[发明专利]一种微流控PCR芯片

说明书

一种微流控PCR芯片，属于机械设计及制造领域以及微流控，具体方案如下：一种微流控PCR芯片，包括集成在一起的控制冷却板、微流体反应板和温度控制板，所述微流体反应板设置在控制冷却板与温度控制板之间，所述微流体反应板上设置有进料流道、混合流道、压力平衡流道、环形循环流道和出料流道，所述进料流道与混合流道的一端连通，所述混合流道的另一端、压力平衡流道和出料流道均与环形循环流道连通，所述进料流道、混合流道和压力平衡流道均位于环形循环流道的上部，所述出料流道位于环形循环流道的底部。本发明利用热流循环驱动微流道内的流体，使PCR芯片整体结构简单化，集成化和小型化，更加准确的实现片上的温度控制及检测。

技术领域

本发明属于机械设计及制造领域以及微流控，具体涉及一种微流控PCR芯片。

背景技术

PCR是目前最常见的一种核酸扩增反应，可以在体外将特定的低浓度双链脱氧核糖核苷酸(Deoxyribonucleic acid，DNA)片段在一两个小时内特异性的扩增。PCR这种技术可以用于基因分析、医学诊断、食品安全以及法医鉴定等多种场合。经典的PCR技术主要包括5步：预处理(样本处理，核酸提取和试剂添加等)，高温变性(DNA变性形成两条单链，～95℃)，低温退火(DNA单链与引物复性，55℃-62℃)，适温延伸(子链延伸DNA加倍，～72℃)，和后处理(收集和电泳检测等)。在实际操作中往往将中间变性-退火-延伸这三步热循环步骤重复循环数十次以达到对目标目的基因高倍数的扩增。随着科技的发展和使用的需要，多种形式的PCR技术逐渐被发明和采用，这些种类的PCR根据特异性、产量、时间、方便性以及特殊的应用场合等不同分类，可包括：热启动PCR、降落PCR、巢式PCR、快速PCR、直接PCR、多重PCR、长片段PCR、反向PCR、定量PCR和荧光PCR等多种变形形式。传统的各类PCR操作，往往面临多次人工操作可能造成的交叉污染影响实验结果的问题，尤其是灵敏度较高的扩增方式，环境的细微影响非常容易形成假阳性的测试结果，将给爆发性疾病的检测和防控工作带来极大的不利影响。同时，非传统的PCR反应中所需要的多种生物试剂和样品价格较为昂贵，设备的体量大则所需各种试剂的成本也会增加。因此，利用日益发展的微加工技术将PCR的流程小型化和集成化的研究十分迫切。

微流控技术具有极佳的机电控制、医学、生物和化学的兼容性，其出现为PCR技术的优化提供了更多的可能性。微流控技术可以节约试剂体积，减少能源消耗，降低耗材成本，尤其是在实验室之外的工作环境和场合，利用微流控技术的设备除了便于携带以及交叉污染极小以外，还巧妙地利用了微尺度的特性，可以在时间上和能耗两方面极大提高工作效率。

在利用微流控技术实现传统PCR反应的过程中，温度的准确调节和精准测量都十分重要。比如，退火阶段温度的准确性将极大程度的影响最终所获得的扩增产物的特异性。对每一个特定的DNA片段进行PCR往往都需要对其在多个梯度退火温度下获得的产物进行特异性和纯度的分析，从而筛选出最佳的退火温度，一般来说PCR需要±1℃或更好的温度精度。另外，各阶段之间温度变化的速度也对扩增的效果有着一定影响，温度变化速度要求大于5℃/s。因此，反应区域的温度测量的精确性，加热和降温装置的准确性和快速性对装置的扩增效果十分重要。