CN113832027A - 一种用于pcr检测的立式微流控芯片及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于PCR检测的立式微流控芯片及方法。该微流控芯片包括：芯片本体，具有分离纯化腔、试剂腔及反应仓；第一连通活塞，能够转动地插设于芯片本体中，具有能够将分离纯化腔和试剂腔连通的第一液流槽；第二连通活塞，其能够转动地插设于芯片本体中，具有能够将分离纯化腔和反应仓连通的第二液流槽；驱动活塞，能够移动地设于芯片本体的活塞腔中，活塞腔被活塞分割为第一活塞腔部和第二活塞腔部，第一活塞腔部和分离纯化腔连通；第一连通活塞还具有能够将试剂腔和第二活塞腔部连通的第一气流槽；第二连通活塞还具有能够将反应腔和第二活塞腔部连通的第二气流槽。本发明液体定量较为精准，无气溶胶污染。

Description

一种用于PCR检测的立式微流控芯片及方法

技术领域

本发明属于PCR检测技术领域，涉及一种用于PCR检测的立式微流控芯片及方法。

背景技术

目前，微流控芯片被应用于生物检测领域中，其可放入PCR仪中进行反应达到检测的目的，例如，进行核酸提取扩增等。为了避免污染，反应所需的试剂预先放入微流控芯片中的腔室中，在反应时，按照设定的反应程序控制液流方向，控制试剂、样本、反应液等流入指定的腔室。因此，会在微流控芯片上设置有多个用于控制液体流向或腔室之间的连通与否的活塞，通过转动或移动这些活塞，能够切换腔室之间的流道的连通状态，或提供控制液体流动的驱动力。目前用于PCR核酸检测用的微流控芯片大多为卧式芯片(高度小于其在水平方向上的尺寸)，即腔室和连通腔室的微通道大体位于同一水平高度，且芯片内部需要和外界空气进行气流交换，存在液体定量不够准确以及气溶胶污染的问题，病原体可能会进入外界空气中造成污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于PCR检测的立式微流控芯片，其液体定量较为精准，且能够减小气溶胶污染的风险甚至消除气溶胶污染。

本发明的另一个目的是提供一种用于PCR检测的方法，其操作简便、试剂定量较为精准、能够减小气溶胶污染的风险甚至消除气溶胶污染。

根据本发明的第一个方面，一种用于PCR检测的立式微流控芯片，包括：

芯片本体，其沿上下方向的尺寸大于其沿左右方向或前后方向上的尺寸中的至少一个，所述芯片本体具有用于盛放样本的分离纯化腔、用于存放分离纯化试剂的试剂腔及用于进行PCR扩增的反应仓；

第一连通活塞，其能够绕一沿左右方向延伸的转动轴心线转动地插设于所述芯片本体中，所述第一连通活塞具有能够将所述分离纯化腔和所述试剂腔连通的第一液流槽；

第二连通活塞，其能够绕一沿左右方向延伸的转动轴心线转动地插设于所述芯片本体中，所述第二连通活塞具有能够将所述分离纯化腔和所述反应仓连通的第二液流槽；及

驱动活塞，其用于驱动液体流动，所述芯片本体上设有活塞腔，所述驱动活塞能够移动地设于所述活塞腔中，所述活塞腔被所述活塞分割为第一活塞腔部和第二活塞腔部，所述第一活塞腔部和所述分离纯化腔连通；

其中，所述第一连通活塞还具有能够将所述试剂腔和所述第二活塞腔部连通的第一气流槽；所述第二连通活塞还具有能够将所述反应腔和所述第二活塞腔部连通的第二气流槽。

在一实施例中，所述芯片本体上开设有和所述分离纯化腔连通的加样口，所述芯片本体内的腔室仅在加样时能够通过所述加样口和外界连通，在所述加样口被封闭后所述芯片本体内的腔室和外界隔绝。

在一实施例中，所述分离纯化腔、所述试剂腔和所述反应仓自上至下设置，所述第一连通活塞位于所述分离纯化腔和所述试剂腔之间，所述第二连通活塞位于所述试剂腔和所述反应仓之间，所述第一连通活塞还具有液流中转槽和气流中转槽，所述芯片本体还具有液流中转通道和气流中转通道，所述液流中转槽、所述液流中转通道和所述第二液流槽能够依次对接而将所述分离纯化腔和所述反应仓连通，所述第二气流槽、所述气流中转通道和所述气流中转槽能够依次对接而将所述反应仓和所述第二活塞腔部连通。

