[实用新型]快速实现数字PCR反应的微流控芯片组件及其集成设备

说明书

本实用新型提供了一种快速实现数字PCR反应的微流控芯片组件及其集成设备，所述微流控芯片组件包括至少一个微流控芯片、设置于微流控芯片下方的散热器、设置于微流控芯片上方的加热器，所述散热器与所述微流控芯片之间设置有半导体制冷器及设置于半导体制冷器上方的导热板，所述微流控芯片底部键合有薄膜层，所述薄膜层与所述导热板抵接。本实用新型实现了液滴产生及PCR反应在同一微流控芯片上，避免了现有技术中液滴生成后的转移，通过键合薄膜层，减小了加热对象的热容，从而实现快速升降温。

技术领域

本实用新型属于高通量的分析系统技术领域，尤其涉及一种快速实现PCR反应，尤其是应用于数字PCR的微流控芯片组件及应用该组件的集成设备。

背景技术

微流控是一种精确控制和操控微尺度流体的技术，它拥有容量小（纳升，皮升，飞升级别）以及低能量消耗的特性。人们运用微流控技术把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到由微流控管道为基本结构的微流控芯片上，实现了快速样品处理及检测、试剂和样品使用量少等优点。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。

数字PCR，一种基于单分子PCR方法来进行计数的核酸定量，是一种绝对定量的方法。其原理是通过微流控或微滴化方法，将大量稀释后的核酸溶液分散至芯片的微反应器或微滴中，每个反应器的核酸模板数少于或等于1个。经过PCR循环之后，有一个核酸分子模板的反应器或微液滴就会给出荧光信号，没有模板的反应器或微液滴就没有荧光信号。根据相对比例和反应器的体积，推算出原始溶液的核酸浓度。

现有数字PCR的实现一般采用Bio-Rad的数字PCR系统。在他们的系统中，用户将生成的液滴用移液器移至PCR反应试管中，然后将试管放入PCR热循环仪中进行PCR反应，待反应完毕后用户将PCR 管取出放入液滴荧光检测仪中进行液滴荧光的检测。其检测的原理是将液滴和油打入一个毛细管中，液滴单个的通过检测位置，通过仪器对液滴有无荧光进行读取。但该系统有以下缺点：1）用户在系统产生完液滴后需要进行人工地将液滴转移到96孔板中才能进行下一步PCR反应，这样会造成液滴的损失或者破裂；2）由于传热速率的限制（试管内样品量较厚，加热从试管外侧开始），PCR在试管中进行反应速度较慢，所以整个PCR过程时间长，一般需要150分钟。

PCR由变性--退火--延伸三个基本反应步骤构成，并进行这三个基本反应的循环。由于这三个反应是在不同温度下进行的，控制这三个反应的温度的准确性以及实现这三个温度的速度对PCR反应的质量和速度至关重要。因此PCR仪器的发展和如何控制温度循环紧密联系在一起。早期的PCR扩增仪通过设置不同的恒温水浴或金属温度并将需要扩增的DNA样品通过机械手移位的方法来进行样品温度的变化。但该仪器体积大，接近于手工操作。如果采用变温水浴或变温金属来改变温度，虽可以省去机械手来移动样品的装置，但这样的仪器改变温度的速度还是很慢。随着半导体行业的快速发展，目前市场上先进的PCR仪器都会采用半导体加热制冷装置来改变温度的方式，比如赛默飞的QuantStudio, 伯乐的CFXqPCR系列等。但现有的仪器都是针对高通量设计的，达到的最快升降温速率在4C/s左右。因为高通量的设置为同时处理很多样品，样品通常放在96或384孔板内，需要控温的面积大，所以需要升降温的样品对象热容量很高（需要同时对存放样品的96或384孔板进行升降温），很难实现快速的升降温。目前市场上没有一款针对微流控芯片专门设计的PCR仪器。

实用新型内容

为了解决现有技术的不足，本实用新型提供了一种快速实现数字PCR反应的微流控芯片组件及应用该组件的集成设备。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种快速实现数字PCR反应的微流控芯片组件，包括至少一个微流控芯片、设置于微流控芯片下方的散热器，所述散热器与所述微流控芯片之间设置有半导体制冷器及设置于半导体制冷器上方的导热板，所述微流控芯片底部键合有薄膜层，所述薄膜层与所述导热板抵接。