[發明專利]一種基于數字微流控技術的掌上焦磷酸測序系統

在審

• 申請號: 201711084328.6
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107937265A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 楊朝勇;阮慶宇;鄒芬香;鄭萍萍;張明霞;林水潮;周雷激;朱志
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C12M1/36
• 分類號: C12M1/36;C12M1/34;C12Q1/6869
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司35204
• 代理人: 張松亭,游學明

技術領域

本發明屬于數字微流控技術領域，具體為一種基于數字微流控技術的掌上焦磷酸測序系統。

背景技術

自2003年人類基因組計劃完成以來，DNA測序技術已經取得了巨大的進步。由此發展而來的許多方法已經實現了商業化，并且具備迅速完成整個基因組測序的能力。現階段，使用DNA測序技術完成整個基因組測序工作已經變成生命科學研究中的“例行公事”。然而，隨著DNA測序的應用環境變得越來越多樣化，期望任何單一測序平臺滿足所有的使用需求已經成為不可能的事情。因此，現階段更多的是需要對平臺進行定制從而滿足各種應用程序的特定需求和使用環境。那么通量更低,更便宜,更便于進行即時快速測定的DNA測序平臺就成為了近期科研工作的熱點。

微流控作為一種微納流體處理技術在DNA測序領域備受關注。其成本低、通量高、分析速度快、試劑消耗少的優勢，對于提高DNA測序的通量及降低處理成本具有重要意義，代表著未來DNA測序走向微型化、集成化的發展方向。微流控芯片利用結構各異的微通道和形式多樣的外加力場，對微量流體或樣品在微觀尺度上進行操縱、處理與控制，從而實現了DNA測序的部分乃至全部功能在一塊微芯片上的集成。然而，常規微流控芯片的局限性也是非常明顯的：結構復雜，加工難度大；需要機械泵、閥配合使用，集成化難度大；對多試劑位置和反應時間的精確控制稍顯無力。這一系列尚未解決的問題意味著用于DNA測序的集成微流控芯片迄今難談成熟。

數字微流控技術(Digital microfluidics,DMF)作為一種新興的離散化微液滴操縱手段，由于具有一系列傳統微流控技術無法比擬的優點有望改變這一現狀。DMF是一種基于微電極陣列來實現離散液滴精確控制(包括移動、合并、分配和分裂等操作)的新型液滴操縱技術，其利用液滴在疏水化表面上的介電潤濕現象實現了對微液滴的操控。通過外部電信號的控制，DMF可以驅動微液滴沿著預先設定好的路徑運動，實現大通量離散化液滴的可控精準操縱。這種操縱方式具有高并行性和全自動化的特點，能夠實現多通路實時可控反應，對于實現樣品制備、反應、分離、檢測等生化實驗基本操作的完全集成化具有重要的意義，因此特別適用于高集成度、高性能、操作復雜的微生化分析系統。

在諸多測序體系中，焦磷酸測序是一種對在DNA聚合反應中生成的無機焦磷酸鹽(PPi)進行實時檢測的方法，其通過觀察每輪堿基配對的熒光強度即可以定量地確定一個特定的核苷酸是否添加到鏈，從而實現邊合成邊測序。焦磷酸測序本質上是一系列基于陣列的重復液體處理步驟，因此與基于電極陣列的DMF能快速、實時、自動化進行微液滴處理的特點非常匹配。

因此為了解決上述問題，我們提出了基于印制電路板(Printed circuit board,PCB)的、以焦磷酸測序作為反應體系的全自動數字微流控掌上焦磷酸測序技術。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于數字微流控技術的掌上焦磷酸測序系統，可以實現焦磷酸測序的小型化。

實現本發明的技術方案為：一種基于數字微流控技術的掌上焦磷酸測序系統，包括數字微流控芯片(1)、集成電路(2)、電磁模塊(3)和化學發光采集模塊(4)；所述數字微流控芯片(1)和電磁模塊(3)與集成電路(2)連接，化學發光采集模塊(4)和電磁模塊(3)分別位于數字微流控芯片上下兩側的同一直線上，集成電路(2)和化學發光采集模塊(4)分別連接至計算機上；

所述數字微流控芯片(1)為雙極板結構，包括一個下極板(11)、一個上極板(12)和間隙層(13)，上、下極板平行放置，上極板置于下極板上方并由具有固定高度的間隙層(13)分隔開來，形成間隙內含液滴的三明治結構；

所述下極板包括印制電路板(111)、介電層(112)和疏水層(113)，印制電路板(111)優選由電路板印刷技術直接生成，作為數字微流控芯片的下極板基底和電極層，介電層(112)均勻涂覆于印制電路板上表面，疏水層(113)在下極板的上表面；所述上極板從下至上依次包括疏水層(121)、接地導電層(122)和上極板基底(123)；