[发明专利]一种面向空间的微型圆柱式微流控PCR实时荧光检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种微流控生物芯片荧光微光谱检测系统，主要用于生物芯片中的微流体荧光光谱的检测，属于生物学、分析化学及医学检测领域。

背景技术

随着我国载人航天技术的日趋成熟，航天任务周期的逐渐延长，对航天员健康保障的要求也会越来越高。航天器中处于非监控状态的微生物严重威胁航天员的健康。同时，航天飞行器上携带有能在太空环境下生存的微生物，有可能通过人类或航天器带到空间站、其他星球表面，会对人类研究太空生命形式造成不利影响。因此，航天器上装备生物危害实时自动报警系统是十分必要的。

生物危害报警器的关键技术是满足“功能集成结构缩微”的微型荧光检测装置，以实现重量轻、体积小、全自动检测为目标，而目前的生物芯片荧光检测系统也有同样的要求，此外都需要对微量的样品首先进行PCR扩增反应，使目标DNA实现体外复制达到一定检测量后进行检测分析。因此，微型荧光检测装置的研究可以移植在PCR微流控生物芯片上进行，然后对检测系统在失重条件下的计算进行修正研究，以达到空间应用要求。

PCR微流控生物芯片是近年来在生命科学领域中迅速发展起来的一项高新技术，它是将采样、稀释、加试剂、反应、分离和检测等功能集成于一个芯片里，其科学性和先进性集中体现在结构缩微和功能集成这两个方面。其工作原理是：PCR反应混合物在精密注射泵的作用下按设定的流速进入生物芯片上的微通道，流经三个不同温度的恒温区（94℃、56℃、72℃），经过PCR的变性、复性和延伸，实现一次扩增循环，从而使DNA总量增加一倍。在合适条件下，这种循环不断重复，n次循环后使产物DNA的量按2ⁿ方式扩增。最后待测微流体由激发光源照射发出荧光，由光敏元件采集荧光信号并经过光电转换后输出荧光值的电信号。

传统的PCR微流控生物芯片若要实现在空间进行实时荧光检测工作，主要存在如下缺点：

1、温度控制系统采用铜块或铝块进行加热和风扇冷却相配合，整个装置耗能多，体积大难以缩小，无法实现便携性；

2、目前荧光检测器都是使用传统的封装光电管，如光电倍增管(PMT)或电荷耦合元件(CCD)。由于元件自身体积大，而且又是分体使用，需要有配套的光路装置，致使整个荧光检测装置的体积庞大，根本不可能嵌入到生物芯片中；

3、由于在激发光传导和反射光采集时需要各类光学器件和光纤组成的光路进行光路传输，不仅结构复杂难以实现集成化，并且影响实时荧光检测的稳定性；

4、生物芯片的进样控制系统、温度控制系统、荧光检测系统一般采用各部分单独控制，不仅体积庞大且无法对微通道内温度的变化、微流体的流速和荧光信号之间进行实时监测和反馈；

因此，研制体积小、重量轻且高度集成自动化的微型微流控PCR荧光检测系统是主要目标，其中研制体积小到可嵌入芯片以及灵敏度高到能达到生物技术要求的微型荧光检测装置是其关键技术。

发明内容

为了很好地解决上述问题，本发明涉及一种微型微流控实时荧光PCR检测系统，主要由进样测控速模块、恒温加热模块以及荧光检测模块组成，目的在于实现该工作系统的集成自动化控制与微型便携化。

本发明是采取以下技术手段实现的：

一种微型圆柱式微流控PCR实时荧光检测系统，其包括有呈空心圆柱式的基底1、微通道5、进样测控速装置2、单片机控制系统9。