CN114480597A - 一种基于数字pcr的微滴检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字PCR的微滴检测方法及装置，其中方法包括：控制进样针对样本微滴试管进行下针操作，并检测进样针是否到达预设位置；当进样针到达预设位置时对样本微滴进行采样；通过流速差所形成的负压，将采样的样本微滴通过管道传输至检测芯片并进行检测。当进样针处于预设位置时再进行采样保证进样针与试管处于合适的距离，可以避免直接采样时进样针距离试管底部位置过高或过低，从而导致样本微滴采样困难或残留过多的情况出现。通过流速差所形成的负压可以将样本微滴直接吸至检测芯片而无需经过管道中的其他元件，保证样本微滴的完整性。通过气泡传感器监测样本微滴位置并实时调整检测时间，进一步提高检测的准确性和稳定性。

Description

一种基于数字PCR的微滴检测方法及装置

技术领域

本发明涉及微滴检测技术领域，特别是涉及一种基于数字PCR的微滴检测方法及装置。

背景技术

微流控液滴技术是在微流控基础上发展起来的一种全新的控制微小体积液体的技术。该技术生成的液滴为纳升甚至皮升体积的微反应单元，己经应用于蛋白质结晶、细胞分析、快速酶反应动力学研究、数字PCR(Polymerase Chain Reaction，聚合酶链式反应)及基因测序等领域。微流控液滴平台能够快速稳定的产生大小均匀的液滴，与传统的微孔板法相比，微流控液滴技术的筛选通量可以提高1000倍，因此，微流控液滴技术有巨大的潜力成为下一代的超高通量筛选平台。

数字PCR是最新的定量技术，其基于单分子PCR方法来进行计数的核酸定量，是一种绝对定量的方法。主要采用当前分析化学热门研究领域的微流控芯片法或微滴法，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者等于1个。这样经过PCR循环之后，有核酸分子模板的反应器就会给出荧光信号，没有模板的反应器就没有荧光信号。根据相对比例和反应器的体积，就可以推算出原始溶液的核酸浓度。

在对微滴进行检测时，先需要进样***将微滴样本抽取至检测区域，再通过光学检测设备对检测区域上的微滴样本进行检测；传统进样***因为进样针到样本试管之间的高度存在波动，如果走固定的距离，会造成进样针和试管贴得太近无法吸样，或进样针和试管距离较大造成过多残留。进样管路上通常设有控制通断和转换方向的切换阀，会使得微滴在进入检测区域前经过更多的管路路径和管路接驳段，容易对微滴造成巨大的伤害，使得微滴在输送过程中被打碎，混合，或吸样不完全，造成检测困难，结果不精确。由于待检样本的体积存在一定的差异，导致检测时间造成不够或过长。同时因为液路***的复杂性，使得PCR检测仪器存在故障率高，维护困难等问题。

发明内容

本发明的目的是：提供一种基于数字PCR的微滴检测方法及装置，提高微滴检测的准确性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于数字PCR的微滴检测方法，包括：控制进样针对样本微滴试管进行下针操作，并检测进样针是否到达预设位置；

当所述进样针到达所述预设位置时，对所述样本微滴试管中的样本微滴进行采样；

通过流速差所形成的负压，将所述采样的样本微滴通过管道传输至检测芯片，以使所述检测芯片对所述样本微滴进行检测。

进一步的，控制进样针对样本微滴试管进行下针操作，并检测进样针是否到达预设位置，具体为：

控制所述进样针对所述样本微滴试管进行下针操作，并根据压力传感器采集的数据检测所述进样针是否位于所述样本微滴试管底部；其中，所述压力传感器设置在所述进样针的采样臂上；

当所述进样针未到达所述样本微滴试管底部时，控制所述进样针继续下探直至到达所述样本微滴试管底部；

当所述进样针处于所述样本微滴试管底部时，通过所述进样针侧面的进样孔进行吸样；其中，当所述进样针处于所述样本微滴试管底部时，还可以根据预设的抬升参数将所述进样针抬升至预设位置，通过所述进样针底面的进样孔进行吸样。

