[發明專利]一種用于微流控PCR生物芯片試劑的推送工藝

無效

• 申請號: 201310596170.6
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN103602578A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 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
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 吳蔭芳

技術領域

本發明涉及一種微流控PCR生物芯片試劑的推送工藝，用于推動微流控PCR生物芯片中試劑在微通道內的運動，屬于生物學、分析化學及醫學檢測領域。

背景技術

微全分析系統（Miniaturized?Total?Analysis?System，μ-TAS）的概念,于20世紀90年代初首次提出，在此后十余年中該領域已發展為當前世界上最前沿的科技領域之一。μ-TAS概念是在100平方毫米左右(甚至更小的面積)的芯片上，實現微型化的全過程與步驟的生物化學分析系統,達到生物化學分析目的。微全分析系統具有檢測速度快、試樣用量少、通量高等顯著的特點，因此深受世界各國的關注,并開展了大量相關研究。

微流控技術很快成為實現μ-TAS理念的實用技術，其實質是在微米級結構中操控納升和皮升體積流體的技術和科學。微流控技術在實現μ-TAS整套理念和目標的過程中,主要是以實現現代宏觀實驗室中的生物和化學分析檢驗系統的“功能縮微和結構集成”為具體目的。其特征是,其各類導流和容納流體的有效結構(包括微通道,反應室和其他某些功能部件)至少在一個維度上為微米尺度。與現代實驗室宏觀尺度全過程與步驟的實驗裝置相比,微米級結構的流體環境的面積/體積比例顯著增加,也就是說,連接各類有效結構(包括反應室和其他某些功能部件)完成分析檢驗全過程與步驟的主要方式是,以微通道為各類功能部件連接微結構,以微通道中微體積流體的流動為各類功能部件產生功能作用基本條件的。

微流控PCR芯片是微流控技術的重要應用之一，聚合酶鏈式反應(Polymerase?Chain?Reaction)簡稱PCR，由高溫熱變性（94℃左右）、低溫退火復性（55℃）和適溫延伸（72℃）組成一個周期循環，一個循環可以使DNA的基因片段總量（按2的N次方）增加，這樣基因片段會迅速擴增。PCR技術的實用性，使得其應用廣泛，多用于醫學應用來檢測細菌、病毒類疾病；診斷遺傳疾病；診斷腫瘤；應用于法醫物證學。

目前應用PCR技術的儀器有很多，常見的傳統微流控PCR擴增方法是把試劑注滿芯片的微通道，使反應中高溫熱變性、低溫退火和適溫延伸三個溫區溫度不變，而推動微通道中的PCR試劑在三個溫區內不斷移動，分別實現試劑變性、試劑退火、試劑延伸，達到PCR擴增。當前市場上的微流控PCR擴增方法都是用40個微通道來實現40個PCR溫度的循環。這樣的結果與方法在擴增反應中所用的PCR擴增時間和PCR試劑用量上，都被40個微通道限制和浪費；此外為保證PCR試劑在不同溫區擴增所需時間，目前普遍采用控制試劑流速的方法，但其平穩的流速不容易得到控制，而且裝置體積大、精度不高、操控難；由于40個微通道結構長度的制約，使得生物芯片的體積較大，嚴重影響了微型生物芯片的集成自動化控制與微型便攜化，限制了儀器的微型化發展空間。

另外對于非傳統的微流控PCR擴增方法，注射在微通道中的PCR試劑不動，而通過高溫熱變性、低溫退火和適溫延伸三個溫區溫度不斷改變，實現PCR擴增。由于受到當前加熱和制冷技術的制約，微型加熱和制冷裝置有降溫和升溫的速度極限，這樣制約了PCR擴增的時間；此外在控制溫度精度上也同樣存在難度，不能保證試劑完全反應或者在溫度變化中產生其他反應。

發明內容

本發明的目的是：提供一種全新的微流控PCR生物芯片試劑的推送工藝，通過控制試劑在不同溫區停留的時間實現PCR的擴增。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種用于微流控PCR生物芯片試劑的推送工藝，主要包括微泵、硅油注射器、試劑注射器、硅油、PCR試劑、微通道、試劑位置傳感器，其特征在于：在微通道開端處一段內，通過硅油注射器注入一段硅油，緊接在硅油后面通過試劑注射器注入PCR試劑，PCR試劑之后再注入一段硅油，使注入的硅油封閉PCR試劑的兩端；在之后的微通道內設置三個試劑位置傳感器，分別位于聚合酶鏈式反應的高溫熱變性、低溫退火和適溫延伸的三個溫區處，用以判斷PCR試劑在微通道內的位置；位于微通道端口的微泵根據試劑位置傳感器測量到的PCR試劑的位置控制PCR試劑在微通道內的流動與駐停，其中，當位于高溫熱變性處的試劑位置傳感器測量到PCR試劑時，微泵停止推動試劑變性需要的時間，當位于低溫退火處的試劑位置傳感器測量到PCR試劑時，微泵停止推動試劑退火需要的時間，當位于適溫延伸處的試劑位置傳感器測量到PCR試劑時，微泵停止推動試劑延伸需要的時間。