CN115058314A - 基于旋转阀的pcr装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于旋转阀的PCR装置及检测方法，包括微流控芯片所述微流控芯片内设置有生成油道、回流油道、样品通道和通气通道，其中所述生成油道的一端和样品油道侧壁连通，所述微流控芯片位于扩增载体处还设置有进样通道和出样通道，所述进样通道和出样通道均和扩增载体连通；旋转阀内设置有富集腔；扩增读数模块，适于对扩增载体内生成好的微滴进行扩增以及适于检测时检测读数；气路模块，适于实现微滴生成和微滴检测时的微滴流动控制；压紧调节模块，适于对微流控芯片进行压紧并且对旋转阀进行旋转调节，本发明具有一体化全封闭检测，同时在旋转阀上富集，赋予旋转阀额外的功能，减少微流控芯片的尺寸，提高微流控芯片的集成度的效果。

Description

基于旋转阀的PCR装置及检测方法

技术领域

本发明涉及核酸检测的技术领域，具体涉及一种基于旋转阀的PCR装置及检测方法。

背景技术

聚合酶链反应(polymerase chain reaction，PCR)是利用一段DNA为模板，在DNA聚合酶和核苷酸底物共同参与下，将该段DNA扩增至足够数量，以便进行结构和功能分析的技术，数字PCR(Digital PCR-dPCR)技术是一种新的核酸检测和定量分析技术，具有高灵敏度、高特异性、高稳定性的特点，在基因表达研究、microRNA研究、癌症标志物稀有突变检测等低丰度核酸检测领域应用具有重要的意义。与传统实时荧光定量PCR(Real-timeQuantitative PCR-qPCR)技术不同，数字PCR的原理是将一个标准PCR反应分配到大量微小的反应器中，在每个反应器中包含或不包含一个或多个拷贝的目标分子(DNA模板)，实现“单分子模板PCR扩增”，扩增结束后，通过阳性反应器的数目“数出”目标序列的拷贝数。

微流控芯片是以微机电加工技术为基础，由微管路在芯片上形成网络，以可控微流路贯穿整个系统并完成各种生物和化学过程的一种技术。在微流控芯片技术发展早期，芯片毛细管电泳是其主流技术，所用芯片结构简单，功能单一；近年来，微流控芯片开始向功能化、集成化方向飞速发展，诸如核酸扩增反应、免疫反应、细胞裂解等重要的生物和化学过程成为新的热点。

随着微流控加工技术的日益成熟，微流控芯片设计、开发和试验的难度和成本越来越低，应用越来越广泛，尤其在小型化体外诊断设备中的应用案例越来越多，以微流控芯片作为检测载体，通过微流控实现样品片上的加样、转移、混合等操作，最终完成测试指标的检测。微流控芯片检测，所使用的试剂耗材的量少，容易实便携式、小型化、家庭化的。

公告号为CN108148744A的中国专利公开了一种液滴数字PCR芯片及相应检测方法和检测系统，所述单元包括：油相储液池、PCR起始反应液储液池和液滴储存池，连接所述油相储液池的流道和连接所述PCR起始反应液储液池的流道汇合，成为通向所述液滴储存池的液滴导流流道，其中所述液滴储存池全部位于所述油相储液池和PCR起始反应液储液池的下方，用于收集所生成的液滴并进行PCR扩增反应，还包括用于PCR扩增反应的循环加热装置和PCR结果读取装置。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：虽然上述的PCR检测系统能够使实现将液滴生成，液滴扩增和液滴检测集成在一个系统内，但是在使用时，但是在实际实用过程中，微滴生成时，收集到的微滴会伴随过量的油，后续处理起来麻烦，同时影响到扩增效果，而如果另外在系统上设计富集装置的话，会影响到芯片的尺寸，对于芯片上的其他结构造成影响。

发明内容

因此，本发明要解决微滴生成时，收集到的微滴伴随过量的油，后续处理麻烦，同时影响扩增的的技术问题，从而提供一种基于旋转阀的PCR装置及检测方法。

一种基于旋转阀的PCR装置，包括：

微流控芯片，所述微流控芯片内设置有生成油道、回流油道、样品通道和通气通道，其中所述生成油道的一端和样品油道侧壁连通，所述生成油道内的生成油进入到样品油道内，对样品进行剪切形成微滴，所述通气通道一端和外部连通，还包括扩增载体和旋转阀，所述微流控芯片位于扩增载体处还设置有进样通道和出样通道，所述进样通道和出样通道均和扩增载体连通；旋转阀沿其轴线旋转设置在微流控芯片上，当所述旋转阀旋转到生成位时，所述样品通道和进样通道连通，出样通道和通气通道连通，当所述旋转阀旋转到检测位时，所述出样通道和样品通道连通，所述进样通道和回流油道连通，所述扩增载体内的微滴通过出样通道进入到样品通道内，回流检测；其中所述旋转阀内设置有富集腔，当所述旋转阀旋转至生成位时，所述富集腔的底部和顶部分别与样品通道和进样通道连通；

扩增读数模块，适于对扩增载体内生成好的微滴进行扩增以及适于检测时检测读数；

气路模块，适于实现微滴生成和微滴检测时的微滴流动控制；

压紧调节模块，适于对微流控芯片进行压紧并且对旋转阀进行旋转调节，位于微流控芯片的正上方；

显示模块，适于对微滴检测结果显示；

安装架，所述微流控芯片、扩增读数模块、气路模块、压紧调节模块和显示模块均设置在安装架上。

进一步的，所述扩增读数模块包括光学读数模块、至少一个扩增模块和U型架，所述光学读数模块和扩增模块均设置在U型架内，所述微流控芯片设置在扩增模块上，所述U型架外壁上设置有第一滑块，所述安装架上设置有第一滑轨，所述第一滑块沿第一滑轨长度方向滑动设置在第一滑轨内，适于带动U型架上扩增模块和光学读数模块，从压紧调节模块下方脱离，或者进入压紧调节模块正下方。

