[發(fā)明專利]一種基于微孔陣列芯片的數(shù)字PCR擴(kuò)增裝置及其使用方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811570499.4
• 申請(qǐng)日: 2018-12-21
• 公開（公告）號(hào): CN111349555B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 岳耀斐;王曉飛;張志峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都萬眾壹芯生物科技有限公司
• 主分類號(hào): C12M1/38
• 分類號(hào): C12M1/38;C12M1/00;C12Q1/6851
• 代理公司: 南京縱橫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 張麗;董建林

1.一種基于微孔陣列芯片的數(shù)字PCR擴(kuò)增裝置的使用方法，其特征在于，所述裝置包括：微孔陣列芯片本體，所述微孔陣列芯片本體包括密封蓋、微孔陣列以及生化傳感器，所述密封蓋置于所述微孔陣列上方，用于密封微孔陣列的微孔并使各個(gè)微孔之間相互隔離，所述生化傳感器置于微孔底部，所述密封蓋或生化傳感器上設(shè)有用于向微孔內(nèi)溶液提供電壓的電極；

所述方法包括以下步驟：

步驟一，加樣：將DNA反應(yīng)體系混合均勻后滴加到?jīng)]有密封蓋的微孔陣列芯片本體上，再用密封蓋密封；

步驟二，擴(kuò)增：將微孔陣列芯片本體置于恒溫PCR儀、變溫PCR儀或熱循環(huán)器上進(jìn)行擴(kuò)增反應(yīng)；

步驟三，信號(hào)讀取：將擴(kuò)增反應(yīng)后的微孔陣列芯片本體置于讀取裝置內(nèi)，讀取微孔底部生化傳感器的電信號(hào)、通過數(shù)據(jù)處理后獲得DNA樣本的初始濃度在計(jì)算機(jī)或顯示屏上顯示；

所述步驟三具體包括以下過程：

3.1直方圖分析：首先獲得各個(gè)濃度的DNA樣本對(duì)應(yīng)微孔陣列芯片本體的數(shù)幀二維熱力圖數(shù)據(jù)；然后對(duì)每個(gè)微孔陣列芯片本體的數(shù)據(jù)分別求得一幀平均值熱力圖，對(duì)每一幀數(shù)據(jù)進(jìn)行直方圖Histogram分析，從而獲得分布峰：若微孔中沒有發(fā)生PCR擴(kuò)增反應(yīng)，則孔內(nèi)的pH值未發(fā)生變化，傳感器輸出值為0，未發(fā)生擴(kuò)增反應(yīng)的微孔為陰性反應(yīng)單元；若微孔中發(fā)生了單個(gè)DNA樣本擴(kuò)增反應(yīng)，則孔內(nèi)的pH值發(fā)生變化，發(fā)生單個(gè)DNA樣本擴(kuò)增反應(yīng)的微孔為陽性反應(yīng)單元；若微孔內(nèi)pH值變化大于微孔內(nèi)單個(gè)DNA樣本擴(kuò)增反應(yīng)引起的pH值變化，則此微孔內(nèi)為多個(gè)DNA樣本發(fā)生PCR擴(kuò)增反應(yīng)；

3.2?DNA樣本初始濃度的計(jì)算：由步驟3.1獲得的陽性反應(yīng)單元個(gè)數(shù)或陰性反應(yīng)單元個(gè)數(shù)計(jì)算DNA樣本的初始濃度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微孔陣列芯片的數(shù)字PCR擴(kuò)增裝置的使用方法，其特征在于：所述微孔陣列中含有0.1萬~1000萬個(gè)微孔，每個(gè)微孔的容積為1fL~10pL。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微孔陣列芯片的數(shù)字PCR擴(kuò)增裝置的使用方法，其特征在于：所述生化傳感器的表面涂有氫離子敏感材料、磷酸根離子或焦磷酸根離子敏感材料。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于微孔陣列芯片的數(shù)字PCR擴(kuò)增裝置的使用方法，其特征在于：所述氫離子敏感材料為SiO₂、Al₂O₃、HfO₂、TiO₂、Ta₂O₅、?(3-氨丙基)三乙氧基硅烷、三乙氧基硅基十一醛中的一種或多種疊層。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于微孔陣列芯片的數(shù)字PCR擴(kuò)增裝置的使用方法，其特征在于：所述磷酸根離子或焦磷酸根離子敏感材料為磷酸離子有機(jī)膜ISM或分子探針。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微孔陣列芯片的數(shù)字PCR擴(kuò)增裝置的使用方法，其特征在于：所述生化傳感器為離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管，納米線、石墨烯或二硫化鉬晶體管傳感器中的一種，或微型電化學(xué)傳感器。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微孔陣列芯片的數(shù)字PCR擴(kuò)增裝置的使用方法，其特征在于：還包括一讀取裝置，用于和計(jì)算機(jī)電氣連接實(shí)現(xiàn)微孔陣列芯片本體PCR擴(kuò)增后微孔內(nèi)生化傳感器電信號(hào)的讀取。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于微孔陣列芯片的數(shù)字PCR擴(kuò)增裝置的使用方法，其特征在于：所述讀取裝置包括底座和上蓋，所述底座內(nèi)設(shè)有用于容納微孔陣列芯片本體的凹槽，所述上蓋的一側(cè)邊緣鉸接在所述底座邊緣處，所述底座內(nèi)設(shè)有與微孔陣列芯片本體的生化傳感器引腳pad形成電氣連接的探針，所述底座下方設(shè)有電路板，用于連接探針，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微孔陣列芯片本體的供電及生化傳感器電信號(hào)的數(shù)據(jù)讀取；

所述電路板包括數(shù)據(jù)采集模塊、ADC芯片和處理器，所述數(shù)據(jù)采集模塊采集微孔底部生化傳感器的電信號(hào)，由ADC芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，輸送給處理器進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理并計(jì)算出擴(kuò)增后DNA的濃度；所述處理器為FPGA、DSP或ARM。