一种用于PCR检测的反应单元的制作方法

一种用于pcr检测的反应单元
技术领域
1.本实用新型涉及pcr检测领域，更具体地，涉及一种用于pcr检测的反应单元。


背景技术：

2.基于pcr技术的分子诊断是医疗保健行业在诊断各种细菌、病毒、基因突变对象时常用的重要医疗工具之一。pcr是在体外扩增dna模板以产生特定dna片段中的一种相对简单的技术。通过变性、退火和扩增步骤，将样品反复进行升温和降温，从而催化合成新的多核苷酸，pcr是目前针对新型冠状病毒最为常用和成熟的检测技术。然而，目前pcr这一分子诊断严重依赖昂贵且耗时的设备，其诊断和分析离不开使用专业化的设备和人员来完成，这导致大多数医院都需要将样本进行转移，并运送到特定地点进行检测。这产生了较大运输成本，并导致时间上延误。而时间对于控制疾病发展变得至关重要，若在当前的流程模式下，等待3-5天才能获得的测试结果往往使得一个地区的防疫失控。
3.pcr的反应容器是液体反应物和试剂进行pcr的核心反应区域，现采用的pcr检测反应容器多为带盖帽且尖底的透明试管，该透明试管在加入液体反应物的过程中依赖操作人员的熟练度，由于试剂的加入多通过滴加，滴加的过程容易溅起，造成了一定的不安全因素；而且现有的反应容器待测液体反应物加入后在底部堆积，滴加试剂扩散速度慢，也不利于快速加热和光信息收集。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种用于pcr检测的反应单元，用于解决如何使pcr反应容器方便检测，并能满足快速加热的问题。
5.本实用新型采取的技术方案是，一种用于pcr检测的反应单元，包括：基体，上部设有注入口和排出口；反应室，设置在基体内，用于展开液体反应物，形成的采集面；所述注入口、反应室和排出口通过微流通道依序串连相通；所述微流通道上设有微流阀门；所述注入口和排出口上设有容池。
6.所述反应室用于提供足够空间使得液体反应物进行pcr；注入口用于注入液体反应物；所述排出口用于排出内部空气；微流通道用于引导液体反应物的流动。
7.基体使得液体反应物在注入的过程中能充分利用重力的加速作用，在通过注入口进入微流通道后，快速进入并充满所述反应室；在持续的重力作用下，液体反应物的存储稳定性好，对外部环境的依赖少，而且不容易溅出，安全性高。反应室一方面能使液体反应物铺开形成大的检测面，方便后续检测；另一方面，在反应室的限制下，铺开后的液体反应物变薄，从而能均匀地实现整个反应室内的液体反应物被快速加热，并使光信息更容易被采集；再一方面，朝向水平方向的采集面改变了现有的检测方向，使得配套的实验设备设计更灵活。微流通道能使液体反应物的流动更稳定，减少注液过程中的气泡；同时方便注入量的控制和观察。
8.所述注入口和所述输出口上设有容池；所述容池的底部与注入口或排出口连通；
所述容池的水平截面从上而下逐渐变小。
9.所述容池用于预存进入注入口的液体反应物和存放溢出排出口的液体反应物。所述容池在一定程度上防止过量加液造成的溢出；通过预存一定量的液体反应物，能缩短持续注液所需的时间；所述截面的变化使得容池能形成引导液体反应物向下汇聚的效果，并能进一步形成引导液体反应物流动的倾斜面，有效减少液体反应物流动过程中产生的气泡，加快液体反应物的流动。
10.所述容池与注入口之间设有水平的连通管；所述注入口和/或所述输出口通过所述连通管与所述容池相连通；所述反应单元上设有微流阀门，所述微流阀门用于封闭连通反应室的微流管道。
11.所述连通管用于消除液体反应物的冲击力；所述微流阀门用于通过封堵连通管在注入口和/或输出口与反应室之间形成封堵；所述连通管形成的流通路径上的转折位，从而能降低注入的液体反应物对微流通道的冲击，减少注液过程中产生的气体，控制液体反应物在微流通道中的流速。微流阀门能是一个微型阀门，通过在注入口和输出口与反应室之间形成封堵；能避免pcr过程中试剂和液体反应物回流甚至通过注入口或排出口溢出。
12.所述基体包括：端部，所述容池设置在端部内且贯穿所述端部的顶部和底部；反应部，与端部平行，所述微流通道和反应室设置在反应部内，所述注入口和排出口设置在所述反应部的顶部；连接部，一端与所述端部的底部相连，另一端与所述反应部的顶部相连；所述连接管和所述微流阀门设置在所述连接部内，所述微流阀门设置在所述连通管道的上方且连通所述连通管道内。
13.端部用于形成对外的注入和排出的开口，方便对所述反应单元进行注液，具体能是一个外露结构；反应部用于配合实验设备进行检测，至少部分被遮挡，具体能是一个局部或整体的插入结构；连接部用于包裹连接管并形成微流阀门门，能是一个承托支撑和定位的结构。基体为反应单元提供了一个结构稳定，洁净度高，密封性好的反应空间；其结构简单紧凑，用料少，成本低。
