CN218811744U - 一种微流控pcr芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微流控PCR芯片，其在密闭状态下进行反应，避免和外界空气交换。该芯片包括：开设有多个功能腔的本体；旋转仓，其可旋转地设置于本体中，其内形成有中转腔，旋转仓上开设有和中转腔连通的第一连通口；及活塞，本体上开设有封闭的活塞腔，活塞活动设于活塞腔中，活塞腔被活塞分隔为相互隔绝的第一腔和第二腔；本体上还开设有和多个功能腔分别连通的多个液流通道、将第一腔和中转腔连通的第一气流通道及将第二腔和本体的除活塞腔外的内部空间连通的第二气流通道；各液流通道的一端分别延伸至旋转仓处，旋转仓在任一个工作位置时，其中一个液流通道和第一连通口对齐以使对应的功能腔连通中转腔。

Description

一种微流控PCR芯片

技术领域

本实用新型属于生物检测技术领域，涉及一种微流控PCR芯片。

背景技术

微流控芯片把化学或生物等领域中所涉及的样品制备、混合、反应、分离、检测，以及细胞培养、分选、裂解等基本操作单元移植到在一块很小的芯片上，并构建贯穿整个芯片的微通道网络。微流控芯片可以作为生物、化学微反应器或微系统。核酸检测具有灵敏度高、特异性好的特点，在生命科学、医学检验中，占据了极其重要的位置。将微流控芯片技术与核酸检测技术结合起来，开发可用于生物样本高通量、全自动核酸分析检测的微流控PCR芯片，实现了试剂消耗量小、分析速度快、检测通量大、自动化程度高、非专业人员使用等优点，特别适合于生物样本中核酸分子的多指标快速定量检测。然而，现有的PCR芯片的功能腔与外界气体需要进行交换，废气直接或经过过滤后排出芯片主体，存在污染环境的风险。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种微流控PCR芯片，其能够集核酸提取、扩增及检测于一体，且在密闭状态下进行反应，避免和外界空气交换，使用安全。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种微流控PCR芯片，包括开设有多个功能腔的本体，所述微流控芯片还包括：

旋转仓，其可旋转地设置于所述本体中，所述旋转仓内形成有中转腔，所述旋转仓上开设有和所述中转腔连通的第一连通口；及

活塞，其用于驱动液体在所述功能腔和所述中转腔之间流动，所述本体上开设有封闭的活塞腔，所述活塞活动设于所述活塞腔中，所述活塞腔被所述活塞分隔为相互隔绝的第一腔和第二腔；

其中，所述本体上还开设有和所述多个功能腔分别连通的多个液流通道、将所述第一腔和所述中转腔连通的第一气流通道及将所述第二腔和所述本体的除所述活塞腔外的内部空间连通的第二气流通道；

各所述液流通道的一端分别延伸至所述旋转仓处，所述旋转仓具有多个工作位置，在任一个所述工作位置时，其中一个所述功能腔的所述液流通道和所述第一连通口对齐以使对应的功能腔连通所述中转腔。

所述内部空间是指所述本体中的与外界不连通的空间。更优选地，所述内部空间包括所述功能腔、与所述功能腔连通的微通道及所述功能腔之间的缝隙。所述内部空间不包括活塞腔及与外部空间连通的腔体。

在一些优选的实施方式中，所述本体上还开设有环形的连通槽，所述旋转仓上开设有与所述连通槽相互连通的第二连通口，所述连通槽的形状与所述第二连通口的旋转路径相同以使在任一个所述工作位置时所述连通槽均和所述中转腔连通，所述第一气流通道和所述连通槽连通。

