CN117801944A - 离心式快速pcr系统及反应芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了离心式快速PCR系统及反应芯片，其中，离心式快速PCR系统包括：反应芯片和离心平台；反应芯片用于加载并密封反应试剂；离心平台用于安装并加热反应芯片，以使得反应芯片内的反应试剂达到反应所需的温度。本方案通过离心平台安装并加热反应芯片，以使得反应芯片内的反应试剂达到反应所需的温度，进而以使得在离心平台上可实现PCR反应，从而以使得PCR可以应用在需要离心转动进行PCR反应的应用场景下。

Description

离心式快速PCR系统及反应芯片

技术领域

本发明涉及体外诊断技术领域，特别涉及离心式快速PCR系统及反应芯片。

背景技术

聚合酶链式反应，即Polymerase Chain Reaction (PCR)，是一种在细胞外复制DNA分子的技术。高温（一般为95℃）下DNA分子的双链结构可以解开，引物在较低温度下（一般为60℃左右）可以与DNA单链结合，之后在DNA聚合酶的催化下游离核苷酸会沿着引物5′至3′方向聚合延伸成新的DNA链，此即为一个轮次的反应，不断重复反应，目标DNA片段就可以实现指数级的复制。PCR已经广泛应用于法医鉴定、传染病检测、基因测序等应用场景。

离心式微流控特指利用离心力作为主要流体驱动力的微流控技术，离心式微流控设备凭借快速反应速率、高集成化、自动化等优点已被广泛应用于传染病检测、生化检测、免疫分析、食品安全等领域。

在离心式微流控技术应用中，由于被控物体持续离心转动的特性，传统PCR反应所需的庞大升降温结构通常很难直接与离心平台直接结合，使得在离心式微流控平台上难以进行常规PCR反应，也就使得PCR难以应用在需要离心转动进行PCR反应的应用场景下。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种离心式快速PCR系统，可以使得PCR可以应用在需要离心转动进行PCR反应的应用场景下。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种离心式快速PCR系统，包括：反应芯片和离心平台；

所述反应芯片用于加载并密封反应试剂；

所述离心平台用于安装并加热所述反应芯片，以使得所述反应芯片内的所述反应试剂达到反应所需的温度。

优选地，所述反应芯片的底部用于装载并密封所述反应试剂；

所述离心平台用于贴合安装所述反应芯片并加热所述反应芯片的底部。

优选地，所述离心平台的转动台包括反应托盘；

所述反应托盘用于贴合安装所述反应芯片并加热所述反应芯片的底部。

优选地，所述反应托盘包括：导热板、加热片、保温圈和底座；

所述底座、所述加热片和所述导热板依次叠装设置；所述保温圈设置在所述底座与所述导热板之间，且包裹所述加热片的侧壁；所述导热板的顶部用于贴合安装所述反应芯片并同所述反应芯片的底部接触热传导配合；所述加热片能够加热至不同的温度；所述底座的底部用于同所述离心平台的转动机构的输出端传动连接。

优选地，所述加热片包括热电致冷片。

优选地，所述底座的底部设有散热鳍片。

优选地，所述反应芯片包括：芯片本体、第一薄膜和第二薄膜；

所述芯片本体开设有若干个加载结构，所述加载结构包括：加样孔、加样流道、反应槽和通气孔；

所述加样孔和所述通气孔贯通所述芯片本体的顶部和底部；所述加样流道和所述反应槽开设于所述芯片本体的底部，且所述加样孔、所述加样流道、所述反应槽和所述通气孔依次连通；

所述第一薄膜用于在加样前密封所述加样孔在所述芯片本体底部的端口、所述加样流道、所述反应槽和所述通气孔在所述芯片本体底部的端口，和用于在加样后密封所述加样孔在所述芯片本体顶部的端口；所述第二薄膜用于在加样后密封所述通气孔在所述芯片本体顶部的端口。

优选地，所述第二薄膜为疏水透气膜。

优选地，所述加载结构还包括蒸汽扩散屏障流道；

所述蒸汽扩散屏障流道开设于所述芯片本体的底部，且连通在所述反应槽和所述通气孔之间，所述蒸汽扩散屏障流道比所述加样流道窄；所述第一薄膜还用于在加样前密封所述蒸汽扩散屏障流道。

