專利名稱：用于pcr擴增的可更換部件的功能模塊的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種用于PCR擴增的可更換部件的功能模塊，屬于生物醫學檢測儀器領域，具體是一種以PCR芯片為主體，在恒溫液控制溫區中進行PCR反應，可同時集成或單獨使用的功能性儀器模塊。
背景技術：
聚合酶鏈式反應(Polymerase Chain Reaction，PCR)，也稱無細胞克隆技術 (Free bacteria cloning technique)，作為分子生物學和基因工程的一項重要技術，是一種在引物引導下選擇性擴增DNA和RNA片段的方法。PCR技術具有特異、敏感、產率高、快速、簡便、重復性好、易自動化等突出優點，能在小容器內將所要研究的目的基因或某一 DNA 片段于數小時內擴增復制至幾十萬乃至幾百萬倍，供分析研究和檢測鑒定。PCR擴增需要反應液在高溫變性，低溫退火，中溫延伸這三個溫區之間不斷變化， 因此快速準確的循環溫度控制是關鍵。傳統的PCR技術存在熱慣性大從而升降溫度慢、反應溫度分布不均勻、反應體積大需要試劑量大、產物必須轉移分離等缺點。研究表明，PCR反應實際上在變性和退火階段所需要時間的很短，PCR反應中如果能克服熱慣性可以大量減少升降溫時間以加速整個反應過程。連續流PCR通過使反應液流過不同的恒溫溫區進行PCR反應，可以克服傳統PCR 的弱點，大大減少反應時間和對試劑的消耗。本專利在微流控連續流PCR與毛細管式連續流PCR的基礎上進行進一步擴展與創新，針對現有連續流PCR不易更換，也不易模塊化批量使用等弱點，將外部結構與微流控芯片結合，擁有穩定的外部液體溫度區與統一的流動控制。整體結構可拆卸更換，具有模塊化特點，便于集成使用與單獨使用。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種能夠與外部流體進出控制模塊 (控制外部泵體和氣源)、液體溫度循環控制模塊(控制恒溫水箱溫度)集成的用于PCR擴增的可更換部件的功能模塊。反應試劑在功能模塊中經過多個PCR反應恒溫溫區構成的螺旋形流路，進行快速的PCR反應，且可以控制PCR循環反應的次數。本發明通過以下技術方案實現，本發明包括上部組合功能區，底部連接座，流體流出管，流體阻流塞，頂部流體控制管。其中上部組合功能區放置于底部連接座的頂上，上部組合功能區與流體流出管、流體阻流塞直接連接；頂部流體控制管底部插入上部組合功能區頂部。所述的上部組合功能區從里到外分別由中央固定塊，隔熱橡膠板，設有流體通道的可更換的微流控玻璃片，設有流體通道的流體進出玻璃片，設有流體通道的液控恒溫玻璃片和結構側柱組合而成，所述中央固定塊位于上部組合功能區中央，中央固定塊四個直角固定著結構側柱，中央固定塊側面被隔熱橡膠板緊貼，每兩個結構側柱間夾持著一塊隔熱橡膠板、一塊微流控玻璃片和一塊液控恒溫玻璃片或結構側柱間夾持著一塊隔熱橡膠板與一塊流體進出玻璃片。所述可更換的微流控玻璃片，流體進出玻璃片，結構側柱為流體區域構成部件，上述流體區域構成部件內部均有多道形狀相同的流體通道，組裝后形成一螺旋型流路，流體通過流體進出玻璃片進出流路。所述液控恒溫玻璃片內部有流體通道，流體通道通過流體入口與流體出口與外部溫度控制模塊連接，交換流體，通過外界不斷流入恒溫流體保持整塊控恒溫玻璃片的溫度。所述流體進出玻璃片頂部有儲液凹槽，一個側面有多個有孔凸起，儲液凹槽與有孔凸起均與流體進出玻璃片內部的流體通道相連，流體進出玻璃片含有孔凸起的側面朝外。所述中央固定塊的材料為ABS樹脂，隔熱橡膠板材料是工程用耐熱橡膠。