进一步的，通过流速差所形成的负压，将所述采样的样本微滴通过管道传输至检测芯片，具体为：

第一注射器位于所述检测芯片输入端，控制所述第一注射器将检测油通过管道输入至所述检测芯片；

第二注射器位于所述检测芯片输出端，控制所述第二注射器将所述检测油和所述样本微滴从所述检测芯片输出端抽取出来；

通过所述第一注射器和所述第二注射器之间的流速差形成的负压将所述样本微滴通过管道传输至所述检测芯片。

进一步的，控制进样针对样本微滴试管进行下针操作前，还包括：

在控制所述进样针对所述样本微滴试管进行下针操作前，使用动力元件从所述进样针口注入空气，以使所述样本微滴在传送至检测芯片时可与所述管道中的检测油实现分隔。

进一步的，将所述采样的样本微滴通过管路传输至检测芯片前，还包括：

控制所述采样的样本微滴经过一气泡传感器，以使所述气泡传感器检测所述采样的样本微滴是否传送至所述检测芯片，并实时监控所述采样的样本微滴进样情况；

根据所述气泡传感器对所述采样的样本微滴的监控情况调整所述检测芯片的检测时间。

进一步的，所述第一注射器和所述第二注射器与所述检测芯片之间各设置有一电磁阀；其中，所述电磁阀用于控制液路的通断状态和所述管道的方向转换。

进一步的，所述检测芯片的结构，具体为：

所述检测芯片包括螺纹接头和管路；其中，所述管路的边缘为翻边结构；

所述检测芯片的管路通过螺纹接头与所述检测芯片连接；

所述螺纹接头将所述翻边结构压紧到所述检测芯片。

进一步的，本发明实施例还提供了一种基于数字PCR的微滴检测装置，包括：控制模块、采样模块和检测模块；

所述控制模块用于控制进样针对样本微滴试管进行下针操作，并检测进样针是否到达预设位置；

所述采样模块用于当所述进样针到达所述预设位置时，对所述样本微滴试管中的样本微滴进行采样；

所述检测模块用于通过流速差所形成的负压，将所述采样的样本微滴通过管道传输至检测芯片，以使所述检测芯片对所述样本微滴进行检测。

进一步的，所述控制模块控制进样针对样本微滴试管进行下针操作，并检测进样针是否到达预设位置，具体为：

所述控制模块控制所述进样针对所述样本微滴试管进行下针操作，并根据压力传感器采集的数据检测所述进样针是否位于所述样本微滴试管底部；其中，所述压力传感器设置在所述进样针的采样臂上；

当所述进样针未到达所述样本微滴试管底部时，控制所述进样针继续下探直至到达所述样本微滴试管底部；

当所述进样针处于所述样本微滴试管底部时，通过所述进样针侧面的进样孔进行吸样；其中，当所述进样针处于所述样本微滴试管底部时，还可以根据预设的抬升参数将所述进样针抬升至预设位置，再通过所述进样针底面的进样孔进行吸样。进一步的，所述检测模块用于通过流速差所形成的负压，将所述采样的样本微滴通过管道传输至检测芯片，具体为：

第一注射器位于所述检测芯片输入端，控制所述第一注射器将检测油通过管道输入至所述检测芯片；

第二注射器位于所述检测芯片输出端，控制所述第二注射器将所述检测油和所述样本微滴从所述检测芯片输出端抽取出来；

通过所述第一注射器和所述第二注射器之间的流速差形成的负压将所述样本微滴通过管道传输至所述检测芯片。

本发明实施例一种基于数字PCR的微滴检测方法及装置与现有技术相比，其有益效果在于：本发明实施例控制进样针对样本微滴试管进行下针操作，并对进样针在样本微滴试管所处的位置进行检测，当进样针处于预设位置时对样本微滴进行采样，并通过流速差形成的负压将采样的样本微滴传输至检测芯片进行检测。通过对进样针的位置进行检测，当进样针处于预设位置时再进行采样保证进样针与试管的处于合适的距离采取到适量的样本微滴。采样后通过流速差所形成的负压将样本微滴直接吸至检测芯片，保证样本微滴完整的进入检测芯片，能够提高检测的准确性和稳定性。

