[发明专利]一种无动力源无阀型单分子检测芯片及应用

说明书

技术领域

本发明属生命科学、医学等多个领域检测装置，涉及一种用于核酸扩增的微流控芯片装置及其应用技术。

背景技术

癌症、心脑血管疾病、传染病等重大疾病每年夺去我国数以百万计人的性命。据卫生部2010年公布，我国每年癌症病人660万，死亡人数达180万。每年用于癌症病人的医疗费用高达上千亿元人民币。随着人口的老龄化，预计到2020年，癌症新发病例将达到300万，死亡300万。癌症已成为我国沉重的疾病负担，加强癌症的预防和早诊早治新方法和新技术的研究非常重要。目前，全球正面临着从医疗医学向预防医学转变的医疗模式的转换，我国更要求医疗工作的重心要转移到广大基层群众中去，同时要逐渐以健康管理替代昂贵的“诊断和治疗系统”并使其成为疾病防控的主流。疾病的发生一般都要经历从分子变异、到细胞病变、再到组织坏死的过程，如果能够早期在分子水平上发现已经发生的病变，则大多数情况下都将可以找到救治办法，使患者康复，或者延长其生存期。

核酸分子准确检测十分重要。目前常规的分子诊断手段是将靶核酸直接扩增实现信号放大。主要包括聚合酶链式扩增反应（Polymerase Chain Reaction, PCR）、连接酶链式反应（Ligase Chain Reaction, LCR）、环介导等温扩增（Loop-mediated isothermal amplification, LAMP）等。这些方法具有较高的灵敏度，而且应用广泛。业已证明，核酸扩增技术可用于除外伤和营养缺乏症外的所有疾病的诊断。

常规核酸扩增实验是使用小试管、孔板等进行的，操作工作量很大，加样环节多，易发生杂质污染。此外，传统PCR需要进行开盖检测，产生的气溶胶污染，使得假阳性率很高（30~40%）。因此，常规核酸扩增进一步的发展方向是不开盖的技术，即把样品核酸进样、扩增及检测都在封闭的体系中进行。微流控芯片技术为这一设想提供了可能。

发明内容

本发明提供了一种无需外接驱动系统、无需阀门、制作工艺简便并且易于操作的用于核酸单分子扩增的微流控芯片装置。该装置由反应层、修饰层、封接层、主通道、反应小室、进样口、出样口和耐热胶带构成，反应层由主通道串联反应小室组成，反应小室位于主通道上方或下方，进样口、出样口位于主通道两端，修饰层先与封接层连接，反应层通过修饰层与封接层封接后组成微流控芯片组件，耐热胶带粘贴于反应层的上表面。主通道及其上的反应小室的大小可以根据需要来决定，主通道的宽度从100 nm至5 mm不等；主通道的深度范围在100 nm至1 mm之间；反应小室的体积为微升（ml）到皮升（pl）级别。反应小室的位置可以根据所采用的油相液体的性质不同来制作位于主通道上方的反应小室或位于主通道下方的反应小室。反应层的制作材料选用具有透气性质的聚合物材料，优选的材料为聚二甲基硅氧烷（PDMS）。

反应层的制作方法根据不同的透气性聚合物材料的性质采用不同的方法，比如激光刻蚀、化学刻蚀、光刻、热压、浇铸及注塑等方法。当优选材料为聚二甲基硅氧烷（PDMS）时，以采用多层软光刻技术制作的具有微通道结构的基板为模具，在模具上浇注固化形成。

封接层的材料根据反应小室相对主通道的位置的不同选用不同的材料。

若反应小室位于主通道上方，则选用导热性好的薄质材料作为基底，优选薄质玻璃和单晶硅片。

若反应小室位于主通道下方，则选用透明胶带、PET膜或氟膜等。

反应小室位于主通道上方时，封接层与反应层1封接前，预先在基底上铺展与反应层材料相同的具有透气性质的聚合物薄膜作为修饰层。

预先在基底上铺展的与反应层相同材料的具有透气性质的聚合物薄膜修饰层可采用匀胶机旋转涂覆形成。匀胶机甩胶的转速、时间可根据所需要的不同的聚合物薄膜修饰层的厚度来选择。获得的具有透气性质的聚合物薄膜的修饰层厚度约为10-50 μm。

作为封接层的基底上铺展与反应层相同材料的具有透气性质的聚合物薄膜修饰层之前，基底预先采用空气等离子体处理。反应层与封接层进行封接，封接方法可以利用具有透气性质的聚合物固有的化学性质而以化学方法粘合在一起。反应层和修饰层选用相同的聚合物材料，可采用均相粘合，其中，两层具有相同的化学性质，一层中相同的化学个体与另一层中相同的化学个体反应，反应层和修饰层的聚合物以将这两层粘合在一起，各层的聚合物链之间的连接可以由交联剂的活化产生。

反应小室位于主通道下方时，封接层与反应层1封合前，二者分别用空气等离子体进行处理。

与水不相容的油相液体根据反应小室与主通道的相对位置可以选用氟化油、石蜡油或硅油等。