CN113186093A - 聚合酶链式反应芯片 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种聚合酶链式反应芯片，以解决现有聚合酶链式反应芯片无法使得聚合酶链式反应液相材料在变性后快速降温至退火温度，从而导致扩增效率慢的技术问题。该聚合酶链式反应芯片包括：储液区，用于储存聚合酶链式反应液相材料；以及控温区，包括设置在芯片的第一表面的变性温区、退火温区以及延伸温区、设置在芯片的与第一表面相对的第二表面的降温区、以及分布设置在第一表面和第二表面通道结构；其中，降温区的温度小于等于退火温区的温度；其中，通道结构的两端分别与储液区连接，构造为引导聚合酶链式反应液相材料依次经过变性温区、降温区、退火温区以及延伸温区。

Description

聚合酶链式反应芯片

技术领域

本申请涉及生物医疗器械领域，具体涉及一种聚合酶链式反应芯片。

背景技术

PCR(polymerase chain reaction，聚合酶链式反应)是一种非常重要的分子生物学技术。作为一种主要的核酸扩增复制技术，PCR被广泛地应用到生物科学相关的各个学科领域中，并给基因相关检测、研究等带来了深刻的影响。

PCR技术经过近三十年的发展已经得到了不断地改进和延伸，但是如何进一步提高PCR的扩增效率及缩短反应时间一直是研究人员追求的目标。

PCR反应的关键是重复和控制循环温度。目前绝大部分的扩增是在常规PCR热循环仪上进行反复的升温降温，实现PCR的变性、退火、延伸三个过程所需温度的循环。但是这种方法普遍存在着热容大、加热速度和冷却速度慢以及耗用昂贵的生化试剂多等缺点。

连续流控式PCR微流控芯片是采用时间一空间转换的方法实现PCR热循环过程，即PCR反应液连续流过变性、退火、延伸三个不同温区，或变性、退火延伸(两个过程合并)两个温区，规避了升降温过程，实现了快速PCR反应。但是不足之处是目前已有的连续流控式PCR微流控芯片都无法解决样品从变性温区到退火温区需要经过延伸温度区的不足。然而，为了保证较高的扩增效率，变性后的样品需要快速降温至退火温度，如果在延生温区滞留时间长就会严重影响扩增效率，这是本领域人员的共识。

申请内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本申请实施例提供了一种聚合酶链式反应芯片，以解决现有聚合酶链式反应芯片无法使得聚合酶链式反应液相材料在变性后快速降温至退火温度，从而导致扩增效率慢的技术问题。

(二)技术方案

根据本申请的一个方面，本申请一可能的实现方式提供的一种聚合酶链式反应芯片，包括：储液区，用于储存聚合酶链式反应液相材料；以及控温区，包括设置在芯片的第一表面的变性温区、退火温区以及延伸温区、设置在芯片的与所述第一表面相对的第二表面的降温区、以及分布设置在所述第一表面和所述第二表面通道结构；其中，所述降温区的温度小于等于所述退火温区的温度；其中，所述通道结构的两端分别与所述储液区连接，构造为引导所述聚合酶链式反应液相材料依次经过所述变性温区、所述降温区、所述退火温区以及所述延伸温区。

在本申请一实施例中，所述通道结构包括：布置在所述变性温区的变性通道结构，用于引导所述聚合酶链式反应液相材料在所述变性温区发生变性反应；布置在所述降温区的降温通道结构，用于引导所述聚合酶链式反应液相材料在所述降温区进行降温；布置在所述退火温区的退火通道结构，用于引导所述聚合酶链式反应液相材料在所述退火温区发生退火反应；布置在所述延伸温区的延伸通道结构，用于引导所述聚合酶链式反应液相材料在所述延伸温区发生延伸反应；与所述变性通道结构的液相流向的末端连接的第一通孔，用于将所述聚合酶链式反应液相材料由所述变性通道结构引导至所述降温通道结构；以及与所述降温通道结构的液相流向的末端连接的第二通孔，用于将所述聚合酶链式反应液相材料由所述降温通道结构引导至所述退火通道结构。

