CN110819522B - 一种数字pcr系统及数字pcr液滴形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种数字PCR系统及数字PCR液滴形成方法，该数字PCR系统包括至少一个液滴形成组件及液滴喷孔组件，所述液滴形成组件包括至少一个液滴收集槽，所述液滴喷孔组件连接于所述液滴形成组件下方，包括若干液滴喷孔，所述液滴喷孔与所述液滴收集槽连通，且所述液滴喷孔内设有汽化部件，用于使所述液滴喷孔中的数字PCR溶液液体层汽化并快速推入所述液滴收集槽中的液滴形成油中，以形成数字PCR液滴。本发明使用热泡技术进行高速数字PCR液滴形成，可以实现大于1000个每秒的液滴形成速度，并具有高效的数字PCR油利用率。

Description

一种数字PCR系统及数字PCR液滴形成方法
技术领域
本发明属于生物医药领域，尤其是疾病检测领域，涉及一种数字PCR系统及数字PCR液滴形成方法。
背景技术
聚合酶链式反应(polymerase chain reaction，PCR)提出至今已有20年时间，期间PCR已发展成为分子生物学领域的一项关键技术和常规技术，极大地推动了生命科学各个领域的发展。特别是90年代后期，美国ABI公司推出的实时荧光定量PCR(real time PCR，qPCR)技术及相关产品更是将PCR由体外合成及定性/半定量检测技术发展成为一种高灵敏、高特异性和精确定量的基因分析技术。
尽管经过十几年时间的迅速发展，qPCR技术已经用于除外伤和营养缺乏症外所有疾病的诊断，但是，在PCR扩增过程中影响其扩增效率的因素有很多，不能保证在反应过程中扩增效率保持不变和实际样品与标准样品以及不同样品之间的扩增效率是相同的，由此导至其定量分析所依赖的基础——循环阈值(CT)不是恒定不变的。因此qPCR的定量只是“相对定量”，其准确度和重现性依然不能够满足分子生物学定量分析的要求。
20世纪末，Vogelstein等提出数字PCR(digital PCR，dPCR)的概念，通过将一个样本分成几十到几万份，分配到不同的反应单元，每个单元包含一个或多个拷贝的目标分子(DNA模板)，在每个反应单元中分别对目标分子进行PCR扩增，扩增结束后对各个反应单元的荧光信号进行统计学分析。与qPCR不同的是，数字PCR不依赖于CT值，因此不受扩增效率影响，扩增结束后通过直接计数或泊松分布公式来计算每个反应单元的平均浓度(含量)，能够将误差控制在5％以内，数字PCR可以不需要对照标准样品和标准曲线来实现绝对定量分析。
数字PCR(也可称单分子PCR)一般包括两部分内容，即PCR扩增和荧光信号分析。在PCR扩增阶段，与传统技术不同，数字PCR一般需要将样品稀释到单分子水平，并平均分配到几十至几万个单元中进行反应。不同于qPCR对每个循环进行实时荧光测定的方法，数字PCR技术是在扩增结束后对每个反应单元的荧光信号进行采集。最后通过直接计数或泊松分布公式计算得到样品的原始浓度或含量。
由于数字PCR是一种核酸分子绝对定量技术，相较于qPCR，能够直接数出DNA分子的个数，是对起始样品的绝对定量，因此特别适用于依靠CT值不能很好分辨的应用领域，例如拷贝数变异、突变检测、基因相对表达研究(如等位基因不平衡表达)、二代测序结果验证、miRNA表达分析、单细胞基因表达分析等。
目前市面上的数字PCR技术主要有三种。一种是通过在特定仪器中使用流动的油切断水相的PCR溶液形成液滴，然后在另外的两台仪器中完成PCR和检测；一种是通过将PCR溶液分布到挖空的硅片上，然后在特定仪器中进行PCR以及另外一台仪器中进行检测；最后一种是在一种仪器上将液体通过狭窄的沟道注入腔体形成液滴，并完成PCR，然后在另一台仪器中完成检测。然而，当前的三种方法的液滴形成速度或者通量各有限制。此外，上述三种技术无一例外的依赖多台大型仪器。这不但增加了仪器的购置的成本，限制了数字PCR的广泛使用；而且增加了实验操作的复杂度。