14.所述注入口和所述排出口位于同一高度平面上，所述微流通道包括：注入段，顶部与注入口相连；排出段，顶部与排出口相连，底部与所述注入段的底部位于同一高度平面上；连接段，连通注入段和排出段的底部；所述注入段和排出段上设有注入式的微流阀门；所述微流阀门设置在所述反应室的上方；所述反应室设置在所述注入段内且靠近连接段；所述微流阀门用于防止反应室内的液体反应物回流至注入口或流出排出口。
15.作为优选，所述微流阀门分别设置在所述注入口与所述反应室之间，所述排出口与所述反应室之间；包括阀腔，与所述微流通道相连通；磁性封堵体，包括磁性材料粉末、蜡热熔体和电磁辐射转热材料粉末；所述热熔体为一种或多种蜡及其组合；或50℃-100℃范围内的聚合物。
16.注入段用于引导液体反应物向下流动；排出段用于引导液体反应物向上流动；连接段用于存放可能存在的液体反应物中的沉积物。竖直设置的注入段充分利用了重力对注液反应物时的加速效果，使得注液速度更快；排出段能直观反映所述反应室内的液位高度，在反应室被遮挡时，通过排出段能准确判断反应室的液位和填充状态，使得反应单元更直观；连接段的设置有助于提供一个沉淀和存放的空间，使得反应室内的液体反应物和试剂更洁净。注入式的微流阀门能是常闭的一个注入口，或者注入口上进一步连通一个带封堵
剂的储存空间；微流阀门作用时，能通过推动，挤压，注射，融化下落等方式，令封堵剂进入连通管道内，在连通管道内形成封堵。封堵剂能是速干胶、易凝固高分子材料、插弹性封堵件，膨胀封堵球等等。
17.所述反应室至少包括：透光板，所述采集面设置在透光板上，所述透光板为透光板；导热板，与所述透光板的位置相对，内设有正对采集面的反光层；进入反应室的液体反应物位于采集面和反光层之间。
18.所述透光板用于检测光的进入和反应光的透出；所述透光板用于避免对检测光或反应光造成阻挡；导热板与透光板之间形成反应室的液体区；反光层用于形成反光层，通过反射作用增大反应光的输出。反光层有助于在导热板上形成反光层，反光层有助于增强反应室中的光信息传递，使得较弱的光信号依然能被获取；通过反光层和采集面的配合，能更清晰准确地捕抓荧光标记，从而提升采集的精度和灵敏度。并且，由于反光层在导热板内，反光层与液体反应物无接触，无接触的反光层对材质的需求大大降低，降低了成本。
19.一个方案是所述热转换层为设置在导热板外壁上的电磁辐射转热膜。
20.另一个方案是所述导热板至少包括高分子材料和电磁辐射转热材料制成。
21.所述电磁辐射转热材膜包括电磁辐射转热材料；所述电磁辐射转热材料包括但不限于金属颗粒、金属氧化物颗粒、涂料、炭黑、石墨、碳纳米管、石墨烯、聚酰亚胺、聚吡咯、聚苯胺、聚多巴胺及其组合。
22.所述导热板远离所述透光板的一面为外露面，所述导热板上设有电磁辐射转热膜；所述电磁辐射转热膜与所述导热板远离所述透光板的一面相连。
23.所述电磁辐射转热材料用于直接对反应室进行加热。电磁辐射转热膜通过附着、沉积、涂抹、复合等方式从外部紧贴反应室，从而对反应室进行局部加热。这样的好处在于提高了发热的针对性，从而使得升温速度快，热影响范围小，保证了加热的效率和速度。
24.所述导热板远离所述透光板的一面为外露面，所述导热板为透明高分子材料混合电磁辐射转热材料制成；所述第一能量源为作用于导热板的电磁辐射装置；所述导热板为透光材质，为透明高分子材料混合电磁辐射转热材料制成。
25.除了所述电磁辐射转热材料粉末，还能是但不限于能通过接受外部的电磁波或光进行发热的颗粒、圆球、薄片、立体多边形、细丝等，使得导热板自身形成热转换单元。
26.所述透光板和导热板之间的距离为0.01mm至2mm。
27.透光板和导热板之间的距离为反应室的深度，深度浅不但能提高pcr的速度，还能缩短反应物混合的时间，对该深度的限制有助于进一步保证液体反应物在反应室中能被均匀铺开，扩大加热和检测面。
28.所述透光板和导热板的厚度为50μm至500μm。
29.所述容池的深度为10μm至2mm；所述容池的容积为100nl至100μl。
30.所述微流通道的截面积为1μm2至1mm2。
31.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：基体使得液体反应物在注入的过程中能充分利用重力的加速作用，快速进入并充满所述反应室；并维持液体反应物良好的存储稳定性，对外部环境的依赖少，而且不容易溅出，安全性高。在反应室的作用下，液体反应物铺开形成大的检测面，方便后续检测；从而能均匀地实现整个反应室内的液体反应物被快速加热，并使光信息更容易被采集；并使得配套的实验设备设计更灵活。而微流通道的设