在本申请一实施例中，所述通道结构包括多个所述变性通道结构、多个所述降温通道结构、多个所述退火通道结构、多个所述延伸通道结构、多个第一通孔以及多个第二通孔；其中，与所述储液区的液相流出端连接的所述变性通道结构包括：与所述延伸通道结构连接的U形变性通道，用于反转所述聚合酶链式反应液相材料的流向；其中，所述通道结构最远离所述储液区的一端为所述退火通道结构，该位于最远离所述储液区的一端的所述退火通道结构包括：与所述第二通孔连接的U形退火通道，用于反转所述聚合酶链式反应液相材料的流向。

在本申请一实施例中，所述通道结构包括：在所述第一表面依次并列设置的第一变性通道结构、第一延伸通道结构、第一退火通道结构、第二延伸通道结构、第二变性通道结构、第三延伸通道结构以及第二退火通道结构；以及在所述第二表面依次并列设置的第一降温通道结构、第二降温通道结构以及第三降温通道结构；其中，所述通道结构进一步构造为，引导所述聚合酶链式反应液相材料依次经过所述第一变性通道结构、第一降温通道结构、第一退火通道结构、第二延伸通道结构、第二变性通道结构、第三降温通道结构、第二退火通道结构、第三延伸通道结构、第二变性通道结构、第二降温通道结构、第一退火通道结构以及第一延伸通道结构。

在本申请一实施例中，与所述储液区的液相流出端连接的所述变性通道结构进一步包括：与所述储液区的液相流出端连接的预变性通道，构造为蛇形蜿蜒形状。

在本申请一实施例中，所述聚合酶链式反应芯片进一步包括：设置在所述第一表面一侧的，分别与多个所述变性通道结构对应的多个变性加热源、分别与多个所述退火通道结构对应的多个退火加热源以及分别与多个所述延伸通道结构对应的多个延伸加热源；以及设置在所述第二表面一侧的，与多个所述降温通道结构整体对应的恒温加热源。

在本申请一实施例中，所述多个变性加热源、多个退火加热源以及多个延伸加热源中相邻的两个加热源之间设置有间隔区域。

在本申请一实施例中，所述聚合酶链式反应液相材料包括聚合酶链式反应溶液；其中，所述储液区包括设置在液相流出端的第一储液池和设置在液相回收端的第二储液池。

在本申请一实施例中，所述聚合酶链式反应液相材料包括油包水液滴；其中，所述储液区包括：水相储液池，用于储存水相溶液；油相储液池，用于储存油相溶液；水相通道，构造为与所述水相储液池连接；第一油相通道和第二油相通道，分别构造为与所述油相储液池连接，其中所述第一油相通道、第二油相通道和所述水相通道构造为在预设位置交汇，以生成所述油包水液滴；以及导出通道，构造为导出所述油包水液滴。

在本申请一实施例中，所述水相通道包括节流段，所述节流段的横截面积小于所述水相通道其他部分的横截面积。

在本申请一实施例中，所述聚合酶链式反应芯片进一步包括：间隔通孔，设置在所述储液区和所述控温区之间。

在本申请一实施例中，所述聚合酶链式反应芯片包括：并列设置的多个所述储液区和并列设置的多个所述控温区；其中，每个所述储液区与一个所述控温区设置在同一排，并通过所述通道结构与该位于同一排的所述控温区连接。

在本申请一实施例中，所述聚合酶链式反应芯片进一步包括：设置在所述通道结构的与所处储液区的液相回收端连通的一端的荧光检测装置和/或荧光计数装置；和/或，设置在所述通道结构的通道上的荧光检测装置。

本申请可能的实现方式提供的聚合酶链式反应芯片，通过在控温区中设置位于第二表面的降温区，使得聚合酶链式反应液相材料在经过位于第一表面的变性温区后可以迅速进入位于第二表面的降温区，从而将聚合酶链式反应液相材料迅速降至退火温度以下，然后再进入第一表面的退火温区。这样变性温区、退火温区以及延伸温区仍然都可排布在第一表面，且也有效避免了聚合酶链式反应液相材料从变性温区到退火温区需要经过延伸温度区而影响扩增效率的问题，实现了高集成度、高扩增效率的聚合酶链式反应。

