[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

说明书

技术领域

本发明属于数字微流控技术领域，具体为一种基于数字微流控技术的掌上焦磷酸测序系统。

背景技术

自2003年人类基因组计划完成以来，DNA测序技术已经取得了巨大的进步。由此发展而来的许多方法已经实现了商业化，并且具备迅速完成整个基因组测序的能力。现阶段，使用DNA测序技术完成整个基因组测序工作已经变成生命科学研究中的“例行公事”。然而，随着DNA测序的应用环境变得越来越多样化，期望任何单一测序平台满足所有的使用需求已经成为不可能的事情。因此，现阶段更多的是需要对平台进行定制从而满足各种应用程序的特定需求和使用环境。那么通量更低,更便宜,更便于进行即时快速测定的DNA测序平台就成为了近期科研工作的热点。

微流控作为一种微纳流体处理技术在DNA测序领域备受关注。其成本低、通量高、分析速度快、试剂消耗少的优势，对于提高DNA测序的通量及降低处理成本具有重要意义，代表着未来DNA测序走向微型化、集成化的发展方向。微流控芯片利用结构各异的微通道和形式多样的外加力场，对微量流体或样品在微观尺度上进行操纵、处理与控制，从而实现了DNA测序的部分乃至全部功能在一块微芯片上的集成。然而，常规微流控芯片的局限性也是非常明显的：结构复杂，加工难度大；需要机械泵、阀配合使用，集成化难度大；对多试剂位置和反应时间的精确控制稍显无力。这一系列尚未解决的问题意味着用于DNA测序的集成微流控芯片迄今难谈成熟。

数字微流控技术(Digital microfluidics,DMF)作为一种新兴的离散化微液滴操纵手段，由于具有一系列传统微流控技术无法比拟的优点有望改变这一现状。DMF是一种基于微电极阵列来实现离散液滴精确控制(包括移动、合并、分配和分裂等操作)的新型液滴操纵技术，其利用液滴在疏水化表面上的介电润湿现象实现了对微液滴的操控。通过外部电信号的控制，DMF可以驱动微液滴沿着预先设定好的路径运动，实现大通量离散化液滴的可控精准操纵。这种操纵方式具有高并行性和全自动化的特点，能够实现多通路实时可控反应，对于实现样品制备、反应、分离、检测等生化实验基本操作的完全集成化具有重要的意义，因此特别适用于高集成度、高性能、操作复杂的微生化分析系统。

在诸多测序体系中，焦磷酸测序是一种对在DNA聚合反应中生成的无机焦磷酸盐(PPi)进行实时检测的方法，其通过观察每轮碱基配对的荧光强度即可以定量地确定一个特定的核苷酸是否添加到链，从而实现边合成边测序。焦磷酸测序本质上是一系列基于阵列的重复液体处理步骤，因此与基于电极阵列的DMF能快速、实时、自动化进行微液滴处理的特点非常匹配。

因此为了解决上述问题，我们提出了基于印制电路板(Printed circuit board,PCB)的、以焦磷酸测序作为反应体系的全自动数字微流控掌上焦磷酸测序技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于数字微流控技术的掌上焦磷酸测序系统，可以实现焦磷酸测序的小型化。

实现本发明的技术方案为：一种基于数字微流控技术的掌上焦磷酸测序系统，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)优选由电路板印刷技术直接生成，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)；