在一些优选的实施方式中，所述第一连通口位于所述连通槽的外侧。

在一些优选的实施方式中，所述功能腔包括反应腔，所述第二气流通道和所述反应腔相连通。

在一些优选的实施方式中，所述反应腔为多个，所述微流控芯片包括能够将所述反应腔和所述中转腔连通或阻断的控制阀。

在一些优选的实施方式中，所述本体上还开设有多个第三气流通道，每个所述反应腔分别和一个所述液流通道及一个所述第三气流通道连通，所述控制阀上开设有分别与多个反应腔相对应的多个第一微通道和多个第二微通道，所述中转腔和所述活塞腔位于所述控制阀的一侧，所述反应腔位于所述控制阀的另一侧，所述控制阀可移动地插设于所述本体中而具有连通位置和阻断位置，在所述连通位置时，所述反应仓的液流通道和相应的第一微通道连接而连通，且其第三气流通道被相应的第二微通道连通至所述第二气流通道；在所述阻断位置时，所述反应仓的液流通道和所述第一微通道相互偏离，所述第三气流通道和所述第二微通道相互偏离。

在一些优选的实施方式中，多个所述第一微通道和多个所述第二微通道并列设置。

在一些优选的实施方式中，所述第一连通口具有呈圆形的旋转路径，各所述液流通道的一端延伸至所述旋转路径处，并围绕所述旋转路径间隔设置。

在一些优选的实施方式中，所述功能腔包括纯化腔，所述纯化腔中设置有磁转子，所述微流控芯片还包括驱动所述磁转子移动的磁铁装置。

在一些优选的实施方式中，所述本体包括基底层和盖板层，所述功能腔开设于所述基底层上，所述功能腔包括样本室，所述盖板层覆于所述基底层上且二者之间密封，所述盖板层上开设有与所述样本腔连通的进样孔。

本实用新型采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：

本实用新型的微流控PCR芯片，通过旋转仓的转动选择性地将功能腔和中转腔连通，并通过移动活塞向中转腔提供正压或负压，从而实现移液；且活塞两侧的两个腔体均与本体的内部腔室连通，在芯片本体内实现气体循环，在全密封状态下进行核酸提取及核酸扩增，避免污染环境及有毒有害物质通过废气进入空气中，集成了核酸提取、纯化、扩增和检测等一系列功能，且操作简单、使用安全。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，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实用新型的一些实施例，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是根据本实用新型实施例的微流控PCR芯片在一视角下的立体示意图。

图2是图1所示微流控PCR芯片在另一视角下的立体示意图。

图3是图1所示微流控PCR芯片的俯视图。

图4是图1所示微流控PCR芯片的主视图。

图5是图1所述微流控PCR芯片的基底层和旋转仓的俯视图。

图6是图1所述微流控PCR芯片的的仰视图。

图7是图1所示微流控PCR芯片内的微通道示意图。

图8是图1所述微流控PCR芯片的基底层的示意图。

图9是图1所示微流控PCR芯片的控制阀的透视图。

其中，

1、本体；11、基底层；110、台阶孔；111、台阶面；112、移液孔；113、连通槽；12、盖板层；121、进样孔；13、活塞；

20、样本腔；21、试剂腔；22、纯化腔；23、废液腔；24、反应腔；251、第一腔；252、第二腔；26、液流通道；27、第一气流通道；28、第二气流通道；29、第三气流通道；

3、旋转仓；30、中转腔；31、第一连通口；32、第二连通口；33、接合槽；

4、控制阀；41、第一微通道；42、第二微通道；

5、磁铁装置。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型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实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。

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，本实用新型中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本实用新型各组成部分的相互位置关系来说的。

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。

本实施例提供一种微流控PCR芯片，其集核酸提取纯化、扩增、检测于一体。参照图1至图9所示，该微流控PCR芯片包括开设有多个功能腔的本体1、可旋转地设置于所述本体1中的旋转仓3、及用于驱动液体流动的活塞13。功能腔是指本体1中用于放置PCR反应所需的试剂、物料、提供反应所需的反应区等的腔室。所述旋转仓3内形成有中转腔30，所述旋转仓3上开设有和所述中转腔30连通的第一连通口31。通过旋转旋转仓3，可将中转腔30与任一个功能腔通过液流通道连通，从而实现移液。

