CN110951610B - 一种全集成小型化的芯片式数字pcr检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种全集成小型化的芯片式数字PCR检测系统及检测方法，所述的PCR检测系统包括泵阀机械模块、温度控制模块、光学检测模块、电路控制模块和PCR检测芯片；所述的泵阀机械模块包括芯片进给部件和气压驱动部件；所述的温度控制模块设置于芯片进给部件上，所述的温度控制模块随PCR检测芯片并行移动用于控制PCR检测芯片的反应温度；所述的光学检测模块包括至少一个光学检测装置；所述的PCR检测芯片内预先注入反应试剂，血液样本与反应试剂在PCR检测芯片中发生PCR反应；所述的电路控制模块用于传输电信号并完成控制命令的执行。该系统结构紧凑、操作简单、能够有效避免污染，在短时间内完成数字PCR扩增与检测。

Description

一种全集成小型化的芯片式数字PCR检测系统及检测方法

技术领域

本发明属于核酸检测技术领域，涉及一种PCR检测系统及检测方法，尤其涉及一种全集成小型化的芯片式数字PCR检测系统及检测方法。

背景技术

体外聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction，PCR)的发明使得体外DNA扩增成为可能。通过PCR扩增后的琼脂糖凝胶电泳可实现DNA扩增产物的定性分析。随着定量DNA检测需求的不断增长，传统的基于电泳分析的PCR逐渐被定量PCR(quantitive PCR，qPCR)分析所取代，即实时荧光定量PCR(Real-time quantitive PCR，RT-qPCR)。但荧光定量PCR一般采用PCR管进行反应并收集荧光，所有核酸模板存在于同一个反应体系中，非特异性扩增会增加假阳性结果和背景噪音，由于其灵敏度的限制，无法分辨低倍的核酸拷贝数变异，因此仍无法获得绝对定量的检测结果。为达到绝对定量检测的目的，数字PCR应运而生。在数字PCR(dPCR)中，DNA模板在互相分隔的微液滴或微隔室中被分散为成千上万个微体系用于扩增，其具有低噪声和捕获低突变信号的能力。

数字PCR检测核酸的过程一般分为四步：核酸样品的提取、样品的分散、样品扩增以及扩增信号检测。截至目前，商业化的数字PCR仪器主要基于油包水(W/O)液滴、微孔板芯片和微流体通道等技术。

CN107904156A公开了一种一体全自动化数字PCR检测系统，所述系统包括左腔室和右腔室等，左腔室和右腔室通过自动隔离门装置隔开；左腔室内设置有液滴生成装置；右腔室内设置有PCR扩增装置、生物芯片阅读装置；所述液滴生成装置用于将预混液进行提取，最后将预混液加到液态生物反应系统中，从而实现将核酸样本加载到生物芯片中；所述PCR扩增装置用于将生物芯片进行核酸扩增；所述生物芯片阅读装置用于自动识别扩增后的生物芯片核酸样本所承载的核酸信息；还包括负压装置，左腔室和右腔室均与负压装置的入口相通，负压装置使左腔室和右腔室形成负压，并使空气通过负压装置排出。

CN106834114A一种基于PCR应用的自动化检测系统，其组成包括打孔系统、试剂自动添加系统、机械臂系统、离心机、智能控制系统、传送机构、PCR检测系统和数据分析系统；所述的打孔系统负责制作滤纸片干血斑和提取遗传物质；所述的试剂自动添加系统负责往反应容器添加微量试剂；所述的机械臂系统负责抓取反应容器；所述的离心机负责固定并带着反应容器做离心运动，完成固液分离工作；所述的传送机构负责将反应容器传送至机械臂系统、离心机、试剂自动添加系统和PCR检测系统；所述的智能控制系统以接口方式连接打孔系统、机械臂系统、离心机、传送机构、试剂自动添加系统和PCR检测系统，并设置其工作参数和控制工作状态；所述的PCR检测系统包括荧光检测部件、加热装置和热传感器10，负责为带有遗传物质的上清液提供不同的恒温反应环境和实时检测样本中的荧光信号量；所述的数据分析系统将PCR检测系统传递过来的数据综合处理分析，得出免疫缺陷病的检测结果。

CN208949317U公开了一种数字PCR芯片及数字PCR检测系统，其中数字PCR芯片包括具有液滴存储腔的芯片本体和设置在芯片本体上的进液口，数字PCR芯片还包括直立设置在芯片本体上且与进液口连通的容置腔，以及设置在芯片本体上的排液口；芯片本体还包括分别将进液口与液滴存储腔连通的第一通道、述排液口与液滴存储腔连通的第二通道，第一通道具有位于芯片本体内部的第一内通路，第二通道具有位于芯片本体内部的第二内通路。液滴在容置腔中生成后便经进液口、第一通道进入液滴存储腔中，液滴在输送过程中能够保持很好的稳定性及封闭性以及实现液滴在液滴存储腔中均匀的单层或多层平铺，有利于获得显著更准确的检测结果。

然而这些数字PCR仪器目前均存在一些缺点，如操作程序复杂，一般需要三台单独的设备分别完成液滴生成、核酸扩增和结果检测；此外，分体式的设计需要依赖专业人员进行操作，增加了人力成本；分体式设计导致的多步样本转移操作容易产生污染，使得检测结果失去可信度；全集成，用户友好的一体化设计能够最大程度的满足多种场景下的检测需求。以上原因均在一定程度上限制了数字PCR仪器的发展和数字PCR技术的进一步广泛应用。设计并研制一种集成液滴生成、核酸扩增和扩增信号检测的一体化的“样本进-结果出”的数字PCR检测系统具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种全集成小型化的芯片式数字PCR检测系统及检测方法，该系统集成了液滴生成、核酸扩增和扩增信号检测的一体化的“样本进-结果出”的数字PCR检测，系统结构紧凑、操作简单、能够有效避免污染，在短时间内完成数字PCR扩增与检测。。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种全集成小型化的芯片式数字PCR检测系统，所述的PCR检测系统包括泵阀机械模块、温度控制模块、光学检测模块、电路控制模块和PCR检测芯片。

所述的泵阀机械模块包括芯片进给部件和气压驱动部件，所述的芯片进给部件用于将PCR检测芯片送入指定区域，PCR检测芯片送入指定区域后，所述的气压驱动部件通过气压驱动控制PCR检测芯片内的反应试剂次序流动从而完成PCR反应。

