[发明专利]一种集成核酸扩增反应的表面等离子体共振生化分析仪

说明书

本发明公开了一种集成核酸扩增反应的表面等离子体共振生化分析仪，本发明只采用一个电机驱动，实现SPR角度自动调节功能，使入射光与接收光装置角度能在21.5°～75.5°之间同时变化，并能实现角度范围的进一步扩展。本发明将棱镜耦合式SPR技术与核酸PCR扩增或等温扩增或其他扩增技术结合，在一个传感芯片上实现核酸扩增与SPR检测的两种功能。PCR扩增温控装置与SPR棱镜耦合光学检测装置集成。传感芯片与流通系统的微流控流通池采用可分离式设计，实现线下与线上两种方法在芯片上固定生物分子。对应核酸扩增的产物，采用棱镜耦合式SPR光学系统进行检测，无需扩增产物标记荧光。由于SPR检测灵敏度高，缩短核酸分子扩增的周期，减少传统核酸扩增时间，检测速度快。

技术领域

本发明涉及一种等离子体共振生化分析仪，属于聚合酶链式反应(PCR)技术领域；尤其涉及一种集成核酸扩增反应的表面等离子体共振生化分析仪，本发明能够同时进行PCR反应和表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)反应，也能够单独进行PCR或者SPR。应用场景能够研究生物分子间作用力,如分子识别、免疫调节、免疫测定、毒素和抗生素快速检测、核酸检测、蛋白质组学药物和筛选及相关药物动力学实时检测等。

背景技术

SPR技术是近年发展起来的一种现代的、先进的、通用的免标记生化检测技术，这种技术是基于物理光学现象的生化检测技术，以一种特殊的消逝波(SPW)为探针，探测传感媒质光学参数的变化过程。当一束P偏振光在一定的角度范围内入射到棱镜端面，在棱镜与金属薄膜(Au或Ag)的界面将产生表面等离子波。当入射光波的传播常数与表面等离子波的传播常数相匹配时，引起金属膜内自由电子产生共振，即表面等离子共振。分析时，先在传感芯片表面固定一层生物分子识别膜，然后将待测样品流过芯片表面，若样品中有能够与芯片表面的生物分子识别膜相互作用的分子，会引起金膜表面折射率变化，最终导致SPR角变化，通过检测SPR角度变化，获得被分析物的浓度、亲和力、动力学常数和特异性等信息。

该方法特别适合研究生物分子间的相互作用，如检测抗原-抗体的相互反应，研究DNA的杂交吸附，识别脂质双分子膜等。该方法避免了传统方法需要标记、操作复杂、检测时间长等缺点，正成为分子分析领域的研究热点。采用柱面棱镜的方法检测SPR现象需要连续的改变入射光的角度，使其产生SPR现象，同时由于光路的对称原理需要实时的改变反射光检测单元的角度，从而测定SPR现象。传统的方法在入射光扫描与反射光检测各使用一电机用于控制，机械结构复杂，精度低，扫描角度受限，体积大。

聚合酶链式反应(PCR)是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术，它可看作是生物体外的特殊DNA复制，PCR的最大特点，是能将微量的DNA大幅增加，提高检测灵敏度。此外，一些等温扩增的方法如环介导等温扩增和滚环扩增等，也被尝试着应用在核酸检测中，等温扩增反应始终维持在恒定温度下，对温控装置的要求降低，但是对于酶和引物的设计要求更高。

聚合酶链式反应(PCR)也是一种体外迅速扩增DNA片段的分子生物学技术。热循环是PCR过程重要组成部分，每个循环包括变性(90℃～93℃)、退火(50℃～55℃)和延伸(71℃～73℃)三个恒温过程，能够将目标DNA的数目在一个循环内扩增近一倍，经过30个循环可使目标DNA扩增到数亿倍，从而实现核酸分子的富集，便于进一步的分析和实验。为此，该技术目前已广泛应用于微生物学、医学、考古学等领域。

等温扩增技术也是一种核酸体外扩增技术，其反应过程始终维持在恒定的温度下，通过添加不同活性的酶和他们各自特异性引物(或不加)来达到快速核酸扩增的目的。相比于PCR技术等温扩增有特异性高、分析速度快、成本低、不需要升温降温过程危险性小等优势，但是目前国内对等温扩增技术还不是很成熟，需要进一步的发展。

无论是传统的PCR扩增方法还是新兴的等温扩增或其它扩增方法，对应扩增产物的检测通常采用的凝胶电泳检测或者是荧光定量检测的方法，这些传统的检测方法通常需要对待检测样品进行标记，存在操作复杂、易污染和费用高等问题。