，目前的数字PCR仪器的有效反应腔数量少，从而导致目前的数字PCR的动态范围较窄，工作效率低。
发明内容
基于此，有必要针对目前的数字PCR的动态范围较窄，工作效率低的问题，提供一种动态范围大，工作效率高的数字PCR检测仪。
本发明提供一种数字PCR检测仪包括微液滴生成装置、温控装置、荧光信号检测装置以及定量分析装置。所述微液滴生成装置用以将核酸扩增反应液微滴化，形成多个微液滴。所述温控装置与所述微液滴生成装置通过轨道连接，用以将所述多个微液滴转移至所述温控装置，进行温度循环，实现核酸扩增。所述荧光信号检测装置与所述温控装置相对设置，用以对核酸扩增后的所述多个微液滴进行拍照检测。所述荧光信号检测装置可以对微液滴进行多个荧光通道成像以及进行明场暗场成像。其中多个荧光通道成像用于微液滴反应信号的探测，明场暗场成像用于检测形成微液滴的尺寸信息以及在反应过程中监测液滴的状态。定量分析装置，所述定量分析装置与所述荧光信号检测装置通过数据线连接，用以实现所述多个微液滴荧光信息的传输，进行定量分析。控制器，所述控制器分别与所述微液滴生成装置、所述温控装置、荧光信号检测装置以及定量分析装置连接，用以控制所述微液滴生成装置、所述温控装置、所述荧光信号检测装置以及所述定量分析装置。
在其中一个实施例中，所述微液滴生成装置包括吐液枪头、流体驱动机构、运动控制机构以及第一控制器。所述吐液枪头具有出口端及入口端，所述吐液枪头用于储存第一液体。所述流体驱动机构与所述吐液枪头的入口端连接，用于将储存在所述吐液枪头内部的第一液体从所述吐液枪头的出口端排出。所述运动控制机构用于控制所述吐液枪头的出口端与第二液体之间产生设定轨迹或设定速度或设定加速度的相对运动，以使排出所述吐液枪头的出口端的第一液体克服表面张力及附着力形成微液滴。所述第一控制器分别与所述流体驱动机构以及所述运动控制机构连接，用以控制所述流体驱动机构以及所述运动控制机构工作。
在其中一个实施例中，所述流体驱动机构包括变容积组件、动力组件、储液罐以及三通换向阀。所述变容积组件包括注射筒及推杆，所述推杆与所述注射筒的内壁动配合，所述注射筒内能够储存驱动液体，所述注射筒具有进出液口，所述进出液口用于连通储存有第一液体的吐液枪头的入口端。所述动力组件与所述推杆传动连接，用于驱动所述推杆沿所述注射筒的延伸方向滑动。所述储液罐用于储存驱动液体。所述三通换向阀具有第一接口、第二接口及第三接口，所述吐液枪头的入口端、所述进出液口及所述储液罐分别与所述第一接口、所述第二接口及所述第三接口连通。
在其中一个实施例中，所述吐液枪头包括具有中空腔体的针梗及设置于所述针梗一端的出口端。
在其中一个实施例中，所述运动控制机构包括支撑架、连接件以及驱动元件。所述连接件用于与吐液枪头连接。所述驱动元件固定于所述支撑架，所述驱动元件与所述连接件传动连接。在所述驱动元件的驱动下，吐液枪头的出口端相对第二液体做位移大小呈正弦变化或者速度大小呈方波变化的相对运动。
在其中一个实施例中，所述温控装置包括柔性电路板、与所述柔性电路板间隔设置的加热基板以及多个半导体电偶对。所述加热基板包括相对设置的第一表面和第二表面。所述多个半导体电偶对设置于所述柔性电路板与所述第一表面之间，所述多个半导体电偶对相互串联、并联或者混合连接。
在其中一个实施例中，所述温控装置还包括第二控制器以及温度传感器。所述第二控制器与所述多个半导体电偶对电连接，用于控制电流大小。所述温度传感器设置于所述加热基板表面，所述温度传感器与所述第二控制器电连接，用于检测所述加热基板的温度并将该温度发送给所述第二控制器。
在其中一个实施例中，所述荧光信号检测装置包括激发光源、荧光探测组件以及第三控制器。所述激发光源设置于所述微液滴容器检测区域上方，并与所述微液滴容器检测区域呈倾斜角度进行照射，形成斜射光路。所述荧光探测组件设置于所述微液滴容器检测区域正上方，用以采集所述多个微液滴的荧光图像及明场暗场图像。所述第三控制器分别与所述激发光源和所述荧光探测组件连接，用以控制所述激发光源与所述荧光探测组件。
在其中一个实施例中，所述激发光源包括多个不同颜色的LED光源、二向色镜、复眼透镜以及聚焦透镜。每个所述LED光源前端依次设有准直镜和第一滤光片。所述二向色镜倾斜设置于所述第一滤光片前端，用以将每个所述LED光源发出的光折射成一条光路。所述复眼透镜用以提高经折射后的所述光路的均匀性。所述聚焦透镜设置于所述复眼透镜的前端，用以聚焦形成照明光斑。
在其中一个实施例中，所述荧光探测组件包括物镜、相机以及第二滤光片，所述物镜设置于所述相机与所述第二滤光片之间。
在其中一个实施例中，所述控制器分别与所述第一控制器、所述第二控制器以及所述第三控制器连接，用以控制所述微液滴生成装置、所述温控装置、所述荧光信号检测装置以及所述定量分析装置工作。
在其中一个实施例中，一种数字PCR检测仪的分析方法，包括以下步骤：
S10，制备待测核酸扩增反应液；
S20，将所述待测核酸扩增反应液微滴化，形成多个微液滴；
S30，将所述多个微液滴进行核酸扩增，并实时获取所述多个微液滴的荧光信息；
S40，根据所述多个微液滴的荧光信息，对所述多个微液滴进行定量分析。
本发明提供一种数字PCR检测仪包括微液滴生成装置、温控装置、荧光信号检测装置、定量分析装置以及控制器。所述微液滴生成装置用以将核酸扩增反应液微滴化，形成多个微液滴。所述温控装置与所述微液滴生成装置通过轨道连接，用以将所述多个微液滴转移至所述温控装置，进行温度循环，实现核酸扩增。所述荧光信号检测装置与所述温控装置相对设置，用以对核酸扩增后的所述多个微液滴进行拍照检测。所述定量分析装置与所述荧光信号检测装置通过数据线连接，用以实现所述多个微液滴荧光信息的传输，进行定量分析。所述控制器分别与所述微液滴生成装置、所述温控装置、荧光信号检测装置以及定量分析装置连接，用以控制所述微液滴生成装置、所述温控装置、荧光信号检测装置以及定量分析装置。
所述数字PCR检测仪将所述微液滴生成装置、所述温控装置、所述荧光信号检测装置以及所述定量分析装置集成化，使得所述操作人员可以通过一体式数字PCR检测机实现自动化操作，提高了所述数字PCR检测仪的工作效率。
附图说明
图1为本发明提供的数字PCR检测仪的整体结构示意图；
图2为本发明提供的数字PCR检测仪的微液滴生成装置；
图3为本发明一实施例提供的吐液枪头的出口端运动时液滴的受力示意图；
图4为本发明一实施例提供的吐液枪头的出口端的速度变化示意图；
图5为本发明一实施例提供的吐液枪头的出口端运动时微液滴生成过程示意图；
图6为本发明荧光检测装置结构示意图；
图7为本发明温控装置结构示意图；
图8为本发明温控装置结构切面结构示意图；
图9为本发明温控装置的半导体电偶对电极连接结构示意图；
图10为本发明温控装置的瞬态性能测试示意图；
图11为本发明温控装置的稳态性能测试示意图。
