專利名稱：用于微流控生物芯片pcr熒光檢測的避光散熱結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于微流控生物芯片PCR熒光檢測的避光散熱結構，主要用于生物PCR熒光檢測系統中避免雜光對熒光檢測的干擾和熒光檢測系統的排熱降溫，屬于生物學及醫(yī)學檢測領域。
背景技術：
聚合酶鏈式反應(PCR)是一種在體外模擬自然DNA復制過程的核酸擴增技術，即無性細胞分子克隆技術，其原理類似于天然DNA的復制，是體外酶促反應選擇性地合成特異性DNA的一種方法。反應步驟是人工合成一對寡核苷酸引物與特異擴增DNA片段兩條鏈的兩端序列分別互補，由高溫(在攝氏96度左右)熱變性、低溫(在攝氏55度左右)復性和適溫(在攝氏72度左右)延伸組成一個周期循環(huán)進行，使DNA片段得以迅速擴增。在合適條件下，這種循環(huán)不斷重復，前一個循環(huán)的產物DNA可作為后一個循環(huán)的模板DNA參與DNA的合成，使產物DNA的量按2n方式擴增。從理論上講經過三十多次的循環(huán)反應，DNA擴增倍數為106～109。
目前國內外普遍使用的、基于熒光能量傳遞技術的熒光定量PCR技術有TaqMan技術、Am2 plisensor技術、Molecular beacon技術(分子信標)、Lightcycler技術和Complex probes技術(復合探針法)。通過對上述幾種PCR定量技術的分子生物學理論和技術特征分析，可以作出這樣的診斷盡管上述幾種PCR定量技術在生物工程技術層面上的原理方法各不相同，但它們的熒光發(fā)光機理以及發(fā)光目的都是破壞兩個熒光分子間的FRET，從而發(fā)出熒光。熒光強度與溶液中模板量成正比，根據熒光強度和隨熒光強度的變化而作相應變化的信息，可對PCR產物進行定性定量分析。其中，熒光光譜檢測技術由于其選擇性好，痕量定性定量分析和非破壞性檢測等特點，已逐漸成為應用最廣泛，靈敏度最高的檢測技術之一。
由于PCR擴增需要近攝氏100度進行熱變性，而熒光光譜檢測系統中的光電元器件最佳工作條件是常溫(攝氏30度左右)，因此，如何處理既避免雜光對熒光檢測的干擾而封閉檢測系統，同時熒光檢測系統又要排熱降溫這個問題，是在生物PCR熒光檢測系統設計中需很好解決的問題。
目前，現有的PCR熒光檢測系統主要包括反應管式PCR熒光檢測系統和微流控式PCR熒光檢測系統。
反應管式PCR熒光檢測系統，其實質是將反應物置于特定容器----在反應管中，對管內反應物進行高溫熱變性、低溫退火和適溫延伸組成一個擴增周期。即管內反應物處于靜態(tài)，而溫度擴增周期循環(huán)處于動態(tài)。也就是說，在每一時刻，反應管式PCR熒光檢測系統只有一個溫區(qū)存在，只不過是溫區(qū)的溫度在加熱和制冷裝置的工作下，隨時間而在周期循環(huán)變化，因此，反應管式PCR熒光檢測系統對避光散熱結構和其避光散熱的效率沒有特殊要求，一般是靠電扇和一些結構縫隙排熱。