更优选地，所述立式微流控芯片具有第一工作状态和第二工作状态，在所述第一工作状态时，所述分离纯化腔仅通过所述第一液流槽和所述试剂腔连通，与所述分离纯化腔连通的所述试剂腔通过对应的所述第一气流槽和所述第二活塞腔部连通，所述液流中转槽和所述液流中转通道相错位，所述气流中转槽和所述气流中转通道相错位；在所述第二工作状态时，所述分离纯化腔依次通过所述液流中转槽、所述液流中转通道及所述第二液流槽连通所述反应仓，所述反应仓依次通过所述第二气流槽、所述气流中转通道及所述气流中转槽连通所述第二活塞腔部，所述分离纯化腔和所述第一液流槽相错位，所述第二活塞腔部和所述第一气流槽相错位。

进一步地，所述试剂腔的数量为多个且沿左右方向并列设置，每个所述试剂腔分别与一个所述第一液流槽、一个所述第一气流槽相对应且分别连通，所述第一连通活塞上的多个所述第一液流槽沿其圆周方向间隔排列，所述第一连通活塞上的多个所述第一气流槽沿其圆周方向间隔排列，所述立式微流控芯片具有多个所述第一工作状态，在任一个所述第一工作状态时，仅其中的一个所述试剂腔和所述分离纯化腔通过相应的所述第一液流槽连通及和所述第二活塞腔部通过相应的所述第一气流槽连通。

更优选地，所述反应仓的数量为多个且沿左右方向并列设置，所述第二液流槽的数量为一个且其至少一部分沿左右方向延伸，每个所述反应仓与一个所述第二气流槽相对应且连通，所述立式微流控芯片具有一个所述第二工作状态，在所述第二工作状态时，所有所述反应仓均通过所述第二液流槽和所述分离纯化腔连通，各所述反应仓通过相应的所述第二气流槽和所述气流中转通道连通。

更优选地，所述微流控芯片还包括覆于所述芯片本体表面上的防水透气膜，所述防水透气膜能够允许空气通过而将液体截止，所述防水透气膜位于所述反应仓和所述第二活塞腔部之间的气体通路上。进一步地，各所述反应仓和所述第二活塞腔部之间的气体通路上均设置有所述防水透气膜，所述防水透气膜设置于所述气流中转通道之前。

更优选地，所述芯片本体还具有分别对应各个腔室的液流微通道和气流微通道，

所述分离纯化腔通过一个所述液流微通道能够和所述第一液流槽的入口对接连通，所述分离纯化腔通过一个所述气流微通道和所述第一活塞腔部连通；和/或，

每个所述试剂腔通过一个所述液流微通道能够和所述第一液流槽的出口对接连通，每个所述试剂腔通过一个所述气流微通道和所述第一气流槽的入口对接连通；

和/或，每个所述反应仓通过一个所述液流微通道能够和所述第二液流槽的出口对接连通，每个所述反应仓通过一个所述气流微通道能够和所述第二气流槽的入口对接连通。

更优选地，所述液流中转槽位于所述第一液流槽的左侧，所述第一气流槽位于对应的所述第一液流槽的右侧，所述气流中转槽的出口和所述第一气流槽的出口对齐；和/或，所述第二液流槽具有一个入口和多个沿左右方向间隔设置的出口，多个所述第二气流槽沿左右方向间隔设置。

在一实施例中，所述试剂腔和所述反应仓开设于所述芯片本体的表面上，所述芯片本体内部和/或表面上设有用于腔室连通的微通道，所述立式微流控芯片还包括覆于所述芯片本体的表面上的密封膜；和/或，所述芯片本体的下部的厚度小于上部的厚度，所述反应仓设于所述芯片本体的下部上；和/或，所述立式微流控芯片还包括能够使所述磁珠吸附核酸或释放核酸的磁铁组件，所述磁铁组件包括能够转动的安装盘及多个磁铁，多个所述磁铁沿所述安装盘的圆周方向间隔设置于所述安装盘上。

根据本发明的第二个方面，一种用于PCR检测的方法，采用如上所述的立式微流控芯片，所述方法包括如下步骤：

A、将核酸样本自加样口加入所述分离纯化腔中，将所述加样口封闭；

B、转动所述第一连通活塞，使所述第一液流槽将所述分离纯化腔和所述试剂腔连通，使所述第一气流槽将所述试剂腔和所述第二活塞腔部连通；移动所述驱动活塞，使试剂转移至所述分离纯化腔内；

