[发明专利]一种基于数字微流控技术的掌上焦磷酸测序系统

权利要求书

1.一种基于数字微流控技术的掌上焦磷酸测序系统，其特征在于：包括数字微流控芯片(1)、集成电路(2)、电磁模块(3)和化学发光采集模块(4)；所述数字微流控芯片(1)和电磁模块(3)与集成电路(2)连接，化学发光采集模块(4)和电磁模块(3)分别位于数字微流控芯片上下两侧的同一直线上，集成电路(2)和化学发光采集模块(4)分别连接至计算机上；

所述数字微流控芯片(1)为双极板结构，包括一个下极板(11)、一个上极板(12)和间隙层(13)，上、下极板平行放置，上极板置于下极板上方并由具有固定高度的间隙层(13)分隔开来，形成间隙内含液滴的三明治结构；

所述下极板包括印制电路板(111)、介电层(112)和疏水层(113)，印制电路板(111)作为数字微流控芯片的下极板基底和电极层，介电层(112)均匀涂覆于印制电路板上表面，疏水层(113)在下极板的上表面；所述上极板从下至上依次包括疏水层(121)、接地导电层(122)和上极板基底(123)；

印制电路板(111)上具有电极阵列作为电极层，该电极层包括八个贮液池电极单元(1111)、八组液滴生成通道电极阵列(1112)、液滴混合电极阵列区(1113)，八组液滴生成通道电极阵列(1112)分别与八个贮液池电极单元(1111)相连，并以液滴混合电极阵列区(1113)为中心对称分列于其两侧。

2.根据权利要求1所述的基于数字微流控技术的掌上焦磷酸测序系统，其特征在于：所述电磁模块(3)包括可控的磁性生成装置，用于数字微流控芯片所操纵液滴内磁珠的移动、混合和聚拢，所用磁铁材料是永磁铁、电磁铁中的一种；所用磁铁控制材料是PMMA、3D打印材料中的一种。

3.根据权利要求1所述的基于数字微流控技术的掌上焦磷酸测序系统，其特征在于：所述化学发光采集模块(4)包括光圈，滤光片，光电倍增管，光电倍增管模块，操作暗箱；

当包含磁珠的液滴移动于对应位置并产生化学发光信号时，光信号依次通过光圈、滤光片后进入光电倍增管被检测，产生电信号经光电倍增管模块采集放大后输出并显示到计算机上。

4.根据权利要求1所述的基于数字微流控技术的掌上焦磷酸测序系统，其特征在于：为了保护电极表面、防止液滴的挥发，在间隙层中加入油，同时起到促进液滴移动的作用。

5.根据权利要求1所述的基于数字微流控技术的掌上焦磷酸测序系统，其特征在于：依据电极通电顺序的不同，所述贮液池电极单元可以生成单电极大小液滴、1.5倍电极大小液滴和2倍电极大小液滴等不同尺寸的液滴，在不同高度的间隙层体系下，所生成液滴体积可实现从1uL至10uL的变化。

6.根据权利要求1所述的基于数字微流控技术的掌上焦磷酸测序系统，其特征在于：在液滴中加入Pluronic基于数字微流控技术的掌上焦磷酸测序系统F68用以防止生物黏附，加入浓度为0.01％-0.2％。

7.根据权利要求1所述的基于数字微流控技术的掌上焦磷酸测序系统，其特征在于：焦磷酸测序体系的多种试剂分别对应于数字微流控芯片上的八个贮液池电极单元，具体为A、D、E、H-分别为含A、C、G、T四种核苷酸和APS底物的液滴；F-带有磁珠-待检测序列-测序引物复合物的液滴；B-包含ATP硫酸化酶、荧光素酶和DNA聚合酶的酶体系液滴；C-焦磷酸测序洗液；G-洗涤废液。

8.一种焦磷酸测序方法，其采用权利要求1所述的基于数字微流控技术的掌上焦磷酸测序系统，包括如下步骤：

步骤1、将带有磁珠的液体置于数字微流控芯片的贮液池电极单元内，转入步骤2；

步骤2、集成电路(2)的控制电路控制电极驱动电路，按一定次序进行电极的通断电控制，从而从贮液池电极单元产生一个液滴，通过与其连接的通道电极阵列将液滴移动至液滴混合电极阵列，转入步骤3；

步骤3、按照步骤2的操作分别生成含磁珠-待检测序列-测序引物复合物的液滴、包含ATP硫酸化酶、荧光素酶和DNA聚合酶的酶体系液滴和含A、C、G、T四种核苷酸中一种和APS底物的液滴，转入步骤4；

步骤4、将步骤3中生成的三个液滴在液滴混合电极阵列位置混合，使液滴完全混合均匀；

步骤5、在混合一分钟后，使用电磁模块将磁珠聚拢；

步骤6、使用光电倍增管实时检测光信号，并从计算机中显示出来；

步骤7、利用电磁模块使磁珠从液滴中分离出来，并使用焦磷酸测序洗液进行洗涤，直至该液滴无光信号输出，废液排至洗涤废液贮液池中；

步骤8、返回步骤2，如此循环，直至检测到化学发光信号才进入下一轮测序。