[发明专利]基于旋转式微流控芯片的实时荧光PCR检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于旋转式微流控芯片的实时荧光PCR检测系统，属于生物学和分析化学及医学检测领域。

背景技术

目前，在长期航天飞行中的空间飞行器内，微生物菌群的增长及菌株变异会影响仪器设备的性能及工作环境条件，对航天器及其仪器设备的正常运行产生危害。为了预防空间飞行中感染性疾病的发生、传播和进行有效治疗，急需空间在轨生物危害实时自动报警系统，其核心是微生物核酸荧光检测微系统。由于空间在轨要求设备具有全自动和微体积、小重量的技术特点。因此简化微流控荧光PCR工作系统是实现空间在轨生物危害实时自动报警系统要求的关键。

关键技术是满足“功能集成结构缩微”的微型荧光检测装置，以实现重量轻、体积小、全自动检测为目标，此外都需要对微量的样品首先进行PCR扩增反应，使目标DNA实现体外复制达到一定检测量后进行检测分析。因此，微型荧光检测装置的研究可以移植在PCR微流控生物芯片上进行，然后对检测系统在失重条件下的计算进行修正研究，以达到空间应用要求。

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，由高温热变性温区、低温退火复性温区和适温延伸温区组成一个周期，一个循环可以使DNA总量增加一倍，可以把痕量的遗传物质迅速而简便的扩增百万倍，再使用基于FRET（荧光共振能量传递技术）进行荧光实时检测，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。

当前市场上，常见的实时荧光PCR检测仪器，都不能满足空间领域的需求，主要存在以下缺点：

1、仪器内PCR扩增系统中的温度控制模块采用金属块进行加热和风扇冷却相配合，整个系统耗电量大，体积庞大难以微型化，无法实现便携性，并且实施效率低，无法满足快速处理问题与迅速检测样本的要求；

2、仪器内荧光检测系统中的光电倍增管或电荷耦合元件自身的体积就很大，而且又是分体使用，需要有配套的光路系统，致使整个荧光微光谱检测系统的体积庞大，加大了微型化的难度。无法应用于快速发展的空间领域当中；

3、仪器内传输系统中的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，不仅结构复杂难以微缩集成化，并且影响实时荧光检测中的各个模块的灵敏性与稳定性；

4、目前的仪器不仅体积庞大且无法对微通道内温度的变化、微流体的流速和荧光信号之间进行实时监测和反馈；

5、对于小型仪器的中温度控制系统缺少完整的隔离性，三个温区易相互干扰，严重影响生物反应结果；

因此，研制体积小、重量轻且高度集成自动化的微型微流控PCR荧光检测系统是主要目标，其中对于三个温区间的相互干扰问题，旋转式微流控芯片的实时荧光PCR检测系统中的完全分离三个温区，可以很好的解决；并且能够最大化的减少PCR反应中试剂在温区移动时消耗的时间，提高PCR系统的检测效率；此外旋转式的芯片结构能很好的节省空间，最大化的减少体积空间，可以满足空间领域苛刻要求。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于旋转式微流控芯片的实时荧光PCR检测系统，其主要适用于对目标样本的PCR扩增和基于微型结构的实时荧光PCR检测工作，并可应用于失重条件下的空间领域工作；同时本发明将微通道循环PCR扩增模块、温度循环控制模块、荧光光谱检测模块三个模块集成，实现适用于空间作业要求的便携式微型化PCR荧光实时检测系统，达到功能集成、结构缩微、重量轻体积小全自动检测的目标；此外在温度控制方面，完成把三个温区完全隔离的目标。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种基于旋转式微流控芯片的实时荧光PCR检测系统，该系统包括退火低温区、延伸适温区、热变高温区、旋转模块、PCR试剂容纳腔、注入微通道、仪器固定底座、荧光检测系统；其中，温度循环控制模块包括退火低温区、延伸适温区、热变高温区；微通道循环PCR扩增模块包括旋转模块、PCR试剂容纳腔、注入微通道、仪器固定底座；荧光光谱检测模块包括荧光检测系统。