其中：10-微液滴生成装置；20-温控装置；30-荧光信号检测装置；40-定量分析装置；50-控制器；110-吐液枪头；112-出口端；195-液滴；199-微液滴；120-流体驱动机构；130-运动控制机构；170-第一控制器；60-微液滴容器；699-第二液体；f1-浮力；f2-粘滞阻力；f3-最大附着力；G-重力；20-温控装置；210-第二控制器；212-温度控制单元；214-控制电路；220-柔性电路板；221-第二电极片；222-第一电极；223-第二电极；230-多个半导体电偶对；231-P型电偶；232-N型电偶；240-加热基板；241-第一表面；242-第二表面；243-第一电极片；250-导热增强层；260-温度传感器；270-散热装置；271-基板；272-散热片；273-风扇；30-荧光检测装置；310-第三控制器；330-荧光探测组件；331-相机；332-物镜；333-第二滤光片；340-激发光源；341-LED光源；342-准直镜；343-第一滤光片；344-二向色镜；345-复眼透镜；346-聚焦透镜；微液滴容器60；610-容器底板；611-底面；620-第一环形侧板；621-第一环形侧面；630-收纳空间；631-开口；640-环形板；641-环形面；650-第二环形侧板；660-第三环形侧板；612-反应单元；613-多个环形凸条；614-微液滴收纳槽；670-密封盖。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。实施例附图中各种不同对象按便于列举说明的比例绘制，而非按实际组件的比例绘制。
数字PCR(Digital PCR，dPCR)是一种核酸分子绝对定量技术。相较于qPCR，数字PCR可让你能够直接数出DNA分子的个数，是对起始样品的绝对定量。定量PCR是依靠标准曲线或参照基因来测定核酸量，而数字PCR则让你能够直接数出DNA分子的个数，是对起始样品的绝对定量。
目前，数字PCR包括液滴式PCR检测方法和芯片式检测方法。芯片式检测方法中单个芯片上的有效反应腔数量一般只有数千个，远少于液滴式。所以，芯片式数字PCR的动态范围相对于液滴式较窄。液滴式PCR检测方法将样本分散成油包水的反应单元，之后对每个反应单元进行实时或终点荧光分析。但是，目前的数字PCR仪器存在有效反应单元数量少，耗材成本高、动态范围较窄，工作效率低以及集成化程度不高的问题。
基于此，有必要针对目前数字PCR仪器的问题，提供一种数字PCR检测仪。
请参见图1，本发明提供一种数字PCR检测仪1，所述数字PCR检测仪1包括：微液滴生成装置10、温控装置20、荧光信号检测装置30、定量分析装置40以及控制器50。所述微液滴生成装置10用以将核酸扩增反应液微滴化，形成多个微液滴。所述温控装置20与所述微液滴生成装置10通过轨道连接，用以将所述多个微液滴转移至所述温控装置20，进行温度循环，实现核酸扩增。所述荧光信号检测装置30与所述温控装置20相对设置，用以对核酸扩增后的所述多个微液滴进行拍照检测。所述定量分析装置40与所述荧光信号检测装置30通过数据线连接，用以实现所述多个微液滴荧光信息的传输，进行定量分析。所述控制器50分别与所述微液滴生成装置10、所述温控装置20、荧光信号检测装置30以及定量分析装置40连接，用以控制所述微液滴生成装置10、所述温控装置20、荧光信号检测装置30以及定量分析装置40。
所述数字PCR检测仪1可以将所述微液滴生成装置10、所述温控装置20、所述荧光信号检测装置30以及所述定量分析装置40集成化，从而使得操作人员可以实现自动化操作。所述数字PCR检测仪1具有较高的工作效率。
所述数字PCR检测仪1在工作时，所述微液滴生成装置10可以将所述待测核酸扩增反应液进行微滴化，从而形成多个微液滴。所述温控装置20可以对所述多个微液滴进行核酸扩增。所述荧光信号检测装置30实时拍测所述多个微液滴的荧光变化图片。通过所述多个微液滴的荧光变化图片，可以获取所述多个微液滴的荧光变化曲线。根据所述荧光变化曲线，可以获取所述多个微液滴的Ct值，并通过Ct值与起始拷贝数的关系对初始DNA的浓度进行定量分析。其中，Ct值是指每个微液滴的荧光信号达到设定的阈值时所经历的循环数。
所述温控装置20对所述多个微液滴进行核酸扩增反应，并通过所述荧光信号检测装置30采集核酸扩增反应后的所述多个微液滴的产物信号，如荧光、紫外吸收、浊度等信号。利用所述多个扩增与非扩增微液滴在组成上的差异，对获得目标序列扩增的液滴数量进行分析，最终实现对核酸分子的定量分析。通过实时监测所述多个微液滴的荧光变化图片，检测结果具有直接性，可以解决所述多个微液滴中的假阳性和假阴性的问题。
所述数字PCR检测仪1将所述微液滴生成装置10、所述温控装置20、所述荧光信号检测装置30以及所述定量分析装置40集成化，使得所述操作人员可以实现自动化操作，不进提高了工作效率，还具有反应快速、重复性好、灵敏度高、特异性强和结果清晰的优点。
在一个实施例中，提供一种微液滴快速生成且体积大小均一性高的微液滴生成方法及装置。
请参见图2，在一个实施例中，所述微液滴生成装置10包括吐液枪头110、流体驱动机构120、运动控制机构130以及第一控制器170。所述吐液枪头110具有出口端及入口端，并用于储存第一液体。微液滴生成装置10可以与微液滴容器配合使用。所述微液滴容器中储存有第二液体，所述吐液枪头110的出口端插入所述第二液体的液面下。
所述第一液体与所述第二液体之间互不相溶或具有界面反应。第一液体和第二液体可以为任意不互溶的两种液体，在本发明的一个实施例中，所述第一液体为水溶液，所述第二液体为与水不互溶的油性液体，如矿物油(包括正十四烷等)、植物油、硅油和全氟烷烃油等，生成的液滴为水溶液液滴。或者，所述第一液体为矿物油，如十四烷和正己烷等有机相，所述第二液体为与矿物油不互溶的全氟烷烃油。所述第一液体和第二液体可以为不互溶的双水相，在本发明的另一个实施例中，所述第一液体为水溶液，所述第二液体为与水不互溶的水性液体，如第一液体为右旋糖酐溶液，第二液体为聚乙二醇(PEG)水溶液，生成的液滴为右旋糖酐溶液液滴。
所述第一液体和第二液体也可以为具有界面反应的两种液体，在本发明的一个实施例中，所述第一液体为海藻酸纳水溶液，所述第二液体为氧化钙水溶液，如质量浓度为1％的氧化钙水溶液，两者存在界面反应，生成的液滴为海藻酸钙凝胶微球。本申请还可以通过更换吐液枪头或吐液枪头内流出第一液体的组分，顺次在开口容器中形成多个不同组分和体积的液滴，既可以用于实现大批量的微体积高通量筛选，也可以实现多步骤的超微量生化反应和检测，具有广阔的应用前景。
所述流体驱动机构120与所述吐液枪头110的入口端连接，用于将储存在所述吐液枪头110内部的所述第一液体从所述吐液枪头110的出口端排出。所述运动控制机构130用于控制所述吐液枪头110的出口端与所述第二液体之间产生设定轨迹或设定速度或设定加速度的相对运动，以使排出所述吐液枪头110的出口端的第一液体克服表面张力及所述吐液枪头110对其的附着力形成微液滴。所述第一控制器170分别与所述流体驱动机构120以及所述运动控制机构130连接，用以控制所述流体驱动机构120以及所述运动控制机构130协调工作。
在一个实施例中，提供一种微液滴生成过程稳定的微液滴生成方法。
