CN114410449A - 数字pcr反应容器及反应系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数字PCR反应容器及反应系统，所述数字PCR反应容器至少包括进样杯和内部中空的扩增杯，所述进样杯的下部嵌套于扩增杯内且与扩增杯密封连接，进样杯的上端设有密封盖，所述进样杯内设有内环通道及环绕于内环通道外围的外环通道，所述内环通道的底部设有液滴生成芯片且液滴生成芯片与内环通道相连通，所述外环通道的底部设有若干个槽孔，槽孔与扩增杯的内部空间相连通。本发明可以实现在同一容器中实现液滴生成和扩增，避免人为转移液滴造成的损耗及潜在的污染风险；同时实现在统一容器中的不同通道添加水相和油相。
Description
技术领域
本发明涉及PCR仪技术领域，具体涉及一种数字PCR反应容器及反应系统。
背景技术
数字PCR是最新的定量技术，基于单分子PCR方法来进行计数的核酸定量，是一种绝对定量的方法。主要采用当前分析化学热门研究领域的微流控或微滴化方法，将大量稀释后的核酸溶液分散至芯片的微反应器或微滴中，每个反应器的核酸模板数少于或者等于1个。这样经过PCR循环之后，有一个核酸分子模板的反应器就会给出荧光信号，没有模板的反应器就没有荧光信号。根据相对比例和反应器的体积，就可以推算出原始溶液的核酸浓度。
其中最重要的步骤之一就是生成液滴及对液滴的后续操作，包括液滴的转移及扩增，目前国内的大多数数字PCR厂家及国外部分厂家（如早期的伯乐），都需要在液滴生成完后，通过移液器人工地将液滴转移至PCR反应容器中取，进行扩增，再后续进行阅读分析，其中人工转移液滴的过程中，不可避免产生液滴的损耗以及可能的污染问题。
发明内容
本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种数字PCR反应容器及反应系统。本发明的结构，能够在同一个容器中实现液滴生成和扩增，不需要通过人工转移生成的液滴至扩增容器；此外还能实现在同一容器中的不同通道添加水相和油相。
本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：
一种数字PCR反应容器，至少包括进样杯和内部中空的扩增杯，所述进样杯的下部嵌套于扩增杯内且与扩增杯密封连接，进样杯的上端设有密封盖，所述进样杯内设有内环通道及环绕于内环通道外围的外环通道，所述内环通道的底部设有液滴生成芯片且液滴生成芯片与内环通道相连通，所述外环通道的底部设有若干个槽孔，槽孔与扩增杯的内部空间相连通。
进一步地，所述进样杯为上宽下窄的结构，外环通道环绕于内环通道的上部外围。
进一步地，所述槽孔至少为2个，且均布环绕于外环通道底部靠近外侧的内壁处。
进一步地，所述槽孔的径向宽度小于外环通道的径向宽度。
进一步地，所述扩增杯的上端口内壁上设有凹槽，进样杯的外壁且位于外环通道下方的位置设有凸缘，凹槽与凸缘过盈配合。
进一步地，所述扩增杯的上端口外壁上设有凸台。
本发明还提供了一种数字PCR反应系统，包括若干个如上述所述的数字PCR反应容器，至少还包括：
反应容器固定装置，用于固定数字PCR反应容器；
注油系统，用于向外环通道内注入油相，油相通过槽孔流入扩增杯内，液滴生成芯片完全浸没在扩增杯内的油相中；
加压系统，用于向内环通道内注入气压以吹向置于内环通道内的水相；
取液系统，用于吸取液滴生成芯片生成并经过扩增后的液滴。
进一步地，还包括与外环通道相连接的外部抽气系统，所述外部抽气系统用于对扩增后产生的污染物进行过滤。
更进一步地，所述外部抽气系统至少包括通气流道和与通气流道的输出端连接的过滤装置，所述通气流道的输入端与外环通道连接。
进一步地，所述反应容器固定装置至少包括芯片支架和芯片压板，所述数字PCR反应容器组装在芯片支架上，并通过所述芯片压板扣压于数字PCR反应容器的顶部。
进一步地，所述进样杯和扩增杯均为独立杯体，每个独立的进样杯下部嵌套于每个独立的扩增杯内。
进一步地，所述进样杯和扩增杯分别设置为一体成型，每一排一体成型的扩增杯的数量是每一排一体成型的进样杯的数量的整数倍，一体成型的进样杯的下部整体嵌套于一体成型的扩增杯内。
