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申请/专利权人：苏州德思普生物科技有限公司;苏州恩科金生物科技有限公司;苏州绘真医学检验有限公司

摘要：本发明提供一种用于核酸检测的微流控芯片，本发明还提供一种上述用于核酸检测的微流控芯片的制备方法，本发明还提供一种上述用于核酸检测的微流控芯片进行微液滴式PCR反应的方法。一种用于核酸检测的微流控芯片，包括压合封装的芯片基材层和芯片通道层，所述的芯片基材层为平板基材，所述的芯片通道层内设有液滴生成单元和检测单元，所述的液滴生成单元包括油相样品入口、水相样品入口、油相样品管路、水相样品管路和液滴运送管路，所述的检测单元包括液滴储存检测区、液滴隔离柱、滤油通道以及油相出口。本发明在同一芯片上集成了液滴生成单元和检测单元，简化了现有数字PCR芯片的结构。

主权项：1.一种用于核酸检测的微流控芯片，其特征在于：该用于核酸检测的微流控芯片包括压合封装的芯片基材层和芯片通道层，所述的芯片基材层为平板基材，所述的芯片通道层内设有液滴生成单元和检测单元，所述的液滴生成单元包括油相样品入口、水相样品入口、油相样品管路、水相样品管路和液滴运送管路，油相样品入口设于油相样品管路始端，水相样品入口设于水相样品管路始端，油相样品管路末端和水相样品管路末端相交形成液滴生成区，液滴生成区通过液滴运送管路连接检测单元；所述的检测单元包括液滴储存检测区、多个液滴隔离柱、滤油通道以及油相出口，液滴隔离柱均布于液滴储存检测区内，滤油通道设于油相出口的边缘，滤油通道为围栏结构，围栏间距小于液滴直径，滤油通道隔离液滴储存检测区和油相出口，油相出口与液滴运送管路相对设置；所述的检测单元还包括油相收集区，油相收集区设于滤油通道与检测单元侧边之间，油相收集区的末端连接油相出口；所述的检测单元为矩形结构，液滴运送管路和油相出口分别位于矩形两个对角，滤油通道设于油相出口的两侧边，液滴隔离柱与滤油通道平行设置；所述的多个液滴隔离柱呈柱状阵列结构。

全文数据：一种用于核酸检测的微流控芯片及其应用技术领域本发明涉及一种微流控芯片，特别涉及一种用于核酸检测的微流控芯片及其应用，属于生物医药技术领域。背景技术20世纪末，Vogelstein等提出数字PCRdigitalPCR，dPCR的概念，通过将一个样本分成几十到几万份，分配到不同的反应单元，每个单元至少包含一个拷贝的目标分子DNA模板，在每个反应单元中分别对目标分子进行PCR扩增，扩增结束后对各个反应单元的荧光信号进行统计学分析。数字PCR技术不断发展，Bio-Rad、LIFETechnologies及RainDance等厂家相继推出技术较为成熟的数字PCR产品。QuantaLife公司开发出的微滴数字PCR技术。该产品还获得了2011年度Frost&Sullivan北美新产品创新奖。2011年10月，Bio-Rad公司收购了QuantaLife和ddPCR技术，相继推出了QX100、QX200微滴式数字PCR系统。与其他数字PCR技术不同，Bio-Rad对样品进行微滴化处理。据该公司基因表达部门的销售经理RichardKurtz介绍，他们的独特优势是能够产生非常均一、重复的1纳升液滴。这样的好处是每个样品形成20,000个液滴，而其他系统只能分成760-3,000个部分。分得越多，则意味着分析越准确。数字PCR是一种核酸分子绝对定量技术。当前核酸分子的定量有三种方法，光度法基于核酸分子的吸光度来定量；实时荧光定量PCR（RealTimePCR）基于Ct值，Ct值就是指可以检测到荧光值对应的循环数；数字PCR是最新的定量技术，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或微滴化方法，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，有一个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。