[发明专利]旋转热循环式多尺度液滴数字聚合酶链式反应仪器系统

说明书

本发明公开一种旋转热循环式多尺度液滴数字聚合酶链式反应仪器系统，包含6个模块，分别为中心控制与计算模块、系统支撑平台、热循环模块、多尺度液滴生成模块、激发光源模块以及荧光图像探测模块。多尺度液滴生成模块通过离心力驱动在各个体积的液滴室中生成不同体积的液滴。热循环模块实现热循环PCR扩增过程。中心控制与计算模块对整个系统的运行进行控制，并通过分子液滴数字PCR产物的荧光图像计算目标核酸分子的浓度等信息。提供多尺度液滴生成方案以及旋转热循环方案，可以对多种样本同步进行液滴数字PCR检测，在增加数字PCR检测的灵敏度与动态范围的同时使仪器更加集成化、小型化。

技术领域

本发明属于PCR仪器设备技术领域，涉及一种用于基因分析与检测等领域研究的液滴数字聚合酶链式反应(PCR)系统，尤其是涉及一种旋转热循环式多尺度液滴数字聚合酶链式反应(PCR)仪器系统。

背景技术

基因分析与检测已经成为当前生命科学研究的最重要的内容之一，在基因的数字化检测与分子计数等定量技术中，数字PCR技术由于其大规模平行单分子量级荧光PCR扩增的技术本质可实现核酸分子的绝对定量，较实时定量PCR技术等具有多种独特的优势，如无需标准曲线与参考、对反应抑制物不敏感、高检测灵敏度、精确度、鲁棒性等。数字PCR技术在痕量核酸分子检测，极微量靶核酸分子浓度检测，拷贝数变异，等位基因不平衡表达等诸多应用中具有其他技术不可替代的优势，因此数字PCR技术目前已经广泛应用于临床诊断，转化医学与精准医学，食品安全检测，基因编辑等研究应用之中。

由于其重要的应用价值，数字PCR技术得以不断地发展与提升，其中基于液滴的数字PCR技术作为一种新型技术具有其独特的应用优势。液滴数字PCR技术通过将反应试剂划分成大规模微小液滴作为反应室，在每个液滴中同时独立地进行PCR反应，通过对扩增后液滴的荧光分析计算目标基因的拷贝浓度。由于微流控技术的发展，可通过大尺度的纳升甚至皮升液滴的生成为液滴数字PCR技术提供更高的通量、灵敏度与动态范围，并且液滴数字PCR具有极大的灵活性与可扩展性，方便仪器系统的集成化、小型化与自动化控制。

本发明所提出的旋转热循环式多尺度液滴数字聚合酶链式反应(PCR)仪器系统，将数字PCR的样品划分、热循环、荧光检测等流程高度集成化、小型化，采用离心力驱动阶梯乳化方式生成大规模不同尺度的液滴，通过旋转液滴于不同温度场之内实现热循环过程，可实现多种核酸分子高灵敏度与高动态范围的同步PCR扩增与检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种多样本高动态范围检测、高集成化、小型化的旋转热循环式多尺度液滴数字聚合酶链式反应(PCR)仪器系统。

本发明所提出的一种旋转热循环式多尺度液滴数字聚合酶链式反应(PCR)仪器系统，该仪器包括中心控制与计算模块、系统支撑平台、热循环模块、多尺度液滴生成模块、激发光源模块、荧光图像探测模块等6个功能模块。

本发明所提出的一种旋转热循环式多尺度液滴数字聚合酶链式反应(PCR)仪器系统，其中心控制与计算模块，为仪器系统的运行提供调度算法，为其他功能模块工作提供控制驱动信号，包括：对液滴圆盘液滴生成过程及热循环过程的转速的计算与控制，对热循环模块中铜板层温度的计算与控制，对光学系统支撑组件的机械系统进行控制转换滤光片，以及对所探测荧光图像进行分析计算。

本发明所提出的一种旋转热循环式多尺度液滴数字聚合酶链式反应(PCR)仪器系统，其系统支撑平台，为其他功能模块提供物理支撑，底部中心处具有支撑轴结构，支撑轴上具有步进电机驱动多尺度液滴生成模块中的液滴圆盘旋转，步进电机的转速受中心控制与计算模块所提供的驱动信号控制。