此外，本发明实施例的检测芯片采用螺纹连接的方法，在成熟的卡套接头密封技术基础上加上了管路翻边的技术，以此来保证管路与芯片的密封性。此方法能够保证由于管路不同批次问题，导致尺寸变小时，仍然能够达到密封效果。与传统粘胶的方式检测芯片安装时需要等待胶水凝固，更换时又必须将和芯片连接的所有管路进行更换，同时需要等待胶水凝固好后再进行仪器的调试相比，操作的简单和便捷性有效提高，且操作要求更低。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种基于数字PCR的微滴检测方法的一种实施例的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种气泡传感器的工作流程示意图；

图3是本发明实施例提供的一种基于数字PCR的微滴检测装置的一种实施例的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种检测芯片的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

实施例1

参见图1，图1是本发明实施例提供的基于数字PCR的微滴检测方法的一种实施例的流程示意图，如图1所示，该方法包括步骤101至步骤103，各项步骤具体如下：

步骤101：控制进样针对样本微滴试管进行下针操作，并检测进样针是否到达预设位置。

在本发明实施例中，在进样针的采样臂上设置一压力传感器，用于检测进样针在样本微滴试管中的位置，当进样针达到样本微滴试管底部时，通过所述进样针侧面的进样孔进行吸样。其中，当所述进样针处于所述样本微滴试管底部时，还可以根据预设的抬升参数将所述进样针抬升至预设位置，再通过所述进样针底面的进样孔进行吸样。

作为本发明实施例的一优选方案，还设置有一移动轴机构与进样针连接，用于将进样针抬升至合适位置。当压力传感器检测到进样针位于样本微滴试管底部时，根据设置好的抬升参数将进样针抬升至距离试管底部的抬升参数距离。抬升参数根据具体的样本微滴试管尺寸、吸取样本微滴量等因素确定。本发明实施例中，移动轴机构控制进样进行下针操作，当压力传感器检测到进样针到达试管底部后，移动轴机构停止向下运动，此时抬升参数为1mm，则运动轴机构再向上抬升1mm，此时进样针距离试管底部1mm。进样针下针吸样的动作中，采用压力传感器先探底，再抬升的方法，保证在试管及放置试管的夹具存在尺寸误差的情况下，针口位置与试管底部的距离可以根据相应的抬升参数进行调整，不会过高也不会过低。

作为本发明实施例的一个优选方案，在进样针进入样本微滴试管进行下针操作前，通过动力元件从进样针针口注入一小段空气。在数字PCR检测中，进样针以及进样针到检测芯片之间的管道就充满了检测油，在下针吸取样本微滴前，使用一注射器对进样针注入一小段空气可以使吸取的样本微滴与管道间的检测油分隔开一段距离。

步骤102：当所述进样针到达所述预设位置时，对所述样本微滴试管中的样本微滴进行采样。

当运动轴根据抬升参数将进样针抬升至距离样本微滴试管底部抬升参数距离处时，即进样针处于预设位置时，通过进样针将样本微滴吸入检测***的液路管道。

步骤103：通过流速差所形成的负压，将所述采样的样本微滴通过管道传输至检测芯片，以使所述检测芯片对所述样本微滴进行检测。

本发明实施例中，在检测芯片的输入端和输出端管道各设置一个注射器，当采样完成后，检测芯片输入端注射器将检测油输入至检测芯片，检测芯片输出端注射器开始将检测芯片中的检测油吸取出来，通过两个注射器之间的流速差形成的负压，将管道中的样本微滴吸入至检测芯片。当样本微滴吸入检测芯片后，光学检测***对样本微滴进行检测，此时输出端注射器将检测芯片中的检测油和检测后的样本微滴抽取出来。