优选地，所述加样孔和所述通气孔靠近所述芯片本体的中心；所述反应槽远离所述芯片本体的中心；所述加样流道和所述蒸汽扩散屏障流道均为折弯流道。

一种反应芯片，包括：芯片本体和薄膜；

所述芯片本体的底部用于装载反应试剂并通过所述薄膜密封所述反应试剂，且所述芯片本体的底部还用于与加热机构接触热传导配合，以使得所述芯片本体内的所述反应试剂达到反应所需的温度。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的离心式快速PCR系统，通过离心平台安装并加热反应芯片，以使得反应芯片内的反应试剂达到反应所需的温度，进而以使得在离心平台上可实现PCR反应，从而以使得PCR可以应用在需要离心转动进行PCR反应的应用场景下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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为本发明实施例提供的离心式快速PCR系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的离心平台的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的反应托盘的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的反应托盘的结构爆炸图；

图5为本发明实施例提供的底座的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的反应芯片的结构示意图；

图7为本发明另一实施例提供的反应芯片的结构示意图。

其中，100为反应托盘、101为芯片托、102为导热板、103为加热片、104为保温圈、105为底座，106为散热鳍片；200为电滑环；300为离心电机；400为框架；500为反应芯片、501为加样孔、502为加样流道、503为反应槽、504为蒸汽扩散屏障流道、505为通气孔；600为联轴器。

具体实施方式

在上述背景技术中，由于被控物体持续离心转动的特性，传统PCR反应所需的庞大升降温结构通常很难直接与离心平台直接结合，其中，由于PCR反应所需的温度控制模块重量大体积大、需要在转动的时候稳定通电和控制，

但是离心平台的电机的高速转动产生的大感应电场通常会极大影响温度传感器和控制电路的工作，因此一般的解决方法有改变PCR升降温方式来保证离心的正常进行（例如改用空气加热和对流散热等非接触式的温控技术）、在离心性能上做出妥协（例如降低离心转速，甚至在离心平台静止时才可进行PCR反应），这些方法使得在离心式微流控平台上难以进行常规PCR反应，也就使得PCR难以应用在需要离心转动进行PCR反应的应用场景下。

为此，本方案提供了一种离心式快速PCR系统，将PCR反应所需的升降温功能转移到离心平台上，即离心平台能够给安装于其的反应芯片500加热至不同的温度，也就是离心平台能够给反应芯片500加热至预设的温度，也可以给反应芯片500降温至其它预设的温度，以使得反应芯片500内的反应试剂达到反应所需的温度，从而使得在离心平台上可实现PCR反应。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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。

本发明实施例提供的离心式快速PCR系统，如图1所示，包括：反应芯片500和离心平台；

反应芯片500用于加载并密封反应试剂；

离心平台用于安装并加热反应芯片500，以使得反应芯片500内的反应试剂达到反应所需的温度。

需要说明的是，反应芯片500用于先加载反应试剂后再密封反应试剂，以使得反应芯片500在离心转动时，避免反应试剂被离心甩出，之后再安装到离心平台上进行PCR反应。反应芯片500即作为反应容器或反应载体；其中，反应芯片500的PCR反应与常规的PCR反应类似，在反应芯片500安装到离心平台上后，控制离心平台给反应芯片500加热至不同的温度（离心平台能够给反应芯片500加热至不同的温度），以使得反应芯片500内的反应试剂达到PCR反应所需的温度，比如达到变性温度、退火温度和延伸温度，从而确保反应芯片500在离心平台上可实现PCR反应；其中，以一般的三步法PCR为例，每个循环首先是高温变性（一般为95℃），其次是低温退火（一般为60℃），最后是延伸（一般为72℃），按照PCR反应需求设置足够的循环圈数后即可完成PCR反应；而且，在反应的同时离心平台持续离心，一般可维持不低于1000rpm的转速。