进一步的，所述光学读数模块设置在微流控芯片的下方，所述光学读数模块包括至少两个光源、对应设置的二色镜和透镜，所述光源发出的光经过二色镜折射并经过透镜聚焦进入到微流控芯片内，还包括PD和透镜，微滴激发出荧光后透过多个二色镜再次经过透镜进入到PD测得荧光信号。

进一步的，所述扩增模块包括设置在扩增载体底部的加热底座，所述加热底座上开设有放置槽，适于扩增载体放置于放置槽内和放置槽内壁抵触，所述加热底座下方依次设置有帕尔贴、散热片和风扇，通过帕尔贴来实现扩增升降温循环，完成扩增。

进一步的，所述扩增模块包括金属的环形热盖，所述进样通道和出样通道均设置在环形热盖内，所述扩增载体套设在环形热盖的底部并且和环形热盖密封，所述环形热盖上设置有第一加热件，所述第一加热件和环形热盖贴合。

进一步的，所述微流控芯片位于所述旋转阀处设置有固定件，适用于对旋转阀进行限位密封，在微流控芯片上对旋转阀进行压紧并且密封接触面，所述旋转阀的顶部开设有扳手槽，所述固定件的顶部开设有和扳手槽连通的容纳孔。

进一步的，所述压紧调节模块包括移动板和驱动移动板朝向靠近或者远离微流控芯片方向设置的第一驱动件，所述移动板上还设置有调节扳手以及驱动调节扳手移转动的第二驱动件，所述移动板上还设置有两个压紧件，分别和微流控芯片上的扩增载体以及储液区对应，适于对扩增载体以及储液区抵紧密封。

进一步的，所述气路模块包括气罐，所述气罐设置有三条通道分别和生成油道、回流油道以及样品通道背向扩增载体一端连通，适于驱动生成油、回流油以及样品在生成油道、回流油道以及样品通道移动，三条所述通道上均设置有比例阀以及传感器。

进一步的，所述气罐位置处还设置有过滤器以及气泵，所述气泵的进气口和过滤器连通，出气口和气罐连通。

一种检测方法，所述方法使用任一所述的基于旋转阀的PCR装置，包括如下步骤：

微滴生成：旋转旋转阀，将旋转阀旋转到生成位，样品通道和进样通道连通，出样通道和通气通道连通，往样品通道内样品，生成油道内通入生成油并施压正压，所述生成油进入到样品通道内，形成剪切流，将样品分割成微滴，并在旋转阀的作用下通入到进样通道内，最终进入到扩增载体内；

微滴扩增：启动扩增模块，扩增载体开始进行数次热循环，对扩增载体腔内的微滴进行加热，完成微滴扩增；

微滴回流检测：再次旋转旋转阀，将旋转阀移动到检测位，出样通道和样品通道连通，所述进样通道和回流油道连通，对回流通道一侧施压正压，将回流油从回油油道通入到进样通道并压入到扩增载体内，扩增载体内的微滴首先被压入到出样通道内，并回流到样品通道内，同时往生成油到内施压正压，将生成油从生成油道和样品通道的连通处通入到样品通道内，将微滴间隔，光学读数模块，对准样品通道，微滴回流经过时，对微滴进行核酸检测。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的基于旋转阀的PCR装置，在进行微滴生成时，此时通过压紧调节模块来旋转旋转阀，将旋转阀旋转到生成位，此时的样品通道在旋转阀的作用下和进样通道连通，出样通道和通气通道连通，从而使出样通道和大气连通，保证生成的微滴能够顺利的进入到扩增载体中，在生成微滴之前，此时启动压紧调节模块，从而来对微流控芯片上进行压紧，在生成微滴时，此时在生成油道和样品通道的入口处启动气路模块施加正压，从而使生成油和样品在生成油道和样品通道内输送，此时由于生成油道和样品通道相交，此时在连通处会形成剪切流，样品通道内的样品会被分割成体积一致的微滴，微滴生成后将从样品通道通入到旋转阀处，此时微滴和油的混合物会进入到富集腔内，由于微滴的密度是小于油的，此时在微滴和油的混合物进入到富集腔内时，此时微滴会在富集腔内产生富集效应，也就是进入到富集腔内的微滴首先会浮在富集腔的上方，当富集腔内灌满微滴和油的混合物后，此时微滴会率先流出旋转阀，进入到进样通道内，而多余的油相会残留在富集腔内，从而来保证扩增载体内获得更高的微滴体积分数，此时的旋转阀在微滴生成时实现微滴和油相混合流体的通断的同时，还实现对微滴的富集，从而来保证扩增载体内的微滴体积分数高，避免收集到的微滴内伴随过量的油相，影响扩增效果，同时实现在旋转阀上富集，赋予旋转阀额外的功能，同时充分利用了旋转阀，无需另外在芯片上设置，减少了微流控芯片的尺寸，提高了微流控芯片的集成度，生成好的微滴在扩增载体内集合，调增旋转阀为扩增位，扩增载体被完全密封，并且通过扩增读数模块来实现对生成好的微滴进行扩增，扩增好后，此时通过压紧调节模块来对旋转阀进行旋转，使回流油道和进样通道连通，样品通道和出样通道连通，此时再起启动气路模块，将回流油通过旋转阀从回流油道通入到进样通道，并且从进样通道内通入到扩增载体内，由于微滴的密度小于回流油的密度，此时的微滴会附在扩增载体的上层，并且当持续不断的回流油通入到扩增载体内后，此时的微滴会率先被压入到出样通道内，并且从旋转阀处回流到样品通道内，同时对生成油道背向旋转阀一端也施加正压，由于样品通道朝向旋转阀一侧的侧壁和生成油道连通相切，此时生成油同样输入到样品通道内，将连续回流的微滴间隔开，同时外部的光学检测模块开始工作，对准样品通道，微滴回流经过时，即可完成对微滴的数字核酸检测，检测通过回流到样品通道内的方式来进行检测，从而无需另外设计检测通道和检测设备来进行检测，将进样和检测统一到同一个样品通道内传输，减少了生产成本，节约了资源，缩小了微流控设备的尺寸，进一步提高了微流控芯片的集成度，微滴生成、扩增、检测步骤都在同一芯片内完成，将功能整合在同一装置中，整体体积大幅减少。