可更換的微流控玻璃片，液控恒溫玻璃片，流體進出玻璃片主體部分都是石英玻璃，中間有流體通道。流體進出玻璃片上設有的有孔凸起是PTEE材料。結構側柱整體結構是ABS樹脂，有孔凸起及內部的流體通道是PTEE材料。所述的底部連接座由ABS樹脂制成，底部鏤空，其上有與上部組合功能區的結構側柱固定的對應螺絲孔，通過螺絲可將底部連接座與上部組合功能區固定。有與上部組合功能區液控恒溫玻璃片底部流體進出矩形孔對應的有孔矩形凸起，可通過內部的圓孔與外界流體泵入泵出管道相連接。所述流體流出管、流體阻流塞插入上部組合功能區的流體進出玻璃片上的有孔凸起中，所述有孔凸起有N個，則流體阻流塞有N-I個，流體流出管有1個；流體流出管和流體阻流塞位置可更換，這兩個部件一起決定流體螺旋型流路最終的循環次數，流出管作為螺旋型流路的出口。所述的流體流出管與所述的流體阻流塞均由ABS樹脂制成。兩者都插在上部組合功能區的流體進出玻璃片的平面上的對應有孔矩形凸起中，其位置可根據實際操作需求更改。流體可通過流出管流出，而流體阻流塞能阻止應孔洞流體流出。所述頂部流體控制管上部是可與外界氣源或者泵體連接的管子，底部直接插到上部組合功能區的流體進出玻璃片頂部的儲液凹槽中。固定的橫梁上有兩個螺絲孔與上部組合功能區的流體進出玻璃片頂部的螺絲孔對應，通過螺絲可將頂部流體控制管與上部組合功能區固定。主體部分由PTEE制成，有螺絲孔的固定橫梁由金屬制成。采用本發明進行PCR反應工作機制如下(以下以包含四塊隔熱橡膠板，三塊可更換的微流控玻璃片，一塊流體進出玻璃片，四個結構側柱的功能模塊為例說明)
事先將反應試劑通過頂部流體控制管注入到流體進出玻璃片頂部的儲液凹槽，然后將頂部流體控制管的管道的另外一端接到高壓氣源或者泵體，通過高壓氣源或者泵體來驅動反應試劑進入玻璃片內部的通道流動。通過調節氣源或泵體可調整反應試劑在通道內的流動速度。流體進出玻璃片中的流體通道，三塊可更換的微流控玻璃片中的流體通道，以及這四塊玻璃片之間的結構側柱的流體通道部分共同構成了反應試劑的流體環境。可更換的微流控玻璃片中的流體通道兩邊的流體通道口(會與相應接觸的結構側柱的有孔凸起直接連接)處于同一水平面，有多層(設計例為40層)形狀相同但互不接觸的流體通道層，不同層間的流體無法在芯片內直接接觸；結構側柱的流體通道也是水平的，但使得流體水平上轉向了 90°，連接了兩塊玻璃芯片上的流體；而流體進出玻璃片中的流體通道則正好使得流體從本層入口流入后從下一層出口流出。即流體會在流體進出玻璃片中完成一次循環進
入下一層。流體進出玻璃片除了頂部的儲液凹槽外，內部每隔T層(T為可根據需求更換)流體通道在橫向上會有一個出流口，出流口與玻璃片側面上的矩形有孔凸起相通。矩形有孔凸起一般會塞上流體阻流塞，使得實際流體不會從支路出流口流出而繼續循環。而當PCR 循環達到需要次數時，在其所對應的矩形有孔凸起處接入流體流出管，引出已完成反應循環的液體。每塊可更換的微流控玻璃片都夾在在一塊隔熱橡膠板和一塊液控恒溫玻璃片之間。液控恒溫玻璃片內部流體通道是單一的不斷彎曲的蛇形結構，底部有兩個流體通道口， 直接與底部連接座的對應位置相連。在底部連接座的對應位置由兩根管子分別連接到外部的循環泵的出流口和恒溫水箱中。使用加熱裝置和溫度檢測裝置保證恒溫水箱中的液流溫度為設定溫度。循環泵的進流口接到水箱中。工作時打開循環泵，使液體從恒溫水箱沿著管道進入液控恒溫玻璃片的一個液體通道口，進入芯片內部后沿著通道流動并從另一個液體通道口流出，最終回到恒溫水箱。在這個流動過程中，熱交換使液控恒溫玻璃片保持在設定的恒溫狀態。在實際PCR工作環境下，三塊液控恒溫玻璃片的溫度分別設定為94° C(變性)。60° C (退火)72° C (延伸)。液控恒溫玻璃片的存在，使得與其接觸的微流控玻璃片也保持為基本一致的溫度，當內部的試劑在微流控玻璃片通道中流動時，將得到玻璃片的熱量傳遞。即試劑流經不同的微流控玻璃片實際上是經過了不同的PCR反應溫度溫區， 從而獲得了 PCR反應每個階段所需要的溫度。同時另一個接觸面的隔熱橡膠板能減少反應過程中的熱量散失。整體構造使得設計循環次數為η次(η為流體進出玻璃片的出流口之間間隔層數T 的整數倍)流體會在外界推動下按下列順序流動