本方案将PCR反应所需的升降温功能转移到离心平台上，即离心平台能够给安装于其的反应芯片500加热至不同的温度，也就是离心平台能够给反应芯片500加热至预设的温度，也可以给反应芯片500降温至其它预设的温度，以使得反应芯片500内的反应试剂达到反应所需的温度，进而以使得在离心平台上可实现PCR反应，从而使得PCR可以应用在需要离心转动进行PCR反应的应用场景下。

也就是说，本方案可以将离心式微流控和PCR反应结合到一起，在离心平台上可实现PCR反应，这不仅扩展离心式微流控技术上的温度控制能力，还在完成离心式流体操纵的同时实现PCR反应，从而实现更多的离心式微流控的应用。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的离心式快速PCR系统，通过离心平台安装并加热反应芯片，以使得反应芯片内的反应试剂达到反应所需的温度，进而以使得在离心平台上可实现PCR反应，从而以使得PCR可以应用在需要离心转动进行PCR反应的应用场景下。

在本方案中，反应芯片500的底部用于装载并密封反应试剂；

离心平台用于贴合安装反应芯片500并加热反应芯片500的底部。其中，反应试剂被加载（内置）和密封在反应芯片500的底部，以使得反应试剂被内置在反应芯片500的底部；离心平台用于贴合安装并加热反应芯片500的底部，这可便于离心平台更好加热反应芯片500内的反应试剂，以使得反应芯片500内的反应试剂更好达到反应所需的温度，从而有助于使得在离心平台上可实现快速PCR反应。也就是说，离心平台对反应芯片500装载有反应试剂的底部采用贴合加热的方式，以使得在离心平台（离心式微流控平台）上可快速完成PCR反应，减少PCR所需时间，从而有助于减少在传染病检测等应用场景和DNA克隆等科学研究场景中PCR的耗时。

具体地，如图2所示，离心平台的转动台包括反应托盘100；

反应托盘100用于贴合安装反应芯片500并加热反应芯片500的底部。其中，反应托盘100的顶部用于贴合安装反应芯片500并加热反应芯片500的底部，即反应托盘100的顶部与反应芯片500的底部接触热传导配合；当然，反应托盘100的顶部能够给反应芯片500的底部加热至不同的温度，即反应托盘100能够给反应芯片500加热至预设的温度，也可以给反应芯片500降温至其它预设的温度；也就是说，离心平台的转动台即为用于贴合安装并加热反应芯片500的可变温的加热台，便于有效加热反应芯片500的底部。此外，如图1所示，离心平台还包括：电滑环200、离心电机300和框架400；其中，离心电机300设置于框架400内；如图1所示，反应托盘100设置于框架400的上方，且其底部设有传动轴，该传动轴通过联轴器600与离心电机300的输出轴传动连接；电滑环200设置在框架400的顶部，且其内环套装在传动轴上，当然，电滑环200是用于给反应托盘100上的电子元件（如加热片103、温度传感器）提供与外界连接的电气。

进一步地，如图4所示，反应托盘100包括：导热板102、加热片103、保温圈104和底座105；

底座105、加热片103和导热板102依次叠装设置；保温圈104设置在底座105与导热板102之间，且包裹加热片103的侧壁；导热板102的顶部用于贴合安装反应芯片500并同反应芯片500的底部接触热传导配合；加热片103能够加热至不同的温度；底座105的底部用于同离心平台的转动机构（即离心电机）的输出端传动连接。

需要说明的是，底座105、保温圈104和导热板102可通过四个螺钉依次叠装连接在一起；保温圈104安装在底座105与导热板102之间，且包裹加热片103的外侧壁，避免加热片103的热量泄露；反应芯片500贴合安装在导热板102的顶部，反应芯片500的底部与导热板102的顶部接触热传导配合。底座105的底部设有上文所述的传动轴，并可通过联轴器600与离心电机300的输出轴传动连接。当然，本方案的反应托盘100如此设计，具有结构简单、加热便捷等特点。

