一种随机访问式数字核酸检测装置及使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种随机访问式数字核酸检测装置及使用方法，涉及数字核酸检测仪器领域，包括高通量加热模块、低通量光学检测模块和微流控芯片；高通量加热模块包括多个温度控制单元和多个加热槽，低通量光学检测模块包括相机、光源、镜筒和荧光检测槽；多个温度控制单元可独立或同时控制温度和时间；多个加热槽可通过随机访问方式同时处理多个扩增反应。该发明专利技术具备较高的检测通量和仪器使用效率。

【技术实现步骤摘要】
一种随机访问式数字核酸检测装置及使用方法
本专利技术涉及数字核酸检测仪器领域，尤其涉及一种随机访问式数字核酸检测装置及其使用方法。
技术介绍
快速准确的定量核酸检测对生物学研究和医学疾病诊断具有非常重要的意义。例如对病人血液中的艾滋病病毒载量的定量分析可以用来判断疾病进展的状态，是否收到控制以及治疗方案是否有效。通常的核酸定量方法是通过实时荧光定量聚合酶链反应(quantitativereal-timePolymeraseChainReaction)技术或称为qPCR技术。首先核酸(例如DNA或者RNA)可以通过不同的方法从样品(例如细胞、血液、植物样本等)提取和纯化。qPCR体系中包含核酸聚合酶(polymerase)、脱氧核苷三磷酸(Deoxynucleosidetriphosphate(dNTP))、扩增序列特异性的一对扩增引物(primer)、检测的荧光探针、被扩增样品以及其相关试剂例如缓冲液、反应助剂。qPCR需要通过热循环实现对目标基因序列(或片段)的扩增。其通常包含至少两个反应温度。通常为高温例如95摄氏度对核酸进行变性(denaturing)；低温例如55摄氏度进行退火反应(annealing)使引物和被扩增样品进行特异性结合和链合成反应(extensionreaction)。qPCR也可以通过三个反应温度，高温例如95摄氏度对核酸进行变性(denaturing)；低温例如55摄氏度进行退火反应(annealing)使引物和被扩增样品进行特异性结合，中等温度例如72摄氏度进行链合成反应(extensionreaction)。PCR反应通常循环经过这几个不同的温度(例如35-40个循环)，实现对目标基因的扩增。具体温度规则的选择取决于具体的反应体系和反应要求。在PCR每个循环过后，其中的荧光强度会有所增强。这其中荧光探针的原理主要有两大类：嵌入染料(intercalatingdye)例如SYBRGreen，在PCR扩增过程中将荧光插入物非特异性的插入DNA中，因此荧光强度增强，可以实时进行测量。另外一类是水解探针(hydrolysisprobe)，其可以与特定的核酸序列结合，在反应过程中被酶切断从而可以进行荧光检测。在qPCR中，荧光的强度与核酸的浓度有正相关性。所以通过在每一个扩增循环检测反应体系的荧光强度，可以测量反应的动力学，并通过与一系列标准曲线的对比，得到初始反应体系中的目标核酸浓度。qPCR是一种相对定量的方法，需要标准曲线，对反应环境(例如温度准确性)的要求较高。数字基因扩增(digitalnucleicacidamplification)，例如数字PCR(digitalPCR)和数字恒温基因扩增(digitalisothermalamplification),通过将反应溶液分散到大量的反应单元中，使得每个反应单元包含单个目标基因或者不包含目标基因。通过进行基因扩增反应，可以检测到反应单元中的荧光信号强度变化。包含目标基因的反应单元会相对于不包含目标基因的反应单元有显著的荧光信号增强。通过有荧光信号增强反应单元的数量，参照总反应单元的数量以及反应单元的体积，可以准确的对初始反应体系内的目标分子进行定量。微流控芯片为数字PCR提供了理想的技术平台，根据对样本的划分方式的不同，基于微流控技术的数字PCR主要有两种形式：基于微孔板的形式和液滴的形式。目前已有多种成熟的商业化的数字PCR仪器，已经应用于稀有突变检测和基因表达分析等多个领域。灵敏度可达到单分子水平，可实现5个数量级左右的线形动态范围。QuantStudio3D数字PCR系统采用微孔阵列芯片技术对样品进行均匀的分隔，每个芯片有20000个0.86nl的反应单元。将样品通过自动加样仪加载到数字PCR芯片上后，对芯片执行热循环，热循环仪可同时运行24个芯片，扩增后，QuantStudio3D阅读仪可读取并分析两个通道的荧光信号。基于微液滴技术的数字PCR系统主要有Bio-Rad公司的QX200微滴式数字PCR系统和Stillatechnologies公司的Naica数字PCR系统。