附图说明

图1所示为本申请一可能的实现方式提供的一种聚合酶链式反应芯片的结构示意图。

图2所示为本申请另一可能的实现方式提供的一种聚合酶链式反应芯片的结构示意图。

图3所示为本申请另一可能的实现方式提供的一种聚合酶链式反应芯片的结构示意图。

图4a所示为图3所示的一种聚合酶链式反应芯片的结构中储液区的一种通道结构示意图。

图4b所示为图3所示的一种聚合酶链式反应芯片的结构中储液区的另一种通道结构示意图。

图5所示为本申请另一可能的实现方式提供的一种聚合酶链式反应芯片的结构示意图。

图6所示为本申请另一可能的实现方式提供的一种聚合酶链式反应芯片的结构示意图。

图7所示为本申请另一可能的实现方式提供的一种聚合酶链式反应芯片中荧光检测装置的设置位置示意图。

图8所示为本申请另一可能的实现方式提供的一种聚合酶链式反应芯片中荧光检测装置的设置位置示意图。

图9所示为本申请另一可能的实现方式提供的一种聚合酶链式反应芯片中荧光检测装置的设置位置示意图。

【附图标记说明】

10-储液区；20-控温区；30-第一表面；40-第二表面；50-通道结构；

11-第一储液池；12-第二储液池；13-水相储液池；14-油相储液池；15-水相通道；16-第一油相通道；17-第二油相通道；18-导出通道；151-节流段；

51-变性通道结构；52-退火通道结构；53-延伸通道结构；54-降温通道结构；55-第一通孔；56-第二通孔；

501～508-位置；

511-第一变性通道结构；512-第二变性通道结构；513-U形变性通道；514-预变性通道；

521-第一退火通道结构；522-第二退火通道结构；523-U形退火通道；

531-第一延伸通道结构；532-第二延伸通道结构；533-第三延伸通道结构；

541-第一降温通道结构；542-第二降温通道结构；543-第三降温通道结构；

61-多个热源；62-恒温加热源；

71-储液池；72-孔；73-孔；

80-间隔通孔；81-通道；82-储液池组；83-储液池组；

821-储液池；822-储液池；831-储液池；832-储液池；

91～92-位置；

101-油包水微液滴。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1所示为本申请一可能的实现方式提供的一种聚合酶链式反应芯片的结构示意图。如图1所示，该聚合酶链式反应芯片包括：储液区10和控温区20。

具体而言，储液区10用于储存聚合酶链式反应液相材料。聚合酶链式反应液相材料为用于进行聚合酶链式反应的液相原材料。聚合酶链式反应是一种用于放大扩增特定的DNA(脱氧核糖核酸)片段的分子生物学技术，可被看作是生物体外的特殊DNA复制。聚合酶链式反应的最大特点是能将微量的DNA大幅增加，从而被广泛的应用在考古溯源、刑事侦查等领域。聚合酶链式反应是利用DNA在变性温度区间(一般为92℃-94℃)变性会变成单链，在退火温度区间(一般为54℃-58℃)时引物与单链按碱基互补配对的原则结合，再调整温度至DNA聚合酶最适反应的延伸温度区间(例如72℃)时，DNA聚合酶便会沿着磷酸到五碳糖(5′-3′)的方向合成互补链，从而实现DNA扩增。

控温区20包括设置在芯片的第一表面30的变性温区、退火温区以及延伸温区、设置在芯片的与第一表面30相对的第二表面40的降温区、以及分布设置在第一表面30和第二表面40通道结构50；其中，降温区的温度小于等于退火温区的温度。通道结构50的两端分别与储液区10连接，构造为引导聚合酶链式反应液相材料依次经过变性温区、降温区、退火温区以及延伸温区。通过通道结构50的引导，在一个循环反应过程中，聚合酶链式反应液相材料中的DNA会首先在经过位于第一表面30的变性温区变性为单链，然后经由第二表面40的降温区快速降温至退火温度区间以下，然后再流回位于第一表面30的退火温区进行碱基互补配对，并随后经过第一表面30的延伸温区进行合成互补以实现DNA扩增。

由此可见，本申请实施例提供的聚合酶链式反应芯片，通过在控温区20中设置位于第二表面40的降温区，使得聚合酶链式反应液相材料在经过位于第一表面30的变性温区后可以迅速进入位于第二表面40的降温区，从而将聚合酶链式反应液相材料迅速降至退火温度以下，然后再进入第一表面30的退火温区。这样变性温区、退火温区以及延伸温区仍然都可排布在第一表面30，且也有效避免了聚合酶链式反应液相材料从变性温区到退火温区需要经过延伸温度区而影响扩增效率的问题，实现了高集成度、高扩增效率的聚合酶链式反应。

