CN111286459A - 一种用于数字pcr芯片的油封装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于数字PCR芯片的油封装置，包括：基底，其为铝材料，在所述基底的中间部分开设有一凹槽，所述凹槽作为放置反应芯片的容器，所述凹槽上面设置上盖，上盖通过与基底相对滑动以实现对芯片的密封，上盖在对应芯片的位置使用厚度为0.3‑0.5mm的石蜡油作为油封结构；在所述凹槽的内侧壁上端设置若干弹簧，弹簧的一端与上盖连接，在上盖扣合后的上盖的上侧的凹槽侧面为油封面。本发明的全封闭性及半自动性操作减少了人为操作的过程，从而能够最大程度减少人为操作引起的误差；选取了良好的导热介质充分保证该装置作为反应芯片容器的导热性，充分保证反应条件的稳定性；上盖面采用材料及结构能够充分保证后期结果检测的有效性。

Description

一种用于数字PCR芯片的油封装置
技术领域
本发明涉及核酸扩增仪油封技术领域，具体而言，涉及一种用于数字PCR芯片的油封装置。
背景技术
DNA分子扩增技术的应用促进了分子生物学技术的发展，精确定量DNA拷贝数是现代分子生物学和医学的重要应用之一。1997年，James F.Brown，Jonathan E.Silver和OlgaV.Kalinina构建了数字PCR(digital polymerase chain reaction，dPCR)技术的雏形，并获得了美国专利(专利号:US6143496A)。与传统PCR技术不同的是，数字PCR将核酸样本充分稀释，使每个反应舱的样本模板数少于或者等于1个，PCR扩增结束后对各个反应舱的荧光信号进行统计学分析，解决了实时荧光定量PCR(real time quantitative PCR，qPCR)利用对照标准样品和标准曲线进行相对定量过程中的一系列问题，实现了单分子DNA绝对定量。该技术灵敏度高、特异性强、检测通量高、定量准确，已经广泛应用于临床诊断、转基因成分定量、单细胞基因表达、环境微生物检测和下一代测序等方面。
数字PCR(digital PCR-dPCR)技术是一种新的核酸检测和定量方法，与传统定量PCR(qPCR)技术不同，数字PCR采用绝对定量的方式，不依赖于标准曲线和参照样本，直接检测目标序列的拷贝数。由于这种检测方式具有比传统qPCR更加出色的灵敏度和特异性、精确性，dPCR迅速得到广泛的应用，这项技术在极微量核酸样本检测、复杂背景下稀有突变检测和表达量微小差异鉴定方面变现出的优势已被普遍认可，而其在基因表达研究、microRNA研究、基因组拷贝数鉴定、癌症标志物稀有突变检测、致病微生物鉴定、转基因成分鉴定、NGS测序文库精确定量和结果验证等诸多方面具有的广阔应用前景，已经受到越来越多的关注。数字PCR技术目前分为芯片式及液滴式两种类型，其中芯片式数字PCR设备及技术采用芯片作为核酸扩增的反应容器，由于数字PCR技术及实时荧光定量PCR技术本身的性质，要求必须在全封闭环境中进行核酸扩增反应。
目前芯片式数字PCR机型的芯片承载器件(Thermo Scientific公司的数字PCR芯片承载器件)采用铝作为基底，上表面用塑料及玻璃盖面作为封盖，芯片加样需要使用专用刮板进行样本及反应试剂的混合液进行刮液注入微反应池的方式。加样后再注入矿物油进行封闭，然后将上表面封盖与铝制基底使用强力胶进行贴合后方能放置入扩增仪进行核酸扩增反应。
上述操作的主要缺点在于操作过程步骤多、过程复杂、对操作人员有一定技术要求、人为引起误差可能性较大，操作时间较长，对微小体系反应池内混合液有可能产生挥发性从而造成结果的不准确。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于数字PCR芯片的油封装置，以解决上述技术问题。
为实现上述目的，本发明提出一种用于数字PCR芯片的油封装置，基底，其为铝材料，在所述基底的中间部分开设有一凹槽，所述凹槽作为放置反应芯片的容器，所述凹槽上面设置上盖，上盖通过与基底相对滑动以实现对芯片的密封，上盖在对应芯片的位置使用厚度为0.3-0.5mm的石蜡油作为油封结构；