微流控生物芯片的微流控式PCR反應實質是，將組成一個擴增周期的三個溫區(qū)平展于一個芯片平面上，在芯片上面制作微通道，采用外部閥控制壓力驅動和操作液流。試樣進入微通道，反應物在微通道中微流控下，通過在平展的三個溫區(qū)上流動，實現一個擴增周期循環(huán)。多次循環(huán)流動實現多次擴增周期循環(huán)。即管內反應物處于動態(tài)，而溫度擴增周期循環(huán)處于靜態(tài)。也就是說，在每一時刻，微流控式PCR熒光檢測系統中，都有平展的三個溫區(qū)同時存在并需保持正常工作溫度，為了使上述平展的三個溫區(qū)互不干擾地保持正常工作溫度，在三個溫區(qū)之間需高速流動空氣，形成溫區(qū)之間的溫度隔離區(qū)，因此，微流控生物芯片的微流控式PCR熒光檢測系統避光散熱結構以及效率，在上述系統中是具有特別重要的技術意義。如圖6所示，40個循環(huán)的PCR微流控芯片由入口、出口、變性區(qū)94℃、延伸區(qū)72℃和退火區(qū)55℃組成，相鄰溫區(qū)間的小孔為隔熱網格，芯片的整體尺寸為40mm×100mm。
目前，對于微流控式PCR熒光檢測系統并沒有專門的散熱結構，在實驗中，只是將其置于避光的房間來避免雜光對檢測系統的干擾。由于三個溫區(qū)之間需要流動的空氣來隔溫，實際中也只是在避光的房間使用風扇等來增加空氣的流動性。這就使得微流控式PCR熒光檢測系統的使用環(huán)境受到限制，而且，由于房間空間大，對于微流控式PCR熒光檢測系統來說，隔溫的效果也不是很理想。
發(fā)明內容
為了很好地解決上述問題，本發(fā)明中提供了一種用于微流控生物芯片PCR熒光檢測的避光散熱結構。本發(fā)明可提高微流控生物芯片的微流控式PCR熒光檢測系統散熱效率，滿足平展的三個溫區(qū)同時存在并保持正常工作溫度，同時也能避免雜光對系統的影響。
為了達到避光散熱的目的，本發(fā)明采取了取如下技術方案。本結構主要包括有避光密封容器5、避光排熱基板3、避光排熱蓋板4、避光進氣基板7、避光進氣蓋板8。其中，為微流控生物芯片聚合酶鏈式反應提供保證的外圍設備和用于檢測PCR產物的熒光光譜檢測裝置密封在避光密封容器(5)內，在避光密封容器5內設置有兩個風扇1，在與風扇相對應的避光密封容器5的容器壁上設置有進氣口6和排氣口2，在避光密封容器5的外表面、位于進氣口6和排氣口2周圍的位置分別固定有避光進氣基板7和避光排熱基板3，進氣口6、排氣口2分別通過避光進氣基板7、避光排熱基板3上設置的通孔與外界連通。避光進氣基板7和避光進氣蓋板8通過各自表面上設置的形狀相同的N個環(huán)形槽對插，然后將二者固定在避光密封容器5上，并在對插時留有通風間隙。避光排熱基板3、避光排熱蓋板4也通過設置在各自表面上的N個環(huán)形槽對插，然后將它們固定在避光密封容器5上，并使對插處留有足夠的通風間隙。避光密封容器5中，檢測系統所需的光纖和電導線，穿過避光密封容器5的容器壁上的通孔與外界聯接用于檢測數據的讀取，并在通孔處作避光處理。
所述的N的取值范圍為1～100。
所述的環(huán)形槽的形狀為圓、橢圓、正方形、長方形、多邊形等各種形狀的封閉環(huán)形圖案。
避光排熱基板3、避光排熱蓋板4、避光進氣基板7、避光進氣蓋板8的大小尺寸可根據具體情況設計，不一定非要與避光密封容器5一樣大小和對稱布置。
在避光密封容器5中，檢測系統所需的光纖和電導線，通過避光密封容器5壁面上已打好的孔，作避光處理后，實現避光密封容器內外聯接。