所述的温度控制模块设置于芯片进给部件上，所述的温度控制模块随PCR检测芯片并行移动用于控制PCR检测芯片的反应温度。

所述的光学检测模块包括至少一个光学检测装置，所述的光学检测装置用于在PCR反应结束后对PCR检测芯片拍照获取荧光照片。

所述的PCR检测芯片内预先注入反应试剂，血液样本与反应试剂在PCR检测芯片中发生PCR反应。

所述的电路控制模块用于传输电信号并完成控制命令的执行。

本发明提供的全集成小型化的芯片式数字PCR系统通过集成化、全自动、封闭式的仪器及芯片设计，避免了一般的数字PCR系统使用三台仪器(液滴生成仪、扩增仪和阅读仪)时包含的转移步骤可能带来的核酸样本交叉污染和人为误差。此外，该系统集核酸提取纯化、微液滴形成、数字化核酸扩增和结果检测于一体，实现了“样本进-结果出”的检测模式，极大地简化了人为操作步骤，节约了人力，提高了检测效率，缩短了检测周期。同时，开放式的结构设计能够兼容液滴式数字PCR检测芯片，可满足包括液滴式和芯片式数字PCR芯片的PCR控温及荧光成像需求。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的芯片进给部件包括底板，所述的底板上固定有滚珠丝杠以及与所述的滚珠丝杠一端传动连接的驱动电机。

优选地，所述的驱动电机通过同步带轮带动滚珠丝杠旋转。

优选地，所述的滚珠丝杠上设置有芯片托盘，所述的芯片托盘沿滚珠丝杠移动。

优选地，所述的滚珠丝杠两端设置有传感器，所述的传感器用于检测芯片托盘在滚珠丝杠上的位置。

优选地，所述的气压驱动部件包括正压气泵以及与所述的正压气泵连接的下压截止阀阵列。

优选地，所述的正压气泵包括依次连接的气缸、电磁阀和分离式气压接口。

优选地，所述的下压截止阀阵列包括相互独立的8个下压截止阀。

优选地，所述的分离式气压接口分别独立连接所述的下压截止阀。

优选地，所述的下压截止阀包括下压头，在气压驱动下所述的下压头在垂直方向上移动从而控制PCR检测芯片内的液体流动。

优选地，所述的下压头外接步进电机，所述的步进电机用于控制下压头在垂直方向的位移距离。

优选地，所述的步进电机上方设置有接触开关，所述接触开关用于定位下压头在垂直方向的零点位置。

优选地，所述的气压驱动部件还包括限位板，所述的限位板上开设有与下压头数量相同的定位孔，所述的下压头穿入定位孔中用于限位下压头之间的相对位置。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的温度控制模块固定于芯片托盘底部，所述的温度控制模块随芯片托盘沿滚珠丝杠并行移动。

在本发明中，芯片进给部件与温度控制模块整合在一起，温度控制模块可以随着芯片一同在仪器内部移动，可以避免分离式加热产生的受热不均匀或影响后续拍照焦距等问题。

优选地，所述的温度控制模块包括控温部件和散热部件，所述的控温部件固定于芯片托盘底部，所述的散热部件位于控温部件两侧。

优选地，所述的控温部件包括半导体加热片和/或半导体制冷片。

优选地，所述的散热部件包括散热片以及位于散热片一端的散热风扇。

优选地，所述的温度控制模块还包括温度传感器，所述的温度传感器紧贴控温部件的底部。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的光学检测模块包括光路支架以及并排固定于光路支架上的至少两个光学检测装置。

优选地，所述的光学检测装置包括壳体，所述壳体内部设置有检测光路模组。

优选地，所述的检测光路模组包括发射端模组和接收端模组，所述的发射端模组发射的激发光经PCR检测芯片反射后由接收端模组接收并成像。

优选地，所述的发射端模组沿激发光光路包括依次间隔设置的LED光源、匀光镜、发射端窄带滤光片和二相色镜，所述的二相色镜倾斜设置，经二相色镜滤光后的激发光照射至PCR检测芯片上发生反射。

优选地，所述的接收端模组沿反射光光路包括依次设置的接收端窄带滤光片、镜头和相机。

优选地，所述的壳体为铝合金材料。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的电路控制模块包括电源电路、驱动电路、控制电路、信息处理与传输电路和嵌入式软件。

优选地，所述的电源电路接入直流电并与各用电模块电性连接。

优选地，所述的驱动电路用于对控制电路进行信号放大。

优选地，所述的控制电路用于控制各模块的移动。

优选地，所述的信息处理与传输电路接入客户端系统，所述的信息处理与传输电路用于将检测结果和拍摄得到的荧光照片传输至客户端。

优选地，所述的嵌入式软件包括仪器软件和中间软件，所述的仪器软件写入控制电路中，用于对驱动类设备进行行为控制及命令执行；所述的中间软件写入信息处理与传输电路中，用于完成数字PCR检测系统与客户端之间的数据通信与资源传输。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的PCR检测芯片包括层叠设置的上层板和下层板。

优选地，所述的上层板的厚度为2～6mm，例如可以是2mm、3mm、4mm、5mm或6mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；进一步优选地，所述的上层板的厚度为2mm。

优选地，所述的下层板的厚度为4～8mm，例如可以是4mm、5mm、6mm、7mm或8mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；进一步优选地，所述的下层板厚5mm。

优选地，所述的上层板和下层板的材质均为聚甲基丙烯酸甲酯。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的上层板上开设有8个阻流孔，所述阻流孔的位置与下压头的位置一一对应。

优选地，所述的阻流孔直径为2～3mm，例如可以是2.0mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm或3.0mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；进一步优选地，所述的阻流孔直径为2.5mm。

优选地，所述的阻流孔内固定有膜片，所述的下压头位于膜片上方，随着下压头在垂直方向上做往复移动促使膜片下压变形或恢复原状。

优选地，所述膜片的材料为聚二甲基硅氧烷。

优选地，所述的上层板上还开设有加样孔、排气孔和气压孔，所述的气压孔与所述的分离式气压接口结合。

作为本发明一种优选的技术方案，所述的下层板上设置有四个单元储液池、一个清洗液池和一个废液池。

优选地，所述的单元储液池、清洗液池和废液池的底部均开设排液孔。

优选地，所述的排液孔的直径为1～2mm，例如可以是1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm或2.0mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述的单元储液池、清洗液池和废液池均为S型结构凹槽。

优选地，沿下层板外缘一周开设有气压通道，所述的气压通道与上层板上开设的气压孔相通。

优选地，所述的单元储液池和清洗液池分别独立接入所述的气压通道。

优选地，所述的气压通道的宽度为1～2mm，例如可以是1.0mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm或2.0mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述的气压通道的深度为0.5～1mm，例如可以是0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1.0mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述的下层板上还开设有依次连通的4个反应腔室。