本发明的有益效果是：
本发明可以实现在同一容器中实现液滴生成和扩增，避免人为转移液滴造成的损耗及潜在的污染风险；同时实现在统一容器中的不同通道添加水相和油相。
附图说明
图1为本发明所述的数字PCR反应容器的整体结构示意图。
图2为本发明所述的数字PCR反应容器的剖面结构示意图。
图3为本发明所述的进样杯与扩增杯的爆炸结构示意图。
图4为本发明所述的进样杯的一种俯视结构示意图。
图5为本发明所述的进样杯的另一种俯视结构示意图。
图6为本发明所述的数字PCR反应容器安装的结构示意图。
图7为本发明所述的数字PCR反应系统的剖面结构示意图。
图8为本发明所述的数字PCR反应容器的一体成型的结构示意图。
图中，1、数字PCR反应容器，11、密封盖，12、进样杯，121、外环通道，122、内环通道，123、槽孔，124、凸缘，13、扩增杯，131、凹槽，132、凸台，14、液滴生成芯片，15、气溶胶，2、反应容器固定装置，21、芯片压板，22、芯片支架，3、注油系统，4、加压系统，5、取液系统，6、油相，7、水相，8、外部抽气系统，81、通气流道，82、过滤装置。
具体实施方式
为了便于本领域人员更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，下述仅是示例性的不限定本发明的保护范围。
如图1-8所示，本实施例所述的一种数字PCR反应容器，至少包括上宽下窄的进样杯12和内部中空的扩增杯13，所述进样杯12的下部嵌套于扩增杯13内且与扩增杯密封连接，所述进样杯12的上部延伸到扩增杯13之外，进样杯12的上端设有密封盖11，所述密封盖11优选采用硅胶软质材料，密封盖11直接安装在进样杯12上，实现进样杯12的密封。
本发明改进最大的地方在于：所述进样杯12内设有内环通道122及环绕于内环通道上部外围的外环通道121，所述内环通道122的底部设有液滴生成芯片14且液滴生成芯片与内环通道122相连通，所述外环通道121的底部设有至少2个槽孔123，槽孔123与扩增杯13的内部空间相连通，所述内环通道122用于盛放水相（或样品）7，所述扩增杯13用于盛放油相6，液滴生成及扩增均在该数字PCR反应容器中实现。
本实施例优选的，槽孔123均布环绕于外环通道121底部靠近外侧的内壁处，这样设置的目的是使得油相6先流经外环通道121，再通过槽孔123顺着扩增杯13的内壁流入扩增杯中，不仅可以避免产生气泡，还可以将之前留在扩增杯13内壁上的气泡冲走，因为气泡的存在可能会对后续阅读结果造成偏差。
本实施例列举了两种槽孔123的结构，具体如图4和5所示。图4中，在外环通道121底部靠近外侧的内壁处开设了4个均匀分布的槽孔123；图5中，在外环通道121底部靠近外侧的内壁处开设了6个均匀分布的槽孔123。无论哪种结构，所述槽孔123的径向宽度一般小于外环通道121的径向宽度，一方面，在加注油相时，可以保证油相沿扩增杯13的杯壁往下流，避免产生气泡，另一方面，还可以保证整个进样杯12的结构强度。
本实施例中，具体如图3所示，所述扩增杯13的上端口内壁上设有凹槽131，进样杯12的外壁且位于外环通道121下方的位置设有凸缘124，通过凹槽131与凸缘124过盈配合，实现进样杯12与扩增杯13之间的密封。
此外，所述扩增杯13的下端设有杯嘴，杯嘴上套有密封套，用于将杯嘴进行密封；作为进一步优化的方案，套设在杯嘴上的密封套与扩增杯13的内部空间之间设有隔离膜，用于在密封套与扩增杯内部空间之间形成隔离，所述隔离膜用于隔断扩增杯内腔和密封套，从而将位于内腔中的油相6与密封套隔绝开来，避免两者发生反应，引起油相变质，进而影响微滴颗粒的稳定性，从而导致检测数据的错误。
本实施例所述的一种数字PCR反应系统，具体如图6和7所示，包括若干个如上述所述的数字PCR反应容器1，至少还包括反应容器固定装置2、注油系统3、加压系统4和取液系统5。