因此，如何提供一种大于每秒形成1000个液滴的高速的数字PCR液滴形成技术、液滴形成与PCR温控和检测仪器集成的原位PCR技术、高效的数字PCR油利用率方法，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种数字PCR系统及数字PCR液滴形成方法，用于解决现有技术中液滴形成速度慢、通量小、操作复杂、PCR油利用率低的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种数字PCR系统，包括：
至少一个液滴形成组件，包括至少一个液滴收集槽；
液滴喷孔组件，连接于所述液滴形成组件下方，包括若干液滴喷孔，所述液滴喷孔自所述液滴喷孔组件的上表面开口，并往所述液滴喷孔组件的下表面方向延伸，但未贯穿所述液滴喷孔组件的下表面，所述液滴喷孔与所述液滴收集槽连通，且所述液滴喷孔内设有汽化部件，用于使所述液滴喷孔中的数字PCR溶液液体层汽化并快速推入所述液滴收集槽中的液滴形成油中，以形成数字PCR液滴。
可选地，所述液滴喷孔组件包括热泡打印芯片。
可选地，所述汽化部件设置于所述液滴喷孔的底面或侧壁。
可选地，所述液滴喷孔的开口形状包括圆形、椭圆形、多边形中的任意一种。
可选地，所述汽化部件包括加热部件，通过加热所述数字PCR溶液液体层使其汽化。
可选地，所述加热部件包括至少一层金属层。
可选地，所述液滴收集槽底部设有通槽，所述通槽暴露出多个所述液滴喷孔。
可选地，所述PCR系统还包括至少一个用于储存数字PCR溶液的PCR试剂腔室，所述液滴喷孔组件中设有流道，所述液滴喷孔通过所述流道与所述PCR试剂腔室连通。
可选地，所述流道包括至少一条主流道及与所述主流道连接的多条支流道，每个所述液滴喷孔分别与一条所述支流道连接。
可选地，所述数字PCR系统还包括基座，所述PCR试剂腔室设置于所述基座中，所述液滴喷孔组件连接于所述基座上方。
可选地，所述基座包括第一基座组件与第二基座组件，所述PCR试剂腔室包括PCR试剂上腔室与PCR试剂下腔室，所述PCR试剂上腔室自所述第一基座组件的上表面开口，并贯穿所述第一基座组件的下表面，所述PCR试剂下腔室自所述第二基座组件的上表面开口，并向所述第二基座组件的下表面方向延伸，但未贯穿所述第二基座组件的下表面，所述PCR试剂上腔室与PCR试剂下腔室连通且部分交迭。
可选地，所述第二基座组件的下表面设有至少一个数字PCR溶液注入孔，所述数字PCR溶液注入孔与所述PCR试剂下腔室连通。
可选地，所述PCR试剂下腔室包括第一端及第二端，所述数字PCR溶液注入孔在所述第一端处与所述PCR试剂下腔室连通，所述PCR试剂下腔室在所述第二端处与所述PCR试剂上腔室连通，所述PCR试剂下腔室的尺寸自所述第一端至所述第二端方向首先逐渐增大，然后逐渐减小。
可选地，所述第二基座组件的下表面设有至少一个排气孔，所述排气孔通过气道与所述PCR试剂上腔室连通，所述气道自所述第二基座组件的上表面开口，并向所述第二基座组件的下表面方向延伸，但未贯穿所述第二基座组件的下表面。
可选地，所述第一基座组件通过胶粘方式固定于所述第二基座组件上方。
可选地，所述数字PCR系统还包括软性线路板，所述软性线路板连接于所述基座上方，所述软性线路板中设有用于收容所述液滴喷孔组件的通孔，且所述软性线路板表面设有若干第一连接焊垫及若干第二连接焊垫，所述液滴喷孔组件通过导线与所述第一连接焊垫连接。
可选地，所述软性线路板通过胶粘方式与所述基座连接，所述基座表面设有用于防止胶水流到所述液滴喷孔组件上的沟道。
可选地，所述软性线路板中设有至少两个定位穿孔，所述基座表面设有与所述定位穿孔位置相对应的定位凸起。
可选地，所述数字PCR系统还包括一控制器，所述控制器包括控制器外壳及位于所述控制器外壳内的控制器电路板，所述控制器外壳具有用于放置所述基座的承载部，所述承载部表面设有若干与所述控制器电路连接板连接的电路连接导电针，所述电路连接导电针与所述第二连接焊垫的位置相对应。