C、转动所述第一连通活塞和所述第二连通活塞，使所述第一连通活塞上的液流中转槽、所述芯片本体上的液流中转通道和所述第二连通活塞上的第二液流槽依次对接以将所述分离纯化腔和所述反应仓连通，使所述第一连通活塞上的气流中转槽、所述芯片本体上的气流中转通道和所述第二连通活塞上的第二气流槽依次对接以将所述第二活塞腔部和所述反应仓连通；移动所述驱动活塞，使所述分离纯化腔内的液体分配至所述反应仓中。

本发明采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：

本发明的用于PCR检测的立式微流控芯片，采用立式结构，且在扩增检测过程中芯片内部构成和外界空气隔绝的密闭空间而在该密闭空间中进行核酸扩增和检测，有效消除气泡影响，使液体进量准确，可实现液体精准定量，避免外界空气对PCR反应的影响，且减小甚至消除气溶胶污染，避免病原体逸散到外界空气中。本发明的用于PCR检测的方法，操作方便可控，能够实现自动化检测，液体进量准确，可实现液体精准定量，避免外界空气对PCR反应的影响，且减小甚至消除气溶胶污染，避免病原体逸散到外界空气中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明实施例的一种立式微流控芯片的立体示意图；

图2为根据本发明实施例的微流控芯片的侧视图；

图3为芯片本体的一侧表面的示意图；

图4为芯片本体的另一侧表面的示意图；

图5a、图5b分别为处于第一工作状态的微流控芯片的两个不同视角的腔室连通示意图；

图6a、图6b分别为处于第二工作状态的微流控芯片的两个不同视角的腔室连通示意图；

图7a、图7b、图7c、图7d分别为第一连通活塞在四个不同视角下的示意图；

图8a、图8b分别为第二连通活塞在两个不同视角下的示意图。

其中，

1、芯片本体；11、分离纯化腔；11a、加样口；111、预留腔；112、冻干球腔；113、废液腔；12、试剂腔；13、反应仓；14、活塞腔；141、第一活塞腔部；142、第二活塞腔部；101a、液流微通道；101b、液流微通道；101c、液流微通道；102a、气流微通道；102b、气流微通道；102c、气流微通道；102d、气流微通道；103、液流中转通道；104、气流中转通道；104a、入口；104b、出口；

2、第一连通活塞；21、第一液流槽；22、第一气流槽；23、液流中转槽；24、气流中转槽；

3、第二连通活塞；31、第二液流槽；31a、入口；31b、出口；32、第二气流槽；

4、驱动活塞；41、活塞杆；

5、磁铁组件；51、安装盘；52、磁铁；53、电机；

6、防水透气膜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。

如本说明书和权利要求书中所示，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的，具体基于附图3、5a和6a，以纸面的上侧为上，下侧为下，左侧为左，右侧为右。

进一步可以理解的是，本公开中“多个”是指两个或两个以上，其它量词与之类似。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

进一步可以理解的是，术语“第一”、“第二”等用于描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开，并不表示特定的顺序或者重要程度。实际上，“第一”、“第二”等表述完全可以互换使用。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。

根据本发明的一个实施例，一种用于PCR检测的立式微流控芯片如图1至图8b所示。参照图1至图8b，该立式微流控芯片主要包括芯片本体1、第一连通活塞2、第二连通活塞3、驱动活塞4及磁铁组件5。芯片本体1内部和/或表面上开设有腔室和微通道，第一连通活塞2和第二连通活塞3用于切换腔室、微通道的连通或阻断，驱动活塞4用于提供液体流动的动力，磁铁组件5用于提供使磁珠吸附样本的磁场。