现有商品化的数字PCR芯片中，大多采用由一块芯片生成液滴，转移至PCR管内进行扩增，然后再转移到另一块检测芯片内进行荧光检测，即整个反应由“生成液滴→PCR加热反应→检测”三部分组成，操作比较繁琐，同时在液滴的转移过程中，存在液滴破碎、转移不完全、气溶胶交叉污染等情况存在，降低了数字PCR的准确度和可靠性。所以，如能开发一种全集成的PCR反应芯片，实现在同一块芯片上从上样到检出的全部检测过程，同时解放操作人员，降低操作要求，配合设备完成加样到出报告一键式操作，对数字PCR的发展很有意义。发明内容本发明的目的在于提供一种用于核酸检测的微流控芯片，用于生成微液滴式PCR反应，将液滴生成功能和检测功能集成在同一块芯片上，实现反应检测联用，解决以上背景技术中提出的问题。本发明的另一目的在于提供一种上述用于核酸检测的微流控芯片的制备方法。本发明的另一目的在于提供一种上述用于核酸检测的微流控芯片进行微液滴式PCR反应的方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于核酸检测的微流控芯片，包括压合封装的芯片基材层和芯片通道层，所述的芯片基材层为平板基材，所述的芯片通道层内设有液滴生成单元和检测单元，所述的液滴生成单元包括油相样品入口、水相样品入口、油相样品管路、水相样品管路和液滴运送管路，油相样品入口设于油相样品管路始端，水相样品入口设于水相样品管路始端，油相样品管路末端和水相样品管路末端相交形成液滴生成区，液滴生成区通过液滴运送管路连接检测单元；所述的检测单元包括液滴储存检测区、液滴隔离柱、滤油通道以及油相出口，液滴隔离柱均布于液滴储存检测区内，滤油通道设于油相出口的边缘，滤油通道为围栏结构，围栏间距小于液滴直径，滤油通道隔离液滴储存检测区和油相出口，油相出口与液滴运送管路相对设置。油相样品是含有表面活性剂的有机溶剂；水相样品是混有扩增模板、引物、荧光探针、dNTP和酶的PCR反应体系。作为优选，所述的液滴生成单元包括两个油相样品管路和一个水相样品管路，两个油相样品管路对称布置于一个水相样品管路两侧，两个油相样品管路末端、一个水相样品管路末端与液滴运送管路始端相交形成十字交叉结构。作为优选，所述的油相样品管路和水相样品管路在管路末端前均设有蛇形管路结构。作为优选，所述的检测单元还包括油相收集区，油相收集区设于滤油通道与检测单元侧边之间，油相收集区的末端连接油相出口。作为优选，所述的检测单元为矩形结构，液滴运送管路和油相出口分别位于矩形两个对角，滤油通道设于油相出口的两侧边，液滴隔离柱与滤油通道平行设置。作为优选，所述的检测单元包括多个液滴隔离柱，多个液滴隔离柱呈柱状阵列结构。作为优选，所述的芯片基材层和芯片通道层的材料为聚二甲基硅氧烷、PMMA塑料、COC塑料、PC塑料、玻璃或硅。一种用于核酸检测的微流控芯片的制备方法，该方法包括以下步骤：1、使用图形设计软件设计图样，用打印机将其加工为光刻掩膜；2、通过光刻蚀方法将光刻掩膜的结构转移到芯片基材上，形成芯片通道层的液滴生成单元，并用凝胶将液滴生成单元内的管路进行填充；3、通过机床加工芯片通道层的检测单元，加工完成后将凝胶从液滴生成单元内洗掉，形成完整的芯片通道层；4、通过压合封装方法将上述芯片通道层和作为芯片基材层的平板基材封装，形成一个整体的微流控芯片。