CN106434280A - 一种在微流控芯片内进行核酸扩增的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及核酸扩增技术领域，具体涉及一种在微流控芯片内进行核酸扩增的装置。其中，在微流控芯片内进行核酸扩增的装置，包括：微流控芯片、步进电机、转盘和温控器，所述转盘与所述步进电机的输出轴连接，所述装置还包括固定在所述转盘上的环形温控槽，所述环形温控槽包括第一温区、第二温区和第三温区，每个温区内设有加热件和温度探头，所述加热件和所述温度探头与所述温控器连接，所述微流控芯片的微通道入口端***所述环形温控槽。本发明提升了核酸扩增效率。

Description

一种在微流控芯片内进行核酸扩增的装置
技术领域
本发明涉及核酸扩增技术领域，具体涉及一种在微流控芯片内进行核酸扩增的装置。
背景技术
聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction，简称为PCR)是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术，它可看作是生物体外的特殊DNA复制，PCR的最大特点，是能将微量的DNA大幅增加。目前，用于进行聚合酶链式反应的设备叫做PCR仪。目前，市面上的PCR仪种类繁多，主要分为普通的PCR仪、梯度PCR仪、原位PCR仪、实时荧光定量PCR仪等。
PCR由变性--退火--延伸三个基本反应步骤构成，PCR仪就是通过控制样品达到不同温度，对被扩增的DNA片段进行变性、退火和聚合处理，以达到将DNA片段的量成倍扩增的目的。因此，温度控制的精度，尤其是各个温度值的时间控制，直接影响DNA片段扩增的效率。
微流控芯片技术(Microfluidics)是把生物、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一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。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。
在微流控芯片上进行PCR扩增，能够有效降低热容量、缩短扩增所需时间、降低样品和试剂消耗。目前已经存在相关的技术，如公开号为CN102154261A的专利文献公开了一种在微流控芯片内进行核酸扩增的装置，并具体公开了该装置设有微流控芯片、步进电机、转盘、温控器和均布在转盘同一半径圆周上的至少2个试管；转盘与步进电机输出轴连接，各试管固于转盘上，各试管内均设有加热件和温度探头，温控器设于试管外部，加热件和温度探头均与温控器连接，微流控芯片的微通道入口端***试管中。可采用所述装置在微流控芯片内进行核酸扩增。
然而，在上述方案中，微流控芯片的微通道入口内的PCR反应溶液在试管内受热的时间受到步进电机转速的影响，并且在一个试管内受热之后，转至下一个试管的过程中，PCR反应溶液的温度会发生变化，这将影响核酸扩增的效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于现有技术中由于在不同温度的受热时间和在不同温度之间切换过程温度变化导致核酸扩增效率低，从而提供一种在微流控芯片内进行核酸扩增的装置。
本发明的一方面，提供了一种在微流控芯片内进行核酸扩增的装置，包括：微流控芯片、步进电机、转盘和温控器，所述转盘与所述步进电机的输出轴连接，所述装置还包括固定在所述转盘上的环形温控槽，所述环形温控槽包括第一温区、第二温区和第三温区，每个温区内设有加热件和温度探头，所述加热件和所述温度探头与所述温控器连接，所述微流控芯片的微通道入口端***所述环形温控槽。
可选地，所述第一温区、所述第二温区和所述第三温区相互隔离。
可选地，所述第一温区、所述第二温区和所述第三温区中各温区之间设置有绝热层。
可选地，每个温区内均填充有传热液体。
可选地，所述传热液体为水。
可选地，每个温区的温控槽构成一个密闭的内腔，所述传热液体置于所述内腔中。
可选地，所述微流控芯片包括第一微流控芯片、第二微流控芯片和第三微流控芯片，所述第一微流控芯片、所述第二微流控芯片和所述第三微流控芯片的微通道入口端在同一时刻分别***不同的温区。
可选地，所述微通道为玻璃微通道、石英微通道、硅微通道或高聚物微通道。
可选地，所述微流控芯片的微通道入口处填充有有机相。
可选地，所述有机相为醇、酯或矿物油。
根据本发明实施例，通过在转盘上设置环形温控槽，步进电机在转动的过程中，带动转盘上的环形温控槽转动，微流控芯片的微通道入口端在其转动一周过程中分别经过三个温区。每旋转一周，完成一次PCR循环，步进电机旋转的过程中，PCR反应液滴依旧在相应的温区中，并且不同温度之间平滑切换，微流控芯片的微通道入口端的PCR液滴无需暴露在外面，核酸扩增的效率相对于现有技术得到了提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中在微流控芯片内进行核酸扩增的装置的一个具体示例的示意图；
