[發明專利]一種基于CCD圖像傳感器的微流控PCR芯片熒光流體檢測裝置

有效

• 申請號: 201310562390.7
• 申請日: 2013-11-12
• 公開（公告）號: CN103667012A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 吳堅;王富吉;于倫;陳濤;郭威
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;C12M1/38;C12M1/34
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明涉及一種用于生物PCR芯片中微流體試劑的熒光信號檢測裝置，屬于CCD圖像傳感器技術領域，尤其涉及一種基于CCD圖像傳感器的微流控PCR芯片熒光流體檢測裝置。

背景技術

聚合酶鏈式反應（PCR）是一種在體外模擬自然DNA復制過程的核酸擴增技術，即無性細胞分子克隆技術，其原理類似于天然DNA的復制，是體外酶促反應選擇性地合成特異性DNA的一種方法。PCR微流控生物芯片是將采樣、稀釋、加試劑、反應、分離和檢測等功能集成于一個芯片里，其科學性和先進性體現在結構縮微和功能集成這兩個方面。生物芯片技術有4個基本要點：芯片制備、樣品制備、生化反應和信號檢測。其原理是為PCR反應混合物在精密注射泵的作用下按設定的流速進入生物芯片上分別處于三個恒溫區（94℃、55℃、72℃）的微通道，由高溫熱變性（94℃）、低溫退火復性（55℃）和適溫延伸（72℃）組成一個周期，循環進行，使DNA片段得以迅速擴增。在合適的條件下，這種循環不斷重復，前一個循環的產物DNA可作為后一個循環的模板DNA參與DNA的合成，使產物DNA的量按2的n次方擴增。從理論上講經過30次的循環反應，DNA擴增倍數為10⁶～10⁹。因此，可以用微量的樣品獲取目的基因。如果注入生物芯片的是生物PCR熒光試劑,其在生物芯片中進行聚合酶鏈式反應(PCR)后待若測液體經過激發光源照射則發出熒光，由光敏元件采集并經過光電轉換后輸出熒光值的電信號，這樣生物信息情況就能通過人能夠識別的熒光強度的變化反映出來,根據熒光強度以及強度相對變化的信息,可對PCR產物進行定性定量分析。該技術被廣泛地應用于以獲得特定基因或基因片段為目的的生命科學、醫學工程、遺傳工程、疾病診斷、質量檢測、法醫學和考古學等許多領域。

目前微流控PCR工作系統在進行PCR熒光檢測工作方面主要存在如下缺點：

1、熒光微光譜檢測器普遍直接使用傳統的封裝光電管，如光電倍增管(PMT)。由于元件自身的體積大，而且又是分體使用，需要有配套的光路裝置，致使整個熒光檢測裝置的體積龐大；

2、由于在激發光傳導和反射光采集時需要各類光學器件和光纖組成的光路進行光路傳輸，不僅結構復雜難以實現集成化，并且影響實時熒光檢測的穩定性；

3、PCR微流控生物芯片的進樣控制系統、溫度控制系統、熒光檢測系統一般采用各部分單獨控制，無法對微通道內溫度的變化、液體的流速及熒光檢測之間的信號進行實時反饋與集成控制。

為解決上述問題，本發明提出一種基于CCD圖像傳感器的微流控PCR芯片熒光流體檢測裝置，該裝置避免了各類光學器件和光纖組成的光路進行光路傳輸過程，簡化了檢測結構并有利于系統的集成化。

發明內容

本發明的目的是在于提供了一種基于CCD圖像傳感器的微流控PCR芯片熒光流體檢測裝置，該裝置由空間立體式微通道、CCD圖像傳感器、單色LED光源、微處理器和液晶顯示裝置組成，空間立體式微通道的兩側設置有單色LED光源，在兩個單色LED光源的后面設置有CCD圖像傳感器，微處理器和液晶顯示裝置與兩個單色LED光源和兩個CCD圖像傳感器2連接；其中，空間立體式微通道由傳統平面結構改為雙層立體結構，上下兩層微通道管之間用PMMA基板連接，PMMA基板內部刻有微通道。該裝置主要對空間范圍對PCR擴增反應進行熒光檢測，將信號檢測中的信號產生、信號收集與傳輸、信號處理及識別這三個部分集成，實現微型微流控實時熒光PCR檢測系統的集成、自動化檢測及控制，從而避免了各類光學器件和光纖組成的光路進行光路傳輸，簡化了檢測結構，有利于系統的集成化。