[发明专利]一种基于微液滴的集成化数字核酸扩增芯片及其使用方法和应用

说明书

本发明提供一种基于微液滴的集成化数字核酸扩增芯片及其使用方法和应用。所述集成化数字核酸扩增芯片包括上盖和底板；所述上盖包括进油口、进样口和排气口，所述底板包括液滴生成区和液滴存储区；其中，所述液滴生成区包括：进油口流道，与所述进油口相连；进样口流道，与所述进样口相连，且所述进油口流道和进样口流道的交汇处为十字交叉型通道，微液滴于所述交汇处生成；所述液滴存储区包括：收集腔流道，与所述十字交叉型通道相连；液滴存储腔，与所述收集腔流道和排气口相连。在所述芯片上可完成液滴生成、核酸扩增以及检测等过程，提高检测效率和检测准确度，促进了基于微液滴的集成化数字核酸扩增技术的快速发展。

技术领域

本发明属于核酸检测领域，具体涉及一种基于微液滴的集成化数字核酸扩增芯片及其使用方法和应用。

背景技术

目前，以核酸为检测标志物的体外诊断技术得到了越来越多的关注，现已广泛应用于临床诊断、食品安全、公共卫生等领域。特别是针对近期全球爆发的由新型冠状病毒感染引起的新型冠状病毒肺炎(COVID-19)，核酸检测在鉴别诊断、临床指导、出院排查等方面发挥着重要作用，为疫情防控战役提供了强有力的手段。

此外，针对新兴的不依赖于中心实验室的即时检测应用场景，便携式、低成本、集成化的核酸检测装置的开发具有重要意义，对全面提升分级诊疗服务能力有良好的促进作用。同时，在精准医学快速发展的势头下，核酸检测呈现出单分子绝对定量检测的需求。

聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction，PCR)技术作为一种体外扩增特定核酸片段的分子生物学技术，是核酸检测中应用最为广泛的技术。至今，PCR技术已经发展到第三代的绝对定量数字PCR，拥有不依赖于Ct值的鉴定、不受扩增效率的影响、良好的准确度和重复性等优势。并且在分子诊断市场，涌现出了大量的商业数字PCR仪器，如公司推出的QX200^TM微滴式数字PCR系统。

数字PCR系统主要由三部分组成：样本制备仪、核酸扩增仪、阅读分析仪。将大量稀释后的核酸溶液分散至芯片的微反应器或微滴中，每个反应器的核酸模板数少于或者等于1个。这样经过PCR循环之后，有一个核酸分子模板的反应器就会给出荧光信号，没有模板的反应器就没有荧光信号。根据相对比例和反应器的体积，就可以推算出原始溶液的核酸浓度。在检测过程中，往往涉及到多步的移液过程，增加了操作的复杂性以及多步操作可能引起的检测误差和交叉污染。并且，现有数字PCR系统成本高昂、检测时间长、便携性差，不利于其在核酸即时检测领域中的推广。

随着微纳加工技术和分子生物学的不断发展，基于微流控技芯片的数字核酸扩增技术得到了人们越来越多的关注，并且在系统小型化、集成化方面展现出巨大潜力。目前，根据样本分散方式不同数字核酸扩增技术主要分为两类：微孔式和微液滴式。相比之下，微液滴式具有液滴通量可调、结构简单、加工容易等优点。根据对温度需求的不同，数字核酸扩增技术包括基于循环变温的数字PCR技术和恒温控制的数字等温扩增技术。

现有商品化的数字PCR芯片中，大多采用由一块芯片生成液滴，转移至PCR管内进行扩增，然后再转移到另一块检测芯片内进行荧光检测，即整个反应由“生成液滴-PCR加热反应-检测”三部分组成，操作比较繁琐，同时在液滴的转移过程中，存在液滴破碎、转移不完全、气溶胶交叉污染等情况存在，降低了数字PCR的准确度和可靠性。目前，基于微液滴的集成化数字核酸扩增芯片(包括数字PCR和数字等温扩增)还比较少，主要原因在于核酸扩增时芯片上生成液滴的热稳定性差，容易导致液滴融合从而影响检测精度。

因此，提高微液滴的热稳定性是集成化微液滴数字核酸扩增技术面临的主要挑战。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于微液滴的集成化数字核酸扩增芯片及其使用方法和应用。所述集成化数字核酸扩增芯片能够实现液滴生成、扩增以及检测的一体化核酸扩增检测流程，促进了基于微液滴的集成化数字核酸扩增技术的快速发展。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：