流體進出玻璃片儲液凹槽_>流體進出玻璃片(1層)_>結構側柱A (1層)-> 可更換的微流控玻璃片Al，94° C變性(1層)-> 結構側柱B (1層)_>可更換的微流控玻璃片Bl (1層)，60° C退火-> 結構側柱C (1層)-> 可更換的微流控玻璃片Cl (1層)72° C (延伸)_>結構側柱D (1層)-> 流體進出玻璃片(完成一次循環，從1層進入2)->結構側柱A (2層)->……-> 流體進出玻璃片(第η層，完成η次循環)_>對應η層的出流口 ->流體流出管_>外部容器或者管道。即整體構成了一螺旋形流路，流路中有三個恒溫溫區進行PCR 反應。本發明比現有的常規PCR儀器和微流控芯片型PCR有以下優勢
1.擁有連續流型微流控PCR反應的高效反應的優點，PCR反應速度比常規PCR儀器快得多。2.利用恒溫液流來進行溫控，水的比熱容高，因此溫區的溫度均勻性好，恒溫性比直接通過電阻加熱和直接散熱要好得多。3.模塊易拆卸，方便清洗與更換，可根據實際需求采用不同的微流控芯片玻璃片來進行反應，通道的形狀，長度，與流速一起直接決定了進行每次PCR循環的時間，這些可以通過更換微流控芯片玻璃片來改變，甚至可以考慮用重新設計的微流控芯片使得整體增加新的功能，而且也可以選擇整體反應的循環次數。
4.模塊化設計，既可以將底座與相應的泵體和水箱的配合，頂部流體控制管接上外來泵體或者高壓氣源直接使用；也可以將多個模塊一起使用。將底座統一放置到固定位置上，然后多個模塊的底座相同溫區可以接到同樣的水缸和泵體上，頂部流體控制管接到統一的高壓氣源或者泵體上一同使用，可實現批量化同時操作，既可以單獨使用也可以批
量一起使用。5.模塊還可以進一步將底座與設計好的其他設備直接相連，流體流出管與其他設備相連，不需外部轉移進入其他設備也能實現其他功能。實現集成一體化。總之，用于PCR擴增的可更換部件的功能模塊是一種易拆卸，能單獨也能集成，可根據實際需要靈活變更，方便高效的發明，能夠為這個PCR芯片領域的標準化與通用化做出突出的貢獻。
圖1為本發明實施例的整體軸測圖2為本發明實施例的已組裝的上部組合功能區結構的軸測圖3為本發明實施例的已組裝的上部組合功能區結構的俯視圖4為本發明實施例的分解的上部組合功能區結構的軸測圖5為本發明實施例的一種可更換的微流控玻璃片的主視圖6為本發明實施例的另一種可更換的微流控玻璃片的主視圖7為本發明實施例的可更換的微流控玻璃片的側邊局部放大的軸測圖8為本發明實施例的流體進出玻璃片的主視圖9為本發明實施例的流體進出玻璃片的軸測圖10為本發明實施例的液控恒溫玻璃片的主視圖11為本發明實施例的結構側柱的軸測圖12為本發明實施例的結構側柱的橫向上的一個切面圖13為本發明實施例的中央固定塊的軸測圖14為本發明實施例的隔熱橡膠板的軸測圖15為本發明實施例的底部連接座的正面的軸測圖16為本發明實施例的底部連接座的背面的軸測圖17為本發明實施例的流體流出管，流體阻流塞的背面的軸測圖18為本發明實施例的頂部流體控制管的軸測圖。圖中1 一上部組合功能區、2—底部連接座、3—流體流出管、4一流體阻流塞、5— 頂部流體控制管、6 —中央固定塊、7—隔熱橡膠板、8—可更換的微流控玻璃片、9 一流體進出玻璃片、10—液控恒溫玻璃片、11一結構側柱。