[发明专利]一种基于微流控芯片的液滴PCR扩增检测装置

说明书

本发明公开了一种基于微流控芯片的液滴PCR扩增检测装置，该装置包括液滴微流控芯片、XYZ运动单元、PCR扩增单元、检测单元。含有DNA分子的液滴生成后，通过移液枪导入液滴微流控芯片中，将芯片置于液滴PCR扩增单元中进行PCR扩增反应，同时经由液滴检测单元中的LED灯与滤光片激发液滴中的荧光染料，控制照相机拍摄荧光液滴图片，包括通过自动聚焦算法与Z运动平台的控制完成液滴图片聚焦，通过芯片标记与XY运动平台的控制完成芯片的不同位置图像获取；将拍摄到的多幅图像进行拼接得到芯片液滴区域图像完整信息进而完成液滴PCR扩增检测。该装置操作简单、试剂消耗少、液滴稳定性好、检测准确性高等优点，能够高效完成PCR扩增诊断分析。

技术领域

本发明涉及生命医学检测、诊断领域，尤其涉及一种基于微流控芯片的液滴PCR扩增、液滴检测于一体的检测装置。

背景技术

在传统PCR扩增技术之前，先对样品进行微滴化处理，即将反应体系样品分散到直径微米级的大量液滴中，使每个液滴包含一个或不包含靶基因，再进行PCR扩增，有荧光信号判读为1，没有荧光信号为0，然后根据泊松分布与阳性液滴个数比例即可得出靶基因的起始拷贝数和浓度，此种新的核酸检测和定量方法为微液滴数字PCR技术。跟传统扩增技术相比微液滴PCR不依赖于标准曲线和参照样本，准确性强、灵敏度高、能够实现绝对定量，在单细胞基因表达、拷贝数变异、突变检测、二代测序结果验证等方面具有显著优势。

一般的液滴PCR方法往往涉及到诸多手工步骤，例如将液滴用一定的方式(如十字交叉法)生成后导入PCR管中，然后将PCR管置于PCR仪中反应扩增，反应完成后再以一定的方式导入芯片，最后将芯片置于显微镜下观察荧光液滴，此方法不利于实现基因分子诊断的自动化，过程繁琐，且过程中多次导入导出芯片、PCR管会存在试剂损失情况，降低了液滴的稳定性，影响准确率；同时一般的液滴PCR扩增技术无法实时观察PCR扩增过程中液滴的荧光情况，而基于微流控芯片的液滴PCR扩增检测装置将液滴的反应扩增、实时检测结合一体，不用进行频繁的导入导出过程而损耗试剂、降低精度，其自动化程度高、扩增效率好、出错概率小，操作简单，可以实时记录PCR扩增过程液滴荧光情况。因此，构建将液滴扩增、液滴实时检测一体化的基于微流控芯片的液滴PCR扩增系统，能够显著降低液滴PCR扩增检测系统的操作复杂度，提高效率，为实现更加方便快捷、操作简单的一体化高通量单分子诊断分析打下坚实的基础。

发明内容

本发明目的在于提供一种集液滴PCR扩增反应、荧光液滴实时检测一体的高通量核酸分析装置，该装置能够实现实时PCR扩增荧光检测，灵敏度高，能够较好的完成单分子诊断检测。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为集基于微流控芯片技术、微液滴技术与PCR扩增技术、液滴检测技术一体的系统分析装置系统，系统设计如图2所示。本发明上位机为平板电脑通过USB连接并控制荧光相机，通过USART连接下位机STM32，并由上位机向下位机发放指令进而控制XY运动平台、Z平台、半导体制冷器、光源LED等，以此完成液滴PCR扩增控制过程并实现自动聚焦、实时采集液滴扩增图片、液滴检测。

一种基于微流控芯片的液滴PCR扩增检测装置，该装置包括微流控芯片(1)、XYZ运动单元(2)、PCR扩增单元(3)和检测单元(4)。微流控芯片(1)放置于PCR扩增单元(3)中，进行扩增反应。PCR扩增单元(3)固定在XYZ运动单元(2)上，以达到三维控制PCR扩增单元运动进而控制微流控芯片位置的目的，检测单元(4)固定于装置一侧，其检测镜头正对微流控芯片进而实现实时微流控芯片(1)图像获取。