[發明專利]PCR微流控芯片和其制備與使用方法以及PCR設備

有效

• 申請號: 201710164994.4
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN107051598B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: 劉文佳;丁顯廷
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00
• 代理公司: 31220 上海旭誠知識產權代理有限公司
• 代理人: 鄭立<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發明公開了一種PCR微流控芯片包括樣本腔和導熱通道；導熱通道內設置有導熱液；導熱液能夠吸收紅外線。本發明還公開了該芯片的制備和使用方法，以及含有該芯片的PCR設備。該PCR設備還包括PCR溫控平臺；PCR溫控平臺包括蠕動泵、油箱、紅外光源、數據采集卡、熱電偶、熱電偶冷端補償電路以及控制紅外光源和蠕動泵的供電電路板。本發明的PCR微流控芯片設計簡單，便于加工，節省工序，成本低；PCR溫控平臺控溫方式簡單，便于系統集成，使用便捷，便于攜帶。

技術領域

本發明涉及DNA擴增相關耗材與設備領域，尤其是涉及一種PCR微流控芯片和其制備與使用方法以及一種PCR設備。

背景技術

PCR，中文譯為聚合酶鏈式反應，是一種DNA的快速擴增技術。PCR技術通過兩個短的稱為引物的DNA小片段和一種耐熱的酶的作用，可以在3個小時內把特定的DNA量提高1000萬倍。PCR技術使分子生物學研究一下子獲得了突破，而且隨著PCR技術的日趨完善，PCR在人類社會生活中的應用也越來越廣泛。比如說在“DNA指紋”中，科學家們只需要一根頭發甚至一個細胞就可以完成DNA指紋的鑒定工作，這里實際上就要采用PCR技術，因為一個細胞中的DNA含量很低，不容易直接檢測到它的指紋；通過PCR技術把這個細胞中的DNA片斷擴增1000萬倍，這樣DNA量就足夠作指紋鑒定了。再比如檢驗血液中的某種病毒，有時病毒量極少(例如有的艾滋病病毒攜帶者)，通過傳統的檢查方法費力又費時，這時PCR技術先選定這種病毒DNA上的一段DNA，設計合適的引物DNA，然后通過PCR技術擴增很快就可以判斷出血樣中是否擴增出了大量的DNA，如果是的話，那么就說明血樣中帶有該種病毒了。

PCR微芯片是利用MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)技術和微流控技術制備的微流體芯片，微流控芯片具有體積小、比表面積大、集成度高、反應速度快、傳熱快等特性。通過在硅、玻璃、塑料、高聚物等基片材料上加工出一系列的微通道、微反應室及各種微控制器，從而使PCR在芯片上能夠快速擴增。與常規的PCR擴增技術相比，PCR微芯片具備高效、快速、消耗試劑少、易于攜帶、集成度高等優點，是近年來研究的熱點之一，在分子生物學、疾病檢測、生物技術、免疫學、基因組工程、臨床醫學及環境檢測等各個領域都有很廣泛的應用。

根據芯片樣品腔室的不同，PCR可以分為靜態腔室PCR和動態連續流式 PCR。前者是傳統PCR的微型化，反應混合物固定在微反應池內，其溫度不斷地反復循環；后者是DNA樣品和反應物通過連續流動經過三個不同的恒溫帶, 從而達到DNA片段擴增的目的。國外對于兩類芯片的研究相對較多，而國內的研究機構相對較少。

靜態微腔式PCR芯片通常以硅和玻璃作為基底材料，加工方法通常以光刻和濕法腐蝕等方法為主。德國高技術物理研究所的Poser等人最早詳細地討論了靜態微腔式PCR芯片上的熱傳導和溫度分布問題。他們利用有限元方法研究芯片反應腔內的溫度分布情況以及溫度轉換時熱傳導的瞬時變化。他們通過集成在基底上的薄膜電阻加熱器實現加熱，通過風扇完成冷卻，這種裝置比常規 PCR熱循環儀的熱響應速度更快，可以進一步縮短反應時間。美國加州大學伯克利分校的Lagally等人和Lawrence Livermore國家實驗室的Northrup等人將電阻加熱器和風扇空氣制冷配合使用進行溫度控制，而更多的人則是用帕爾帖元件進行溫度控制。以上都屬于接觸式溫度控制元器件，其缺點是對芯片材料的熱導率有一定要求。除了接觸式控溫以外，也有少數科研小組以鎢絲燈作為紅外輻射源，使用透鏡把紅外線聚焦于預加熱位置進行加熱。

利用靜態微腔式PCR芯片，臺灣成功大學工程科學系的Lin等人將 Pyrex7740耐熱玻璃通過陽極鍵合的方式與硅材料基片構成一個容積為50μL 的微型反應腔，在半小時內完成了30個溫度循環，擴增了145bp的丙肝病毒 cDNA分子，但是有比較明顯的非特異性擴增條帶。