[发明专利]一种数字PCR检测装置与检测方法

说明书

本发明公开了一种数字PCR检测装置与检测方法，所述检测装置包括检测腔、图像传感器、PCB板和耦合器；检测腔位于图像传感器的表面；图像传感器和PCB板相连，检测腔上有分别用于数字PCR微液滴导入和导出的入口和出口。所述检测方法具体为：将数字PCR体系封装成为微液滴阵列，进行扩增反应；反应完成后，将微液滴阵列注入检测腔；待微液滴充满检测腔并成单层排列的时候，激发光源通过耦合器导入平面波导板，发出的荧光通过滤色片，被图像传感器收集成像；在平面波导板上方对照明；计算机比对分析两次图像，得到模板DNA的数量。本发明采用无透镜成像设计，检测装置的体积大大缩小，方便室外或者便携式应用。

技术领域

本发明涉及聚合酶链反应检测，具体为一种数字PCR检测装置与检测方法。

背景技术

数字PCR(digital PCR，dPCR)是将一个样本分成几十到几万份，分配到不同的反应单元，每个单元包含一个或多个拷贝的目标分子( DNA 模板) ，在每个反应单元中分别对目标分子进行PCR扩增，扩增结束后对各个反应单元的荧光信号进行统计学分析。与定量PCR不同的是，数字PCR不依赖于CT值，因此不受扩增效率影响，扩增结束后通过直接计数或泊松分布公式来计算样品的原始浓度或者含量。由于数字PCR能够将误差控制在5%以内，因此，可以不需要对照标准样品和标准曲线来实现绝对定量分析。数字PCR的提出至今虽然只有20年时间，但是由于其独特的技术优势和应用前景，使得其产业化发展相当迅速。迄今为止，基于分液方式的不同，数字 PCR 技术主要有三类: 微反应室/孔板、大规模集成微流控芯片和液滴数字PCR系统。分别通过微孔板、微流体芯片或微液滴实现分液，分隔开的每个微小区域都可进行单独的PCR反应。已有包括Thermo、Fluidigm和 Bio-Rad等几家公司相继推出了数字 PCR 产品，并已经应用于基因拷贝数变异、感染检测、基因测序、基因突变检测等研究领域。

PCR的定量检测依靠空的微液滴或者微反应室占比来实现，因此尽可能的提高分液数量可以降低采样误差和分液误差，从而提高检测精度，但是提高分液数量对检测设备造成了一定的困难。现有的PCR检测装置一般依赖图像检测，也有液滴数字PCR系统利用流式细胞仪进行检测的方式。在成像检测中，传统的成像光学通过透镜进行成像，加上还需要荧光成像，所以不可以避免的要使用滤色片和二向色镜组成的滤色块，以及镜头和CCD/CMOS。这导致检测装置的体积较大，且成像范围有限，一般需要对数字PCR芯片进行扫描或者多次成像拼接，成像速度和成本较高。采用流式细胞仪对液滴进行一个一个计数的话的检测成本仍然很高。并且仪器体积一般较大，这对实验室空间要求较高，也不适合野外、即时检测等便携式或者小型化应用需求。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种基于图像传感器的无透镜小型化的数字PCR检测装置，本发明的另一目的是提供一种成本低、无需透镜、检测面积大的数字PCR检测装置的检测方法。

技术方案：本发明所述的一种数字PCR检测装置，包括检测腔、图像传感器、PCB板和耦合器；检测腔位于图像传感器的表面；图像传感器和PCB板相连，检测腔上有分别用于数字PCR微液滴导入和导出的入口和出口，出口在微液滴导入过程中开口于空气，以保持检测腔内的气压平衡，检测腔的上表面为平面波导板，下表面为滤色片，内部有PCR扩增产物的微液滴；耦合器用于将激发光源导入平面波导板中。

微液滴的粒径在2~200微米。微液滴在检测腔内呈单层排列。微液滴可以在反应完毕后利用注射器通过入口导入检测腔，也可以经由与入口连接的管道通过出口的负压吸入检测腔。

PCB板与计算机相连，PCB板包含ADDA模块、FPGA模块和电压控制模块，PCB板用于收集图像传感器的信号。

平面波导板为高折射率的透明玻璃板或者聚合物板。

图像传感器为CCD 或者CMOS图像传感器。图像传感器的像素尺寸小于微液滴粒径的一半，以利于提高成像分辨率。