[发明专利]一种基于低熔点金属液滴的PCR反应装置及其实施方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种PCR方法，特别涉及一种利用低熔点金属液滴 作为PCR反应载体兼加热器的方法。

背景技术

聚合酶链式反应(PCR)是一种体外扩增DNA基因片段的技术， 该技术通过高温变性、低温退火以及中温延伸三步反应组成一个循 环周期，将某特异性DNA片段呈指数形式在短期内迅速递增。PCR 技术可广泛应用于疾病诊断、生化分析、法医鉴定等领域。常规的 实现PCR技术的微流控方法有微腔聚合酶链式反应和连续流聚合酶 链式反应。

微腔聚合酶链式反应是通过微加工方法在硅片等基底表面加工 出微腔或微腔阵列作为PCR试剂样本反应器，PCR试剂样本静置于 微腔内，通过外界提供的加热、冷却措施实现PCR循环，达到DNA 基因片段扩增。由于PCR试剂样本是在微腔内静置反应，在PCR 循环过程中系统无需额外的泵送、阀门来控制、调节试剂样本，而 仅需外界提供精密的加热、冷却单元及温度控制系统即可实现稳定 的PCR循环反应温度。

连续流聚合酶链式反应则恰恰相反，温度区域处于静态，试剂 样本处于流动状态分别循环流经高温区域、低温区域和中温区域实 现PCR温度循环。该方式节省了前者由于系统热惯性而引起的温度 变化的时间。在该PCR方式中，PCR试剂样本在连续的微流道内依 次流过实现PCR循环反应的三个温区，试剂样本的连续流动由泵、 阀系统控制和调节，三个反应温区由独立的加热单元、温度控制系 统实现，如Peltier热电片。

常规的PCR方法在技术实现上虽然比较简单，PCR循环反应也 比较稳定，但仍存在不足。一方面，温度控制系统往往是从某一个 方向进行加热和冷却，试剂样本往往不能做到完全均匀加热。在微 流控芯片上进行PCR温度控制时，试剂样本往往是存放于PDMS或 者玻璃等传热性质较差、热容较大的芯片材料中，因此温度没法进 行快速准确的控制。这样无疑会增加功耗、降低试剂样本扩散反应 速度、降低系统温度响应速度、增加PCR循环时间。另一方面，PCR 试剂样本进行PCR时，在反应过程中会产生扩散、蒸发损耗，试剂 样本利用率降低。

因此在微缩设计PCR系统时，核心是降低系统热质，加快温升 温降速度，使得PCR循环反应时间缩短、功耗降低、PCR样本试剂 损耗减少、且系统易于操作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低熔点金属液滴在PCR反应载体或 加热器中的应用。

本发明的另一目的在于提供一种基于低熔点金属液滴的PCR反 应装置及其实施方法。

本发明提供了低熔点金属液滴在PCR反应载体或加热器中的应 用。

所述的液态金属液滴优先选择具有良好生物相容性的液态金属 镓或其合金的液滴。

所述的液态金属镓合金优先选择镓铟或镓铟锡合金。

所述液态金属液滴的应用体积为纳升级别。

本发明提供了一种PCR反应装置，该装置包括由室温下为液态 的金属液滴(1)构成的PCR反应载体或反应器。

本发明提供的PCR反应装置，还包括温度检测模块，其为与金 属液滴(1)连接的热电偶(2)或电阻测量装置(2)，所述热电偶 测量金属液滴的温度并转化为相应温度的电信号；所述电阻测量装 置将金属液滴的电阻值转化为相应温度的电信号；以及温度控制模 块(3)，根据所述电信号以及PCR反应程序通过调节通过金属液滴 (1)的电流控制金属液滴的温度。

所述温度控制模块(3)在温度控制过程中，通过自然对流冷却 或使用额外的冷却装置(8)来实现金属液滴冷却降温。

本发明提供的PCR反应装置，还包括微型容器(5)，所述微型 容器(5)用于盛装PCR反应液(7)，且当其盛装PCR反应液(7) 并倒置于金属液滴(1)中时PCR反应液不外溢。

本发明提供的PCR反应装置，还包括用于盛装金属液滴的芯片 (6)。

所述微型容器(5)和芯片(6)由高导热率的材料制成，且微型 容器(5)上端点焊或胶粘的支架采用具有高热绝缘性的材料制成。

优选地，微型容器是金属微型容器。

优选地，芯片是金属芯片。