CN112708545A - 一种基于微流控芯片的液滴数字pcr检测装置 - Google Patents

一种基于微流控芯片的液滴数字pcr检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于微流控芯片的液滴数字PCR检测装置，属于检测设备技术领域，由微流控芯片以及PCR检测装置组成，微流控芯片包括芯片框架和芯片本体，芯片本体设置在芯片框架的内部，芯片本体的内部设置有微流槽通道，微流槽通道的两端分别固定安装有进液端口以及出液端口，进液端口的输入端固定安装有进液连接头，出液端口的输出端固定安装有出液连接头。该基于微流控芯片的液滴数字PCR检测装置，通过设置夹持环，将插入导液管的进液连接头以及出液连接头进行夹持固定，并利用驱动装置带动紧束带对夹持环进行绷紧固定，保证了导液管不会与进液连接头、出液连接头突然发生断开，从而保证了该基于微流控芯片的液滴数字PCR检测装置的安全性。

Description

一种基于微流控芯片的液滴数字PCR检测装置
技术领域
本发明属于检测设备技术领域，具体为一种基于微流控芯片的液滴数字PCR检测装置。
背景技术
数字PCR是通过将微量样本做高倍稀释和分液，使每个反应单元含有不超过一个模板分子，再将所有样品进行PCR扩增，并对扩增结果以阳性或阴性直接计数统计分析的一种技术。
微流控芯片指的是将化学和生物等领域中所涉及的样本制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块很小的芯片上，由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，用以实现常规化学或生物实验室的各种功能。微流控芯片能快速、准确地将样品分成若干个独立的单元，并进行多步平行反应，成本低、体积小、高通量，是目前理想的数字PCR平台，微流控芯片数字PCR是采用微流控芯片将PCR反应液分割成数量众多且体积相等的反应单元，通过检测扩增后荧光信号呈阳性的反应单元的数量对核酸模板进行定量。
现有技术中，在进行液滴数字PCR检测时，导液管往往只是简单的与进出液连接头进行插接，很容易出现断开，导致液体洒落一地的检测事故发生，为此，需要提出了一种基于微流控芯片的液滴数字PCR检测装置来解决上述问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于微流控芯片的液滴数字PCR检测装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于微流控芯片的液滴数字PCR检测装置，由微流控芯片以及PCR检测装置组成，微流控芯片包括芯片框架和芯片本体，所述芯片本体设置在芯片框架的内部，所述芯片本体的内部设置有微流槽通道，所述微流槽通道的两端分别固定安装有进液端口以及出液端口，所述进液端口的输入端固定安装有进液连接头，所述出液端口的输出端固定安装有出液连接头；
所述PCR检测装置包括夹持环、放置台以及驱动装置，所述夹持环将插接有导液管的进液连接头和出液连接头进行贴合固定，所述夹持环的外部缠绕有紧束带，所述放置台上固定安装有第一定滑轮以及第二定滑轮，所述紧束带通过第一定滑轮以及第二定滑轮设置在驱动装置的内部。
进一步优化本技术方案，所述夹持环采用两个半环结构进行设计，其中一个半环结构的两端套接在另一个半环结构的内部，用于贴合进液连接头以及出液连接头的外表面。
进一步优化本技术方案，所述紧束带的一端固定连接在夹持环的外表面，所述紧束带在夹持环的外表面上缠绕一圈。
进一步优化本技术方案，所述第一定滑轮和第二定滑轮上下设置在放置台上，用于改变紧束带的传输方向，使得紧束带可以呈“Z”字型，并在贴合进液连接头、出液连接头时保持紧束带的紧绷状态。
进一步优化本技术方案，所述放置台上固定安装有两个安装扣，两个安装扣对称设置在放置台上，用于对紧束带进行套接防护。
进一步优化本技术方案，所述驱动装置包括驱动外壳，所述驱动外壳的内部设置有驱动电机，所述驱动电机输出轴的表面设置有驱动卡齿，所述驱动外壳外部的表面设置有用于开关驱动电机的驱动按钮，所述驱动外壳的外侧开设有用于紧束带进出的驱动口。