所述本体1上开设有封闭的活塞腔，所述活塞13活动设于所述活塞腔中，可在所述活塞腔内做往复直线运动，所述活塞腔被所述活塞13分隔为相互隔绝的第一腔251和第二腔252；随着活塞13移动，第一腔251减小而第二腔252增大，或第一腔251增大而第二腔252减小，通过移动活塞13，可向中转腔30提供正压或负压，即提供液体流通的动力。

所述本体1上还开设有和所述多个功能腔分别连通的多个液流通道26、将所述第一腔251和所述中转腔30连通的第一气流通道27及将和所述第二腔252连通和本体1的除活塞腔外的内部空间的第二气流通道28。各所述液流通道26的一端分别延伸至所述旋转仓3处，所述旋转仓3具有多个工作位置，在任一个所述工作位置时，其中一个所述液流通道26和所述第一连通口31对齐以使对应的功能腔连通所述中转腔30，所述第二气流通道28连通本体1中的与外界不连通的内部空间。本体1上还开设有环形的连通槽113，所述旋转仓3上开设有与所述连通槽113相互连通的第二连通口32，所述连通槽113的形状与所述第二连通口32的旋转路径相同以使在任一个所述工作位置时所述连通槽113均和所述中转腔30连通，所述第一气流通道27和所述连通槽113连通。也就是说，无论旋转仓3转动至任意位置，第一气流通道27始终通过连通槽113及第二连通口32将活塞腔的第一腔251和中转腔30连通。在活塞13移动时，本体1上的上述多个功能腔之间可通过本体1内的缝隙实现气压相互平衡。上述内部空间包括上述的功能腔、与功能腔连通的微通道及功能腔之间的缝隙，不包括活塞腔及与外部空间连通的腔体。

芯片本体1整体呈水平放置的平板状；旋转仓3可旋转地嵌设在本体1中，且其转动轴心线竖直延伸；活塞13可沿水平方向移动地插设在本体1中，其一端部优选延伸至本体1外，从而便于外接驱动活塞13移动的驱动装置。第一连通口31的数量为一个，且沿一圆环形的旋转路径旋转；第二连通口32的数量可为一个、两个或多个，且与转动轴心线的距离相等。第一连通口31和第二连通口32均开设于旋转仓3的底壁上，且第二连通口32位于第一连通口31的内侧；第二连通口32的旋转路径也为圆环形且和第一连通口31的旋转路径构成不同半径的同心圆环。连通槽113位于第二连通口32的下方。第一气流通道27开设于本体1中，其一端和连通槽113连通，另一端和活塞13的第一腔251连通。各所述液流通道26的一端分别延伸至第一连通口31的旋转路径处，并围绕盖旋转路径间隔设置。

功能腔包括样本腔20、多个试剂腔21、纯化腔22、废液腔23及多个反应腔24；多个反应腔24并排布置于旋转仓3的一侧，其他功能腔则均匀地环绕布置在旋转仓3的其他侧。该微流控PCR芯片包括能够将反应腔24和所述中转腔30连通或阻断的控制阀4。具体到本实施例中，所述本体1上还开设有多个第三气流通道29，每个所述反应腔24分别和一个所述液流通道26及一个所述第三气流通道29连通。所述控制阀4上开设有分别与多个反应腔24相对应的多个第一微通道41和多个第二微通道42，第一微通道41能够将反应腔24的液流通道26阻断或来连通，当其与某一液流通道26对齐相接时，该液流通道26被连通，当其与液流通道26错位时，该液流通道26被控制阀4阻断。所述中转腔30和所述活塞腔位于所述控制阀4的一侧，所述反应腔24位于所述控制阀4的另一侧。所述控制阀4可移动地插设于所述本体1中而具有连通位置和阻断位置，在所述连通位置时，所述反应仓的液流通道26和相应的第一微通道41连接而连通，且其第三气流通道29被相应的第二微通道42连通至所述第二气流通道28，第二气流通道28和每个第二微通道42相连通；在所述阻断位置时，各所述反应仓的液流通道26和所述第一微通道41相互偏离，所述第三气流通道29和所述第二微通道42相互偏离。通过将控制阀4移动一端距离即可在连通位置和阻断位置之间切换。