在本申请一实施例中，该聚合酶链式反应芯片的控温区20的通道结构50可具体包括：布置在变性温区的变性通道结构51，用于引导聚合酶链式反应液相材料在变性温区发生变性反应；布置在降温区的降温通道结构54，用于引导聚合酶链式反应液相材料在降温区进行降温；布置在退火温区的退火通道结构52，用于引导聚合酶链式反应液相材料在退火温区发生退火反应；布置在延伸温区的延伸通道结构53，用于引导聚合酶链式反应液相材料在延伸温区发生延伸反应；与变性通道结构51的液相流向的末端连接的第一通孔55，用于将聚合酶链式反应液相材料由变性通道结构51引导至降温通道结构54；以及与降温通道结构54的液相流向的末端连接的第二通孔56，用于将聚合酶链式反应液相材料由降温通道结构54引导至退火通道结构52。

然而应当理解，由于通常聚合酶链式反应其实是需要经过多个循环的变性-退火-延伸才能够完成的，每一循环中聚合酶链式反应液相材料经过变性-退火-延伸处理，聚合酶链式反应液相材料中的DNA含量便会增加一倍，这意味着其实需要在聚合酶链式反应芯片的第一表面30设置多个变性温区、多个退火温区以及多个延伸温区才能完成该多个循环。而考虑到聚合酶链式反应芯片的表面积是有限的，因此例如图1所示，第一表面30上的变性温区、退火温区和延伸温区是在从左向右和从右向左的两个流向上被反复重复利用的。相应地，通道结构50也需要包括多个变性通道结构51、多个降温通道结构54、多个退火通道结构52、多个延伸通道结构53、多个第一通孔55以及多个第二通孔56。其中每个第一通孔55都用于将聚合酶链式反应液相材料由一个变性通道结构51引导至相邻的一个降温通道结构54，每一个第二通孔56都用于将聚合酶链式反应液相材料由一个降温通道结构54引导至相邻的一个退火通道结构52。然而应当理解，根据循环反应流程的设计不同，通道结构50中变性通道结构51、降温通道结构54、退火通道结构52、延伸通道结构53、第一通孔55以及第二通孔56的排布方式和数量是可以调整的，本申请对通道结构50中变性通道结构51、降温通道结构54、退火通道结构52、延伸通道结构53、第一通孔55以及第二通孔56的排布方式和数量并不做严格限定。

在本申请一实施例中，如图1所示，与储液区10的液相流出端连接的变性通道结构51包括：与延伸通道结构53连接的U形变性通道513，用于反转聚合酶链式反应液相材料的流向。这样当聚合酶链式反应液相材料经由延伸通道结构53流到该与储液区10的液相流出端连接的变性通道结构51时，便可随着该U形变性通道513的引导反转流向并通过第一通孔55进入第二表面40的降温通道结构54。

相应地，如图1所示，通道结构50最远离储液区10的一端为退火通道结构52，该位于最远离储液区10的一端的退火通道结构52包括：与第二通孔56连接的U形退火通道523，用于反转聚合酶链式反应液相材料的流向。这样当聚合酶链式反应液相材料经由第二表面40的降温区流到该最远离储液区10的一端的退火通道结构52时，便可随着该U形退火通道523的引导反转流向并继续流向相邻的延伸通道结构53。

在本申请一实施例中，如图1所示，通道结构50可具体包括：在第一表面30依次并列设置的第一变性通道结构511、第一延伸通道结构531、第一退火通道结构521、第二延伸通道结构532、第二变性通道结构512、第三延伸通道结构533以及第二退火通道结构522；以及在第二表面40依次并列设置的第一降温通道结构541、第二降温通道结构542以及第三降温通道结构543。其中，通道结构50进一步构造为，引导聚合酶链式反应液相材料依次经过第一变性通道结构511、第一降温通道结构541、第一退火通道结构521、第二延伸通道结构532、第二变性通道结构512、第三降温通道结构543、第二退火通道结构522、第三延伸通道结构533、第二变性通道结构512、第二降温通道结构542、第一退火通道结构521以及第一延伸通道结构531，以完成从控温区20的左端至右端并接着从右端返回至左端的三个循环。接着第一延伸通道结构531便会引导着聚合酶链式反应液相材料返回第一变性通道结构511，并经由U形变性通道513反转流向以开始下一轮的三个循环。之后随着循环数的增多，重复以上液体流路过程，可以完成多次的聚合酶链式反应扩增。

