CN214612529U - 一种快速微滴数字pcr一体化芯片及其扩增装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种快速微滴数字PCR一体化芯片及其扩增装置，属于PCR反应实验设备技术领域，包括底座，所述底座的上端设有若干凹槽，所述凹槽内均设有加热片，所述底座的上端位于凹槽内均设有安装槽，所述安装槽内均设有温度传感器，所述底座的上端活动连接有一体化芯片。本实用新型让油和核酸适配体溶液形成的实验微滴可在蛇形微通道内完成PCR扩增反应，通过此种方式不用进行实验微滴的转移，既不会损失实验微滴，也避免了带来的外界污染，本实用新型利用多组可控温的加热片可为PCR反应持续提供不同的温度，避免了常规PCR反应需要不断升温降温的问题，缩短了PCR反应的时间，从而提高了实验效率。

Description

一种快速微滴数字PCR一体化芯片及其扩增装置

技术领域

本实用新型涉及PCR反应实验设备技术领域，具体是一种快速微滴数字PCR一体化芯片及其扩增装置。

背景技术

PCR(聚合酶链式反应)技术的基本原理类似于DNA的天然复制过程，其特异性依赖于与靶序列两端互补的寡核糖核苷酸引物，PCR基本由变性-退火-延伸三个基本反应步骤构成。PCR是利用DNA在体外(94-96℃)高温时变性成单链，低温(50-65℃)时引物与单链按照碱基互补配对的原则结合，再调温度至DNA聚合酶最适反应温度(72℃)，DNA聚合酶沿着磷酸到五碳糖的方向合成互补链。

目前很多微滴式数字PCR技术操作如下：在专用的微滴制备芯片上制备液滴；通过移液枪将微滴转移至离心管中，使用常规的PCR仪进行温度循环扩增；扩增完成后，利用流式技术依次对每个微滴进行荧光激发与探测，计算结果。这样的PCR技术存在一些问题：

(1)两次微滴的转移会造成微滴损失，导致检测结果不准确，以及可能带来的外界污染；

(2)常规PCR扩增仪的加热模块需要不断地在变性温度、延伸温度、退火温度之间不断地升降温，加热块的热惯量大，导致热循环时间长，往往需要三个小时以上。

因此，本实用新型提供了一种快速微滴数字PCR一体化芯片及其扩增装置，以解决上述提出的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种快速微滴数字PCR一体化芯片及其扩增装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种快速微滴数字PCR一体化芯片及其扩增装置，包括底座，所述底座的上端设有若干凹槽，所述凹槽内均设有加热片，所述加热片的上端均设有导热块，所述底座的上端位于凹槽内均设有安装槽，所述安装槽内均设有温度传感器，所述底座的上端活动连接有一体化芯片，所述一体化芯片包括芯片底片和芯片盖片，所述芯片底片与芯片盖片键合连接，所述芯片底片的上端设有若干一体化反应模块，所述一体化反应模块包括油相微通道和油包水微通道，所述油相微通道的一端设有进油孔，所述油相微通道的中部设有进水孔，所述油包水微通道的一端与进水孔连接，所述油包水微通道分为U形微通道部和蛇形微通道部，所述油相微通道的一侧设有产物生成腔室，所述产物生成腔室与蛇形微通道部连接，所述芯片盖片的上端设有若干连接孔，所述连接孔的位置与芯片底片上端的进油孔和进水孔相互对应，所述底座的一侧设有若干泵体，述泵体的下端对称设有康宁管，所述泵体的上端对称设有两个连接头，两个所述连接头上均连接有毛细管，所述底座靠近泵体的一端设有若干U形夹，所述一体化芯片与底座之间通过U形夹进行连接，所述U形夹的上端均螺纹连接有PEEK头，所述PEEK头与连接孔相互对应，所述毛细管远离泵体的一端与PEEK头连接。

作为本实用新型进一步的方案，所述底座上端位于凹槽内均设有排线槽，所述排线槽的深度大于凹槽的深度。

作为本实用新型再进一步的方案，所述底座的上端位于排线槽的上方设有固定板，所述固定板通过螺钉与底座连接。

作为本实用新型再进一步的方案，所述一体化芯片的长度小于底座的长度，所述一体化芯片通过固定夹与底座连接，所述固定夹与一体化芯片的接触端均设有绝热防护软垫。

作为本实用新型再进一步的方案，所述油相微通道的宽度为0.1MM，所述油相微通道的深度为0.04MM，所述油包水微通道的宽度为0.2MM，所述油包水微通道的深度为0.04MM，所述油包水微通道中蛇形微通道部的通道间距为0.6MM。

作为本实用新型再进一步的方案，所述一体化反应模块的宽度为20MM，若干所述一体化反应模块之间的间隔距离设置为2MM。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型使用时，油和核酸适配体溶液形成的实验微滴可在蛇形微通道内完成PCR扩增反应，通过此种方式不用进行实验微滴的转移，既不会损失实验微滴，也避免了带来的外界污染。