一种上述用于核酸检测的微流控芯片进行微液滴式PCR反应的方法，该方法包括以下步骤：1、从油相样品入口加入含有表面活性剂的有机溶剂，表面活性剂的质量百分含量在1%~50%；从水相样品入口加入已经混有扩增模板、引物、荧光探针、dNTP和酶的PCR反应体系；油相样品在外部动力源推动下包夹水相样品，在液滴生成区生成微液滴；微液滴进入液滴储存检测区，通过液滴隔离柱紧密排布，多余的油相样品通过滤油通道从油相出口排出，直到所有油相样品和水相样品完全生成微液滴；2、通过加热进行PCR扩增；3、通过显微镜记录液滴储存检测区的明场及荧光场信号；分别对记录的明场及荧光场信号进行分析，计量带有荧光的微液滴数量和全部的微液滴数量，按照比例计算被检测的核酸浓度。作为优选，有机溶剂选自矿物油、氟硅油或食用油中的一种或几种，有机溶剂中的表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、吐温20或聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。作为优选，有机溶剂中表面活性剂的含量在5%~10%。本发明的有益效果是：1、本发明在同一芯片上集成了液滴生成单元和检测单元，简化了现有数字PCR芯片的结构；2、本发明在液滴储存检测区附近设置了液滴隔离柱和滤油通道，使微液滴能够更有效的集中在液滴储存检测区并且紧密规则的平铺，方便后续的反应及检测，并保证检测结果的稳定性；3、本发明的微流控芯片可以同时对液滴储存检测区做PCR加热反应和进行检测，简化了数字PCR的反应流程；4、本发明避免了常规检测方法对样本可能造成的损失，使所有的样本可以全部生成微液滴，保证测试结果的完整性，降低漏检的可能，并实现对样本的定量分析。附图说明图1是本发明的立体结构示意图；图2是本发明的主视结构示意图；图3是本发明液滴生成单元的结构示意图；图4是本发明检测单元的结构示意图；图5是本发明滤油通道的结构示意图。图中：1、芯片基材层，2、芯片通道层，3、液滴生成单元，4、检测单元，5、油相样品入口，6、水相样品入口，7、油相样品管路，8、水相样品管路，9、液滴运送管路，10、蛇形管路结构，11、液滴生成区，12、液滴储存检测区，13、液滴隔离柱，14、滤油通道，15、油相出口，16、油相收集区。具体实施方式下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和或改变都将落入本发明保护范围。实施例：如图1和图2所示的一种用于核酸检测的微流控芯片，包括压合封装的芯片基材层1和芯片通道层2，芯片基材层为平板基材，芯片基材层和芯片通道层的材料均为PMMA塑料。芯片通道层内设有液滴生成单元3和检测单元4，芯片通道层是通过微加工方法将芯片基材加工使其表面带有凹槽和管路通道，通道的深度按照所需要液滴的直径设计，范围可从0.5μm~5mm，最优范围为10μm~200μm。如图3所示，液滴生成单元包括油相样品入口5、水相样品入口6、两个油相样品管路7、一个水相样品管路8和液滴运送管路9，油相样品入口设于油相样品管路始端，水相样品入口设于水相样品管路始端，油相样品入口和水相样品入口分别用于注入油相样品和水相样品，油相样品是含有表面活性剂的有机溶剂，水相样品是混有扩增模板、引物、荧光探针、dNTP和酶的PCR反应体系。油相样品管路和水相样品管路在管路末端前均设有蛇形管路结构10。两个油相样品管路对称布置于一个水相样品管路两侧，两个油相样品管路末端、一个水相样品管路末端与液滴运送管路始端相交形成十字交叉结构，油相样品管路末端和水相样品管路末端相交形成液滴生成区11，液滴生成区通过液滴运送管路连接检测单元。如图4所示，检测单元包括液滴储存检测区12、液滴隔离柱13、滤油通道14以及油相出口15。检测单元为矩形结构，液滴运送管路和油相出口分别位于矩形两个对角，滤油通道设于油相出口的两侧边，液滴隔离柱与滤油通道平行设置，液滴隔离柱设有多个，多个液滴隔离柱呈柱状阵列结构均布于液滴储存检测区内。