具体而言，上述从控温区20的左端至右端并接着从右端返回至左端的三个循环中，聚合酶链式反应液相材料的流动过程如下：首先，聚合酶链式反应液相材料从储液区10的液相流出端进入第一变性通道结构511，然后通过第一通孔55进入第二表面40的第一降温通道结构541，然后通过第二通孔56返回第一表面30的第一退火通道结构521，然后进入第二延伸通道结构532，然后进入第二变性通道结构512，然后通过第一通孔55进入第二表面40的第三降温通道结构543，然后通过第二通孔56返回第一表面30的第二退火通道结构522，然后经过第二退火通道结构522的U形退火通道523的反向引导进入第三延伸通道结构533，然后进入第二变性通道结构512，然后通过第一通孔55进入第二表面40的第二降温通道结构542，然后通过第二通孔56返回第一表面30的第一退火通道结构521，然后进入第一延伸通道结构531。由此可见，在上述聚合酶链式反应液相材料的流动过程中，虽然经过了三个循环的变性-退火-延伸，但是聚合酶链式反应液相材料并未在从变性温区到退火温区的过程中在延伸温度区停留，从而显著提高了扩增效率。同时，通过采用U形变性通道513和U形退火通道523，第一表面30上的变性温区、退火温区和延伸温区是在从左向右和从右向左的两个流向上是被重复利用的，从而更有效地利用了第一表面30的面积进行了通道结构50布局。

应当理解，聚合酶链式反应液相材料的流动动力可来源于在储液区10的液相流出端处施加正压，或液相回收端施加负压，或同时在液相流出端施加正压、液相回收端处施加负压，只要在液相流出端和液相回收端处两处形成压力差以能够驱动聚合酶链式反应液相材料在通道结构50中流动即可，本申请对聚合酶链式反应液相材料的流动动力来源方式不做严格限定。

在本申请一实施例中，为了使得聚合酶链式反应液相材料中的模板DNA完全变性与PCR酶的完全激活，以保证后续的聚合酶链式反应能够成功，有必要在开始第一次变性处理之前对聚合酶链式反应液相材料进行预变性。因此，与储液区10的液相流出端连接的变性通道结构51可进一步包括：与储液区10的液相流出端连接的预变性通道514，构造为蛇形蜿蜒形状。该预变性通道514也设置在变性温区，通过将刚从液相流出端流出的聚合酶链式反应液相材料经过该预变性通道便可实现预变性。

图2所示为本申请另一可能的实现方式提供的一种聚合酶链式反应芯片的结构示意图。如图2所示，该聚合酶链式反应芯片可进一步包括：设置在第一表面30一侧的多个热源61，该多个热源61包括分别与多个变性通道结构51对应的多个变性加热源、分别与多个退火通道结构52对应的多个退火加热源以及分别与多个延伸通道结构53对应的多个延伸加热源；以及设置在第二表面40一侧的，与多个降温通道结构54整体对应的恒温加热源62。在本申请一实施例中，为了防止控温区20的不同区域之间的热串扰，多个变性加热源、多个退火加热源以及多个延伸加热源中相邻的两个加热源之间设置有间隔区域。

具体而言，在芯片的第一表面30，每个变性通道结构51、退火通道结构52、以及延伸通道结构53下面分别设置不同温度的热源61，分别维持相应的区域温度为设定温度。相邻加热区域之间间隔一定间隔空间，空间最小宽度为1mm，通过间隔区域的空气隔热效应，利用芯片本身材料的不良导热效应及不同区域的热平衡原理，防止不同热源之间的热串扰。芯片的第二表面40设置恒温加热源62，该恒温加热源维持第二表面40温度恒温，当温度超过设定值后启动降温模式，温度达不到设定值启动升温模式。设定温度小于或等于退火温度设定值。由于芯片存在一定的厚度，利用芯片材料的不良导热效应，芯片第一表面30的热量较难传导到芯片第二表面40，另外恒温加热源62可具备升降温功能，可以维持芯片第二表面40达到恒低温状态，且温度低于退火温度。

