[發(fā)明專利]一種實現(xiàn)PCR的微流控芯片及實時PCR的病毒快速檢測裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110144665.6
• 申請日: 2011-05-31
• 公開（公告）號: CN102286358A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱靈;劉勇;張龍;張弓;王貽坤;李志剛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;C12M1/38;C12M1/36;C12M1/34
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 成金玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)聚合酶鏈式反應(yīng)(Polymerase?Chain?Reaction，PCR)的微流控芯片及實時PCR的病毒快速檢測裝置。

背景技術(shù)

自1990年提出微全分析系統(tǒng)概念以來，微流控芯片技術(shù)在化學、生命科學、環(huán)境科學和食品科學等領(lǐng)域開辟了廣闊的發(fā)展空間。微流控芯片技術(shù)以微流體控制技術(shù)為基礎(chǔ)，引導分析儀器向小型化、集成化、自動化、高通量快速定量分析方向發(fā)展，為生化環(huán)境樣品的實時檢測、現(xiàn)場分析提供了一種可能的策略，其在醫(yī)療診斷與農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖系統(tǒng)疫情監(jiān)測方面具有廣闊的市場前景。

聚合酶鏈反應(yīng)(Polymease?Chain?Reaction，PCR)又稱無細胞分子克隆或特異性DNA序列體外引物定向酶促擴增技術(shù)，是體外酶促合成特異DNA片段的一種方法，由高溫變性、低溫退火及適溫延伸等幾步反應(yīng)組成一個周期，循環(huán)進行，使目的DNA得以迅速擴增，具有特異性強、靈敏度高、操作簡便、省時等特點。它不僅可用于基因分離、克隆和核酸序列分析等基礎(chǔ)研究，還可用于疾病的診斷、動物病毒與疫情快速檢測或任何有DNA、RNA的地方。在臨床醫(yī)學和動物疫情監(jiān)測系統(tǒng)中，PCR被用于鑒別遺傳疾病和快速檢測病毒、病菌感染。用傳統(tǒng)的方法，要檢測病毒、病菌的感染需要把病原體培養(yǎng)數(shù)周才能鑒定，而采用本發(fā)明成果，可以快速判斷人體與動物細胞(比如血液細胞)中是否存在病毒、病菌的DNA而確診。

實時PCR(real-time?PCR)，屬于定量PCR(Q-PCR)的一種，以一定時間內(nèi)DNA的增幅量為基礎(chǔ)進行DNA的定量分析。實時PCR定量使用熒光色素，目前有二種方法。一種是在DNA中插入特異的熒光色素；另一種使用能與增幅DNA序列中特定寡核酸序列相結(jié)合的一種熒光探針。Real?time?PCR與Reverse?Transcription?PCR相結(jié)合，能用微量的RNA來找出特定時間、細胞、組織內(nèi)的特別表達的遺傳基因。這兩種RT-PCR的組合被稱之為“定量RT-PCR(quantitative?RT-PCR)。由于該技術(shù)不僅實現(xiàn)了PCR從定性到定量的飛躍，而且與常規(guī)PCR相比，具有特異性更強、有效解決PCR污染、自動化程度高等特點。實時定量PCR是指在PCR指數(shù)擴增期間通過連續(xù)監(jiān)測熒光信號強弱的變化來即時測定特異性產(chǎn)物的量，并據(jù)此推斷目的基因的初始量，不需要取出PCR產(chǎn)物進行分離。目前實時定量PCR作為一個極有效的實驗方法，已被廣泛地應(yīng)用于分子生物學研究的各個領(lǐng)域。

TaqMan探針是在PCR擴增時在加入一對引物的同時加入一個特異性的熒光探針，該探針為一寡核苷酸，兩端分別標記一個報告熒光基團和一個淬滅熒光基團。探針完整時，報告基團發(fā)射的熒光信號被淬滅基團吸收；PCR擴增時，Taq酶的5’-3’外切酶活性將探針酶切降解，使報告熒光基團和淬滅熒光基團分離，從而熒光檢測系統(tǒng)可接收到熒光信號，即每擴增一條DNA鏈，就有一個熒光分子形成，可實現(xiàn)熒光信號的累積與PCR產(chǎn)物形成完全同步。

傳統(tǒng)的PCR擴增儀存在著熱容量大、加熱和冷卻速度慢、樣品消耗量高等缺點。通常完成一次擴增過程需要花費數(shù)個小時，而且對于反應(yīng)物的需求量大。隨著MEMS和微流控芯片技術(shù)的發(fā)展，基于微流控芯片和實時PCR的病毒快速檢測裝置具有熱容量低、擴增速度快、樣品消耗量小、制作成本低、可拋棄和實時檢測擴增產(chǎn)物等優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種實現(xiàn)PCR的微流控芯片及實時PCR的病毒快速檢測裝置，可以在微流控環(huán)境下進行小樣本量快速、準確檢測，減少PCR試劑用量和縮短實現(xiàn)一次PCR擴增所需溫度循環(huán)的時間，并對PCR擴增產(chǎn)物進行實時檢測。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：一種實現(xiàn)PCR的微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片由集成了微閥的三層聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)材料鍵合封接而成，包括上層的氣體控制通道，中間層的PDMS薄膜，下層的微流體通道；其中：

上層氣體控制通道由四個微閥組成，其中兩個微閥分別位于與反應(yīng)腔對應(yīng)的上層氣體控制通道中的兩端，另兩個微閥與一端的一個微閥平行，所述三個平行的微閥組成一個微泵；每個微閥均由閥座和微閥氣路通道組成，閥座與微閥氣路通道之間垂直相連；當外界氣體通過閥座進入微閥氣路通道后，擠壓中間層的PDMS薄膜，中間層的PDMS薄膜突起堵塞下層微流體通道，通過控制氣體的壓力，可以控制四個微閥的開啟和關(guān)閉，微泵中的三個平行的微閥依次開啟和關(guān)閉，可以驅(qū)動下層微流體通道中的流體；