可选地，所述基座的一端设置有至少一个限位槽，所述控制器外壳设置有至少一个与所述限位槽相对应的限位件。
可选地，所述基座设置有一限位通孔，所述限位通孔贯穿所述基座的正面及背面，所述控制器外壳设置有与所述限位通孔相对应的限位件。
可选地，所述基座的材质包括塑料、玻璃中的任意一种。
本发明还提供一种数字PCR液滴形成方法，包括以下步骤：采用汽化部件使数字PCR溶液汽化并快速推入液滴形成油中，以形成数字PCR液滴。
可选地，所述汽化部件包括加热部件，通过加热所述数字PCR溶液液体层使其汽化。
可选地，通过控制所述加热部件的发热时间、发热次数及发热间隔时间来控制所述数字PCR液滴的形成速度。
可选地，包括以下步骤：
向PCR试剂腔室内注入数字PCR溶液，使数字PCR溶液进入与所述PCR试剂腔室连通的液滴喷孔，形成数字PCR溶液液体层；
向液滴收集槽中添加液滴形成油；
采用所述汽化部件使所述液体层汽化并快速推入所述液滴收集槽中的所述液滴形成油中，以形成所述数字PCR液滴。
可选地，所述液体层的厚度范围是0.2nm～30000nm。
可选地，所述数字PCR液滴的形成速度大于1000个/秒。
如上所述，本发明的数字PCR系统及数字PCR液滴形成方法，具有以下有益效果：
(1)本发明使用热泡技术进行高速数字PCR液滴形成，液滴的快速形成依赖于液滴喷孔内的汽化部件对纳米级厚度液体层的瞬间加热汽化，从而将液滴喷孔中的数字PCR溶液快速推入液滴形成油中以形成数字PCR液滴，相比于市面上每秒钟100个液滴的形成速度，本发明中的液滴形成技术可以实现大于1000个每秒的液滴形成速度。
(2)相比于油相与水相共同运动产生液滴的方法，本发明的技术方案中的油相是静态的，因此油相的消耗量被大大减少，减少了50％左右的油相用量。
附图说明
图1a显示为本发明的数字PCR系统的立体结构示意图。
图1b显示为本发明的数字PCR系统的俯视图。
图1c显示为本发明的数字PCR系统的仰视图。
图1d-图1g显示为本发明的数字PCR系统的侧视图。
图2显示为本发明的数字PCR系统的分解结构示意图。
图3显示为本发明的数字PCR系统中液滴喷孔组件的立体结构示意图。
图4显示为本发明的数字PCR系统中液滴喷孔组件的局部剖面图。
图5a显示为本发明的数字PCR系统中液滴形成组件的正面立体结构示意图。
图5b显示为本发明的数字PCR系统中液滴形成组件的背面立体结构示意图。
图5c显示为本发明的数字PCR系统中液滴形成组件的俯视图。
图5d显示为本发明的数字PCR系统中液滴形成组件的仰视图。
图5e-图5h显示为本发明的数字PCR系统中液滴形成组件的侧视图。
图6a显示为本发明的数字PCR系统中基座的立体结构示意图。
图6b显示为本发明的数字PCR系统中基座的俯视图。
图6c显示为本发明的数字PCR系统中基座的仰视图。
图6d-图6g显示为本发明的数字PCR系统中基座的侧视图。
图7显示为本发明的数字PCR系统中基座的局部俯视图。
图8显示为本发明的数字PCR系统中第二基座组件的正面立体结构示意图。
图9显示为本发明的数字PCR系统中第二基座组件的背面立体结构示意图。
图10a显示为本发明的数字PCR系统中液滴喷孔组件连接于软性线路板的正面立体结构示意图。
图10b显示为本发明的数字PCR系统中液滴喷孔组件连接于软性线路板的背面结构示意图。
图10c显示为本发明的数字PCR系统中液滴喷孔组件连接于软性线路板的俯视图。
图10d显示为本发明的数字PCR系统中液滴喷孔组件连接于软性线路板的仰视图。
图10e-图10h显示为本发明的数字PCR系统中液滴喷孔组件连接于软性线路板的侧视图。
图11显示为本发明的数字PCR系统中控制器的立体结构示意图。
图12显示为利用本发明的数字PCR系统形成的数字PCR液滴的光学显微镜图。
