[发明专利]用于产生液滴、核酸扩增和检测的集成微流控系统

说明书

本发明公开的是用于扩增和检测目标多核苷酸的微流控体装置和系统，包括：用于接收一种或多于一种底物的一个或多于一个孔；与一个或多于一个孔流体连通的产生液滴的通道，其中微流控通道适于产生液滴；和与产生液滴的通道流体连通的腔室，其适于收集由产生液滴的通道产生的液滴，还适于在液滴中进行核酸扩增反应，并且还适于检测来自液滴的光信号。还公开了使用其的方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年11月16日提交的共同待审的美国临时申请第62/768715号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

发明领域

本发明的领域涉及用于产生液滴、在液滴中进行核酸扩增反应并随后测量反应信号的装置和方法。

背景技术

本文所有出版物的引用程度均如同每个单独出版物或专利申请被具体并单独引用以通过引用并入。当在并入的参考文献中术语的定义或使用与本文提供的术语的定义不一致或相反时，适用本文提供的该术语的定义，而不适用参考文献中的术语的定义。

以下描述包括可能对理解本发明有用的信息。不承认本文提供的任何信息是现有技术或与当前要求保护的发明有关，或明确或隐含引用的任何出版物是现有技术。

液滴数字PCR(ddPCR)是一种基于油包水乳液技术的方法。样品被分成数以万计的液滴，如果每个液滴包含模板分子，就会在每个液滴中发生模板分子的PCR扩增。与传统的实时PCR相比，ddPCR技术的优势包括绝对定量、无与伦比的精确度和更高的灵敏度。典型的过程包括在微流控芯片上产生液滴，将液滴转移到PCR管(板)中，在热循环仪中进行PCR扩增以及使用液滴读取器读取液滴荧光信号。

例如，在US9631230B2中，Mark Davies等人公开了一种进行核酸反应的方法，包括使用“油包液滴”技术进行数字PCR的方法。液滴在不混溶的载体流体的连续流动中通过热循环仪的通道，从而扩增目标。然而，该过程包括几个手动转移步骤，这是不希望的，因为它是劳动密集型的并且有被污染的可能性。

Youngbull等人的WO2017004250A1公开了用于连续数字液滴PCR生物分析的另一种系统和方法。然而，该系统没有内置的检测系统。因此，数字PCR系统扩增了液滴中的目标DNA后，必须手动转移经扩增的目标DNA以进行检测。这种手动转移可能会导致不期望的PCR后污染，并且还是劳动密集型的。

因此，仍然需要设计可以实现整个过程而无需用户在不同步骤之间手动转移样品的集成的微流控系统和装置。

发明内容

本发明的主题提供了一种用于集成微流控系统和装置的设备、系统和方法，其可以实现数字PCR的所有步骤，而无需几个手动转移步骤，并且不会造成不希望的PCR后污染。

在一个方面，本发明的主题提供了一种用于扩增和检测目标多核苷酸的微流控装置，其包括：(a)用于接收一种或多于一种底物的一个或多于一个孔；(b)与一个或多于一个孔流体连通的产生液滴的通道，其中微流控通道适于产生液滴；和(c)与产生液滴的通道流体连通的腔室，其适于收集由产生液滴的通道产生的液滴，还适于在液滴中进行化学反应，并且还适于允许光学观察液滴。腔室和产生液滴的通道被配置成使得腔室的流体力学流动阻力小于产生液滴的通道的流体力学流动阻力。预期腔室的深度为产生液滴的通道的宽度或深度的50％至200％，使得腔室内部收集的液滴以单层方式布置。腔室的体积通常是用于产生液滴的水相体积的1倍至20倍。形成的液滴可以是油包水液滴或水包油液滴。设想液滴中会发生许多化学反应。非限制性实例包括聚合酶链反应、诊断反应或限制酶消化。