[发明专利]一种光驱动循环式聚合酶链式反应微流控装置及其应用

说明书

本发明涉及一种光驱动循环式聚合酶链式反应微流控装置及其应用。该装置包括微流控PCR芯片、光源控制单元、温度控制单元，微流控PCR芯片由光响应薄膜和带有闭合形状凹槽的基板粘结构成，基板上的凹槽与光响应薄膜形成闭合通道，闭合通道为样品进行PCR反应的场所；光源控制单元用于控制光斑照射样品溶液并跟随液体运动，驱动液体在闭合通道中循环流动；温度控制单元用于将微流控PCR芯片内闭合通道的不同区域分别加热至设定温度。与现有技术相比，本发明可以利用闭合通道实现反应的多次循环、反应时间和反应次数可以根据DNA种类和浓度的不同进行设定，从而有效提高反应的准确性和可靠性。

技术领域

本发明涉及微流控技术领域，尤其是涉及一种光驱动循环式聚合酶链式反应微流控装置及其应用。

背景技术

聚合酶链式反应(PCR)能够通过少量的DNA或RNA片段在不同温度区域的循环反应，在短时间内实现成倍复制扩增。利用微流控技术可以把常规的PCR集成到几平方厘米的芯片上，其体积小、携带方便、表面积和体积比值大、容易操作并且结果快速，可用于现场即时诊断，有效缩短检验周转期，为应急处置、急救实施提供了重要手段。目前微流控PCR主要有静态腔室型PCR、连续流动型PCR和闭环型PCR等，共同的特点都是可以缩小反应体系，实现反应液升降温的变化。静态腔室型反应液静止在反应腔室中，外部的热控装置反复升降温为整个腔室提供变化温度。连续流动型PCR是通过外接注射器泵或气动阀等来操控液体流经不同温区及在每个温区的停留时间，热惯性取决于液体自身的热质量，与芯片的关系较小，因而热循环效率较高。但受限于单向泵出的驱动方式，连续流动型的反应时间和反应次数受通道设计影响很大，因此针对所需而进行定制化设计的程度很高。通过闭合通道实现液体的循环控制是解决上述问题的有效手段，如何实现闭合通道内液体的驱动是其关键问题。目前循环式PCR芯片的驱动方式主要有热对流驱动和磁驱动两种，其中热对流PCR是基于Rayleigh-Be′nard原理，即密闭装置内存在温度不同的两区域，温度的差异使得不同位置处液体的密度不同，从而产生浮力差异进而产生热对流运动；磁驱动是通过在通道中安装磁性纳米粒子塞子，在外部磁场下推动液体流动。前者无法精确控制液体流速，容易造成体系温度扩散，影响反应效率，而后者纳米粒子容易堵塞进样口，并且会造成生物样品的接触污染。因此，开发非接触式、可精确操控流速的循环驱动方法对于微流控PCR装置十分必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光驱动循环式聚合酶链式反应微流控装置及其应用，以通过光控实现流速的精确控制，提升反应效率。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种光驱动循环式聚合酶链式反应微流控装置，包括：微流控PCR芯片、光源控制单元、温度控制单元，所述微流控PCR芯片由光响应薄膜和带有闭合形状凹槽的基板粘结构成，所述基板上的凹槽与光响应薄膜形成闭合通道，所述闭合通道为样品进行PCR反应的场所；所述光源控制单元用于控制光斑照射样品溶液并跟随液体运动，驱动液体在闭合通道中循环流动；所述温度控制单元用于将微流控PCR芯片内闭合通道的不同区域分别加热至设定温度。

在本发明的一个实施方式中，所述光响应薄膜为能在光照下发生弯曲变形的材料，并且能够在PCR反应所需的温度(95℃以上)时保持光致形变能力。

在本发明的一个实施方式中，所述光响应薄膜的材料的种类包括但不限于液晶高分子、光响应凝胶膜、光响应聚酰亚胺、聚氨酯等工程塑料或橡胶。

在本发明的一个实施方式中，所述光响应薄膜的厚度为10-50μm，照射后所述光响应薄膜发生弯曲形变，响应时间≤5秒，响应温度范围为0-120℃。

在本发明的一个实施方式中，所述基板具有一定的耐热性能，维卡软化温度大于100℃。能够通过数控雕刻机、光刻、蚀刻、准分子激光加工、热压、注塑、3D打印等方式中的一种或几种进行加工。