计能使液体反应物的流动更稳定，减少注液过程中的气泡。
附图说明
32.图1为本实用新型立体示意图。
33.图2为本实用新型侧面示意图。
34.附图标记说明：基体001，端部100，注入口110，排出口120，容池130，反应部200，反应室210，透光板220，导热板230，反光层231，电磁辐射转热膜232，连接部300，连通管310，微流阀门320，微流通道400，注入段410，排出段420，连接段430。
具体实施方式
35.本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
36.实施例1
37.如图1所示和图2所示，本实施例是一种用于pcr检测的反应单元，包括：基体001，上部设有注入口110和排出口120；反应室210，设置在基体001内且位于注入口110的下方，用于展开液体反应物，形成朝向水平方向的采集面；注入口110、反应室210和排出口120通过微流通道400依序串连相通。注入口110和输出口上设有容池130；容池130的水平截面从上而下逐渐变小。容池130用于预存进入注入口110的液体反应物和存放溢出排出口120的液体反应物。容池130与注入口110之间设有水平的连通管310；注入口110和输出口通过连通管310与容池130相连通；反应单元上设有微流阀门320，微流阀门320用于封闭进入和排出反应室210的微流管道，微流阀门320分别设置在注入口110与反应室210之间，排出口120与所述反应室210之间；包括阀腔，与微流通道400相连通；磁性封堵体，包括磁性材料粉末、蜡和电磁辐射转热材料粉末。
38.基体001包括：端部100，容池130设置在端部100内且贯穿端部100的顶部和底部；反应部200，与端部100平行，微流通道400和反应室210设置在反应部200内，注入口110和排出口120设置在反应部200的顶部；连接部300，一端与端部100的底部相连，另一端与反应部200的顶部相连；连接管和微流阀门320设置在连接部300内，微流阀门320设置在连通管310道的上方且连通连通管310道内部。注入口110和排出口120位于同一高度平面上，微流通道400包括：注入段410，顶部与注入口110相连；排出段420，顶部与排出口120相连，底部与注入段410的底部位于同一高度平面上；连接段430，连通注入段410和排出段420的底部；注入段410和排出段420上设有注入式的微流阀门；微流阀门设置在反应室210的上方；反应室210设置在注入段410内且靠近连接段430；微流阀门用于防止反应室210内的液体反应物回流至注入口110或流出排出口120。
39.反应室210至少包括：透光板220，采集面设置在透光板220上，透光板220为透光板；导热板230，与透光板220的位置相对，内设有正对采集面的反光层231；进入反应室210的液体反应物位于采集面和反光层231之间。导热板230为透光材质，由高分子材料和电磁辐射转热材料制成，电磁辐射转热材料粉末设置在反光层231远离透光板220的一侧内。透光板220和导热板230之间的距离为1mm。透光板220和导热板230的厚度为100μm。所述容池
的深度为10μm至1mm；所述容池的容积为100nl至50μm，所述微流通道的截面积为10μm2至1mm2。
40.实施例2
41.本实施例是一种用于pcr检测的反应单元，包括：基体001，上部设有注入口110和排出口120；反应室210，设置在基体001内且位于注入口110的下方，用于展开液体反应物，形成朝向水平方向的采集面；注入口110、反应室210和排出口120通过微流通道400依序串连相通。反应室210用于提供足够空间使得液体反应物进行pcr；注入口110用于注入液体反应物；排出口120用于排出内部空气；微流通道400用于引导液体反应物的流动。
42.基体001为一个或多个相连的方块，反应室210、微流通道400为基体001内部的镂空结构；注入口110和排出口120通过自身或其他结构与外部连通；注入口110与反应室210的顶部相连通；排出口120与反应室210的底部相连通，反应室210为一个四棱柱，上、下底面垂直于工作水平面，反应室210的底面面积大，两个底面之间的距离小，使得进入反应室210的液体反应物被铺展开，反应室210的容积为10μl至30μl。注入口110和输出口上设有容池130；容池130的水平截面从上而下逐渐变小。容池130用于预存进入注入口110的液体反应物和存放溢出排出口120的液体反应物。