本發(fā)明的工作原理當風扇1通電工作時，避光密封容器5外的冷空氣沿避光進氣基板7和避光進氣蓋板8對插的N個環(huán)形槽之間的間隙到達進氣口6，進入避光密封容器5內。而避光密封容器5內的熱空氣在風扇1的吸抽作用下，經出氣口2，沿避光散熱基板3、避光排熱蓋板4對插的N個環(huán)形槽，到達避光密封容器5外，實現了避光密封容器5內外熱冷空氣交換，達到了排熱作用。同時，由于光線按直線傳遞，而一部分光的反射和散射也被多層對插的N個環(huán)形槽所阻隔，因此，實現了避光密封容器5內的避免雜光對熒光檢測的干擾而封閉檢測系統作用。同時，由于密封容器5內的空氣流動加快，也使得熒光檢測系統各個溫區(qū)之間用于隔溫的空氣流速加快，增強了各個溫區(qū)之間的隔溫效果。
經實驗驗證，本發(fā)明可很好解決避光密封容器5內的某些器件在保持近攝氏100度的正常工作溫度的情況下，熒光光譜檢測系統中光電元器件可在最佳工作條件的常溫(攝氏30度左右)工作。同時，整個避光密封容器5內無雜光對熒光檢測的干擾。
圖1用于生物PCR熒光檢測的避光散熱結構系統截面示意2避光散熱結構系統中的避光進氣(或避光排熱)基板環(huán)形槽的圓閉環(huán)形狀示意3避光散熱結構系統中的避光進氣(或避光排熱)蓋板環(huán)形槽的圓閉環(huán)形狀示意4避光散熱結構系統中的避光進氣(或避光排熱)基板環(huán)形槽的正方閉環(huán)形狀示意5避光散熱結構系統中的避光進氣(或避光排熱)蓋板(圖右)環(huán)形槽的正方閉環(huán)形狀示意640個循環(huán)的PCR微流控芯片示意中1、風扇，2、出氣口，3、避光排熱基板，4、避光排熱蓋板，5、避光密封容器，6、進氣口，7、避光進氣基板，8、避光進氣蓋板，9、橫截為矩形的環(huán)形槽凸起，10、生物PCR試劑進樣口，11、微流控芯片的微通道，12、風冷隔溫孔，13、生物PCR試劑出樣口。
具體實施例方式
實施例1下面結合圖1、圖2、圖3詳細說明本實施例。
本實施例主要包括風扇1、出氣口2、避光排熱基板3、避光排熱蓋板4、避光密封容器5、進氣口6、避光進氣基板7、避光進氣蓋板8。避光進氣基板7和避光進氣蓋板8通過各自表面上設置的形狀相同的N個環(huán)形槽對插后，使用螺栓和螺母，將它們分別固定在避光密封容器5上，并使對插處留有足夠的通風間隙。避光排熱基板3、避光排熱蓋板4也通過設置在各自表面上的N個環(huán)形槽對插后，也使用螺栓和螺母，將它們分別固定在避光密封容器5上，并使對插處留有足夠的通風間隙。
聚合酶鏈式反應和用于檢測PCR產物的熒光光譜檢測裝置密封在避光密封容器5內，風扇設置在避光密封容器5內，避光密封容器5中，檢測系統所需的光纖和電導線，通過避光密封容器5壁面上已打好孔，并作避光處理后，實現避光密封容器內外聯接。在電導線與孔之間的間隙用填充物填充，達到避光的目的。
避光散熱基板3、避光排熱蓋板4、避光進氣基板7和避光進氣蓋板8均是帶有5個圓環(huán)形槽的板，其中圓環(huán)形槽的圖案如圖2、圖3所示。
避光散熱基板3和避光排熱蓋板4、避光進氣基板7和避光進氣蓋板8的5個圓環(huán)形槽可對插，并在對插時留有足夠的通風間隙，如圖1所示。
實施例2下面結合圖1、圖4、圖5詳細說明本實施例。
本實施例主要包括風扇1、出氣口2、避光排熱基板3、避光排熱蓋板4、避光密封容器5、進氣口6、避光進氣基板7、避光進氣蓋板8。避光進氣基板7和避光進氣蓋板8通過各自表面上設置的形狀相同的N個環(huán)形槽對插后，使用螺栓和螺母，將它們分別固定在避光密封容器5上，并使對插處留有足夠的通風間隙。避光排熱基板3、避光排熱蓋板4也通過設置在各自表面上的N個環(huán)形槽對插后，也使用螺栓和螺母，將它們分別固定在避光密封容器5上，并使對插處留有足夠的通風間隙。