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明。以下實施例進行以25個循環的PCR 反應作為樣例闡述工作原理，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖1所示，本實施例包括上部組合功能區1、底部連接座2、流體流出管3，流體阻流塞4和頂部流體控制管5。其中上部組合功能區1設置于底部連接座2的頂上，結構設計上兩者正好可以互相卡穩；流體流出管3，流體阻流塞4插入上部組合功能區1的一個側面(流體進出玻璃片9構成)上的有孔凸起中。實施例中，對應的有孔凸起有8個。而流體阻流塞4有7個，流體流出管3有1個，它們的位置可以根據模塊運行實際情況隨時更換； 頂部流體控制管5底部插入上部組合功能區1的儲液凹槽的中(流體進出玻璃片9頂部)。如圖2、圖3、圖4所示，所述的上部組合功能區1從里到外分別由中央固定塊6， 隔熱橡膠板7，可更換的微流控玻璃片8，流體進出玻璃片9，液控恒溫玻璃片10，結構側柱 11組合而成，通過各個結構上的螺絲孔洞進行固定。中央固定塊6位于上部組合功能區1 中央，中央固定塊6四個直角固定著結構側柱11，中央固定塊6四個面被四塊隔熱橡膠板7 緊貼，有兩個結構側柱11間夾持著一塊隔熱橡膠板7和一塊流體進出玻璃片9，其他每兩個結構側柱11間夾持著一塊隔熱橡膠板7、一塊微流控玻璃片8和一塊液控恒溫玻璃片10。 本實施例中，隔熱橡膠板7，有4塊，按逆時針以7A、7B、7C、7D標示；可更換的微流控玻璃片 8，有3塊，逆時針以8A、8B、8C標示；結構側柱11有4塊，逆時針按1 IAUlBU 1C、1ID標示。 上部組合功能區1是用于PCR擴增的可更換部件的功能模塊的主體功能部分。如圖2所示，上述的上部組合功能區1的所有部件組合后，其頂部均在一水平面內；隔熱橡膠板7，可更換的微流控玻璃片8，流體進出玻璃片9，液控恒溫玻璃片10的底部也均在同一水平面上，這四者高度相同；中央固定塊6和結構側柱11的底部在一水平面內， 兩者高度相同。后兩者(中央固定塊6和結構側柱11)的高度比前四者(隔熱橡膠板7，可更換的微流控玻璃片8，流體進出玻璃片9，液控恒溫玻璃片10)的高度要高。由于頂部對齊， 前四者的底部比后兩者凹陷，按照組合位置形成四個凹陷，凹陷深度與相應的高度差對應。 這個高度差也正好是底部連接座2的四個凸臺的高度(可見圖15)
所述的底部連接座2由ABS樹脂制成，如圖15、圖16所示，底部鏤空，由于上部組合功能區的四個結構側柱11對應的螺絲孔，可通過螺絲可將底部連接座與上部組合功能區固定。有與上部組合功能區三塊液控恒溫玻璃片10的底部流體進出矩形孔對應的六個有孔矩形凸起(圖15)，其對應背面的六個圓孔與外界流體泵入泵出管道相連接(圖16)。底部連接座2主要作用是連接外部恒溫流體、支撐固定整個結構，以及方便與其他外部設備的連接固定。所述的流體流出管3與所述的流體阻流塞4均由ABS樹脂制成，其結構如圖17所示。兩者都插在上部組合功能區的流體進出玻璃片9的側面上的對應有孔矩形凸起中(圖 9)，其位置可根據實際操作需求更改。流體阻流塞4使得對應的有孔矩形凸起中的流體不會流出，流體流出管3則可使對應的有孔矩形凸起中的流體得以流出。正常運行情況下，將流體流出管3導出的試劑收集，即得到經過了指定周期PCR循環的反應的成品。所述頂部流體控制管5上部是可與外界氣源或者泵體連接的軟管，底部直接插到上部組合功能區1的流體進出玻璃片9頂部的儲液凹槽中。如圖18所示，頂部流體控制管 5整體結構由主體與固定的橫梁組成。固定的橫梁上有兩個螺絲孔與上部組合功能區1的流體進出玻璃片9頂部的螺絲孔對應，通過螺絲可將頂部流體控制管5與上部組合功能區 1固定。頂部流體控制管5主體部分由PTEE制成，有螺絲孔的固定橫梁為金屬制成。頂部流體控制管5主要作用是在反應開始前將試劑引入儲液凹槽以及反應開始后通過外部連接的氣源或者泵體控制實際試劑在流體通道中的流動速度，進而影響整體PCR反應周期的時間和PCR反應的質量。