元件标号说明
1 液滴形成组件
2 液滴收集槽
3 液滴喷孔组件
4 液滴喷孔
5 汽化部件
6 通槽
7 限位通孔
8 气道
9 主流道
10 支流道
11 基座
12 第一基座组件
13 第二基座组件
14 PCR试剂上腔室
15 PCR试剂下腔室
16 数字PCR溶液注入孔
17 排气孔
18 软性线路板
19 通孔
20 第二连接焊垫
21 沟道
22 定位穿孔
23 定位凸起
24 控制器
25 控制器外壳
26 承载部
27 电路连接导电针
28 限位槽
29、30 限位件
31 凸台
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1a至图12。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
本发明提供一种数字PCR系统，请参阅图1a至图1g，其中图1a显示为所述数字PCR系统的立体结构示意图，图1b显示为所述数字PCR系统的俯视图，图1c显示为所述数字PCR系统的仰视图，图1d、图1e、图1f及图1g分别显示为所述数字PCR系统在四个方向上的侧视图。图2显示为所述数字PCR系统的分解结构示意图，本实施例中，所述数字PCR系统包括至少一个液滴形成组件1及液滴喷孔组件3，所述液滴喷孔组件3连接于所述液滴形成组件1下方。
具体的，所述液滴形成组件1包括至少一个液滴收集槽2。图1a中显示的为所述液滴形成组件1的数量为一个，且所述液滴形成组件1包括4个液滴收集槽2的情形，其中，各个液滴收集槽2排成一行，且相邻两个液滴收集槽2共用一面侧壁。当然，在其它实施例中，多个液滴收集槽2也可以采用其它排列方式，并可以分立设置，且所述液滴形成组件1的数量也可以为多个，此处不应过分限制本发明的保护范围。
请参阅图3，显示为所述液滴喷孔组件3的立体结构示意图，所述液滴喷孔组件3包括若干液滴喷孔4。本实施例中，所述液滴喷孔4排列成两行，且每行液滴喷孔均匀分布。在其它实施例中，所述液滴喷孔4也可以采用其它排列方式，此处不应过分限制本发明的保护范围。
请参阅图4，显示为所述液滴喷孔组件3的局部剖面图，本实施例中，所述液滴喷孔4自所述液滴喷孔组件3的上表面开口，并往所述液滴喷孔组件3的下表面方向延伸，但未贯穿所述液滴喷孔组件3的下表面。所述液滴喷孔4的开口形状包括但不限于圆形、椭圆形、多边形中的任意一种。所述液滴喷孔4的容积决定了要形成的数字PCR液滴的体积。
作为示例，所述液滴喷孔组件3可包括热泡打印芯片。热泡打印技术是打印机领域的一项主要技术，其基本原理是通过加热将墨滴喷出。本发明中，所述液滴喷孔组件3可采用现有的热泡打印芯片。
请参阅图5a至图5h，其中，图5a显示为所述液滴形成组件1的正面立体结构示意图，图5b显示为所述液滴形成组件1的背面立体结构示意图，图5c显示为所述液滴形成组件1的俯视图，图5d显示为所述液滴形成组件1的仰视图，图5e、图5f、图5g及图5h分别显示为所述液滴形成组件1在四个方向上的侧视图。本实施例中，所述液滴收集槽2底部设有通槽6，用以暴露出多个所述液滴喷孔4，使得所述液滴喷孔4与所述液滴收集槽2连通。
具体的，如图4所示，所述液滴喷孔4内设有汽化部件5，用于使所述液滴喷孔4中的数字PCR溶液液体层汽化并快速推入所述液滴收集槽2中的液滴形成油中，以形成数字PCR液滴。
作为示例，所述汽化部件5设置于所述液滴喷孔4的底面，所述汽化部件5可以采用加热部件，通过加热所述数字PCR溶液液体层使其汽化。本实施例中，所述加热部件包括加热片，所述加热片可以是单层金属层，也可以是复合多层金属层。所述汽化部件5的形状包括但不限于圆形或方形，面积可以是所述液滴喷孔4底面积的0.5～2倍。在其它实施例中，所述汽化部件5也可以设置于所述液滴喷孔4的侧壁，此处不应过分限制本发明的保护范围。
