[发明专利]一种往复式微流控PCR芯片及其使用方法和应用

说明书

本申请涉及生物学、分析化学及医学检测领域，具体而言涉及一种往复式微流控PCR芯片及其使用方法和应用。本申请的往复式微流控PCR芯片包括直线型反应流道、位于反应流道两端并与反应流道流体连通的气体腔室、布置在所述气体腔室外围的气体腔室控温装置、荧光检测装置；所述直线型反应流道上设置有加样口，所述直线型反应流道包括第一温区、第二温区和荧光检测区，荧光检测区位于第一温区和第二温区之间，反应体系通过在第一温区、荧光检测区和第二温区之间往复移动来完成PCR的多个热循环，荧光检测装置配置为与荧光检测区对准，当反应体系经过荧光检测区时荧光检测装置对反应体系进行荧光检测。

技术领域

本申请涉及生物学、分析化学及医学检测领域，具体而言涉及一种往复式微流控PCR芯片及其使用方法和应用。

背景技术

聚合酶链式反应（PCR）拥有广阔的应用，它能指数级扩增核酸，被应用在生物和医学中，尤其是核酸检测领域。当前核酸检测为了方便快捷，一般使用的是96孔/384孔板的实时荧光PCR，但仪器笨重，功耗很大，很难移动部署，并且需要有专门的PCR洁净实验室和专业人员操作，成本很高，比较适合大批量的检测，对较少量样品的现场快速检测难以实现。同时，由于PCR需要95℃变性，使得其无法在高原环境直接运行（高原气压低，水的沸点不到95℃）。

微流控芯片将反应放在流道中进行，解决了易受环境污染的问题，因此有一些片上PCR的方案被提出来。其中较容易实现且成本较低的是专利申请公开号CN112680341A中公开的弯曲流道型片上PCR方案，该方案由高压气瓶的气压驱动反应液体流过弯曲流道，在95℃温区和60℃温区之间反复经过，以此完成扩增热循环。用较高的气压可以保证整个反应体系有足够的压强，进而可以在高原上直接运行。然而这种方法也有其弊病：(1) 芯片面积较大，目前大约需要4*7cm左右，这带来了三个问题: (1a) 芯片表面覆盖有几块大范围的加热区域，且温度不同，芯片的热胀冷缩容易使得塑料材质的芯片爆裂或键合失效；(1b)设备体积和功耗难以继续缩小；(1c) 流道宽度不能太窄，否则表面张力太大，而整个流道非常长，需要很大的气压才能驱动液体，对芯片材质和工艺提出了较高要求，使制作成本增加。(2) 需要激发光同时照亮所有循环，摄像头进行成像来拍摄每一个循环的荧光亮度，这需要较复杂的光学系统，增大系统的体积和成本，且需要经常性的校准，使用上较为不便。(3) 难以进行并行检测，多条流道并行设计会加剧热胀冷缩带来的问题，使得键合容易失效，不同流道间产生串扰；而加宽流道间的间距又使得芯片上只能布2条平行流道，并行性低，难以同时检测多个标志物。(4) 由于温区固定，如果需要做RT-PCR检测RNA（例如新冠病毒的检测），反转录(RT)步骤通常需要37-45℃，与PCR温度差异较大，需要在芯片外完成，会增加人工操作步骤；或者增大芯片安排专门的RT区域，会使一个大芯片上不同温区导致的热胀冷缩问题更加剧烈。(5) 需使用高压气瓶作为耗材，使用上较为麻烦，使用不当有爆裂的风险，可能造成人身损害。

发明内容

为了解决相关技术中存在的问题，本申请提供一种往复式微流控PCR芯片及其使用方法和应用。

本申请提供的往复式微流控PCR芯片，解决了上述问题，能在一个直线的短流道内完成实时荧光PCR，并且无需额外空间就能支持全自动反转录酶-聚合酶链反应（RT-PCR）步骤。

第一方面，本发明提供了一种往复式微流控PCR芯片，包括直线型反应流道、位于直线型反应流道两端并与直线型反应流道流体连通的气体腔室、布置在气体腔室外围的气体腔室控温装置、荧光检测装置；直线型反应流道上设置有加样口，直线型反应流道包括第一温区、第二温区和荧光检测区，荧光检测区位于第一温区和第二温区之间，反应体系通过在第一温区、荧光检测区和第二温区之间往复移动来完成PCR的多个热循环，荧光检测装置配置为与荧光检测区对准，当反应体系经过荧光检测区时荧光检测装置对反应体系进行荧光检测。