芯片本体1，其沿上下方向的尺寸大于其沿左右方向或前后方向上的尺寸中的至少一个。进一步地，芯片本体1为立式，其高度大于长度和宽度。芯片本体1具有用于盛放样本的分离纯化腔11、用于存放分离纯化试剂的试剂腔12及用于进行PCR扩增的反应仓13。具体地，分离纯化腔11的数量为一个，其设于芯片本体1内部；芯片本体1上开设有和分离纯化腔11连通的加样口11a，芯片本体1内的腔室仅在加样时能够通过加样口11a和外界连通，在加样口11a被封闭后芯片本体1内的腔室和外界隔绝。也就是说，仅在加样时，加样口11a打开，以向分离纯化腔11内加入核酸样本；加样完成后，加样口11a被封盖或膜封闭，使微流控芯片内的腔室和外界空气隔绝，在密闭环境中进行核酸提取纯化、扩增等。试剂腔12位于分离纯化腔11的下侧，用于存放核酸提取、纯化用的试剂。进一步地，试剂腔12的数量为多个且沿左右方向间隔设置。具体到本实施例中，试剂腔12的数量为五个，依次用于存放洗脱液、含磁珠试剂、裂解液/异丙醇、洗涤液A和洗涤液B。反应仓13位于试剂腔12的下侧，用于存放PCR扩增用的引物等试剂并提供进行PCR扩增的反应腔。进一步地，反应仓13的数量为多个且沿左右方向间隔设置。

第一连通活塞2能够绕一沿左右方向延伸的转动轴心线转动地插设于芯片本体1中，第一连通活塞2具有能够将分离纯化腔11和试剂腔12连通的第一液流槽21。第二连通活塞3能够绕一沿左右方向延伸的转动轴心线转动地插设于芯片本体1中，第二连通活塞3具有能够将分离纯化腔11和反应仓13连通的第二液流槽31。芯片本体1的上部内设有活塞腔14，驱动活塞4能够沿左右方向移动地设于活塞腔14中，活塞腔14被活塞分割为第一活塞腔部141和第二活塞腔部142，第一活塞腔部141和分离纯化腔11连通。第一连通活塞2还具有能够将试剂腔12和第二活塞腔部142连通的第一气流槽22；第二连通活塞3还具有能够将反应腔和第二活塞腔部142连通的第二气流槽32。具体地，第一连通活塞2、第二连通活塞3的整体分别沿左右方向延伸，二者的转动轴心线分别沿左右方向延伸且相互平行，两个连通活塞的长径比大于1，优选为大于5；驱动活塞4由一沿左右方向延伸的活塞杆41带动在活塞腔14内左右移动，驱动活塞4左侧形成第一活塞腔部141，驱动活塞4右侧形成第二活塞腔部142。驱动活塞4、第一连通活塞2和第二连通活塞3自上至下设置。

具体到本实施例中，分离纯化腔11、试剂腔12和反应仓13自上至下设置，第一连通活塞2位于分离纯化腔11和试剂腔12之间，第二连通活塞3位于试剂腔12和反应仓13之间。第一连通活塞2还具有液流中转槽23和气流中转槽24，芯片本体1还具有液流中转通道103和气流中转通道104，液流中转槽23、液流中转通道103和第二液流槽31能够依次对接而将分离纯化腔11和反应仓13连通，第二气流槽32、气流中转通道104和气流中转槽24能够依次对接而将反应仓13和第二活塞腔部142连通。立式微流控芯片具有第一工作状态和第二工作状态。结合图5a和图5b所示，在第一工作状态时，分离纯化腔11仅通过一个第一液流槽21和一个试剂腔12连通，与分离纯化腔11连通的试剂腔12通过对应的第一气流槽22和第二活塞腔部142连通，液流中转槽23和液流中转通道103相错位，气流中转槽24和气流中转通道104相错位。结合图6a和图6b所示，在第二工作状态时，分离纯化腔11依次通过液流中转槽23、液流中转通道103及第二液流槽31连通反应仓13，反应仓13依次通过第二气流槽32、气流中转通道104及气流中转槽24连通第二活塞腔部142，分离纯化腔11和第一液流槽21相错位，第二活塞腔部142和第一气流槽22相错位。

参照图5b和图6b所示，芯片本体1上还设有预留腔111，预留腔111位于分离纯化腔11的右侧，预留用作其他用途。参照图5b和图6b所示，芯片本体1上还设有冻干球腔112，冻干球腔112位于分离纯化腔11的右侧，具体是预留腔111的右侧。冻干球腔112用于存放或存放有冻干球，冻干球包含扩增用试剂。冻干球腔112和分离纯化腔11通过液流通道连通，冻干球腔112和第二活塞腔部142通过气流通道连通，试剂腔12中的洗脱液能够进入冻干球腔112内溶解冻干球后再被移入分离纯化腔11内，再打入到反应仓13内。参照图5b和图6b所示，芯片本体1上还设有废液腔113，废液腔113用于存放分离、纯化过程中产生的废液。废液腔113位于分离纯化腔11的右侧，具体是冻干球腔112的右侧。废液腔113和分离纯化腔11通过液流通道连通，废液腔113和第二活塞腔部142通过气流通道连通，以能够通过移动驱动活塞4控制分离纯化腔11中的废液流至废液腔113中。

