[發明專利]一種基于水凝膠的數字PCR芯片及其使用方法

有效

• 申請號: 201810764928.5
• 申請日: 2018-07-12
• 公開（公告）號: CN108624478B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 李菲;曹雷
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發明提供了一種基于水凝膠的數字PCR芯片及其使用方法：該芯片包括微型水凝膠陣列、聚甲基丙烯酸甲酯蓋板、雙面膠中間層和玻璃基底，所述微型水凝膠陣列含有2300至46000個微凝膠，單個凍干微凝膠的容積為0.2～5納升。核酸樣品溶液流過微型水凝膠陣列時，被吸收、單分散、并保留在每一個微凝膠中，再通入密封油實現微反應體系的完全隔離。本發明所述的數字PCR芯片具有設計新穎、制作簡便、成本低廉、生物相容性良好、操作方便、適用范圍廣泛的優點。

技術領域

本發明屬于生物化學與分子生物學技術應用領域，具體涉及一種分散微量核酸或其他生物樣本溶液的裝置及使用方法。

背景技術

脫氧核糖核酸(DNA)攜帶生物遺傳信息，在遺傳信息的存儲和傳遞中起著重要作用。DNA的體外擴增對于提高DNA的檢測特異性和準確性非常重要。1983年由K.B.Mullis發明的聚合酶鏈式反應(Polymerase?Chain?Reaction，PCR)使體外DNA擴增成為可能。PCR技術通過擴增后的瓊脂糖凝膠電泳實現DNA產物的定性分析。隨著定量DNA檢測需求的不斷增長，傳統基于電泳的PCR逐漸被定量PCR分析所取代，即實時熒光定量PCR。但熒光定量PCR采用大體積反應系統，所有核酸模板存在于一個體系中，非特異性擴增會增加假陽性結果和背景噪音，因此仍無法獲得絕對定量結果。為達到絕對定量檢測的目的，數字PCR應運而生。在數字PCR(dPCR)中，DNA樣品在分離的微腔或隔室中分散成成千上萬個微滴用于擴增，其具有低噪聲和捕獲低突變信號的能力。與實時熒光定量PCR相比，dPCR技術具有“單分子擴增”和“絕對定量”的優點，因此對DNA豐度的微小變化敏感得多。數字PCR檢測核酸過程主要分為四步：核酸樣品的提取、樣品的分散、樣品擴增以及信號檢測。其中，核酸樣品的分散是數字PCR最核心的技術步驟。

到目前為止，商業化的數字PCR儀器和處在研究中的實驗室設備均基于四種樣品分散方法，包括油包水(W/O)液滴、微孔、微流體通道、噴墨打印。然而這些樣品分散方法存在一些類似缺陷，如成本高、操作程序復雜、需要外加輔助設備等。例如，液滴分散中將十幾微升樣品分散成成千上萬個微液滴需要專門的價格昂貴的輔助設備；現有的數字PCR芯片制造工藝復雜(如中國專利CN105543064A)，使用時需要專業人員操作；一臺商業化的數字PCR儀器通常需要花費上百萬人民幣。以上這些原因均在一定程度上限制了數字PCR技術的進一步發展和應用。數字PCR芯片作為數字PCR系統的核心部件，承擔著核酸樣本的分散和擴增，需要具備結構簡單、易使用、低成本以及良好的生物相容性等優勢。

發明內容

本發明目的在于提供一種結構及制造工藝簡單、使用方便、低成本、生物相容性良好、可自動分散核酸及其他生物樣本的、基于水凝膠的數字PCR芯片及其使用方法。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：

一種數字PCR芯片，包括芯片殼體以及設置于芯片殼體內的水凝膠陣列和樣品流道，所述水凝膠陣列包括固定于芯片殼體內壁的、經過干燥的多個微凝膠柱以及用于將樣品擴散至各個經過干燥的微凝膠柱的微通道，所述微通道由所述微凝膠柱之間的間隙構成；所述芯片殼體上設置有加樣孔，加樣孔通過樣品流道與所述微通道相連通。

優選的，所述芯片殼體包括依次層疊設置的蓋板、中間層以及基底，中間層的一側表面與蓋板相連，中間層的另一側表面與基底相連；中間層上設置有鏤空窗口以及與該鏤空窗口相連的兩個鏤空條帶，所述水凝膠陣列位于鏤空窗口內，蓋板上設置有兩個加樣孔，兩個加樣孔分別與中間層上的兩個鏤空條帶對應連通，鏤空條帶與蓋板及基底圍成的通道為樣品流道。