2.本发明提供的基于旋转阀的PCR装置，所述扩增读数模块包括光学读数模块、至少一个扩增模块和U型架，所述光学读数模块和扩增模块均设置在U型架内，所述微流控芯片设置在扩增模块上，所述U型架外壁上设置有第一滑块，所述安装架上设置有第一滑轨，所述第一滑块沿第一滑轨长度方向滑动设置在第一滑轨内，适于带动U型架上扩增模块和光学读数模块，从压紧调节模块下方脱离，或者进入压紧调节模块正下方，此时第一滑块和第一滑轨，从而实现对整个扩增读数模块的移动，可以将整体移动抽拉离开压紧调节模块下方，方便在U型架上方放置微流控芯片，无需另外设计空间来拿放微流控芯片，结构更加清晰紧凑，减少了体积，进一步的便于携带。

3.本发明提供的基于旋转阀的PCR装置，光源激发光通过二色镜向上反射经过透镜聚焦照射到微滴上，激发出荧光，荧光向下透过多个二色镜经过聚焦透镜进入PD测得荧光信号，至少两路的光学模块的设计，可以进行多重检测，不同的光照到微滴上后激发荧光不同，可以检测不同的病，提升装置检测能力。

4.本发明提供的基于旋转阀的PCR装置，所述扩增模块包括环形热盖，所述进样通道和出样通道均设置在环形热盖内，所述扩增载体套设在环形热盖的底部并且和环形热盖密封，所述环形热盖上设置有第一加热件，所述第一加热件和环形热盖贴合，在微滴进入到扩增载体内进行扩增时，此时的扩增模块开始启动，从而来对扩增载体进行升降温循环，使得扩增载体内的微滴经历数次热循环从而完成核酸扩增，同时在扩增时，启动第一加热件，第一加热件开始启动，从而带动环形热盖升温，升温好的热盖对扩增载体顶部加热，来防止扩增载体内的微滴蒸发，另外金属的环形热盖，从而提高升温速度，使防止蒸发的效果更好，从而提高扩增效率。

5.本发明提供的基于旋转阀的PCR装置，所述微流控芯片位于所述旋转阀处设置有固定件，适用于对旋转阀进行限位密封，在微流控芯片上对旋转阀进行压紧并且密封接触面，所述旋转阀的顶部开设有扳手槽，所述固定件的顶部开设有和扳手槽连通的容纳孔，在微流控芯片的上表面放置好旋转阀后，此时通过固定件来对旋转阀进行压紧，保证旋转阀能够沿其轴线的同时，对旋转阀在微流控芯片上的位置进行限制，同时对旋转阀进行压紧密封，将旋转阀和微流控芯片的抵触面密封住，保证微滴流体经过旋转阀时，不会发生流体的泄漏，同时扳手槽以及容纳孔的设置，方便微流控芯片上方的压紧调节模块向下伸入到扳手槽内，旋转旋转阀。

6.本发明提供的基于旋转阀的PCR装置，所述压紧调节模块包括移动板和驱动移动板朝向靠近或者远离微流控芯片方向设置的第一驱动件，所述移动板上还设置有调节扳手以及驱动调节扳手转动的第二驱动件，所述移动板上还设置有两个压紧件，分别和微流控芯片上的扩增载体以及储液区对应，适于对扩增载体以及储液区抵紧密封，在微流控芯片使用时，此时第一驱动件开始工作，带动移动板往微流控芯片方向移动，直至移动板上的两个压紧件分别和微流控芯片的扩增载体区域和储液区对应，此时的两个压紧件实现前端储液池的压紧，保证气路和储液池之间的密封，后端压紧，保证扩增时，环形热盖处于压紧状态，另外调节扳手伸入到扳手槽内，通过启动第二驱动件来实现调节扳手的转动，从而带动旋转阀转动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明的基于旋转阀的PCR装置的整体结构示意图；