聚合酶鏈式反應和用于檢測PCR產物的熒光光譜檢測裝置密封在避光密封容器5內，風扇設置在避光密封容器5內，避光密封容器5中，檢測系統所需的光纖和電導線，通過避光密封容器5壁面上已打好孔，并作避光處理后，實現避光密封容器內外聯接。
避光散熱基板3、避光排熱蓋板4、避光進氣基板7和避光進氣蓋板8均是帶有5個正方形環(huán)槽的板，其正方形環(huán)槽圖案如圖4、圖5所示。避光散熱基板3和避光排熱蓋板4、避光進氣基板7和避光進氣蓋板8的5個正方形環(huán)槽可對插，并在對插時留有足夠的通風間隙，如圖1所示。
權利要求
1.用于微流控生物芯片PCR熒光檢測的避光散熱結構，其特征在于主要包括有避光密封容器(5)、避光排熱基板(3)、避光排熱蓋板(4)、避光進氣基板(7)、避光進氣蓋板(8)；其中，為微流控生物芯片聚合酶鏈式反應提供保證的外圍設備和用于檢測PCR產物的熒光光譜檢測裝置密封在避光密封容器(5)內，在避光密封容器(5)中的檢測系統所需的光纖和電導線，穿過避光密封容器(5)的容器壁上的通孔與外界聯接用于檢測數據的讀??；在避光密封容器(5)內設置有兩個風扇(1)，在與風扇相對應的避光密封容器(5)的容器壁上設置有進氣口(6)和排氣口(2)，在避光密封容器(5)的外表面、位于進氣口(6)和排氣口(2)周圍的位置分別固定有避光進氣基板(7)和避光排熱基板(3)，進氣口(6)、排氣口(2)分別通過避光進氣基板(7)、避光排熱基板(3)上設置的通孔與外界連通；避光進氣基板(7)和避光進氣蓋板(8)通過各自表面上設置的形狀相同的N個環(huán)形槽對插，在對插時，在二者相互接觸的環(huán)形槽之間留有通風間隙，然后將二者固定在避光密封容器(5)上；避光排熱基板(3)、避光排熱蓋板(4)也通過設置在各自表面上的N個環(huán)形槽對插，對插處留有足夠的通風間隙，然后也將二者固定在避光密封容器(5)上。
2.根據權利要求1所述的哦用于生物PCR熒光檢測的避光散熱結構，其特征在于所述的N的取值范圍為1～100。
3.根據權利要求1所述的哦用于生物PCR熒光檢測的避光散熱結構，其特征在于所述的環(huán)形槽為圓、橢圓、正方形、長方形、多邊形等各種形狀的封閉環(huán)形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于微流控生物芯片PCR熒光檢測的避光散熱結構，屬于生物學及醫(yī)學檢測領域。本發(fā)明中，將為微流控生物芯片聚合酶鏈式反應提供保證的外圍設備和用于檢測PCR產物的熒光光譜檢測裝置密封在避光密封容器(5)內。將避光進氣基板(7)和避光進氣蓋板(8)、避光排熱基板(3)和避光排熱蓋板(4)通過各自表面上設置的形狀相同的N個環(huán)形槽對插，并在對插時留有通風間隙，然后將二者固定在避光密封容器(5)上。工作時，通過兩個風扇達到密封容器(5)與外界通風排熱的目的，同時，通過設置在蓋板上的環(huán)形槽達到避免雜光的目的。
文檔編號G12B15/00GK1963461SQ20061011466
公開日2007年5月16日 申請日期2006年11月21日 優(yōu)先權日2006年11月21日
發(fā)明者吳堅, 任藝 申請人:北京工業(yè)大學