(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211378017.1 (22)申请日 2022.11.04 (71)申请人 深圳承启生物科技有限公司 地址 518100 广东省深圳市龙华区民治街 道樟坑社区青创城C 栋3A3 (72)发明人 张弓　余卓　 (51)Int.Cl. C12M 1/00(2006.01) C12M 1/38(2006.01) C12M 1/34(2006.01) C12Q 1/686(2018.01) B01L 3/00(2006.01) B01L 7/00(2006.01) (54)发明名称 一种往复式微流控PCR芯片及其使用方法和 应用 (57)摘要 本申请涉及生物学、 分析化学及医学检测领 域， 具体而言涉及一种往复式微流控PCR芯片及 其使用方法和应用。 本申请 的往复式微流控PCR 芯片包括直线型反应流道、 位于反应流道两端并 与反应流道 流体连通的气体腔室、 布置在所述气 体腔室外围的气体腔室控温装置、 荧光检测装 置； 所述直线型反应流道上设置有加样口， 所述 直线型反应流道包括第一 温区、 第二温区和荧光 检测区， 荧光检测区位于第一 温区和第二温区之 间， 反应体系通过在第一温区、 荧光检测区和第 二温区之间往复移动来完成PCR的多个热循环， 荧光检测装置配置为与荧光检测区对准， 当反应 体系经过荧光检测区时荧光检测装置对反应体 系进行荧 光检测。 权利要求书1页 说明书7页 附图3页 CN 115505488 A 2022.12.23 CN 115505488 A 1.一种往复式微流控PCR芯片 （1） ， 其特征在于： 包括直线型反应流道 （2） 、 位于所述直 线型反应流道两端并与所述直线型反应流道流体连通的气体腔室 （3） 、 布置在所述气体腔 室 （3） 外围的气体腔室控温装置 （4） 、 荧光检测装置 （5） ； 所述直线型反应流道 （2） 上设置有 加样口 （6） ， 所述直线型反应流道 （2） 包括第一温区 （7） 、 第二温区 （8） 和荧光检测区 （9） ， 所 述荧光检测区 （9） 位于所述第一温区 （7） 和所述第二温区 （8） 之间， 反应体系 （10） 通过在所 述第一温区 （7） 、 所述荧光检测区 （9） 和所述第二 温区 （8） 之间往复移动来完成PCR的多个热 循环， 所述荧光检测 装置 （5） 配置为与所述荧光检测区 （9） 对准， 当反应体系 （10） 经过所述 荧光检测区 （9） 时所述 荧光检测装置 （5） 对所述反应 体系 （10） 进行荧 光检测。 2.根据权利 要求1所述的往复式微流控PCR芯片 （1） ， 其特征在于： 所述荧光检测装置包 括激发光发射器 （11） 和荧光检测器 （12） ， 所述激发光发射器 （11） 和所述荧光检测器 （12） 位 于所述直线型反应流道 （2） 一侧或相对的两侧。 3.根据权利 要求1所述的往复式微流控PCR芯片 （1） ， 其特征在于： 所述直线型反应流道 （2） 还包括第三温区 （13） ， 所述反应体系 （10） 通过在所述第一温区 （7） 、 所述荧光检测区 （9） 、 所述第二温区 （8） 和所述第三温区 （13） 之间往复移动来完成PCR的多个热循环。 4.根据权利要求3所述的往复式微流控PCR芯片 （1） ， 其特征在于： 所述第一温区 （7） 的 温度配置为50 ‑72℃； 所述第二 温区 （8） 的温度配置为85 ‑98℃； 所述第三 温区 （13） 的温度配 置为50‑72℃。 5.根据权利 要求1‑4中任一项所述的往复式微流控PCR芯片 （1） ， 其特征在于： 所述第一 温区 （7） 的长度和所述第二温区 （8） 的长度比为  (0.2‑6)： 1。 6.根据权利要求5所述的往复式微流控PCR芯片 （1） ， 其特征在于： 所述第三温区 （13） 的 长度配置为与所述第一温区 （7） 的长度相等。 7.根据权利 要求1‑4中任一项所述的往复式微流控PCR芯片 （1） ， 其特征在于： 所述反应 流道可以同时容纳一个或多个 反应体系 （10） 同时反应， 各反应体系 （10） 之间用矿物油 （17） 隔开。 8.