在所述凹槽的内侧壁上端设置若干弹簧，弹簧的一端与上盖连接，在上盖扣合后的上盖的上侧的凹槽侧面为油封面；
所述凹槽的一侧设置有一红外感应器，通过发射红外线对凹槽内的油封面的高度h进行检测，石蜡油通过注油机注入，并能够实时确定石蜡油的排量Q，注油机能够通过注入石蜡油的排量Q与油封面的高度h确定待注入石蜡油的量V。
进一步地，所述上盖到位之后，所述注油机向所述凹槽内注入石蜡油排量Q1，所述红外传感器检测此时油封面的油面高度h1，所述红外传感器获取该油面高度h1后，传输至控制器内，与预设的排量高度信息进行比对；所述控制器内设定预设第一油面高度h10，将实时测定的油面高度h1与预设第一油面高度h10进行比对，以获取所述上盖的油封信息。
进一步地，将实时测定的油面高度h1与预设第一油面高度h10进行比对，若所述第一油面高度h1与预设第一油面高度h10的差值(h1-h10)>0.5x h10，则所述上盖未能封盖完全，石蜡油通过上盖向下渗漏，此时，需重新调打开上盖并且重新用上盖密封所述芯片，再通过注油机注入石蜡油。
进一步地，若所述第一油面高度h1与预设第一油面高度h10的差值0.2xh10<(h1-h10)<0.5x h10，此时，通过注油机向凹槽内注入0.5x Q1，以对所述上盖密封情况进行测定，注入0.5x Q1的石蜡油后，所述红外传感器测定油面高度h11。
进一步地，若实时测定的油面高度h11小于预设的预设第一油面高度h10，则上盖未能封盖完全，石蜡油通过上盖向下渗漏，此时，需重新调打开上盖并且重新用上盖密封所述芯片，再通过注油机注入石蜡油；若实时测定的油面高度h11大于预设第一油面高度h10且小于1.3x h10，则上盖密封完全，在第一次注入石蜡油后，石蜡油已经填补漏缝，此时，油封到位。
进一步地，若所述第一油面高度h1与预设第一油面高度h10的差值(h1-h10)<0.2xh10，此时，所述控制器获取第一油面高度曲线，若在第一油面高度曲线的边缘处不存在波谷，则该处上盖与凹槽之间不存在间隙，或在经过第一次注油后上盖与凹槽侧壁之间的缝隙填充完成，继续通过注油机注入石蜡油，完成油封过程。
进一步地，根据所述第一油面高度曲线的高低获取石蜡油在该曲线高度的高低值，若在第一油面高度曲线边缘处存在波谷，则该处上盖与凹槽之间存在间隙，需重新对上盖进行封盖。
进一步地，所述注油机向所述凹槽内继续注入排量Q2的石蜡油，所述红外传感器实时获取油封面的油面高度h2，与预设的排量高度信息进行比对，设定第二油面高度h20，将实时测定的油面高度h2与预设第二油面高度h20进行比对。
进一步地，若实时测定的油面高度与预设第二油面高度h20的差值(h2-h20)<0.1xh2，在第二次注入排量Q2时，通过红外传感器获取第二油面高度曲线，根据第二油面高度曲线的高低获取石蜡油在该曲线高度的高低值，若在曲线边缘处存在波谷，则该处上盖与凹槽之间存在间隙，需重新对上盖进行封盖；若在曲线边缘处不存在波谷，则该处上盖与凹槽之间不存在间隙，完成油封过程。
进一步地，若实时测定的油面高度与预设第二油面高度h20的差值(h2-h20)>0.1xh2，则油封未达到要求，此时，通过注油机向凹槽内注入0.5x Q2，所述红外传感器测定油面高度h12，若此时，实时测定的油面高度h12小于预设的预设第二油面高度h20，需重新调打开上盖并且重新用上盖密封所述芯片，再通过注油机注入石蜡油；若实时测定的油面高度h12大于预设的预设第二油面高度h20，并且，重新测定的第三油面曲线在边缘处不存在波谷，则按照此时石蜡油厚度油封。
与现有技术相比本发明的技术效果在于，本发明用于PCR芯片的油封装置，全封闭性及半自动性操作减少了人为操作的过程，从而能够最大程度减少人为操作引起的误差；选取了良好的导热介质充分保证该装置作为反应芯片容器的导热性，充分保证反应条件的稳定性；上盖面采用材料及结构能够充分保证后期结果检测的有效性。
尤其，本发明通过同时对油封的高度信息与油封面的油封曲线进行边缘低谷的判定，以获取实时的上盖密封情况，并作出相应反应，达到完好的石蜡油密封。