优选地，所述的反应腔室的深度为2～3mm，例如可以是2.0mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2.4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm或3.0mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述的单元储液池内预先储存有不同的反应试剂。

优选地，根据储存的反应试剂不同，所述的单元储液池分为细胞裂解反应试剂储液池、核酸提取反应试剂储液池、核酸纯化反应试剂储液池和PCR试剂储液池。

优选地，所述的反应腔室根据PCR反应阶段的不同分为依次连通的细胞裂解反应室、核酸提取反应室、核酸纯化反应室和PCR试剂混合室。

优选地，所述的核酸提取反应室内预先放置了FTA卡片，所述的FTA卡片用于抓取和释放核酸。

优选地，所述的PCR试剂混合室内预先放置了PCR反应所需的Mix、引物和探针。

优选地，所述的4个反应腔室分别独立连接对应的单元储液池，单元储液池内储存的反应试剂通过反应试剂通道注入对应的反应腔室内与血液样本发生反应。

优选地，所述的反应试剂通道上设置有与膜片位置对应的阻流槽，所述的阻流槽的形状与对应的膜片下压变形后的形状相匹配，通过膜片下压或复位实现阻流槽的封堵或疏通从而控制反应试剂通道内的液体流动。

优选地，所述的细胞裂解反应室和核酸提取反应室分别独立地连接清洗液池，反应结束后，清洗液池内储存的清洗液通过清洗液通道分别注入细胞裂解反应室和核酸提取反应室内进行清洗。

优选地，所述的清洗液通道上设置有与膜片位置对应的阻流槽，所述的阻流槽的形状与对应的膜片下压变形后的形状相匹配，通过膜片下压或复位实现阻流槽的封堵或疏通从而控制清洗液通道内的液体流动。

优选地，所述的细胞裂解反应室、核酸提取反应室和核酸纯化反应室分别独立地连接废液池，反应结束后产生的废液经废液回收通道流入废液池集中外排。

优选地，所述的废液回收通道上设置有与膜片位置对应的阻流槽，所述的阻流槽的形状与对应的膜片下压变形后的形状相匹配，通过膜片下压或复位实现阻流槽的封堵或疏通从而控制废液回收通道内的液体流动。

优选地，所述的核酸纯化反应室和PCR试剂混合室之间的连接通道上设置有与膜片位置对应的阻流槽，所述的阻流槽的形状与对应的膜片下压变形后的形状相匹配，通过膜片下压或复位实现阻流槽的封堵或疏通从而控制核酸纯化反应室内的液体流入PCR试剂混合室。

优选地，所述的下层板上还开设有与PCR试剂混合室连通的芯片槽。

优选地，所述的芯片槽内放入微孔数字PCR芯片和PCR导热部件。

优选地，所述的芯片槽为阶梯型凹槽，所述的微孔数字PCR芯片位于上层凹槽，所述的PCR导热部件位于下层凹槽。

优选地，所述的PCR导热部件为导热铝块。

优选地，所述的下层板底部嵌入条形预处理导热部件，所述的预处理导热部件位于细胞裂解反应室、核酸提取反应室和核酸纯化反应室的下方。

优选地，所述的预处理导热部件为导热铝块。

第二方面，本发明提供了一种全集成小型化的芯片式数字PCR检测方法，采用第一方面所述的芯片式数字PCR检测系统对血液样本进行数字PCR检测。

所述的检测方法包括：

(Ⅰ)血液样本经预处理制成悬液标本，悬液标本注入PCR检测芯片，芯片进给部件将PCR检测芯片送入生物反应区域；

(Ⅱ)气压驱动部件通过气压驱动控制PCR检测芯片内反应试剂的次序流动，悬液标本与不同的反应试剂依次发生细胞裂解、核酸提取、核酸纯化和PCR反应，在此过程中，温度控制模块对PCR检测芯片的不同反应区域进行加热；

(Ⅲ)反应结束后，光学检测模块发射光源照射反应样本激发产生荧光信号点，对荧光信号进行拍照采集并传输至电路控制模块；

(Ⅳ)电路控制模块对采集到的光信号进行光电信号转换并输送至客户端进行数据分析。

作为本发明一种优选的技术方案，步骤(Ⅰ)中，悬液样本通过加样孔注入PCR检测芯片内部。

优选地，将注入了悬液样本的PCR检测芯片固定于芯片托盘上，芯片进给部件将PCR检测芯片送入下压截止阀阵列的下方。

优选地，步骤(Ⅱ)中，气压驱动控制方式为：

气缸持续充入气体产生正压，气压经分离式气压接口接入不同的下压截止阀，通过电磁阀的开合和关闭控制气压驱动下压头在垂直方向上往复移动，下压头下移压迫膜片，膜片变形封堵阻流槽，截断阻流槽所在的液体流动通道；下压头上升离开膜片，膜片复位脱离阻流槽，疏通阻流槽所在的液体流动通道。

优选地，步骤(Ⅱ)具体包括如下步骤：

(1)悬液样本流入细胞裂解反应室内，通过所述的气压驱动控制方式疏通细胞裂解反应试剂储液池与细胞裂解反应室之间的反应试剂通道，细胞裂解反应试剂储液池内储存的反应试剂注入细胞裂解反应室内与悬液样本发生细胞裂解反应；反应结束后，通过所述的气压驱动控制方式疏通清洗液池与细胞裂解反应室之间的清洗液通道，清洗液池内储存的清洗液注入细胞裂解反应室内进行清洗；清洗结束后，通过所述的气压驱动控制方式疏通废液池与细胞裂解反应室之间的废液回收通道，细胞裂解反应室内的废液流入废液池内；

(2)细胞裂解反应结束后，悬液样本由细胞裂解反应室流入核酸提取反应室，通过所述的气压驱动控制方式疏通核酸提取反应试剂储液池与核酸提取反应室之间的反应试剂通道，核酸提取反应试剂储液池内储存的反应试剂注入核酸提取反应室内与悬液样本发生核酸提取反应；反应结束后，通过所述的气压驱动控制方式疏通清洗液池与核酸提取反应室之间的清洗液通道，清洗液池内储存的清洗液注入核酸提取反应室内进行清洗；清洗结束后，通过所述的气压驱动控制方式疏通废液池与核酸提取反应室之间的废液回收通道，核酸提取反应室内的废液流入废液池内；

(3)核酸提取反应结束后，悬液样本由核酸提取反应室流入核酸纯化反应室，通过所述的气压驱动控制方式疏通核酸纯化反应试剂储液池与核酸纯化反应室之间的反应试剂通道，核酸纯化反应试剂储液池内储存的反应试剂注入核酸纯化反应室内与悬液样本发生核酸纯化反应；反应结束后，通过所述的气压驱动控制方式疏通废液池与核酸纯化反应室之间的废液回收通道，核酸纯化反应室内的废液流入废液池内；

