一种液滴数字PCR芯片及液滴数字PCR装置的制作方法

本实用新型涉及生物芯片技术领域，特别涉及一种液滴数字PCR芯片及液滴数字PCR装置。

背景技术：

液滴数字PCR是在传统的PCR扩增前利用微流控芯片对样品进行液滴化处理，即将含有核酸分子的反应体系分成成千上万个纳升级的微滴，其中每个微滴或不含待检核酸靶分子，或者含有待检核酸靶分子。经PCR扩增后，逐个对每个微滴进行检测，有荧光信号的微滴判读为1，没有荧光信号的微滴判读为0，根据泊松分布原理及阳性微滴的个数与比例即可得出靶分子的起始拷贝数或浓度。每一个芯片可以产生上百万个液滴，其中液滴的大小以及液滴间是否有重叠均会影响检测结果。

目前，液滴数字PCR过程一般为加入PCR试剂和油相，在液滴生成仪中生成微滴，再利用移液枪将产生的微滴移至96孔板中进行PCR反应，最后利用读取仪进行荧光检测。该过程中需要将产生的微滴进行转移，很有可能破坏微滴的大小和内环境，同时对操作者的操作要求高，需要花费时间精力；其次，液滴在96孔板中呈堆叠式分布，在后续检测中需要将液滴在单个独立分开进行荧光检测；并且，在PCR过程中需要长时间的加热，油相容易在加热过程中产生气泡，从而会破坏微滴结构，造成检测失败。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种液滴数字PCR芯片，集成了液滴生成和单层液滴平铺的功能，直接将芯片放置在PCR仪中即可使其中的液滴进行PCR反应，无需再次转移生成的液滴，更好地维持液滴的状态，有利于PCR的进行；液滴均为单层平铺，液滴间不会产生重叠，后续检测方便，提高检测的效率和准确率。

第一方面，本实用新型提供了一种液滴数字PCR芯片，包括芯片本体，所述芯片本体上设置有一个或多个液滴生成单元，所述液滴生成单元包括依次连通的注液池、液滴生成腔、液滴平铺腔和注油池，在所述液滴生成单元注满油相试剂之后，PCR试剂经所述注液池从所述液滴生成腔流出后形成多个液滴，多个所述液滴单层平铺在所述液滴平铺腔内。

在本实用新型中，油相加至注油池中并充满液滴生成单元，PCR试剂(包括反应试剂以及基因样本)加至注液池中，液滴数字PCR芯片置于液滴生成仪中，液滴生成仪会对注液池产生压力，在压力作用下PCR试剂从液滴生成腔流出形成若干个液滴并进入液滴平铺腔中，由于油相密度大，生成的液滴会上浮至液滴平铺腔顶部并且单层平铺在充满油相的液滴平铺腔中，液滴平铺腔内均为油包水型液滴，可以进行后续PCR反应。

在本实用新型中，所述芯片本体上设置有一个或多个液滴生成单元。具体的，可以根据需要进行选择，对此不作限定。

进一步的，所述芯片本体上设置有多个液滴生成单元。在本实用新型中，多个液滴生成单元可以用于不同基因样本的同时检测，省时省力。

可选的，所述液滴平铺腔的高度为所述液滴直径的1.1倍-1.3倍。

在本实用新型中，液滴平铺腔的高度与液滴直径的比例设计有利于液滴单层平铺在液滴平铺腔内。

可选的，所述液滴生成腔一内壁上间隔设置有多个液滴生成口，所述液滴生成口与所述液滴平铺腔连通。

在本实用新型中，液滴生成腔一内壁上间隔设置有多个液滴生成口，具体的，可以为液滴生成腔中与液滴平铺腔相连的内壁上设置有液滴生成口。

在本实用新型中，所述液滴生成口为两端贯通的立体腔室，所述液滴生成口的一端与所述液滴平铺腔连通。具体的，可以但不限于为长方体、正方体、半圆柱体等。

在本实用新型中，液滴生成腔的高度与液滴生成口的高度相同时，PCR试剂进入液滴生成腔时会从液滴生成口流出；当液滴生成腔的高度大于液滴生成口的高度且液滴生成腔与液滴平铺腔之间连接的内壁不是实体结构时，可选的，所述液滴生成腔内设置有挡板，所述挡板设置在所述液滴生成口的外周，以使所述PCR试剂流经所述液滴生成口。此时，挡板可以拦截PCR试剂直接流入液滴平铺腔，使得PCR试剂经过液滴生成口后再进入液滴平铺腔。具体的，可以但不限于为，所述挡板与所述液滴生成口的外周卡合设置，且与所述液滴平铺腔贴合设置。