具体的，所述PCR系统还包括至少一个用于储存数字PCR溶液的PCR试剂腔室，如图3及图4所示，所述液滴喷孔组件3中设有流道，所述液滴喷孔4通过所述流道与所述PCR试剂腔室连通。
作为示例，所述流道包括至少一条主流道9及与所述主流道9连接的多条支流道10，每个所述液滴喷孔4分别与一条所述支流道10连接。图3中显示的为所述液滴喷孔组件3包括一条主流道9的情形，在其它实施例中，所述主流道9的数量也可以与所述液滴收集槽2的数量相匹配，例如图10b中显示的为所述液滴喷孔组件3包括四条主流道9的情形。
作为示例，构建所述流道和所述液滴喷孔的材料包括但不限于硅、聚合物、光刻胶等。
具体的，如图1a所示，所述数字PCR系统还包括基座11，所述PCR试剂腔室设置于所述基座11中，所述液滴喷孔组件3连接于所述基座11上方。
作为示例，所述基座11的材质包括但不限于透明或不透明的塑料、玻璃中的任意一种。
作为示例，如图2所示，所述基座11包括第一基座组件12与第二基座组件13，所述PCR试剂腔室包括PCR试剂上腔室14与PCR试剂下腔室15，所述PCR试剂上腔室14自所述第一基座组件12的上表面开口，并贯穿所述第一基座组件12的下表面，所述PCR试剂下腔室15自所述第二基座组件13的上表面开口，并向所述第二基座组件13的下表面方向延伸，但未贯穿所述第二基座组件13的下表面，所述PCR试剂上腔室14与PCR试剂下腔室15连通且部分交迭。
请参阅图6a至图6g，其中，图6a显示为所述基座11的立体结构示意图，图6b显示为所述基座11的俯视图，图6c显示为所述基座11的仰视图，图6d、图6e、图6f及图6g分别显示为所述基座11在四个方向上的侧视图。
作为示例，所述第一基座组件12通过胶粘方式例如双面胶或胶水等固定于所述第二基座组件13上方。本实施例中，所述第二基座组件13表面具有一用于收容所述第二基座组件13的下沉式平台，且所述下沉式平台的四角具有圆弧形的延伸空间，所述下沉式平台四周的凸起在所述第一基座组件12黏贴到所述下沉式平台表面时起到定位作用。
请参阅图7，显示为所述基座的局部俯视图，其中显示了所述PCR试剂上腔室14与所述PCR试剂下腔室15之间的相对位置关系，本实施例中，所述PCR试剂分为两部分是为了装足够多的数字PCR溶液。
请参阅图8及图9，分别显示为所述第二基座组件13的正面立体结构示意图及背面立体结构示意图。如图7及图9所示，本实施例中，所述第二基座组件13的下表面设有至少一个数字PCR溶液注入孔16，所述数字PCR溶液注入孔16与所述PCR试剂下腔室15连通，用于通过所述数字PCR溶液注入孔16往所述PCR试剂腔室内注入数字PCR溶液。
具体的，如图7及图8所示，所述PCR试剂下腔室15包括第一端及第二端，所述数字PCR溶液注入孔16在所述第一端处与所述PCR试剂下腔室15连通，所述PCR试剂下腔室15在所述第二端处与所述PCR试剂上腔室14连通。本实施例中，所述PCR试剂下腔室15的尺寸自所述第一端至所述第二端方向首先逐渐增大，然后逐渐减小。采用这种设计的可以防止加液时形成气泡。
具体的，如图7及图9所示，所述第二基座组件13的下表面设有至少一个排气孔17，所述排气孔17通过气道8与所述PCR试剂上腔室14连通。如图8所示，所述气道8自所述第二基座组件13的上表面开口，并向所述第二基座组件13的下表面方向延伸，但未贯穿所述第二基座组件13的下表面。
具体的，本实施例中，所述数字PCR溶液注入孔16的开口面积大于所述排气孔17的开口面积，所述数字PCR溶液注入孔16的开口面积做的稍微大一点是为了支撑移液枪的枪头。由于毛细现象，注入所述PCR试剂腔室内的液体不会从所述数字PCR溶液注入孔16或者所述排气孔17流出。
具体的，如图1a及图2所示，所述数字PCR系统还包括软性线路板18，所述软性线路板18连接于所述基座11上方，所述液滴喷孔组件3连接于所述软性线路板18中。