所述中央固定塊6如圖13所示，為一長方體，頂面與底面是正方形。材料是ABS 樹脂。其在上述的上部組合功能區1組裝完畢插入所述的底部連接座2時，恰好能卡在底部連接座2四個凸起塊包圍形成的中心區域中(圖15)。中央固定塊6的主要功能是起整個上部組合功能區1的中央支撐作用。所述隔熱橡膠板7結構如圖14所示，為一形狀簡單的結構，用工程用耐熱橡膠制成，其兩邊的階梯型結構是為了與結構側柱11的階梯型結構對應，組裝時方便定位與卡穩。隔熱橡膠板7的主要功能是使得與其直接接觸的可更換的微流控玻璃片8溫度恒溫性保持得更好，溫度不至于受外界對流與熱交換影響太大。另一個功能是作為結構固定的緩沖。所述可更換的微流控玻璃片8，由石英玻璃制成。整體形狀是長方形薄片，如圖5、 圖6所示。內部有流體通道，流體通道貫穿左右兩邊，左右兩邊的出入口處還有專門設計的比內部其他通道稍微大一些的通道口(圖7)，可以與結構側柱11夾持微流控玻璃片8的側面上的有孔凸起對應(見圖11)，使得兩者流體通道能夠接合不泄露。流體通道為多道，互相間間隔開，在玻璃片內部不能直接相連通。本實施例中為40道，意味著可以進行最多40 次PCR循環周期。(后面的流體進出玻璃片9的通道數同此數目)。圖5與圖6是兩種內部流體通道部分不同的可更換的微流控玻璃片11。可對應在試劑反應時需要在不同溫區的不同時間情況下搭配使用。體現出可更換的微流控玻璃片11可按需更換的特點。微流控玻璃片8是試劑反應與流動的主場所。所述流體進出玻璃片9，結構如圖8、圖9所示。是由與微流控玻璃片8相似的中心有流體通道的石英玻璃芯片與正面外環一圈石英玻璃墊片(用來填充結構側柱11相應夾持部位)的粘合而成，墊片厚度正好與液控恒溫玻璃片10的厚度相同。頂部有下陷的儲液凹槽，凹槽中央的小孔為直接流體進出玻璃片9內部的流體通道。如圖9所示，和微流控玻璃片8類似，左右兩邊也有通道口，但流體進出玻璃片9內部的流體通道不對稱，右邊通道口流入的液體從左邊通道口流出時，出口位置比進口位置下降了一個通道口。這個設計使得在整體組裝好后，試劑將在流體進出玻璃片9的流體通道中實現變道，即完成一個循環進入下一個循環的通道。流體進出玻璃片9內部每隔T層(T為可根據需求更換，此實施例為T=5)流體通道會橫向上有一個出流口，出流口與玻璃片側面上的矩形有孔凸起相通。 矩形有孔凸起用PTEE材料制成。矩形有孔凸起外面一般會塞上流體阻流塞4，堵塞這個出流口支路，使流體在流體通道中繼續循環。為了使得整個體系反應能夠得到所需要的PCR 循環次數，對應循環次數的矩形有孔凸起將接上流體流出管3，使完成反應循環的液體從此處流出。此實施例流體流出管3接在第5個矩形有空凸起處，即按實施例進行PCR反應時， 試劑進行反應完5*5=25次PCR循環后將從流體流出管3中流出，結束反應。所述液控恒溫玻璃片10，由石英玻璃制成。整體形狀是長方形薄片，如圖10所示。 內部有流體通道，流體通道形成一條蛇形路徑，底面有兩個開口，作為流體進出口。其可與底部連接座2上的有孔矩形凸起對應相連，最終兩個流體進出口分別通過底部連接座2引入的導管接入外界恒溫水箱以及接著恒溫水箱的泵體。外部泵體泵入的恒溫水將使得液控恒溫玻璃片10保持恒溫。