一种实现PCR的微流控芯片由集成了微阀的PDMS材料键合封接而成，包括上层的气体控制通道、中间层的PDMS薄膜和下层的微流体通道；实时PCR的病毒快速检测装置包括微流控芯片、温度控制单元、信号探测单元和数据处理及控制单元。本发明专利技术设计了集成微阀的用于病毒检测的三层PDMS结构的微流控芯片及实时荧光PCR检测装置，与传统方法相比，具有进样时间短、样品用量少、检测速度快、操作简便和集成化等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种实现聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction，PCR)的微流控芯片及实时PCR的病毒快速检测装置。
技术介绍
自1990年提出微全分析系统概念以来，微流控芯片技术在化学、生命科学、环境科学和食品科学等领域开辟了广阔的发展空间。微流控芯片技术以微流体控制技术为基础，引导分析仪器向小型化、集成化、自动化、高通量快速定量分析方向发展，为生化环境样品的实时检测、现场分析提供了一种可能的策略，其在医疗诊断与农业养殖系统疫情监测方面具有广阔的市场前景。聚合酶链反应(Polymease Chain Reaction, PCR)又称无细胞分子克隆或特异性 DNA序列体外引物定向酶促扩增技术，是体外酶促合成特异DNA片段的一种方法，由高温变性、低温退火及适温延伸等几步反应组成一个周期，循环进行，使目的DNA得以迅速扩增， 具有特异性强、灵敏度高、操作简便、省时等特点。它不仅可用于基因分离、克隆和核酸序列分析等基础研究，还可用于疾病的诊断、动物病毒与疫情快速检测或任何有DNA、RNA的地方。在临床医学和动物疫情监测系统中，PCR被用于鉴别遗传疾病和快速检测病毒、病菌感染。用传统的方法，要检测病毒、病菌的感染需要把病原体培养数周才能鉴定，而采用本专利技术成果，可以快速判断人体与动物细胞(比如血液细胞)中是否存在病毒、病菌的DNA而确诊。实时PCR(real-time PCR)，属于定量PCR^j-PCR)的一种，以一定时间内DNA的增幅量为基础进行DNA的定量分析。实时PCR定量使用荧光色素，目前有二种方法。一种是在DNA中插入特异的荧光色素；另一种使用能与增幅DNA序列中特定寡核酸序列相结合的一种荧光探针。Real time PCR与Reverse Transcription PCR相结合，能用微量的RNA来找出特定时间、细胞、组织内的特别表达的遗传基因。这两种RT-PCR的组合被称之为“定量 RT-PCR(quantitative RT-PCR)。由于该技术不仅实现了 PCR从定性到定量的飞跃，而且与常规PCR相比，具有特异性更强、有效解决PCR污染、自动化程度高等特点。实时定量PCR 是指在PCR指数扩增期间通过连续监测荧光信号强弱的变化来即时测定特异性产物的量， 并据此推断目的基因的初始量，不需要取出PCR产物进行分离。目前实时定量PCR作为一个极有效的实验方法，已被广泛地应用于分子生物学研究的各个领域。TaqMan探针是在PCR扩增时在加入一对引物的同时加入一个特异性的荧光探针， 该探针为一寡核苷酸，两端分别标记一个报告荧光基团和一个淬灭荧光基团。探针完整时， 报告基团发射的荧光信号被淬灭基团吸收；PCR扩增时，Taq酶的5’ _3’外切酶活性将探针酶切降解，使报告荧光基团和淬灭荧光基团分离，从而荧光检测系统可接收到荧光信号，即每扩增一条DNA链，就有一个荧光分子形成，可实现荧光信号的累积与PCR产物形成完全同步。传统的PCR扩增仪存在着热容量大、加热和冷却速度慢、样品消耗量高等缺点。通常完成一次扩增过程需要花费数个小时，而且对于反应物的需求量大。随着MEMS和微流控芯片技术的发展，基于微流控芯片和实时PCR的病毒快速检测装置具有热容量低、扩增速度快、样品消耗量小、制作成本低、可抛弃和实时检测扩增产物等优点。
技术实现思路
本专利技术技术解决问题克服现有技术的不足，提供一种实现PCR的微流控芯片及实时PCR的病毒快速检测装置，可以在微流控环境下进行小样本量快速、准确检测，减少 PCR试剂用量和缩短实现一次PCR扩增所需温度循环的时间，并对PCR扩增产物进行实时检测。本专利技术的技术解决方案如下一种实现PCR的微流控芯片，其特征在于所述微流控芯片由集成了微阀的三层聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)材料键合封接而成，包括上层的气体控制通道，中间层的PDMS薄膜，下层的微流体通道；其中上层气体控制通道由四个微阀组成，其中两个微阀分别位于与反应腔对应的上层气体控制通道中的两端，另两个微阀与一端的一个微阀平行，所述三个平行的微阀组成一个微泵；每个微阀均由阀座和微阀气路通道组成，阀座与微阀气路通道之间垂直相连；当外界气体通过阀座进入微阀气路通道后，挤压中间层的PDMS薄膜，中间层的PDMS薄膜突起堵塞下层微流体通道，通过控制气体的压力，可以控制四个微阀的开启和关闭，微泵中的三个平行的微阀依次开启和关闭，可以驱动下层微流体通道中的流体；下层的微流体通道包括两个样品注入通道、微混合通道、PCR反应腔和废液排出通道；所述的两个样品注入通道分别用来注入样品和PCR反应液；所述的微混合通道用来对注入通道加入的样品和PCR反应液进行充分混合，以利于进行PCR反应；所述的PCR反应腔用来存储PCR反应液，完成PCR反应后，所述的废液排出通道用来排出PCR反应结束后的废液。 