[實(shí)用新型]一體式液滴微流控芯片結(jié)構(gòu)、微流控芯片組件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201920227943.6
• 申請(qǐng)日: 2019-02-21
• 公開（公告）號(hào): CN210030700U
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣克明;劉聰;周武平;劉聰;張濤;黎海文;張志強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): C12M1/34
• 分類號(hào): C12M1/34;C12M1/00;B01L3/00
• 代理公司: 11369 北京遠(yuǎn)大卓悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 韓飛

本實(shí)用新型提出的一體式液滴微流控芯片結(jié)構(gòu)，將微滴生成、擴(kuò)增和檢測(cè)功能模塊全部集成在同一個(gè)微流控芯片上，實(shí)現(xiàn)液滴生成到熒光檢測(cè)的全過程封閉。本實(shí)用新型還涉及微流控芯片組件。兼容正壓或者負(fù)壓驅(qū)動(dòng)方式，壓力響應(yīng)時(shí)間短，可以實(shí)現(xiàn)液滴的快速生成，大大減少樣品準(zhǔn)備的時(shí)間。本實(shí)用新型無需要預(yù)先填充液滴生成油，操作簡(jiǎn)便，便于在數(shù)字PCR技術(shù)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及PCR技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一體式液滴微流控芯片結(jié)構(gòu)、微流控芯片組件。

背景技術(shù)

聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(Polymerase Chain Reaction，PCR)可以實(shí)現(xiàn)DNA序列的體外擴(kuò)增，是目前核酸檢測(cè)的主要方法，也是生命科學(xué)研究和臨床分子診斷領(lǐng)域的重要支撐技術(shù)，極大推動(dòng)了生命科學(xué)等領(lǐng)域的快速發(fā)展。目前，PCR技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到第三代--數(shù)字PCR(Digital PCR,dPCR)，基本原理是將樣品分配到大量反應(yīng)單元中，每個(gè)單元包含一個(gè)或多個(gè)拷貝的目標(biāo)分子(DNA模板)，對(duì)目標(biāo)分子進(jìn)行PCR擴(kuò)增，擴(kuò)增結(jié)束后對(duì)反應(yīng)單元的熒光信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，概括起來就是對(duì)目標(biāo)分子進(jìn)行“分而治之”。不同于傳統(tǒng)PCR技術(shù)，數(shù)字PCR技術(shù)無需標(biāo)準(zhǔn)曲線和參照，對(duì)影響PCR反應(yīng)效率的抑制物不敏感，是一種核酸分子絕對(duì)定量技術(shù)。數(shù)字PCR技術(shù)具有高靈敏度、高特異性和精確定量等優(yōu)點(diǎn)，在極微量核酸樣本檢測(cè)、復(fù)雜背景下稀有突變檢測(cè)、表達(dá)量微小差異鑒定和拷貝數(shù)變異檢測(cè)等方面得到了廣泛應(yīng)用。

根據(jù)樣品劃分方式進(jìn)行分類，數(shù)字PCR技術(shù)平臺(tái)主要包括三類：大規(guī)模集成微流控芯片、微腔式和微滴式的數(shù)字PCR系統(tǒng)。其中大規(guī)模集成微流控芯片和微腔式數(shù)字PCR技術(shù)平臺(tái)如Fluidigm公司的Bio-Mark^TM HD系統(tǒng)和Life Technologies公司的QuantStudio^TM 3D系統(tǒng)，工作流程繁瑣，芯片制作過程復(fù)雜，對(duì)制作工藝要求較高，增加了檢測(cè)成本；樣品通量低，并且受制作工藝水平等因素的限制，動(dòng)態(tài)范圍等性能的提升空間有限，這大大限制了其應(yīng)用范圍。而微滴式數(shù)字PCR技術(shù)平臺(tái)如Bio-Rad公司的QX200^TM系統(tǒng)和RainDance公司的Raindrop^TM系統(tǒng)，采用兩相流技術(shù)將樣品分散在大量的液滴中，液滴數(shù)量及大小精確可控，可以根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的樣品通量，應(yīng)用范圍更廣。但是，上述微滴式數(shù)字PCR系統(tǒng)的樣品劃分、擴(kuò)增和檢測(cè)三個(gè)功能結(jié)構(gòu)仍然相互獨(dú)立，集成化和自動(dòng)化程度不高。由于功能結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立，移液過程中易造成液滴融合、破碎以及交叉污染等問題，在應(yīng)用方面會(huì)有一定的局限性。因此，需要進(jìn)一步提高數(shù)字PCR的集成化和自動(dòng)程度，以便在臨床檢測(cè)中發(fā)揮更大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

2015年，彭年才等人提出一種立體式液滴數(shù)字PCR芯片，利用浮力作用可以有效排除液滴收集腔內(nèi)的氣泡。但由于腔體豎直放置，液滴受浮力作用，容易積聚在腔體頂部，相互之間造成擠壓，不易鋪成單層且在擴(kuò)增過程中液滴容易融合。2016年，F(xiàn)riedrichSchuler等人采用離心微流控技術(shù)，將數(shù)字PCR的液滴生成、擴(kuò)增和檢測(cè)功能結(jié)構(gòu)集成在同一個(gè)芯片上。該方法通過改變液滴收集腔室內(nèi)的高度，使氣泡分布在腔體邊緣，并沒有徹底排除氣泡；而在PCR擴(kuò)增過程中，氣泡容易導(dǎo)致液滴發(fā)生融合。2017年，景奉香等人制作玻璃基液滴收集腔，操作流程繁瑣，不能實(shí)現(xiàn)液滴生成和收集結(jié)構(gòu)的有效集成，也容易形成氣泡。

2016年，法國(guó)Stilla Technologies公司推出Naica^TMCrystal系統(tǒng)，這是目前唯一商業(yè)化的一體式液滴數(shù)字PCR系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全封閉集成化設(shè)計(jì)，減少了人工操作，無交叉污染。但由于其液滴生成方式獨(dú)特，使得該系統(tǒng)的加壓及卸壓時(shí)間大于30min，大大增加了PCR檢測(cè)的整體時(shí)間，降低了檢測(cè)效率；該系統(tǒng)的芯片需要預(yù)先填充液滴生成油，這對(duì)芯片的操作提出了較高要求，增加了操作難度；此外，芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的固有特點(diǎn)使得液滴的體積不可調(diào)控，樣品的檢測(cè)通量受到限制，提升空間有限。

針對(duì)現(xiàn)有數(shù)字PCR存在的問題，需要開發(fā)集成度高、自動(dòng)化程度高的新型一體式液滴微流控芯片，實(shí)現(xiàn)樣品的快速、方便和高通量檢測(cè)。

實(shí)用新型內(nèi)容