一種集成式數字核酸擴增檢測系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及核酸檢測微流控技術領域，具體設及一種集成式數字核酸擴增檢測系 統。
【背景技術】
[0002] 傳統的核酸檢測一般采用基于聚合酶鏈式反應(polymerase chain reaction)的 方法實現核酸檢測，基于該技術的實時巧光定量PCR儀和基因擴增儀已經成為現代生命科 學實驗室和臨床檢驗實驗室的基本設備。數字PCR技術是近幾年發展起來的一種絕對定量 核酸擴增檢測技術，數字PCR相對于實時巧光定量PCR最大的優點是可W實現低豐度痕量核 酸檢測。其基本原理是利用微流控技術將原始樣本細分到若干個微反應腔或者微液滴中形 成若干個微反應單元，原理上每個微反應單元中只有1個或者少于1個核酸模板，再通過核 酸擴增后直接計數并利用泊松分布得到原始樣本中核酸絕對載量。微液滴由于其良好的兩 相分割和分離能力在數字PCR實現分樣有很大優勢。
[0003] 現有的基于微液滴技術的數字PCR儀器和技術大多采用分液-擴增-檢測Ξ步的方 法實現低豐度核酸檢測，且基本都需要液滴發生器、PCR循環儀和液滴閱讀儀Ξ個獨立的儀 器及相關耗材協同完成，在中間存在液滴轉移等一系列操作，操作相對復雜且存在生物交 叉污染的可能;并且現有的基于微液滴的數字PCR檢測方法大多采用流式巧光逐個液滴檢 測的手段實現液滴計數，由于液滴數量巨大，檢測液滴耗時較長，極大的限制了數字PCR的 檢測通量。現有數字PCR技術存在集成度不足且檢測時間較慢的缺點。
【發明內容】
[0004] 為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種集成式數字核酸擴增 檢測系統，在避免樣本污染的同時縮短檢測時間，實現集成化數字PCR擴增和檢測。
[0005] 為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：
[0006] -種集成式數字核酸擴增檢測系統，包括信息處理與人機交互1，信息處理與人機 交互1通過信息交互3和驅動模組4、光學模塊5W及熱學模塊6相連，驅動模組4、光學模塊5 W及熱學模塊6和液滴忍片2配合，信息處理與人機交互1將指令控制信息輸送到驅動模組 4、光學模塊5和熱學模塊6并接受反饋信息；
[0007] 所述的液滴忍片2包括液滴生成21和陣列式液滴排布22;
[000引所述的驅動模組4包括功率驅動41、流體控制42和運動控制43，功率驅動41分別和 流體控制42、運動控制43、光學模塊5和熱學模塊6輸入相連，提供所需的功率輸入;流體控 制42輸出和液滴生成21相連，用于驅動油相和水相生成液滴;熱學模塊6輸出和陣列式液滴 排布22接觸，用于提供核酸擴增的溫度條件;光學模塊5輸出和陣列式液滴排布22禪合，檢 測液滴。
[0009] 所述的信息處理與人機交互1由計算機上位機和嵌入式系統下位機組成。
[0010] 所述的信息交互3采用總線通信。
[0011] 所述的光學模塊5采用CCD相機或光纖接光電傳感器。
[0012] 所述的運動控制43采用精密二維移動平臺搭建而成。
[0013] 所述的熱學模塊6采用半導體加熱制冷實現快速熱循環。
[0014] 本發明的有益效果:本發明通過將液滴巧光檢測和液滴熱循環系統集成，減少了 液滴轉移等系列操作；同時基于CCD相機的液滴巧光檢測系統克服了常規的基于流式巧光 檢測系統檢測通量不足和檢測速度的限制；同時通過系統化集成全自動操作，避免了之前 Ξ臺儀器協作可能帶來的生物交叉污染和人工操作帶來的偶然誤差。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發明集成式數字核酸擴增檢測系統的結構示意圖。
[0016] 圖2為本發明實施例的具體結構示意圖。
[0017] 圖3為集成式數字PCR系統示意圖。
[0018] 圖4為利用集成式數字PCR液滴生成驅動連接示意圖。
[0019] 圖5為液滴忍片2的示意圖。
[0020] 圖6為生成液滴和液滴陣列分布實物圖。
[0021 ]圖7為集成式數字核酸擴增液滴檢測結果圖。
【具體實施方式】
[0022 ] W下將結合附圖詳細說明本發明。
[0023] 如圖1所示，一種集成式數字核酸擴增檢測系統，包括信息處理與人機交互1，信息 處理與人機交互1通過信息交互3和驅動模組4、光學模塊5W及熱學模塊6相連，驅動模組4、 光學模塊5W及熱學模塊6和液滴忍片2配合，信息處理與人機交互1將指令控制信息輸送到 驅動模組4、光學模塊5和熱學模塊6并接受反饋信息；
[0024] 液滴忍片2包括液滴生成21和陣列式液滴排布22;
[0025] 驅動模組4包括功率驅動41、流體控制42和運動控制43，功率驅動41分別和流體控 制42、運動控制43、光學模塊5和熱學模塊6輸入相連，提供所需的功率輸入;流體控制42輸 出和液滴生成21相連，用于驅動油相和水相生成液滴;熱學模塊6輸出和陣列式液滴排布22 接觸，用于提供核酸擴增的溫度條件;光學模塊5輸出和陣列式液滴排布22禪合，檢測液滴。
