[發明專利]一種數字PCR結果讀取裝置及讀取方法

有效

• 申請號: 202110068800.7
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112911105B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 沈海瀅;戴新華;董蓮華;高運華;王迪;張永卓;吳梟;王志棟
• 申請（專利權）人: 中國計量科學研究院
• 主分類號: H04N5/225
• 分類號: H04N5/225;C12M1/00;C12M1/34
• 代理公司: 北京商專永信知識產權代理事務所(普通合伙) 11400
• 代理人: 歐陽石文

本發明涉及核酸分析領域，本發明設計的數字PCR芯片，尤其是通過微透鏡陣列與光電轉換器件直接貼合，避免使用復雜的光路系統，體積小，便攜，適合現場檢測。同時將微透鏡陣列與電感耦合成像技術或互補金屬氧化物半導體成像器件相結合，通過面成像方式，對核酸擴增過程結束后的油包水微滴進行快速成像，可以大幅降低檢測時間。本發明亦可用于微流控芯片、微陣列芯片的成像、分析。

技術領域

本發明涉及核酸分析領域，利用微透鏡陣列與成像器件相結合實現數字PCR結果快速讀取，本發明亦可用于微流控芯片、微陣列芯片的成像、分析領域。

背景技術

隨著疫情在全球的蔓延，如何快速、便捷的進行核酸檢測，如何準確、高效的識別檢測結果一直是各國科學家所極其關注的領域。現有技術中，CN 103674934 B公開了題為“用于化學發光檢測的微流控芯片成像儀器和系統”的現有技術，其可以對微流控芯片上的化學發光信號進行有效收集和分析。又例如CN102928969A公開了一種微透鏡增強型滑塊式共聚焦光學掃描儀，該掃描儀同時驅動微透鏡陣列和排列了多個透光針孔的不透光滑塊以設定的恒定速度往復滑動來掃描樣品。再例如CN105319197A公開了一種基于微透鏡陣列的液滴微流控芯片,該發明通過優化設計檢測區域的液滴流動管路來提高并行檢測通道數量。在成像方式上，上述幾項專利主要針對觀測面積較大的芯片或微孔板，觀察面積約為幾平方厘米到幾十平方厘米，因此均使用傳統的以透鏡組為主的光路系統。而傳統的透鏡組光路方式的物距一般較長，占據空間較大，待測芯片或微孔板上的光信號只有很少一部分能夠進入透鏡組，因此限制了成像靈敏度，光的捕獲效率較低。

現有數字PCR產品中，在信號讀取過程中，大多采用油包水微滴結構，直徑約為150微米，讀取裝置一般采用光電倍增管進行信號讀取。檢測時，一般將微滴推入毛細管或微流控通道中，流動過程中，通過PMT進行逐點檢測，PMT的靈敏度較高，但是檢測時間較長，以微孔板載體為例，一般在2個小時以上。

因此，需要一種成像靈敏度高且體積較小、易于攜帶且能快速讀取數據的裝置。

發明內容

本發明的目的就在于為了解決上述問題而提供的一種數字PCR結果讀取裝置。

本發明包括數字PCR芯片、光源、微透鏡陣列、CCD或CMOS相機，進一步包括成像軟件。其中，所微透鏡陣列用于讀取時將激發的熒光聚焦在CCD或者CMOS相機的靶面上。

本發明中的數字PCR是一種核酸分子絕對定量技術，相對于傳統的實時定量PCR，數字PCR能夠直接數出DNA分子的拷貝數，可以實現對起始樣品的絕對定量。本發明將數字PCR芯片設計為平面結構，數字PCR芯片上檢測區域面積與電感耦合器件CCD或互補金屬氧化物半導體成像器件CMOS相機的靶面面積相同或相近。數字PCR芯片分為上下兩層。芯片上層起到蓋片的作用，材質、厚度和顏色無要求，形狀為平板。芯片下層材質為透明的塑料、橡膠、玻璃或者石英，包含但不限于環烯烴類共聚物（COC）、聚碳酸酯（PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚苯乙烯（PS）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、玻璃或石英等。芯片下層厚度約為0.1-3.5mm，包括有樣本池。芯片下層可以采用具有濾光功能的材質或鍍膜，這樣可以不需使用濾光片，進一步縮短光程，提高檢測靈敏度。樣本池的高度大于數字PCR油包水微滴結構的直徑，小于數字PCR油包水微滴結構的2倍直徑。樣本池底面可以根據需要，或者CCD或CMOS相機的靶面的形狀進行設計。

因此，本發明提供一種數字PCR結果讀取裝置，包括數字PCR芯片和整體成像系統，其特征在于：所述整體成像系統包括微透鏡陣列，CCD或CMOS相機，包括或者不包括光源，其中：所述數字PCR芯片包括芯片上層，芯片下層和樣本池，所述樣本池設置在所述芯片上層與所述芯片下層之間，通過所述樣本池以及芯片上層、芯片下層配合實現待測樣本的承載；所述芯片上層由透明或非透明的平板材料制成，所述芯片下層由透明材料制成；所述樣本池的高度大于數字PCR油包水微滴結構直徑，同時小于所述數字PCR油包水微滴結構直徑的2倍；所微透鏡陣列用于讀取時激發的熒光聚焦在CCD或者CMOS相機的靶面上。