此外，还可以通过设定程序控制加热片103加热至不同的温度，以使得反应试剂达到PCR反应所需的温度条件。另外，导热板102即为均热板，且由复合材料构成，下层为纯铝，上层为导热硅胶，导热硅胶的上表面将与反应芯片500直接接触，再将PCR反应所需的温度传递给反应芯片500以满足反应需求，纯铝的下表面开设有凹槽，用于安装控制温度所需的温度传感器。与此同时，如图3和图4所示，反应托盘100还包括芯片托101；其中，为避免发生装配干涉，导热板102和加热片103均为环形结构，芯片托101穿过导热板102和加热片103的内环，再通过螺钉与底座105的顶部连接；而且为实现反应芯片500在导热板102顶部的定位安装，如图4所示，芯片托101的上部设为环形定位凸，且凸出于导热板102的顶面，相应地，如图7所示，反应芯片500开设有贯通的圆形定位槽，用于同芯片托101的环形定位凸配合；并且为了确保反应芯片500能够跟随导热板102转动，如图4所示，环形定位凸的外侧壁设有凸起，相应地，如图7所示，圆形定位槽的内侧壁开设有凹槽，用于同凸起配合，从而确保反应芯片500在离心转动过程中与反应托盘100紧密配合不发生相对活动。

再进一步地，为便于加热片103加热至不同的温度，或者为便于加热片的升温和降温；作为优选，加热片103包括热电致冷片。其中，热电致冷片的上表面为工作面，产生的高温或低温通过导热板102传导给反应芯片500，而且如上文所述的，还可以通过外部编程控制驱动热电致冷片加热至不同的温度，或升温和降温，以使得反应试剂达到反应所需的温度条件。

在本方案中，如图5所示，底座105为热沉底座，底座105的底部设有散热鳍片106。其中，底座105的底部设有多个鳍片状凸起，用于散热，以便于在离心转动时，可将热电致冷片下表面传递来的废热及时散出，确保热电致冷片正常工作。

具体地，反应芯片500包括：芯片本体、第一薄膜和第二薄膜；

如图6所示，芯片本体开设有若干个加载结构，加载结构包括：加样孔501、加样流道502、反应槽503和通气孔505；

如图6和图7所示，加样孔501和通气孔505贯通芯片本体的顶部（顶面）和底部（底面）；加样流道502和反应槽503开设于芯片本体的底部，且加样孔501、加样流道502、反应槽503和通气孔505依次连通；

第一薄膜用于在加样前密封加样孔501在芯片本体底部的端口、加样流道502、反应槽503、通气孔505在芯片本体底部的端口，和用于在加样后密封加样孔501在芯片本体顶部的端口；第二薄膜用于在加样后密封通气孔505在芯片本体顶部的端口。

需要说明的是，芯片本体可为方形芯片本体或圆形芯片本体；此外，为提升反应芯片500的反应容量，芯片本体的加载结构可为多个，且围绕芯片本体的中心均匀分布，其中，如图6所示，加载结构的数量可为六个；另外，加样孔501在芯片本体顶部的端口用于加注反应试剂，反应试剂沿着加样流道502流入反应槽503内，反应槽503用于容纳PCR反应试剂以进行PCR反应，而且通气孔505在芯片本体顶部的端口在加样时不密封，用于通气确保加样顺畅；当然，第一薄膜和第二薄膜可为能够导热的密封薄膜，而且第一薄膜设置在芯片本体的底部不会影响其平整性；其中，第一薄膜可为具有PCR反应生物兼容性的单面胶。也就是说，装载在反应芯片500底部的反应试剂采用薄膜密封，从而有助于提升反应芯片500的底部与反应托盘100的顶部之间的热传导效果。

进一步地，第二薄膜为疏水透气膜，这不仅可确保反应槽503的密封，避免反应试剂发生泄露，还可减少内部气体因高温膨胀产生的高压，也就是用于在反应时平衡加载结构内部的气压，防止芯片内部气体膨胀损坏芯片。其中，疏水透气膜的材质为聚四氟乙烯（PTFE）。

再进一步地，如图6所示，加载结构还包括蒸汽扩散屏障流道504；

蒸汽扩散屏障流道504开设于芯片本体的底部，且连通在反应槽503和通气孔505之间，蒸汽扩散屏障流道504比加样流道502窄；第一薄膜还用于在加样前密封蒸汽扩散屏障流道504。也就是说，如图6所示，蒸汽扩散屏障流道504的截面相较于加样流道502的截面小很多，这样可以缓解在高温反应下反应试剂挥发蒸汽的扩散，以使得反应试剂尽可能留在反应槽503内。