请参阅图10a至图10h，其中，图10a显示为所述液滴喷孔组件3连接于所述软性线路板18的正面结构示意图，图10b显示为所述液滴喷孔组件3连接于所述软性线路板18的背面结构示意图，图10c显示为所述液滴喷孔组件3连接于所述软性线路板18的俯视图，图10d显示为所述液滴喷孔组件3连接于所述软性线路板18的仰视图，图10e、图10f、图10g及图10h分别显示为所述液滴喷孔组件3连接于所述软性线路板18在四个方向上的侧视图。
具体的，所述软性线路板18中设有用于收容所述液滴喷孔组件3的通孔19，且所述软性线路板19表面设有若干第一连接焊垫(未图示)及若干第二连接焊垫20，所述液滴喷孔组件3通过导线与所述第一连接焊垫连接，以通过所述软性线路板18将所述汽化部件5与外部控制器连接。所述液滴喷孔组件3可以通过标准的打线(Wire Bond)工艺与所述第一连接焊垫连接。
作为示例，所述软性线路板18通过胶粘方式与所述基座11连接，如图6a所示，所述基座11表面设有用于防止胶水流到所述液滴喷孔组件3上的沟道21。所述沟道21的数量为多个，分布于所述液滴喷孔组件3的四周。所述沟道21的排布方式可以根据需要进行调整，不限于图6a所呈现的方式。
具体的，所述液滴形成组件1也可以通过胶粘方式固定于所述软性线路板18上。如图5b所示，所述液滴形成组件1背面设有一凸台31，这种设计可以保证所述液滴形成组件1与所述软性线路板18之间牢固粘接。
具体的，如图10a及图10b所示，所述软性线路板18中设有至少两个定位穿孔22，如图6a所示，所述基座11表面设有与所述定位穿孔22位置相对应的定位凸起23，所述定位穿孔22与所述定位凸起23相互配合，有助于所述软性线路板18在所述基座11上的精确定位。
具体的，所述数字PCR系统还包括一控制器，请参阅图11，显示为所述控制器24的立体结构示意图，所述控制器24包括控制器外壳25及位于所述控制器外壳25内的控制器电路板，所述控制器外壳25具有用于放置所述基座11的承载部26，所述承载部26表面设有若干与所述控制器电路连接板连接的电路连接导电针27(也称为Pin)，所述电路连接导电针27与所述软性线路板18上的所述第二连接焊垫30的位置相对应。
具体的，所述控制器24通过软性线路板18与所述液滴喷孔组件3相连通过控制所述加热部件的发热时间、发热次数及发热间隔时间来控制所述数字PCR液滴的形成速度。其中，所述控制器24的控制电路可以采用现有的电路结构。
具体的，如图9所示，所述基座的一端设置有至少一个限位槽13，如图11所示，所述控制器外壳25设置有至少一个与所述限位槽13相对应的限位件29。
进一步的，如图8及图9所示，所述基座还设置有一限位通孔7，所述限位通孔7贯穿所述基座的正面及背面，如图11所示，所述控制器外壳25设置有与所述限位通孔7相对应的限位件30。
本发明的数字PCR系统可用于数字PCR液滴的形成，液滴的快速形成依赖于液滴喷孔内的汽化部件对纳米级厚度液体层的瞬间汽化，从而将液滴喷孔中的数字PCR溶液快速推入液滴形成油中以形成数字PCR液滴，相比于市面上每秒钟100个液滴的形成速度，本发明中的液滴形成技术可以实现大于1000个每秒的液滴形成速度。相比于油相与水相共同运动产生液滴的方法，本发明的技术方案中的油相是静态的，因此油相的消耗量被大大减少，减少了50％左右的油相用量，具有高效的数字PCR油利用率。
实施例二
本发明还提供一种数字PCR液滴形成方法，包括以下步骤：采用汽化部件使数字PCR溶液汽化并快速推入液滴形成油中，以形成数字PCR液滴。
作为示例，使用热泡技术进行高速数字PCR液滴形成，所述汽化部件包括加热部件，通过加热所述数字PCR溶液液体层使其汽化。
具体的，通过控制所述加热部件的发热时间、发热次数及发热间隔时间来控制所述数字PCR液滴的形成速度。利用本发明的数字PCR液滴形成方法可以达到大于1000个/秒的数字PCR液滴形成速度。
作为示例，所述数字PCR液滴形成方法包括以下步骤：
S1：向PCR试剂腔室内注入数字PCR溶液，使数字PCR溶液进入与所述PCR试剂腔室连通的液滴喷孔，形成数字PCR溶液液体层；
S2：向液滴收集槽中添加液滴形成油；
S3：采用汽化部件使所述液体层汽化并快速推入所述液滴收集槽中的所述液滴形成油中，以形成所述数字PCR液滴。
具体的，所述液体层的厚度为纳米级，且大于0.2nm，本实施例中，所述液体层的厚度范围优选为0.2nm～30000nm。
请参阅图12，显示为利用本发明的数字PCR系统形成的数字PCR液滴的光学显微镜图，可见，形成的数字PCR液滴形态对称，均匀。
本发明的数字PCR系统及数字PCR液滴形成方法可以满足所有数字PCR生化试剂的使用。由于许多的生物标志性分子在血液中的浓度非常低(如循环肿瘤DNA在每2ml血液中只有3个DNA分子)，而本发明的数字PCR系统及数字PCR液滴形成方法具有液滴形成数量不受使用油量的限制的特点和高速的特点，使得这类检测在数字PCR的应用成为了可能。
综上所述，本发明的数字PCR系统及数字PCR液滴形成方法使用热泡技术进行高速数字PCR液滴形成，液滴的快速形成依赖于液滴喷孔内的汽化部件对纳米级厚度液体层的瞬间加热汽化，从而将液滴喷孔中的数字PCR溶液快速推入液滴形成油中以形成数字PCR液滴，相比于市面上每秒钟100个液滴的形成速度，本发明中的液滴形成技术可以实现大于1000个每秒的液滴形成速度。相比于油相与水相共同运动产生液滴的方法，本发明的技术方案中的油相是静态的，因此油相的消耗量被大大减少，减少了50％左右的油相用量，具有高效的数字PCR油利用率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (25)

1.一种数字PCR系统，其特征在于，包括：
至少一个液滴形成组件，包括至少一个液滴收集槽；
液滴喷孔组件，连接于所述液滴形成组件下方，包括若干液滴喷孔，所述液滴喷孔自所述液滴喷孔组件的上表面开口，并往所述液滴喷孔组件的下表面方向延伸，但未贯穿所述液滴喷孔组件的下表面，所述液滴喷孔与所述液滴收集槽连通，且所述液滴喷孔内设有汽化部件，用于使所述液滴喷孔中的数字PCR溶液液体层汽化并快速推入所述液滴收集槽中的液滴形成油中，以形成数字PCR液滴；
其中，所述液滴喷孔组件包括热泡打印芯片，所述PCR系统还包括至少一个用于储存数字PCR溶液的PCR试剂腔室，所述液滴喷孔组件中设有流道，所述液滴喷孔通过所述流道与所述PCR试剂腔室连通。
2.根据权利要求1所述的数字PCR系统，其特征在于：所述汽化部件设置于所述液滴喷孔的底面或侧壁。
3.根据权利要求1所述的数字PCR系统，其特征在于：所述液滴喷孔的开口形状包括圆形、椭圆形、多边形中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的数字PCR系统，其特征在于：所述汽化部件包括加热部件，通过加热所述数字PCR溶液液体层使其汽化。
5.根据权利要求4所述的数字PCR系统，其特征在于：所述加热部件包括至少一层金属层。
6.根据权利要求1所述的数字PCR系统，其特征在于：所述液滴收集槽底部设有通槽，所述通槽暴露出多个所述液滴喷孔。
7.根据权利要求1所述的数字PCR系统，其特征在于：所述流道包括至少一条主流道及与所述主流道连接的多条支流道，每个所述液滴喷孔分别与一条所述支流道连接。
8.根据权利要求1所述的数字PCR系统，其特征在于：所述数字PCR系统还包括基座，所述PCR试剂腔室设置于所述基座中，所述液滴喷孔组件连接于所述基座上方。
9.根据权利要求8所述的数字PCR系统，其特征在于：所述基座包括第一基座组件与第二基座组件，所述PCR试剂腔室包括PCR试剂上腔室与PCR试剂下腔室，所述PCR试剂上腔室自所述第一基座组件的上表面开口，并贯穿所述第一基座组件的下表面，所述PCR试剂下腔室自所述第二基座组件的上表面开口，并向所述第二基座组件的下表面方向延伸，但未贯穿所述第二基座组件的下表面，所述PCR试剂上腔室与PCR试剂下腔室连通且部分交迭。