作为本发明实施例的一个优选方案，输入端注射器和输出端注射器与检测芯片之前的管路各设置有一电磁阀，用于控制管道中液路的通断状态以及管道换向。同时本发明实施例中样本微滴不需要经过电磁阀，避免了电磁阀内部存在多处尖角结构，从而对样本微滴造成破坏的风险。考虑到一个完整的液路***需要多个电磁阀实施控制，作为本发明实施例的一个替代方案，可以采用十通阀替代电磁阀。

作为本发明实施例的又一优选方案，在检测芯片输入端前设置有一气泡传感器，用于定位吸样位置。参见图2，图2是本发明实施例提供的一种气泡传感器的工作流程示意图。由于进样针和液路管道中本身就充满检测油，根据液体在管道中流动的特性(管道中心流动速度最大)，部分样本微滴相对于样本主体来说会超前运动，同时也会造成部分样本进入其他管道或者注射器中，导致无法检测该部分的样本微滴，从而影响PCR检测的准确性。使用气泡传感器能够保证样本微滴吸到指定的管道位置，不受样本微滴体积变化的及管道流动特性等影响。当气泡传感器检测到预先注入至进样针的第一段空气时，开始判断样本微滴是否吸管道待检位置，并实时监控样本微滴的进样情况，当样本微滴进样完成后，此时气泡传感器检测到进样针内的空气。即当气泡传感器检测到第二段空气时，提示此时样本微滴已全部进入检测芯片进行检测。通过气泡传感器对样本微滴进样情况的监控还可以适时调整检测时间。若预设检测样本微滴容积≤50微升时，对应检测时间为100秒，当出现样本微滴＞50微升的情况，检测时间已经过了100秒，但此时的样本微滴并没有完全进入检测芯片，所以气泡传感器还未检测到第二段空气，此时移动终端接收到到气泡传感器的检测进度，会发送相应指令延长检测时间，管道中的其他元件继续执行样本微滴检测操作，直至气泡传感器检测到第二段空气，以此来保证样本微滴全部进入检测芯片进行检测。此外，当超过规定值的检测时间后，气泡传感器还未检测到第二段空气时，可作为仪器故障的一个判断标准，对微滴检测装置中的仪器作故障排查，推进微滴检测工作的开展。

本发明实施例提供的一种基于数字PCR的微滴检测方法通过设置移动轴控制进样针对样本微滴试管进行下针操作，并设置压力传感器对进样针在样本微滴试管所处的位置进行检测，根据抬升参数将进样针抬升至距离试管底部合适的位置再进行吸样，可以避免因试管及放置试管的夹具存在尺寸误差时，进样针距离试管底部距离过低或过高，从而造成采样困难或采样过多。吸取样本微滴后，通过检测芯片两端的注射器流速差形成的负压将样本微滴直接吸附至检测芯片进行检测，可以保证样本微滴完整的进入检测芯片，能够提高检测的准确性和稳定性。

实施例2

参见图3，图3是本发明实施例提供的一种基于数字PCR的微滴检测装置的一种实施例的结构示意图，包括：样本微滴1、移动轴机构2、压力传感器3、采样臂4、进样针5、气泡传感器6、检测芯片7、废液瓶8、第一电磁阀9、第二电磁阀10、第一注射器11、第二注射器12和油瓶13。

样本微滴1存放于试管中，当进样针进入样本微滴存放时候前，先用任一动力元件，本发明实施例中用一注射器对进样针针口注入一小段空气，以使进样针进行吸样时，样本微滴不会与进样针中的检测油混合可以分隔开一段距离。注入空气后，通过移动轴机构2控制进样针5进入样本微滴试管，压力传感器3设置在与进样针5连接的采样臂4上，用于检测进样针5在样本微滴试管中的位置，当进样针5位于样本微滴试管底部后，压力传感器3发出提示，此时移动轴机构2停止向下运动，根据后台提供的抬升参数将进样针5抬升至距离样本微滴试管底部抬升参数距离处，即为适合进行采样的预设位置。

