一种简易数字PCR的集成检测装置

一种简易数字pcr的集成检测装置
技术领域
1.本实用新型属于数字pcr检测装置技术领域，具体涉及一种简易数字pcr的集成检测装置。


背景技术：

2.核酸诊断是用分子生物学的理论和技术，通过直接探查核酸的存在状态或缺陷，从核酸结构、复制、转录或翻译水平分析核酸的功能，从而对人体状态与疾病做出诊断的方法。目前，核酸诊断在临床中得到日益广泛的应用。
3.当前核酸诊断的主要技术有核酸分子杂交、聚合酶链反应、恒温扩增、基因测序技术。数字pcr(digital pcr，dpcr)是第三代pcr技术，它可以直接获得目标分子的拷贝数，不再依赖标准曲线或标准品来确定目标拷贝数，从而对目标进行绝对定量。这种方法通过多次稀释和液体分离将核酸分子分散到微孔中，直到微孔中要检测的分子数量不超过1(0或1)。所有微孔的样品在相同条件下进行pcr扩增，并产生非常强的荧光信号。通过对腔室的阳性液滴计数并结合泊松分布可以直接获得目标基因的初始浓度。
4.基于微流控芯片结合数字pcr的优势，主要有以下几个方面：(1)绝对定量：无需建立标准曲线，结果直接读出。(2)精准定量：可以定量至单个拷贝。(3)抗抑制性：通过将反应液分割为成千上万个反应单元，有效降低了抑制剂对扩增的影响。研究表明，dpcr具有比qpcr更精准的定量性。该技术已被应用于基因突变分析，染色体异常的产前诊断，拷贝数变异，病原体检测，转基因检测等广泛领域中。
5.微流控技术的发展促进了数字pcr技术的成熟。然而目前，该技术在核酸检测还存在微液滴生成数目有限、数字pcr扩增效率不高、结构复杂、设备昂贵、无法实现快速检测以及开盖操作有污染风险等问题。因此，现急需开发一种结构简易、能够实现快速检测的简易数字pcr检测装置。