2、本实用新型设置有若干一体化反应模块，通过若干各一体化反应模块可一次进行多组实验，从而得多组实验数据，进而增加实验装置的实用性。

3、本实用新型利用多组可控温的加热片可为PCR反应持续提供不同的温度，避免了常规PCR反应需要不断增温降温的问题，缩短了PCR反应的时间，从而提高了实验效率。

4、本实用新型通过多个不同宽度和不同温度的加热片可形成不同的温区，根据需求调节加热片的间距，调控温度梯度，都达到实验所需要的最佳温度。

附图说明

图1为一种快速微滴数字PCR一体化芯片及其扩增装置的结构示意图。

图2为一种快速微滴数字PCR一体化芯片及其扩增装置中底座与一体化芯片的拆分示意图。

图3为一种快速微滴数字PCR一体化芯片及其扩增装置中加热片在芯片底片下端的分布示意。

图4为一种快速微滴数字PCR一体化芯片及其扩增装置中底座的结构示意图。

图中：1、底座；2、泵体；200、康宁管；201、连接头；202、毛细管；203、U形夹；204、PEEK头；3、芯片底片；300、芯片盖片；301、油相微通道；302、进油孔；303、油包水微通道；304、进水孔；305、U形微通道部；306、蛇形微通道部；307、产物生成腔室；308、连接孔；4、凹槽；5、安装槽；6、排线槽；7、加热片；700、导热块；8、温度传感器；9、固定板；10、固定夹。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1～4，本实用新型实施例中，一种快速微滴数字PCR一体化芯片及其扩增装置，包括底座1，底座1的上端设有若干凹槽4，凹槽4的数量设置为五个，五个凹槽4中，中间三个凹槽4的宽度相同，剩余两个凹槽4的宽度相同，且中间三个凹槽4的宽度大于剩余两个凹槽4的宽度，凹槽4内均设有加热片7，加热片7的上端均设有导热块700，导热块700的形状与加热片7的形状相互对应，加热片7的宽度与凹槽4的宽度相互对应，且加热片7的一端均设有导线，加热片7通过导线与温控板连接，五个加热片7的使用温度的分别为58度、105度、58度、105度、58度，底座1的上端位于凹槽4内均设有安装槽5，安装槽5内均设有温度传感器8，安装槽5的形状与温度传感器8的形状相互对应，底座1的上端活动连接有一体化芯片，一体化芯片包括芯片底片3和芯片盖片300，芯片底片3与芯片盖片300键合连接，芯片底片3的下端与导热块700贴合连接，芯片底片3和芯片盖片300均为透明玻璃材料，芯片底片3的上端设有若干一体化反应模块，一体化反应模块包括油相微通道301和油包水微通道303，油相微通道301设置为矩形，油相微通道301的一端设有进油孔302，油相微通道301的中部设有进水孔304，油包水微通道303的一端与进水孔304连接，进水孔304和进油孔302的直径均为1.6MM，油包水微通道303的通道与油相微通道301相交，油包水微通道303位于油相微通道301形成的矩形区域内部的一段的宽度与油相微通道的宽度相同，油包水微通道303分为U形微通道部305和蛇形微通道部306，U形微通道部305可让大分子DNA模板在进入温度循环前进行充分加热解链变性，蛇形微通道部306是PCR反应通道，U形微通道部305和蛇形微通道部306均位于油相微通道301的一侧，U形微通道部305和蛇形微通道部306为一体形成，油相微通道301的一侧设有产物生成腔室307，产物生成腔室307与蛇形微通道部306连接，芯片盖片300的上端设有若干连接孔308，连接孔308的位置与芯片底片3上端的进油孔302和进水孔304相互对应，底座1的一侧设有若干泵体2，泵体2为精密的压力驱动型微流体进样泵，泵体2的下端对称设有康宁管200，泵体2的上端对称设有两个连接头201，两个连接头201上均连接有毛细管202，底座1靠近泵体2的一端设有若干U形夹203，一体化芯片与底座1之间通过U形夹203进行连接，U形夹203的上端均螺纹连接有PEEK头204，PEEK头204与连接孔308相互对应，PEEK头204的中心点与芯片盖片300上端连接孔308的中心点在同一条竖线上，毛细管202远离泵体2的一端与PEEK头204连接，毛细管202通过PEEK头204与连接孔308连接。

其中，底座1上端位于凹槽4内均设有排线槽6，排线槽6的深度大于凹槽4的深度，通过排线槽6可对导线进行排布，避免导线散乱影响实验。

其中，底座1的上端位于排线槽6的上方设有固定板9，固定板9通过螺钉与底座1连接，通过固定板9可对加热片7上的导线进行限位固定。

其中，一体化芯片的长度小于底座1的长度，一体化芯片通过固定夹10与底座1连接，固定夹10与一体化芯片的接触端均设有绝热防护软垫，通过固定夹10可让一体化芯片与底座1之间连接的更加牢固，避免在实验时一体化芯片与底座1之间产生偏移导致实验数据不准确。

其中，油相微通道301的宽度为0.1MM，油相微通道301的深度为0.04MM，油包水微通道303的宽度为0.2MM，油包水微通道303的深度为0.04MM，油包水微通道303中蛇形微通道部306的通道间距为0.6MM。