如图3所示，每个试剂腔12分别与一个第一液流槽21、一个第一气流槽22相对应且分别连通。如图7a至图7d所示，第一连通活塞2上的多个第一液流槽21沿其圆周方向间隔排列，第一连通活塞2上的多个第一气流槽22沿其圆周方向间隔排列。该立式微流控芯片具有多个第一工作状态，在任一个第一工作状态时，仅其中的一个试剂腔12和分离纯化腔11通过相应的第一液流槽21连通及和第二活塞腔部142通过相应的第一气流槽22连通。第一连通活塞2能够选择性地将分离纯化腔11和试剂腔12中的一个连通，而将其他的试剂腔12断开；同时，第一连通活塞2还能够选择性地仅将与分离纯化腔11连通的试剂腔12和第二活塞腔部142连通。随着第一连通活塞2旋转一定角度，第一连通活塞2将分离纯化腔11和试剂腔12中的另一个连通，而将其他的试剂腔12断开；第一连通活塞2还仅将该另一个试剂腔12和第二活塞腔部142连通。具体通过设于第一连通活塞2的外表面上的第一液流槽21和第一气流槽22连通。

如图4、图8a和图8b所示，第二液流槽31的数量为一个且其至少一部分沿左右方向延伸，每个反应仓13与一个第二气流槽32相对应且连通。该立式微流控芯片具有一个第二工作状态，在第二工作状态时，所有反应仓13均通过第二液流槽31和分离纯化腔11连通，各反应仓13通过相应的第二气流槽32和气流中转通道104连通。

芯片本体1还具有分别对应各个腔室的液流微通道101a、101b、101c和气流微通道102a、102b、102c、102d。分离纯化腔11通过一个液流微通道101a能够和第一液流槽21的入口对接连通，分离纯化腔11通过一个气流微通道102a和第一活塞腔部141连通，第二活塞腔部142能够通过一个气流微通道102b和第一连通活塞2上的第一气流槽22的出口或气流中转槽24的出口对接连通。每个试剂腔12通过一个液流微通道101b能够和第一液流槽21的出口对接连通，每个试剂腔12通过一个气流微通道102c和第一气流槽22的入口对接连通。每个反应仓13通过一个液流微通道101c能够和第二液流槽31的出口对接连通，每个反应仓13通过一个气流微通道102d能够和第二气流槽32的入口对接连通。

试剂腔12和反应仓13开设于芯片本体1的表面上，液流微通道101a、101b、101c，气流微通道102a、102b、102c、102d，液流中转通道103，气流中转通道104的部分位于芯片本体1的表面上而部分为芯片本体1内。该立式微流控芯片还包括覆于芯片本体1的表面上的密封膜(图中未示出)，以将试剂腔12、反应仓13及与其相连的微通道密闭。

第一连通活塞2上槽的布局参见图7a至图7d所示，各第一液流槽21的入口、液流中转槽23的入口相互对齐，从而均能够和分离纯化腔11的液流微通道101a对齐相接以实现和分离纯化腔11的连通；因而，各第一液流槽21的入口、液流中转槽23的入口均位于第一连通活塞2的同一圆周位置上，即其轴向距离为零。各第一气流槽22的出口、气流中转槽24的出口相互对齐，从而均能够和第二活塞腔部142的气流微通道102b对齐相接以实现和第二活塞腔部142的连通；因而，各第一气流槽22的出口、气流中转槽24的出口均位于第一连通活塞2的同一圆周位置上，即其轴向距离为零。结合图7a至图7d所示，液流中转槽23位于第一液流槽21的左侧，第一气流槽22位于对应的第一液流槽21的右侧，气流中转槽24的出口和第一气流槽22的出口对齐。

