[发明专利]用于数字核酸扩增的集成流路芯片装置及应用

说明书

技术领域

本发明属生命科学、医学、化学及工学等多个领域检测装置，涉及一种用于数字核酸扩增的集成流路芯片装置及其应用。

背景技术

现已证明，人类的许多疾病都与基因有着直接或间接的关系，而基因是具有遗传效应的DNA(脱氧核糖核酸)分子片段。因此，核酸的检测和分析不仅在遗传性疾病、肿瘤和传染病等医学领域应用广泛，而且在法医学鉴定、食品安全、考古学等领域的地位也越来越重要。然而，尽管核酸研究已经取得了令人瞩目的成绩，但同时也面临着更多的挑战。首先，生物体的生长、发育不是由单一基因所决定的，而是多个基因协同作用的结果，是一个非常复杂的过程。研究基因多样性以及基因突变或改造等问题都亟需有核酸高通量快速检测手段。其次，核酸的含量非常低，目前很难直接检测，而往往采用聚合酶链式反应(polymerase chain reaction，简称PCR)技术在体外扩增DNA，直到目的DNA浓度足以被检测为止。

聚合酶链式反应技术发明至今已经三十多年了，在这期间技术得到了不断的发展，近年来出现的实时荧光定量PCR(real-time quantitative PCR)技术实现了PCR从定性到定量的飞跃。所谓实时荧光定量PCR技术，是指在PCR反应体系中加入荧光基团，利用荧光信号累积实时监测整个PCR进程，最后通过标准曲线对待测模板进行定量分析的方法。然而，这种传统的定量PCR方法也有着其不可避免的缺点：①荧光定量PCR的测定点在PCR扩增的指数期，而不同模板、不同条件下，PCR扩增达到平衡所需要的循环数是不确定的。②如果目的片段的起始浓度过低的话，往往难以扩增到可检测水平。③待测样品的扩增效率有可能和标准样品的有差异。

1999年，Vogelstein等发展了一种叫做数字PCR(Digital PCR)的方法，将待测DNA模板稀释并载入多孔板，使平均每两个以上孔中只有一个模板分子，在优化的条件下进行传统的热循环PCR反应之后，和分子信标杂交以检测特异性扩增产物，阳性孔产生荧光。与传统的荧光定量PCR相比，数字PCR是通过直接计数阳性孔的数目来定量核酸的起始拷贝数，能够做到真正意义上的绝对定量测定，因此称之为数字PCR。2006年Ottesen等研制出可以对细菌多个基因进行精确定量的微流控数字PCR芯片，同年美国Fluidigm公司开发出了商品化的数字阵列PCR芯片，用实时PCR仪进行核酸扩增和定量检测。这种数字PCR芯片涉及到一种基于多层软光刻工艺制备的PDMS弹性微阀，在这种结构中，流体通路位于下层PDMS层中，由许多并行的串联着的小室组成；气体通路位于上层PDMS中，由许多与流体通道相互垂直的通道组成。这种阀在没有外力作用时处于开放状态，当给气体通路施加压力(如气压或水压)时，位于上下层之间的PDMS薄膜向下扩展，阀处于关闭状态，使得下层液流通路被阻隔成若干个独立的反应室。

上述的数字PCR芯片在肿瘤的分子检测、非侵入性产前诊断、生物的遗传学分析及与拷贝数变异相关的疾病等方面均有着广阔的应用前景。《Nature》和《Nature Method》杂志的编辑Blow博士撰文指出数字PCR是PCR技术的新前沿，可以进行单细胞甚至单分子研究，通过直接计数而实现绝对定量。但是，这种基于PDMS弹性微阀的数字PCR芯片的制作涉及到多层结构的对准、封接，制备过程周期长而复杂，目前商品化的芯片及配套仪器都非常昂贵。因此，从数字PCR芯片技术的大规模应用前景来看，目前的这种制备方法及应用成本均是不利的。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本低廉、易于操作的用于数字核酸扩增的集成流路芯片装置，它由真空系统、前管路、缓冲瓶、后管路、毛细管、吸盘、封接层和通道层组成，通道层与封接层进行封接后组成了集成流路芯片组件，吸盘置于集成流路芯片组件上，通道层刻有通道，并设有出样口和进样口，通道由蜿蜒的主通道及位于主通道两侧的若干侧室组成，主通道的两个末端分别接出样口和进样口，所述的侧室的横截面可以为正方形、圆形、梯形或多边形，前管路一端连接真空系统，另一端连接缓冲瓶，后管路一端与缓冲瓶相连，另一端与毛细管相连，毛细管穿过吸盘与集成流路芯片组件连通。