其中，一体化反应模块的宽度为20MM，若干一体化反应模块之间的间隔距离设置为2MM。

本实用新型的工作原理是：

本实用新型使用时，在两个康宁管200内分别加入油相和核酸适配体溶液，再通过泵体2将油和核酸适配体溶液分别通过两个毛细管202输送到进油孔302和进水孔304中，油相在进入进油孔302内后在泵体2的作用下会沿着油相微通道301流动，核酸适配体溶液在进入进水孔304后在泵体2的作用下会沿着油包水微通道303进行流动，油相和核酸适配体溶液在流经油相微通道301和油包水微通道303的交汇点时，油相和核酸适配体溶液会混合在一起形成实验微滴，在形成实验微滴前，将加热片7分别加热到指定的温度，通过热成像仪可测量底座1表面的温度和一体化芯片表面的温度，然后对测量得到的数据进行计算即可得知一体化反应模块内油包水微通道303内的温度，实验微滴形成后会沿着油包水微通道303中的U形微通道部305和蛇形微通道部306流动，实验微滴在流经U形微通道部305和蛇形微通道部306时在加热片7的作用下实验微滴会完成PCR反应，完成PCR反应的实验微滴会最终流向产物生成腔室307内，当完成反应后的实验微滴进入到产物生成腔室307内后先对实验微滴进行拍照，再进行后续的图像处理和计数，通过此种方式可使核酸微滴的PCR扩增在一个一体化反应模块内完成，不用进行实验微滴的转移，既不会损失实验微滴，也避免了带来的外界污染，同时还可以一次完成多组实验，增加实验装置效率，从而增加实验装置的实用性。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种快速微滴数字PCR一体化芯片及其扩增装置，包括底座(1)，其特征在于，所述底座(1)的上端设有若干凹槽(4)，所述凹槽(4)内均设有加热片(7)，所述加热片(7)的上端均设有导热块700，所述底座(1)的上端位于凹槽(4)内均设有安装槽(5)，所述安装槽(5)内均设有温度传感器(8)，所述底座(1)的上端活动连接有一体化芯片，所述一体化芯片包括芯片底片(3)和芯片盖片(300)，所述芯片底片(3)与芯片盖片(300)键合连接，所述芯片底片(3)的上端设有若干一体化反应模块，所述一体化反应模块包括油相微通道(301)和油包水微通道(303)，所述油相微通道(301)的一端设有进油孔(302)，所述油相微通道(301)的中部设有进水孔(304)，所述油包水微通道(303)的一端与进水孔(304)连接，所述油包水微通道(303)分为U形微通道部(305)和蛇形微通道部(306)，所述油相微通道(301)的一侧设有产物生成腔室(307)，所述产物生成腔室(307)与蛇形微通道部(306)连接，所述芯片盖片(300)的上端设有若干连接孔(308)，所述连接孔(308)的位置与芯片底片(3)上端的进油孔(302)和进水孔(304)相互对应，所述底座(1)的一侧设有若干泵体(2)，述泵体(2)的下端对称设有康宁管(200)，所述泵体(2)的上端对称设有两个连接头(201)，两个所述连接头(201)上均连接有毛细管(202)，所述底座(1)靠近泵体(2)的一端设有若干U形夹(203)，所述一体化芯片与底座(1)之间通过U形夹(203)进行连接，所述U形夹(203)的上端均螺纹连接有PEEK头(204)，所述PEEK头(204)与连接孔(308)相互对应，所述毛细管(202)远离泵体(2)的一端与PEEK头(204)连接。

2.根据权利要求1所述的一种快速微滴数字PCR一体化芯片及其扩增装置，其特征在于，所述底座(1)上端位于凹槽(4)内均设有排线槽(6)，所述排线槽(6)的深度大于凹槽(4)的深度。

3.根据权利要求1所述的一种快速微滴数字PCR一体化芯片及其扩增装置，其特征在于，所述底座(1)的上端位于排线槽(6)的上方设有固定板(9)，所述固定板(9)通过螺钉与底座(1)连接。

4.根据权利要求1所述的一种快速微滴数字PCR一体化芯片及其扩增装置，其特征在于，所述一体化芯片的长度小于底座(1)的长度，所述一体化芯片通过固定夹(10)与底座(1)连接，所述固定夹(10)与一体化芯片的接触端均设有绝热防护软垫。

5.根据权利要求1所述的一种快速微滴数字PCR一体化芯片及其扩增装置，其特征在于，所述油相微通道(301)的宽度为0.1MM，所述油相微通道(301)的深度为0.04MM，所述油包水微通道(303)的宽度为0.2MM，所述油包水微通道(303)的深度为0.04MM，所述油包水微通道(303)中蛇形微通道部(306)的通道间距为0.6MM。

6.根据权利要求1所述的一种快速微滴数字PCR一体化芯片及其扩增装置，其特征在于，所述一体化反应模块的宽度为20MM，若干所述一体化反应模块之间的间隔距离设置为2MM。

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