图2为本发明实施例1中环形温控槽的一个具体示例的原理框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种在微流控芯片内进行核酸扩增的装置，如图1所示，包括：微流控芯片10、步进电机20、转盘30和温控器40，转盘30与步进电机20的输出轴连接，还包括固定在转盘30上的环形温控槽50，如图2所示，环形温控槽50包括第一温区501、第二温区502和第三温区503，每个温区内设有加热件和温度探头(图中未示出)，加热件和温度探头与温控器40连接，微流控芯片10的微通道入口端***环形温控槽50。
本实施例中，第一温区501、第二温区502和第三温区503可以分别设置三种不同的温度，分别用于控制PCR的三个步骤所需的温度(如93℃、52℃和72℃)。各自的温度可由温控器40来控制，由加热件实现加热，温度探头实现温度反馈，进而实现温度闭环控制。
PCR反应液滴在微流控芯片10的微通道入口端，步进电机20在转动的过程中，带动转盘30上的环形温控槽50转动，微流控芯片10的微通道入口端在其旋转一周的过程中依次经过三个温区。每旋转一周，完成一次PCR循环，步进电机20旋转的过程中，PCR反应液滴依旧在相应的温区中，并且不同温度之间平滑切换，微流控芯片10的微通道入口端的PCR液滴无需暴露在外面，核酸扩增的效率相对于现有技术得到提升。
可选地，本实施例中第一温区、第二温区和第三温区相互隔离。具体地，第一温区、第二温区和第三温区中各温区之间设置有绝热层，从而避免不同温区之间的温度干扰。
可选地，每个温区内均填充有传热液体。加热件加热传热液体，由传热液体实现温度保持，并向PCR反应液滴传热。由于水的比热容比较大，本实施例优选水作为传热液体。
本实施例中，每个温区的温控槽构成一个密闭的内腔，上述传热液体置于内腔中。密闭的内腔使得传热液体封闭在腔内，避免传热液体漏出。
需要说明的是，上述实施例中的环形温控槽50可以包括更多的温区，也即是第一温区可以有多个，第二温区有多个，第三温区有多个，其中，一个第一温区、一个第二温区和一个第三温区构成一组，各组内的温区相邻设置，这样，是的步进电机每旋转一周，完成次PCR循环，进一步提高核酸扩增的效率。
图1所示的装置包含一个微流控芯片，这种情况下，当微流控芯片处于一个温区内时，其它温区实际上没有起到相应的作用，本实施例中微流控芯片包括第一微流控芯片、第二微流控芯片和第三微流控芯片，第一微流控芯片、第二微流控芯片和第三微流控芯片的微通道入口端在同一时刻分别***不同的温区。这样，不同微流控芯片分别处于不同的温区，当步进电机旋转一周时，每个微流控芯片的微通道入口端的PCR反应液滴均完成至少一次PCR循环，充分利用各温区。
可选地，本实施例的微通道为玻璃微通道、石英微通道、硅微通道或高聚物微通道等，所述高聚物可为聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯等可用于制作微流控芯片的高聚物。
可选地，微流控芯片的微通道入口处填充有有机相。所述有机相为与水不互溶或部分互溶的有机溶液，可为醇、酯或矿物油等。所述醇可为丁醇或己醇等，所述酯可为乙酸乙酯或甘油三乙酸酯等。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种在微流控芯片内进行核酸扩增的装置，包括：微流控芯片、步进电机、转盘和温控器，所述转盘与所述步进电机的输出轴连接，其特征在于，所述装置还包括固定在所述转盘上的环形温控槽，所述环形温控槽包括第一温区、第二温区和第三温区，每个温区内设有加热件和温度探头，所述加热件和所述温度探头与所述温控器连接，所述微流控芯片的微通道入口端***所述环形温控槽。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一温区、所述第二温区和所述第三温区相互隔离。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一温区、所述第二温区和所述第三温区中各温区之间设置有绝热层。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个温区内均填充有传热液体。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述传热液体为水。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，每个温区的温控槽构成一个密闭的内腔，所述传热液体置于所述内腔中。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述微流控芯片包括第一微流控芯片、第二微流控芯片和第三微流控芯片，所述第一微流控芯片、所述第二微流控芯片和所述第三微流控芯片的微通道入口端在同一时刻分别***不同的温区。
8.根据权利要求1至7任一项所述的装置，其特征在于，所述微通道为玻璃微通道、石英微通道、硅微通道或高聚物微通道。
9.根据权利要求1至7任一项所述的装置，其特征在于，所述微流控芯片的微通道入口处填充有有机相。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述有机相为醇、酯或矿物油。
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