[发明专利]可变温度循环的微流控热化芯片和基于该芯片的系统及检测方法

说明书

本发明涉及一种热化微流控芯片、一种使用该芯片的系统和一种用于检测DNA序列的PCR方法。所述芯片由块体材料组成，所述块体中定位有能够包含至少一种流体的空腔，所述空腔包括至少一个入口孔和至少一个出口孔，用于流体的所述入口孔连接至至少一个且优选至少两个流体注入通道。根据本发明，所述芯片还包括用于绕过所述空腔的至少一个微流控通道，所述通道通过第一端连接至所述流体注入通道中的至少一个，所述旁路通道和所述流体注入通道之间的连接处与所述流体注入通道的所述入口孔相距距离L，所述距离优选小于2cm。

背景技术

根据第一方面，本发明涉及一种用于可变温度循环的热化的微流控芯片，所述芯片由其中有可包含至少一种流体的空腔的块体材料形成，该空腔包括至少一个入口孔和至少一个出口孔，所述流体入口孔连接至至少两个流体注入通道。

根据该第一方面，其还涉及一种用于使用该热化芯片来使包含DNA的样品快速改变热交换温度的系统，以及一种用于检测样品中的DNA序列的PCR方法。

根据第二方面，本发明还涉及一种用于测试生物样品、尤其用于PCR型和/或荧光类型分析的具有中空块体形状的微流控样品芯片，所述中空块体包括至少一个腔室，所述至少一个腔室由上壁、下壁和至少一个侧壁界定，所述至少一个腔室中可引入待测试的样品。

根据该第二方面，其还涉及一种用于包含在样品芯片的腔室中的PCR型样品的分析系统，以及一种用于使用所述芯片和使用用于所述样品的荧光测量的系统来检测DNA序列的PCR方法。

根据所述第一方面，例如，与通过使用需要重复温度循环的反应(以下称为DNA样品的热“循环”，用于进行“聚合酶链反应”或更简单地“热循环”)来检测液体样品中的DNA序列的各种方法和装置有关的现有技术的详细技术在如下专利中有所说明：专利申请WO2009/105499。

在这些热循环方法中，一些方法有利地使用在样品附近循环的传热液体以控制其温度。使用传热液体可获得所述样品的非常均匀的热化温度，这是因为对流限制了液体中温度梯度的出现，这与基于局部加热或利用热电元件的局部热泵的解决方案不同，而后者可在局部产生温度梯度。使用传热液体还实现到样品的非常有效的热传递，这是因为其仅取决于样品与传热液体的热接近程度和传热液体的对流系数，这些条件在这种液体在小尺寸的管道(微流控通道)中运输时是非常重要的。此外，使用传热液体可快速获得对于具有大体积(优于1微升)的样品的精确和均匀的温度控制(无论其大小如何)，且当样品放置在附近时，其温度很快趋向于传热液体的温度，者与基于热能注入的系统不同，比如焦耳效应加热，而后者则难以仅通过控制注入的功率来均匀地控制温度。

US-A-5508197说明了以下方案：通过使传热液体在不同温度下预先“热化”(即达到精确和均匀的温度)来使具有非常薄的壁并包含PCR样品的阱孔热化，以通过使用一系列阀门连续地在阱孔周围循环，其中这些阀门将液体从热化储罐重新引导至多个样品。该系统实现了在约8秒内来改变样品温度，但该系统由于通过阱孔传递热量和15μl样品的体积而使速度受到限制，样品的该几何构型和尺寸无法实现更快速的传递。在该系统中，用于热化样品的液体体积很重要(约150mL)，以便使液体流速很重要(约10L/min)，而液体中的液体体积必须很重要(约25L)，以确保良好的温度稳定性。这些体积限制使得该系统体积庞大且能量密集。另外，该系统由于其尺寸而难以进行运输。

EP-A-2415855说明以下方案：通过在不同温度下连续循环两种传热液体以使由薄铝板制成的阱孔中的样品热化来进行PCR反应，从而使得可利用具有扁平形状的阱孔来获得非常快速的温度变化(高达0.3s)该系统中使用的液体体积仍然保持很大(大约几十毫米)，以及流速(超过60mL/min)很大，从而使系统变得笨重且耗能。

WO 2011/138748说明了以下方案：一种微流控芯片和一种用于调节样品温度的系统，包括包括多个设置在具有平行六面体形状的空腔的底部的微流控通道，并包括低导热率的下壁以避免在使用过程中导致热量损失，以及包括在其上沉积待分析的样品的高导热率的上壁，从而在通道中循环的传热液体与样品之间实现良好的热交换。