[發明專利]非接觸式電導法實現PCR反應過程的實時檢測系統和方法

有效

• 申請號: 201210093107.6
• 申請日: 2012-03-31
• 公開（公告）號: CN102604827A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 金慶輝;方新心;景奉香;張洹千;趙建龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: C12M1/38
• 分類號: C12M1/38;C12M1/34;C12Q3/00;C12Q1/68
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 潘振甦

1.一種非接觸式電導法實現PCR過程的實時檢測系統，其特征在于包括基于MEMS集成的PCR微芯片、交流激勵電源、電流轉電壓及放大電路、溫度傳感電路、加熱電路、數模/模數轉換接口DAQ及上位的Labview控制中心；

其中，交流激勵電源連接PCR微芯片中的電化學檢測電極；加熱控制電路連接PCR微芯片中的加熱電極；電化學檢測電極另一端則與電流轉電壓及放大電路連接；溫度傳感電路連接PCR微芯片中的溫度傳感電極；溫度傳感電路、電流轉電壓放大電路又與模數/數模轉換接口DAQ連接，模數/數模轉換接口DAQ分別與上位機的Labview控制中心和加熱控制電路連接，所述的集成PCR微芯片集成了微反應腔、溫度傳感電極和加熱電極以及電化學檢測電極，硅基底正面刻蝕微反應腔，背面集成加熱電極和溫度傳感電極；電化學檢測電極為叉指電極，通過絕緣層與硅基底鍵合，與微反應腔形成密閉結構，通過控制硅基底背面的溫度傳感器電極和加熱電極實現擴增反應所需的溫度循環。

2.按權利要求1所述的系統，其特征在于電化學檢測電極與硅基體的微反應腔體通過紫外膠鍵合，兩基底的圓形進口分別對準，叉指電極通過焊接點上的金屬引線與外圍電流轉電壓放大電路相連。

3.按權利要求1所述的系統，其特征在于：

①交流激勵電源產生35KHz、10V的正弦電壓，接入叉指電極產生感應電流；感應電流信號通過電流轉電壓電路轉換并放大成可被數據采集卡檢測的電壓信號；

②所述的接口DAQ采樣頻率至少為500KHz，幅度為-10V～10V。

4.按權利要求1所述的系統，其特征在于：

(a)所述的集成的PCR微芯片尺寸為15mm×12mm；

(b)所述的微反應腔的面積為50mm²，微流體管道寬50μm。

5.按權利要求1或2所述的系統，其特征在于所述的叉指電極材料為金，叉指寬為3mm，長為60mm，相鄰叉指間距為9mm，圓形進樣口半徑為2mm，鍵合時與反應腔體進樣口對準。

6.按權利要求3所述的系統，其特征在于檢測的電壓信號被送入上位機的Labview控制中心，進行去噪、濾波、波形檢測處理，最后以極微小的延時顯示當前的微芯片中溶液的電導變化引起的電壓變化；檢測中，PCR擴增的進行同時引起各種離子的釋放，從而引起溶液電導的變化，產生感應電流的差值，上位機的Labview控制中心顯示的信號差實時反應了PCR擴增情況。

7.按權利要求1或6所述的系統，其特征在于上位機的Labview控制中心采集到溫度信號后，根據標定的溫度循環的要求，通過PWM脈沖調制算法，給出加熱電極的電壓控制；PWM算法保證溫度的快速升溫，防止溫度過沖并穩定溫度。

8.使用按權利要求1-6中任一項所述的系統的方法，其特征在于操作步驟是：

(1)微反應腔膠體先用0.5％的BSA注滿半封閉1小時，減少PCR反應物的被吸附，提高芯片PCR的反應效率；

(2)將BSA抽取干凈，用氣動進樣方式將反應混合物注入微反應腔，進出口用石蠟油或PDMS密封，防止溫度循環過程中樣品的揮發；一個微芯片加入帶有模板的PCR反應混合物；另外一個微芯片加不帶模板的PCR反應混合物，作為陰性對照樣本；進樣品用石蠟油或礦物油密封；

(3)運行上位機的Labview控制中心，當顯示穩定的溫度和電壓波形后，選擇存儲的文件地址，然后啟動溫度控制功能，即可進行PCR擴增反應，并將實時檢測的電導信號變化顯示及存儲；

(4)根據反應結果自主選擇反應結束的時間；停止溫度控制后，將反應混合物從微腔體中抽取，再用緩沖液和去離子水多次清洗微腔；因為電極不與檢測樣本直接接觸，所以電極的性能一直保持不變，則腔體清洗后的芯片即可用于下一次的檢測。

9.按權利要求8所述的系統使用方法，其特征在于步驟(3)中PCR擴增反應無需標記物和探針。