可选的，所述芯片本体包括贴合设置的盖片和基片，所述芯片本体包括贴合设置的盖片和基片，所述盖片上设置有垂直贯通所述盖片的所述注液池和所述注油池，所述基片朝向所述盖片的表面设置有所述液滴生成腔和所述液滴平铺腔。

可选的，所述盖片和所述基片经热压键合或等离子键合封装成所述芯片本体。

可选的，所述注液池与所述液滴生成腔的第一端通过第一通道连通，所述注油池和所述液滴平铺腔的第二端通过第二通道连通，所述液滴生成腔的第二端与所述液滴平铺腔的第一端连通。进一步的，所述液滴生成口的第二端与所述液滴平铺腔的第一端连通。

在本实用新型中，所述芯片本体可以直接置于PCR仪中进行反应，所述芯片本体具有导热功能，以及反应结束后可以直接进行荧光检测。因此，芯片本体的耐热性和透光性好。可选的，所述芯片本体为聚碳酸酯芯片或环烯烃共聚物芯片。

可选的，所述芯片本体的长度为50mm-100mm，宽度为20mm-35mm，高度为6mm-8mm。

可选的，所述注液池的内径为3mm-8mm，壁厚为0.5mm-1mm，高度为5mm-7mm。

可选的，所述注油池的内径为3mm-8mm，壁厚为0.5mm-1mm，高度为5mm-7mm。

可选的，所述液滴生成腔的长度为0.2mm-1mm，宽度为0.015mm-0.1mm，高度为0.015mm-0.3mm。

可选的，所述液滴生成口的长度为0.2mm-0.4mm，宽度为0.015mm-0.05mm，高度为0.015mm-0.05mm。

可选的，所述液滴平铺腔的长度为30mm-80mm，宽度为5mm-30mm，高度为0.1mm-0.4mm。

本实用新型第一方面提供了一种液滴数字PCR芯片，集成了液滴生成和单层液滴平铺的功能，直接将芯片放置在PCR仪中即可使其中的液滴进行PCR反应，无需再次转移生成的液滴，更好地维持液滴的状态，有利于PCR的进行；液滴均为单层平铺，液滴间不会产生重叠，在进行荧光检测时，可以一次性对整个芯片本体上的液滴进行检测，省事省力，提高检测的效率和准确率。

第二方面，本实用新型提供了一种液滴数字PCR装置，包括液滴生成仪和PCR仪，所述液滴生成仪包括如第一方面所述的液滴数字PCR芯片。

可选的，所述PCR仪还包括PCR加压器，所述PCR加压器用于在所述PCR仪工作时对所述液滴数字PCR芯片产生工作压力。进一步的，所述工作压力为100kPa-150kPa。

在本实用新型中，将第一方面的液滴数字PCR芯片置于所述液滴生成仪中制得液滴，再将液滴数字PCR芯片置于PCR仪中进行PCR反应。在PCR反应过程中，液滴数字PCR芯片受热，其中，油相虽然未达到气化温度，但温度升高，油相内会产生气泡，从而破坏液滴形状；因此，加入PCR加压器，在PCR仪工作时产生对液滴数字PCR芯片产生工作压力，提高油相气化温度，避免油相中气泡的产生，维持液滴形成，有利于后续检测的进行。

可选的，所述液滴生成仪工作时产生的压力为30mbar-100mbar。

可选的，所述液滴数字PCR装置还包括检测仪，所述检测仪用于检测PCR反应结果。

本实用新型第二方面提供了一种液滴数字PCR装置，集成了液滴生成、单层平铺以及平面PCR的功能，只需要一次加样，无需再次转移生成的液滴，有利于维持液滴形状和PCR的进行，提高后续检测的准确率。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供了一种液滴数字PCR芯片，包括了依次连通的注液池、液滴生成腔、液滴平铺腔和注油池，液滴生成单元注满油相试剂之后，PCR试剂经注液池从液滴生成腔流出后形成多个液滴，多个液滴单层平铺在液滴平铺腔内。该芯片集成了液滴生成和单层液滴平铺的功能，直接将芯片放置在PCR仪中即可使其中的液滴进行PCR反应，无需再次转移生成的液滴，更好地维持液滴的状态，有利于PCR的进行；液滴均为单层平铺，液滴间不会产生重叠，后续检测方便，提高检测的效率和准确率，在液滴数字PCR装置中有广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1为本实用新型一实施方式提供的一种液滴数字PCR芯片俯视图；

