[发明专利]一种基于CCD图像传感器的微流控PCR芯片荧光流体检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生物PCR芯片中微流体试剂的荧光信号检测装置，属于CCD图像传感器技术领域，尤其涉及一种基于CCD图像传感器的微流控PCR芯片荧光流体检测装置。

背景技术

聚合酶链式反应（PCR）是一种在体外模拟自然DNA复制过程的核酸扩增技术，即无性细胞分子克隆技术，其原理类似于天然DNA的复制，是体外酶促反应选择性地合成特异性DNA的一种方法。PCR微流控生物芯片是将采样、稀释、加试剂、反应、分离和检测等功能集成于一个芯片里，其科学性和先进性体现在结构缩微和功能集成这两个方面。生物芯片技术有4个基本要点：芯片制备、样品制备、生化反应和信号检测。其原理是为PCR反应混合物在精密注射泵的作用下按设定的流速进入生物芯片上分别处于三个恒温区（94℃、55℃、72℃）的微通道，由高温热变性（94℃）、低温退火复性（55℃）和适温延伸（72℃）组成一个周期，循环进行，使DNA片段得以迅速扩增。在合适的条件下，这种循环不断重复，前一个循环的产物DNA可作为后一个循环的模板DNA参与DNA的合成，使产物DNA的量按2的n次方扩增。从理论上讲经过30次的循环反应，DNA扩增倍数为10⁶～10⁹。因此，可以用微量的样品获取目的基因。如果注入生物芯片的是生物PCR荧光试剂,其在生物芯片中进行聚合酶链式反应(PCR)后待若测液体经过激发光源照射则发出荧光，由光敏元件采集并经过光电转换后输出荧光值的电信号，这样生物信息情况就能通过人能够识别的荧光强度的变化反映出来,根据荧光强度以及强度相对变化的信息,可对PCR产物进行定性定量分析。该技术被广泛地应用于以获得特定基因或基因片段为目的的生命科学、医学工程、遗传工程、疾病诊断、质量检测、法医学和考古学等许多领域。

目前微流控PCR工作系统在进行PCR荧光检测工作方面主要存在如下缺点：

1、荧光微光谱检测器普遍直接使用传统的封装光电管，如光电倍增管(PMT)。由于元件自身的体积大，而且又是分体使用，需要有配套的光路装置，致使整个荧光检测装置的体积庞大；

2、由于在激发光传导和反射光采集时需要各类光学器件和光纤组成的光路进行光路传输，不仅结构复杂难以实现集成化，并且影响实时荧光检测的稳定性；

3、PCR微流控生物芯片的进样控制系统、温度控制系统、荧光检测系统一般采用各部分单独控制，无法对微通道内温度的变化、液体的流速及荧光检测之间的信号进行实时反馈与集成控制。

为解决上述问题，本发明提出一种基于CCD图像传感器的微流控PCR芯片荧光流体检测装置，该装置避免了各类光学器件和光纤组成的光路进行光路传输过程，简化了检测结构并有利于系统的集成化。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种基于CCD图像传感器的微流控PCR芯片荧光流体检测装置，该装置由空间立体式微通道、CCD图像传感器、单色LED光源、微处理器和液晶显示装置组成，空间立体式微通道的两侧设置有单色LED光源，在两个单色LED光源的后面设置有CCD图像传感器，微处理器和液晶显示装置与两个单色LED光源和两个CCD图像传感器2连接；其中，空间立体式微通道由传统平面结构改为双层立体结构，上下两层微通道管之间用PMMA基板连接，PMMA基板内部刻有微通道。该装置主要对空间范围对PCR扩增反应进行荧光检测，将信号检测中的信号产生、信号收集与传输、信号处理及识别这三个部分集成，实现微型微流控实时荧光PCR检测系统的集成、自动化检测及控制，从而避免了各类光学器件和光纤组成的光路进行光路传输，简化了检测结构，有利于系统的集成化。