具体地，如图6所示，加样孔501和通气孔505靠近芯片本体的中心；反应槽503远离芯片本体的中心；加样流道502和蒸汽扩散屏障流道504均为折弯流道。本方案如此设计，以使得在离心力作用下，反应试剂被约束在反应槽503内，确保反应试剂正常PCR反应，还可防止反应试剂受热膨胀接触到通气孔505上的疏水透气膜而泄露出反应芯片外。

也就是说，本方案提供的离心式快速PCR系统，可以在离心式微流控中实现媲美管内的快速PCR反应，同时还可以完成相应的离心式微流控流体操纵，避免了为实现离心式流体操纵而改变PCR的温控性能。

如图6和图7所示，本发明实施例还提供了一种反应芯片，包括：芯片本体和薄膜；

芯片本体的底部用于装载反应试剂并通过薄膜密封反应试剂，在此情况下，且芯片本体的底部还用于与加热机构接触热传导配合，以使得芯片本体内的反应试剂达到反应所需的温度。

需要说明的是，该反应芯片即为上文所述的反应芯片500；其中，芯片本体的底部用于装载反应试剂并通过薄膜密封反应试剂的设计可参考上文描述，此处不再赘述；此外，加热机构能够升温和降温，且可为上文所述的反应托盘100；也就是说，装载并密封有反应试剂的芯片本体可用于贴合安装于反应托盘100的导热板102上，并同导热板102接触热传导配合，以使得芯片本体内的反应试剂达到反应所需的温度，从而确保反应芯片能够实现PCR反应，甚至以使得反应芯片在离心平台上可实现PCR反应。

下面结合具体实施例对本方案作进一步介绍：

离心式快速PCR系统的构成：

如图1所示，离心式快速PCR系统由反应托盘100、电滑环200、离心电机300和框架400等构成；其中，反应托盘100为核心部分，含有待反应液体的反应芯片将被安装在反应托盘100上，电滑环200用于给反应托盘100上的电子元件（如温度传感器、热电致冷片）提供与外界连接的电气，离心电机300用于驱动反应托盘100的离心转动，框架400对电滑环200和离心电机300起到整体支撑作用。

如图4所示，反应托盘100由芯片托101、均热板（即导热板102）、热电致冷片（即TEC元件）、保温圈104、热沉底座（即底座105）构成。芯片托101用螺钉与热沉底座连接，其上环形部分有一凸起，用于和反应芯片圆槽的侧壁凹槽配合，保证反应芯片在离心转动过程中与反应托盘紧密配合不发生滑动；均热板为复合材料构成，下层为纯铝，上层为导热硅胶，其上表面将与反应芯片直接接触，将PCR反应所需的温度传递给反应芯片以满足反应需求，其下表面有一凹槽，用于放置控制温度所需的反馈传感器（即温度传感器）；TEC元件为反应托盘100的核心元件，其依靠帕尔贴效应制冷或产热，其中密集排列了许多半导体PN结，当通以不同方向的直流电时，TEC元件将热量从其中一面转移至另一面，通过控制电流方向，可以在TEC元件的一面制造热或冷的环境，在本系统中TEC元件的上表面为工作面，产生的高温或低温将通过均热板传递给反应芯片；保温圈104将TEC元件侧面包裹，防止热量泄露；热沉底座通过4个螺丝与均热板和保温圈104连接，将整个反应托盘100连接为整体，其下方密布鳍片状凸起，在离心转动时可以将TEC元件下表面传递来的废热及时散出，保证TEC元件的高制冷效率。

离心式快速PCR反应芯片的构成：

如图6所示，反应芯片500由6组（根据反应需求可任意改变数量）反应单元（即加载结构）构成。每组反应单元由加样孔501、加样管道（即加样流道502）、反应腔（即反应槽503）、蒸汽扩散屏障管道（即蒸汽扩散屏障流道504）、通气孔505构成；其中，加样孔501用于加注样本，反应腔用于容纳PCR反应试剂进行PCR反应，蒸汽扩散屏障管道相较于加样管道的截面小很多，可以缓解在高温反应下PCR试剂挥发的蒸汽的扩散，通气孔505用于在加样时通气以及在反应时平衡管道内部的气压。