当进样针5位于预设位置时，开始进行通过进样针5吸取样本微滴1进入管道。样本微滴1吸取完成后，打开第一电磁阀9和第二电磁阀10的开关，第一注射器11向检测芯片的输入端注射检测油，检测油存放于油瓶13中。与此同时，第二注射器12开始抽取位于检测芯片输出端的检测油，通过第一注射器11和第二注射器12之间的流速差形成的负压，将管道中的样本微滴吸入至检测芯片进行检测。当开始进行检测后，第二注射器12将样本微滴和检测油从检测芯片抽取出去来，并将检测过程中产生的废液传送至废液瓶8。作为本发明实施例的一个替代方案，可用十通阀代替电磁阀，降低仪器结构的复杂度和故障率。

本发明实施例中，在检测芯片输入端前还设置有一气泡传感器6，用于定位吸样位置，保证样本微滴1可以吸到指定的管道位置，不受样本微滴体积变化的及管道流动特性等影响。

作为本发明实施例的一个优选方案，检测芯片7与管路通过螺纹连接。参见图4，图4是本发明实施例提供的一种检测芯片的结构示意图，检测芯片包括芯片夹具1、螺纹接头2和管路3。芯片夹具1用于放置检测芯片，起保护作用。管路3的边缘还设置有翻边结构，螺纹接头2将管路3的翻边结构压紧到检测芯片上，实现了检测芯片和管路间的密封连接。检测芯片与管道连接的方法是采用了目前较为成熟的卡套接头密封技术基础上加上了管路翻边的技术，两者结合进一步提管道与芯片连接的密封性。

本实施例的微滴检测装置更详细的工作原理与步骤流程可以但不限于参见实施例1的相关记载。

本发明实施例提供的一种基于数字PCR的微滴检测装置，其中的检测芯片采用螺纹连接的方法，在成熟的卡套接头密封技术基础上加上了管路翻边的技术，以此来保证管路与芯片的密封性。此方法能够保证由于管路不同批次问题，导致尺寸变小时，仍然能够达到密封效果。与传统粘胶的方式检测芯片安装时需要等待胶水凝固，更换时又必须将和芯片连接的所有管路进行更换，同时需要等待胶水凝固好后再进行仪器的调试相比，可以有效提高操作的简便性，且操作要求更低。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于数字PCR的微滴检测方法，其特征在于，包括：

控制进样针对样本微滴试管进行下针操作，并检测进样针是否到达预设位置；

当所述进样针到达所述预设位置时，对所述样本微滴试管中的样本微滴进行采样；

通过流速差所形成的负压，将所述采样的样本微滴通过管道传输至检测芯片，以使所述检测芯片对所述样本微滴进行检测。

2.如权利要求1所述的一种基于数字PCR的微滴检测方法，其特征在于，控制进样针对样本微滴试管进行下针操作，并检测进样针是否到达预设位置，具体为：

控制所述进样针对所述样本微滴试管进行下针操作，并根据压力传感器采集的数据检测所述进样针是否位于所述样本微滴试管底部；其中，所述压力传感器设置在所述进样针的采样臂上；

当所述进样针未到达所述样本微滴试管底部时，控制所述进样针继续下探直至到达所述样本微滴试管底部；

当所述进样针处于所述样本微滴试管底部时，通过所述进样针侧面的进样孔进行吸样；其中，当所述进样针处于所述样本微滴试管底部时，还可以根据预设的抬升参数将所述进样针抬升至预设位置，通过所述进样针底面的进样孔进行吸样。