液控恒溫玻璃片10主要作用就是通過接觸導熱，保持直接接觸的可更換的微流控玻璃片8的溫度，使得PCR反應得到需要的溫度。所述結構側柱11，其結構如圖11、圖12所示。其中兩個方向上的結構(互相呈90° C)用于兩個方向上的隔熱橡膠板7，可更換的微流控玻璃片8，流體進出玻璃片9，液控恒溫玻璃片10的加持。如圖11所示，內側面上有有孔凸起，有孔凸起內有水平面內兩有孔凸起互相接通的流體通道(圖12)。對應于可更換的微流控玻璃片8或液控恒溫玻璃片10 側面的通道口。可以在組裝時將流體通道很好的密封，使得結構側柱11兩端接著的玻璃片的流體通道接通。側面上的螺絲孔用于將所加持的玻璃片固定，底部的螺絲孔(圖11)用于與底部連接座2的對應螺絲孔固定。結構側柱11整體結構用ABS樹脂制成，但內部流體通道與有孔凸起是用PTEE材料加工后塞入結構側柱11得到。如圖2、圖3、圖4所示，所述的上部組合功能區1的組裝方式如下所有結構頂部在同一水平面上。中央固定塊6位于中央，四個結構側柱11的直角卡口分別與中央固定塊 6的四個直角完全貼合。四個隔熱橡膠板7 (圖14)，每一個都將較小的一個側面緊貼中央固定塊6的一個側面，每個隔熱橡膠板7的兩邊由結構側柱11的對應結構卡穩。此時將3 塊可更換的微流控玻璃片8分別插進每兩結構側柱11形成的插槽的靠隔熱橡膠板7的一面。將流體進出玻璃片9插進未插入微流控玻璃片8的兩結構側柱11形成的插槽中，含有孔凸起的側面朝外。然后3塊液控恒溫玻璃片10分別插到3塊可更換的微流控玻璃片8 旁邊的插槽。組合完結構如圖2圖3所示。可更換的微流控玻璃片8，流體進出玻璃片9，液控恒溫玻璃片10，結構側柱11這四個部件的側面上都有螺絲孔。螺絲孔有對應關系，按上述組裝方式組裝好后，從結構側柱 11的外表面的螺絲孔將螺絲扭入，結構側柱11與其所夾的可更換的微流控玻璃片8，液控恒溫玻璃片10或結構側柱11與其所夾的流體進出玻璃片9即可完全固定無松動。如圖1、 圖11所示，結構側柱11底部有螺絲孔，四個結構側柱11共有4個螺絲孔，與底部連接座2 上的四個螺絲孔對應。將上部組合功能區1插入底部連接座2后，從底部連接座2后面的螺絲柱(見圖16)將螺絲扭入，將上部組合功能區1與底部連接座2即完全固定無松動。頂部流體控制管5有兩個螺絲孔，其與部組合功能區1的流體進出玻璃片9頂部的兩個螺絲孔對應。將頂部流體控制管5底部插入上部組合功能區1的儲液凹槽的后，將對應的兩個螺絲扭入。如圖1、圖18所示，上部組合功能區1與頂部流體控制管5即完全固定。本實施例完成全部組裝好后，如圖1所示。然后將底部連接座2對應液控恒溫玻璃片10的圓孔插上管道，連接到外部的泵體和恒溫水箱。使得液控恒溫玻璃片10A、10B、 IOC的恒定溫度分別設定為94° C (變性)。60° C (退火)72° C (延伸)。此時通過頂部流體控制管5將反應液注入儲液凹槽，并將頂部流體控制管5接到外部的氣源或泵體。外部氣源或泵體將使得儲液凹槽里面的反應液進入由4塊玻璃片(9、8A、8B、8C)和四個結構側柱11 (11A、11B、11C、11D)的內部流體通道組成的液流循環通道。按照9->11Α->8Α_11Β-> 8B->11C-8C-11D_9-···的順序循環流動，然后會在流體進出玻璃片9進入下一個循環，整體構成一個螺旋形流路。由于可更換的微流控玻璃片8A，8B，8C分別與液控恒溫玻璃片10A， 10B,10C直接貼合，因此按順序流經這三塊玻璃片內部流體通道的反應液也會流經對應液控恒溫玻璃片的溫區。即流體每次按94° C (變性)。60° C (退火)72° C (延伸)溫區的順序流動，完成一次PCR反應循環。