[发明专利]荧光PCR微流控芯片微流体荧光测速控速装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种荧光PCR(聚合酶链式反应)微流控芯片微流体荧光测速控速装置及方法，主要用于测量生物荧光PCR微流控芯片的微通道中的工作微流体流速，达到控制实际微流体流速的目的，属于生物学和分析化学及医学检测领域。

背景技术

微全分析系统(Miniaturized Total Analysis System，μ-TAS)的概念，于20世纪90年代初首次提出，在此后十余年中该领域已发展为当前世界上最前沿的科技领域之一。μ-TAS概念是，将目前现代宏观实验室中的生物化学分析技术的许多过程与步骤，在生物化学分析技术的功能缩微化的基础上，实现生物化学分析技术全分析过程结构集成化，即将传统成熟的生物化学分析技术实验室各种器具和仪器的结构进行缩微，同时将现代宏观实验室中的生物化学分析技术实验室各种器具和仪器具有的功能进行集成，在100平方毫米左右(甚至更小的面积)的芯片上，实现微型化的全过程与步骤的生物化学分析系统，达到生物化学分析目的。微全分析系统具有检测速度快、试样用量少、通量高等显著的特点，因此深受世界各国的极为关注，并开展了大量相关研究。

微流控技术很快成为实现μTAS的理念的实用技术。已涉及到了许多方面，如日常的打印机墨水喷头、化工反应过程、燃料电池直等。同时，与生命科学应用密切相关的生物工程、临床检验医学、卫生防疫、国防防化、农业、林业、畜牧兽医、海洋渔业、法医、运动医学、食品监督检验、制药、化工、环境监测、生化反恐等，更是其应用最为密切和紧密的领域。在产业化方面，全球基于微流控技术的产品的年利润以每年20％的增长率迅速突破150亿欧元。

微流控技术是在微米级结构中操控纳升和皮升体积流体的技术和科学。微流控技术在实现μ-TAS整套理念和目标的过程中，主要是以实现现代宏观实验室中的生物和化学分析检验系统的“功能缩微和结构集成”为具体目的的。其特征是，其各类导流和容纳流体的有效结构(包括微通道，反应室和其他某些功能部件)至少在一个维度上为微米尺度。与现代实验室宏观尺度全过程与步骤的实验装置相比，微米级结构的流体环境的面积/体积比例显著增加，也就是说，连接各类有效结构(包括反应室和其他某些功能部件)完成分析检验全过程与步骤的主要方式是，以微通道为各类功能部件连接微结构，以微通道中微体积流体的流动为各类功能部件产生功能作用基本条件的。

因此，从技术层面看，在承载微流动液体的微通道中，对微流动液体进行实际流速测速，按需要进行调控流速，是在微米级结构中操控纳升和皮升体积流体，完成分析检验全过程与步骤的核心之一，也是微流控技术的核心之一。

目前，据有关文献报道的微流体流速测量技术有：化学标记物测速方法，流体温度差异量标记方法测速方法，示踪微粒子成像测速方法和共焦荧光示踪物检测测速方法等。但是上述的测速方法，存在以下缺陷：

1)测速方法中都需显示踪迹的物质来进行测速，也就是说，这些方法对理论和实验研究有一定的作用，但对在微通道中的具体微流动液体实际工作的监测，并没有更多的作用。不能实现对微流动液体在微通道中实际的工作流体和介质流速情况进行实时反馈和流速控制。

这是因为在上述的测速方法中，使用一些非实际工作流体和介质，并在微通道中对这些非实际的工作流体和介质，进行非实际工作状况模拟测速和调控流速。实际上，微米级结构微通道中操控纳升和皮升体积流体的技术和科学，已经有一系列与物体表面有关的特有效应，影响分析性能：如，层流效应，表面张力及毛细效应，快速热导效应和扩散效应等。因此，只有对微通道中实际的工作流体和介质，进行实际工作状况测速和调控流速，才能对在微米级结构微通道中的纳升和皮升体积流体，进行有实际意义的操控，才能保障具体实际的工作微流体流完成分析检验全过程与步骤。

2)实现上述测速方法的外围设备，由于其体积大，很难在将来的器件发展过程中，实现功能缩微结构集成的微型全分析系统理念。

发明内容

本发明的目的在于克服了现有的微流体流速测量方法都需附加显示踪迹的物质，从而不能实现对微通道中的实际工作流体和介质流速情况进行实时反馈和流速控制的缺陷，提供了一种荧光PCR微流控芯片微流体荧光测速控速装置及方法，本装置能够对微通道中微流体的实际工作流速进行实时测量，并能根据测量结果对流速进行控制，使其尽可能与理论设计流速相吻合，从而保障分析检验全过程与步骤的顺利完成。