[发明专利]使用珀耳帖模块作为聚合酶链反应的原动机的流动池

说明书

一种用于振荡流PCR的流动池通过热诱导内部压力变化而具有泵送作用。实现了由目标DNA和相关试剂组成的样品在该流动池内的加热区之间的快速移动，以用于振荡流PCR，而没有机械移动部件，并且没有污染。通道从装载端口延伸到第一和第二加热区以及中央空气腔室。样品可响应于由外部热变化引起的中央空气腔室压力变化而在加热区之间移动。该流动池可插入到流动池过程加热器中，以用于将每个加热区加热到相应的温度。该中央空气腔室在流控制加热器上方对准，以用于热诱导通道中的内部压力变化。

技术领域

本文的公开总体上涉及用于DNA序列的扩增中的振荡流动池的领域，并且更具体而言，涉及用于在没有例如泵或阀之类的机械装置的情况下在流动池内移动模板DNA和相关试剂的混合物以用于聚合酶链反应（PCR）、定量PCR（qPCR）和其他类似技术的系统和方法。

背景技术

PCR和qPCR是用于扩增目标DNA序列的公知技术。通常至少包括目标DNA样品、引物、核苷酸和DNA聚合酶的混合物经受多个温度循环，包括在大约94-98℃下执行的变性步骤、在大约50-65℃下执行的退火步骤以及延伸步骤。后者可在大约70℃下执行，但取决于所用的DNA聚合酶，也可在与退火步骤相同的温度下执行。

在qPCR中，由于荧光报告基因，PCR产物可在扩增过程期间实时检测到。荧光核苷酸序列探针在一端处具有荧光报告基因，并且在相对端处具有荧光猝灭剂。如引物一样，这些探针在PCR的退火阶段期间退火成单链DNA。它们随后在伸长阶段期间被DNA聚合酶降解。释放的报告荧光团因此可检测。

微流体芯片或流动池是蚀刻或模制到诸如玻璃、硅或聚合物（例如，聚二甲基硅氧烷（PDMS））之类的材料中的一组微通道。形成微流体芯片的微通道被连接在一起以实现期望的特征。外部致动装置用于引导介质在微通道内的传输。例如，外部驱动器可用于在无源芯片上施加离心力。

有源部件也可与微流体芯片或流动池集成或者集成在微流体芯片或流动池内以控制介质流。微型泵以连续方式供应流体，而微型阀控制泵送流体的流动方向和/或选择性移动。然而，外部驱动器需要控制器以用于选择性操作以及物理空间来物理操纵无源芯片。

微型泵和阀可被集成到微通道自身中。某些流动池已开发有用于选择性流体移动的珀耳帖泵和相关联的阀。然而，具有所需流率响应扬程的阀的设计和制造是非常困难的。具有诸如微型泵和微型阀之类的集成的有源部件的系统需要微型气动系统以用于控制流体在微通道内的选择性移动。微流体芯片内的流体移动的快速且可重复的精度对于诸如PCR和qPCR之类的应用至关重要。

目标流体流可通过使用可变温度元件而被选择性地加热到期望的温度，而不是使流体在微流体芯片或流动池内的不同温度区之间移动。然而，对流体温度的精确控制是复杂的，并且可导致目标流体中的较慢的温度响应。

可替代地，PCR样品可在连续流动或流通式PCR池中保持在期望PCR温度下的不同加热块之间快速转移。需要泵以使PCR混合物移动通过微流体通道，该微流体通道通常沿循温度区之间的蛇形路径。与该选择相关的缺点包括具有固定数量的温度循环以及需要外部泵。

在微流体环境中热循环的另一种方法是振荡流PCR。通过使得能够选择性地调整流动池内的流体流方向，可选择温度循环的数量，从而解决与连续流PCR相关的缺点。然而，必须提供用于流体流的选择性调整或路由的装置。解决该问题的一种方法利用Quake阀以使PCR混合物在不同温度区之间循环。然而，因此需要精确可控的气泵来实现阀调动作。

现有技术中缺乏但高度需要的是用于诸如PCR或qPCR之类的DNA扩增过程中的微流体芯片或流动池，该微流体芯片或流动池能够提供重复和准确的流体移动，而没有机械移动部件、泵或阀，同时防止污染。

发明内容

为了克服现有技术无法在不使用泵或其他机械部件的情况下提供用于振荡流PCR的流动池的功能，本公开提供了一种用于振荡流PCR的低成本密封流动池，该流动池通过热诱导内部压力变化而具有泵送作用。