[0026] 為實現高通量檢測，所述的運動控制43輸出和熱學模塊6、光學模塊5輸入相連，在 液滴檢測過程中實現成像式檢測，運動控制43在需要的情況下輔助實現大面積光學掃描， 通過移動光學模塊5掃描液滴陣列，還可W通過移動熱學模塊6及陣列式液滴排布22實現液 滴陣列掃描檢測，也可單獨移動液滴忍片2實現液滴陣列掃描。
[0027] 下面結合實施例對本發明做詳細描述。
[0028] 如圖2所示，在實施例中，一種集成式數字核酸擴增檢測系統，包括信息處理與人 機交互1，信息處理與人機交互1通過信息交互3和驅動模組4、光學模塊5W及熱學模塊6相 連，驅動模組4、光學模塊5W及熱學模塊6和液滴忍片2配合，信息處理與人機交互1將指令 控制信息輸送到驅動模組4、光學模塊5和熱學模塊6并接受反饋信息。
[0029] 如圖3所示，所述的驅動模組4包括流體控制42,流體控制42由流體驅動器421、儲 藏油的罐子422、傳輸管路423連接組成，液滴忍片2包括液滴生成21和陣列式液滴排布22， 運動控制43和熱學模塊6、光學模塊5輸入相連，光學模塊5有CCD檢測相機51、鏡頭52、濾光 片組53和光源54連接組成，熱學模塊6為提供核酸擴增條件的溫度。
[0030] 如圖4所示，液滴忍片2的液滴生成21包括水相入口和油相入口。
[0031] 如圖5所示，所述的流體驅動器422將油42巧E動至液滴忍片2的液滴生成21油相入 口，再通過另外管路將添加至液滴忍片2試劑槽中的樣品和試劑水相驅動，水相和油相通過 "X"流道生成微液滴，微液滴再通過微流道進入陣列式液滴排布22;再利用熱學模塊6的溫 塊部分61提供核酸擴增的溫度條件，根據目的不同可分別實現核酸等溫擴增或者PCR擴增。
[0032] 本發明的工作原理為：
[0033] 將原始純化后核酸樣本和PCR試劑加入液滴忍片2水相入口，生成液滴如圖6所示； 液滴生成結束后，將液滴忍片2入口和出口封閉，利用熱學模塊6提供核酸PCR擴增所需溫度 條件，進行核酸擴增;擴增結束后，利用光學模塊5對擴增后液滴巧光檢測，擴增后檢測部分 圖像如圖7所示。
[0034] 利用運動控制43對液滴忍片2進行移動，結合光學檢測期間連續檢測運動掃描，在 將所有檢測圖片軟件拼接后進行液滴計數，對所有檢測圖像進行處理并計數，并利用泊松 分布修正結果，得到原始樣本中陽性樣本的量，并將所得結果和同種樣本在Bio-rad QX200?上做對比試驗，如表1所示，通過表1可W看出所采用的集成式數字核酸擴增系統可 W有效實現目標序列核酸樣本計數。
[0035] 表1.檢測結果計數
[0036]
【主權項】
1. 一種集成式數字核酸擴增檢測系統，包括信息處理與人機交互（1)，其特征在于:信 息處理與人機交互（1)通過信息交互（3)和驅動模組(4)、光學模塊(5)以及熱學模塊(6)相 連，驅動模組(4)、光學模塊(5)以及熱學模塊(6)和液滴芯片（2)配合，信息處理與人機交互 (1)將指令控制信息輸送到驅動模組(4)、光學模塊(5)和熱學模塊(6)并接受反饋信息； 所述的液滴芯片(2)包括液滴生成(21)和陣列式液滴排布(22); 所述的驅動模組(4)包括功率驅動(41)、流體控制(42)和運動控制(43)，功率驅動(41) 分別和流體控制(42)、運動控制(43)、光學模塊(5)和熱學模塊(6)輸入相連，提供所需的功 率輸入;流體控制(42)輸出和液滴生成(21)相連，用于驅動油相和水相生成液滴;熱學模塊 (6)輸出和陣列式液滴排布(22)接觸，用于提供核酸擴增的溫度條件;光學模塊(5)輸出和 陣列式液滴排布(22)耦合，檢測液滴。2. 根據權利要求1所述的一種集成式數字核酸擴增檢測系統，其特征在于:所述的信息 處理與人機交互(1)由計算機上位機和嵌入式系統下位機組成。3. 根據權利要求1所述的一種集成式數字核酸擴增檢測系統，其特征在于:所述的信息 交互(3)采用總線通信。4. 根據權利要求1所述的一種集成式數字核酸擴增檢測系統，其特征在于:所述的光學 模塊(5)米用CCD相機或光纖接光電傳感器。5. 根據權利要求1所述的一種集成式數字核酸擴增檢測系統，其特征在于:所述的運動 控制(43)采用精密二維移動平臺搭建而成。6. 根據權利要求1所述的一種集成式數字核酸擴增檢測系統，其特征在于:所述的熱學 模塊(6)采用半導體加熱制冷實現快速熱循環。
【專利摘要】一種集成式數字核酸擴增檢測系統，包括信息處理與人機交互，信息處理與人機交互通過信息交互和驅動模組、光學模塊以及熱學模相連，驅動模組、光學模塊以及熱學模塊和液滴芯片配合，信息處理與人機交互將指令控制信息輸送到驅動模組、光學模塊和熱學模塊并接受反饋信息，本發明在避免樣本污染的同時縮短檢測時間，實現集成化數字PCR擴增和檢測。
【IPC分類】C12M1/34, C12M1/00
【公開號】CN105543073
【申請號】CN201610012552
【發明人】彭年才, 李政, 胡飛, 丁磊
【申請人】西安交通大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年1月8日