如图3所示，在本发明一实施例中，在运动控制机构130的带动下，吐液枪头110的出口端112可以在第二液体液面下做包含瞬时加速的运动，加速度大小为a1。第一液体从吐液枪头110的出口端112排出后形成附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195。液滴195在吐液枪头110的出口端112瞬时加速的瞬间脱离吐液枪头110的出口端112形成微液滴。微液滴在脱离吐液枪头110的出口端112之前的所受到的作用力分别为重力G、第二液体的浮力f1、第二液体的粘滞阻力f2以及吐液枪头110的出口端112与液滴195之间的最大附着力f3。微液滴在脱离吐液枪头110的出口端112之前的质量为m、加速度大小为a2。根据牛顿第二运动定律，得出
吐液枪头110的出口端112与液滴195之间附着力的最大值f3与吐液枪头110的表面自由能、液滴195的表面张力以及吐液枪头110的几何尺寸有关。吐液枪头110的出口端112做瞬时加速运动时，吐液枪头110的出口端112对液滴195附着力的方向与加速度的方向相同。将附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195简化为球状。由斯托克斯(Stokes)公式可知，液滴195在第二液体中运动时所受到的粘滞阻力f2＝6πηrv，其中η为第二液体的粘滞系数，r为液滴195的半径，v为液滴195的运动速度。在吐液枪头110的出口端112做瞬时加速之前液滴195的速度为零，因此液滴195在吐液枪头110的出口端112瞬时加速的瞬间在第二液体中受到的粘滞阻力f2为零或极小。在微液滴生成的过程中，一般液滴195的直径范围在皮升至微升的数量级，且液滴195的重力G和第二液体的浮力f1方向相反，因此液滴195的重力G与第二液体的浮力f1的矢量和约为零。由于粘滞阻力f2为零或极小，以及重力G与浮力f1的矢量和约为零，所以由牛顿第二运动定律可知，吐液枪头110的出口端112做瞬时加速运动时，液滴195在第二液体中能达到的最大加速度为a2≈f3/m，其中m为液滴195的质量。当液滴195的加速度a2小于吐液枪头110的出口端112的加速度a1时，液滴195从吐液枪头110的出口端112掉落形成微液滴。因此，液滴195脱离吐液枪头110的出口端112(即生成一个微液滴)的条件近似为：a2≈(f3/m)＜a1。
运动控制机构130能够精确控制吐液枪头110的出口端112瞬时加速度的大小。因此，通过控制吐液枪头110的出口端112每次瞬时加速度的值均较大，吐液枪头110的出口端112做瞬时加速运动能够有效的生成液滴195。
基于此，本发明还提供一种微液滴生成方法，包括以下步骤：
S201，提供具有出口端112的吐液枪头110，吐液枪头110内储存有第一液体；提供储存有第二液体的微液滴容器，微液滴容器具有开口，其中第一液体与第二液体为任意互不相溶的两种液体或具有界面反应的两种液体；
S202，吐液枪头110的出口端112由微液滴容器的开口插入第二液体的液面下；
S203，吐液枪头110的出口端112在第二液体液面下做包含瞬时加速的运动，同时第一液体由吐液枪头110的出口端112排出，排出吐液枪头110的出口端112的第一液体形成附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195，液滴195在吐液枪头110的出口端112的瞬时加速运动过程中脱离吐液枪头110的出口端112在第二液体液面下形成微液滴。
在本发明一实施例中，步骤S203中，吐液枪头110的出口端112在第二液体液面下做包含瞬时加速的周期运动。吐液枪头110的出口端112在第二液体液面下做周期运动，意即吐液枪头110的出口端112的位移、速度及加速度均呈现出周期性的变化。吐液枪头110的出口端112做包含瞬时加速运动的周期运动，配合第一液体由吐液枪头110的出口端112以恒定的流速排出，实现了微液滴的等时间间隔生成。或者第一液体排出吐液枪头110的出口端112的流速是变化的，但在吐液枪头110的出口端112的一个运动周期内，第一液体排出吐液枪头110的出口端112的体积保持相同。以此保证每次吐液枪头110的出口端112瞬时加速前液滴195的体积是相同的，以生成体积大小一致的微液滴。
在不更换吐液枪头110及第一液体的情况下，吐液枪头110的表面自由能、吐液枪头110的几何尺寸及液滴195的表面张力作为影响吐液枪头110的出口端112与液滴195之间最大附着力f3的两个因素是确定的。因此，在不更换吐液枪头110及第一液体的情况下，吐液枪头110的出口端112与液滴195之间附着力的最大值f3是固定的。在流体驱动机构120的带动下，第一液体能够实现以均匀的流速连续排出吐液枪头110的出口端112。运动控制机构130能够精确控制吐液枪头110的出口端112做瞬时加速度a1运动的时刻及瞬时加速度a1的大小。流体驱动机构120与运动控制机构130相互配合能够容易的实现当液滴195的体积达到固定值的瞬间，驱动吐液枪头110的出口端112产生加速度为a1的瞬时加速度，以生成体积大小一致的微液滴。如果流体驱动机构120控制第一液体均匀、连续的排出吐液枪头110的出口端112，只需运动控制机构130驱动吐液枪头110的出口端112产生等时间间隔的瞬时加速运动，即可生成体积大小一致的微液滴。
当使用多个吐液枪头110同时或者顺次生成微液滴时，吐液枪头110的表面自由能及吐液枪头110的几何尺寸作为影响吐液枪头110的出口端112与液滴195之间最大附着力f3的两个因素是变化的。但批量加工能够控制吐液枪头110的表面自由能及吐液枪头110的几何尺寸在一定的区间内变化。液滴195的表面张力作为影响吐液枪头110的出口端112与液滴195之间最大附着力f3的另一个因素也只是在很小的范围内变化。因此，吐液枪头110的出口端112与液滴195之间附着力的最大值f3只在很小的区间内波动。流体驱动机构120能够驱动第一液体以均匀的流速连续排出吐液枪头110的出口端112。运动控制机构130能够精确控制吐液枪头110的出口端112做瞬时加速度a1运动的时刻及瞬时加速度a1的大小。流体驱动机构120与运动控制机构130相互配合能够容易的实现当液滴195的体积达到固定值的瞬间，驱动吐液枪头110的出口端112产生加速度为a1的瞬时加速度，以生成体积大小一致的微液滴。如果流体驱动机构120控制第一液体均匀、连续的排出吐液枪头110的出口端112，只需运动控制机构130驱动吐液枪头110的出口端112产生等时间间隔的瞬时加速运动，即可生成体积大小一致的微液滴。
流体驱动机构120在将第一液体匀速排出吐液枪头110的出口端112的同时，配合运动控制机构130在液滴195的体积达到设定值的瞬间做加速度值较大的瞬时加速运动。本发明提供的微液滴生成方法不仅保证了使用同一根吐液枪头110生成体积大小均一的液滴195，同时能够保证多根吐液枪头110同时或者顺次生成的微液滴体积大小的均一性。本实施例提供的微液滴生成方法在保证微液滴体积大小均一性的同时，可通过多根吐液枪头110同时生成微液滴提高微液滴的生成效率。
进一步的，在运动控制机构130的控制下，吐液枪头110的出口端112在一个周期性运动内包括多次瞬时加速运动，多次瞬时加速运动的加速度大小相同，且多次瞬时加速运动的时刻均分吐液枪头110的出口端112的一个运动周期。吐液枪头110的出口端112在一个周期性运动内包括多次瞬时加速运动有助于在吐液枪头110的出口端112在一个运动周期内生成多个微液滴。可选的，步骤S203中，吐液枪头110的出口端112在第二液体液面下的运动轨迹包括直线段、圆弧段、多边形等多种轨迹中的一种或多种的组合。作为一个可实现的方式，当吐液枪头110的出口端112在一个周期性运动内包括两次瞬时加速运动时，吐液枪头110的运动轨迹为直线或者圆弧。当吐液枪头110的出口端112在一个周期性运动内包括两次以上的瞬时加速运动时，吐液枪头110的出口端112在第二液体内做轨迹为正多边形，包括正三角形、正方形、正五边形、正六边形等。
作为一种可实现的方式，在步骤S203中，吐液枪头110的出口端112在第二液体液面下的周期运动过程中，吐液枪头110的出口端112的速度大小呈矩形波变化。吐液枪头110的出口端112的速度大小呈矩形波变化，加速阶段结束以后即进入匀速阶段，有利于运动控制机构130实现对吐液枪头110的出口端112的运动状态的精确控制。可选的，表示吐液枪头110的出口端112运动速度大小变化的矩形波的高位时间和低位时间可以是相等的也可以是相异的。进一步，在步骤S203中，吐液枪头110的出口端112在第二液体液面下的周期运动过程中，吐液枪头110的出口端112的速度大小呈方波变化。表示吐液枪头110的出口端112运动速度大小变化的矩形波的高位时间和低位时间是相等的。表示吐液枪头110的出口端112运动速度大小变化的矩形波处于低位时，吐液枪头110的出口端112的速度为零或具有相对于高位时反方向的速度。如图4所示，更进一步的，所述吐液枪头110的出口端112周期运动的前半周期与后半周期内，所述吐液枪头110的出口端112的速度大小相同，方向相反。在吐液枪头110的出口端112的一个运动周期内包含两次方向相反的瞬时加速运动。
在本实施例中，吐液枪头110的出口端112在第二液体液面下的运动轨迹是直线段，吐液枪头110的出口端112从直线段的一个端点做瞬时加速运动，从直线段的另一个端点做反方向的瞬时加速运动。两次瞬时加速运动的的加速度大小均为a1。在其他的实施例中，吐液枪头110的出口端112在第二液体液面下的运动轨迹是圆弧段或者多边形。进一步，步骤S203中，吐液枪头110的出口端112在第二液体液面下周期运动的频率介于0.1赫兹至200赫兹之间，在工程上容易实现。
如图4及图5所示，在本发明一个具体的实施例中，流体驱动机构120控制第一液体以恒定的流速排出吐液枪头110的出口端112。运动控制机构130控制吐液枪头110的输出端做运动轨迹为直线、速度呈方波变化的周期运动。当吐液枪头110的出口端112的速度方向发生改变时，吐液枪头110的出口端112的瞬时加速度达到最大值。附着在吐液枪头110的出口端112的液滴195也在吐液枪头110的出口端112的瞬时加速度达到最大值时脱离吐液枪头110的出口端112而形成微液滴199。由于第一液体是以恒定流速排出吐液枪头110的出口端112，当液滴195从吐液枪头110的出口端112脱落时，新的液滴195进入生成状态。当吐液枪头110的出口端112再次反向加速时，新生成的液滴195也从吐液枪头110的出口端112掉落形成新的微液滴199。
本实施例中，吐液枪头110的出口端112的一个运动周期内可生成两个微液滴199，且方波在工程上较易实现。在其他的实施例中，吐液枪头110的出口端112的一个运动周期内生成一个微液滴199。可选的，在实施例中吐液枪头110的出口端112在第二液体699中沿任意方向做轨迹为直线的方波运动，包括：在与吐液枪头110的延伸方向垂直的平面内做轨迹为直线的方波运动、在与吐液枪头110的延伸方向成任意角度的平面内做轨迹为直线的方波运动、沿吐液枪头110的延伸方向做轨迹为直线的方波运动等。在本发明的其他实施例中，吐液枪头110的出口端112的运动轨迹为圆弧段或多边形时，吐液枪头110的出口端112在第二液体699中沿任意方向做轨迹为直线的方波运动，包括：在与吐液枪头110的延伸方向垂直的平面内做轨迹为直线的方波运动、在与吐液枪头110的延伸方向成任意角度的平面内做轨迹为直线的方波运动、沿吐液枪头110的延伸方向做轨迹为直线的方波运动等。
在一个实施例中，所述微液滴199为待测核酸扩增反应液，通过所述微液滴生成装置10将所述待测核酸扩增反应液微滴化，形成多个微液滴，用以通过所述数字PCR检测仪1进行检测。将所述待测核酸扩增反应液通过一体式数字PCR检测仪1的微液滴生成装置10，通过微滴化处理转化为多个微液滴199，使得待测样本中的检测片段从大量的复杂背景中分离出来，并放置于微液滴容器60中，等待检测。通过微液滴生成装置10可以生成多个大小均一的微液滴199。每个所述微液滴199大小在微米级，并且每个所述微液滴199可以视作一个独立的反应器，相当于生化反应中常用的试管。所述多个微液滴199放置于微液滴容器60中，便于检测观察。同时，通过所述微液滴生成装置10也可以生成多个体积不同的微液滴，用以进行医学临床检测。所述多个微液滴199体积小、数量多，具有许多常规试管没有的优势。通过所述微液滴生成装置10可以生成大量微液滴199，使得所述数字PCR检测仪1具有通量高、耗材成本低和背景噪声低的优点，具有很好的工业化前景。
在一个实施例中，提供一种升降温速率快、使用寿命高的温控装置。
如图7-8所示，本发明还提供一种温控装置20，其包括柔性电路板220、与所述柔性电路板220间隔设置的加热基板240以及多个半导体电偶对230。所述加热基板240包括相对设置的第一表面241和第二表面242。所述多个半导体电偶对230设置于所述柔性电路板220与所述第一表面241之间，所述多个半导体电偶对230相互串联、并联或者混合连接。
所述温控装置20通常应用于高低温循环环境中，温度需要快速升降，所以对所述温控装置20要求极高。为了满足所述温控装置20的应用需求，所述温控装置20采用所述柔性电路板220。所述柔性电路板220具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好的特点。所述柔性电路板220在升降温过程中以自身的变形消除热应力。通过所述柔性电路板220可以降低升降温过程中存在的热应力，从而延长了所述温控装置20的使用寿命。同时，通过所述柔性电路板220，解决了温度分布不均匀的问题。当所述多个微液滴在不同温度范围内进行核酸扩增时，通过所述柔性电路板220、加热基板240以及多个半导体电偶对230可以实现迅速在几秒时间内进行切换。所述温控装置20可以实现瞬时升温降温，进而升温降温的过程缩短了，从而实现了高低温的循环，将所述数字PCR检测仪1的检测时间缩短了，提高了检测效率。
所述柔性电路板220(Flexible Printed Circuit，FPC)可以是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性，绝佳的可挠性印刷电路板。所述柔性电路板具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好的特点。所述柔性电路板重量轻、厚度薄，可以有效节省产品体积。其中，所述半导体致冷器(Thermo Electric Cooler，TEC)是利用半导体材料的珀尔帖效应制成的。所谓珀尔帖效应，是指当直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时，其一端吸热，一端放热的现象。通过所述柔性电路板220替换传统半导体致冷器中的一个基板，使得所述半导体致冷器导热性能更好。
当温度改变时，物体由于外在约束以及内部各部分之间的相互约束，使其不能完全自由胀缩而产生的应力。热应力又称变温应力。热应力与零外载相平衡，是由热变形受约束引起的自平衡应力，在温度高处发生压缩，温度低处发生拉伸形变。在一定条件下控制应力使之合理分布，就可以提高零件的机械性能和使用寿命，变害为利。
在一个实施例中，所述加热基板240可以为超导铝基板电路。
铝基板是一种具有良好散热功能的金属基覆铜板，一般单面板由三层结构所组成，分别是电路层(铜箔)、绝缘层和金属基层。所述超导铝基板电路是线路板的材料是铝合金，能够导热快。铝基板能够将热阻降至最低，使铝基板具有极好的热传导性能，与厚膜陶瓷电路相比，它的机械性能又极为优良。
如图9所述，在一个实施例中，所述半导体电偶对230包括一个P型电偶231和一个与所述P型电偶231间隔设置的N型电偶232。
所述P型电偶231与所述N型电偶232焊接在所述柔性电路板220和所述基板240之间。所述半导体电偶对230包括一些由所述P型电偶231和所述N型电偶232形成的一对电偶，多对所述半导体电偶对230之间通过电极连在一起，并且夹在所述柔性电路板220与所述第一表面241之间。当有电流流过时，会产生″热″侧和″冷″侧。是致冷还是加热，以及致冷、加热的速率，由通过它的电流方向和大小来决定。一对所述半导体电偶对230产生的热电效应很小，所以在实际中都将上百对所述半导体电偶对230串联在一起，这样产生的热电效应就会增大。
在一个实施例中，所述第一表面241包括多个间隔设置的第一电极片243，一个所述第一电极片243与一个所述半导体电偶对230对应，所述半导体电偶对230中的所述P型电偶231与所述N型电偶232通过所所述第一电极片243串联。
在一个实施例中，所述柔性电路板220包括多个间隔设置并相互串联的第二电极片221，相邻的两个所述半导体电偶对230通过一个所述第二电极片221串联。
当所述P型电偶231和所述N型电偶232联结成的所述半导体电偶对230中有电流通过时，两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而产生温差形成冷热端。但是所述P型电偶231和所述N型电偶232自身存在电阻当电流经过所述P型电偶231和所述N型电偶232时就会产生热量，从而会影响热传递。而且所述柔性电路板220与所述加热基板240之间的热量也会通过空气和所述P型电偶231和所述N型电偶232材料自身进行逆向热传递。当冷热端达到一定温差，这两种热传递的量相等时，就会达到一个平衡点，正逆向热传递相互抵消。此时冷热端的温度就不会继续发生变化。为了达到更低的温度，可以采取散热等方式降低热端的温度来实现。
在一个实施例中，所述温控装置20还包括导热增强层250，设置于所述第二表面242。
所述导热增强层250具有十分良好的强度、柔韧、导电、导热、光学特性。所述导热增强层250直接与所述微液滴容器60接触，可以使得所述多个微液滴受热均匀，从而通过对温度的控制实现核酸扩增。所述导热增强层250可以为石墨导热层或者硅脂导热层，加快导热，增加了所述加热基板240的所述第二表面242的温度均匀性，进而保证靠近所述微液滴容器60的表面温度均匀，从而使得所述多个微液滴受热均匀。进而完成核酸扩增，提高了检测效率，节省了时间。
在一个实施例中，所述导热增强层250的材料中包括石墨烯。所述石墨烯是一种平面薄膜具有非常好的热传导性能，横向可以实现均匀导热。
在一个实施例中，所述温控装置20还包括第二控制器210，与所述柔性电路板220电连接，用于控制电流大小。
在一个实施例中，所述温控装置20进一步包括温度传感器260，设置于所述第二表面242，并与所述第二控制器210电连接，用于检测所述第二表面242的温度并将该温度发送给所述第二控制器210。
所述温度传感器260设置于所述导热增强层250的所述第二表面242，用以检测所述第二表面242的实时温度，进而将温度信息反馈给所述第二控制器210，从而实现对所述多个微液滴加热温度的控制。所述温度传感器260用于通过检测金属的电阻变化来测量所述微液滴容器60的温度，用以实时检测所述多个微液滴进行核酸扩增过程中的温度变化，从而将温度信息反馈给所述第二控制器210，进而控制所述控制电路进行温度的调控，实现温度控制，更好进行核酸扩增。
在一个实施例中，所述第二控制器210包括温度控制单元212以及控制电路214。所述温度控制单元212与所述温度传感器260连接，用以实时检测所述第二表面242的温度。所述控制电路214与所述柔性电路板220连接，用以调控所述多个半导体电偶对230的温度变化。
所述温度控制单元212与所述控制电路214设置于一块电路板上。所述温度控制单元212与所述控制电路214的关系为内部算法的逻辑运算关系，可以采用PacketIdentifier闭环控制算法，亦即PID闭环控制算法。所述温度控制单元212检测到的温度是核酸扩增的温度反馈，作为内部算法的输入，所述控制电路214计算后的结果作为内部算法的输出，从而形成闭环关系。电路部分的温度反馈实际上是一个采样电路。采集的就是铂电阻上的电信号，转换为温度值传递给控制电路的输入端。所述温度传感器260与所述温度控制单元212通过标准的铂电阻三线制连接。
在一个实施例中，所述柔性电路板220设置有第一电极222以及第二电极223。所述多个第二电极片221串联后与所述第一电极222和所述第二电极223串联。所述第一电极222与所述第二电极223分别与所述控制电路连接。
所述控制电路214与所述柔性电路板220之间的连接为两根线，分别连接所述第一电极222以及所述第二电极223。
在一个实施例中，所述温控装置20还包括散热装置270，所述散热装置270包括基板271以及与所述基板271连接的散热片272。所述柔性电路板220设置于所述基板271的表面。
由于所述散热片272设置于所述基板271表面，在没有减少所述基板271面积的情况下，更增加了热交换面积，延长凉风作用于所述基板271表面的时间，形成的多股散热风道，也有利于加快热交换，把更多的热量从所述基板271表面上带走，从而达到更加理想的散热效果。
在一个实施例中，所述温控装置还包括风扇273设置于所述散热片273周围。
通过所述风扇273可以协助所述散热装置270进行散热。其中，所述风扇273设置于所述散热片273的周围，可以设置多个，从而可以达到更好的散热效果，进而使得所述温控装置20升温降温更加快速。
在一个实施例中，对所述温控装置20通以交流电，并通过所述第二控制器210对电流大小调节来控制所述温控装置20是致冷还是加热，以及致冷、加热的速率。同时，通过所述温度传感器260用以检测所述微液滴容器60的实时加热温度，进而将温度信息反馈给所述温度控制单元212。所述温度控制单元212将温度变化情况反馈给所述控制电路214，从而控制所述多个微液滴的温度。通过所述温控装置20可以使得所述多个微液滴进行核酸扩增。基于PCR原理三步骤而设置变性-退火-延伸的三个温度点。在标准反应中采用三温度点法，双链DNA在90～95℃变性，再迅速冷却至40～60℃，引物退火并结合到靶序列上，然后快速升温至70～75℃，在Taq DNA聚合酶的作用下，使引物链沿模板延伸，在适合的温度范围内对核酸进行扩增。同时，在核酸扩增过程中，所述微液滴容器60底部与所述温控装置20紧密帖合，两者之间不会有间隙，提高了所述数字PCR检测仪1的准确性。
请参见图10，所述温控装置20一般情况下测试温控性能主要有两个指标，分别在瞬时状态和稳定状态下观测所述温控装置20的升降温度变化情况。通过对所述多个微液滴加热过程的监控，所述温控装置20对所述多个微液滴进行温度升降时，升降温速率最大可以达到13.34448℃/s。，控制精度为0.02722℃。并且，有时所述温控装置20升温到稳态的时候测量的速率最快可以到18.953894℃/s。因此，所述温控装置20的瞬态响应好，通过所述温控装置20可以实现瞬时升温降温，节省了时间，提高了检测效率。
请参见图11，当所述温控装置20处于稳定状态时，也就是在达到稳定后温度浮动的情况。当所述温控装置20处于稳定状态时，温度变化比较平稳，温度浮动较小。因此，所述温控装置20可以达到快速的升温降温循环，且稳定后温服浮动较小，节省了数字PCR检测溶液样本的时间，提高了工作效率。通过这种升降温速率会缩短完成核酸扩增所需的时间，提高了核酸扩增效率，并且提高了数字PCR检测系统的准确性。
在一个实施例中，所述荧光信号检测装置30包括激发光源340、荧光探测组件330以及第三控制器310。所述激发光源340设置于所述微液滴容器60检测区域上方，并与所述微液滴容器60检测区域呈倾斜角度进行照射，形成斜射光路。所述荧光探测组件330设置于所述微液滴容器60检测区域正上方，用以采集所述多个微液滴的荧光图像。所述第三控制器310分别与所述激发光源340和所述荧光探测组件330连接，用以控制所述激发光源340与所述荧光探测组件330。所述荧光信号检测装置可以对微液滴进行多个荧光通道成像以及进行明场暗场成像。其中多个荧光通道成像用于微液滴反应信号的探测，明场暗场成像用于检测形成微液滴的尺寸信息以及在反应过程中监测液滴的状态。
在一个实施例中，所述第三控制器310可以控制所述激发光源340移动，而此时所述荧光探测组件330与所述微液滴容器60的不移动。也就是说，此时通过所述激发光源340移动对所述多个微液滴进行荧光检测。或者，所述第三控制器310可以控制所述荧光探测组件330移动，而此时所述微液滴容器60与所述激发光源340不移动，对所述多个微液滴进行荧光检测。又或者，所述第三控制器310可以控制所述微液滴容器60移动，所述荧光探测组件330与所述激发光源340不移动，对所述多个微液滴进行荧光检测。通过所述第三控制器310可以调节所述激发光源340、所述荧光探测组件330以及所述微液滴容器60的位置移动，进而可以产生相对运动，从而使得检测区的所述微液滴容器60与所述荧光探测组件330对准，进行拍照，完成整个荧光检测的过程。
通过所述激发光源340发射的光路倾斜照射于所述多个微液滴，使得所述微液滴容器60中含有荧光物质的微液滴产生荧光。通过所述荧光探测组件330对所述含有荧光物质的微液滴进行荧光信息采集，并将所述含有荧光物质的微液滴进行荧光信息以荧光图像的形式传输至所述定量分析装置40，用以进行定量分析。
在一个实施例中，所述激发光源340包括：多个不同颜色的LED光源341、二向色镜344、复眼透镜345以及聚焦透镜346。每个所述LED光源341前端依次设有准直镜342和第一滤光片343。所述二向色镜344倾斜设置于所述第一滤光片343前端，用以将每个所述LED光源341发出的光折射成一条光路。所述复眼透镜345用以提高经折射后的所述光路的均匀性。所述聚焦透镜346设置于所述复眼透镜345的前端，用以聚焦成像。
在一个实施例中，所述激发光源340与所述荧光探测组件330是一体的或者是分体的。
将所述荧光信号检测装置30可以倾斜的角度照射到所述微液滴容器60时，所述荧光信号检测装置30对所述多个微液滴进行周期性的二维扫描，并实时进行拍照。通过将所述荧光信号检测装置30以倾斜的角度照射到所述微液滴容器60时，可有效降低激发光散射背景，提高荧光检测的灵敏度。所述微液滴容器60内的所述多个微液滴的内部荧光被激发，通过所述第二滤光片333被上方的所述物镜332收集，进入所述相机331，所述相机331采集所述多个微液滴的荧光图像。
在一个实施例中，所述第三控制器310可以同步开启所述多个不同颜色的LED光源341和所述相机331。
通过所述第三控制器310可以控制所述多个不同颜色的LED光源341之间的切换，从而构成不同的荧光检测通道。所述多个不同颜色的LED光源341可以轮流工作，不需要单独设置转轮。
在一个实施例中，所述荧光探测组件330包括物镜332、相机331以及第二滤光片333，所述物镜332设置于所述相机331与所述第二滤光片333之间。
所述多个微液滴的荧光图像的生成主要是通过所述相机331完成。所述相机331能够把光学影像转化为数字信号。所述相机331中排列有许多整齐的电容，能感应光线，并将影像转变成数字信号。经由外部电路的控制，每个小电容能将其所带的电荷转给它相邻的电容。采用所述相机331完成对所述多个微液滴的荧光采集，能够提供直观可视化的荧光图像，提高了荧光检测的速度，使得检测结果更加准确。
通过所述荧光信号检测装置30可以使得所述多个微液滴荧光成像，一次拍摄一定数量的所述多个微液滴的荧光图像，然后利用图像处理技术，将图像中的液滴荧光进行自动识别，从而得到液滴的荧光信息。
通过所述荧光信号检测装置30可以使得所述多个微液滴荧光成像，一次拍摄一定数量的所述多个微液滴的荧光图像，然后利用图像处理技术，将图像中的液滴荧光进行自动识别，从而得到液滴的荧光信息。
从所述微液滴容器60上方采取倾斜角度照射在所述微液滴容器60上。采用所述荧光信号检测装置30实现对所述多个微液滴进行周期性的二维扫描，并实时进行拍照。斜射光路可有效降低激发光散射背景，提高荧光检测的灵敏度。所述微液滴容器60内的所述多个微液滴的内部荧光被激发，通过所述第二滤光片333被上方的所述物镜332收集，进入所述相机331，所述相机331采集所述多个微液滴的荧光图片。
在一个实施例中，为了防止连续照射造成的荧光漂白，采用计算机来同步所述LED光源341的开启与所述相机331的采集。非采集状态下所述LED光源341保持关闭状态。
通过所述第三控制器310可以控制所述多个不同颜色的LED光源341之间的切换，从而构成不同的荧光检测通道。所述多个不同颜色的LED光源341可以轮流工作，不需要单独设置转轮。每个所述LED光源341前端依次设有准直镜342和第一滤光片343。
所述聚焦透镜346设置于所述复眼透镜345的前端，用以聚焦成像。所述聚焦透镜346属于梯度折射率透镜。具有端面聚焦和成象的特性，以及其具有圆柱状的外形特点，因而可以应用于多种不同的微型光学系统中。
在一个实施例中，所述荧光探测组件330包括物镜332、相机331以及第二滤光片333，所述物镜332设置于所述相机331与所述第二滤光片333之间。
请参见图6，在一个实施例中，所述激发光源340包括5个不同颜色的LED光源341、5个所述准直镜342、5个所述第一滤光片343、4个所述二向色镜344、1个所述复眼透镜345以及1个聚焦透镜346。所述5个不同颜色的LED光源341可以生成不同颜色的光，照射至所述多个微液滴。通过对所述5个不同颜色的LED光源341进行选择，可以获得不同荧光颜色的照射，所述5个不同颜色的LED光源341可以轮流工作。每个LED光源发射的光路正前方依次设置有所述准直镜、所述第一滤光片343以及二向色镜344。所述准直镜342与所述第一滤光片343与光路呈垂直角度设置(90°角度设置)。所述二向色镜344与光路角度呈0°～45°设置。通过所述二向色镜344形成的一条光路，所述光路正前方依次设置有所述复眼透镜345以及所述聚焦透镜346。所述复眼透镜345与所述聚焦透镜346与光路呈垂直角度设置(90°角度设置)。
通过所述聚焦透镜346的光路倾斜照射于所述多个微液滴，使得所述微液滴容器中含有荧光物质的微液滴产生荧光。通过所述荧光探测组件330对所述含有荧光物质的微液滴进行荧光信息采集，并将所述含有荧光物质的微液滴进行荧光信息以荧光图像的形式传输至计算机，用以进行定量分析。
在一个实施例中，所述激发光源340中所述LED光源341、所述准直镜342、所述第一滤光片343、所述二向色镜344、所述复眼透镜345以及所述聚焦透镜346的个数不受限制。
所述激发光源340倾斜照射至所述微液滴容器60，用以照射所述多个微液滴。通过所述激发光源340形成的斜射光路可以有效降低激发光散射背景。同时，降低所述微液滴容器60的所述微液滴容器60侧壁的高度，有利于排除激发光从侧面照射时造成的的阴影，使得所述相机331能够获取所有微液滴的荧光信息，提高了所述荧光检测装置30的的灵敏度。
在一个实施例中，所述定量分析装置40为计算机。通过所述荧光信号检测装置30可以获得所述多个微液滴的荧光信息照片。所述计算机设置有分析软件，如matlab、microsoft office、origin以及Microsoft Office visual.c++等分析软件，用以实现对获得的所述多个微液滴的荧光信息进行定量分析。
在一个实施例中，所述控制器50分别与所述第一控制器170、所述第二控制器210以及所述第三控制器310连接，用以控制所述微液滴生成装置10、所述温控装置20、荧光信号检测装置30以及定量分析装置40工作。
所述微液滴生成装置10将所述待测核酸扩增反应液进行微滴化，形成多个微液滴。然后，通过所述温控装置20对所述多个微液滴进行加热的过程中，采用所述荧光信号检测装置30实时拍测所述多个微液滴的荧光变化图像。通过所述定量分析装置40对所述多个微液滴的荧光变化图像进行分析，获取所述多个微液滴的Ct值，并通过Ct值与起始拷贝数的关系对初始核酸的浓度进行定量分析。
所述数字PCR检测仪1将所述微液滴生成装置10、所述温控装置20、所述荧光信号检测装置30以及所述定量分析装置40集成化，使得所述操作人员可以通过一体式数字PCR检测机1实现自动化操作，提高了所述数字PCR检测仪1的工作效率。
所述微液滴生成装置20生成的为均一大小微液滴，通过温控装置30对所述多个微液滴进行核酸扩增反应，并采集产物信号，如荧光、紫外吸收、浊度等信号。利用所述多个扩增与非扩增微液滴在组成上的差异，对获得目标序列扩增的液滴数量进行分析，最终实现对核酸分子的定量分析。通过实时监测所述多个微液滴的荧光变化图片，测序结果具有直接性，可以解决所述多个微液滴中的假阳性和假阴性的问题。
所述数字PCR检测仪将所述微液滴生成装置10、所述温控装置20、所述荧光信号检测装置30以及所述定量分析装置40集成化，使得所述操作人员可以通过一体式数字PCR检测机1实现自动化操作，提高了工作效率，反应快速、重复性好、灵敏度高、特异性强、结果清晰。
所述数字PCR检测仪1的检测过程主要包括5个环节：制备待测核酸扩增反应液、待测核酸扩增反应液微滴化、核酸扩增、荧光信息的采集以及定量分析。在一个实施例中，一种数字PCR检测仪的分析方法，包括以下步骤：S10，制备待测核酸扩增反应液；S20，将所述待测核酸扩增反应液微滴化，形成多个微液滴；S30，将所述多个微液滴进行核酸扩增，并实时获取所述多个微液滴的荧光信息；S40，根据所述多个微液滴的荧光信息，对所述多个微液滴进行定量分析。在一个实施例中，所述步骤S10包括：制备需要检测的核酸扩增反应液。所述核酸扩增反应液中包含待检测的核酸模板、反应缓冲水溶液、脱氧核糖核苷三磷酸、引物、聚合酶和产物标记物质等。
通过所述微液滴生成装置10将所述待测核酸扩增反应液进行微滴化处理，可以获取大批量的微液滴，用于所述数字PCR检测仪1的检测。其中，所述驱动液体为一种与所述待测核酸扩增反应液互不相容且互不影响的液体。所述第一液体为所述待测核酸扩增反应液，所述第二液体699为油相混合物。将制备好的核酸扩增反应液通过所述微液滴生成装置，可以制备出大批量的微液滴。在制备所述多个微液滴的过程中，将所述多个微液滴放置于所述微液滴容器内，用以方便对所述多个微液滴进行检测。在一个实施例中，通过所述微液滴生成装置10在所述第二液体中生成大量的微液滴，可以保持所述多个微液滴之间不融合。
在一个实施例中，检测DNA为：人巨细胞病毒DNA。以待测样本DNA为模板，加入待测样本DNA对应的检测引物及其探针；所述实时荧光定量PCR检测方法采用的是Taqman荧光探针。获取人巨细胞病毒核酸定量检测试剂盒，所述检测试剂盒包括人巨细胞病毒DNA实时荧光定量检测引物及其探针。
把试剂盒中10^6copies/mL浓度的阳性质控品(非标准浓度)比例稀释，所得浓度：10^6copies/mL、10^5copies/mL、10^4copies/mL、0.5×10^4copies/mL。同时，共制作5个样本浓度，分别为2×10^6copies/mL、10^6copies/mL、10^5copies/mL、10^4copies/mL以及0.5×10^4copies/mL。其中，所述待测样本的试剂配置比例为：1ul样本(2×10^6copies/mL加入2ul样本)、1ul DNA聚合酶、20ul Buffer，一共为22ul。