(4)核酸纯化反应结束后，悬液样本由核酸纯化反应室流入PCR试剂混合室，通过所述的气压驱动控制方式疏通PCR试剂储液池与PCR试剂混合室之间的反应试剂通道，PCR试剂储液池内储存的PCR试剂注入PCR试剂混合室内与悬液样本混合液滴生成；

(5)液滴进入芯片槽，与微孔数字PCR芯片完成数字PCR扩增。

本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

所述系统是指设备系统、装置系统或生产装置。

本发明示例性地提供了一种所述的PCR检测系统的人工一步操作的实施步骤，具体包括：

S1、连接28V电源及数据线，启动系统电源开关；

S2、点击前面板上“IN/OUT”按钮，芯片托盘出仓；

S3、吸取待测样本注入PCR检测芯片上的进样孔；

S4、将PCR检测芯片放入芯片托盘，点击前面板上“IN/OUT”按钮，芯片托盘进仓；

S5、点击前面板上“MODE”按钮，选择检测程序(“MRN”microRNA或“MLT”甲基化)。

S6、点击前面板上“START”按钮，开始检测(“RUNNING”灯常亮，代表检测正在进行)。

S7、检测结束后(“所有指示灯常亮”)，点击前面板上“CCD-X”按钮，通过“CCD-1”与“CCD-2”指示灯选择拍照光路，然后点击“START”按钮，控制光路对芯片进行拍照，在客户端读取照片并分析。

S8、击前面板上“IN/OUT”按钮，芯片托盘出仓；

S9、取出已检测的芯片，击前面板上“IN/OUT”按钮，芯片托盘进仓；

S10、关闭系统电源开关，断电。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明提供的全集成小型化的芯片式数字PCR系统通过集成化、全自动、封闭式的仪器及芯片设计，避免了现有的数字PCR系统使用三台仪器(液滴生成仪、扩增仪和阅读仪)时包含的转移步骤可能带来的核酸样本交叉污染和人为误差。

(2)本发明提供的全集成小型化的芯片式数字PCR系统集核酸提取纯化、微液滴形成、数字化核酸扩增和结果检测于一体，实现了“样本进-结果出”的检测模式，极大地简化了人为操作步骤，节约了人力，提高了检测效率，缩短了检测周期。

(3)本发明提供的全集成小型化的芯片式数字PCR系统大幅缩小了数字PCR系统的体积和质量，更加节约空间和运输成本，能够方便地转移，应用场景更加广泛。

(4)本发明提供的全集成、小型化的芯片式数字PCR系统开放式的结构设计能够兼容液滴式数字PCR检测芯片，可满足包括液滴式和芯片式数字PCR芯片的PCR控温及荧光成像需求。

附图说明

图1为本发明一个具体实施方式提供的PCR检测系统的结构示意图；

图2为本发明一个具体实施方式提供的泵阀机械模块的结构示意图；

图3为本发明一个具体实施方式提供的芯片进给部件和温度控制模块的结构示意图；

图4为本发明一个具体实施方式提供的蓝光光学检测装置的内部光路图；

图5为本发明一个具体实施方式提供的绿光光学检测装置的内部光路图；

图6为本发明一个具体实施方式提供的蓝光光学检测装置的结构示意图；

图7为本发明一个具体实施方式提供的绿光光学检测装置的结构示意图；

图8为本发明一个具体实施方式提供的PCR检测芯片的外观示意图；

图9为本发明一个具体实施方式提供的上层板的结构示意图；

图10为本发明一个具体实施方式提供的下层板的结构示意图；

图11为本发明一个具体实施方式提供的分离式气压接口与PCR检测芯片的接口装配示意图；

其中，1-电路控制模块；2-PCR检测芯片；3-下压截止阀阵列；4-光路支架；5-气缸；6-电磁阀；7-限位板；8-芯片托盘；9-步进电机；10-传感器；11-滚珠丝杠；12-同步带轮；13-散热片；14-散热风扇；15-蓝光光学检测装置；16-绿光光学检测装置；17-底板；18-蓝光LED光源阵列；19-绿光LED光源阵列；20-匀光镜；21-蓝光光路发射端窄带滤光片；22-绿光光路发射端窄带滤光片；23-蓝光光路二相色镜；24-绿光光路二相色镜；25-蓝光光路接收端窄带滤光片；26-绿光光路接收端窄带滤光片；27-镜头；28-相机；29-上层板；30-阻流孔；31-膜片；32-下压头；33-加样孔；34-排气孔；35-分离式气压接口；36-气压孔；37-下层板；38-单元储液池；39-废液池；40-排液孔；41-气压通道；42-反应腔室；43-反应试剂通道；44-阻流槽；45-芯片槽；46-微孔数字PCR芯片；47-PCR导热铝块；48-预处理导热铝块；49-壳体。

具体实施方式

需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在一个具体实施方式中，本发明提供了一种全集成小型化的芯片式数字PCR检测系统，所述的PCR检测系统如图1所示，包括泵阀机械模块、温度控制模块、光学检测模块、电路控制模块1和PCR检测芯片2。

泵阀机械模块如图2所示，包括芯片进给部件和气压驱动部件，所述的芯片进给部件用于将PCR检测芯片2送入指定区域，PCR检测芯片2送入指定区域后，所述的气压驱动部件通过气压驱动控制PCR检测芯片2内的反应试剂次序流动完成PCR反应。

芯片进给部件如图3所示，包括底板17，底板17上固定有滚珠丝杠11以及与滚珠丝杠11一端传动连接的步进电机9，步进电机9通过同步带轮12与滚珠丝杠11传动连接。滚珠丝杠11上设置有芯片托盘8，芯片托盘8沿滚珠丝杠11移动。滚珠丝杠11两端设置有传感器10，传感器10用于检测芯片托盘8在滚珠丝杠11上的位置。

气压驱动部件具体包括正压气泵以及与正压气泵气压驱动连接的下压截止阀阵列3。正压气泵包括依次连接的气缸5、电磁阀6和分离式气压接口35。下压截止阀阵列3包括相互独立的8个下压截止阀。分离式气压接口35分别独立连接下压截止阀。下压截止阀包括下压头32，在气压驱动下下压头32在垂直方向上移动从而控制PCR检测芯片2内的液体流动。下压头32外接步进电机9，步进电机9用于控制下压头32在垂直方向的位移距离，步进电机9上方设置有接触开关，接触开关用于定位下压头32在垂直方向的零点位置。气压驱动部件还包括限位板7，限位板7上开设有与下压头32数量相同的定位孔，下压头32穿入定位孔中用于限位下压头32之间的相对位置。