而每進行5個循環，流體在流體進出玻璃片9會碰到一個支路出流口通向在流體進出玻璃片9外面的矩形有孔凸起。由于前4個矩形有孔凸都被流體阻流塞4塞住，因此支路出流口不起作用。第25個循環的支路出流口(對應第5個矩形有孔凸起)外部連接的是流體流出管3，由于支路要比繼續向前走內部流體通道的壓力要小的多，流體就會在25個PCR循環后從流體流出管3流出，完成整個25個循環的PCR反應過程。綜上，本發明提出一種用于PCR擴增的可更換部件的功能模塊，以可更換的微流控玻璃片為主要反應區域，以外界泵入的恒溫流體到液控恒溫玻璃片作為各溫區熱源，通過流體進出玻璃片與外界進行試劑交換，以四個中轉的流體通道的結構側柱為固定，中心有用于填充的中央固定塊和隔熱橡膠板，頂部有控制液流速度的流體控制管，可接到外部流體進出控制模塊(控制外部泵體和氣源)。底部是連接到液體溫度循環控制模塊(外部泵體或氣源)及固定結構的底部連接座。模塊結構設計上方便對準和配合固定，以相應的螺絲孔固定整體各部件。能夠形成一個循環次數可以更改，流體依次流經三個PCR反應恒溫溫區的螺旋形流路，以進行連續流式PCR反應。是一個PCR反應效率高，可應對情況多，方便拆卸與清洗，易于大規模生產集成，能夠根據需要在不同情況下使用的功能模塊。以上實施例詳細顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，在不脫離本發明精神和范圍的前提下本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。 本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等同物界定。
權利要求
1.一種用于PCR擴增的可更換部件的功能模塊，其特征在于包括上部組合功能區 (1)、底部連接座(2)、流體流出管(3)，流體阻流塞(4)和頂部流體控制管(5);其中上部組合功能區(1)放置于底部連接座(2)的頂上，上部組合功能區(1)與流體流出管(3)、流體阻流塞(4)直接連接；頂部流體控制管底部插入上部組合功能區(1)頂部；所述的上部組合功能區(1)從里到外分別由中央固定塊(6)，隔熱橡膠板(7)，設有流體通道的可更換的微流控玻璃片(8)，設有流體通道的流體進出玻璃片(9)，設有流體通道的液控恒溫玻璃片(10)和結構側柱(11)組合而成；所述中央固定塊(6)位于上部組合功能區中央，中央固定塊(6)邊角固定著結構側柱(11)，中央固定塊(6)側面緊貼隔熱橡膠板 (7);每兩個結構側柱(11)間夾持著一塊隔熱橡膠板(7)、一塊微流控玻璃片(8)和一塊液控恒溫玻璃片(10)或兩個結構側柱(11)間夾持著一塊隔熱橡膠板(7)與一塊流體進出玻璃片(9)。
2.根據權利要求1所述的用于PCR擴增的可更換部件的功能模塊，其特征在于所述中央固定塊(6)，隔熱橡膠板(7)，可更換的微流控玻璃片(8)，流體進出玻璃片(9)，液控恒溫玻璃片(10)和結構側柱(11)，這些部件的頂部在同一水平面上，結構側柱(11)的卡口分別與中央固定塊(6)的邊角完全貼合，隔熱橡膠板(7)中每一塊都將較小的一個側面緊貼中央固定塊(6)的一個側面，每個隔熱橡膠板(7)的兩邊由結構側柱(11)的對應結構卡住； 可更換的微流控玻璃片(8)分別插在每兩結構側柱(11)形成的插槽的靠隔熱橡膠板(7)的一面；流體進出玻璃片(9)插進未插入微流控玻璃片(8)的兩結構側柱(11)形成的插槽中； 液控恒溫玻璃片(10)分別插到可更換的微流控玻璃片(8)旁邊的插槽。
3.根據權利要求1或2所述的用于PCR擴增的可更換部件的功能模塊，其特征在于 所述可更換的微流控玻璃片(8)，流體進出玻璃片(9)以及結構側柱(11)內部均有多道形狀相同的流體通道，組裝后形成一螺旋型流路，流體通過流路進出玻璃片(9)進出流路。
