[发明专利]光纤传感微流控芯片核酸扩增原位实时检测系统和方法

说明书

本发明涉及光纤传感微流控芯片核酸扩增原位实时检测系统和方法，包括：依次连接的白光光源、检测光路、微流控芯片和光谱采集处理显示模块；检测光路，用于将白光光源产生的白光传输至微流控芯片，并将经过微流控芯片的光信号传输至光谱采集处理显示模块；微流控芯片，用于进行生物化学反应；光谱采集处理显示模块，用于采集经过微流控芯片的光信号，对光信号进行解析，并生成可视化的生物化学反应实时动态变化信号曲线。本装置采用白光干涉高光谱方法检测核酸扩增信息，既可以检测被荧光标记的待测物也可以检测未被荧光标记的待测物，解决了荧光标记检测方法存在影响生物反应活性，以及荧光衰减淬灭不稳定等问题。

技术领域

本发明是关于光纤传感微流控芯片核酸扩增原位实时检测系统和方法，属于生物检测技术领域。

背景技术

核酸扩增是20世纪先进的生物医学分析技术，可以在120分钟内将特定序列核酸片段放大到10⁹拷贝数，实现高灵敏的分子诊断。核酸扩增技术主要包括变温扩增与等温扩增两大类。

变温扩增以PCR(Polymerase chain reaction)为代表，是最早的核酸扩增技术，通过正反两条特异引物完全匹配启动核酸扩增反应，每个循环扩增周期大约90秒钟，包括变性、退火和延伸三个阶段。变性需要在94℃高温下持续15秒钟，退火是在60℃低温下持续30秒钟，延伸是通过酶的作用在72℃下以引物为核酸合成起点沿模板方向延伸45秒钟。PCR扩增就是由几十个扩增周期不断循环来实现。在变温扩增方法中，每个扩增周期只有在延伸阶段才进行核酸合成扩增，变性和退火阶段只是在为核酸扩增做准备，因此，变温扩增的有效时间不到全部时间的50％。

为了提高核酸扩增效率，人们发明了等温扩增技术，如Walker GT在1992年报道的链置换扩增(Strand displacement amplification，SDA)技术、Liu D在1996年报道的滚环扩增(Rolling circle amplification，RCA)技术、TsugunoriNotomi在2000 年报道的环介导等温扩增(Loop-mediated isothermal amplification，LAMP)技术、Lutz Sascha在2010年报道的重组酶聚合酶扩增(Recombinase Polymerase Amplification，RPA)等。等温扩增全程保持在固定温度下，无需高温变性和低温退火，扩增速度非常快，在短时间内可以将靶核酸复制到10⁹～10¹⁰个拷贝。等温扩增的时间利用率达到100％，具有更高的核酸扩增效率。

不论是变温扩增还是等温扩增技术，目前均主要采用荧光标记的方法进行实时检测，荧光检测需要加入荧光标记物，荧光标记物的加入会影响生物反应活性，产生荧光衰减淬灭不稳定等问题。而且一些生物反应中的试剂会和荧光标记物发生反应，无法采用荧光标记的方法进行检测。荧光检测中载体是96或384孔板的Tube管，每个指标分析都需要25μL的反应体积的试剂，对于样本量比较少的生物反应并不适用。荧光检测实际灵敏度在10³个核酸拷贝以上，其仪器价格昂贵、样品试剂消耗量大且检测成本高，不利于进行多指标联合的低成本精准医学分析检测应用。另外，也有少量核酸扩增仪器采用浊度测量方法进行检测，但其检测灵敏度不高，检测结果不如荧光检测仪准确，只能用于对实验精度要求不高的场合，例如终点定性分析。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种光纤传感微流控芯片核酸扩增原位实时检测系统和方法，其采用白光干涉高光谱方法检测核酸扩增信息，检测未被荧光标记的待测物，很好地解决了荧光标记检测方法存在影响生物反应活性，以及荧光衰减淬灭不稳定等问题。