温度控制模块固定于芯片托盘8底部，温度控制模块随芯片托盘8沿滚珠丝杠11并行移动，用于控制PCR检测芯片2的温度。温度控制模块如图3所示，包括控温部件和散热部件，控温部件固定于芯片托盘8底部，散热部件位于控温部件两侧。控温部件包括半导体加热片和/或半导体制冷片，散热部件包括散热片13以及位于散热片13一端的散热风扇14。温度控制模块还包括温度传感器，温度传感器紧贴控温部件的底部。

光学检测模块如图6和图7所示，包括光路支架4以及并排固定于光路支架4上的蓝光光学检测装置15和绿光光学检测装置16，光学检测模块用于在PCR反应结束后对PCR检测芯片2拍照获取荧光照片。蓝光光学检测装置15和绿光光学检测装置16均包括壳体49，壳体49为外表面涂黑的铝合金材料，壳体49内部设置有检测光路模组。如图4和图5所示，检测光路模组包括发射端模组和接收端模组，发射端模组发射的激发光经PCR检测芯片2反射后由接收端模组接收并成像。如图4所示，蓝光光学检测装置15的发射端模组沿激发光光路包括依次间隔设置的蓝光LED光源阵列18(465～485nm，3W)、匀光镜20(25×25mm，表面粗糙度为1.6)、蓝光光路发射端窄带滤光片21(470nm±15nm)和蓝光光路二相色镜23(500nm以下通过，500nm以上反射)，蓝光光路二相色镜23倾斜设置，经蓝光光路二相色镜23滤光后的激发光照射至PCR检测芯片2上发生反射。蓝光光学检测装置15的接收端模组沿反射光光路包括依次设置的蓝光光路接收端窄带滤光片25(520nm±15nm)、镜头27(F52D09，51.9mm定焦)和相机28(德国

DMK 72BUC02，5MP单色CMOS)。如图5所示，绿光光学检测装置16的发射端模组沿激发光光路包括依次间隔设置的绿光LED光源阵列19(520～535nm，3W)、匀光镜20(25×25mm，表面粗糙度为1.6)、绿光光路发射端窄带滤光片22(528nm±15nm)和绿光光路二相色镜24(550nm以下通过，550nm以上反射)，绿光光路二相色镜24倾斜设置，经绿光光路二相色镜24滤光后的激发光照射至PCR检测芯片2上发生反射。绿光光学检测装置16的接收端模组沿反射光光路包括依次设置的绿光光路接收端窄带滤光片26(560nm±15nm)、镜头27(F52D09，51.9mm定焦)和相机28(德国

DMK 72BUC02，5MP单色CMOS)。

电路控制模块1用于传输电信号并完成控制命令的执行。具体地，电路控制模块1包括电源电路、驱动电路、控制电路、信息处理与传输电路和嵌入式软件。其中，电源电路接入直流电并与各用电模块电性连接。驱动电路用于对控制电路进行信号放大。控制电路用于控制各模块的移动。信息处理与传输电路接入客户端系统，信息处理与传输电路用于将检测结果及拍摄得到的荧光照片传输至客户端。嵌入式软件包括仪器软件和中间软件，仪器软件写入控制电路中，用于对驱动类设备进行行为控制及命令执行；中间软件写入信息处理与传输电路中，用于完成数字PCR检测系统与客户端之间的数据通信与资源传输。

PCR检测芯片2设置于芯片进给部件上，PCR检测芯片2内预先注入反应试剂。具体地，PCR检测芯片2如图8所示，包括层叠设置的上层板29和下层板37，上层板29的厚度为2mm，下层板37的厚度为5mm，上层板29和下层板37的材质均为聚甲基丙烯酸甲酯。

如图9所示，上层板29上开设有8个阻流孔30，阻流孔30的位置与下压头32的位置一一对应，阻流孔30直径为2.5mm，阻流孔30内固定有膜片31。如图11所示，下压头32位于膜片31上方，随着下压头32在垂直方向上往复移动促使膜片31下压变形或恢复原状，膜片31的材料为聚二甲基硅氧烷。上层板29上还开设有加样孔33、排气孔34和气压孔36，气压孔36与分离式气压接口35结合。

如图10所示，下层板37上设置有四个单元储液池38、一个清洗液池和一个废液池39。单元储液池38、清洗液池和废液池39的底部均开设有排液孔40(如图8所示)，排液孔40的直径为1mm。单元储液池38、清洗液池和废液池39均为S型结构凹槽。沿下层板37外缘一周开设有气压通道41，气压通道41与上层板29上开设的气压孔36相通。单元储液池38和清洗液池分别独立地接入气压通道41，气压通道41的宽度为1mm，深度为0.5mm。下层板37上还开设有依次连通的四个反应腔室42，反应腔室42的深度为2mm。

单元储液池38内预先储存有不同的反应试剂，根据储存的反应试剂不同，单元储液池38分别为细胞裂解反应试剂储液池、核酸提取反应试剂储液池、核酸纯化反应试剂储液池和PCR试剂储液池。反应腔室42根据PCR反应阶段的不同分为依次连接的细胞裂解反应室、核酸提取反应室、核酸纯化反应室和PCR试剂混合室。核酸提取反应室内预先放置FTA卡片，FTA卡片用于抓取和释放核酸。PCR试剂混合室内预先放置PCR反应所需的Mix、引物和探针。

4个反应腔室42分别独立连接对应的单元储液池38，具体地，细胞裂解反应室连接细胞裂解反应试剂储液池，核酸提取反应室连接核酸提取反应试剂储液池，核酸纯化反应室连接核酸纯化反应试剂储液池，PCR试剂混合室连接PCR试剂储液池。单元储液池38内储存的反应试剂通过反应试剂通道43注入对应的反应腔室42内与血液样本发生反应。反应试剂通道43上设置有与膜片31位置对应的阻流槽44，阻流槽44的形状与对应的膜片31下压变形后的形状相匹配，通过膜片31下压或复位实现阻流槽44的封堵或疏通从而控制反应试剂通道43内的液体流动。

细胞裂解反应室和核酸提取反应室分别独立地连接清洗液池，反应结束后，清洗液池内储存的清洗液通过清洗液通道分别注入细胞裂解反应室和核酸提取反应室内进行清洗。清洗液通道上设置有与膜片31位置对应的阻流槽44，阻流槽44的形状与对应的膜片31下压变形后的形状相匹配，通过膜片31下压或复位实现阻流槽44的封堵或疏通从而控制清洗液通道内的液体流动。