应当理解，虽然在图2所示结构中温度值以94℃、72℃、55℃为代表值分别对第一表面30上的变性温区、延伸温区和退火温区的温度进行标注和说明，但是在本申请的其他实施例中，各温区的温度不局限于上述具体温度值。此外应当理解，按照需要加热的区域数量，可以设置对应数量的热源61，图中以7个加热区域为例进行说明，但是在本申请的其他实施例中不局限于7个热源61。

在本申请一实施例中，如图1或图2所示，聚合酶链式反应液相材料包括聚合酶链式反应溶液，储液区10包括设置在液相流出端的第一储液池11和设置在液相回收端的第二储液池12。然而应当理解，虽然在图1或图2中，第一储液池11和第二储液池12都设置在了控温区20的同一侧，在本申请的其他实施例中，第一储液池11和第二储液池12也可以分别设置在控温区20的不同侧，具体第一储液池11和第二储液池12的设置位置可根据通道结构50的具体设计而调整，本申请对第一储液池11和第二储液池12的设置位置不做严格限定。

图3所示为本申请另一可能的实现方式提供的一种聚合酶链式反应芯片的结构示意图。在该实施例中，聚合酶链式反应液相材料为油包水液滴。此时，如图3所示，储液区10包括：水相储液池13、油相储液池14、水相通道15、第一油相通道16和第二油相通道17以及导出通道18。具体而言，水相储液池13用于储存水相溶液。油相储液池14用于储存油相溶液。水相通道15构造为与水相储液池13连接。第一油相通道16和第二油相通道17，分别构造为与油相储液池14连接，其中第一油相通道16、第二油相通道17和水相通道15构造为在预设位置交汇，以生成油包水液滴。导出通道18构造为导出油包水液滴。

具体而言，如图4a所示，储液池71为在储液区10的液相回收端的液滴回收池，油相储液池14中盛放油相溶液，水相储液池13盛放水相溶液。通过在油相储液池14、水相储液池13处施加不同的正压，或同时在储液池71处施加一定的负压，在压力差的驱动下，油相储液池14中的油相溶液经过孔72分别进入第一油相通道16和第二油相通道17中，水相储液池13中的水相溶液经由孔73进入水相通道15中，油相和水相溶液在十字交叉结构的预设位置相汇并产生油包水微液滴，并经由导出通道18进入控温区的通道结构50中，经过多轮次的循环反应后返回储液池71中。

在本申请一实施例中，如图4b所示，水相通道15包括节流段151，节流段151的横截面积小于水相通道15其他部分的横截面积。通过设计节流段151，在油相储液池14和水相储液池13处施加同样压力也能够使得油相和水相溶液产生压力差，或仅在储液池71处施加负压的情况下也可使得油相和水相溶液产生压力差，进而产生微液滴，从而进一步简化了聚合酶链式反应液相材料的流动动力来源的驱动方式，易于操作。

在本申请一实施例中，如图1所示，该聚合酶链式反应芯片还可进一步包括：间隔通孔80，设置在储液区10和控温区20之间。通过设计间隔通孔80，可使得芯片的储液区10和控温区20隔开，防止储液区10和控温区20之间发生热串扰，从而进一步提高该聚合酶链式反应芯片的可靠性，提高聚合酶链式反应效率。

图5所示为本申请另一可能的实现方式提供的一种聚合酶链式反应芯片的结构示意图。如图5所示，该聚合酶链式反应芯片包括：并列设置的多个储液区10和并列设置的多个控温区20；其中，每个储液区10与一个控温区20设置在同一排，并通过通道结构50与该位于同一排的控温区20连接。

具体而言，图5所示的结构其实实现了一种多通道结构50的聚合酶链式反应芯片。通道81可被看作是该聚合酶链式反应芯片的一个结构单元，通道81的结构可与图1所示的聚合酶链式反应芯片的结构相同。整个多通道芯片由多个与81相同的单元组成。在一进一步实施例中，82和83分别为储液池组，储液池组82和储液池组83的间隔距离可为9mm的整倍数，以与现在商用的多排移液器的相邻移液单元间隔距离(9mm)相匹配，方便后期利用多排移液器进样，但不限于9mm的整倍数距离。芯片的相邻结构单元的储液池的中心间隔距离也可为9mm的整倍数，例如储液池831与832的中心间隔距离为9mm的整倍数，储液池821与822的中心间隔距离为9mm的整倍数，但不限于9mm的整倍数距离。

