[发明专利]一种集自动清洗、PCR扩增与检测于一体的流路装置和方法

说明书

本发明涉及一种集自动清洗、PCR扩增与检测于一体的流路装置和方法，本发明的流路装置和方法简化了PCR检测流程，在不同测试批间通过多段洗液来实现自动流式清洁，从而开创PCR扩增流水线式作业，极大提高了平台的测试通量；并且省去了清洗、PCR扩增与检测过程中的人工介入，提高了测试效率，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于生物医疗器械技术领域，具体涉及一种集自动清洗、PCR扩增与检测于一体的流路装置和方法。

背景技术

聚合酶链式反应(PCR)是核酸研究中的重要方法，广泛应用于生命科学研究、检验检疫、司法、医学诊断和研究等相关领域。将自动清洗、PCR扩增与检测进行高效整合是适应当下医疗领域所要求的核酸检测装置具有分析效率高、集成度高、自动化程度高与准确度高等特征的一种新型设计观念。

核酸PCR扩增可以分为静态固定扩增式PCR和连续流动式PCR(CFPCR)两种类型。静态固定扩增式PCR测试平台中一方面采用板式反应体系，因此一台设备单批次只能完成特定容量的测试数，其测试通量理论上受测试平台基本配置制约；另一方面采用热容较大的金属块进行热循环温度控制，其反应速度理论上受PCR反应体系的热容、温控模块材料的热容、加热器以及传感器的热容等因素制约，因此需要对设备系统的热容进行优化以便缩短反应时间并减少能量消耗。而在CFPCR测试中，待扩增的DNA样本和反应试剂连续流动经过三个温度不同的恒温带，从而达到DNA片段热循环扩增的目的。由于在CFPCR中不需要反复地加热或冷却，因此其加热冷却速度一般不受设备系统的热容限制，从而简化了温控设计，大幅改善了测试平台中温度控制的准确度、降低了测试平台中温度控制的波动度，缩短了扩增所需的时间，很大程度提高了PCR扩增的效率。

目前，CFPCR的实现技术主要有芯片式和管道式两种。芯片式CFPCR通过微加工技术将“蜿蜒”或“螺旋”微通道加工在衬底材料上，该方法集成化程度高且占用空间体积小，但是制作困难、技术复杂、制作步骤多且成本高。管道式CFPCR的结构简单、加工成本低且测试效率高。

专利CN108300656A公开了一种热介质流动式PCR扩增的方法，其中将加有PCR反应溶液的反应容器插入或连接在热介质容器中，使反应容器能接触或浸泡于热介质，热介质驱动装置使不同温度的热介质流过热介质容器，导致接触热介质的反应容器的温度发生变化，但其并未实现真正意义上的流动，只是将原本的静态加热块，演变成动态的加热块，其单位时间的通量依然取决于检测装置的空间。

专利CN103733074A公开了一种用于连续流动式PCR系统的系统及方法，其中PCR系统的液体处理系统被指示获得用于PCR实验的样品和试剂的矩阵，然后定点完成PCR扩增，但是其仅实现了小滴生成的流式PCR扩增。该系统中通过多个微通道来分析多个样本，但只是将单个测试做平行放大来提高通量，另外同时多个通道同时检测，通道间在检测时会有信号干扰，最终会影响到仪器的检测灵敏度，并且该系统并未提及或实现系统全流程自动清洗、PCR扩增与检测于一体的流动式扩增处理的功能。

专利US9889449B2公开了一种用于六种或更多种染料标记片段的多重扩增和检测的集成系统，其中将PCR扩增与毛细管电泳分析集成为生物芯片，通过生物芯片来实现扩增与检测的二位合一，但其制造成本高，测试通量低，制约了其临床推广。

文献《连续流动式PCR微流控装置的研究》(章春笋，邢达.《激光生物学报[J].2007,16(4):501-508.)公开了一种连续流动式PCR微流控装置，但是该装置没有实现将PCR扩增与检测整合在一个装置中，并且该装置只可用于单次测试，并未提及或实现装置全流程自动清洗、PCR扩增与检测于一体的流动式扩增处理的功能。

在现有技术的装置和方法中，PCR扩增的测试通量依然受限于单批次的检测空间，并未真正实现流水线处理，在测试通量方面未有创新性革新。

发明内容