[发明专利]液滴操控芯片及其制备方法和使用方法

说明书

本发明公开了一种液滴操控芯片及其制备方法和使用方法，液滴操控芯片，包括：流道层、液滴生成模块、弹性薄膜层和PCR扩增模块，流道层内形成有供液滴流动的微流道；微流道包括荧光检测区；液滴生成模块设置于流道层并与微流道连通；弹性薄膜层设置于流道层，弹性薄膜层用于控制微流道的通断；PCR扩增模块设置于流道层，PCR扩增模块和微流道连通；荧光检测区设置于液滴生成模块和PCR扩增模块之间。本发明通过将液滴数字PCR的功能模块集成在同一个微流控芯片，将液滴操控的整个工作流程进行全封闭，减少了液滴的损失，且采用弹性薄膜层控制液体在微流道中流动路径的通断，防止液体挥发，使液滴在整个扩增过程中处于稳定环境。

技术领域

本发明涉及数字PCR技术领域，尤其涉及一种液滴操控芯片及其制备方法和使用方法。

背景技术

液滴微流控技术是微流控技术的一个重要分支，利用不相容的液体在微流道内产生单分散的微液滴，微液滴相当于微型反应器，具有体积小、比表面积大、尺寸均一、体系封闭和可批量生产等优势，使其在核酸检测、蛋白分析和药物筛选等领域得到越来越广泛地应用。

数字PCR技术是基于传统PCR技术发展起来的，被称作是第三代PCR技术，基本原理是将反应体系批量分割为微小反应单元，每个反应单元最多包含一个目标分子(DNA模板)，对微反应单元中的目标分子进行扩增，通过光学检测获取反应单元的荧光信号，对荧光信号进行统计学分析，可以获取目标分子的精确拷贝数。数字PCR技术可以实现核酸的绝对定量检测，具有高灵敏度和准确度等优点。

相关技术中，基于液滴微流控开发的数字PCR技术，具有通量高、操作简便等优点，是目前的主流技术平台。液滴数字PCR根据荧光检测方法又可以划分为流式检测和荧光成像两类，其中流式检测技术可以实现更高的检测通量，相关公司有美国Bio-Rad和北京新羿生物。液滴数字PCR主要包括液滴生成、PCR扩增和荧光检测三个模块，液滴需要在各个模块之间转移，容易导致液滴融合、破碎和交叉污染等问题。每个模块相互独立，集成度和自动化程度不高。Bio-Rad公司推出的QX ONE数字PCR一体机，将液滴生成和扩增模块集成到同一个芯片上，减少了人工操作。

但是，荧光检测过程仍需要转移液滴，此外，为防止在PCR扩增时液体挥发，需要采用高温热熔的方法密封微流道，这增加了系统复杂度。

新羿生物推出了C10全自动数字PCR一体机，将液滴生成、扩增和荧光检测模块集成在同一个芯片上，实现了全自动、全封闭，最大程度减少了交叉污染。

但是，在PCR扩增前需要将芯片进行翻转，这不仅增加了系统的复杂度，而且在芯片反转过程中，会导致液滴飞溅、挂壁以及融合。此外，为防止在PCR扩增时液体挥发，需要加入密封油。

另外，上述数字PCR系统为防止在PCR扩增时液体挥发，需要使用高温热熔方法密封微流道，或者加入密封油，大大增加了系统复杂程度，降低了自动化程度。为防止因移液等操作而产生的液滴融合、破碎以及交叉污染问题，需要进一步提高芯片的集成度，实现液滴生成、扩增和荧光检测整个过程全封闭，进而保证数字PCR检测结果的精确度和灵敏度。

因此，现有的液滴数字PCR系统中，存在芯片的功能模块如液滴生成、PCR扩增和荧光检测的集成度不高，工作过程中需要转移液滴，容易导致液滴融合、破碎以及交叉污染，且在PCR扩增过程中，需要长时间加热液体，液体挥发将直接导致扩增失败，无法得到检测结果，为防止液体挥发，现有液滴操控芯片通过高温热熔的方法密封微流道，或者在芯片中加入惰性密封油，利用液封的方法防止液体挥发。这些方法增加了操作步骤，提高了对操作人员的要求，增加了系统复杂度的技术问题。

发明内容