细胞裂解反应室、核酸提取反应室和核酸纯化反应室分别独立地连接废液池39，反应结束后产生的废液经废液回收通道流入废液池39集中外排。废液回收通道上设置有与膜片31位置对应的阻流槽44，阻流槽44的形状与对应的膜片31下压变形后的形状相匹配，通过膜片31下压或复位实现阻流槽44的封堵或疏通从而控制废液回收通道内的液体流动。

核酸纯化反应室和PCR试剂混合室之间的连接通道上设置有与膜片31位置对应的阻流槽44，阻流槽44的形状与对应的膜片31下压变形后的形状相匹配，通过膜片31下压或复位实现阻流槽44的封堵或疏通从而控制核酸纯化反应室内的液体流入PCR试剂混合室。

下层板37上还开设有与PCR试剂混合室连通的芯片槽45，芯片槽45内放入微孔数字PCR芯片46和PCR导热铝块47。具体地，芯片槽45为阶梯型凹槽，微孔数字PCR芯片46位于上层凹槽，PCR导热铝块47位于下层凹槽。如图10所示，下层板37底部嵌入条形预处理导热铝块48，预处理导热铝块48位于细胞裂解反应室、核酸提取反应室和核酸纯化反应室的下方。

在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种全集成小型化的芯片式数字PCR检测方法，采用上述具体实施方式提供的芯片式数字PCR检测系统对血液样本进行数字PCR检测；

所述的检测方法包括：

(Ⅰ)血液样本经预处理制成悬液标本，悬液样本通过加样孔33注入PCR检测芯片2内部，将注入了悬液样本的PCR检测芯片2固定于芯片托盘8上，芯片进给部件将PCR检测芯片2送入生物反应区域；

(Ⅱ)气压驱动部件通过气压驱动控制PCR检测芯片2内反应试剂的次序流动，悬液标本与不同的反应试剂依次发生细胞裂解、核酸提取、核酸纯化和PCR反应，在此过程中，温度控制模块对PCR检测芯片的不同反应区域进行加热；

气压驱动控制方式为：

气缸5持续充入气体产生正压，气压经分离式气压接口35接入不同的下压截止阀，通过电磁阀6的开合和关闭控制气压驱动下压头32在垂直方向上往复移动，下压头32下移压迫膜片31，膜片31变形封堵阻流槽44，截断阻流槽44所在的液体流动通道；下压头32上升脱离膜片31，膜片31复位脱离阻流槽44，疏通阻流槽44所在的液体流动通道；

进一步地，步骤(Ⅱ)具体包括如下步骤：

(1)悬液样本流入细胞裂解反应室内，通过所述的气压驱动控制方式疏通细胞裂解反应试剂储液池与细胞裂解反应室之间的反应试剂通道43，细胞裂解反应试剂储液池内储存的反应试剂注入细胞裂解反应室内与悬液样本发生细胞裂解反应；反应结束后，通过所述的气压驱动控制方式疏通清洗液池与细胞裂解反应室之间的清洗液通道，清洗液池内储存的清洗液注入细胞裂解反应室内进行清洗；清洗结束后，通过所述的气压驱动控制方式疏通废液池39与细胞裂解反应室之间的废液回收通道，细胞裂解反应室内的废液流入废液池39内；

(2)细胞裂解反应结束后，悬液样本由细胞裂解反应室流入核酸提取反应室，通过所述的气压驱动控制方式疏通核酸提取反应试剂储液池与核酸提取反应室之间的反应试剂通道43，核酸提取反应试剂储液池内储存的反应试剂注入核酸提取反应室内与悬液样本发生核酸提取反应；反应结束后，通过所述的气压驱动控制方式疏通清洗液池与核酸提取反应室之间的清洗液通道，清洗液池内储存的清洗液注入核酸提取反应室内进行清洗；清洗结束后，通过所述的气压驱动控制方式疏通废液池39与核酸提取反应室之间的废液回收通道，核酸提取反应室内的废液流入废液池39内；

(3)核酸提取反应结束后，悬液样本由核酸提取反应室流入核酸纯化反应室，通过所述的气压驱动控制方式疏通核酸纯化反应试剂储液池与核酸纯化反应室之间的反应试剂通道43，核酸纯化反应试剂储液池内储存的反应试剂注入核酸纯化反应室内与悬液样本发生核酸纯化反应；反应结束后，通过所述的气压驱动控制方式疏通废液池39与核酸纯化反应室之间的废液回收通道，核酸纯化反应室内的废液流入废液池39内；

(4)核酸纯化反应结束后，悬液样本由核酸纯化反应室流入PCR试剂混合室，通过所述的气压驱动控制方式疏通PCR试剂储液池与PCR试剂混合室之间的反应试剂通道43，PCR试剂储液池内储存的PCR试剂注入PCR试剂混合室内与悬液样本混合液滴生成；

(5)液滴进入芯片槽45，与微孔数字PCR芯片46完成数字PCR扩增。

在此过程中，温度控制模块对PCR检测芯片2的不同反应区域进行恒温或变温加热；

(Ⅲ)反应结束后，光学检测模块发射光源照射激发反应样本，PCR检测芯片2的反应区域会发出两种不同光谱的微弱荧光信号点，每种颜色荧光点的数量就代表它所标记的核酸序列的初始含量，对荧光点进行拍照采集并传输至电路控制模块1；

(Ⅳ)电路控制模块1对采集到的光信号进行转换处理为电信号后送入客户端进行数据分析，同时完成对各机械结构系统的驱动控制，各机械部件位置归零。客户端利用全智能自动算法完成划门及数据分析处理，输出测试结果。同时配合电路控制系统完成与主机的数据通信，检测结束。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (64)

1.一种全集成小型化的芯片式数字PCR检测系统，其特征在于，所述的PCR检测系统包括泵阀机械模块、温度控制模块、光学检测模块、电路控制模块和PCR检测芯片；

所述的泵阀机械模块包括芯片进给部件和气压驱动部件，所述的芯片进给部件用于将PCR检测芯片送入指定区域，PCR检测芯片送入指定区域后，所述的气压驱动部件通过气压驱动控制PCR检测芯片内的反应试剂次序流动完成PCR反应，所述芯片进给部件包括底板，所述底板上固定有滚珠丝杠以及与所述的滚珠丝杠一端传动连接的驱动电机，所述滚珠丝杠上设置有芯片托盘，所述芯片托盘沿滚珠丝杠移动；

所述的温度控制模块设置于芯片进给部件上，所述的温度控制模块随PCR检测芯片并行移动用于控制PCR检测芯片的反应温度，所述温度控制模块包括控温部件和散热部件，所述控温部件固定于芯片托盘底部，所述散热部件位于控温部件两侧，所述温度控制模块随芯片托盘沿滚珠丝杠并行移动；

