一種pcr和毛細(xì)管電泳集成的微流控芯片及采用該芯片的病原菌快速檢測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及分子生物檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及病原菌的檢驗。
【背景技術(shù)】
[0002]以特定的基因序列(片段)作為檢測目標(biāo)進行生物或組織的檢測與識別，已成為生物學(xué)、生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境與食品等領(lǐng)域中的重要技術(shù)手段，得到廣泛的運用。常規(guī)基因分析過程通常需要使用如離心機、溫度循環(huán)儀、平板凝膠電泳儀、熒光成像分析儀或毛細(xì)管電泳儀等多個設(shè)備。這對實驗室的硬件條件和實驗人員的操作水平都提出了比較高的要求，而且操作流程也比較繁瑣，不易降低檢測過程中發(fā)生的試劑和人工成本。樣品在多個設(shè)備間轉(zhuǎn)移，也增加了操作失誤和樣品污染的可能性。1990年，微全分析系統(tǒng)(μ TAS)的概念被提出，為分子生物的檢測分析開辟了新的發(fā)展方向。微全分析系統(tǒng)以微流控技術(shù)為基礎(chǔ)，促進了分析檢測設(shè)備的小型化、集成化和自動化，不僅可以降低設(shè)備的購置成本、試劑成本和人工操作成本，也為檢測監(jiān)控的實時化和現(xiàn)場化提供了技術(shù)途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種PCR和毛細(xì)管電泳集成的微流控芯片，用微流控芯片的方式實現(xiàn)PCR和CE的集成。
[0004]本發(fā)明的目的還在于提供采用上述芯片的病原菌快速檢測裝置，可對病原菌進行快速檢測。
[0005]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題可以采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]一種PCR和毛細(xì)管電泳集成的微流控芯片，其特征在于，包括一位于上方的上層基板、一位于下方的下層基板，所述上層基板和所述下層基板鍵合在一起；
[0007]所述下層基板上設(shè)有一 PCR反應(yīng)通道和一 CE分離通道，所述PCR反應(yīng)通道與所述CE分離通道存在至少一個交叉點，所述PCR反應(yīng)通道和所述CE分離通道的端口處均設(shè)有一凹槽；
[0008]所述上層基板上與所述凹槽相對的地方開有用于填充試劑和安置電極的孔。
[0009]所述PCR反應(yīng)通道是一條曲折通道，包含直線部分和彎曲部分；
[0010]所述直線部分包括平行排布的復(fù)數(shù)條直線通道，所述彎曲部分包括復(fù)數(shù)個弧形通道，一個直線通道的左端通過一個弧形通道與相鄰的下一個直線通道的左端相連，右端通過一個弧形通道與相鄰的上一個直線通道的右端相連。
[0011]以位于所述PCR反應(yīng)通道的起始端的凹槽作為進樣池，以位于所述PCR反應(yīng)通道的末端的凹槽作為廢液池。
[0012]所述CE分離通道，是一條直線通道，或者是如所述PCR反應(yīng)通道式的曲折通道。以位于所述CE分離通道的起始端的凹槽作為分離液池，以位于所述CE分離通道的末端的凹槽作為廢液池。
[0013]作為一種優(yōu)選方式，連接所述PCR反應(yīng)通道的末端的直線通道與所述CE分離通道交叉?？梢允鞘纸徊?，或雙T形交叉。
[0014]所述上層基板、所述下層基板均可以是玻璃、石英、聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)等,基板要求具有一定的機械強度和較好的光學(xué)透過率。
[0015]采用PCR和毛細(xì)管電泳集成的微流控芯片的病原菌快速檢測裝置，包括一原菌快速檢測裝置主體，包括一數(shù)據(jù)處理與控制模塊，所述數(shù)據(jù)處理與控制模塊連接一溫控模塊、一突光檢測模塊、一電源驅(qū)動模塊和一顯不與接口模塊，其特征在于，還包括一 PCR和毛細(xì)管電泳集成的微流控芯片，包括一位于上方的上層基板、一位于下方的下層基板，所述上層基板和所述下層基板鍵合在一起，所述下層基板上設(shè)有一 PCR反應(yīng)通道和一 CE分離通道，所述PCR反應(yīng)通道與所述CE分離通道存在至少一個交叉點，所述PCR反應(yīng)通道和所述CE分離通道的端口處均設(shè)有一凹槽，所述上層基板上與所述凹槽相對的地方開有用于填充試劑和安置電極的孔；
[0016]所述溫控模塊包括一用于改變PCR反應(yīng)通道溫度的半導(dǎo)體溫控片、一用于測量PCR反應(yīng)通道溫度的溫度傳感器；
[0017]所述熒光檢測模塊包括一激發(fā)光源，激發(fā)光源產(chǎn)生較窄光譜帶寬的激發(fā)光，并照射CE通道上，激發(fā)含有熒光分子的DNA片段發(fā)出熒光；