一种使用如权利要求1或2所述的往复式微流控PCR芯片 （1） 的方法， 其特征在于： 包 括如下步骤： 1） 将反应 体系 （10） 通过加样口 （6） 注入直线型反应流道 （2） ； 2） 将第二温区 （8） 的温度加热到37 ‑45℃， 通过调节气体腔室 （3） 中的压强将反应体系 （10） 移动到所述第二温区 （8） 以进行反转录反应； 3） 将所述第二温区 （8） 迅速加热到85 ‑98℃， 同时将第一温区 （7） 加热到 50‑72℃； 4） 通过控制气体腔室 （3） 中的压强来控制所述反应体系 （10） 在所述直线型反应流道中 的往复移动来完成P CR的多个热循环； 当所述反应体系 （10） 经过荧光检测区 （9） 时荧光检测 装置 （5） 对所述反应 体系 （10） 进行荧 光检测。 9.一种PCR检测仪， 其特征在于： 包括如权利 要求1‑7中任一项所述的往复式微流控PCR 芯片 （1） 。 10.如权利要求1 ‑7中任一项所述的往复式微 流控PCR芯片 （1） 在PCR检测中的应用。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115505488 A 2一种往复式微流控PCR芯片及其使用方 法和应用 技术领域 [0001]本申请涉及生物学、 分析化学及医学检测领域， 具体而言涉及一种往复式微流控 PCR芯片及其使用方法和应用。 背景技术 [0002]聚合酶链式反应 （PC R） 拥有广阔 的应用， 它能指数级扩增核酸， 被应用在生物和医 学中， 尤其是核酸检测领域。 当前核酸检测为了方便快捷， 一般使用的是96孔/384孔板的实 时荧光PCR， 但仪器笨重， 功耗很大， 很难移动部署， 并且需要有专门的PCR洁净实验室和专 业人员操作， 成本很高， 比较适合大批量的检测， 对较少量样品的现场快速检测难以实现。 同时， 由于P CR需要95℃变性， 使 得其无法在高原环 境直接运行 （高原气 压低， 水的沸点不到 95℃） 。 [0003]微流控芯片将反应放在流道中进行， 解决了易受环境污染的问题， 因此有一些片 上PCR的方案被提出来。 其中较容易实现且成本较低的是专利申请公开号CN112680341A中 公开的弯曲流道型片上P CR方案， 该方案由高压气瓶的气 压驱动反应液体流过弯曲流道， 在 95℃温区和60℃温区之间反复经过， 以此完成扩增热循环。 用较高的气压可以保证整个反 应体系有足够的压强， 进而 可以在高原上直接运行。 然而这种方法也有其弊病： (1)  芯片面 积较大， 目前大约需要4*7cm左右， 这带来了三个问题:  (1a) 芯片表面覆盖有几块大范围 的加热区域， 且温度不同， 芯片的热胀冷缩容易使 得塑料材质的芯片爆裂或键合 失效； (1b)   设备体积和功耗难以继续缩小； (1c)  流道宽度不能太窄， 否则表面张力太大， 而整个流道 非常长， 需要很大的气压才能驱动液体， 对芯片材质和工艺提出了较高要求， 使制作成本增 加。 (2) 需要激发光同时照亮 所有循环， 摄像头进 行成像来拍摄每一个循环的荧光亮度， 这 需要较复杂的光学系统， 增大系统的体积和成本， 且需要经常性的校准， 使用上较为不便。 (3) 难以进行并行检测， 多条流道并行设计会加剧热胀冷缩带来的问题， 使得键合容易失 效， 不同流道间产生串扰； 而加宽流道间的间距又使得芯片上只能布2条平行流道， 并行性 低， 难以同时检测多个标志物。 (4)  由于温区固定， 如果需要做RT ‑PCR检测RNA （例如新冠病 毒的检测） ， 反转录(RT)步骤通常需要37 ‑45℃， 与PCR温度差异较大， 需要在芯片外完成， 会 增加人工操作步骤； 或者增大芯片安排专门的RT区域， 会使一个大芯片上不同温区导致的 热胀冷缩问题更加剧烈。 (5)  需使用高压气瓶作为耗材， 使用上较为麻烦， 使用不当有爆裂 的风险， 可能造成人身损害。 发明内容 [0004]为了解决相关技术中存在的问题， 本申请提供一种往复式微流控PCR芯片及其使 用方法和应用。 [0005]本申请提供的往复式微流控PC R芯片， 解决了上述问题， 能在一个直线的短流道内 完成实时荧光P CR， 并且无需额外空间就能支持全自动反转录酶 ‑聚合酶链反应 （RT ‑PCR） 步 骤。说　明　书 1/7 页 3 CN 115505488 A 3