本实施例中，所述反应容器固定装置2用于固定数字PCR反应容器1，至少包括芯片支架22和芯片压板21，所述数字PCR反应容器1组装在芯片支架22上，并通过所述芯片压板21扣压于数字PCR反应容器1的顶部以压紧进样杯12上方的密封盖11，实现对数字PCR反应容器1的固定和密封。本实施例优选的，所述扩增杯13的上端口外壁上设有凸台132，该凸台132便于将所述的数字PCR反应容器1通过凸台132固定在数字PCR反应系统的芯片支架22上。进一步优选的，一个芯片支架22上可以组装96个数字PCR反应容器1，能够实现一次96个样本的高通量检测。
本实施例中，所述注油系统3用于向外环通道121内注入油相，注油系统3的进口端连接油泵和生成油（图中未示出），出口端为中空的注射件，注射件的头部为尖锐状，比如可以采用注射针头，将该注射件戳破密封盖11进入进样杯12的外环通道121，注油系统3抽取生成油，注入到外环通道121中，经过外环通道121底部的槽孔123流入扩增杯13中，所述液滴生成芯片14完全浸没在扩增杯13内的油相6中。
本实施例中，所述加压系统4用于向内环通道122内注入气压以吹向置于内环通道122内的水相；加压系统4的进口端连接气泵（图中未示出），可以生成正压或负压，出口端为中空的注射件，注射件的头部为尖锐状，比如可以采用注射针头，将该注射件戳破密封盖11进入进样杯12的内环通道122，气泵产生正压，作用于进样杯的内环通道122，吹响水相（或样品）7，水相在压力作用下，流经液滴生成芯片14形成液滴，并被包覆在油相6中，形成“油包水”小微滴，直至所有的水相7全部生成液滴；生成的液滴不需要单独转移出来，而是跟随芯片支架22整体进入PCR扩增区域进行扩增；扩增完毕后，整体转移至原点。
本实施例中，所述取液系统5用于吸取液滴生成芯片14生成并经过扩增后的液滴，然后进行阅读分析，最终得出检测结果。
作为进一步优选的方案，本实施例所述的数字PCR反应系统还包括与外环通道121相连接的外部抽气系统8，所述外部抽气系统8用于对扩增后产生的污染物（如气溶胶等）进行过滤；具体地，所述外部抽气系统8至少包括通气流道81和与通气流道的输出端连接的过滤装置82，所述通气流道81的输入端与外环通道121连接，通气流道81的头部也为尖锐状，比如可以采用注射针头，将该注射件戳破密封盖11进入进样杯12的外环通道121，过滤装置82能够有效过滤气溶胶等污染。
本实施例中，所述进样杯12和扩增杯13有两种结构。
其中一种结构是：所述进样杯12和扩增杯13均为独立杯体，每个独立的进样杯12下部嵌套于每个独立的扩增杯13内。
另外一种结构是：具体如图8所示，所述进样杯12和扩增杯13分别设置为一体成型，每一排一体成型的扩增杯13的数量是每一排一体成型的进样杯12的数量的整数倍。本实施例优选，每一排一体成型的扩增杯13的数量与每一排一体成型的进样杯12的数量相等，数量一般为2-16个，最优值为8个。一体成型的进样杯12的下部整体嵌套于一体成型的扩增杯13内，这种一体成型的结构，不用将进样杯12逐个放入扩增杯13中，操作更加方便。
本实施例所述的数字PCR反应系统的使用过程：组装数字PCR反应容器1，暂不安装密封盖11，往进样杯12的内环通道122中加水相7，组装好密封盖11，将进样杯12和扩增杯13整体放入芯片支架22中，并扣上芯片压板21，在注油系统3的作用下，往进样杯12注入生成油，生成油流入扩增杯13中，在加压系统4的作用下，水相7通过液滴生成芯片14进入油相6形成小液滴，小液滴生成完毕，进样杯12和扩增杯13整体转移至扩增区域进行PCR反应，无需对生成的液滴进行二次转移，有效避免了认为干涉与潜在的污染，扩增完的液滴整体转移至原处，进行后续的阅读操作，阅读是通过取液系统5进行操作。整个过程不存在人为干涉的液滴在反应容器外的转移。