应当理解，虽然图5所示的结构中，每个结构单元的储液区10仅包括了两个储液池，然而应当理解，在本申请的其他实施例中，每个结构单元的储液区10也可以包括两个以上的储液池，此时每个结构单元可采用与图3所示的聚合酶链式反应芯片的相同结构，整体多通道结构50的聚合酶链式反应芯片的结构可如图6所示。

在本申请一实施例中，由于聚合酶链式反应液相材料在经过循环反应时，需要定量的去衡量聚合酶链式反应液相材料中DNA扩增的数量，可在聚合酶链式反应液相材料中加入荧光基团，利用荧光信号积累实时监测聚合酶链式反应进程中每个循环反应后扩增产物量的变化，对反应过程中聚合酶链式反应液相材料发出的荧光信号进行准确的定量分析。因此，该聚合酶链式反应芯片还可进一步包括：设置在通道结构50的与所处储液区10的液相回收端连通的一端的荧光检测装置和/或荧光计数装置；和/或，设置在通道结构50的通道上的荧光检测装置。通过设置这些荧光检测装置和/或荧光计数装置，便可通过荧光检测的收到实现对聚合酶链式反应液相材料中DNA扩增的数量的定量分析。然而应当理解，根据具体荧光检测手段和定量方式的不同，荧光检测装置和/或荧光计数装置可分别设置在通道结构50的不同位置，本申请对该聚合酶链式反应芯片采用的具体荧光检测手段并不做严格限定。

图7所示为本申请另一可能的实现方式提供的一种聚合酶链式反应芯片中荧光检测装置的设置位置示意图。如图7所示，该聚合酶链式反应芯片中的荧光检测装置设置在通道结构50与储液区10的液相回收端连接的一端。具体而言，可以设置在第二表面40的91处，或第一表面30的92处。91处位于第二表面40，温度较低，荧光背景较弱，92位于最后一个循环的液流末端，此处位于延伸温区。两处位置都已经完成所有循环反应数。然而应当理解，荧光检测装置的具体设置位置其实取决于光学设备及整体聚合酶链式反应设备的结构布局或其他因素，并不局限于图7所示的位置。

图8所示为本申请另一可能的实现方式提供的一种聚合酶链式反应芯片中荧光检测装置的设置位置示意图。如图8所示，该聚合酶链式反应芯片中的荧光检测装置设置在每个循环的末端，从而实现对经过每个循环反应的聚合酶链式反应液相材料的荧光值进行检测。具体而言，检测位置可以设置在芯片第二表面40的通道结构50的如501、502、503所示的每一个位置，如图7虚线圆圈所示；或第一表面30的通道结构50的如504、505、506、507和508所示的每一个位置，如图8虚线六边形或虚线矩形所示。然而应当理解，荧光检测装置的具体设置位置其实取决于光学设备及整体聚合酶链式反应设备的结构布局或其他因素，并不局限于图8所示的位置。具体检测方式可以在每一个观测位点安装固定光学检测器件，也可以采用扫描方式对每一个观测位点进行逐点荧光信号采集。

图9所示为本申请另一可能的实现方式提供的一种聚合酶链式反应芯片中荧光检测装置的设置位置示意图。如图8所示，该聚合酶链式反应芯片中的荧光检测装置设置在通道结构50与储液区10的液相回收端连接的一端。该聚合酶链式反应芯片中的聚合酶链式反应液相材料可为油包水微液滴101，该聚合酶链式反应芯片需要进行油包水微液滴的数字聚合酶链式的液滴热循环反应，以及液滴的计数、荧光检测功能。具体而言，可将微液滴溶液加注到第一储液池11中，如图9所示，按照通过结构所设计的液体流向完成扩增反应后，在第二表面40的91处或第一表面30的92处安置荧光计数装置和荧光检测装置，或也可以是集荧光计数、荧光检测为一体的装置。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的结构示意图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种聚合酶链式反应芯片，其特征在于，包括：

储液区，用于储存聚合酶链式反应液相材料；以及

控温区，包括设置在芯片的第一表面的变性温区、退火温区以及延伸温区、设置在芯片的与所述第一表面相对的第二表面的降温区、以及分布设置在所述第一表面和所述第二表面通道结构；其中，所述降温区的温度小于等于所述退火温区的温度；