图2为本实用新型一实施方式提供的一种液滴数字PCR芯片截面图；

图3为本实用新型一实施方式提供的一种液滴数字PCR芯片中液滴生成腔和液滴平铺腔的结构示意图；

图4为本实用新型一实施方式提供的一种液滴数字PCR芯片中液滴生成口的结构示意图；

图5为本实用新型一实施方式提供的一种PCR仪的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型第一方面提供了一种液滴数字PCR芯片，包括芯片本体，芯片本体上设置有一个或多个液滴生成单元，液滴生成单元包括依次连通的注液池、液滴生成腔、液滴平铺腔和注油池，在液滴生成单元注满油相试剂之后，PCR试剂经注液池从液滴生成腔流出后形成多个液滴，多个液滴单层平铺在液滴平铺腔内。

请参阅图1和图2，为本实用新型一实施例提供的一种液滴数字PCR芯片的俯视图和截面示意图。液滴数字PCR芯片包括芯片本体100，芯片本体100上设置有一个或多个液滴生成单元110，液滴生成单元110包括依次连通的注液池10、液滴生成腔20、液滴平铺腔30和注油池40，在液滴生成单元110注满油相试剂之后，PCR试剂经注液池10从液滴生成腔20流出后形成多个液滴，多个液滴单层平铺在液滴平铺腔30内。

在本实用新型中，油相加至注油池中并充满液滴生成单元110，PCR试剂(包括反应试剂以及基因样本)加至注液池10中，液滴数字PCR芯片100置于液滴生成仪中，在液滴生成仪会对注液池10产生压力，在压力作用下PCR试剂从液滴生成腔20流出形成若干个液滴并进入液滴平铺腔30中，由于油相密度大，生成的液滴会上浮至液滴平铺腔30顶部并且单层平铺在充满油相的液滴平铺腔30中，液滴平铺腔30内均为油包水型液滴，可以进行后续PCR反应。

在本实用新型中，芯片本体100上设置有一个或多个液滴生成单元110。具体的，可以根据需要进行选择，对此不作限定。

本实用新型实施方式中，芯片本体100上设置有多个液滴生成单元110。在本实用新型中，多个液滴生成单元110可以用于不同基因样本的同时检测，省时省力。

本实用新型实施方式中，液滴平铺腔30的高度为液滴直径的1.1倍-1.3倍。

在本实用新型中，液滴平铺腔30的高度与液滴直径的比例设计有利于液滴单层平铺在液滴平铺腔30内。

本实用新型实施方式中，请参阅图3，液滴生成腔20一内壁上间隔设置有多个液滴生成口21，液滴生成口21与液滴平铺腔30连通。

在本实用新型中，液滴生成腔20一内壁上间隔设置有多个液滴生成口21，具体的，可以但不限于为液滴生成腔20中与液滴平铺腔30相连的内壁上设置有液滴生成口21。

在本实用新型中，请参阅图4，为本实用新型提供的一种液滴生成口21的结构示意图，液滴生成口21为两端贯通的立体腔室，液滴生成口21的一端与液滴平铺腔30连通。具体的，可以但不限于为长方体、正方体、半圆柱体等。

在本实用新型中，液滴生成腔的高度与液滴生成口的高度相同时，PCR试剂进入液滴生成腔时会从液滴生成口流出；当液滴生成腔的高度大于液滴生成口的高度且液滴生成腔与液滴平铺腔之间连接的内壁不是实体结构时，液滴生成腔内设置有挡板，挡板设置在液滴生成口的外周，以使PCR试剂流向液滴生成口。此时，挡板可以拦截PCR试剂直接流入液滴平铺腔，使得PCR试剂经过液滴生成口后再进入液滴平铺腔。具体的，可以但不限于，挡板与液滴生成口的外周卡合设置，且与液滴平铺腔贴合设置。

本实用新型实施方式中，芯片本100包括贴合设置的盖片101和基片102，盖片101上设置有垂直贯通盖片101的注液池10和注油池40，基片101朝向盖片的表面设置有液滴生成腔20和液滴平铺腔30。