如图5所示，滤油通道为围栏结构，围栏间距小于液滴直径，滤油通道隔离液滴储存检测区和油相出口。检测单元还包括油相收集区16，油相收集区设于滤油通道与检测单元侧边之间，油相收集区的末端连接油相出口。该用于核酸检测的微流控芯片的制备方法包括以下步骤：1、使用图形设计软件设计图样，用打印机将其加工为光刻掩膜；2、通过光刻蚀方法将光刻掩膜的结构转移到芯片基材上，形成芯片通道层的液滴生成单元，并用凝胶将液滴生成单元内的管路进行填充；3、通过机床加工芯片通道层的检测单元，加工完成后将凝胶从液滴生成单元内洗掉，形成完整的芯片通道层；4、通过压合封装方法将上述芯片通道层和作为芯片基材层的平板基材封装，形成一个整体的微流控芯片。该用于核酸检测的微流控芯片的加工难点在于，液滴生成单元和检测单元的尺寸差异较大，其中液滴生成单元的管路尺寸在微米级（可加工为从10微米到1000微米），通常只能采用光刻蚀的方法制造；而检测单元为了保证液滴数量，尺寸较大，在几十厘米级别，采用光刻蚀的成本过高，通常用注塑或者机床进行加工；两者的结合部分需要保持在同一平面内，加工难度很大。为了克服这一问题，采用了先光刻蚀液滴生成单元，然后用凝胶将液滴生成单元的管路通道填充保护起来，再进行机床加工，最后将凝胶从管路通道中洗掉，从而实现两种不同尺度的结构加工，同时在加工大尺寸结构的同时不会对小尺寸结构有损伤。该用于核酸检测的微流控芯片进行微液滴式PCR反应的方法包括以下步骤：1、从油相样品入口加入含有表面活性剂的有机溶剂，表面活性剂的质量百分含量在8%，有机溶剂为矿物油，有机溶剂中的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮；从水相样品入口加入已经混有扩增模板、引物、荧光探针、dNTP和酶的PCR反应体系；油相样品在外部动力源推动下从两边包夹水相样品，在液滴生成区生成微液滴，外部动力源推动方式可以为正压注射泵注入或负压吸取等方式；微液滴进入液滴储存检测区，通过液滴隔离柱紧密排布，多余的油相样品通过滤油通道从油相出口排出，直到所有油相样品和水相样品完全生成微液滴；2、通过加热进行PCR扩增；加热方式可以为红外线加热、微波加热、电阻接触加热，热板加热、热风加热等方式；3、通过显微镜记录液滴储存检测区的明场及荧光场信号；分别对记录的明场及荧光场信号进行分析，计量带有荧光的微液滴数量和全部的微液滴数量，按照比例计算被检测的核酸浓度。进行微液滴PCR反应的常规芯片，其液滴生成部位和检测部位是独立分开的，在液滴生成后用移液器将液滴从生成区的收集装置处取出，滴加在检测区，同时要求液滴为单层铺开，不能重叠，这样才能进行数字化检测。这种方法对样本有损失，生成的液滴不能全部进行检测，有漏检可能。同时在注入检测区时，由于液滴中混有大量的液滴生成油，导致在检测区域内液滴呈不规则分散，对结果的判读也有影响。同时用移液器吸取时，由于注入的是液滴和油的混合物，不能保证每次样品的量都固定，所以只能进行结果的定性分析。而本发明的进行微液滴式PCR反应的方法避免了常规检测方法对样本可能造成的损失，使所有的样本可以全部生成微液滴，保证测试结果的完整性，降低漏检的可能，并实现对样本的定量分析。以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