QX200微滴式数字PCR系统采用油包水微滴生成技术，液滴生成卡可同时处理8个样本，将每个样本划分成成20000个0.91nl的液滴。Naica数字PCR系统采用气流吹泡的方式生成液滴，可生成25000个0.43nl的液滴，每个芯片可处理4个样品。恒温扩增不需要热循环，在恒定温度就可以完成基因扩增反应。例如环介导等温扩增(loopmediatedisothermalamplification(LAMP))是通过使用六条引物，在恒温条件下进行的自循环链置换反应，可在1小时内合成大量扩增产物(>109拷贝)。相比于PCR技术，恒温扩增有以下优点：1)反应时间短且不需要精细的温度控制，降低了所需仪器的复杂性。2)具有很好的反应特异性。3)具有更好的抑制剂抵抗力。由于这些优点，恒温扩增反应在近些年得到了广泛的关注并已应用于细菌和病毒的定量检测。数字基因检测可以对目标基因进行精准的绝对定量分析，但其通量通常受到仪器的限制。数字基因检测仪器系统通常包含至少两个模块：温度控制模块和荧光检测模块。温度控制模块控制反应的温度，实现基因扩增；荧光检测模块检测反应体系的荧光变化。在现有技术中，反应一旦开始，加热模块在反应的全程将被占据。加热模块无法在反应结束前再接纳其他反应。而荧光检测模块所需要的工作时间很短，在加热模块被占用的时间段里，荧光检测模块处于空闲状态。这就限制了一个仪器在特定的时间内只能服务于一个或一套反应。这极大的限制了检测的通量和仪器的使用效率。因此，本领域的技术人员致力于开发一种随机访问式数字核酸检测装置，以提高检测的通量和仪器的使用效率。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提高检测通量和仪器使用效率。为实现上述目的，本专利技术提供了一种随机访问式数字核酸检测装置。包括高通量加热模块、低通量光学检测模块和微流控芯片；所述高通量加热模块包括多个温度控制单元和多个加热槽，所述低通量光学检测装置包括相机、光源、镜筒和荧光检测槽；多个所述温度控制单元可独立控制温度和时间；多个所述加热槽可通过随机访问方式同时处理多个扩增反应。进一步地，所述加热槽的数量超过所述荧光检测槽的数量。进一步地，所述加热槽可以进行随机访问式加热反应，不需要等待所有的反应在同一时间开始。进一步地，所述加热槽可以同时放入多个所述微流控芯片。进一步地，所述加热槽的加热方式为电加热、液体加热、气体加热或者光学加热中的一种。进一步地，所述高通量加热模块和所述低通量光学检测模块之间的所述微流控芯片的传输方式为手动或者自动方式。进一步地，所述加热槽的插入方向为水平方向或竖直方向或成一定角度。进一步地，所述微流控芯片可以是恒温滑动式，通过两层的相对位置变化生成和控制大量的微液滴。进一步地，所述加热槽可以独立对所述微流控芯片进行温度控制，开始反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种随机访问式数字核酸检测装置，其特征在于，包括高通量加热模块、低通量光学检测模块和微流控芯片；所述高通量加热模块包括多个温度控制单元和多个加热槽，所述低通量光学检测模块包括相机、光源、镜筒和荧光检测槽；多个所述温度控制单元可独立控制温度和时间；多个所述加热槽可通过随机访问方式同时处理多个扩增反应。/n

【技术特征摘要】
1.一种随机访问式数字核酸检测装置，其特征在于，包括高通量加热模块、低通量光学检测模块和微流控芯片；所述高通量加热模块包括多个温度控制单元和多个加热槽，所述低通量光学检测模块包括相机、光源、镜筒和荧光检测槽；多个所述温度控制单元可独立控制温度和时间；多个所述加热槽可通过随机访问方式同时处理多个扩增反应。


2.如权利要求1所述的随机访问式数字核酸检测装置，其特征在于，所述加热槽的数量超过所述荧光检测槽的数量。


3.如权利要求2所述的随机访问式数字核酸检测装置，其特征在于，所述加热槽可以进行随机访问式加热反应，不需要等待所有的反应在同一时间开始。


4.如权利要求3所述的随机访问式数字核酸检测装置，其特征在于，所述加热槽可以同时放入多个所述微流控芯片。


5.如权利要求4所述的随机访问式数字核酸检测装置，其特征在于，所述加热槽的加热方式为电加热、液体加热、气体加热或者光学加热中的一种。


6.如权利要求5所述的随机访问式数字核酸检测装置，其特征在于，所述高通量加...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈峰，徐磊，吕蔚元，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31