第二连通活塞3上槽的布局参见图8a和图8b所示，第二液流槽31具有一个入口31a和多个沿左右方向间隔设置的出口31b，第二连通活塞3转动至某一位置后，第二液流槽31的入口31a和液流中转通道103的出口对齐相接，每个出口31b分别和一个相对应的反应仓13的液流微通道101c的入口对齐相接。多个第二气流槽32沿左右方向间隔设置，其入口和一个相对应的反应仓13的气流微通道102d的出口对齐相接，第二气流槽32的出口在芯片本体1内汇集或通过芯片本体1表面和其上的密封膜之间的间隙汇集后与气流中转通道104的入口连通。例如，参照图4所示，该微流控芯片还包括覆于芯片本体1表面上的防水透气膜6，该防水透气膜6能够允许空气通过而将液体截止。该防水透气膜6位于各反应仓13和第二活塞腔部142之间的气体通路上，从而在气体通路上作为阻挡液体的阻挡物，以将分配至各反应仓13的反应液截止，实现精准的定量分液，定量分液时可以一次性将反应液打入全部反应仓13(如图6b所示的12个反应仓)里，不需要每个反应仓13分次打入液体。具体到本实施例中，防水透气膜6覆于芯片本体1表面的和第二连通活塞3相对的位置上，且防水透气膜6和芯片本体1上覆的密封膜之间形成气流间隙。当第二连通活塞3转动至使微流控芯片处于第二工作状态时，该气流间隙能够和气流中转通道104的入口104a(入口104a可以为多个，如图4中示出的六个)连通，该气流中转通道104的出口104b和第一气流槽24对接连通，第二气流槽24通过气流微通道102b和第二活塞腔部142连通。也就是说，反应仓13和第二活塞腔部142的气体通路由气流微通道102d、第二气流槽32、上述气流间隙、气流中转通道104、第一气流槽24及气流微通道102b构成，防水透气膜6设置于气流通道的任一处均可以对反应仓内的反应液进行截止，优选位于气流中转通道104之前，即各个反应仓13排出的气流汇集之前。

第一连通活塞2及第二连通活塞3分别包括整体呈圆柱状的主体及包覆于主体上的柔性密封层。各连通槽或中转槽开设于柔性密封层上；或，各连通槽或中转槽开设于主体上并贯通柔性密封层，各连通槽或中转槽的四周分别被柔性密封层包围。柔性密封层由柔性材料制成，如橡胶。

第一连通活塞2和第二连通活塞3可分别由动力源驱动转动，动力源具体可以是电机。第一连通活塞2具有用于和动力源接合的驱动端部，该驱动端部具有可供电机的输出轴插入并连接的为多边形或异形的连接槽。第二连通活塞3具有用于和动力源接合的驱动端部，该驱动端部具有可供电机的输出轴插入并连接的为多边形孔或异形孔的连接槽。

芯片本体1的下部的厚度小于上部的厚度，反应仓13设于芯片本体1的下部上，以便于配合PCR仪的构造，进行激光照射和荧光收集。

该立式微流控芯片还包括能够使磁珠吸附核酸或释放核酸的磁铁组件5。磁铁组件5包括能够转动的安装盘51及多个磁铁52，多个磁铁52沿安装盘51的圆周方向间隔设置于安装盘51上。安装盘51由电机53驱动转动。磁铁52能够对分离纯化腔11内的磁珠施加磁场，以使磁珠能够吸附核酸，使其分离；当磁场离开磁珠后，磁珠上的核酸被释放，脱离磁珠。

本实施还提供一种用于PCR检测的方法，采用如上的立式微流控芯片，该方法包括如下步骤：

A、将核酸样本自加样口11a加入分离纯化腔11中，将加样口11a封闭；

B、转动第一连通活塞2，使第一液流槽21将分离纯化腔11和试剂腔12连通，使第一气流槽22将试剂腔12和第二活塞腔部142连通；向右移动驱动活塞4，使试剂转移至分离纯化腔11内；

C、转动第一连通活塞2和第二连通活塞3，使第一连通活塞2上的液流中转槽23、芯片本体1上的液流中转通道103和第二连通活塞3上的第二液流槽31依次对接以将分离纯化腔11和反应仓13连通，使第一连通活塞2上的气流中转槽24、芯片本体1上的气流中转通道104和第二连通活塞3上的第二气流槽32依次对接以将第二活塞腔部142和反应仓13连通；移动驱动活塞4，使分离纯化腔11内的液体分配至反应仓13中。