所述的光学检测模块包括光路支架以及并排固定于光路支架上的至少两个光学检测装置，所述的光学检测装置用于在PCR反应结束后对PCR检测芯片拍照获取荧光照片；

所述的PCR检测芯片内预先注入反应试剂，血液样本与反应试剂在PCR检测芯片中发生PCR反应，所述PCR检测芯片包括层叠设置的上层板和下层板，所述下层板上开设有依次连通的4个反应腔室，所述反应腔室根据PCR反应阶段的不同分为依次连通的细胞裂解反应室、核酸提取反应室、核酸纯化反应室和PCR试剂混合室，所述下层板上还开设有与PCR试剂混合室连通的芯片槽，所述芯片槽内放入微孔数字PCR芯片；

所述的电路控制模块包括电源电路、驱动电路、控制电路、信息处理与传输电路和嵌入式软件，所述电源电路接入直流电并与各用电模块电性连接，用于传输电信号并完成控制命令的执行。

2.根据权利要求1所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的驱动电机通过同步带轮带动滚珠丝杠旋转。

3.根据权利要求1所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的滚珠丝杠两端设置有传感器，所述的传感器用于检测芯片托盘在滚珠丝杠上的位置。

4.根据权利要求1所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的气压驱动部件包括正压气泵以及与所述的正压气泵连接的下压截止阀阵列。

5.根据权利要求4所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的正压气泵包括依次连接的气缸、电磁阀和分离式气压接口。

6.根据权利要求5所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的下压截止阀阵列包括相互独立的8个下压截止阀。

7.根据权利要求6所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的分离式气压接口分别独立连接所述的下压截止阀。

8.根据权利要求6所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的下压截止阀包括下压头，在气压驱动下所述的下压头在垂直方向上移动从而控制PCR检测芯片内的液体流动。

9.根据权利要求8所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的下压头外接步进电机，所述的步进电机用于控制下压头在垂直方向的位移距离。

10.根据权利要求9所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的步进电机上方设置有接触开关，所述接触开关用于定位下压头在垂直方向的零点位置。

11.根据权利要求8所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的气压驱动部件还包括限位板，所述的限位板上开设有与下压头数量相同的定位孔，所述的下压头穿入定位孔中用于限位下压头之间的相对位置。

12.根据权利要求1所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的控温部件包括半导体加热片和/或半导体制冷片。

13.根据权利要求1所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的散热部件包括散热片以及位于散热片一端的散热风扇。

14.根据权利要求1所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的温度控制模块还包括温度传感器，所述的温度传感器紧贴控温部件的底部。

15.根据权利要求1所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的光学检测装置包括壳体，所述壳体内部设置有检测光路模组。

16.根据权利要求15所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的检测光路模组包括发射端模组和接收端模组，所述的发射端模组发射的激发光经PCR检测芯片反射后由接收端模组接收并成像。

17.根据权利要求16所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的发射端模组沿激发光光路包括依次间隔设置的LED光源、匀光镜、发射端窄带滤光片和二相色镜，所述的二相色镜倾斜设置，经二相色镜滤光后的激发光照射至PCR检测芯片上发生反射。

18.根据权利要求16所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的接收端模组沿反射光光路包括依次设置的接收端窄带滤光片、镜头和相机。

19.根据权利要求15所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的壳体为铝合金材料。

20.根据权利要求1所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的驱动电路用于对控制电路进行信号放大。

21.根据权利要求1所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的控制电路用于控制各模块的移动。

22.根据权利要求1所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的信息处理与传输电路接入客户端系统，所述的信息处理与传输电路用于将检测结果和拍摄得到的荧光照片传输至客户端。

23.根据权利要求1所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的嵌入式软件包括仪器软件和中间软件，所述的仪器软件写入控制电路中，用于对驱动类设备进行行为控制及命令执行；所述的中间软件写入信息处理与传输电路中，用于完成数字PCR检测系统与客户端之间的数据通信与资源传输。

24.根据权利要求1所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的上层板的厚度为2～6mm。

25.根据权利要求24所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的上层板的厚度为2mm。

26.根据权利要求1所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的下层板的厚度为4～8mm。

27.根据权利要求26所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的下层板的厚度5mm。

28.根据权利要求1所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的上层板和下层板的材质均为聚甲基丙烯酸甲酯。

29.根据权利要求8所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的上层板上开设有8个阻流孔，所述阻流孔的位置与下压头的位置一一对应。

30.根据权利要求29所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的阻流孔直径为2～3mm。

31.根据权利要求30所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的阻流孔直径为2.5mm。

32.根据权利要求29所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的阻流孔内固定有膜片，所述的下压头位于膜片上方，随着下压头在垂直方向上往复移动促使膜片下压变形或恢复原状。

33.根据权利要求32所述的PCR检测系统，其特征在于，所述膜片的材料为聚二甲基硅氧烷。

34.根据权利要求32所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的上层板上还开设有加样孔、排气孔和气压孔，所述的气压孔与所述的分离式气压接口结合。

35.根据权利要求34所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的下层板上设置有四个单元储液池、一个清洗液池和一个废液池。

36.根据权利要求35所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的单元储液池、清洗液池和废液池的底部均开设排液孔。

37.根据权利要求36所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的排液孔的直径为1～2mm。

38.根据权利要求35所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的单元储液池、清洗液池和废液池均为S型结构凹槽。

39.根据权利要求35所述的PCR检测系统，其特征在于，沿下层板外缘一周开设有气压通道，所述的气压通道与上层板上开设的气压孔相通。

40.根据权利要求39所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的单元储液池和清洗液池分别独立接入所述的气压通道。

41.根据权利要求39所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的气压通道的宽度为1～2mm。

42.根据权利要求39所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的气压通道的深度为0.5～1mm。

43.根据权利要求1所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的反应腔室的深度为2～3mm。

44.根据权利要求35所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的单元储液池内预先储存有不同的反应试剂。

45.根据权利要求44所述的PCR检测系统，其特征在于，根据储存的反应试剂不同，所述的单元储液池分为细胞裂解反应试剂储液池、核酸提取反应试剂储液池、核酸纯化反应试剂储液池和PCR试剂储液池。

46.根据权利要求1所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的核酸提取反应室内预先放置FTA卡片，所述的FTA卡片用于抓取和释放核酸。

47.根据权利要求1所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的PCR试剂混合室内预先放置PCR反应所需的Mix、引物和探针。

48.根据权利要求44所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的4个反应腔室分别独立连接对应的单元储液池，单元储液池内储存的反应试剂通过反应试剂通道注入对应的反应腔室内与血液样本发生反应。

