[发明专利]一种功能化微流控芯片及其用于PCR产物分析的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物分析技术领域，特别涉及了一种用于PCR产物分析的功能化微流控芯片及其用于PCR产物分析的方法。

背景技术

聚合酶链反应(PCR)是DNA研究中应用最为广泛的技术手段之一，通过该技术可以将模板DNA拷贝放大10⁶倍以上以满足分析需要。PCR产物成分是扩增后的DNA片段，溶解于的PCR缓冲液中。

传统的PCR产物分析方法是凝胶电泳分离结合凝胶呈像，该方法的缺点是灵敏度较低，对于低拷贝的DNA模板需要较长的扩增时间。此外，基于凝胶电泳的方法还有操作繁琐和样品消耗量大的缺点。实际操作中需要一种高灵敏度、操作简便和分析速度快的PCR产物分析方法。

微流控芯片是实现微流控技术的主要平台，是指在芯片上集成系列操作单元，以可控流体经微通道网络贯穿于整个系统实现芯片操作。芯片毛细管电泳是微流控芯片的一种重要单元操作技术，该技术可以在微流控芯片平台上快速高效地分离DNA片段。传统的十字架式通道结构微流控电泳芯片的样品进样量很少，虽然因为进样区带狭窄而获得高分离度，但却因进样量少不利于微流控芯片电泳检测灵敏度的进一步提高。在传统区带筛分电泳分离条件下，虽然增加芯片有效进样区带长度可以提高进样量，但因为分离度下降而不具备实际应用价值。

等速电泳预浓缩是借助于不连续缓冲液实现的，即前导缓冲液和尾随缓冲液，分别含有前导电介质和尾随电介质。在等速电泳过程，样品区带介于前导离子和尾随离子之间。前导离子的迁移速率高于PCR产物中所有DNA片段而尾随离子迁移速率低于PCR产物中所有DNA片段。等速电泳的过程就是根据这种混合区带中迁移速率的差异而实现的，而样品区带中不同区域场强的差异使样品得以浓缩。等速电泳可以通过样品预浓缩提高检测灵敏度，但多数情况下需要前导和尾随两种缓冲液，操作较为繁琐。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的首要目的在于提供一种用于PCR产物分析的功能化微流控芯片，该芯片在结构上具有显著加长的有效进样通道，集成了等速电泳预浓缩和筛分电泳分离。

本发明的另一目的在于提供上述功能化微流控芯片用于PCR产物分析的方法，通过结合专用微流控芯片和分析试剂，仅需一种缓冲液即可以完成PCR产物的等速电泳预浓缩和浓缩后筛分电泳分离，该方法利用PCR产物中含有的氯离子作为等速电泳的前导离子而不必额外引入前导缓冲液。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种功能化微流控芯片，集成PCR产物等速电泳预浓缩和筛分电泳分离功能，该芯片由有4个储液池、分离通道和进样通道组成，其特征在于，所述的储液池分别为缓冲液池、缓冲液废液池、进样废液池和样品池，分离通道两端分别连接缓冲液池和缓冲液废液池，进样通道两端分别连接样品池和进样废液池；分离通道和进样通道重叠区域为有效进样通道，所述有效进样通道的长度范围是0.5～20厘米。

为了更好地实现本发明，所述样品池和进样废液池位于分离通道的同侧或异侧。

所述用于PCR产物分析的功能化微流控芯片的材料可以为硅、石英、玻璃、塑料，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、硅胶如聚二甲基硅氧烷(PDMS)等，芯片通道内表面可以是修饰或未修饰过的。

上述功能化微流控芯片用于PCR产物分析的方法，包括如下步骤：

(1)缓冲液引入芯片：通过压力将缓冲液引入功能化微流控芯片的分离通道、进样通道、缓冲液池、进样废液池和缓冲液废液池；

(2)在样品池加入PCR产物；

(3)进样：通过电进样或压力进样将PCR产物充满进样通道，对于电进样：在样品池和进样废液池之间施加电压，场强范围介于10V/cm～10000V/cm之间，施加电压时间为1～600秒；对于压力进样：以正压作用于样品池或以负压作用于进样废液池，压力作用时间为1～180秒；

(4)等速电泳浓缩、分离和检测：在缓冲液池和缓冲液废液池之间施加电压，场强范围介于50V/cm～2000V/cm之间，施加电压持续时间为30～600秒；有效分离长度即有效进样通道末端与检测器之间的距离为1～6cm，检测到的PCR产物信号经检测处理输出电泳图谱即可用于PCR产物分析。

本发明的功能化微流控芯片用于PCR产物分析时置于芯片分析仪中使用。芯片分析仪包括高压电源、检测器、数据采集和处理系统。高压电源通过电极与芯片储液池连接，输出电压由程序控制作用于芯片两个储液池之间通道。

上述功能化微流控芯片用于PCR产物分析的方法，采用激光诱导荧光、紫外等方法检测。