控制阀4可沿水平方向移动地穿设于本体1中，且多个反应腔24沿控制阀4的移动方向依次并排布放于控制阀4的同一侧。多个所述第一微通道41和多个所述第二微通道42并列设置。具体而言，第一微通道41和第二微通道42相互平行，如均沿上下方向延伸。控制阀4的上表面上开设有多个第一孔，控制阀4的下表面上开设有多个第二孔，第一孔和第二孔的位置和数量一一对应，相对应的一组的第一孔和第二孔分别作为一个第一微通道41或第二微通道42的入口和出口。

本体1包括基底层11和盖板层12，盖板层12和基底层11的材料可以是PS、PMMA、PDMA、PC等高聚物。盖板层12和基底层11的加工方式包含但不限于光刻、注塑、机加工、激光切割等方式；二者的连接方式包含但不限于超声键合、热键合、阳极键合、低温键合等。盖板层12和基底层11的厚度分别为1-20mm。盖板层12的中部设有台阶孔110，其下部的孔径小于上部的孔径。台阶孔110的台阶面111上分别设有对应各液流通道26的移液孔112及上述的连通槽113。旋转仓3可旋转地嵌设在台阶孔110中。旋转仓3的底面设有用于外接外部驱动装置的接合槽33，外部驱动装置可以为电机，用于驱动旋转仓3转动。

所述功能腔、活塞腔均开设于所述基底层11上。盖板层12覆于所述基底层11上且二者之间密封，所述盖板层12上开设有与所述样本腔20连通的进样孔121；进样后，进样孔121可通过盖子或薄膜封住。此外，盖板层12和基底层11之间具有能够使功能腔之间连通的空间，以实现功能腔之间的气压平衡。试剂腔21中预先放置有PCR反应所需的试剂，如裂解液、纯化剂、洗脱液等，优选的，在本实施例中，所述纯化剂为异丙醇。纯化腔22中设置有磁转子及磁珠，所述微流控PCR芯片还包括驱动所述磁转子移动的磁铁装置5，磁铁装置5靠近纯化腔22。废液腔23用于回收核酸提取等过程中产生的废液。

本实施例还提供一种PCR检测方法，采用如上述的微流控PCR芯片。该PCR检测方法包括如下步骤：

A、转动旋转仓3，使所述第一连通口31与第一个功能腔连通，此时第二气流通道28与第二个功能腔连通，移动所述活塞13，使液体自所述第一个功能腔流入所述旋转仓3的所述中转腔30中或自所述中转腔30流入所述第一个功能腔。

该PCR检测方法还包括如下步骤：

B、移动控制阀4，使所述第一连通口31与所述功能腔中的反应腔24通过相应的液流通道26连通，此时所述第二气流通道28与反应腔24连通，移动所述活塞13，使液体自所述中转腔30流入反应腔24；

C、移动所述控制阀4，使所述反应腔24的液流通道26断开，所述气流通道和所述反应腔24断开。

上述微流控PCR芯片的核酸提取、纯化、扩增及检测原理及实施过程如下：

1、旋转仓3在本体1上旋转，旋转到不同的角度，旋转仓3的第一连通口31会和本体1上不同的功能腔的液流通道26相连。

2、上述的液流通道26连接后，移动活塞13，实现液体的传输；精确移动活塞13，就可实现精确定量功能。

3、试剂加到纯化腔22后，转动磁铁装置5，纯化腔22里的磁转子随之旋转，从而实现磁珠的混匀。

4、当液体传送到12个反应腔24后，移动控制阀4，将反应腔24的试剂与内部腔体完全隔绝。

5、基底层11上的腔室和微通道通过盖板层12完全密封，所有的液体传输都是通过活塞13实现内循环，防止污染。

6、通过温度循环加热实现PCR试剂扩增反应，然后通过光学模块进行检测，实现对核酸的提取、扩增和检测。

本实施例为一种集成化的多通道微流控PCR芯片，芯片上不仅集成了核酸提取、纯化、扩增和检测等一系列功能，且在全密封状态下进行核酸提取及核酸扩增，避免污染环境；还实现多通道的检测需求，同时还具有操作过程简单、试剂消耗量低、分析速度快等特点，特别适合于生物样本的高通量、全自动核酸分析检测。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，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实用新型的内容并据以实施，并不能以此限定本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型的原理所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微流控PCR芯片，包括开设有多个功能腔的本体，其特征在于，所述微流控PCR芯片还包括：