图2为本发明中压紧调节模块的背面结构示意图；

图3为本发明中压紧调节模块的正面结构示意图；

图4为本发明中微流控芯片的结构示意图；

图5为本发明中微流控芯片放置旋转阀的结构示意图；

图6为本发明中旋转阀的结构示意图；

图7为本发明中旋转阀内部结构的剖视图；

图8为本发明中微流控芯片内部结构的示意图；

图9为本发明中微滴生成、微滴扩增以及微滴检测时，旋转阀的通断示意图；

图10为本发明中扩增模块内部结构的剖视图；

图11为本发明中光学读数模块的结构示意图；

图12为本发明中光学读数模块的原理图；

图13为本发明中气路模块的结构示意图；

图14为本发明中气路模块的原理图；

图15为本发明中内侧方法的步骤图。

附图标记说明：

1、微流控芯片；2、显示模块；3、气路模块；31、气罐；32、过滤器；33、气泵；4、压紧调节模块；41、第一驱动件；411、驱动电机；412、驱动杆；413、第二滑轨；414、第二滑块；42、移动板；43、调节扳手；44、第二驱动件；45、压紧件；451、压块；452、导向柱；5、扩增读数模块；51、光学读数模块；511、插拔镜座；512、二色镜；513、透镜；514、PD；515、光源；52、扩增模块；521、加热底座；522、放置槽；523、帕尔贴；524、散热片；525、风扇；526、环形热盖；527、第一加热件；53、U型架；54、第一滑块；55、第一滑轨；6、安装架；7、生成油道；8、回流油道；9、样品通道；10、通气通道；11、扩增载体；12、旋转阀；13、进样通道；14、出样通道；15、富集腔；16、生成油口；17、回流油口；18、样品口；19、生成油储液池；20、回流油储液池；21、样品储液池；22、沟槽；23、富集通道；24、扳手槽；25、固定件；251、铝块；252、压紧块；26、容纳孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

参照图1-图14所示，本发明提供一种基于旋转阀的PCR装置，包括微流控芯片1、扩增读数模块5、气路模块3、压紧调节模块4、显示模块2和安装架6，所述微流控芯片1、扩增读数模块5、气路模块3、压紧调节模块4和显示模块2均设置在安装架6上，来进行微滴生成、微滴扩增和微滴检测，微滴生成、扩增、检测步骤都在同一芯片内完成，将功能整合在同一装置中，整体体积大幅减少。

其中所述微流控芯片1内设置有生成油道7、回流油道8、样品通道9和通气通道10，其中所述生成油道7的一端和样品油道侧壁连通，所述生成油道7内的生成油进入到样品油道内，对样品进行剪切形成微滴，所述生成油道7设置有两条，两条生成油道7朝向旋转阀12一端均和样品通道9连通，并且和样品通道9垂直，两个生成油道7和样品通道9的连接处形成十字流道，所述通气通道10一端和外部连通，还包括扩增载体11和旋转阀12，所述微流控芯片1位于扩增载体11处还设置有进样通道13和出样通道14，所述进样通道13和出样通道14均和扩增载体11连通；旋转阀12沿其轴线旋转设置在微流控芯片1上，当所述旋转阀12旋转到生成位时，所述样品通道9和进样通道13连通，出样通道14和通气通道10连通，当所述旋转阀12旋转到检测位时，所述出样通道14和样品通道9连通，所述进样通道13和回流油道8连通，所述扩增载体11内的微滴通过出样通道14进入到样品通道9内，回流检测；其中所述旋转阀12内设置有富集腔15，当所述旋转阀12旋转至生成位时，所述富集腔15的底部和顶部分别与样品通道9和进样通道13连通，扩增读数模块5适于对扩增载体11内生成好的微滴进行扩增以及适于检测时检测读数；气路模块3，适于实现微滴生成和微滴检测时的微滴流动控制；压紧调节模块4适于对微流控芯片1进行压紧并且对旋转阀12进行旋转调节，位于微流控芯片1的正上方；显示模块2设置为显示屏，适于对微滴检测结果显示。

在生成微滴之前，此时启动压紧调节模块4，从而来对微流控芯片1上进行压紧，在生成微滴时，此时在生成油道7和样品通道9的入口处启动气路模块3施加正压，从而使生成油和样品在生成油道7和样品通道9内输送，此时由于生成油道7和样品通道9十字相交，此时在连通处会形成剪切流，样品通道9内的样品会被分割成体积一致的微滴，微滴生成后将通入到旋转阀12处，此时微滴和油的混合物会进入到富集腔15内，由于微滴的密度是小于油的，此时微滴和油的混合物进入到富集腔15内时，微滴会在富集腔15内产生富集效应，也就是进入到富集腔15内的微滴首先会浮在富集腔15的上方，当富集腔15内灌满微滴和油的混合物后，微滴会率先流出旋转阀12，进入到进样通道13内，而多余的油相会残留在富集腔15内，从而来保证扩增载体11内获得更高的微滴体积分数，此时的旋转阀12在微滴生成时实现微滴和油相混合流体的通断的同时，还实现对微滴的富集，从而来保证扩增载体11内的微滴体积分数高，避免收集到的微滴内伴随过量的油相，影响扩增效果，实现在旋转阀12上富集，赋予旋转阀12额外的功能，同时充分利用了旋转阀12，无需另外在芯片上设置，减少了微流控芯片1的尺寸，提高了微流控芯片1的集成度。

生成好的微滴在扩增载体11内集合，并且调整旋转阀12，将旋转阀12调整至扩增位，此时的生成油道7、回流油道8、样品通道9、通气通道10以及进样通道13和出样通道14均不连通，扩增载体11被完全密封，并且通过扩增读数模块5来实现对生成好的微滴进行扩增，扩增好后，此时通过压紧调节模块4来对旋转阀12进行旋转，使回流油道8和进样通道13连通，样品通道9和出样通道14连通，此时再起启动气路模块3，将回流油通过旋转阀12从回流油道8通入到进样通道13，并且从进样通道13内通入到扩增载体11内，由于微滴的密度小于回流油的密度，此时的微滴会附在扩增载体11的上层，并且当持续不断的回流油通入到扩增载体11内后，此时的微滴会率先被压入到出样通道14内，并且从旋转阀12处回流到样品通道9内，同时对生成油道7背向旋转阀12一端也施加正压，由于样品通道9朝向旋转阀12一侧的侧壁和生成油道7连通相交，此时生成油同样输入到样品通道9内，将连续回流的微滴间隔开，同时外部的光学检测模块开始工作，对准样品通道9，微滴回流经过时，即可完成对微滴的数字核酸检测，检测通过回流到样品通道9内的方式来进行检测，从而无需另外设计检测通道和检测设备来进行检测，将进样和检测统一到同一个样品通道9内传输，减少了生产成本，节约了资源，缩小了微流控设备的尺寸，进一步提高了微流控芯片1的集成度，微滴生成、扩增、检测步骤都在同一芯片内完成，将功能整合在同一装置中，整体体积大幅减少。