进一步优化本技术方案，所述紧束带的尾端表面设置有与驱动卡齿啮合的插槽，所述啮合的插槽进行等间距排列的设置。
与现有技术相比，本发明提供了一种基于微流控芯片的液滴数字PCR检测装置，具备以下有益效果：
该基于微流控芯片的液滴数字PCR检测装置，通过设置夹持环，将插入导液管的进液连接头以及出液连接头进行夹持固定，并利用驱动装置带动紧束带对夹持环进行绷紧固定，保证了导液管不会与进液连接头、出液连接头突然发生断开，从而保证了该基于微流控芯片的液滴数字PCR检测装置的安全性。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于微流控芯片的液滴数字PCR检测装置的微流控芯片结构示意图；
图2为本发明提出的一种基于微流控芯片的液滴数字PCR检测装置的检测装置结构示意图；
图3为本发明提出的一种基于微流控芯片的液滴数字PCR检测装置的驱动装置结构示意图；
图4为实施例2中不同初始浓度的样本在芯片上数字PCR的检测结果图；
图5为实施例2中不同初始浓度的样本在芯片上数字PCR的检测结果泊松分布的线性关系图。
图中：1、芯片框架；2、芯片本体；3、微流槽通道；4、进液端口；5、出液端口；6、进液连接头；7、出液连接头；8、夹持环；9、紧束带；10、放置台；11、第一定滑轮；12、第二定滑轮；13、安装扣；14、驱动装置；141、驱动外壳；142、驱动电机；143、驱动按钮；144、驱动卡齿；145、驱动口。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请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申请。
实施例1：
请参阅图1-3，一种基于微流控芯片的液滴数字PCR检测装置，由微流控芯片以及PCR检测装置组成，微流控芯片包括芯片框架1和芯片本体2，所述芯片本体2设置在芯片框架1的内部，所述芯片本体2的内部设置有微流槽通道3，所述微流槽通道3的两端分别固定安装有进液端口4以及出液端口5，所述进液端口4的输入端固定安装有进液连接头6，所述出液端口5的输出端固定安装有出液连接头7；
所述PCR检测装置包括夹持环8、放置台10以及驱动装置14，所述夹持环8将插接有导液管的进液连接头6和出液连接头7进行贴合固定，所述夹持环8的外部缠绕有紧束带9，所述放置台10上固定安装有第一定滑轮11以及第二定滑轮12，所述紧束带9通过第一定滑轮11以及第二定滑轮12设置在驱动装置14的内部。
其中，微流控芯片将2种互不相溶的液体，以其中的一种作为连续相(油相)，另一种作为分散相(水相)，在水/油两相表面张力和剪切力共同作用下分散相以微小体积单元的形式分散于连续相中，形成液滴，液滴中包裹了单拷贝DNA模板和PCR反应液，将液滴收集在PCR检测仪中进行扩增，PCR反应结束后将液滴取出在另一微流控芯片上通过类似液滴生成的技术检测每个液滴的荧光信号，然后进行统计分析。
具体的，所述夹持环8采用两个半环结构进行设计，其中一个半环结构的两端套接在另一个半环结构的内部，用于贴合进液连接头6以及出液连接头7的外表面。
具体的，所述紧束带9的一端固定连接在夹持环8的外表面，所述紧束带9在夹持环8的外表面上缠绕一圈。
具体的，所述第一定滑轮11和第二定滑轮12上下设置在放置台10上，用于改变紧束带9的传输方向，使得紧束带9可以呈“Z”字型，并在贴合进液连接头6、出液连接头7时保持紧束带9的紧绷状态。
具体的，所述放置台10上固定安装有两个安装扣13，两个安装扣13对称设置在放置台10上，用于对紧束带9进行套接防护。
具体的，所述驱动装置14包括驱动外壳141，所述驱动外壳141的内部设置有驱动电机142，所述驱动电机142输出轴的表面设置有驱动卡齿144，所述驱动外壳141外部的表面设置有用于开关驱动电机142的驱动按钮143，所述驱动外壳141的外侧开设有用于紧束带9进出的驱动口145。
具体的，所述紧束带9的尾端表面设置有与驱动卡齿144啮合的插槽，所述啮合的插槽进行等间距排列的设置。