其中，所述通道结构的两端分别与所述储液区连接，构造为引导所述聚合酶链式反应液相材料依次经过所述变性温区、所述降温区、所述退火温区以及所述延伸温区。

2.根据权利要求1所述的聚合酶链式反应芯片，其特征在于，所述通道结构包括：

布置在所述变性温区的变性通道结构，用于引导所述聚合酶链式反应液相材料在所述变性温区发生变性反应；

布置在所述降温区的降温通道结构，用于引导所述聚合酶链式反应液相材料在所述降温区进行降温；

布置在所述退火温区的退火通道结构，用于引导所述聚合酶链式反应液相材料在所述退火温区发生退火反应；

布置在所述延伸温区的延伸通道结构，用于引导所述聚合酶链式反应液相材料在所述延伸温区发生延伸反应；

与所述变性通道结构的液相流向的末端连接的第一通孔，用于将所述聚合酶链式反应液相材料由所述变性通道结构引导至所述降温通道结构；以及

与所述降温通道结构的液相流向的末端连接的第二通孔，用于将所述聚合酶链式反应液相材料由所述降温通道结构引导至所述退火通道结构。

3.根据权利要求2所述的聚合酶链式反应芯片，其特征在于，所述通道结构包括多个所述变性通道结构、多个所述降温通道结构、多个所述退火通道结构、多个所述延伸通道结构、多个第一通孔以及多个第二通孔；

其中，与所述储液区的液相流出端连接的所述变性通道结构包括：

与所述延伸通道结构连接的U形变性通道，用于反转所述聚合酶链式反应液相材料的流向；

其中，所述通道结构最远离所述储液区的一端为所述退火通道结构，该位于最远离所述储液区的一端的所述退火通道结构包括：

与所述第二通孔连接的U形退火通道，用于反转所述聚合酶链式反应液相材料的流向。

4.根据权利要求3所述的聚合酶链式反应芯片，其特征在于，所述通道结构包括：

在所述第一表面依次并列设置的第一变性通道结构、第一延伸通道结构、第一退火通道结构、第二延伸通道结构、第二变性通道结构、第三延伸通道结构以及第二退火通道结构；以及

在所述第二表面依次并列设置的第一降温通道结构、第二降温通道结构以及第三降温通道结构；

其中，所述通道结构进一步构造为，引导所述聚合酶链式反应液相材料依次经过所述第一变性通道结构、第一降温通道结构、第一退火通道结构、第二延伸通道结构、第二变性通道结构、第三降温通道结构、第二退火通道结构、第三延伸通道结构、第二变性通道结构、第二降温通道结构、第一退火通道结构以及第一延伸通道结构。

5.根据权利要求3所述的聚合酶链式反应芯片，其特征在于，与所述储液区的液相流出端连接的所述变性通道结构进一步包括：

与所述储液区的液相流出端连接的预变性通道，构造为蛇形蜿蜒形状。

6.根据权利要求3所述的聚合酶链式反应芯片，其特征在于，进一步包括：

设置在所述第一表面一侧的，分别与多个所述变性通道结构对应的多个变性加热源、分别与多个所述退火通道结构对应的多个退火加热源以及分别与多个所述延伸通道结构对应的多个延伸加热源；以及

设置在所述第二表面一侧的，与多个所述降温通道结构整体对应的恒温加热源。

7.根据权利要求6所述的聚合酶链式反应芯片，其特征在于，所述多个变性加热源、多个退火加热源以及多个延伸加热源中相邻的两个加热源之间设置有间隔区域。

8.根据权利要求1所述的聚合酶链式反应芯片，其特征在于，所述聚合酶链式反应液相材料包括聚合酶链式反应溶液；

其中，所述储液区包括设置在液相流出端的第一储液池和设置在液相回收端的第二储液池。

9.根据权利要求1所述的聚合酶链式反应芯片，其特征在于，所述聚合酶链式反应液相材料包括油包水液滴；

其中，所述储液区包括：

水相储液池，用于储存水相溶液；

油相储液池，用于储存油相溶液；

水相通道，构造为与所述水相储液池连接；

第一油相通道和第二油相通道，分别构造为与所述油相储液池连接，其中所述第一油相通道、第二油相通道和所述水相通道构造为在预设位置交汇，以生成所述油包水液滴；以及

导出通道，构造为导出所述油包水液滴。

10.根据权利要求9所述的聚合酶链式反应芯片，其特征在于，所述水相通道包括节流段，所述节流段的横截面积小于所述水相通道其他部分的横截面积。

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