所述生成油道7、回流油道8、样品通道9背向旋转阀12的一端设置为生成油口16、回流油口17和样品口18，所述生成油口16、回流油口17和样品口18和外部连通，两个所述生成油道7共用一个生成油口16，所述微流控芯片1位于生成油口16、回流油口17和样品口18处设置有生成油储液池19、回流油储液池20和样品储液池21。

作为一种可替代的实施方式，生成油口16和回流油口17处可以不设置生成油储液池19和回流油储液池20，仅仅在样品口18设置样品储液池21，通过外部的注液装置将生成油和回流油进行外部的油液的注入，从而进一步的减少体积。

具体的，所述旋转阀12的底部设置有四个沟槽22，其中两个所述沟槽22分别和富集腔15的顶部和底部连通，所述富集腔15底部设置为圆柱状，所述富集腔15顶部侧壁往富集腔15轴线方向倾斜设置，形成圆锥状，此时的圆锥状的富集腔15顶部，能够对微滴起到引导作用，减少微滴在富集腔15顶部堆积的可能性，使进入到富集腔15内的微滴都能进入到富集通道23内，最终转移到扩增载体11内，在微滴生成时，此时和富集腔15连通的两个沟槽22分别和样品通道9和进样通道13连通，且和富集腔15底部连通的沟槽22和样品通道9连通，保证微滴通过样品通道9能够进入到富集腔15的底部，进行富集。

同时为了方便对旋转阀12进行旋转，另外旋转阀12背向微流控芯片1一侧上开设有扳手槽24，所述扳手槽24设置为腰型槽，当固定件25对旋转阀12进行压紧和限制后，此时的旋转阀12依旧可以自转，此时通过压紧调节模块4伸入到扳手槽24内，然后来带动旋转阀12转动，来实现通断或者换向。

另外微流控芯片1位于所述旋转阀12处设置有固定件25，适用于对旋转阀12进行限位密封，在微流控芯片1上对旋转阀12进行压紧并且密封接触面，在微流控芯片1的上表面放置好旋转阀12后，此时通过固定件25对旋转阀12进行压紧，保证旋转阀12能够沿其轴线的同时，对旋转阀12在微流控芯片1上的位置进行限制，同时对旋转阀12进行压紧密封，将旋转阀12和微流控芯片1的抵触面密封住，保证微滴流体经过旋转阀12时，不会发生流体的泄漏。

具体的，所述固定件25包括固定设置在微流控芯片1上的铝块251，以及设置在旋转阀12上的压紧块252，所述压紧块252和旋转阀12抵紧，所述压紧块252和铝块251通过螺钉可拆卸连接，所述压紧块252的顶部开设有和扳手槽24连通的容纳孔26，使压紧调节模块4能够通过容纳孔26进入到扳手槽24内，然后对旋转阀12进行旋转。

作为一种具体的实施方式，所述扩增读数模块5包括光学读数模块51、至少一个扩增模块52和U型架53，所述光学读数模块51和扩增模块52均设置在U型架53内，所述微流控芯片1设置在扩增模块52上，所述U型架53外壁上设置有第一滑块54，所述安装架6上设置有第一滑轨55，所述第一滑块54沿第一滑轨55长度方向滑动设置在第一滑轨55内，适于带动U型架53上扩增模块52和光学读数模块51，从压紧调节模块4下方脱离，或者进入压紧调节模块4正下方，此时第一滑块54和第一滑轨55，从而实现对整个扩增读数模块5的移动，可以将整体移动抽拉离开压紧调节模块4下方，方便在U型架53上方放置微流控芯片1，无需另外设计空间来拿放微流控芯片1，结构更加清晰紧凑，减少了体积，进一步的便于携带。

当扩增载体11设置有多个时，此时扩增载体11上方均设置有微流控芯片1，从而实现多个样品同时检测，此时的光学读数模块51处单独增加电动导轨，驱动光学读数模块51往扩增载体11排布方向移动，实现移动一个光学读数模块51即可实现多片微流控芯片1并联检测，节约了资源，无锡另外设置多个光学读数模块51。

具体的，参照图11和12所示，光学读数模块51设置在微流控芯片1的下方，所述光学读数模块51包括至少两个光源515、对应设置的二色镜512和透镜513，所述二色镜512倾斜设置，致使光学发出的水平的光经过二色镜512折射成竖直进入到微流控芯片1内，所述光源515发出的光经过二色镜512折射并经过透镜513聚焦进入到微流控芯片1内，还包括PD514和透镜513，微滴激发出荧光后透过多个二色镜512再次经过透镜513进入到PD514测得荧光信号，两路光学，光源515激发光通过二色镜512向上反射经过透镜513聚焦照射到微滴上，激发出荧光，荧光向下透过多个二色镜512经过聚焦透镜513进入PD514测得荧光信号，至少两路的光学模块的设计，可以进行多重检测，不同的光照到微滴上后激发荧光不同，可以检测不同的病，提升装置检测能力。了，另外在这其中，光源515采用准直好的波长为488和638的光源515，以488光为例，488的光照射到二色镜51267064后基本上被全部向上反射，而激发出的不同波长的荧光可以透过二色镜512向下走。因此通过设置不同反射和透过效果的二色镜512即可实现上述光路原理，及在同一条主光路上既有激发光也有荧光。

