PCR反应系统和方法

技术领域

本发明涉及PCR反应，特别涉及PCR反应系统和方法。

背景技术

聚合酶链式反应(PCR)是一种用于在体外进行特定的DNA快速扩增的分子生物学技术。PCR设备具有灵敏度高、特性性强、操作简单等特点，它不仅可用在基因分离、克隆和核酸序列分析等基础研究，还可以用于疾病的诊断或任何有DNA、RNA的地方，因而在生命科学研究、生化分析、临床诊断、法医鉴定和疫情快速检验等领域广泛应用和迅速发展。

PCR进程通常由高温变性、低温退火及适温延伸三个基本反应步骤循环重复进行构成。因此，温控系统对于PCR反应结果极其重要，直接决定PCR设备性能的好坏。加热模块升降温速度和温度均一性是衡量PCR设备温控系统优良的重要评判指标。目前市面上大多数PCR设备采用半导体制冷片作为热源，利用PID算法实现对温控系统进行精确循环控温，通常都会存在以下问题：

1.加热模块升降温速度有限；

2.加热模块会存在边缘效应，即中间温度高于边缘温度。

发明内容

为解决上述现有技术方案中的不足，本发明提供了一种PCR反应系统。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

PCR反应系统，所述PCR反应系统包括底板、PCR反应芯片，所述PCR反应芯片具有试剂腔；所述PCR反应系统还包括：

导热部件，所述导热部件内具有依次连通的流体进口、多个流体通道和流体出口，所述多个流体通道并联设置；

环状部件，所述PCR芯片处于所述环状部件的围出区域内；

加热单元，所述加热单元设置在所述区域内；

固定板，所述固定板具有凸起，所述凸起卡入处于所述区域内，所述固定板、加热单元、PCR反应芯片、导热部件和底板依次设置。

本发明的目的还在于提供了PCR反应方法，该发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

PCR反应方法，所述PCR反应方法为：

流体进入导热部件内，依次经过流体进口、多个流体通道和流体出口，所述多个流体通道并联设置；

接触所述导热部件的PCR反应芯片一侧的试剂腔被加热到设定温度，同时，接触所述PCR反应芯片的另一侧被加热单元加热到设定温度；

所述PCR芯片和加热单元分别处于环状部件的围出区域内，固定板、加热单元、PCR反应芯片、导热部件和底板依次设置，所述固定板具有凸起，所述凸起卡入处于所述区域内。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

1.PCR反应时间短；

利用平板式微流控芯片的PCR反应，可以快速实现温度的循环变化，极大减少整个PCR反应时间；

2.温度一致性好；

多级流道的设计，使得流道长度和流阻一致，可以保证每个流道内导热液流量一致，还有，加热单元在PCR反应芯片的另一侧加热，进而提升每个流道对应的样本温度一致性；

3.小型化；

内部导热液循环使用，避免对导热液需求过多而致使整个系统积极过大，有利于设备的小型化。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1是根据本发明实施例PCR反应系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的流体通道结构示意图。

具体实施方式

图1-2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了解释本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将在本发明的范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

实施例1：

图1示意性地给出了本发明实施例的PCR反应系统的结构简图，如图1所示，所述PCR反应系统包括：

底板2、PCR反应芯片7，所述PCR反应芯片7具有试剂腔71；

导热部件1，如图2所示，所述导热部件1内具有依次连通的流体进口5、多个流体通道和流体出口11，所述多个流体通道并联设置；

环状部件3，所述PCR芯片7处于所述环状部件3的围出区域内；

加热单元，所述加热单元设置在所述区域内；

固定板4，所述固定板4具有凸起，所述凸起卡入处于所述区域内，所述固定板4、加热单元、PCR反应芯片7、导热部件1和底板2依次设置。

为了固定导热部件，进一步地，所述底板2的一侧具有凹槽，所述导热部件1处于所述凹槽内。

为了防止热量损失而使PCR反应芯片温度不一致，进一步地，所述加热单元包括：

加热膜和传热部件，所述加热膜、传热部件和平板状PCR反应芯片依次设置。

为了防止热量损失，进一步地，所述PCR反应系统还包括：

第一环形密封件，所述第一环形密封件设置在所述导热部件和凹槽的壁之间；

第二环形密封件，所述第二环形密封件设置在所述环形部件和固定板之间，并环绕所述区域的一侧开口。

为了保持温度的一致性，进一步地，如图2所以，所述流体通道包括：

第一组流道，所述第一组流道包括至少二级流道，如第一级流道13、第二级流道14和第三级流道15，使得流道数量呈指数增大，所述流体进口5连通所述第一组流道的出口端；

第二组流道16，所述第二组流道16平行设置，并分别连通所述第一组流道的最后一级的出口，多个平行设置的隔离件17设置在所述第二组流道16中每一流道内；所述试剂腔71在所述导热部件上的投影落在所述第二组流道16的区域内