较之其他的PCR技术，液滴式数字PCR在50到60个循环扩增后便能实现对模板DNA分子的精确定量，且无需使用任何相关校准物或者外标，非常适用于突变检测、拷贝数变异、单细胞基因表达分析、等位基因不平衡表达及miRNA表达分析等方向的研究。
实施例2：具体实验
采用实施例1的基于微流控芯片的液滴数字PCR检测装置，从Hela细胞中提取的cDNA以10的倍数稀释后制备不同浓度的样本用于测试设计的dPCR芯片的性能及装置的有效性。注入模板核酸进入dPCR微芯片并分配到微腔中进行PCR扩增。后PCR扩增，通过计数阳性微腔室的比例，反应中靶基因的拷贝数是通过泊松分布方程数学公式计算的。我们发现，不同初始浓度的输入待测样本在芯片上呈现单分散状态，并且通过连续稀释原始样品，阳性微腔的数量相应减少(见图4-5)。使用过程中，本发明装置并未发生导液管断开的漏液事故，而且整个装置操作简单，运行良好。
本发明的有益效果是：该基于微流控芯片的液滴数字PCR检测装置，通过设置夹持环8，将插入导液管的进液连接头6以及出液连接头7进行夹持固定，并利用驱动装置14带动紧束带9对夹持环8进行绷紧固定，保证了导液管不会与进液连接头6、出液连接头7突然发生断开，从而保证了该基于微流控芯片的液滴数字PCR检测装置的安全性。
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、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种基于微流控芯片的液滴数字PCR检测装置，由微流控芯片以及PCR检测装置组成，其特征在于，微流控芯片包括芯片框架(1)和芯片本体(2)，所述芯片本体(2)设置在芯片框架(1)的内部，所述芯片本体(2)的内部设置有微流槽通道(3)，所述微流槽通道(3)的两端分别固定安装有进液端口(4)以及出液端口(5)，所述进液端口(4)的输入端固定安装有进液连接头(6)，所述出液端口(5)的输出端固定安装有出液连接头(7)；
所述PCR检测装置包括夹持环(8)、放置台(10)以及驱动装置(14)，所述夹持环(8)将插接有导液管的进液连接头(6)和出液连接头(7)进行贴合固定，所述夹持环(8)的外部缠绕有紧束带(9)，所述放置台(10)上固定安装有第一定滑轮(11)以及第二定滑轮(12)，所述紧束带(9)通过第一定滑轮(11)以及第二定滑轮(12)设置在驱动装置(14)的内部。
2.根据权利要求1所述的一种基于微流控芯片的液滴数字PCR检测装置，其特征在于，所述夹持环(8)采用两个半环结构进行设计，其中一个半环结构的两端套接在另一个半环结构的内部，用于贴合进液连接头(6)以及出液连接头(7)的外表面。
3.根据权利要求1所述的一种基于微流控芯片的液滴数字PCR检测装置，其特征在于，所述紧束带(9)的一端固定连接在夹持环(8)的外表面，所述紧束带(9)在夹持环(8)的外表面上缠绕一圈。
4.根据权利要求1所述的一种基于微流控芯片的液滴数字PCR检测装置，其特征在于，所述第一定滑轮(11)和第二定滑轮(12)上下设置在放置台(10)上，用于改变紧束带(9)的传输方向，使得紧束带(9)可以呈“Z”字型，并在贴合进液连接头(6)、出液连接头(7)时保持紧束带(9)的紧绷状态。
5.根据权利要求1所述的一种基于微流控芯片的液滴数字PCR检测装置，其特征在于，所述放置台(10)上固定安装有两个安装扣(13)，两个安装扣(13)对称设置在放置台(10)上，用于对紧束带(9)进行套接防护。
6.根据权利要求1所述的一种基于微流控芯片的液滴数字PCR检测装置，其特征在于，所述驱动装置(14)包括驱动外壳(141)，所述驱动外壳(141)的内部设置有驱动电机(142)，所述驱动电机(142)输出轴的表面设置有驱动卡齿(144)，所述驱动外壳(141)外部的表面设置有用于开关驱动电机(142)的驱动按钮(143)，所述驱动外壳(141)的外侧开设有用于紧束带(9)进出的驱动口(145)。
7.根据权利要求6所述的一种基于微流控芯片的液滴数字PCR检测装置，其特征在于，所述紧束带(9)的尾端表面设置有与驱动卡齿(144)啮合的插槽，所述啮合的插槽进行等间距排列的设置。
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