同时光学读数模块51还包括插拔镜座511，所述插拔镜座511上开设有槽，方便二色镜512插入到槽内，使结构更加紧凑。

扩增模块52包括设置在扩增载体11底部的加热底座521，所述加热底座521上开设有放置槽522，适于扩增载体11放置于放置槽522内和放置槽522内壁抵触，所述加热底座521下方依次设置有帕尔贴523、散热片524和风扇525，通过帕尔贴523来实现扩增升降温循环，完成扩增。

另外扩增模块52还包括金属的环形热盖526，所述进样通道13和出样通道14均设置在环形热盖526内，所述扩增载体11套设在环形热盖526的底部并且和环形热盖526密封，所述环形热盖526上设置有第一加热件527，所述第一加热件527设置为环形陶瓷加热片，所述第一加热件527和环形热盖526贴合，在微滴进入到扩增载体11内进行扩增时，此时的扩增模块52开始启动，从而来对扩增载体11进行升降温循环，使得扩增载体11内的微滴经历数次热循环从而完成核酸扩增，同时在扩增时，启动第一加热件527，第一加热件527开始启动，从而带动环形热盖526升温，升温好的热盖对扩增载体11顶部加热，来防止扩增载体11内的微滴蒸发，另外金属的环形热盖526，从而提高升温速度，使防止蒸发的效果更好，从而提高扩增效率，且结构紧凑，减少了装置的整体体积，便于携带。

所述压紧调节模块4包括移动板42和驱动移动板42朝向靠近或者远离微流控芯片1方向设置的第一驱动件41，所述移动板42上还设置有调节扳手43以及驱动调节扳手43转动的第二驱动件44，所述第二驱动件44设置为电机，所述移动板42上还设置有两个压紧件45，分别和微流控芯片1上的扩增载体11以及储液区对应，适于对扩增载体11以及储液区抵紧密封，当微流控芯片1使用时，此时第一驱动件41开始工作，带动移动板42往微流控芯片1方向移动，直至于移动板42上的两个压紧件45分别和微流控芯片1的扩增载体11区域和储液区对应，此时的两个压紧件45实现前端储液池的压紧，保证气路和储液池之间的密封，后端压紧，保证扩增时，环形热盖526处于压紧状态，另外调节扳手43伸入到扳手槽24内，通过启动第二驱动件44来实现调节扳手43的转动，从而带动旋转阀12转动。

在这其中，所述第一驱动件41包括设置在安装架6底部的驱动电机411，所述驱动电机411的输出轴上设置有同轴设置的驱动杆412，所述驱动杆412顶端穿过移动板42并且和移动板42螺纹连接，所述移动板42上设置有第二滑轨413，所述安装架6上位于第二滑轨413处设置有竖直设置的第二滑块414，所述第二滑块414滑动设置在第二滑轨413内，通过第二滑轨413和第二滑块414的设置，从而限制移动板42只沿竖直方向滑动，而不会在驱动杆412的作用下，随驱动杆412一起转动，通过启动驱动电机411，从而调动驱动杆412转动，驱动杆412转动，从而带动移动板42升降，将两个压紧件45分别移动到微流控芯片1的扩增载体11区域和储液区处，此时的两个压紧件45实现前端储液池的压紧，保证气路和储液池之间的密封。

所述压紧件45包括压块451，所述压块451朝向微流控芯片1一侧设置，所述压块451顶侧设置有竖直设置的导向柱452，所述导向柱452穿过移动板42并且滑动设置在移动板42上，所述移动板42和压块451之间还设置有弹簧，所述导向柱452穿设在弹簧内，所述弹簧一端固定连接在移动板42上，另一端固定连接在压块451上，当压块451压在微流控芯片1的扩增载体11区域和储液区处时，此时弹簧受压缩，受压缩的弹簧提供对微流控芯片1压紧的压紧力。

另外所述气路模块3包括气罐31，所述气罐31设置有三条通道分别和生成油道7、回流油道8以及样品通道9背向扩增载体11一端连通，适于驱动生成油、回流油以及样品在生成油道7、回流油道8以及样品通道9移动，三条所述通道上均设置有比例阀以及传感器，气罐31位置处还设置有过滤器32以及气泵33，所述气泵33的进气口和过滤器32连通，出气口和气罐31连通，各部分之间通过气动软管和管接头连接，气路与微流控上负载通过气动压头连接，气动系统工作时，空气在气泵33的作用下经过滤器32和开关阀进入气罐31。其中，气泵33可以且不限于是隔膜泵、涡轮泵、旋片泵、活塞泵、空压机等，开关阀的类型可以且不限于是球阀、匣阀、蝶阀、旋塞阀、隔膜阀等，气罐31容积在10毫升到2升之间，气罐31中气体压力P0通过传感器4测量并反馈给控制器1，控制器1利用控制信号控制气泵33输出压力的大小。气罐31输出气体分成三路，分别对应生成油道7，回流油道8和样品通道9，分别连接比例阀1、2和3，比例阀的开度由控制器2通过信号U1、U2和U3分别控制，压力传感器1、2和3分别测量三路的气压P1、P2和P3，并反馈给控制器2。比例阀1控制的气路经过三通阀与微流控芯片1上负载1入口相连，比例阀2控制的气路测压后与负载2入口相连，比例阀3控制的气路测压后与微流控芯片1上负载3入口相连。比例阀的类型可以且不限于是电磁式、电动式和闭环控制式等。其中负载1和样品储液池21连通，负载2和生成油储液池19连通，负载3和回流油储液池20连通。(气动模块的原理图见图14)。