技术实现要素：

6.为了解决现有的数字pcr扩增效率不高、结构复杂、设备昂贵、无法实现快速检测以及开盖操作有污染风险等问题。本实用新型提供一种简易数字pcr的集成检测装置。本实用新型与现有技术相比，本实用新型的集成检测装置具有检测费用低、操作简单，可以实现准确的核酸定量分析等优势。
7.本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。
8.本实用新型提供了一种简易数字pcr的集成检测装置，主要包括温度控制器18、加热芯片装置19、微流控芯片20和荧光显微镜，所述的微流控芯片20包括芯片上层盖板1、芯片流道中层2和芯片底层3，芯片上层盖板1上设置有由样品进样口i 4、油相进样口i 6和油相进样口ii7组成的第一组进样口以及由样品进样口ii 5、油相进样口iii 8和油相进样口iv 9组成的第二组进样口，第一组进样口和第二组进样口呈轴对称分布，油相进样口i 6和油相进样口ii 7分别位于样品进样口i 4的两侧，油相进样口iii 8和油相进样口iv 9分别
位于样品进样口ii 5的两侧，芯片流道中层2上设置有将样品进样口i 4、油相进样口i 6和油相进样口ii 7连通到交叉流道10的液体流道11以及将样品进样口ii 5、油相进样口iii 8和油相进样口iv 9连通到交叉流道10的液体流道11，交叉流道10通过管道连通至液滴收集口12，液滴收集口12与芯片底层3上的液滴储藏腔室15相连通，液滴储藏腔室15的两侧设置有通过管道连接的废液出口i13和废液出口ii14，废液出口i13与废液收集装置入口i16连通，废液出口ii 14和废液收集装置入口ii 17连通。
9.基于上述技术方案，进一步地，所述的荧光显微镜为倒置荧光显微镜，包括物镜21、激发光发生装置22、激发光反射镜23、荧光过滤器24，ccd摄像机25和目镜26。
10.基于上述技术方案，进一步地，液滴储藏腔室15内设置有微柱用于液滴的引流，液滴储藏腔室15的四周均为圆角，液滴储藏腔室15主要收集由微流道产生的液滴，用于液滴中进行扩增反应以及用于观察来自液滴的光信号。
11.基于上述技术方案，进一步地，油相进样口与交叉流道10之间的流道宽度大于样品进样口与交叉流道10之间的的流道宽度。
12.基于上述技术方案，进一步地，油相进样口与交叉流道10之间的流道宽度范围为90-200μm，样品进样口与交叉流道10之间的流道宽度范围为60-80μm。
13.基于上述技术方案，进一步地，样品进样口与交叉流道10之间的流道呈s形。
14.基于上述技术方案，进一步地，样品进样口的直径范围为1.5-5mm，油相进样口的直径范围为0.5-1mm。
15.基于上述技术方案，进一步地，样品进样口和油相进样口分别连接有注射泵，泵压为100-200bar。
16.基于上述技术方案，进一步地，温度控制器18通过热电阻温度传感器或热电偶温度传感器检测温度。
17.基于上述技术方案，进一步地，所述微流控芯片的材质为pdms、玻璃和pmma中的一种。
18.基于上述技术方案，进一步地，所述油相为氟化油、矿物油和硅油中的一种或两种以上的混合；优选地，所述油相为含trixton-100表面活性剂的氟化油。
19.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
20.本实用新型的集成检测装置检测的核酸样本无需预先进行pcr扩增，直接将芯片放置在集加热与检测于一体的集成装置上，在扩增反应后可直接用显微镜进行计数分析，另外，本实用新型的集成检测装置设置有液滴生成区与液滴储藏区，分别在独立的区域完成数字pcr的液滴制备和核酸扩增，避免了加热扩增的不稳定状态导致液滴的回流，使用交叉型通道生成液滴的粒径更小更均匀，在液滴的制备及扩增环节，油相充分地包裹微液滴，微液滴稳定性高，有效地保障了液滴的稳定性，在制备过程中扩展了芯片材料及工艺的可选择性。同时，液滴微流控芯片集成了液滴生成与检测于一体，且在检测过程中无开盖步骤，无交叉污染的风险，这些措施都将提高了数字pcr实施的成功率及时效性；本实用新型的微流控芯片呈对称分布的结构，可以在芯片上增加多个对称结构，从而实现高通量的液滴生成。
附图说明
21.为了清楚地说明本实用新型的实施例，下面将对实施例涉及的附图进行简单地介绍。
22.图1为本实用新型简易数字pcr的集成检测装置的示意图，其中，18-控温装置，19-加热芯片装置，20-微流控芯片，21-物镜，22-激发光发生装置，23-激发光反射镜，24-荧光过滤器，25-ccd摄像机，26-目镜。
23.图2为本实用新型的集成检测装置中的微流控芯片的结构示意图，其中，1-芯片上层盖板，2-芯片流道中层，3-芯片底层，4-样品进样口i，5-样品进样口ii，6-油相进样口i，7-油相进样口ii，8-油相进样口iii，9-油相进样口iv，10-交叉流道，11-液体流道，12-液滴收集口，13-废液出口i，14-废液出口ii，15-液滴储藏腔室，16-废液收集装置入口i、17-废液收集装置入口ii。
具体实施方式
24.下面结合实施例对本实用新型进行详细的说明，但本实用新型的实施方式不限于此，显而易见地，下面描述中的实施例仅是本实用新型的部分实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，获得其他的类似的实施例均落入本实用新型的保护范围。
25.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”“正面”、“反面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
26.实施例1
27.本实用新型提供了一种简易数字pcr的集成检测装置，如图1-2所示，其主要包括温度控制器18、加热芯片装置19、微流控芯片20和荧光显微镜，所述的荧光显微镜为倒置荧光显微镜，包括物镜21、激发光发生装置22、激发光反射镜23、荧光过滤器24，ccd摄像机25和目镜26；所述的微流控芯片20包括芯片上层盖板1、芯片流道中层2和芯片底层3，芯片上层盖板1上设置有由样品进样口i 4、油相进样口i 6和油相进样口ii 7组成的第一组进样口以及由样品进样口ii 5、油相进样口iii 8和油相进样口iv 9组成的第二组进样口，第一组进样口和第二组进样口呈轴对称分布，油相进样口i 6和油相进样口ii 7分别位于样品进样口i 4的两侧，油相进样口iii 8和油相进样口iv 9分别位于样品进样口ii 5的两侧，芯片流道中层2上设置有将样品进样口i 4、油相进样口i 6和油相进样口ii 7连通到交叉流道10的液体流道11以及将样品进样口ii 5、油相进样口iii 8和油相进样口iv 9连通到交叉流道10的液体流道11，交叉流道10通过管道连通至液滴收集口12，液滴收集口12与芯片底层3上的液滴储藏腔室15相连通，液滴储藏腔室15内设置有微柱引流，腔室均为圆角，主要收集由微流道产生的液滴，适用于在液滴中进行扩增反应，并且还适用于观察来自液滴的光信号，液滴储藏腔室15的两侧设置有通过管道连接的废液出口i13和废液出口ii 14，分别进入废液收集装置入口i16和废液收集装置入口ii 17。
28.实施例2
29.本技术的简易数字pcr的集成检测装置使用方法，主要包括以下步骤：当样品和油
相分别注入样品进样口和油相进样口后，流入到芯片流道中层，经过微流通道，在交叉流道处汇流，在剪切力的作用下生成尺寸均匀的液滴，随后，对称分布生成液滴流至中间的液滴收集口，最终流至芯片底层的液滴储藏室中，当液滴生成完全后，无需移动就可在原位通过加热芯片装置进行加热扩增并同时进行荧光检测，将外接激光器发出激发光，通过分析ccd发送的图像数据，得到测量结果。本实用新型将荧光显微镜、控温装置、加热芯片装置和微流控芯片进行功能化集成，既适用于对芯片中的液滴进行核酸扩增反应，还适于对荧光信号进行实时监测。该检测平台可在原位完成核酸扩增，荧光检测，数据获得。
30.以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本实用新型的保护范围。