实验时，将PCR反应试剂和待扩增DNA样品分别从两个样品注入通道注入，在数据处理及控制单元的控制下，上层气体控制通道中的三个平行的微阀依次开启和关闭，驱动 PCR反应液和待扩增DNA样品分别通过两个样品注入通道进入微混合通道，在微混合通道中进行充分混合，流入PCR反应腔，此时关闭两端的两个微阀，使PCR反应液在温度控制单元的控制下完成PCR反应，反应完成后，打开两个微阀，开启微泵，将反应液从废液排出通道排出。一种实时PCR的病毒快速检测装置，包括微流控芯片、温度控制单元、信号探测单元和数据处理及控制单元，其中所述温度控制单元由半导体温控片和温度传感器组成，半导体温控片用来改变 PCR反应腔的温度，温度传感器用于检测PCR反应腔的温度并将温度转换为电信号，通过预先存储在数据处理及控制单元中的电信号和温度之间的相互关系，来确定PCR反应腔的温度并对半导体温控片进行反馈控制，可以实现高精度的温度控制；所述信号探测单元由激发光源、光学传输单元和光电探测器组成；激发光源发出的激发光照射PCR反应腔中PCR反应液的荧光染料或荧光探针，使荧光染料或荧光探针受激发产生荧光；光学传输单元用来传输激发光和收集样品的荧光；所述光电探测器用来探测荧光信号，并将光信号转换成电信号传输到数据处理及控制单元进行处理；所述数据处理及控制单元实现对温度控制单元和信号探测单元数据的采集、处理、存储和显示；数据处理及控制单元首先向温度控制单元发出命令，使半导体温控片对 PCR反应腔中的PCR反应试剂进行加热，温度传感器实时测量PCR反应腔中的PCR反应试剂的温度；当达到设定值时，数据处理及控制单元发出命令停止加热，从而实现高精度温度控制；当一次PCR扩增循环完成后，数据处理及控制单元向信号探测单元发出命令，打开激发光源，照射PCR反应腔，产生的荧光传输到光电探测器，经光电探测器转换成电信号传送到数据处理及控制单元进行处理和保存。本专利技术中只要能发出特定波长的激发光，激发光源可以是氙灯或发光二极管等光源。光学传输单元可以是自由空间或光波导，如光纤，采用全光纤传输结构可以大大减小探测系统体积，易于集成。光电探测器可以是光电倍增管、光电二极管、电荷耦合器件 (Charge-coupled Device, CCD)等。本专利技术与现有技术相比的优点本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种实现ＰＣＲ的微流控芯片，其特征在于：所述微流控芯片（１）由集成了微阀的ＰＤＭＳ材料键合封接而成，包括上层的气体控制通道（１１），中间层的ＰＤＭＳ薄膜（１２），下层的微流体通道（１３）；其中：上层气体控制通道（１１）由四个微阀（１４１、１４２、１４３、１４４）组成，其中两个微阀（１４１、１４２）分别位于与反应腔（１３４）对应的上层气体控制通道（１１）中的两端，另两个微阀（１４３、１４４）与一端的一个微阀（１４２）平行，所述三个平行的微阀（１４２、１４３、１４４）组成一个微泵（１５）；每个微阀均由阀座（１１１）、微阀气路通道（１１２）组成，阀座（１１１）与微阀气路通道（１１２）之间垂直相连；当外界气体通过阀座（１１１）进入微阀气路通道（１１２）后，挤压中间层的ＰＤＭＳ薄膜（１２），中间层的ＰＤＭＳ薄膜（１２）突起堵塞下层微流体通道（１３），通过控制气体的压力，可以控制四个微阀（１４１、１４２、１４３、１４４）的开启和关闭，微泵（１５）中的三个平行的微阀（１４２、１４３、１４４）依次开启和关闭，可以驱动下层微流体通道（１３）中的流体；下层的微流体通道（１３）包括两个样品注入通道（１３１、１３２）、微混合通道（１３３）、ＰＣＲ反应腔（１３４）和废液排出通道（１３５）；所述两个样品注入通道（１３１、１３２）分别用来注入样品和ＰＣＲ反应液；所述的微混合通道（１３３）用来对注入通道加入的样品和ＰＣＲ反应液进行充分混合，以利于进行ＰＣＲ反应；所述的ＰＣＲ反应腔（１３４）用来存储ＰＣＲ反应液，完成ＰＣＲ反应后，所述的废液排出通道（３５）用来排出ＰＣＲ反应结束后的废液。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱灵，刘勇，张龙，张弓，王贻坤，李志刚，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：34
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