步骤B中，步骤B重复多次，以使分离纯化腔11依次与各个试剂腔12连通，将磁珠、裂解液/异丙醇、洗涤液A、洗涤液B、洗脱液转移至分离纯化腔11内对样本中的核酸分子进行提取、纯化和洗脱。每次处理完成后，将废液排至废液腔中；例如，通过裂解液对样本进行裂解处理后，对分离纯化腔11施加变动的磁场，使磁珠混匀，从而磁珠将裂解出的核酸分子吸附，通过使驱动活塞4移动以将未被吸附的细胞碎片等杂质排出至废液腔113中。

本实施例采用立式结构，集核酸提取扩增检测于一体；可同时实现1～12个基因位点的PCR实时荧光检测，且在扩增检测过程中芯片内部构成和外界空气隔绝的密闭空间而在该密闭空间中进行核酸扩增和检测，有效消除气泡影响，使液体进量准确，可实现液体精准定量，不需额外设置气路，避免外界空气对PCR反应的影响，且减小甚至消除气溶胶污染，避免病原体逸散到外界空气中；结构紧凑简洁，易于批量化；通过连通活塞实现微流控芯片的液体通路的切换，操作方便可控，易于自动化；该芯片采用防水透气膜实现精准定量，定量分液的时候可以一次性打入到12个反应仓里面，不需要每个反应仓分次打入液体。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限定本发明的保护范围。凡根据本发明的原理所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于PCR检测的立式微流控芯片，其特征在于，包括：

芯片本体，其沿上下方向的尺寸大于其沿左右方向或前后方向上的尺寸中的至少一个，所述芯片本体具有用于盛放样本的分离纯化腔、用于存放分离纯化试剂的试剂腔及用于进行PCR扩增的反应仓；

第一连通活塞，其能够绕一沿左右方向延伸的转动轴心线转动地插设于所述芯片本体中，所述第一连通活塞具有能够将所述分离纯化腔和所述试剂腔连通的第一液流槽；

第二连通活塞，其能够绕一沿左右方向延伸的转动轴心线转动地插设于所述芯片本体中，所述第二连通活塞具有能够将所述分离纯化腔和所述反应仓连通的第二液流槽；及

驱动活塞，其用于驱动液体流动，所述芯片本体上设有活塞腔，所述驱动活塞能够移动地设于所述活塞腔中，所述活塞腔被所述活塞分割为第一活塞腔部和第二活塞腔部，所述第一活塞腔部和所述分离纯化腔连通；

其中，所述第一连通活塞还具有能够将所述试剂腔和所述第二活塞腔部连通的第一气流槽；所述第二连通活塞还具有能够将所述反应腔和所述第二活塞腔部连通的第二气流槽。

2.根据权利要求1所述的立式微流控芯片，其特征在于，所述芯片本体上开设有和所述分离纯化腔连通的加样口，所述芯片本体内的腔室仅在加样时能够通过所述加样口和外界连通，在所述加样口被封闭后所述芯片本体内的腔室和外界隔绝。

3.根据权利要求1所述的立式微流控芯片，其特征在于，所述分离纯化腔、所述试剂腔和所述反应仓自上至下设置，所述第一连通活塞位于所述分离纯化腔和所述试剂腔之间，所述第二连通活塞位于所述试剂腔和所述反应仓之间，所述第一连通活塞还具有液流中转槽和气流中转槽，所述芯片本体还具有液流中转通道和气流中转通道，所述液流中转槽、所述液流中转通道和所述第二液流槽能够依次对接而将所述分离纯化腔和所述反应仓连通，所述第二气流槽、所述气流中转通道和所述气流中转槽能够依次对接而将所述反应仓和所述第二活塞腔部连通。

4.根据权利要求3所述的立式微流控芯片，其特征在于，所述立式微流控芯片具有第一工作状态和第二工作状态，在所述第一工作状态时，所述分离纯化腔仅通过所述第一液流槽和所述试剂腔连通，与所述分离纯化腔连通的所述试剂腔通过对应的所述第一气流槽和所述第二活塞腔部连通，所述液流中转槽和所述液流中转通道相错位，所述气流中转槽和所述气流中转通道相错位；在所述第二工作状态时，所述分离纯化腔依次通过所述液流中转槽、所述液流中转通道及所述第二液流槽连通所述反应仓，所述反应仓依次通过所述第二气流槽、所述气流中转通道及所述气流中转槽连通所述第二活塞腔部，所述分离纯化腔和所述第一液流槽相错位，所述第二活塞腔部和所述第一气流槽相错位。