将所述样本浓度分别为2×10^6copies/mL、10^6copies/mL、10^5copies/mL、10^4copies/mL以及0.5×10^4copies/mL的样本，分别通过本发明提供的一种数字PCR检测仪、一种QX200数字PCR检测仪以及一种qPCR数字PCR检测仪进行检测，获得表1中通过各个仪器的5个核酸扩增反应液起始拷贝数的检测值与真实值相关系数的对比表。
5个核酸扩增反应液起始拷贝数的检测值与真实值相关系数的对比表
| 仪器类型 | 本仪器 | QX200数字PCR | qPCR数字PCR |
| R<sup>2</sup> | 0.9993 | 0.998 | 0.9923 |
相关系数R是用以反映变量之间相关关系密切程度的统计指标，用来度量两个变量间的线性关系。从表1中可以看出通过本发明提供的一种数字PCR检测仪检测的5个核酸扩增反应液的起始拷贝数的检测值与真实值的相关系数最大，最接近于1。因此，通过本发明提供的一种数字PCR检测仪检测的5个核酸扩增反应液的起始拷贝数的检测值与真实值的相关系数最大，最接近于1。所以，本发明提供的一种数字PCR检测仪1的检测精度更高，准确度更高。
所述数字PCR检测仪1将所述微液滴生成装置10、所述温控装置20、所述荧光信号检测装置30以及所述定量分析装置40集成化，通过控制器50使得所述操作人员可以通过一体式数字PCR检测机1实现自动化操作，提高了工作效率，反应快速、重复性好、灵敏度高、特异性强、结果清晰。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (12)
1.一种数字PCR检测仪，其特征在于，包括：
微液滴生成装置，用以将核酸扩增反应液微滴化，形成多个微液滴；
温控装置，所述温控装置与所述微液滴生成装置通过轨道连接，用以将所述多个微液滴转移至所述温控装置，进行温度循环，实现核酸扩增；
荧光信号检测装置，所述荧光信号检测装置与所述温控装置相对设置，用以对核酸扩增后的所述多个微液滴进行拍照检测；所述荧光信号检测装置可以对微液滴进行多个荧光通道成像以及进行明场暗场成像；其中多个荧光通道成像用于微液滴反应信号的探测，明场暗场成像用于检测形成微液滴的尺寸信息以及在反应过程中监测液滴的状态；
定量分析装置，所述定量分析装置与所述荧光信号检测装置通过数据线连接，用以实现所述多个微液滴荧光信息的传输，进行定量分析；
控制器，所述控制器分别与所述微液滴生成装置、所述温控装置、荧光信号检测装置以及定量分析装置连接，用以控制所述微液滴生成装置、所述温控装置、所述荧光信号检测装置以及所述定量分析装置。
2.如权利要求1所述的数字PCR检测仪，其特征在于，所述微液滴生成装置包括：
吐液枪头，所述吐液枪头具有出口端及入口端，所述吐液枪头用于储存第一液体；
流体驱动机构，所述流体驱动机构与所述吐液枪头的入口端连接，用于将储存在所述吐液枪头内部的第一液体从所述吐液枪头的出口端排出；
运动控制机构，所述运动控制机构用于控制所述吐液枪头的出口端与第二液体之间产生设定轨迹或设定速度或设定加速度的相对运动，以使排出所述吐液枪头的出口端的第一液体克服表面张力及附着力形成微液滴；
第一控制器，所述第一控制器分别与所述流体驱动机构以及所述运动控制机构连接，用以控制所述流体驱动机构以及所述运动控制机构工作。
3.如权利要求2所述的数字PCR检测仪，其特征在于，所述流体驱动机构包括：
变容积组件，包括注射筒及推杆，所述推杆与所述注射筒的内壁动配合，所述注射筒内能够储存驱动液体，所述注射筒具有进出液口，所述进出液口用于连通储存有第一液体的吐液枪头的入口端；
动力组件，与所述推杆传动连接，用于驱动所述推杆沿所述注射筒的延伸方向滑动；
储液罐，用于储存驱动液体；
三通换向阀，具有第一接口、第二接口及第三接口，所述吐液枪头的入口端、所述进出液口及所述储液罐分别与所述第一接口、所述第二接口及所述第三接口连通。
4.如权利要求2所述的数字PCR检测仪，其特征在于，所述吐液枪头包括具有中空腔体的针梗及设置于所述针梗一端的出口端。
5.如权利要求2所述的数字PCR检测仪，其特征在于，所述运动控制机构包括：
支撑架；
连接件，用于与吐液枪头连接；
驱动元件，固定于所述支撑架，所述驱动元件与所述连接件传动连接；
在所述驱动元件的驱动下，吐液枪头的出口端相对第二液体做位移大小呈正弦变化或者速度大小呈方波变化的相对运动。
6.如权利要求1所述的数字PCR检测仪，其特征在于，所述温控装置包括：
柔性电路板；
与所述柔性电路板间隔设置的加热基板，所述加热基板包括相对设置的第一表面和第二表面；
多个半导体电偶对，设置于所述柔性电路板与所述第一表面之间，所述多个半导体电偶对相互串联、并联或者混合连接。
7.如权利要求6所述的数字PCR检测仪，其特征在于，所述温控装置还包括：
第二控制器，与所述多个半导体电偶对电连接，用于控制电流大小；
温度传感器，设置于所述加热基板表面，所述温度传感器与所述第二控制器电连接，用于检测所述加热基板的温度并将该温度发送给所述第二控制器。
8.如权利要求1所述的数字PCR检测仪，其特征在于，所述荧光信号检测装置包括：
激发光源，所述激发光源设置于所述微液滴容器检测区域上方，并与所述微液滴容器检测区域呈倾斜角度进行照射，形成斜射光路；
荧光探测组件，所述荧光探测组件设置于所述微液滴容器检测区域正上方，用以采集所述多个微液滴的荧光图像及明场暗场图像；
第三控制器，所述第三控制器分别与所述激发光源和所述荧光探测组件连接，用以控制所述激发光源与所述荧光探测组件。
9.如权利要求8所述的数字PCR检测仪，其特征在于，所述激发光源包括：
多个不同颜色的LED光源，每个所述LED光源前端依次设有准直镜和第一滤光片；
二向色镜，所述二向色镜倾斜设置于所述第一滤光片前端，用以将每个所述LED光源发出的光折射成一条光路；
复眼透镜，用以提高经折射后的所述光路的均匀性；
聚焦透镜，所述聚焦透镜设置于所述复眼透镜的前端，用以聚焦形成照明光斑。
10.如权利要求8所述的数字PCR检测仪，其特征在于，所述荧光探测组件包括物镜、相机以及第二滤光片，所述物镜设置于所述相机与所述第二滤光片之间。
11.如权利要求1所述的数字PCR检测仪，其特征在于，所述控制器分别与所述第一控制器、所述第二控制器以及所述第三控制器连接，用以控制所述微液滴生成装置、所述温控装置、所述荧光信号检测装置以及所述定量分析装置工作。
12.一种数字PCR检测仪的分析方法，包括以下步骤：
S10，制备待测核酸扩增反应液；
S20，将所述待测核酸扩增反应液微滴化，形成多个微液滴；
S30，将所述多个微液滴进行核酸扩增，并实时获取所述多个微液滴的荧光信息；
S40，根据所述多个微液滴的荧光信息，对所述多个微液滴进行定量分析。
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