尤其，上盖到位之后，所述注油机向所述凹槽内注入石蜡油排量Q1，所述红外传感器检测此时油封面的油面高度h1，所述红外传感器获取该油面高度h1后，传输至控制器内，与预设的排量高度信息进行比对；所述控制器内设定预设第一油面高度h10，将实时测定的油面高度h1与预设第一油面高度h10进行比对，以获取所述上盖的油封信息；将实时测定的油面高度h1与预设第一油面高度h10进行比对，若所述第一油面高度h1与预设第一油面高度h10的差值(h1-h10)>0.5x h10，则所述上盖未能封盖完全，石蜡油通过上盖向下渗漏，此时，需重新调打开上盖并且重新用上盖密封所述芯片，再通过注油机注入石蜡油；若所述第一油面高度h1与预设第一油面高度h10的差值0.2x h10<(h1-h10)<0.5x h10，此时，通过注油机向凹槽内注入0.5xQ1，以对所述上盖密封情况进行测定，注入0.5x Q1的石蜡油后，所述红外传感器测定油面高度h11。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例的用于数字PCR芯片的油封装置的示意图；
图2为本发明实施例的盖板结构的示意图；
图3为本发明实施例的凹槽的俯视结构示意图。
图4为本发明实施例的油封面的结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释发明的技术原理，并非在限制发明的保护范围。
需要说明的是，在发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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，因此不能理解为对发明的限制。
此外，还需要说明的是，在发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体地连接；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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。
请参阅图1所示，其为本发明实施例的用于数字PCR芯片的油封装置的示意图，本实施例的油封装置包括基底1，其为铝材料，在所述基底1的中间部分开设有一凹槽2，所述凹槽作为放置反应芯片的容器，所述凹槽2上面设置上盖3，在本实施例中，上盖3为有机玻璃(PMMA)，在上盖面对应芯片的位置使用厚度为0.3-0.5mm的石蜡油作为油封结构。
具体而言，本实施例的上盖与基底采用弹簧式结构进行连接，上盖通过与基底相上下运动以实现对芯片的密封，在上盖扣合在芯片上侧时，通过石蜡油油封。本实施例的基底采用铝材料，所述凹槽通过在铝块中央按照10x10mm尺寸挖出。
具体而言，本实施例在对数字PCR芯片进行反应的过程中，操作过程为：准备油封装置及PCR反应芯片，将PCR反应芯片置入凹槽内，将核酸扩增反应混合液使用移液枪注入反应芯片表面，将上盖面缓慢推入进行封闭，将矿物油注入空余缝隙，上机进行扩增反应。
参阅图2所示，其为本发明实施例的上盖滑动结构示意图，结合图1所示，本实施例的上盖为弹簧式结构，在凹槽22的内侧壁上端设置若干弹簧23，弹簧的一端与上盖3连接，相应的，在凹槽的内侧壁上端设置弹簧安装柱20，弹簧设置在相对应两侧壁上，通过拉伸弹簧将芯片置入凹槽内，在将芯片放置到位后，将芯片扣合至凹槽上。在上盖扣合后，通过石蜡油在上盖油封，其中，上盖的上侧的凹槽侧面为油封面21，石蜡油在该油封面油封，并能够在油封面上体现石蜡油的实时厚度。相应的，采用弹簧连接结构，还可以设置定位结构以及锁紧结构，以使得凹槽与上盖之间的能够实现定位及锁紧，本领域技术人员可以理解的是，此为常规技术，不再赘述。
参阅图3所示，其为本发明实施例的油封面的结构示意图，本实施例在注入石蜡油的过程中，通过实时控制注入石蜡油的厚度以确定上盖的油封情况，还能够确定上盖的密封情况。结合图1所示，在本实施例的凹槽一侧设置有一红外感应器4，通过发射红外线对凹槽内的油封面21的高度h进行检测，石蜡油通过注油机注入，并能够实时确定石蜡油的排量Q，注油机能够通过注入石蜡油的排量Q与油封面的高度h确定待注入石蜡油的量V。