4.根據權利要求1或2所述的用于PCR擴增的可更換部件的功能模塊，其特征在于 所述液控恒溫玻璃片(10)內部有流體通道，流體通道通過流體入口與流體出口與外部溫度控制模塊連接，交換流體，通過外界不斷流入恒溫流體保持整塊控恒溫玻璃片(10)的溫度。
5.根據權利要求1或2所述的用于PCR擴增的可更換部件的功能模塊，其特征在于 所述液控恒溫玻璃片(10)內部流體通道形成一條蛇形路徑，底部有兩個流體通道口，直接與底部連接座(2)的對應位置相連；可更換的微流控玻璃片(8)中的流體通道兩邊的流體通道口與相應接觸的結構側柱(11)的有孔凸起直接連接，有多層形狀相同但互不接觸的流體通道層，各層間的流體無法在芯片內直接接觸；結構側柱(11)的流體通道是水平的，連接兩塊玻璃芯片上同一層的流體；而流體進出玻璃片(9)中的流體通道則正好使得流體從本層入口流入后從下一層出口流出。
6.根據權利要求1或2所述的用于PCR擴增的可更換部件的功能模塊，其特征在于所述流體進出玻璃片(9)頂部有儲液凹槽，一個側面有多個有孔凸起，儲液凹槽與有孔凸起均與流體進出玻璃片(9)內部的流體通道相連，流體進出玻璃片(9)含有孔凸起的側面朝外。
7.根據權利要求1或2所述的用于PCR擴增的可更換部件的功能模塊，其特征在于 所述流體流出管(3)，流體阻流塞(4)插入上部組合功能區(1)的流體進出玻璃片(9)上的有孔凸起中，所述有孔凸起有N個，則流體阻流塞(4)有N-I個，流體流出管C3)有1個；流體流出管(3)和流體阻流塞(4)位置可更換，這兩個部件一起決定流體螺旋型流路最終的循環次數，流體流出管(3)作為螺旋型流路的出口。
8.根據權利要求1或2所述的用于PCR擴增的可更換部件的功能模塊，其特征在于 所述頂部流體控制管(5) —端連接外部控制模塊，另一端能夠連接上部組合功能區(1)內部流體區域構成部件構成的流路，通過外部氣源或泵體控制流體在上部組合功能區(1)內部流路中的流動速度。
9.根據權利要求1或2所述的用于PCR擴增的可更換部件的功能模塊，其特征在于 所述頂部流體控制管(5)上部是可與外界氣源或者泵體連接的軟管，底部直接插到上部組合功能區(1)的流體進出玻璃片(9)頂部的儲液凹槽中，流體進出玻璃片(9)頂部的儲液凹槽作為螺旋形流路的入口。
10.根據權利要求1或2所述的用于PCR擴增的可更換部件的功能模塊，其特征在于 該功能模塊使用時PCR反應試劑從流體進出玻璃片(9)頂部的儲液凹槽中流入，經過三個恒溫溫區的螺旋型流路，完成多次循環的PCR反應，最終從流出管(3)導出。
全文摘要
本發明公開一種用于PCR擴增的可更換部件的功能模塊，其中以可更換的微流控玻璃片為主要反應區域，以外界泵入的恒溫流體到液控恒溫玻璃片為各溫區熱源，通過流體進出玻璃片與外界進行試劑交換，以中轉的流體通道的結構側柱為固定，中心有用于填充的中央固定塊和隔熱橡膠板，頂部有控制液流速度的流體控制管，可接到外部流體進出控制模塊。本發明模塊結構設計上方便對準和配合固定；能夠形成一個循環次數可以更改，流體依次流經PCR反應恒溫溫區的螺旋形流路，以進行連續流式PCR反應，是一個PCR反應效率高，可應對情況多，方便拆卸與清洗，易于大規模生產集成，能夠根據需要在不同情況下使用的功能模塊。
文檔編號C12M1/38GK102296027SQ201110237159
公開日2011年12月28日 申請日期2011年8月18日 優先權日2011年8月18日
發明者伍擇希, 劉武, 吳校生, 崔峰, 張衛平, 李金鳳, 陳俊杰, 陳文元 申請人:上海交通大學