实施例2

参照图15所示，本发明提供一种检测方法，所述方法使用基于旋转阀的PCR装置，包括如下步骤：

S1：加样，将扩增读数模块5从压紧调节模块4下方抽拉出来，然后将微流控芯片1放置在扩增模块52上，使扩增载体11伸入到扩增模块52内，并且在微流控芯片1上的生成油储液池19，回流油储液池20连通和样品储液池21内加入生成油、回流油和待测样品。

S2：微滴生成，加样结束后，此时使用压紧调节模块4来压紧微流控芯片1，将微流控芯片1上的储液区域以及扩增载体11处压紧密封，并且将气动模块上的三个通道分别和生成油储液池19，回流油储液池20连通和样品储液池21连通，通过压紧调节模块4来旋转旋转阀12，将旋转阀12旋转到生成位，此时样品通道9和进样通道13连通，出样通道14和通气通道10连通，且样品通道9和进样通道13的连通处的沟槽22内连通有富集腔15，往样品通道9内通入样品，生成油道7内通入生成油并施压正压，所述生成油通过十字流道进入到样品通道9内，在十字流道处会形成剪切流，将样品分割成微滴，并通入到旋转阀12内部，此时在微滴和油的混合物进入到富集腔15内时，此时微滴会在富集腔15内产生富集效应，也就是进入到富集腔15内的微滴首先会浮在富集腔15的上方，当富集腔15内灌满微滴和油的混合物后，此时微滴会率流出旋转阀12，进入到进样通道13内，而多余的油相会残留在富集腔15内，从而来保证扩增载体11内获得更高的微滴体积分数，此时的旋转阀12在微滴生成时实现微滴和油相混合流体的通断的同时，还实现对微滴的富集，从而来保证扩增载体11内的微滴体积分数高，避免收集到的微滴内伴随过量的油相，影响扩增效果，同时实现在旋转阀12上富集，赋予旋转阀12额外的功能，同时充分利用了旋转阀12，无需另外在芯片上设置，减少了微流控芯片1的尺寸，提高了微流控芯片1的集成度。

S3：微滴扩增，微滴送入到扩增载体11内后，此时旋转旋转阀12，将旋转阀旋转至扩增位，将样品通道9和进样通道13分离，出样通道14和通气通道10分离，保持扩增载体11内处于密封状态，启动帕尔贴523，在帕尔贴523的作用下来对加热底座521以及加热底座521内的扩增载体11进行数次升降温循环循环，对扩增载体11腔内的微滴进行加热，完成微滴扩增。

S3：微滴回流检测：微滴扩增好之后，再次旋转旋转阀12，将旋转阀12旋转到检测位，此时的出样通道14和样品通道9连通，进样通道13和回流油道8连通，并且往回流油道8背向旋转阀12一端施压正压，将回流油通过旋转阀12从回流油道8通入到进样通道13，并且从进样通道13内通入到扩增载体11内，由于微滴的密度小于回流油的密度，此时的微滴会附在扩增载体11的上层，并且当持续不断的回流油通入到扩增载体11内后，此时的微滴会率先被压入到出样通道14内，并且从旋转阀12处回流到样品通道9内，同时对生成油道7背向旋转阀12一端也施加正压，由于样品通道9朝向旋转阀12一侧的侧壁和生成油道7连通相切，此时生成油同样输入到样品通道9内，将连续回流的微滴间隔开，同时光学读数模块51开始工作，对准样品通道9，微滴回流时经过时，即可完成对微滴的数字核酸检测，检测通过回流到样品通道9内的方式来进行检测，从而无需另外设计检测通道和检测设备来进行检测，将进样和检测统一到同一个样品通道9内传输，减少了生产成本，节约了资源，缩小了微流控设备的尺寸，进一步提高了微流控芯片1的集成度。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于旋转阀的PCR装置，其特征在于，包括：

微流控芯片(1)，所述微流控芯片(1)内设置有生成油道(7)、回流油道(8)、样品通道(9)和通气通道(10)，其中所述生成油道(7)的一端和样品油道侧壁连通，所述生成油道(7)内的生成油进入到样品油道内，对样品进行剪切形成微滴，所述通气通道(10)一端和外部连通，还包括扩增载体(11)和旋转阀(12)，所述微流控芯片(1)位于扩增载体(11)处还设置有进样通道(13)和出样通道(14)，所述进样通道(13)和出样通道(14)均和扩增载体(11)连通；旋转阀(12)沿其轴线旋转设置在微流控芯片(1)上，当所述旋转阀(12)旋转到生成位时，所述样品通道(9)和进样通道(13)连通，出样通道(14)和通气通道(10)连通，当所述旋转阀(12)旋转到检测位时，所述出样通道(14)和样品通道(9)连通，所述进样通道(13)和回流油道(8)连通，所述扩增载体(11)内的微滴通过出样通道(14)进入到样品通道(9)内，回流检测；其中所述旋转阀(12)内设置有富集腔(15)，当所述旋转阀(12)旋转至生成位时，所述富集腔(15)的底部和顶部分别与样品通道(9)和进样通道(13)连通；