43.注入口110和输出口上均设有容池130，容池130竖直设置在注入口110和输出口上，两容池130的尺寸一致，为设置在基体001内的镂空结构，容池130能是漏斗形，又或者是底面为梯形的棱柱。容池130与注入口110之间设有水平的连通管310；注入口110和输出口通过连通管310与容池130相连通；反应单元上设有微流阀门320，微流阀门320用于封闭进入和排出反应室210的微流管道。连通管310用于消除液体的冲击力；微流阀门320用于通过封堵连通管310在注入口110和输出口与反应室210之间形成封堵；连通管310的截面为圆形，同样是基体001内的镂空结构。
44.微流阀门320能是微流控制阀，为一次性微流阀门。基体001包括：端部100，容池130设置在端部100内且贯穿端部100的顶部和底部；反应部200，与端部100平行，微流通道400和反应室210设置在反应部200内，注入口110和排出口120设置在反应部200的顶部；连接部300，一端与端部100的底部相连，另一端与反应部200的顶部相连；连接管和微流阀门320设置在连接部300内，微流阀门320设置在连通管310道的上方且连通连通管310道内。
45.端部100用于形成对外的注入和排出的开口，方便对反应单元进行注液，具体能是一个外露结构；反应部200用于配合实验设备进行检测，至少部分被遮挡，具体能是一个局部或整体的插入结构；连接部300用于包裹连接管并形成微流阀门门，能是一个承托支撑和定位的结构。端部100和反应部200均为立板，端部100、连接部300和反应部200的宽度一致，连接部300为水平板。基体001整体为透明材质，具体能是高分子材料板。微流阀门320包括一个存有封堵剂的容腔，以及连通容腔下方与连接管的流动管，流动管在微流阀门320未激发前处于封闭状态。
46.注入口110和排出口120位于同一高度平面上，微流通道400包括：注入段410，顶部与注入口110相连；排出段420，顶部与排出口120相连，底部与注入段410的底部位于同一高度平面上；连接段430，连通注入段410和排出段420的底部；注入段410和排出段420上设有注入式的微流阀门；微流阀门设置在反应室210的上方；反应室210设置在注入段410内且靠近连接段430；微流阀门用于防止反应室210内的液体反应物回流至注入口110或流出排出
口120。注入段410用于引导液体反应物向下流动；排出段420用于引导液体反应物向上流动；连接段430用于存放可能存在的液体反应物中的沉积物。
47.注入式的微流阀门320能是常闭的一个注入口110，或者注入口110上进一步连通一个带磁性封堵体的阀腔；微流阀门320作用时，能通过推动，挤压，注射，熔化下落等方式，令磁性封堵体进入连通管310道内，在连通管310道内形成封堵，磁性封堵体，包括磁性材料粉末、蜡和电磁辐射转热材料粉末，能在光源的作用下熔化，配合磁吸驱动件带动，使其快速响应，关闭微流通道。微流通道400形成u型结构，注入段410和排出段420均为竖直通道，在同一竖直平面内相互平行；连接段430为水平通道，反应室210将注入段410分为上段和下段。上段和下段位于同一直线上。
48.反应室210至少包括：透光板220，采集面设置在透光板220上，透光板220为透光板；导热板230，与透光板220的位置相对，内设有正对采集面的反光层231；进入反应室210的液体反应物位于采集面和反光层231之间。透光板220用于检测光的进入和反应光的透出；透光板用于避免对检测光或反应光造成阻挡；导热板230与透光板220之间形成反应室210的液体区；反光层231用于形成反光层，通过反射作用增大反应光的输出。反应室210还包括环形曲面，环形曲面连接透光板220和导热板230形成反应室210，液体反应物和试剂位于透光板220和导热板230之间。
49.导热板230上设有电磁辐射转热膜232；电磁辐射转热膜232与导热板230远离透光板220的一面相连。电磁辐射转热膜232用于直接对反应室210进行加热。电磁辐射转热膜232能是电热元件、光热元件、磁热元件形成的薄膜、涂层、片状零件等；电磁辐射转热膜232通过附着、沉积、涂抹、复合等方式从外部紧贴反应室210，从而对反应室210进行局部加热。感光发热材料层中的感光发热材料能是金属颗粒、金属氧化物颗粒、色素、炭粉末、石墨、碳纳米管、石墨烯、聚酰亚胺、聚吡咯、聚苯胺和聚多巴胺及其组合等制成的附着层。电磁辐射转热膜232通过粘附的方式与导热板230朝外的一面相连，电磁辐射转热膜232至少覆盖导热板230。透光板220和导热板230之间的距离为1.5mm。透光板220和导热板230的厚度为250μm。
50.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。