[发明专利]一种集成温度控制PCR-CE微流控芯片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物医学应用仪器领域，具体地，涉及一种集成温度控制PCR-CE微流控芯片及其制作方法。

背景技术

聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction，PCR)，或称无细胞克隆技术(Free bacteria cloning technique)，作为分子生物学和基因工程的一项重要技术，其是一种在引物引导下选择性扩增DNA和RNA片段的方法。具有特异、敏感、产率高、快速、简便、重复性好、易自动化等突出优点，现阶段生物工程采用的PCR扩增仪可对所需要的目的基因片段进行连续多次扩增，并可以复制到几百万倍数量级的数目，广泛应用于以获得目的基因或基因片段为目的的生命科学，医学工程，遗传功臣，疾病诊断等许多领域。

DNA片段的两条链的两端序列分别互补，由高温热变性，低温复性和适温延伸这三个反应温度区组成一个周期，循环进行，使得DNA片段得以迅速扩增，并在温度可以循环控制的前提下，此反应可以充分利用反应底物与原料，得到数目可观的基因片段。

CE毛细管电泳分离技术是一类以毛细管为分离通道、以高压直流电场为驱动力的新型液相分离技术。带电粒子在直流电场作用下于一定介质（溶剂）中发生的定向运动，带电粒子收到外界所加的高压直流电场作用，同时还会受到溶剂阻力作用，一定时间后，此两种力会产生平衡，荷质比达到所需要求的粒子就会做匀速运动，得以沿流体通道运动。我们通过调节高电压与流速之间关系，使得目的基因片段达到此种关系，即可使得其他物质通过高电压作用分离到通道的管壁上，收集并进入到废液池中集中处理，而目的基因片段通过CE电泳手段得以分离。

经检索发现，新型设计的一种PCR反应管（专利号CN201990663U），此专利设计的PCR反应管事通过PCR热循环仪对放入其中的PCR管进行反复的升降温完成，实现温度控制的PCR扩增。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种集成温度控制PCR-CE微流控芯片及其制作方法，即能够制作集成PCR反应和CE毛细管电泳为一体的便携式芯片，方便DNA片段以及目的基因的扩增，具有温控精确，反应速度快，用量小，集成度高的特点，制作成本相对低廉，并可以得到迅速而可靠的PCR反应数据。

根据本发明的一个方面，提供一种集成温度控制PCR-CE微流控芯片，该芯片采用上下双层设计，上层为PDMS盖片，下层为铂电极基板，上下两层封装成整体芯片；整体芯片集成了温度控制，PCR扩增反应和CE分离三个流程。

所述芯片具体包括：注入口，储液池，混合通道，PCR反应腔，CE分离通道，加热电极，温度传感电极以及CE电极；其中注入口、储液池、混合通道、PCR反应腔和CE分离通道在PDMS盖片上实现；加热电极、温度传感电极和CE电极在铂电极基板上实现；所述混合通道由相通的流体通道、交叉的十字通道、波浪型混合通道三部分组成，所述芯片的外部管道与三个注入口键合连接，其中两个注入口进液后分别与储液池相接，另一个注入口进入的样本与所述储液池储存的溶液分别经过各自的流体通道流经交叉十字通道时混合在一起，最后经过波浪型混合通道充分混合均匀，混合完成后进入到PCR反应腔，在PCR反应腔的下部为铂电极基板上的加热电极与温度传感电极，分别对PCR反应进行温度控制与实时温度检测，PCR反应完成后进入CE分离通道，在CE分离通道处有缓冲液储液池、废液池和CE储液池三个液体储存室，其中在缓冲液储液池与废液池的下部为CE电极，该电极与外界高压电源相连接，在CE分离通道的两端分别由插入光纤通道的光纤从外界引入激发电源，并将激发的荧光信号引到外界进行荧光检测；在CE分离通道的尽头连接CE储液池，在该储液池中得到最后的目的产品。

所述的混合通道存在一些尺寸缩小的通道部分为毛细管阀，由于制作材料为PDMS是憎水材料，由于毛细现象的存在，缩小通道的尺寸可以起到阻流来控制流体流动方向的作用，两个储液池中的液体用注射泵按照相同的速度从两端泵入交叉通道，由于上部流体通道有毛细管阀阻流，两相流会相遇后共同流入波浪混合通道混合，波浪型混合通道通过二次流加强对流，提高混合效率。

所述PCR反应腔，与波浪型混合通道的容积相近或相同，因此可以从中央通道外部通过注射泵缓慢压入非溶性气体进入通道，同时因为气体的压力作用，可将反应液以一定速度缓慢推入PCR反应腔中，进行DNA扩增。PCR反应腔的菱形-矩形反应腔结构可以保证减缓进样速度，充分利用腔室，减少内部气泡的生成。