权利要求：1.一种用于核酸检测的微流控芯片，其特征在于：该用于核酸检测的微流控芯片包括压合封装的芯片基材层和芯片通道层，所述的芯片基材层为平板基材，所述的芯片通道层内设有液滴生成单元和检测单元，所述的液滴生成单元包括油相样品入口、水相样品入口、油相样品管路、水相样品管路和液滴运送管路，油相样品入口设于油相样品管路始端，水相样品入口设于水相样品管路始端，油相样品管路末端和水相样品管路末端相交形成液滴生成区，液滴生成区通过液滴运送管路连接检测单元；所述的检测单元包括液滴储存检测区、液滴隔离柱、滤油通道以及油相出口，液滴隔离柱均布于液滴储存检测区内，滤油通道设于油相出口的边缘，滤油通道为围栏结构，围栏间距小于液滴直径，滤油通道隔离液滴储存检测区和油相出口，油相出口与液滴运送管路相对设置。2.根据权利要求1所述的一种用于核酸检测的微流控芯片，其特征在于：所述的液滴生成单元包括两个油相样品管路和一个水相样品管路，两个油相样品管路对称布置于一个水相样品管路两侧，两个油相样品管路末端、一个水相样品管路末端与液滴运送管路始端相交形成十字交叉结构。3.根据权利要求1所述的一种用于核酸检测的微流控芯片，其特征在于：所述的油相样品管路和水相样品管路在管路末端前均设有蛇形管路结构。4.根据权利要求1所述的一种用于核酸检测的微流控芯片，其特征在于：所述的检测单元还包括油相收集区，油相收集区设于滤油通道与检测单元侧边之间，油相收集区的末端连接油相出口。5.根据权利要求1所述的一种用于核酸检测的微流控芯片，其特征在于：所述的检测单元为矩形结构，液滴运送管路和油相出口分别位于矩形两个对角，滤油通道设于油相出口的两侧边，液滴隔离柱与滤油通道平行设置。6.根据权利要求1所述的一种用于核酸检测的微流控芯片，其特征在于：所述的检测单元包括多个液滴隔离柱，多个液滴隔离柱呈柱状阵列结构。7.根据权利要求1所述的一种用于核酸检测的微流控芯片，其特征在于：所述的芯片基材层和芯片通道层的材料为聚二甲基硅氧烷、PMMA塑料、COC塑料、PC塑料、玻璃或硅。8.一种如权利要求1-7任一项所述的用于核酸检测的微流控芯片的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：（1）、使用图形设计软件设计图样，用打印机将其加工为光刻掩膜；（2）、通过光刻蚀方法将光刻掩膜的结构转移到芯片基材上，形成芯片通道层的液滴生成单元，并用凝胶将液滴生成单元内的管路进行填充；（3）、通过机床加工芯片通道层的检测单元，加工完成后将凝胶从液滴生成单元内洗掉，形成完整的芯片通道层；（4）、通过压合封装方法将上述芯片通道层和作为芯片基材层的平板基材封装，形成一个整体的微流控芯片。9.一种如权利要求1-7任一项所述的用于核酸检测的微流控芯片进行微液滴式PCR反应的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：（1）、从油相样品入口加入含有表面活性剂的有机溶剂，表面活性剂的质量百分含量在1%~50%；从水相样品入口加入已经混有扩增模板、引物、荧光探针、dNTP和酶的PCR反应体系；油相样品在外部动力源推动下包夹水相样品，在液滴生成区生成微液滴；微液滴进入液滴储存检测区，通过液滴隔离柱紧密排布，多余的油相样品通过滤油通道从油相出口排出，直到多有油相样品和水相样品完全生成微液滴；（2）、通过加热进行PCR扩增；（3）、通过显微镜记录液滴储存检测区的明场及荧光场信号；分别对记录的明场及荧光场信号进行分析，计量带有荧光的微液滴数量和全部的微液滴数量，按照比例计算被检测的核酸浓度。10.根据权利要求9所述的用于核酸检测的微流控芯片进行微液滴式PCR反应的方法，其特征在于：所述的有机溶剂选自矿物油、氟硅油或食用油中的一种或几种，有机溶剂中的表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、吐温20或聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。

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