具体而言，本发明实施例中，上盖到位之后，所述注油机向凹槽内注入石蜡油排量Q1，所述红外传感器检测此时油封面21的油面高度h1，所述红外传感器获取该油面高度h1后，传输至控制器内，与预设的排量高度信息进行比对。在本实施例中，控制器内设定预设第一油面高度h10，将实时测定的油面高度h1与预设第一油面高度h10进行比对，
若，所述第一油面高度h1与预设第一油面高度h10的差值(h1-h10)>0.5x h10，则上盖未能封盖完全，石蜡油通过上盖向下渗漏，此时，需重新调打开上盖并且重新用上盖密封所述芯片，再通过注油机注入石蜡油。
若所述第一油面高度h1与预设第一油面高度h10的差值0.2x h10<
(h1-h10)<0.5x h10，则上盖可能密封不完全，有可能通过上盖渗漏，此时，通过注油机向凹槽内注入0.5x Q1，以对上盖密封情况进行测定，注入0.5x Q1的石蜡油后，所述红外传感器测定油面高度h11，若此时，实时测定的油面高度h11小于预设的预设第一油面高度h10，则上盖未能封盖完全，石蜡油通过上盖向下渗漏，此时，需重新调打开上盖并且重新用上盖密封所述芯片，再通过注油机注入石蜡油。若实时测定的油面高度h11大于预设第一油面高度h10且小于1.3x h10，则上盖密封完全，在第一次注入石蜡油后，石蜡油已经填补漏缝，此时，油封到位。
若所述第一油面高度h1与预设第一油面高度h10的差值(h1-h10)<0.2x h10，此时，所述控制器获取第一油面高度曲线51，上述第一油面高度通过测定的第一油面高度曲线的平均值获取。在本实施例中，红外传感器设置在所述凹槽一侧，第一油面高度曲线沿图3所示方向布置，根据第一油面高度曲线的高低获取石蜡油在该曲线高度的高低值，若在曲线边缘处存在波谷，则该处上盖与凹槽之间存在间隙，需重新对上盖进行封盖；若在曲线边缘处不存在波谷，则该处上盖与凹槽之间不存在间隙，或在经过第一次注油后上盖与凹槽侧壁之间的缝隙填充完成，继续通过注油机注入石蜡油，完成油封过程。
具体而言，所述注油机向凹槽内继续注入排量Q2的石蜡油，所述红外传感器实时获取油封面21的油面高度h2，与预设的排量高度信息进行比对。在本实施例中，设定第二油面高度h20，将实时测定的油面高度h2与预设第二油面高度h20进行比对，
若实时测定的油面高度与预设第二油面高度h20的差值(h2-h20)<0.1xh2，在第二次注入排量Q2时，通过红外传感器获取第二油面高度曲线52，根据第二油面高度曲线的高低获取石蜡油在该曲线高度的高低值，若在曲线边缘处存在波谷，则该处上盖与凹槽之间存在间隙，需重新对上盖进行封盖；若在曲线边缘处不存在波谷，则该处上盖与凹槽之间不存在间隙，完成油封过程，可进行扩增反应。
若实时测定的油面高度与预设第二油面高度h20的差值(h2-h20)>0.1xh2，则油封未达到要求，此时，通过注油机向凹槽内注入0.5x Q2，所述红外传感器测定油面高度h12，若此时，实时测定的油面高度h12小于预设的预设第二油面高度h20，需重新调打开上盖并且重新用上盖密封所述芯片，再通过注油机注入石蜡油；若实时测定的油面高度h12大于预设的预设第二油面高度h20，并且，重新测定的第三油面曲线在边缘处不存在波谷，则按照此时石蜡油厚度油封，可进行扩增反应。
具体而言，本发明通过同时对油封的高度信息与油封面的油封曲线进行边缘低谷的判定，以获取实时的上盖密封情况，并作出相应反应，达到完好的石蜡油密封。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于数字PCR芯片的油封装置，其特征在于，包括：
基底，其为铝材料，在所述基底的中间部分开设有一凹槽，所述凹槽作为放置反应芯片的容器，所述凹槽上面设置上盖，上盖通过与基底相对滑动以实现对芯片的密封，上盖在对应芯片的位置使用厚度为0.3-0.5mm的石蜡油作为油封结构；
在所述凹槽的内侧壁上端设置若干弹簧，弹簧的一端与上盖连接，在上盖扣合后的上盖的上侧的凹槽侧面为油封面；
