[发明专利]一种基于微孔阵列芯片的数字PCR扩增装置及其使用方法

权利要求书

1.一种基于微孔阵列芯片的数字PCR扩增装置的使用方法，其特征在于，所述装置包括：微孔阵列芯片本体，所述微孔阵列芯片本体包括密封盖、微孔阵列以及生化传感器，所述密封盖置于所述微孔阵列上方，用于密封微孔阵列的微孔并使各个微孔之间相互隔离，所述生化传感器置于微孔底部，所述密封盖或生化传感器上设有用于向微孔内溶液提供电压的电极；

所述方法包括以下步骤：

步骤一，加样：将DNA反应体系混合均匀后滴加到没有密封盖的微孔阵列芯片本体上，再用密封盖密封；

步骤二，扩增：将微孔阵列芯片本体置于恒温PCR仪、变温PCR仪或热循环器上进行扩增反应；

步骤三，信号读取：将扩增反应后的微孔阵列芯片本体置于读取装置内，读取微孔底部生化传感器的电信号、通过数据处理后获得DNA样本的初始浓度在计算机或显示屏上显示；

所述步骤三具体包括以下过程：

3.1直方图分析：首先获得各个浓度的DNA样本对应微孔阵列芯片本体的数帧二维热力图数据；然后对每个微孔阵列芯片本体的数据分别求得一帧平均值热力图，对每一帧数据进行直方图Histogram分析，从而获得分布峰：若微孔中没有发生PCR扩增反应，则孔内的pH值未发生变化，传感器输出值为0，未发生扩增反应的微孔为阴性反应单元；若微孔中发生了单个DNA样本扩增反应，则孔内的pH值发生变化，发生单个DNA样本扩增反应的微孔为阳性反应单元；若微孔内pH值变化大于微孔内单个DNA样本扩增反应引起的pH值变化，则此微孔内为多个DNA样本发生PCR扩增反应；

3.2 DNA样本初始浓度的计算：由步骤3.1获得的阳性反应单元个数或阴性反应单元个数计算DNA样本的初始浓度。

2.根据权利要求1所述的基于微孔阵列芯片的数字PCR扩增装置的使用方法，其特征在于：所述微孔阵列中含有0.1万~1000万个微孔，每个微孔的容积为1fL~10pL。

3.根据权利要求1所述的基于微孔阵列芯片的数字PCR扩增装置的使用方法，其特征在于：所述生化传感器的表面涂有氢离子敏感材料、磷酸根离子或焦磷酸根离子敏感材料。

4.根据权利要求3所述的基于微孔阵列芯片的数字PCR扩增装置的使用方法，其特征在于：所述氢离子敏感材料为SiO₂、Al₂O₃、HfO₂、TiO₂、Ta₂O₅、 (3-氨丙基)三乙氧基硅烷、三乙氧基硅基十一醛中的一种或多种叠层。

5.根据权利要求3所述的基于微孔阵列芯片的数字PCR扩增装置的使用方法，其特征在于：所述磷酸根离子或焦磷酸根离子敏感材料为磷酸离子有机膜ISM或分子探针。

6.根据权利要求1所述的基于微孔阵列芯片的数字PCR扩增装置的使用方法，其特征在于：所述生化传感器为离子敏感场效应晶体管，纳米线、石墨烯或二硫化钼晶体管传感器中的一种，或微型电化学传感器。

7.根据权利要求1所述的基于微孔阵列芯片的数字PCR扩增装置的使用方法，其特征在于：还包括一读取装置，用于和计算机电气连接实现微孔阵列芯片本体PCR扩增后微孔内生化传感器电信号的读取。

8.根据权利要求7所述的基于微孔阵列芯片的数字PCR扩增装置的使用方法，其特征在于：所述读取装置包括底座和上盖，所述底座内设有用于容纳微孔阵列芯片本体的凹槽，所述上盖的一侧边缘铰接在所述底座边缘处，所述底座内设有与微孔阵列芯片本体的生化传感器引脚pad形成电气连接的探针，所述底座下方设有电路板，用于连接探针，从而实现对微孔阵列芯片本体的供电及生化传感器电信号的数据读取；

所述电路板包括数据采集模块、ADC芯片和处理器，所述数据采集模块采集微孔底部生化传感器的电信号，由ADC芯片进行模数转换后，输送给处理器进行数字信号处理并计算出扩增后DNA的浓度；所述处理器为FPGA、DSP或ARM。