本实用新型实施方式中，盖片101和基片102经热压键合或等离子键合封装成芯片本体100。

本实用新型实施方式中，请参阅图2，注液池10与液滴生成腔20的第一端通过第一通道50连通，注油池40和液滴平铺腔30的第二端通过第二通道60连通。

在本实用新型中，芯片本体100可以直接置于PCR仪中进行反应，芯片本体具有导热功能，以及反应结束后可以直接进行荧光检测，因此，其材质的耐热性和透光性好。可选的，芯片本体100为聚碳酸酯芯片或环烯烃共聚物芯片。

本实用新型实施方式中，芯片本体100的长度为50mm-100mm，宽度为20mm-35mm，高度为6mm-8mm。

本实用新型实施方式中，注液池10的内径为3mm-8mm，壁厚为0.5mm-1mm，高度为5mm-7mm。

本实用新型实施方式中，注油池40的内径为3mm-8mm，壁厚为0.5mm-1mm，高度为5mm-7mm。

本实用新型实施方式中，液滴生成腔20的长度为0.2mm-1mm，宽度为0.015mm-0.1mm，高度为0.015mm-0.3mm。

本实用新型实施方式中，液滴生成口21的长度为0.2mm-0.4mm，宽度为0.015mm-0.05mm，高度为0.015mm-0.05mm。

本实用新型实施方式中，液滴平铺腔30的长度为30mm-80mm，宽度为5mm-30mm，高度为0.1mm-0.4mm。

本实用新型提供了一种液滴数字PCR芯片，集成了液滴生成和单层液滴平铺的功能，直接将芯片放置在PCR仪中即可使其中的液滴进行PCR反应，无需再次转移生成的液滴，更好地维持液滴的状态，有利于PCR的进行；液滴均为单层平铺，液滴间不会产生重叠，在后续检测时可以对整个芯片进行一次性荧光检测，提高检测的效率和准确率。

本实用新型还提供了一种液滴数字PCR装置，括液滴生成仪和PCR仪，液滴生成仪包括上述的液滴数字PCR芯片。

本实用新型实施方式中，请参阅图5，为本实用新型提供的一种PCR仪结构示意图。PCR仪包括PCR加压器，PCR加压器用于在PCR仪工作时对液滴数字PCR芯片产生工作压力。进一步的，工作压力为100kPa-150kPa。更进一步的，PCR仪表面还设置有压力表70，用于显示工作压力。

在本实用新型中，将上述的液滴数字PCR芯片置于液滴生成仪中制得液滴，再将液滴数字PCR芯片置于PCR仪中进行PCR反应。在PCR反应过程中，液滴数字PCR芯片受热，其中，油相虽然未达到气化温度，但温度升高，油相内会产生气泡，从而破坏液滴形状；因此，加入PCR加压器，在PCR仪工作时产生对液滴数字PCR芯片产生工作压力，提高油相气化温度，避免油相中气泡的产生，维持液滴形成，有利于后续检测的进行。

本实用新型实施方式中，液滴生成仪工作时产生的压力为30mbar-100mbar。

本实用新型实施方式中，液滴生成仪工作3min-5min。

本实用新型实施方式中，液滴数字PCR装置还包括检测仪，检测仪用于检测PCR反应结果。

本实用新型实施方式中，经过检测后的液滴数字PCR芯片中的液体可以由注液池和注油池中倒出，再进行超声清洗，即可循环利用，节约成本。具体的，在液滴生成口与注液池之间的液体由注液池流出，在液滴生成口与注油池之间的液体由注油池流出。

本实用新型提供了的液滴数字PCR装置，集成了液滴生成、单层平铺以及平面PCR的功能，只需要一次加样，无需再次转移生成的液滴，有利于维持液滴形状和PCR的进行，提高后续检测的准确率。

本实用新型还提供了上述液滴数字PCR装置的使用方法，包括：

将油相添加至液滴数字PCR芯片中的注油池内，并充满液滴生成单元；

将PCR试剂添加至注液池后，密封注油池和注液池；

将液滴数字PCR芯片置于液滴生成装置中，开启液滴生成仪，对注液池施加压力，PCR试剂由注液池流经液滴生成腔后形成液滴，液滴单层平铺在液滴平铺腔内；

再将液滴数字PCR芯片置于PCR仪，开启PCR加压器，对液滴数字PCR芯片产生工作压力，并进行PCR反应，待PCR反应结束后即可进行检测。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。