扩增读数模块(5)，适于对扩增载体(11)内生成好的微滴进行扩增以及适于检测时检测读数；

气路模块(3)，适于实现微滴生成和微滴检测时的微滴流动控制；

压紧调节模块(4)，适于对微流控芯片(1)进行压紧并且对旋转阀(12)进行旋转调节，位于微流控芯片(1)的正上方；

显示模块(2)，适于对微滴检测结果显示；

安装架(6)，所述微流控芯片(1)、扩增读数模块(5)、气路模块(3)、压紧调节模块(4)和显示模块(2)均设置在安装架(6)上。

2.根据权利要求1所述的基于旋转阀的PCR装置，其特征在于，所述扩增读数模块(5)包括光学读数模块(51)、至少一个扩增模块(52)和U型架(53)，所述光学读数模块(51)和扩增模块(52)均设置在U型架(53)内，所述微流控芯片(1)设置在扩增模块(52)上，所述U型架(53)外壁上设置有第一滑块(54)，所述安装架(6)上设置有第一滑轨(55)，所述第一滑块(54)沿第一滑轨(55)长度方向滑动设置在第一滑轨(55)内，适于带动U型架(53)上扩增模块(52)和光学读数模块(52)，从压紧调节模块(4)下方脱离，或者进入压紧调节模块(4)正下方。

3.根据权利要求2所述的基于旋转阀的PCR装置，其特征在于，所述光学读数模块(51)设置在微流控芯片(1)的下方，所述光学读数模块(51)包括至少两个光源(515)、对应设置的二色镜(512)和透镜(513)，所述光源发出的光经过二色镜(512)折射并经过透镜(513)聚焦进入到微流控芯片(1)内，还包括PD(514)和透镜(513)，微滴激发出荧光后透过多个二色镜(512)再次经过透镜(513)进入到PD测得荧光信号。

4.根据权利要求2所述的基于旋转阀的PCR装置，其特征在于，所述扩增模块(52)包括设置在扩增载体(11)底部的加热底座(521)，所述加热底座(521)上开设有放置槽(522)，适于扩增载体(11)放置于放置槽(522)内和放置槽(522)内壁抵触，所述加热底座(521)下方依次设置有帕尔贴(523)、散热片(524)和风扇(525)，通过帕尔贴(523)来实现扩增升降温循环，完成扩增。

5.根据权利要求2所述的基于旋转阀的PCR装置，其特征在于，所述扩增模块(52)包括金属的环形热盖(526)，所述进样通道(13)和出样通道(14)均设置在环形热盖(526)内，所述扩增载体(11)套设在环形热盖(526)的底部并且和环形热盖(526)密封，所述环形热盖(526)上设置有第一加热件(527)，所述第一加热件(527)和环形热盖(526)贴合。

6.根据权利要求1所述的基于旋转阀的PCR装置，其特征在于，所述微流控芯片(1)位于所述旋转阀(12)处设置有固定件(25)，适用于对旋转阀(12)进行限位密封，在微流控芯片(1)上对旋转阀(12)进行压紧并且密封接触面，所述旋转阀(12)的顶部开设有扳手槽(24)，所述固定件(25)的顶部开设有和扳手槽(24)连通的容纳孔(26)。

7.根据权利要求1所述的基于旋转阀的PCR装置，其特征在于，所述压紧调节模块(4)包括移动板(42)和驱动移动板(42)朝向靠近或者远离微流控芯片(1)方向设置的第一驱动件(41)，所述移动板(42)上还设置有调节扳手(43)以及驱动调节扳手(43)移转动的第二驱动件(44)，所述移动板(42)上还设置有两个压紧件(45)，分别和微流控芯片(1)上的扩增载体(11)以及储液区对应，适于对扩增载体(11)以及储液区抵紧密封。

8.根据权利要求1-7任一所述的基于旋转阀的PCR装置，其特征在于，所述气路模块(3)包括气罐(31)，所述气罐(31)设置有三条通道分别和生成油道(7)、回流油道(8)以及样品通道(9)背向扩增载体(11)一端连通，适于驱动生成油、回流油以及样品在生成油道(7)、回流油道(8)以及样品通道(9)移动，三条所述通道上均设置有比例阀以及传感器。

9.根据权利要求8所述的基于旋转阀的PCR装置，其特征在于，所述气罐(31)位置处还设置有过滤器(32)以及气泵(33)，所述气泵(33)的进气口和过滤器(32)连通，出气口和气罐(31)连通。

10.一种检测方法，其特征在于，所述方法使用权利要求1-9任一所述的基于旋转阀的PCR装置，包括如下步骤：

微滴生成：旋转旋转阀(12)，将旋转阀(12)旋转到生成位，样品通道(9)和进样通道(13)连通，出样通道(14)和通气通道(10)连通，往样品通道(9)内样品，生成油道(7)内通入生成油并施压正压，所述生成油进入到样品通道(9)内，形成剪切流，将样品分割成微滴，并在旋转阀(12)的作用下通入到进样通道(13)内，最终进入到扩增载体(11)内；

微滴扩增：启动扩增模块(52)，扩增载体(11)开始进行数次热循环，对扩增载体(11)腔内的微滴进行加热，完成微滴扩增；

微滴回流检测：再次旋转旋转阀(12)，将旋转阀(12)移动到检测位，出样通道(14)和样品通道(9)连通，所述进样通道(13)和回流油道(8)连通，对回流通道一侧施压正压，将回流油从回油油道通入到进样通道(13)并压入到扩增载体(11)内，扩增载体(11)内的微滴首先被压入到出样通道(14)内，并回流到样品通道(9)内，同时往生成油到内施压正压，将生成油从生成油道(7)和样品通道(9)的连通处通入到样品通道(9)内，将微滴间隔，光学读数模块(51)，对准样品通道(9)，微滴回流经过时，对微滴进行核酸检测。

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