5.根据权利要求4所述的立式微流控芯片，其特征在于，所述试剂腔的数量为多个且沿左右方向并列设置，每个所述试剂腔分别与一个所述第一液流槽、一个所述第一气流槽相对应且分别连通，所述第一连通活塞上的多个所述第一液流槽沿其圆周方向间隔排列，所述第一连通活塞上的多个所述第一气流槽沿其圆周方向间隔排列，所述立式微流控芯片具有多个所述第一工作状态，在任一个所述第一工作状态时，仅其中的一个所述试剂腔和所述分离纯化腔通过相应的所述第一液流槽连通及和所述第二活塞腔部通过相应的所述第一气流槽连通。

6.根据权利要求4所述的立式微流控芯片，其特征在于，所述反应仓的数量为多个且沿左右方向并列设置，所述第二液流槽的数量为一个且其至少一部分沿左右方向延伸，每个所述反应仓与一个所述第二气流槽相对应且连通，所述立式微流控芯片具有一个所述第二工作状态，在所述第二工作状态时，所有所述反应仓均通过所述第二液流槽和所述分离纯化腔连通，各所述反应仓通过相应的所述第二气流槽和所述气流中转通道连通；和/或，所述微流控芯片还包括覆于所述芯片本体表面上的防水透气膜，所述防水透气膜能够允许空气通过而将液体截止，所述防水透气膜位于所述反应仓和所述第二活塞腔部之间的气体通路上。

7.根据权利要求3至6任一项所述的立式微流控芯片，其特征在于，所述芯片本体还具有分别对应各个腔室的液流微通道和气流微通道，

所述分离纯化腔通过一个所述液流微通道能够和所述第一液流槽的入口对接连通，所述分离纯化腔通过一个所述气流微通道和所述第一活塞腔部连通；和/或，

每个所述试剂腔通过一个所述液流微通道能够和所述第一液流槽的出口对接连通，每个所述试剂腔通过一个所述气流微通道和所述第一气流槽的入口对接连通；

和/或，每个所述反应仓通过一个所述液流微通道能够和所述第二液流槽的出口对接连通，每个所述反应仓通过一个所述气流微通道能够和所述第二气流槽的入口对接连通。

8.根据权利要求3所述的立式微流控芯片，其特征在于，所述液流中转槽位于所述第一液流槽的左侧，所述第一气流槽位于对应的所述第一液流槽的右侧，所述气流中转槽的出口和所述第一气流槽的出口对齐；和/或，所述第二液流槽具有一个入口和多个沿左右方向间隔设置的出口，多个所述第二气流槽沿左右方向间隔设置。

9.根据权利要求1所述的立式微流控芯片，其特征在于，所述试剂腔和所述反应仓开设于所述芯片本体的表面上，所述芯片本体内部和/或表面上设有用于腔室连通的微通道，所述立式微流控芯片还包括覆于所述芯片本体的表面上的密封膜；和/或，所述芯片本体的下部的厚度小于上部的厚度，所述反应仓设于所述芯片本体的下部上；和/或，所述立式微流控芯片还包括能够使磁珠吸附核酸或释放核酸的磁铁组件，所述磁铁组件包括能够转动的安装盘及多个磁铁，多个所述磁铁沿所述安装盘的圆周方向间隔设置于所述安装盘上。

10.一种用于PCR检测的方法，其特征在于，采用如权利要求1至9任一项所述的立式微流控芯片，所述方法包括如下步骤：

A、将核酸样本自加样口加入所述分离纯化腔中，将所述加样口封闭；

B、转动所述第一连通活塞，使所述第一液流槽将所述分离纯化腔和所述试剂腔连通，使所述第一气流槽将所述试剂腔和所述第二活塞腔部连通；移动所述驱动活塞，使试剂转移至所述分离纯化腔内；

C、转动所述第一连通活塞和所述第二连通活塞，使所述第一连通活塞上的液流中转槽、所述芯片本体上的液流中转通道和所述第二连通活塞上的第二液流槽依次对接以将所述分离纯化腔和所述反应仓连通，使所述第一连通活塞上的气流中转槽、所述芯片本体上的气流中转通道和所述第二连通活塞上的第二气流槽依次对接以将所述第二活塞腔部和所述反应仓连通；移动所述驱动活塞，使所述分离纯化腔内的液体分配至所述反应仓中。

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