[實用新型]快速實現數字PCR反應的微流控芯片組件及其集成設備

有效

• 申請號: 201920914575.2
• 申請日: 2019-06-18
• 公開（公告）號: CN210596085U
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 李琛;凌云峰;劉宇;張華;王雅琦
• 申請（專利權）人: 蘇州銳訊生物科技有限公司
• 主分類號: C12M1/38
• 分類號: C12M1/38;C12M1/02;C12M1/00;C12Q1/686
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 蔣慧妮

本實用新型提供了一種快速實現數字PCR反應的微流控芯片組件及其集成設備，所述微流控芯片組件包括至少一個微流控芯片、設置于微流控芯片下方的散熱器、設置于微流控芯片上方的加熱器，所述散熱器與所述微流控芯片之間設置有半導體制冷器及設置于半導體制冷器上方的導熱板，所述微流控芯片底部鍵合有薄膜層，所述薄膜層與所述導熱板抵接。本實用新型實現了液滴產生及PCR反應在同一微流控芯片上，避免了現有技術中液滴生成后的轉移，通過鍵合薄膜層，減小了加熱對象的熱容，從而實現快速升降溫。

技術領域

本實用新型屬于高通量的分析系統技術領域，尤其涉及一種快速實現PCR反應，尤其是應用于數字PCR的微流控芯片組件及應用該組件的集成設備。

背景技術

微流控是一種精確控制和操控微尺度流體的技術，它擁有容量小（納升，皮升，飛升級別）以及低能量消耗的特性。人們運用微流控技術把生物、化學、醫學分析過程的樣品制備、反應、分離、檢測等基本操作單元集成到由微流控管道為基本結構的微流控芯片上，實現了快速樣品處理及檢測、試劑和樣品使用量少等優點。由于它在生物、化學、醫學等領域的巨大潛力，已經發展成為一個生物、化學、醫學、流體、電子、材料、機械等學科交叉的嶄新研究領域。

數字PCR，一種基于單分子PCR方法來進行計數的核酸定量，是一種絕對定量的方法。其原理是通過微流控或微滴化方法，將大量稀釋后的核酸溶液分散至芯片的微反應器或微滴中，每個反應器的核酸模板數少于或等于1個。經過PCR循環之后，有一個核酸分子模板的反應器或微液滴就會給出熒光信號，沒有模板的反應器或微液滴就沒有熒光信號。根據相對比例和反應器的體積，推算出原始溶液的核酸濃度。

現有數字PCR的實現一般采用Bio-Rad的數字PCR系統。在他們的系統中，用戶將生成的液滴用移液器移至PCR反應試管中，然后將試管放入PCR熱循環儀中進行PCR反應，待反應完畢后用戶將PCR 管取出放入液滴熒光檢測儀中進行液滴熒光的檢測。其檢測的原理是將液滴和油打入一個毛細管中，液滴單個的通過檢測位置，通過儀器對液滴有無熒光進行讀取。但該系統有以下缺點：1）用戶在系統產生完液滴后需要進行人工地將液滴轉移到96孔板中才能進行下一步PCR反應，這樣會造成液滴的損失或者破裂；2）由于傳熱速率的限制（試管內樣品量較厚，加熱從試管外側開始），PCR在試管中進行反應速度較慢，所以整個PCR過程時間長，一般需要150分鐘。

PCR由變性--退火--延伸三個基本反應步驟構成，并進行這三個基本反應的循環。由于這三個反應是在不同溫度下進行的，控制這三個反應的溫度的準確性以及實現這三個溫度的速度對PCR反應的質量和速度至關重要。因此PCR儀器的發展和如何控制溫度循環緊密聯系在一起。早期的PCR擴增儀通過設置不同的恒溫水浴或金屬溫度并將需要擴增的DNA樣品通過機械手移位的方法來進行樣品溫度的變化。但該儀器體積大，接近于手工操作。如果采用變溫水浴或變溫金屬來改變溫度，雖可以省去機械手來移動樣品的裝置，但這樣的儀器改變溫度的速度還是很慢。隨著半導體行業的快速發展，目前市場上先進的PCR儀器都會采用半導體加熱制冷裝置來改變溫度的方式，比如賽默飛的QuantStudio, 伯樂的CFXqPCR系列等。但現有的儀器都是針對高通量設計的，達到的最快升降溫速率在4C/s左右。因為高通量的設置為同時處理很多樣品，樣品通常放在96或384孔板內，需要控溫的面積大，所以需要升降溫的樣品對象熱容量很高（需要同時對存放樣品的96或384孔板進行升降溫），很難實現快速的升降溫。目前市場上沒有一款針對微流控芯片專門設計的PCR儀器。

實用新型內容

為了解決現有技術的不足，本實用新型提供了一種快速實現數字PCR反應的微流控芯片組件及應用該組件的集成設備。

本實用新型的目的通過以下技術方案來實現：

一種快速實現數字PCR反應的微流控芯片組件，包括至少一個微流控芯片、設置于微流控芯片下方的散熱器，所述散熱器與所述微流控芯片之間設置有半導體制冷器及設置于半導體制冷器上方的導熱板，所述微流控芯片底部鍵合有薄膜層，所述薄膜層與所述導熱板抵接。