[發明專利]基于旋轉式微流控芯片的實時熒光PCR檢測系統

有效

• 申請號: 201410084321.4
• 申請日: 2014-03-09
• 公開（公告）號: CN103820316A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 吳堅;于倫;王富吉;陳濤;鄭楊
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C12M1/38
• 分類號: C12M1/38;C12M1/36;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: 沈波

技術領域

本發明涉及一種基于旋轉式微流控芯片的實時熒光PCR檢測系統，屬于生物學和分析化學及醫學檢測領域。

背景技術

目前，在長期航天飛行中的空間飛行器內，微生物菌群的增長及菌株變異會影響儀器設備的性能及工作環境條件，對航天器及其儀器設備的正常運行產生危害。為了預防空間飛行中感染性疾病的發生、傳播和進行有效治療，急需空間在軌生物危害實時自動報警系統，其核心是微生物核酸熒光檢測微系統。由于空間在軌要求設備具有全自動和微體積、小重量的技術特點。因此簡化微流控熒光PCR工作系統是實現空間在軌生物危害實時自動報警系統要求的關鍵。

關鍵技術是滿足“功能集成結構縮微”的微型熒光檢測裝置，以實現重量輕、體積小、全自動檢測為目標，此外都需要對微量的樣品首先進行PCR擴增反應，使目標DNA實現體外復制達到一定檢測量后進行檢測分析。因此，微型熒光檢測裝置的研究可以移植在PCR微流控生物芯片上進行，然后對檢測系統在失重條件下的計算進行修正研究，以達到空間應用要求。

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，由高溫熱變性溫區、低溫退火復性溫區和適溫延伸溫區組成一個周期，一個循環可以使DNA總量增加一倍，可以把痕量的遺傳物質迅速而簡便的擴增百萬倍，再使用基于FRET（熒光共振能量傳遞技術）進行熒光實時檢測，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。

當前市場上，常見的實時熒光PCR檢測儀器，都不能滿足空間領域的需求，主要存在以下缺點：

1、儀器內PCR擴增系統中的溫度控制模塊采用金屬塊進行加熱和風扇冷卻相配合，整個系統耗電量大，體積龐大難以微型化，無法實現便攜性，并且實施效率低，無法滿足快速處理問題與迅速檢測樣本的要求；

2、儀器內熒光檢測系統中的光電倍增管或電荷耦合元件自身的體積就很大，而且又是分體使用，需要有配套的光路系統，致使整個熒光微光譜檢測系統的體積龐大，加大了微型化的難度。無法應用于快速發展的空間領域當中；

3、儀器內傳輸系統中的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，不僅結構復雜難以微縮集成化，并且影響實時熒光檢測中的各個模塊的靈敏性與穩定性；

4、目前的儀器不僅體積龐大且無法對微通道內溫度的變化、微流體的流速和熒光信號之間進行實時監測和反饋；

5、對于小型儀器的中溫度控制系統缺少完整的隔離性，三個溫區易相互干擾，嚴重影響生物反應結果；

因此，研制體積小、重量輕且高度集成自動化的微型微流控PCR熒光檢測系統是主要目標，其中對于三個溫區間的相互干擾問題，旋轉式微流控芯片的實時熒光PCR檢測系統中的完全分離三個溫區，可以很好的解決；并且能夠最大化的減少PCR反應中試劑在溫區移動時消耗的時間，提高PCR系統的檢測效率；此外旋轉式的芯片結構能很好的節省空間，最大化的減少體積空間，可以滿足空間領域苛刻要求。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種基于旋轉式微流控芯片的實時熒光PCR檢測系統，其主要適用于對目標樣本的PCR擴增和基于微型結構的實時熒光PCR檢測工作，并可應用于失重條件下的空間領域工作；同時本發明將微通道循環PCR擴增模塊、溫度循環控制模塊、熒光光譜檢測模塊三個模塊集成，實現適用于空間作業要求的便攜式微型化PCR熒光實時檢測系統，達到功能集成、結構縮微、重量輕體積小全自動檢測的目標；此外在溫度控制方面，完成把三個溫區完全隔離的目標。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為一種基于旋轉式微流控芯片的實時熒光PCR檢測系統，該系統包括退火低溫區、延伸適溫區、熱變高溫區、旋轉模塊、PCR試劑容納腔、注入微通道、儀器固定底座、熒光檢測系統；其中，溫度循環控制模塊包括退火低溫區、延伸適溫區、熱變高溫區；微通道循環PCR擴增模塊包括旋轉模塊、PCR試劑容納腔、注入微通道、儀器固定底座；熒光光譜檢測模塊包括熒光檢測系統。