[发明专利]一种实现PCR的微流控芯片及实时PCR的病毒快速检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种实现聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction，PCR)的微流控芯片及实时PCR的病毒快速检测装置。

背景技术

自1990年提出微全分析系统概念以来，微流控芯片技术在化学、生命科学、环境科学和食品科学等领域开辟了广阔的发展空间。微流控芯片技术以微流体控制技术为基础，引导分析仪器向小型化、集成化、自动化、高通量快速定量分析方向发展，为生化环境样品的实时检测、现场分析提供了一种可能的策略，其在医疗诊断与农业养殖系统疫情监测方面具有广阔的市场前景。

聚合酶链反应(Polymease Chain Reaction，PCR)又称无细胞分子克隆或特异性DNA序列体外引物定向酶促扩增技术，是体外酶促合成特异DNA片段的一种方法，由高温变性、低温退火及适温延伸等几步反应组成一个周期，循环进行，使目的DNA得以迅速扩增，具有特异性强、灵敏度高、操作简便、省时等特点。它不仅可用于基因分离、克隆和核酸序列分析等基础研究，还可用于疾病的诊断、动物病毒与疫情快速检测或任何有DNA、RNA的地方。在临床医学和动物疫情监测系统中，PCR被用于鉴别遗传疾病和快速检测病毒、病菌感染。用传统的方法，要检测病毒、病菌的感染需要把病原体培养数周才能鉴定，而采用本发明成果，可以快速判断人体与动物细胞(比如血液细胞)中是否存在病毒、病菌的DNA而确诊。

实时PCR(real-time PCR)，属于定量PCR(Q-PCR)的一种，以一定时间内DNA的增幅量为基础进行DNA的定量分析。实时PCR定量使用荧光色素，目前有二种方法。一种是在DNA中插入特异的荧光色素；另一种使用能与增幅DNA序列中特定寡核酸序列相结合的一种荧光探针。Real time PCR与Reverse Transcription PCR相结合，能用微量的RNA来找出特定时间、细胞、组织内的特别表达的遗传基因。这两种RT-PCR的组合被称之为“定量RT-PCR(quantitative RT-PCR)。由于该技术不仅实现了PCR从定性到定量的飞跃，而且与常规PCR相比，具有特异性更强、有效解决PCR污染、自动化程度高等特点。实时定量PCR是指在PCR指数扩增期间通过连续监测荧光信号强弱的变化来即时测定特异性产物的量，并据此推断目的基因的初始量，不需要取出PCR产物进行分离。目前实时定量PCR作为一个极有效的实验方法，已被广泛地应用于分子生物学研究的各个领域。

TaqMan探针是在PCR扩增时在加入一对引物的同时加入一个特异性的荧光探针，该探针为一寡核苷酸，两端分别标记一个报告荧光基团和一个淬灭荧光基团。探针完整时，报告基团发射的荧光信号被淬灭基团吸收；PCR扩增时，Taq酶的5’-3’外切酶活性将探针酶切降解，使报告荧光基团和淬灭荧光基团分离，从而荧光检测系统可接收到荧光信号，即每扩增一条DNA链，就有一个荧光分子形成，可实现荧光信号的累积与PCR产物形成完全同步。

传统的PCR扩增仪存在着热容量大、加热和冷却速度慢、样品消耗量高等缺点。通常完成一次扩增过程需要花费数个小时，而且对于反应物的需求量大。随着MEMS和微流控芯片技术的发展，基于微流控芯片和实时PCR的病毒快速检测装置具有热容量低、扩增速度快、样品消耗量小、制作成本低、可抛弃和实时检测扩增产物等优点。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种实现PCR的微流控芯片及实时PCR的病毒快速检测装置，可以在微流控环境下进行小样本量快速、准确检测，减少PCR试剂用量和缩短实现一次PCR扩增所需温度循环的时间，并对PCR扩增产物进行实时检测。

本发明的技术解决方案如下：一种实现PCR的微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片由集成了微阀的三层聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)材料键合封接而成，包括上层的气体控制通道，中间层的PDMS薄膜，下层的微流体通道；其中：

上层气体控制通道由四个微阀组成，其中两个微阀分别位于与反应腔对应的上层气体控制通道中的两端，另两个微阀与一端的一个微阀平行，所述三个平行的微阀组成一个微泵；每个微阀均由阀座和微阀气路通道组成，阀座与微阀气路通道之间垂直相连；当外界气体通过阀座进入微阀气路通道后，挤压中间层的PDMS薄膜，中间层的PDMS薄膜突起堵塞下层微流体通道，通过控制气体的压力，可以控制四个微阀的开启和关闭，微泵中的三个平行的微阀依次开启和关闭，可以驱动下层微流体通道中的流体；