离心式快速PCR反应芯片的反应试剂的加载和密封：

反应芯片500由聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）材料制作而成，具备上述各种结构的为背面（即下表面），反应芯片500的加样孔501和通气孔505贯穿反应芯片500的正面和背面，芯片在加样前使用具有PCR反应生物兼容性的单面胶密封反应芯片500的背面；在使用时首先经加样孔501加样，待加样完成后，使用单面胶密封正面的加样孔501，通气孔505则使用聚四氟乙烯（PTFE）材质的疏水透气膜密封，疏水透气膜可以在保证整个反应腔室密封的同时，减小内部因高温产生的高压环境，防止芯片内部气体膨胀损坏芯片；反应试剂加注完成后，反应芯片500内部的反应腔基本被反应试剂填充满，仅在蒸汽扩散屏障管道与通气孔505处残余少量空气。

反应芯片500中间具有和芯片托101上方凸起相同形状的凹槽，其与芯片托101配合安装后，下表面紧贴均热板用于获取PCR反应所需的温度。

离心式快速PCR系统和反应芯片的基本工作原理：

反应芯片500完成加样与密封后即可进入正式的快速PCR反应。本系统中的PCR反应与常规的PCR反应类似，在芯片加载完成后，通过外部程序控制驱动TEC元件进行升温或降温，实现PCR反应所需的温度条件。以一般的三步法PCR为例，每个循环首先是高温变性（一般为95℃），其次是低温退火（一般为60℃），最后是延伸（一般为72℃），按照PCR反应需求设置足够的循环轮数后即可完成PCR反应。在反应的同时，离心电机300持续离心，一般可维持不低于1000rpm的转速，在离心力的作用下，芯片内的反应试剂被约束在反应腔的底部，可防止反应试剂受热膨胀接触通气孔505上的疏水透气膜而泄露出芯片。此外，根据其他具体的微流控需求，可以在本反应芯片的基础上设计其他相应的芯片结构，同时离心电机300可根据具体的流体操纵需求进行相应的离心操作。

在本实施例中，使用离心式快速PCR系统和反应芯片500实现了目标核酸片段的快速PCR扩增，具体过程如下。

在开始前，将含有待扩增目标核酸模板的PCR反应试剂震荡混合均匀，将反应芯片500按照前述介绍用具有生物兼容性的单面胶密封好，仅留背面加样孔501和通气孔505未密封，在加样前将反应芯片反过来放，用移液器从加样孔501加注反应试剂至反应腔内，用单面胶密封背面的加样孔501，用疏水透气膜密封通气孔505。

首先设置PCR反应程序。以常规PCR为例，设置温度参数为：变性温度为95℃，退火温度为60℃，延伸温度为72℃。反应流程为预变性5min，单个温度循环中变性阶段维持10s，退火阶段维持20s，延伸阶段维持20s，总共进行40轮循环。随后设置离心程序，以无其他流体操纵需求为例，设置匀速离心保持直至PCR反应结束，离心转速为1000rpm。待均热板升温至95℃后，将芯片装载在芯片托101上，施加压力确保芯片下表面紧贴于均热板。启动设置好的运行程序，在离心电机300的驱动下，反应托盘100和反应芯片500将保持1000rpm的离心转速直至反应结束。在TEC元件的驱动下，其上表面的均热板按照预先设定的温度程序进行变温，由于反应芯片500腔室壁很薄，且均热板上层有弹性导热硅胶层，故紧贴在均热板上的反应芯片500也一同按照设定温度进行变温，反应腔内的反应试剂在合适的温度下即可完成PCR反应，实现目标核酸片段的扩增。

在本实施例中，PCR反应与常规的三步法PCR反应相似，区别主要在于，本系统和芯片的设计可以在离心式微流控中实现媲美管内的快速PCR，同时完成相应的离心式微流控流体操纵，避免了为实现离心式流体操纵而妥协的温控性能或为实现高性能PCR而放弃的流体操作能力，按照上述实施例进行的快速PCR反应总运行时间约38min，根据反应的具体要求不同，一般而言，总运行时间为25至45min不等。