旋转仓，其可旋转地设置于所述本体中，所述旋转仓内形成有中转腔，所述旋转仓上开设有和所述中转腔连通的第一连通口；及

活塞，其用于驱动液体在所述功能腔和所述中转腔之间流动，所述本体上开设有封闭的活塞腔，所述活塞活动设于所述活塞腔中，所述活塞腔被所述活塞分隔为相互隔绝的第一腔和第二腔；

其中，所述本体上还开设有和所述多个功能腔分别连通的多个液流通道、将所述第一腔和所述中转腔连通的第一气流通道及将所述第二腔和所述本体的除所述活塞腔外的内部空间连通的第二气流通道；

各所述液流通道的一端分别延伸至所述旋转仓处，所述旋转仓具有多个工作位置，在任一个所述工作位置时，其中一个所述功能腔的所述液流通道和所述第一连通口对齐以使对应的功能腔连通所述中转腔。

2.根据权利要求1所述的微流控PCR芯片，其特征在于，所述本体上还开设有环形的连通槽，所述旋转仓上开设有与所述连通槽相互连通的第二连通口，所述连通槽的形状与所述第二连通口的旋转路径相同以使在任一个所述工作位置时所述连通槽均和所述中转腔连通，所述第一气流通道和所述连通槽连通。

3.根据权利要求2所述的微流控PCR芯片，其特征在于，所述第一连通口位于所述连通槽的外侧。

4.根据权利要求1所述的微流控PCR芯片，其特征在于，所述功能腔包括反应腔，所述第二气流通道和所述反应腔相连通。

5.根据权利要求4所述的微流控PCR芯片，其特征在于，所述反应腔为多个，所述微流控PCR芯片包括能够将所述反应腔和所述中转腔连通或阻断的控制阀。

6.根据权利要求5所述的微流控PCR芯片，其特征在于，所述本体上还开设有多个第三气流通道，每个所述反应腔分别和一个所述液流通道及一个所述第三气流通道连通，所述控制阀上开设有分别与多个反应腔相对应的多个第一微通道和多个第二微通道，所述中转腔和所述活塞腔位于所述控制阀的一侧，所述反应腔位于所述控制阀的另一侧，所述控制阀可移动地插设于所述本体中而具有连通位置和阻断位置，在所述连通位置时，所述反应腔的液流通道和相应的第一微通道连接而连通，且其第三气流通道被相应的第二微通道连通至所述第二气流通道；在所述阻断位置时，所述反应腔的液流通道和所述第一微通道相互偏离，所述第三气流通道和所述第二微通道相互偏离。

7.根据权利要求6所述的微流控PCR芯片，其特征在于，多个所述第一微通道和多个所述第二微通道并列设置。

8.根据权利要求1所述的微流控PCR芯片，其特征在于，所述第一连通口具有呈圆形的旋转路径，各所述液流通道的一端延伸至所述旋转路径处，并围绕所述旋转路径间隔设置。

9.根据权利要求1所述的微流控PCR芯片，其特征在于，所述功能腔包括纯化腔，所述纯化腔中设置有磁转子，所述微流控PCR芯片还包括驱动所述磁转子移动的磁铁装置。

10.根据权利要求1所述的微流控PCR芯片，其特征在于，所述本体包括基底层和盖板层，所述功能腔开设于所述基底层上，所述功能腔包括样本室，所述盖板层覆于所述基底层上且二者之间密封，所述盖板层上开设有与所述样本室连通的进样孔。

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