此外，扩增后密闭容器内产生气溶胶15，气溶胶15会向上漂浮，可能会黏附在外环通道121中，在阅读分析时，注油系统3向外环通道121中补充相应的油相6，油相也会冲洗外环通道121内壁上的气溶胶15，一部分气溶胶会随着油相6沿扩增杯13的内壁往下流，然后通过扩增杯13的内腔从另一侧往外环通道121的上方漂浮，与此同时，外部抽气系统8，通过相应的气泵（图中未示出）抽取外环通道121内的气溶胶15，气溶胶15通过通气流道81进入过滤装置82，气溶胶15被溶解在过滤装置82中；在阅读不同的反应容器时，通气流道81内部始终处于相应的负压状态，使得通气流道81内部的气溶胶不会溢出，因此在该数字PCR反应系统中，可以有效避免产生可能的气溶胶污染以及气溶胶污染对不同反应容器检测的影响。
以上仅描述了本发明的基本原理和优选实施方式，本领域人员可以根据上述描述做出许多变化和改进，这些变化和改进应该属于本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种数字PCR反应容器，至少包括进样杯（12）和内部中空的扩增杯（13），所述进样杯（12）的下部嵌套于扩增杯（13）内且与扩增杯密封连接，进样杯（12）的上端设有密封盖（11），其特征在于，所述进样杯（12）内设有内环通道（122）及环绕于内环通道外围的外环通道（121），所述内环通道（122）的底部设有液滴生成芯片（14）且液滴生成芯片与内环通道（122）相连通，所述外环通道（121）的底部设有若干个槽孔（123），槽孔（123）与扩增杯（13）的内部空间相连通。
2.根据权利要求1所述的数字PCR反应容器，其特征在于，所述进样杯（12）为上宽下窄的结构，外环通道（121）环绕于内环通道（122）的上部外围。
3.根据权利要求1所述的数字PCR反应容器，其特征在于，所述槽孔（123）至少为2个，且均布环绕于外环通道（121）底部靠近外侧的内壁处。
4.根据权利要求1所述的数字PCR反应容器，其特征在于，所述槽孔（123）的径向宽度小于外环通道（121）的径向宽度。
5.根据权利要求1所述的数字PCR反应容器，其特征在于，所述扩增杯（13）的上端口内壁上设有凹槽（131），进样杯（12）的外壁且位于外环通道（121）下方的位置设有凸缘（124），凹槽（131）与凸缘（124）过盈配合。
6.根据权利要求1所述的数字PCR反应容器，其特征在于，所述扩增杯（13）的上端口外壁上设有凸台（132）。
7.一种数字PCR反应系统，其特征在于，包括若干个如权利要求1-6任一项所述的数字PCR反应容器（1），至少还包括：
反应容器固定装置（2），用于固定数字PCR反应容器（1）；
注油系统（3），用于向外环通道（121）内注入油相，油相通过槽孔（123）流入扩增杯（13）内，液滴生成芯片（14）完全浸没在扩增杯（13）内的油相中；
加压系统（4），用于向内环通道（122）内注入气压以吹向置于内环通道（122）内的水相；
取液系统（5），用于吸取液滴生成芯片（14）生成并经过扩增后的液滴。
8.根据权利要求7所述的数字PCR反应系统，其特征在于，还包括与外环通道（121）相连接的外部抽气系统（8），所述外部抽气系统用于对扩增后产生的污染物进行过滤。
9.根据权利要求8所述的数字PCR反应系统，其特征在于，所述外部抽气系统（8）至少包括通气流道（81）和与通气流道的输出端连接的过滤装置（82），所述通气流道（81）的输入端与外环通道（121）连接。
10.根据权利要求7所述的数字PCR反应系统，其特征在于，所述反应容器固定装置（2）至少包括芯片支架（22）和芯片压板（21），所述数字PCR反应容器（1）组装在芯片支架（22）上，并通过所述芯片压板（21）扣压于数字PCR反应容器（1）的顶部。
11.根据权利要求7所述的数字PCR反应系统，其特征在于，所述进样杯（12）和扩增杯（13）均为独立杯体，每个独立的进样杯（12）下部嵌套于每个独立的扩增杯（13）内。
12.根据权利要求7所述的数字PCR反应系统，其特征在于，所述进样杯（12）和扩增杯（13）分别设置为一体成型，每一排一体成型的扩增杯（13）的数量是每一排一体成型的进样杯（12）的数量的整数倍，一体成型的进样杯（12）的下部整体嵌套于一体成型的扩增杯（13）内。
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