[0018]所述電源驅(qū)動模塊包括一 PCR驅(qū)動電源和一 CE驅(qū)動電源，所述PCR驅(qū)動電源與兩個分別放置在PCR反應(yīng)通道的起始端和末端的電極相連接，所述CE驅(qū)動電源與兩個分別放置在CE分離通道的起始端和末端的電極相連接。
[0019]所述半導(dǎo)體溫控片可以貼合在微流控芯片的單面或兩面，單面的數(shù)量為2?3個，半導(dǎo)體溫控片的排列方向與PCR反應(yīng)通道的直線通道的排列方向垂直。每一個半導(dǎo)體溫控片都橫跨PCR通道的所有直線部分，PCR通道的每一個直線部分都被所有溫控片加熱成為溫度不同的幾個溫度區(qū)，用于PCR反應(yīng)的變性、延伸和退火。
[0020]激發(fā)光源可以是發(fā)光二極管、激光二極管、寬譜帶光源與窄帶濾光片的組合等。
[0021]所述熒光檢測模塊還包括一光學(xué)傳輸單元，用于傳輸激發(fā)光和收集熒光，并濾除波長等于小于激發(fā)光的散射光。光學(xué)傳輸單元可以是由自由空間、光波導(dǎo)(例如光纖)和透鏡構(gòu)成。
[0022]所述熒光檢測模塊還包括一光電檢測器，光電檢測器將熒光信號轉(zhuǎn)換成電信號，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理和控制模塊。光電檢測器可以是光電二極管、光電三極管、光電倍增管、電荷率禹合器件等。
[0023]所述數(shù)據(jù)處理與控制模塊實現(xiàn)溫控模塊、熒光檢測模塊、電源驅(qū)動模塊的控制與協(xié)調(diào)。包括:控制溫控模塊的半導(dǎo)體溫控片對PCR通道加熱，同時從溫度傳感器接受溫度測量信號，產(chǎn)生反饋控制信號，使得溫控模塊在達(dá)到設(shè)定溫度前對PCR通道持續(xù)加熱，在達(dá)到設(shè)定溫度后保持PCR通道的溫度恒定；控制電源驅(qū)動模塊中的PCR驅(qū)動電源，使DNA分子及其PCR擴增產(chǎn)物連續(xù)流過PCR通道；當(dāng)PCR擴增后的DNA片段已經(jīng)過CE通道的交叉部分，停止PCR驅(qū)動電源，開啟CE驅(qū)動電源，使擴增后的DNA片段流過CE通道；控制熒光檢測模塊采集CE通道檢測窗口處的熒光信號，并對獲得的信號進行處理和存儲。
[0024]所述顯示與接口模塊用于顯示檢測數(shù)據(jù)，或者與閃存設(shè)備、硬盤設(shè)備、電腦等其他設(shè)備連接，輸出檢測數(shù)據(jù)。
[0025]使用所述細(xì)菌快速檢測裝置時，在微流控芯片的PCR反應(yīng)通道中填充PCR反應(yīng)液，在CE分離通道中填充分離液；取適量含有樣本DNA的試劑(例如I μ L)注入微流控芯片的進樣池；將微流控芯片插入檢測裝置，使電源驅(qū)動模塊的電極放置在微流控芯片的槽孔中；開啟本裝置，然后本裝置將在數(shù)據(jù)處理與控制模塊的控制下自動完成包括PCR、CE、檢測和數(shù)據(jù)輸出在內(nèi)的所有后續(xù)步驟。首先，數(shù)據(jù)處理和控制模塊開啟溫控模塊，使各溫控片加熱然后保持設(shè)定溫度，在PCR通道中形成2?3個不同的溫度區(qū)；然后，開啟電源驅(qū)動模塊的PCR驅(qū)動電源，驅(qū)動樣本DNA及其PCR擴增產(chǎn)物連續(xù)流過PCR通道，完成PCR反應(yīng)，并經(jīng)過CE通道的交叉部分；接著，自動切換到CE驅(qū)動電源，驅(qū)動DNA片段電泳；同時開啟熒光檢測模塊，檢測CE通道的熒光信號；信號作為數(shù)據(jù)被顯示和保存，并可輸出到其他設(shè)備上。
[0026]本發(fā)明的有益效果在于:與常規(guī)的基因分析流程相比，運用PCR和CE集成微流控芯片及其檢測裝置進行細(xì)菌的檢測，減少了設(shè)備的數(shù)量，降低了硬件購置成本，只需一臺設(shè)備就可完成檢測；提高了分析過程的自動化程度，提高工作效率；避免試樣在不同設(shè)備之間的轉(zhuǎn)移，簡化了人工操作，降低了試樣污染的風(fēng)險；微流控芯片減少了樣品和試劑的消耗，降低了運行成本；本發(fā)明的裝置體積小，可形成便攜式設(shè)備，滿足實時化、現(xiàn)場化的檢測需要。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明裝置的框圖，其中，I 一數(shù)據(jù)處理與控制模塊，2 —電源驅(qū)動模塊，3 —微流控芯片，4 一熒光檢測模塊，5 —溫控模塊，6 —顯示與接口模塊。
[0028]圖2是PCR與CE集成微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，7 —芯片基板，8 — PCR通道，9 一分尚液池，10 一廢液池，11 一芯片進樣池，12 — CE通道，13 一溫控片。
[0029]圖3是運用病原菌快速檢測裝置檢測牙銀P卜啉菌(Porphyromonas Gingivalis,Pg)的結(jié)果，其中，(a)