49.根据权利要求48所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的反应试剂通道上设置有与膜片位置对应的阻流槽，所述的阻流槽的形状与对应的膜片下压变形后的形状相匹配，通过膜片下压或复位实现阻流槽的封堵或疏通从而控制反应试剂通道内的液体流动。

50.根据权利要求35所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的细胞裂解反应室和核酸提取反应室分别独立地连接清洗液池，反应结束后，清洗液池内储存的清洗液通过清洗液通道分别注入细胞裂解反应室和核酸提取反应室内进行清洗。

51.根据权利要求50所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的清洗液通道上设置有与膜片位置对应的阻流槽，所述的阻流槽的形状与对应的膜片下压变形后的形状相匹配，通过膜片下压或复位实现阻流槽的封堵或疏通从而控制清洗液通道内的液体流动。

52.根据权利要求35所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的细胞裂解反应室、核酸提取反应室和核酸纯化反应室分别独立地连接废液池，反应结束后产生的废液经废液回收通道流入废液池集中外排。

53.根据权利要求52所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的废液回收通道上设置有与膜片位置对应的阻流槽，所述的阻流槽的形状与对应的膜片下压变形后的形状相匹配，通过膜片下压或复位实现阻流槽的封堵或疏通从而控制废液回收通道内的液体流动。

54.根据权利要求32所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的核酸纯化反应室和PCR试剂混合室之间的连接通道上设置有与膜片位置对应的阻流槽，所述的阻流槽的形状与对应的膜片下压变形后的形状相匹配，通过膜片下压或复位实现阻流槽的封堵或疏通从而控制核酸纯化反应室内的液体流入PCR试剂混合室。

55.根据权利要求1所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的芯片槽内放入PCR导热部件。

56.根据权利要求55所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的芯片槽为阶梯型凹槽，所述的微孔数字PCR芯片位于上层凹槽，所述的PCR导热部件位于下层凹槽。

57.根据权利要求55所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的PCR导热部件为导热铝块。

58.根据权利要求1所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的下层板底部嵌入条形预处理导热部件，所述的预处理导热部件位于细胞裂解反应室、核酸提取反应室和核酸纯化反应室的下方。

59.根据权利要求58所述的PCR检测系统，其特征在于，所述的预处理导热部件为导热铝块。

60.一种全集成小型化的芯片式数字PCR检测方法，其特征在于，采用权利要求1-59任一项所述的芯片式数字PCR检测系统对血液样本进行数字PCR检测；

所述的检测方法包括：

(Ⅰ)血液样本经预处理制成悬液标本，悬液标本注入PCR检测芯片，芯片进给部件将PCR检测芯片送入生物反应区域；

(Ⅱ)气压驱动部件通过气压驱动控制PCR检测芯片内反应试剂的次序流动，悬液标本与不同的反应试剂依次发生细胞裂解、核酸提取、核酸纯化和PCR反应，在此过程中，温度控制模块对PCR检测芯片的不同反应区域进行加热；

(Ⅲ)反应结束后，光学检测模块发射光源照射反应样本激发产生荧光信号点，对荧光信号进行拍照采集并传输至电路控制模块；

(Ⅳ)电路控制模块对采集到的光信号进行光电信号转换并输送至客户端进行数据分析。

61.根据权利要求60所述的检测方法，其特征在于，步骤(Ⅰ)中，悬液样本通过加样孔注入PCR检测芯片内部。

62.根据权利要求61所述的检测方法，其特征在于，将注入了悬液样本的PCR检测芯片固定于芯片托盘上，芯片进给部件将PCR检测芯片送入下压截止阀阵列的下方。

63.根据权利要求60所述的检测方法，其特征在于，步骤(Ⅱ)中，气压驱动控制方式为：

气缸持续充入气体产生正压，气压经分离式气压接口接入不同的下压截止阀，通过电磁阀的开合和关闭控制气压驱动下压头在垂直方向上往复移动，下压头下移压迫膜片，膜片变形封堵阻流槽，截断阻流槽所在的液体流动通道；下压头上升离开膜片，膜片复位脱离阻流槽，疏通阻流槽所在的液体流动通道。

64.根据权利要求63所述的检测方法，其特征在于，步骤(Ⅱ)具体包括如下步骤：

(1)悬液样本流入细胞裂解反应室内，通过所述的气压驱动控制方式疏通细胞裂解反应试剂储液池与细胞裂解反应室之间的反应试剂通道，细胞裂解反应试剂储液池内储存的反应试剂注入细胞裂解反应室内与悬液样本发生细胞裂解反应；反应结束后，通过所述的气压驱动控制方式疏通清洗液池与细胞裂解反应室之间的清洗液通道，清洗液池内储存的清洗液注入细胞裂解反应室内进行清洗；清洗结束后，通过所述的气压驱动控制方式疏通废液池与细胞裂解反应室之间的废液回收通道，细胞裂解反应室内的废液流入废液池内；

(2)细胞裂解反应结束后，悬液样本由细胞裂解反应室流入核酸提取反应室，通过所述的气压驱动控制方式疏通核酸提取反应试剂储液池与核酸提取反应室之间的反应试剂通道，核酸提取反应试剂储液池内储存的反应试剂注入核酸提取反应室内与悬液样本发生核酸提取反应；反应结束后，通过所述的气压驱动控制方式疏通清洗液池与核酸提取反应室之间的清洗液通道，清洗液池内储存的清洗液注入核酸提取反应室内进行清洗；清洗结束后，通过所述的气压驱动控制方式疏通废液池与核酸提取反应室之间的废液回收通道，核酸提取反应室内的废液流入废液池内；

(3)核酸提取反应结束后，悬液样本由核酸提取反应室流入核酸纯化反应室，通过所述的气压驱动控制方式疏通核酸纯化反应试剂储液池与核酸纯化反应室之间的反应试剂通道，核酸纯化反应试剂储液池内储存的反应试剂注入核酸纯化反应室内与悬液样本发生核酸纯化反应；反应结束后，通过所述的气压驱动控制方式疏通废液池与核酸纯化反应室之间的废液回收通道，核酸纯化反应室内的废液流入废液池内；

(4)核酸纯化反应结束后，悬液样本由核酸纯化反应室流入PCR试剂混合室，通过所述的气压驱动控制方式疏通PCR试剂储液池与PCR试剂混合室之间的反应试剂通道，PCR试剂储液池内储存的PCR试剂注入PCR试剂混合室内与悬液样本混合液滴生成；

(5)液滴进入芯片槽，与微孔数字PCR芯片完成数字PCR扩增。

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