也就是说，本发明可以为离心式微流控提供一种快速PCR反应的解决方式，扩展离心式微流控技术上的温度控制能力，在完成离心式流体操纵的同时实现快速PCR反应，减少离心式微流控应用中PCR反应的耗时，从而实现更多的离心式微流控应用。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种离心式快速PCR系统，其特征在于，包括：反应芯片（500）和离心平台；

所述反应芯片（500）用于加载并密封反应试剂；

所述离心平台用于安装并加热所述反应芯片（500），以使得所述反应芯片（500）内的所述反应试剂达到反应所需的温度。

2.根据权利要求1所述的离心式快速PCR系统，其特征在于，所述反应芯片（500）的底部用于装载并密封所述反应试剂；

所述离心平台用于贴合安装所述反应芯片（500）并加热所述反应芯片（500）的底部。

3.根据权利要求2所述的离心式快速PCR系统，其特征在于，所述离心平台的转动台包括反应托盘（100）；

所述反应托盘（100）用于贴合安装所述反应芯片（500）并加热所述反应芯片（500）的底部。

4.根据权利要求3所述的离心式快速PCR系统，其特征在于，所述反应托盘（100）包括：导热板（102）、加热片（103）、保温圈（104）和底座（105）；

所述底座（105）、所述加热片（103）和所述导热板（102）依次叠装设置；所述保温圈（104）设置在所述底座（105）与所述导热板（102）之间，且包裹所述加热片（103）的侧壁；所述导热板（102）的顶部用于贴合安装所述反应芯片（500）并同所述反应芯片（500）的底部接触热传导配合；所述加热片（103）能够加热至不同的温度；所述底座（105）的底部用于同所述离心平台的转动机构的输出端传动连接。

5.根据权利要求4所述的离心式快速PCR系统，其特征在于，所述加热片（103）包括热电致冷片。

6.根据权利要求4所述的离心式快速PCR系统，其特征在于，所述底座（105）的底部设有散热鳍片（106）。

7.根据权利要求2所述的离心式快速PCR系统，其特征在于，所述反应芯片（500）包括：芯片本体、第一薄膜和第二薄膜；

所述芯片本体开设有若干个加载结构，所述加载结构包括：加样孔（501）、加样流道（502）、反应槽（503）和通气孔（505）；

所述加样孔（501）和所述通气孔（505）贯通所述芯片本体的顶部和底部；所述加样流道（502）和所述反应槽（503）开设于所述芯片本体的底部，且所述加样孔（501）、所述加样流道（502）、所述反应槽（503）和所述通气孔（505）依次连通；

所述第一薄膜用于在加样前密封所述加样孔（501）在所述芯片本体底部的端口、所述加样流道（502）、所述反应槽（503）和所述通气孔（505）在所述芯片本体底部的端口，和用于在加样后密封所述加样孔（501）在所述芯片本体顶部的端口；所述第二薄膜用于在加样后密封所述通气孔（505）在所述芯片本体顶部的端口。

8.根据权利要求7所述的离心式快速PCR系统，其特征在于，所述加载结构还包括蒸汽扩散屏障流道（504）；

所述蒸汽扩散屏障流道（504）开设于所述芯片本体的底部，且连通在所述反应槽（503）和所述通气孔（505）之间，所述蒸汽扩散屏障流道（504）比所述加样流道（502）窄；所述第一薄膜还用于在加样前密封所述蒸汽扩散屏障流道（504）。

9.根据权利要求8所述的离心式快速PCR系统，其特征在于，所述加样孔（501）和所述通气孔（505）靠近所述芯片本体的中心；所述反应槽（503）远离所述芯片本体的中心；所述加样流道（502）和所述蒸汽扩散屏障流道（504）均为折弯流道。

10.一种反应芯片，其特征在于，包括：芯片本体和薄膜；

所述芯片本体的底部用于装载反应试剂并通过所述薄膜密封所述反应试剂，且所述芯片本体的底部还用于与加热机构接触热传导配合，以使得所述芯片本体内的所述反应试剂达到反应所需的温度。