所述凹槽的一侧设置有一红外感应器，通过发射红外线对凹槽内的油封面的高度h进行检测，石蜡油通过注油机注入，并能够实时确定石蜡油的排量Q，注油机能够通过注入石蜡油的排量Q与油封面的高度h确定待注入石蜡油的量V。
2.根据权利要求1所述的用于数字PCR芯片的油封装置，其特征在于，所述上盖到位之后，所述注油机向所述凹槽内注入石蜡油排量Q1，所述红外传感器检测此时油封面的油面高度h1，所述红外传感器获取该油面高度h1后，传输至控制器内，与预设的排量高度信息进行比对；所述控制器内设定预设第一油面高度h10，将实时测定的油面高度h1与预设第一油面高度h10进行比对，以获取所述上盖的油封信息。
3.根据权利要求2所述的用于数字PCR芯片的油封装置，其特征在于，将实时测定的油面高度h1与预设第一油面高度h10进行比对，若所述第一油面高度h1与预设第一油面高度h10的差值(h1-h10)>0.5x h10，则所述上盖未能封盖完全，石蜡油通过上盖向下渗漏，此时，需重新调打开上盖并且重新用上盖密封所述芯片，再通过注油机注入石蜡油。
4.根据权利要求2所述的用于数字PCR芯片的油封装置，其特征在于，若所述第一油面高度h1与预设第一油面高度h10的差值0.2x h10<(h1-h10)<0.5x h10，此时，通过注油机向凹槽内注入0.5x Q1，以对所述上盖密封情况进行测定，注入0.5x Q1的石蜡油后，所述红外传感器测定油面高度h11。
5.根据权利要求4所述的用于数字PCR芯片的油封装置，其特征在于，若实时测定的油面高度h11小于预设的预设第一油面高度h10，则上盖未能封盖完全，石蜡油通过上盖向下渗漏，此时，需重新调打开上盖并且重新用上盖密封所述芯片，再通过注油机注入石蜡油；若实时测定的油面高度h11大于预设第一油面高度h10且小于1.3x h10，则上盖密封完全，在第一次注入石蜡油后，石蜡油已经填补漏缝，此时，油封到位。
6.根据权利要求2所述的用于数字PCR芯片的油封装置，其特征在于，若所述第一油面高度h1与预设第一油面高度h10的差值(h1-h10)<0.2x h10，此时，所述控制器获取第一油面高度曲线，若在第一油面高度曲线的边缘处不存在波谷，则该处上盖与凹槽之间不存在间隙，或在经过第一次注油后上盖与凹槽侧壁之间的缝隙填充完成，继续通过注油机注入石蜡油，完成油封过程。
7.根据权利要求6所述的用于数字PCR芯片的油封装置，其特征在于，根据所述第一油面高度曲线的高低获取石蜡油在该曲线高度的高低值，若在第一油面高度曲线边缘处存在波谷，则该处上盖与凹槽之间存在间隙，需重新对上盖进行封盖。
8.根据权利要求6所述的用于数字PCR芯片的油封装置，其特征在于，所述注油机向所述凹槽内继续注入排量Q2的石蜡油，所述红外传感器实时获取油封面的油面高度h2，与预设的排量高度信息进行比对，设定第二油面高度h20，将实时测定的油面高度h2与预设第二油面高度h20进行比对。
9.根据权利要求8所述的用于数字PCR芯片的油封装置，其特征在于，若实时测定的油面高度与预设第二油面高度h20的差值(h2-h20)<0.1xh2，在第二次注入排量Q2时，通过红外传感器获取第二油面高度曲线，根据第二油面高度曲线的高低获取石蜡油在该曲线高度的高低值，若在曲线边缘处存在波谷，则该处上盖与凹槽之间存在间隙，需重新对上盖进行封盖；若在曲线边缘处不存在波谷，则该处上盖与凹槽之间不存在间隙，完成油封过程。
10.根据权利要求8所述的用于数字PCR芯片的油封装置，其特征在于，若实时测定的油面高度与预设第二油面高度h20的差值(h2-h20)>0.1xh2，则油封未达到要求，此时，通过注油机向凹槽内注入0.5x Q2，所述红外传感器测定油面高度h12，若此时，实时测定的油面高度h12小于预设的预设第二油面高度h20，需重新调打开上盖并且重新用上盖密封所述芯片，再通过注油机注入石蜡油；若实时测定的油面高度h12大于预设的预设第二油面高度h20，并且，重新测定的第三油面曲线在边缘处不存在波谷，则按照此时石蜡油厚度油封。
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