[实用新型]微腔室动态PCR与毛细管电泳CE功能集成微流控芯片

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种微腔室动态PCR与毛细管电泳CE功能集成微流控芯片，属于PCR与CE集成技术领域。 

背景技术

微流控芯片（Microfludics）指的是在一块几平方厘米的芯片上构建的化学或生物实验室，可以在微观通道下依靠电、磁、机械、化学等各种方式进行实验操作，以实现其设计的功能。目标是将化学和生物领域涉及的样品制备、反应、分离、检测、培育、分选等集成在微芯片上，而且可多次使用，最终发展方向是微全分析系统。微流控芯片其最大的特点是生化环境依赖于MEMS微细加工制作出来的微流体环境，以可靠微流体贯穿整个系统，这也是其中文译名的由来。微流控芯片的构造一般为多层结构的复合封装，最简单的微流控芯片就是使用一片基材用微加工技术刻有细微通道，然后与另外一块平整基材覆合在一起，形成具有封闭通道的芯片，在其中一片上还有通道的进出口，以进行芯片内外的流体交换。微流控芯片在应用上具有以下突出特点: 

1）流体处于微米级甚至纳米级的微通道环境中，因此流体基本都呈现出低雷诺数和层流流动的特点，使得其流动状况与混合情况都与宏观尺度表现出不一样的情况。通过合理的流体通道设计，流体的混合、分流、改变流向的复杂的过程将短时间内完成，同时MEMS技术的加工可以使得微流控通道能够通过电、磁、机械等各种方式对流体以及流体内部介质进行控制，使得微流控芯片具有极高的可操作性；

2）微流控芯片中尺度为微观，流体与颗粒都具有高的体表面积比，能够提高生物化学反应的速度，因此微通道中的反应需要的剂量小但呈现高通量、反应时间很短，往往为秒甚至毫秒级，使得微流控芯片具有高效的特点；

3）芯片的微环境的热容量小，可进行高速的升降温控制，并能精确的检测与控制不同区域的温度；在微流控通道中更容易实现宏观尺度下难以实现的温度快速精确变化，高精度的温控对研究特殊的生化反应有着突出贡献；

4）微流控芯片可采用多种检测手段对微流控通道中的试剂进行直接检测，包括激光诱导荧光检测（Laser induced fluorescence，LIF）、实时荧光检测、电化学检测、质谱检测等方式等。因此微流控芯片中进行生化反应的结果可以在线获得，并转化为电信号直接输出到计算机中进行处理，大大降低了实验的复杂性，提高了对实验结果的精度与可调试性；

5）高度整合度，通过合理的芯片设计将使得不同的复杂的反应过程能够集成于同一个反应芯片上，实现功能一体化自动化，防止了转移时试剂的浪费和污染；同时由于MEMS加工技术的特点，这种高度整合的微流控芯片还能批量化低成本的生产，有利于这种具有复杂功能集成的微系统在各个领域的发展。

聚合酶链式反应（PCR）是一种分子生物学技术，用于放大特定的DNA片段，可看作生物体外的特殊DNA复制，PCR技术原理类似于DNA的天然复制过程，其特异性依赖于与靶序列两端互补的寡核苷酸引物。PCR由变性-退火-延伸三个基本反应步骤构成：①模板DNA的变性：模板DNA经加热至94℃左右一定时间后，使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA解离，使之成为单链，以便与引物结合，为后续反应做准备；②模板DNA与引物的退火（复性）：模板DNA经加热变性成单链后，温度降至50-65℃，引物与模板DNA单链的互补序列配对结合；③引物的延伸：DNA模板-引物结合物在Taq DNA聚合酶的作用下，以dNTP为反应原料，靶序列为模板，按碱基互补配对与半保留复制原理，合成一条新的与模板DNA链互补的半保留复制链，重复循环变性-退火-延伸三过程就可获得更多的“半保留复制链”，而且这种新链又可成为下次循环的模板。PCR技术已经是生命科学和医学领域发展中一个重要发展方向，成为一种广泛应用的检测手段与技术方法，在生命科学、医学工程、遗传科学、法医鉴定等方面都具有广阔的应用价值。