10.根据权利要求9所述的数字PCR系统，其特征在于：所述第二基座组件的下表面设有至少一个数字PCR溶液注入孔，所述数字PCR溶液注入孔与所述PCR试剂下腔室连通。
11.根据权利要求9所述的数字PCR系统，其特征在于：所述PCR试剂下腔室包括第一端及第二端，所述数字PCR溶液注入孔在所述第一端处与所述PCR试剂下腔室连通，所述PCR试剂下腔室在所述第二端处与所述PCR试剂上腔室连通，所述PCR试剂下腔室的尺寸自所述第一端至所述第二端方向首先逐渐增大，然后逐渐减小。
12.根据权利要求9所述的数字PCR系统，其特征在于：所述第二基座组件的下表面设有至少一个排气孔，所述排气孔通过气道与所述PCR试剂上腔室连通，所述气道自所述第二基座组件的上表面开口，并向所述第二基座组件的下表面方向延伸，但未贯穿所述第二基座组件的下表面。
13.根据权利要求9所述的数字PCR系统，其特征在于：所述第一基座组件通过胶粘方式固定于所述第二基座组件上方。
14.根据权利要求8所述的数字PCR系统，其特征在于：所述数字PCR系统还包括软性线路板，所述软性线路板连接于所述基座上方，所述软性线路板中设有用于收容所述液滴喷孔组件的通孔，且所述软性线路板表面设有若干第一连接焊垫及若干第二连接焊垫，所述液滴喷孔组件通过导线与所述第一连接焊垫连接。
15.根据权利要求14所述的数字PCR系统，其特征在于：所述软性线路板通过胶粘方式与所述基座连接，所述基座表面设有用于防止胶水流到所述液滴喷孔组件上的沟道。
16.根据权利要求14所述的数字PCR系统，其特征在于：所述软性线路板中设有至少两个定位穿孔，所述基座表面设有与所述定位穿孔位置相对应的定位凸起。
17.根据权利要求14所述的数字PCR系统，其特征在于：所述数字PCR系统还包括一控制器，所述控制器包括控制器外壳及位于所述控制器外壳内的控制器电路板，所述控制器外壳具有用于放置所述基座的承载部，所述承载部表面设有若干与所述控制器电路连接板连接的电路连接导电针，所述电路连接导电针与所述第二连接焊垫的位置相对应。
18.根据权利要求17所述的数字PCR系统，其特征在于：所述基座的一端设置有至少一个限位槽，所述控制器外壳设置有至少一个与所述限位槽相对应的限位件。
19.根据权利要求17所述的数字PCR系统，其特征在于：所述基座设置有一限位通孔，所述限位通孔贯穿所述基座的正面及背面，所述控制器外壳设置有与所述限位通孔相对应的限位件。
20.根据权利要求8所述的数字PCR系统，其特征在于：所述基座的材质包括塑料、玻璃中的任意一种。
21.一种数字PCR液滴形成方法，其特征在于，包括以下步骤：提供如权利要求1-20任意一项所述的数字PCR系统，采用汽化部件使数字PCR溶液汽化并快速推入液滴形成油中，以形成数字PCR液滴。
22.根据权利要求21所述的数字PCR液滴形成方法，其特征在于：通过控制加热部件的发热时间、发热次数及发热间隔时间来控制所述数字PCR液滴的形成速度。
23.根据权利要求21所述的数字PCR液滴形成方法，其特征在于，包括以下步骤：
向PCR试剂腔室内注入数字PCR溶液，使数字PCR溶液进入与所述PCR试剂腔室连通的液滴喷孔，形成数字PCR溶液液体层；
向液滴收集槽中添加液滴形成油；
采用所述汽化部件使所述液体层汽化并快速推入所述液滴收集槽中的所述液滴形成油中，以形成所述数字PCR液滴。
24.根据权利要求23所述的数字PCR液滴形成方法，其特征在于：所述液体层的厚度范围是0.2 nm~30000 nm。
25.根据权利要求21所述的数字PCR液滴形成方法，其特征在于：所述数字PCR液滴的形成速度大于1000个/秒。
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