[发明专利]一种核酸扩增装置及其应用

说明书

本发明公开了一种核酸扩增装置，包括机箱、平板微流控芯片、毛细管微反应器，所述的加热装置包括加热块、温控器、继电器，所述的加热装置的加热块采用独立控温设计，其导热板的凹槽设计，使得本装置既可用于平板式微流控芯片的加热控温，也可以用于毛细管微反应器的控温。本发明还提供了上述核酸扩增装置在连续流核酸扩增反应系统及液滴微流控核酸扩增反应系统中的应用，能够有效地提高核酸扩增反应的控温效率，缩短反应时间。

技术领域

本发明涉及核酸扩增技术领域，具体涉及一种核酸扩增装置及其应用。

背景技术

核酸是所有形式的生命体存在的基础，包括脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)。目前，核酸体外扩增及检测技术是基因克隆、基因分型、基因诊断和核酸测序等生物及医学领域的基础，发挥着相当重要的作用。核酸扩增技术可以大致分为变温扩增技术和等温扩增技术。

核酸扩增仪(PCR仪)是一种温度控制仪，其中变温扩增技术所使用的温度控制仪还需满足热循环的要求，一般PCR仪根据PCR技术的原理，将温度设定为三个区间，分别是双链DNA变性即双链解链(90℃-96℃)、引物与模板DNA复性即退火(25℃-65℃)和引物延伸(70℃-75℃)，进行循环多次的升降温，但由于温差大会造成能源浪费，同时升降温时间过长会造成总体反应时间增加。等温扩增技术是在恒定温度下操作的一种核酸扩增技术，有很高的灵敏度和特异性，一般PCR仪都可进行等温扩增。

液滴微流控技术是指利用微尺度管道控制体积在皮升至纳升间的微小流体进行流动然后发生化学反应或者传热等物理反应的技术。通过不相溶的流体把连续流体分散成液滴，每个液滴是一个独立的微反应器，样品的消耗少，液滴的大比表面积有更好的传热传质效率，通过选择合适的连续相，可以阻隔样品与微通道的接触，避免了污染，这些优点使得液滴微流控技术在药物输运、单细胞分析、基因检测等科学研究领域有着特别重要的应用。

然而传统的PCR仪，采用半导体控温方式，加热区是一个固定的空间，通过一段时间快速升降温完成不同反应温度之间的切换，这种控温方式对仪器的性能要求很高。对于液滴微流控核酸扩增反应系统来说，与传统PCR的几十微升反应体系相比，液滴体积小，通常是纳升级甚至皮升级，升降温所需要的热量远远低于普通PCR管，半导体控温方式对时间和能源来说都是某种程度上的浪费。

此外，目前大多数液滴微流控反应系统均采用普通PCR仪实现温度控制，通常采用的方式是将微流控芯片置于加热块上进行升降温控制，但是这种方式一方面热量从芯片底部传导到微通道内部要损失一部分，另一方面芯片上部为敞开体系，加速了热量的损失，不利于精准控温。而毛细管系统是无法用商品化PCR仪器加热的，而且由于毛细管管壁很薄，传热快，就使得表面加热的方式散热快，更不易控温。

实用新型CN2464731Y和专利CN106434280A分别公开了两种圆柱型PCR扩增装置，其中前一个装置由缠绕于圆截面柱心上的n匝毛细管、加热单元、流速控制单元和与加热单元相连的温度控制单元构成，加热单元由m块或m对相互独立的弧形恒温块组成闭合圆。但是该实用新型的圆柱型设计所需的毛细管的长度较长，样品的消耗量较大。而且该系统只能够作为毛细管PCR反应器，对于平板微流控芯片系统并不适用。而后一个装置以水为传热液体，通过加热水来控制不同温区的温度，采用步进电机控制圆盘控温模块旋转来实现对微流控芯片的加热，以及在不同温度之间进行切换。该装置系统比较复杂，步进电机加上液体传热等。其实液滴体积小，金属加热块足够满足其热量需求，而且其技术细节描述不够详细准确，也缺少实际应用的数据，因此很难判断其实用性。

发明内容

本发明提供了一种核酸扩增装置，整个装置结构简单，不需要升降温程序，适合用于微流控芯片及毛细管核酸反应的温度控制。