3.如权利要求1所述的一种基于数字PCR的微滴检测方法，其特征在于，通过流速差所形成的负压，将所述采样的样本微滴通过管道传输至检测芯片，具体为：

第一注射器位于所述检测芯片输入端，控制所述第一注射器将检测油通过管道输入至所述检测芯片；

第二注射器位于所述检测芯片输出端，控制所述第二注射器将所述检测油和所述样本微滴从所述检测芯片输出端抽取出来；

通过所述第一注射器和所述第二注射器之间的流速差形成的负压将所述样本微滴通过所述管道传输至所述检测芯片。

4.如权利要求1所述的一种基于数字PCR的微滴检测方法，其特征在于，控制进样针对样本微滴试管进行下针操作前，还包括：

在控制所述进样针对所述样本微滴试管进行下针操作前，使用动力元件从所述进样针口注入空气，以使所述样本微滴在传送至检测芯片时可与所述管道中的检测油实现分隔。

5.如权利要求1所述的一种基于数字PCR的微滴检测方法，其特征在于，将所述采样的样本微滴通过管路传输至检测芯片前，还包括：

控制所述采样的样本微滴经过一气泡传感器，以使所述气泡传感器检测所述采样的样本微滴是否传送至所述检测芯片，并实时监控所述采样的样本微滴进样情况；

根据所述气泡传感器对所述采样的样本微滴的监控情况调整所述检测芯片的检测时间。

6.如权利要求3所述的一种基于数字PCR的微滴检测方法，其特征在于，所述第一注射器和所述第二注射器与所述检测芯片之间各设置有一电磁阀；其中，所述电磁阀用于控制液路的通断状态和所述管道的方向转换。

7.如权利要求1－6任意一项所述的一种基于数字PCR的微滴检测方法，其特征在于，所述检测芯片的结构，具体为：

所述检测芯片包括螺纹接头和管路；其中，所述管路的边缘为翻边结构；

所述检测芯片的管路通过螺纹接头与所述检测芯片连接；

所述螺纹接头将所述翻边结构压紧到所述检测芯片。

8.一种基于数字PCR的微滴检测装置，其特征在于，包括：控制模块、采样模块和检测模块；

所述控制模块用于控制进样针对样本微滴试管进行下针操作，并检测进样针是否到达预设位置；

所述采样模块用于当所述进样针到达所述预设位置时，对所述样本微滴试管中的样本微滴进行采样；

所述检测模块用于通过流速差所形成的负压，将所述采样的样本微滴通过管道传输至检测芯片，以使所述检测芯片对所述样本微滴进行检测。

9.如权利要求8所述的一种基于数字PCR的微滴检测装置，其特征在于，所述控制模块用于控制进样针对样本微滴试管进行下针操作，并检测进样针是否到达预设位置，具体为：

所述控制模块控制所述进样针对所述样本微滴试管进行下针操作，并根据压力传感器采集的数据检测所述进样针是否位于所述样本微滴试管底部；其中，所述压力传感器设置在所述进样针的采样臂上；

当所述进样针未到达所述样本微滴试管底部时，控制所述进样针继续下探直至到达所述样本微滴试管底部；

当所述进样针处于所述样本微滴试管底部时，通过所述进样针侧面的进样孔进行吸样；其中，当所述进样针处于所述样本微滴试管底部时，还可以根据预设的抬升参数将所述进样针抬升至预设位置，通过所述进样针底面的进样孔进行吸样。

10.如权利要求8所述的一种基于数字PCR的微滴检测装置，其特征在于，所述检测模块用于通过流速差所形成的负压，将所述采样的样本微滴通过管道传输至检测芯片，具体为：

第一注射器位于所述检测芯片输入端，控制所述第一注射器将检测油通过管道输入至所述检测芯片；

第二注射器位于所述检测芯片输出端，控制所述第二注射器将所述检测油和所述样本微滴从所述检测芯片输出端抽取出来；

通过所述第一注射器和所述第二注射器之间的流速差形成的负压将所述样本微滴通过管道传输至所述检测芯片。

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