第三组流道，所述第三组流道包括至少二级流道，使得流道数量呈指数递减，所述第一组流道的入口端连通所述第二组流道，出口端连通所述流体出口11。

为了使加热流体循环，进一步地，所述PCR反应系统还包括：

第一切换模块，所述第一切换模块用于使所述流体出口选择性地连通任一个流体供应单元；

多个流体供应单元，所述流体供应单元包括流体依次经过的加热模块、容器和泵，控温模块用于控制所述加热模块，使得所述容器内流体温度达到设定值；

第二切换模块，所述第二切换模块用于使所述流体进口选择性地连通任一个流体供应单元的泵。

本发明实施例的PCR反应方法，所述PCR反应方法为：

流体进入导热部件内，依次经过流体进口、多个流体通道和流体出口，所述多个流体通道并联设置；

接触所述导热部件的PCR反应芯片一侧的试剂腔被加热到设定温度，同时，接触所述PCR反应芯片的另一侧被加热单元加热到设定温度；

所述PCR芯片和加热单元分别处于环状部件的围出区域内，固定板、加热单元、PCR反应芯片、导热部件和底板依次设置，所述固定板具有凸起，所述凸起卡入处于所述区域内。

为了确保通道内流体温度的一致性，进一步地，流体通过所述流体通道的方式为：

进入所述流体进口流体依次通过第一组流道、第二组流道、第三组流道和流体出口，所述第一组流道包括至少二级流道，使得流道数量呈指数增大，所述流体进口连通所述第三组流道的出口端；所述第二组流道平行设置，并分别连通所述第一组流道的最后一级的出口，多个平行设置的隔离件设置在所述第二组流道中每一流道内；所述第三组流道包括至少二级流道，使得流道数量呈指数递减，所述第一组流道的入口端连通所述第二组流道，出口端连通所述流体出口；

流体在所述第二组流道内流速相同，所述试剂腔在所述导热部件上的投影落在所述第二组流道的区域内。

为了固定导热部件和PCR反应芯片，进一步地，所述底板的一侧具有凹槽，所述导热部件处于所述凹槽内。

为了循环利用加热流体，进一步地，排出所述流体出口经过切换模块后，选择性地进入与所述设定温度相同的流体供应单元内，流体被加热到所述设定温度，并送容器内，最后经过泵后送所述流体进口。

实施例2：

根据本发明实施例1的PCR反应系统和方法的应用例。

在本应用例中，如图1所示，底板2呈矩形，并在上侧具有矩形凹槽；环状部件3围出矩形区域；导热部件1呈矩形平板状，设置在所述矩形凹槽内，下侧和凹槽底壁间设置第一环形密封件6；PCR反应芯片7呈矩形平板状，下侧具有试剂腔71，并设置在所述矩形区域内；加热单元包括加热膜9和矩形的传热部件8，设置在所述矩形区域内；固定板4呈矩形平板状，下侧具有四棱柱状的凸起，所述凸起卡入处于所述矩形区域内，所述环状部件3上侧设置第二环形密封件10，环绕所述矩形区域的上端开口，所述固定板4、加热膜9、传热部件8、PCR反应芯片7、导热部件1和底板2依次设置；

如图2所示，导热部件1内具有依次连通的流体进口5、多个流体通道和流体出口11，所述多个流体通道并联设置；所述流体通道包括：

第一组流道包括至少二级流道，如2个第一级流道13、4个第二级流道14和8个第三级流道15，使得流道数量呈指数增大，所述流体进口5连通所述第一组流道的出口端；

8个第二组流道16平行设置，并分别连通所述第一组流道的最后一级的出口，多个平行设置的隔离件17设置在所述第二组流道16中每一流道内；所述试剂腔71在所述导热部件上的投影落在所述第二组流道16的区域内

第三组流道，所述第三组流道包括至少二级流道，使得流道数量呈指数递减，如三级流道，分别是8个、4个和2个，所述第一组流道的入口端连通所述第二组流道，出口端连通所述流体出口11；

第一切换模块采用四通阀，用于使所述流体出口选择性地连通任一个流体供应单元；

多个流体供应单元，如三个流体供应单元，所述流体供应单元包括流体依次经过的加热模块、容器和泵，控温模块用于控制所述加热模块，使得所述容器内流体温度达到设定值，如分别是60度、72度和95度；

第二切换模块采用四通阀，用于使所述流体进口选择性地连通任一个流体供应单元的泵。

本发明实施例的PCR反应方法，也即利用本实施例的PCR反应系统的工作方法，所述PCR反应方法为：

液体进入导热部件1内，依次经过流体进口5、多个流体通道和流体出口11，所述多个流体通道并联设置，也即液体依次流过第一组流道、第二组流道和第三组流道；8个第二组流道内的液体流速分别为：v1＝0.042m/s，v2＝0.040m/s，v3＝0.039m/s，v4＝0.041m/s，v5＝0.041m/s，v6＝0.039m/s，v7＝0.040m/s，v8＝0.042m/s，可见，液体流速基本一致，提高了PCR芯片温度的一致性；

接触所述导热部件1的PCR反应芯片7一侧的试剂腔71被加热到设定温度，如95度，同时，接触所述PCR反应芯片7的另一侧被加热单元加热到设定温度；

排出所述流体出口11经过第一切换模块后，选择性地进入与所述设定温度相同的流体供应单元内，流体被加热到所述设定温度，并送容器内，最后经过泵和第二切换模块后送所述流体进口，从而实现了液体的循环。