本申请涉及分子生物学,具体涉及一种自加压式抑制液体蒸发的pcr装置及方法。
背景技术:
1、聚合酶链式反应(pcr)是一种用于放大扩增特定dna分子片段的分子生物学技术。pcr技术目前已经广泛用于基因分析、医学、环境检测、食品安全和法医鉴定等多种场合。该技术通常由三个核心步骤组成,分别是高温变性、低温退火和中温延伸,其中变性是指将模板dna加热到95℃左右维持一定时间(具体的温度和时间由模板决定),使dna双链裂解成为单链;退火是指将完成变性的单链降温到55℃左右,使得引物和模板dna单链可以形成互补序列配对结合;延伸是指在70℃左右,dna模板和引物结合物按照碱基互补配对原则,将单链合成复制出一条新的dna双螺旋链。每经历一次上述三个步骤的循环,目标dna数目将扩增一倍。在实际进行pcr扩增时,往往将变性-退火-延伸重复执行30~40个循环,dna数量可以扩增数亿倍,从而实现对微量dna片段的有效放大。
2、然而传统pcr技术主要存在以下缺点:(1)设备体积庞大,便携性差;
3、(2)反应时间长,一般需要1个小时才能完成30~40个循环;(3)生物试剂的消耗量大,实验成本高;(4)重复的人工操作容易造成交叉感染,形成假阳性的检测结果。使用微流控pcr系统可以很好的解决上述问题。微流控技术的特点是在微通道内实现对流体的操控,例如改变流体的流动速度和方向,或者混合不同种类的流体,以便实现复杂的、多种多样的生化反应。
4、通常微流控pcr系统包括加热模块、控温装置、微流控芯片,其中加热模块和控温系统将整个工作区域分别控制在高温区、中温区和低温区,微流道内的试剂依次流过三个温区等同于完成一次变性-退火-延伸的扩增,等试剂流过所有环形流道后将在出口处的腔室内被收集用于检测扩增结果。
5、虽然目前基于微流控的pcr技术已经在原有的pcr技术基础上大大降低了设备体积、反应时间、试剂用量、实验成本和误判率,但是该技术仍存在弊端。微流控pcr技术普遍存在的问题是由于微流控芯片的流道高度较低(通常为百微米量级),所以少量的试剂液体在面临高温时会蒸发产生气泡,而气泡不仅会导致液体流速不受控,影响流体受热时间并且使试剂分散不均匀,直接影响扩增结果。
技术实现思路
1、本申请的目的是提供一种自加压式抑制液体蒸发的pcr装置及方法,以至少解决上述技术问题之一。
2、本申请第一方面提供一种自加压式抑制液体蒸发的pcr装置,包括:
3、微流控芯片和加热模块;
4、所述微流控芯片具有进样口、微流道和检测端;所述进样口与所述微流道的入口连通,所述检测端与所述微流道的出口连通,所述检测端为一个密闭腔室;
5、所述微流控芯片设置在所述加热模块的上方,所述加热模块用于对所述微流道进行加热。
6、一种可能的实现方式中,所述微流道,包括:
7、螺旋沟道区域,由两个并列连通的螺旋沟道组成;
8、蛇形沟道区域,由两组轴对称连通的蛇形沟道组成,每组蛇形沟道由多个沟道循环组成;
9、所述螺旋沟道区域中一个螺旋沟道剩余的入口与所述进样口连通,另一个螺旋沟道剩余的出口与所述蛇形沟道区域中一组蛇形沟道剩余的入口连通,另一组蛇形沟道剩余的出口与所述检测端的入口连通;
10、所述蛇形沟道区域划分为一个高温区、两个低温区和两个延伸区,所述高温区为所述蛇形沟道区域的沿中轴方向的中间区域,两个所述低温区分别位于所述高温区的两侧,所述延伸区为所述高温区与所述低温区之间的区域。
11、一种可能的实现方式中,所述进样口直径为1500微米,所述微流道的沟道宽度为500微米,所述检测端直径为5000微米。
12、一种可能的实现方式中,所述微流控芯片内沟道整体高度为200微米,所述检测端高度为700微米。
13、一种可能的实现方式中,所述加热模块,包括:
14、底座,以及三个并列固定在所述底座上的加热单元;
15、每个所述加热单元由铜板和加热片组成,所述加热片通过背胶贴于所述铜板下底面,所述微流控芯片设置在所述铜板的上表面,中间的加热单元对应加热所述高温区,两侧的加热单元对应加热所述低温区。
16、一种可能的实现方式中,所述加热片为pi膜。
17、一种可能的实现方式中,所述底座使用尼龙玻纤材料制成。
18、一种可能的实现方式中,所述装置还包括:
19、温度控制模块,用于通过控制加热片的加热功率来控制每个所述加热单元的温度。
20、本申请第二方面提供一种自加压式抑制液体蒸发的方法,应用于上述第一方面的自加压式抑制液体蒸发的pcr装置,所述方法包括:
21、将外部的注射泵与所述进样口连接,将所述检测端的出样口密封;
22、由所述温度控制模块控制加热片的加热功率,使得所述蛇形沟道区域的高温区、低温区和延伸区的温度达到pcr扩增的要求温度;
23、控制所述注射泵将预设体积的气体和pcr试剂依次通过所述进样口注入所述微流道,pcr试剂按照一定速度经过所述微流道后全部进入所述检测端。
24、相较于现有技术,本申请提供的自加压式抑制液体蒸发的pcr装置,包括:微流控芯片和加热模块;所述微流控芯片具有进样口、微流道和检测端;所述进样口与所述微流道的入口连通,所述检测端与所述微流道的出口连通,所述检测端为一个密闭腔室;所述微流控芯片设置在所述加热模块的上方,所述加热模块用于对所述微流道进行加热。可见,本申请可以通过给密闭的微流道芯片中预先注入一定体积的气体,使得芯片内部压强大于一个标准大气压,从而提高液体的沸点,有效抑制了pcr试剂在流进高温区时,由于产生蒸发而产生的小气泡,避免了气泡对扩增过程的影响,从而确保了pcr扩增有效进行。
1.一种自加压式抑制液体蒸发的pcr装置,其特征在于,包括:微流控芯片和加热模块;
2.根据权利要求1所述的自加压式抑制液体蒸发的pcr装置,其特征在于,所述微流道,包括:
3.根据权利要求1所述的自加压式抑制液体蒸发的pcr装置,其特征在于,所述进样口直径为1500微米,所述微流道的沟道宽度为500微米,所述检测端直径为5000微米。
4.根据权利要求3所述的自加压式抑制液体蒸发的pcr装置,其特征在于,所述微流控芯片内沟道整体高度为200微米,所述检测端高度为700微米。
5.根据权利要求2所述的自加压式抑制液体蒸发的pcr装置,其特征在于,所述加热模块,包括:
6.根据权利要求5所述的自加压式抑制液体蒸发的pcr装置,其特征在于,所述加热片为pi膜。
7.根据权利要求5所述的自加压式抑制液体蒸发的pcr装置,其特征在于,所述底座使用尼龙玻纤材料制成。
8.根据权利要求5所述的自加压式抑制液体蒸发的pcr装置,其特征在于,所述装置还包括:
9.一种自加压式抑制液体蒸发的方法,其特征在于,应用于权利要求8所述的自加压式抑制液体蒸发的pcr装置,所述方法包括: