专利名称：用于pcr扩增的可更换部件的功能模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种用于PCR扩增的可更换部件的功能模块，属于生物医学检测仪器领域，具体是一种以PCR芯片为主体，在恒温液控制温区中进行PCR反应，可同时集成或单独使用的功能性仪器模块。
背景技术：
聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction，PCR)，也称无细胞克隆技术 (Free bacteria cloning technique)，作为分子生物学和基因工程的一项重要技术，是一种在引物引导下选择性扩增DNA和RNA片段的方法。PCR技术具有特异、敏感、产率高、快速、简便、重复性好、易自动化等突出优点，能在小容器内将所要研究的目的基因或某一 DNA 片段于数小时内扩增复制至几十万乃至几百万倍，供分析研究和检测鉴定。PCR扩增需要反应液在高温变性，低温退火，中温延伸这三个温区之间不断变化， 因此快速准确的循环温度控制是关键。传统的PCR技术存在热惯性大从而升降温度慢、反应温度分布不均勻、反应体积大需要试剂量大、产物必须转移分离等缺点。研究表明，PCR反应实际上在变性和退火阶段所需要时间的很短，PCR反应中如果能克服热惯性可以大量减少升降温时间以加速整个反应过程。连续流PCR通过使反应液流过不同的恒温温区进行PCR反应，可以克服传统PCR 的弱点，大大减少反应时间和对试剂的消耗。本专利在微流控连续流PCR与毛细管式连续流PCR的基础上进行进一步扩展与创新，针对现有连续流PCR不易更换，也不易模块化批量使用等弱点，将外部结构与微流控芯片结合，拥有稳定的外部液体温度区与统一的流动控制。整体结构可拆卸更换，具有模块化特点，便于集成使用与单独使用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种能够与外部流体进出控制模块 (控制外部泵体和气源)、液体温度循环控制模块(控制恒温水箱温度)集成的用于PCR扩增的可更换部件的功能模块。反应试剂在功能模块中经过多个PCR反应恒温温区构成的螺旋形流路，进行快速的PCR反应，且可以控制PCR循环反应的次数。本发明通过以下技术方案实现，本发明包括上部组合功能区，底部连接座，流体流出管，流体阻流塞，顶部流体控制管。其中上部组合功能区放置于底部连接座的顶上，上部组合功能区与流体流出管、流体阻流塞直接连接；顶部流体控制管底部插入上部组合功能区顶部。所述的上部组合功能区从里到外分别由中央固定块，隔热橡胶板，设有流体通道的可更换的微流控玻璃片，设有流体通道的流体进出玻璃片，设有流体通道的液控恒温玻璃片和结构侧柱组合而成，所述中央固定块位于上部组合功能区中央，中央固定块四个直角固定着结构侧柱，中央固定块侧面被隔热橡胶板紧贴，每两个结构侧柱间夹持着一块隔热橡胶板、一块微流控玻璃片和一块液控恒温玻璃片或结构侧柱间夹持着一块隔热橡胶板与一块流体进出玻璃片。所述可更换的微流控玻璃片，流体进出玻璃片，结构侧柱为流体区域构成部件，上述流体区域构成部件内部均有多道形状相同的流体通道，组装后形成一螺旋型流路，流体通过流体进出玻璃片进出流路。所述液控恒温玻璃片内部有流体通道，流体通道通过流体入口与流体出口与外部温度控制模块连接，交换流体，通过外界不断流入恒温流体保持整块控恒温玻璃片的温度。所述流体进出玻璃片顶部有储液凹槽，一个侧面有多个有孔凸起，储液凹槽与有孔凸起均与流体进出玻璃片内部的流体通道相连，流体进出玻璃片含有孔凸起的侧面朝外。所述中央固定块的材料为ABS树脂，隔热橡胶板材料是工程用耐热橡胶。可更换的微流控玻璃片，液控恒温玻璃片，流体进出玻璃片主体部分都是石英玻璃，中间有流体通道。流体进出玻璃片上设有的有孔凸起是PTEE材料。结构侧柱整体结构是ABS树脂，有孔凸起及内部的流体通道是PTEE材料。所述的底部连接座由ABS树脂制成，底部镂空，其上有与上部组合功能区的结构侧柱固定的对应螺丝孔，通过螺丝可将底部连接座与上部组合功能区固定。有与上部组合功能区液控恒温玻璃片底部流体进出矩形孔对应的有孔矩形凸起，可通过内部的圆孔与外界流体泵入泵出管道相连接。所述流体流出管、流体阻流塞插入上部组合功能区的流体进出玻璃片上的有孔凸起中，所述有孔凸起有N个，则流体阻流塞有N-I个，流体流出管有1个；流体流出管和流体阻流塞位置可更换，这两个部件一起决定流体螺旋型流路最终的循环次数，流出管作为螺旋型流路的出口。所述的流体流出管与所述的流体阻流塞均由ABS树脂制成。两者都插在上部组合功能区的流体进出玻璃片的平面上的对应有孔矩形凸起中，其位置可根据实际操作需求更改。流体可通过流出管流出，而流体阻流塞能阻止应孔洞流体流出。所述顶部流体控制管上部是可与外界气源或者泵体连接的管子，底部直接插到上部组合功能区的流体进出玻璃片顶部的储液凹槽中。固定的横梁上有两个螺丝孔与上部组合功能区的流体进出玻璃片顶部的螺丝孔对应，通过螺丝可将顶部流体控制管与上部组合功能区固定。主体部分由PTEE制成，有螺丝孔的固定横梁由金属制成。采用本发明进行PCR反应工作机制如下(以下以包含四块隔热橡胶板，三块可更换的微流控玻璃片，一块流体进出玻璃片，四个结构侧柱的功能模块为例说明)
事先将反应试剂通过顶部流体控制管注入到流体进出玻璃片顶部的储液凹槽，然后将顶部流体控制管的管道的另外一端接到高压气源或者泵体，通过高压气源或者泵体来驱动反应试剂进入玻璃片内部的通道流动。通过调节气源或泵体可调整反应试剂在通道内的流动速度。流体进出玻璃片中的流体通道，三块可更换的微流控玻璃片中的流体通道，以及这四块玻璃片之间的结构侧柱的流体通道部分共同构成了反应试剂的流体环境。可更换的微流控玻璃片中的流体通道两边的流体通道口(会与相应接触的结构侧柱的有孔凸起直接连接)处于同一水平面，有多层(设计例为40层)形状相同但互不接触的流体通道层，不同层间的流体无法在芯片内直接接触；结构侧柱的流体通道也是水平的，但使得流体水平上转向了 90°，连接了两块玻璃芯片上的流体；而流体进出玻璃片中的流体通道则正好使得流体从本层入口流入后从下一层出口流出。即流体会在流体进出玻璃片中完成一次循环进
入下一层。流体进出玻璃片除了顶部的储液凹槽外，内部每隔T层(T为可根据需求更换)流体通道在横向上会有一个出流口，出流口与玻璃片侧面上的矩形有孔凸起相通。矩形有孔凸起一般会塞上流体阻流塞，使得实际流体不会从支路出流口流出而继续循环。而当PCR 循环达到需要次数时，在其所对应的矩形有孔凸起处接入流体流出管，引出已完成反应循环的液体。每块可更换的微流控玻璃片都夹在在一块隔热橡胶板和一块液控恒温玻璃片之间。液控恒温玻璃片内部流体通道是单一的不断弯曲的蛇形结构，底部有两个流体通道口， 直接与底部连接座的对应位置相连。在底部连接座的对应位置由两根管子分别连接到外部的循环泵的出流口和恒温水箱中。使用加热装置和温度检测装置保证恒温水箱中的液流温度为设定温度。循环泵的进流口接到水箱中。工作时打开循环泵，使液体从恒温水箱沿着管道进入液控恒温玻璃片的一个液体通道口，进入芯片内部后沿着通道流动并从另一个液体通道口流出，最终回到恒温水箱。在这个流动过程中，热交换使液控恒温玻璃片保持在设定的恒温状态。在实际PCR工作环境下，三块液控恒温玻璃片的温度分别设定为94° C(变性)。60° C (退火)72° C (延伸)。液控恒温玻璃片的存在，使得与其接触的微流控玻璃片也保持为基本一致的温度，当内部的试剂在微流控玻璃片通道中流动时，将得到玻璃片的热量传递。即试剂流经不同的微流控玻璃片实际上是经过了不同的PCR反应温度温区， 从而获得了 PCR反应每个阶段所需要的温度。同时另一个接触面的隔热橡胶板能减少反应过程中的热量散失。整体构造使得设计循环次数为η次(η为流体进出玻璃片的出流口之间间隔层数T 的整数倍)流体会在外界推动下按下列顺序流动
流体进出玻璃片储液凹槽_>流体进出玻璃片(1层)_>结构侧柱A (1层)-> 可更换的微流控玻璃片Al，94° C变性(1层)-> 结构侧柱B (1层)_>可更换的微流控玻璃片Bl (1层)，60° C退火-> 结构侧柱C (1层)-> 可更换的微流控玻璃片Cl (1层)72° C (延伸)_>结构侧柱D (1层)-> 流体进出玻璃片(完成一次循环，从1层进入2)->结构侧柱A (2层)->……-> 流体进出玻璃片(第η层，完成η次循环)_>对应η层的出流口 ->流体流出管_>外部容器或者管道。即整体构成了一螺旋形流路，流路中有三个恒温温区进行PCR 反应。本发明比现有的常规PCR仪器和微流控芯片型PCR有以下优势
1.拥有连续流型微流控PCR反应的高效反应的优点，PCR反应速度比常规PCR仪器快得多。2.利用恒温液流来进行温控，水的比热容高，因此温区的温度均勻性好，恒温性比直接通过电阻加热和直接散热要好得多。3.模块易拆卸，方便清洗与更换，可根据实际需求采用不同的微流控芯片玻璃片来进行反应，通道的形状，长度，与流速一起直接决定了进行每次PCR循环的时间，这些可以通过更换微流控芯片玻璃片来改变，甚至可以考虑用重新设计的微流控芯片使得整体增加新的功能，而且也可以选择整体反应的循环次数。
4.模块化设计，既可以将底座与相应的泵体和水箱的配合，顶部流体控制管接上外来泵体或者高压气源直接使用；也可以将多个模块一起使用。将底座统一放置到固定位置上，然后多个模块的底座相同温区可以接到同样的水缸和泵体上，顶部流体控制管接到统一的高压气源或者泵体上一同使用，可实现批量化同时操作，既可以单独使用也可以批
量一起使用。5.模块还可以进一步将底座与设计好的其他设备直接相连，流体流出管与其他设备相连，不需外部转移进入其他设备也能实现其他功能。实现集成一体化。总之，用于PCR扩增的可更换部件的功能模块是一种易拆卸，能单独也能集成，可根据实际需要灵活变更，方便高效的发明，能够为这个PCR芯片领域的标准化与通用化做出突出的贡献。
图1为本发明实施例的整体轴测图2为本发明实施例的已组装的上部组合功能区结构的轴测图3为本发明实施例的已组装的上部组合功能区结构的俯视图4为本发明实施例的分解的上部组合功能区结构的轴测图5为本发明实施例的一种可更换的微流控玻璃片的主视图6为本发明实施例的另一种可更换的微流控玻璃片的主视图7为本发明实施例的可更换的微流控玻璃片的侧边局部放大的轴测图8为本发明实施例的流体进出玻璃片的主视图9为本发明实施例的流体进出玻璃片的轴测图10为本发明实施例的液控恒温玻璃片的主视图11为本发明实施例的结构侧柱的轴测图12为本发明实施例的结构侧柱的横向上的一个切面图13为本发明实施例的中央固定块的轴测图14为本发明实施例的隔热橡胶板的轴测图15为本发明实施例的底部连接座的正面的轴测图16为本发明实施例的底部连接座的背面的轴测图17为本发明实施例的流体流出管，流体阻流塞的背面的轴测图18为本发明实施例的顶部流体控制管的轴测图。图中1 一上部组合功能区、2—底部连接座、3—流体流出管、4一流体阻流塞、5— 顶部流体控制管、6 —中央固定块、7—隔热橡胶板、8—可更换的微流控玻璃片、9 一流体进出玻璃片、10—液控恒温玻璃片、11一结构侧柱。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作详细说明。以下实施例进行以25个循环的PCR 反应作为样例阐述工作原理，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例包括上部组合功能区1、底部连接座2、流体流出管3，流体阻流塞4和顶部流体控制管5。其中上部组合功能区1设置于底部连接座2的顶上，结构设计上两者正好可以互相卡稳；流体流出管3，流体阻流塞4插入上部组合功能区1的一个侧面(流体进出玻璃片9构成)上的有孔凸起中。实施例中，对应的有孔凸起有8个。而流体阻流塞4有7个，流体流出管3有1个，它们的位置可以根据模块运行实际情况随时更换； 顶部流体控制管5底部插入上部组合功能区1的储液凹槽的中(流体进出玻璃片9顶部)。如图2、图3、图4所示，所述的上部组合功能区1从里到外分别由中央固定块6， 隔热橡胶板7，可更换的微流控玻璃片8，流体进出玻璃片9，液控恒温玻璃片10，结构侧柱 11组合而成，通过各个结构上的螺丝孔洞进行固定。中央固定块6位于上部组合功能区1 中央，中央固定块6四个直角固定着结构侧柱11，中央固定块6四个面被四块隔热橡胶板7 紧贴，有两个结构侧柱11间夹持着一块隔热橡胶板7和一块流体进出玻璃片9，其他每两个结构侧柱11间夹持着一块隔热橡胶板7、一块微流控玻璃片8和一块液控恒温玻璃片10。 本实施例中，隔热橡胶板7，有4块，按逆时针以7A、7B、7C、7D标示；可更换的微流控玻璃片 8，有3块，逆时针以8A、8B、8C标示；结构侧柱11有4块，逆时针按1 IAUlBU 1C、1ID标示。 上部组合功能区1是用于PCR扩增的可更换部件的功能模块的主体功能部分。如图2所示，上述的上部组合功能区1的所有部件组合后，其顶部均在一水平面内；隔热橡胶板7，可更换的微流控玻璃片8，流体进出玻璃片9，液控恒温玻璃片10的底部也均在同一水平面上，这四者高度相同；中央固定块6和结构侧柱11的底部在一水平面内， 两者高度相同。后两者(中央固定块6和结构侧柱11)的高度比前四者(隔热橡胶板7，可更换的微流控玻璃片8，流体进出玻璃片9，液控恒温玻璃片10)的高度要高。由于顶部对齐， 前四者的底部比后两者凹陷，按照组合位置形成四个凹陷，凹陷深度与相应的高度差对应。 这个高度差也正好是底部连接座2的四个凸台的高度(可见图15)
所述的底部连接座2由ABS树脂制成，如图15、图16所示，底部镂空，由于上部组合功能区的四个结构侧柱11对应的螺丝孔，可通过螺丝可将底部连接座与上部组合功能区固定。有与上部组合功能区三块液控恒温玻璃片10的底部流体进出矩形孔对应的六个有孔矩形凸起(图15)，其对应背面的六个圆孔与外界流体泵入泵出管道相连接(图16)。底部连接座2主要作用是连接外部恒温流体、支撑固定整个结构，以及方便与其他外部设备的连接固定。所述的流体流出管3与所述的流体阻流塞4均由ABS树脂制成，其结构如图17所示。两者都插在上部组合功能区的流体进出玻璃片9的侧面上的对应有孔矩形凸起中(图 9)，其位置可根据实际操作需求更改。流体阻流塞4使得对应的有孔矩形凸起中的流体不会流出，流体流出管3则可使对应的有孔矩形凸起中的流体得以流出。正常运行情况下，将流体流出管3导出的试剂收集，即得到经过了指定周期PCR循环的反应的成品。所述顶部流体控制管5上部是可与外界气源或者泵体连接的软管，底部直接插到上部组合功能区1的流体进出玻璃片9顶部的储液凹槽中。如图18所示，顶部流体控制管 5整体结构由主体与固定的横梁组成。固定的横梁上有两个螺丝孔与上部组合功能区1的流体进出玻璃片9顶部的螺丝孔对应，通过螺丝可将顶部流体控制管5与上部组合功能区 1固定。顶部流体控制管5主体部分由PTEE制成，有螺丝孔的固定横梁为金属制成。顶部流体控制管5主要作用是在反应开始前将试剂引入储液凹槽以及反应开始后通过外部连接的气源或者泵体控制实际试剂在流体通道中的流动速度，进而影响整体PCR反应周期的时间和PCR反应的质量。
所述中央固定块6如图13所示，为一长方体，顶面与底面是正方形。材料是ABS 树脂。其在上述的上部组合功能区1组装完毕插入所述的底部连接座2时，恰好能卡在底部连接座2四个凸起块包围形成的中心区域中(图15)。中央固定块6的主要功能是起整个上部组合功能区1的中央支撑作用。所述隔热橡胶板7结构如图14所示，为一形状简单的结构，用工程用耐热橡胶制成，其两边的阶梯型结构是为了与结构侧柱11的阶梯型结构对应，组装时方便定位与卡稳。隔热橡胶板7的主要功能是使得与其直接接触的可更换的微流控玻璃片8温度恒温性保持得更好，温度不至于受外界对流与热交换影响太大。另一个功能是作为结构固定的缓冲。所述可更换的微流控玻璃片8，由石英玻璃制成。整体形状是长方形薄片，如图5、 图6所示。内部有流体通道，流体通道贯穿左右两边，左右两边的出入口处还有专门设计的比内部其他通道稍微大一些的通道口(图7)，可以与结构侧柱11夹持微流控玻璃片8的侧面上的有孔凸起对应(见图11)，使得两者流体通道能够接合不泄露。流体通道为多道，互相间间隔开，在玻璃片内部不能直接相连通。本实施例中为40道，意味着可以进行最多40 次PCR循环周期。(后面的流体进出玻璃片9的通道数同此数目)。图5与图6是两种内部流体通道部分不同的可更换的微流控玻璃片11。可对应在试剂反应时需要在不同温区的不同时间情况下搭配使用。体现出可更换的微流控玻璃片11可按需更换的特点。微流控玻璃片8是试剂反应与流动的主场所。所述流体进出玻璃片9，结构如图8、图9所示。是由与微流控玻璃片8相似的中心有流体通道的石英玻璃芯片与正面外环一圈石英玻璃垫片(用来填充结构侧柱11相应夹持部位)的粘合而成，垫片厚度正好与液控恒温玻璃片10的厚度相同。顶部有下陷的储液凹槽，凹槽中央的小孔为直接流体进出玻璃片9内部的流体通道。如图9所示，和微流控玻璃片8类似，左右两边也有通道口，但流体进出玻璃片9内部的流体通道不对称，右边通道口流入的液体从左边通道口流出时，出口位置比进口位置下降了一个通道口。这个设计使得在整体组装好后，试剂将在流体进出玻璃片9的流体通道中实现变道，即完成一个循环进入下一个循环的通道。流体进出玻璃片9内部每隔T层(T为可根据需求更换，此实施例为T=5)流体通道会横向上有一个出流口，出流口与玻璃片侧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会塞上流体阻流塞4，堵塞这个出流口支路，使流体在流体通道中继续循环。为了使得整个体系反应能够得到所需要的PCR 循环次数，对应循环次数的矩形有孔凸起将接上流体流出管3，使完成反应循环的液体从此处流出。此实施例流体流出管3接在第5个矩形有空凸起处，即按实施例进行PCR反应时， 试剂进行反应完5*5=25次PCR循环后将从流体流出管3中流出，结束反应。所述液控恒温玻璃片10，由石英玻璃制成。整体形状是长方形薄片，如图10所示。 内部有流体通道，流体通道形成一条蛇形路径，底面有两个开口，作为流体进出口。其可与底部连接座2上的有孔矩形凸起对应相连，最终两个流体进出口分别通过底部连接座2引入的导管接入外界恒温水箱以及接着恒温水箱的泵体。外部泵体泵入的恒温水将使得液控恒温玻璃片10保持恒温。液控恒温玻璃片10主要作用就是通过接触导热，保持直接接触的可更换的微流控玻璃片8的温度，使得PCR反应得到需要的温度。所述结构侧柱11，其结构如图11、图12所示。其中两个方向上的结构(互相呈90° C)用于两个方向上的隔热橡胶板7，可更换的微流控玻璃片8，流体进出玻璃片9，液控恒温玻璃片10的加持。如图11所示，内侧面上有有孔凸起，有孔凸起内有水平面内两有孔凸起互相接通的流体通道(图12)。对应于可更换的微流控玻璃片8或液控恒温玻璃片10 侧面的通道口。可以在组装时将流体通道很好的密封，使得结构侧柱11两端接着的玻璃片的流体通道接通。侧面上的螺丝孔用于将所加持的玻璃片固定，底部的螺丝孔(图11)用于与底部连接座2的对应螺丝孔固定。结构侧柱11整体结构用ABS树脂制成，但内部流体通道与有孔凸起是用PTEE材料加工后塞入结构侧柱11得到。如图2、图3、图4所示，所述的上部组合功能区1的组装方式如下所有结构顶部在同一水平面上。中央固定块6位于中央，四个结构侧柱11的直角卡口分别与中央固定块 6的四个直角完全贴合。四个隔热橡胶板7 (图14)，每一个都将较小的一个侧面紧贴中央固定块6的一个侧面，每个隔热橡胶板7的两边由结构侧柱11的对应结构卡稳。此时将3 块可更换的微流控玻璃片8分别插进每两结构侧柱11形成的插槽的靠隔热橡胶板7的一面。将流体进出玻璃片9插进未插入微流控玻璃片8的两结构侧柱11形成的插槽中，含有孔凸起的侧面朝外。然后3块液控恒温玻璃片10分别插到3块可更换的微流控玻璃片8 旁边的插槽。组合完结构如图2图3所示。可更换的微流控玻璃片8，流体进出玻璃片9，液控恒温玻璃片10，结构侧柱11这四个部件的侧面上都有螺丝孔。螺丝孔有对应关系，按上述组装方式组装好后，从结构侧柱 11的外表面的螺丝孔将螺丝扭入，结构侧柱11与其所夹的可更换的微流控玻璃片8，液控恒温玻璃片10或结构侧柱11与其所夹的流体进出玻璃片9即可完全固定无松动。如图1、 图11所示，结构侧柱11底部有螺丝孔，四个结构侧柱11共有4个螺丝孔，与底部连接座2 上的四个螺丝孔对应。将上部组合功能区1插入底部连接座2后，从底部连接座2后面的螺丝柱(见图16)将螺丝扭入，将上部组合功能区1与底部连接座2即完全固定无松动。顶部流体控制管5有两个螺丝孔，其与部组合功能区1的流体进出玻璃片9顶部的两个螺丝孔对应。将顶部流体控制管5底部插入上部组合功能区1的储液凹槽的后，将对应的两个螺丝扭入。如图1、图18所示，上部组合功能区1与顶部流体控制管5即完全固定。本实施例完成全部组装好后，如图1所示。然后将底部连接座2对应液控恒温玻璃片10的圆孔插上管道，连接到外部的泵体和恒温水箱。使得液控恒温玻璃片10A、10B、 IOC的恒定温度分别设定为94° C (变性)。60° C (退火)72° C (延伸)。此时通过顶部流体控制管5将反应液注入储液凹槽，并将顶部流体控制管5接到外部的气源或泵体。外部气源或泵体将使得储液凹槽里面的反应液进入由4块玻璃片(9、8A、8B、8C)和四个结构侧柱11 (11A、11B、11C、11D)的内部流体通道组成的液流循环通道。按照9->11Α->8Α_11Β-> 8B->11C-8C-11D_9-···的顺序循环流动，然后会在流体进出玻璃片9进入下一个循环，整体构成一个螺旋形流路。由于可更换的微流控玻璃片8A，8B，8C分别与液控恒温玻璃片10A， 10B,10C直接贴合，因此按顺序流经这三块玻璃片内部流体通道的反应液也会流经对应液控恒温玻璃片的温区。即流体每次按94° C (变性)。60° C (退火)72° C (延伸)温区的顺序流动，完成一次PCR反应循环。而每进行5个循环，流体在流体进出玻璃片9会碰到一个支路出流口通向在流体进出玻璃片9外面的矩形有孔凸起。由于前4个矩形有孔凸都被流体阻流塞4塞住，因此支路出流口不起作用。第25个循环的支路出流口(对应第5个矩形有孔凸起)外部连接的是流体流出管3，由于支路要比继续向前走内部流体通道的压力要小的多，流体就会在25个PCR循环后从流体流出管3流出，完成整个25个循环的PCR反应过程。综上，本发明提出一种用于PCR扩增的可更换部件的功能模块，以可更换的微流控玻璃片为主要反应区域，以外界泵入的恒温流体到液控恒温玻璃片作为各温区热源，通过流体进出玻璃片与外界进行试剂交换，以四个中转的流体通道的结构侧柱为固定，中心有用于填充的中央固定块和隔热橡胶板，顶部有控制液流速度的流体控制管，可接到外部流体进出控制模块(控制外部泵体和气源)。底部是连接到液体温度循环控制模块(外部泵体或气源)及固定结构的底部连接座。模块结构设计上方便对准和配合固定，以相应的螺丝孔固定整体各部件。能够形成一个循环次数可以更改，流体依次流经三个PCR反应恒温温区的螺旋形流路，以进行连续流式PCR反应。是一个PCR反应效率高，可应对情况多，方便拆卸与清洗，易于大规模生产集成，能够根据需要在不同情况下使用的功能模块。以上实施例详细显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。 本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
权利要求
1.一种用于PCR扩增的可更换部件的功能模块，其特征在于包括上部组合功能区 (1)、底部连接座(2)、流体流出管(3)，流体阻流塞(4)和顶部流体控制管(5);其中上部组合功能区(1)放置于底部连接座(2)的顶上，上部组合功能区(1)与流体流出管(3)、流体阻流塞(4)直接连接；顶部流体控制管底部插入上部组合功能区(1)顶部；所述的上部组合功能区(1)从里到外分别由中央固定块(6)，隔热橡胶板(7)，设有流体通道的可更换的微流控玻璃片(8)，设有流体通道的流体进出玻璃片(9)，设有流体通道的液控恒温玻璃片(10)和结构侧柱(11)组合而成；所述中央固定块(6)位于上部组合功能区中央，中央固定块(6)边角固定着结构侧柱(11)，中央固定块(6)侧面紧贴隔热橡胶板 (7);每两个结构侧柱(11)间夹持着一块隔热橡胶板(7)、一块微流控玻璃片(8)和一块液控恒温玻璃片(10)或两个结构侧柱(11)间夹持着一块隔热橡胶板(7)与一块流体进出玻璃片(9)。
2.根据权利要求1所述的用于PCR扩增的可更换部件的功能模块，其特征在于所述中央固定块(6)，隔热橡胶板(7)，可更换的微流控玻璃片(8)，流体进出玻璃片(9)，液控恒温玻璃片(10)和结构侧柱(11)，这些部件的顶部在同一水平面上，结构侧柱(11)的卡口分别与中央固定块(6)的边角完全贴合，隔热橡胶板(7)中每一块都将较小的一个侧面紧贴中央固定块(6)的一个侧面，每个隔热橡胶板(7)的两边由结构侧柱(11)的对应结构卡住； 可更换的微流控玻璃片(8)分别插在每两结构侧柱(11)形成的插槽的靠隔热橡胶板(7)的一面；流体进出玻璃片(9)插进未插入微流控玻璃片(8)的两结构侧柱(11)形成的插槽中； 液控恒温玻璃片(10)分别插到可更换的微流控玻璃片(8)旁边的插槽。
3.根据权利要求1或2所述的用于PCR扩增的可更换部件的功能模块，其特征在于 所述可更换的微流控玻璃片(8)，流体进出玻璃片(9)以及结构侧柱(11)内部均有多道形状相同的流体通道，组装后形成一螺旋型流路，流体通过流路进出玻璃片(9)进出流路。
4.根据权利要求1或2所述的用于PCR扩增的可更换部件的功能模块，其特征在于 所述液控恒温玻璃片(10)内部有流体通道，流体通道通过流体入口与流体出口与外部温度控制模块连接，交换流体，通过外界不断流入恒温流体保持整块控恒温玻璃片(10)的温度。
5.根据权利要求1或2所述的用于PCR扩增的可更换部件的功能模块，其特征在于 所述液控恒温玻璃片(10)内部流体通道形成一条蛇形路径，底部有两个流体通道口，直接与底部连接座(2)的对应位置相连；可更换的微流控玻璃片(8)中的流体通道两边的流体通道口与相应接触的结构侧柱(11)的有孔凸起直接连接，有多层形状相同但互不接触的流体通道层，各层间的流体无法在芯片内直接接触；结构侧柱(11)的流体通道是水平的，连接两块玻璃芯片上同一层的流体；而流体进出玻璃片(9)中的流体通道则正好使得流体从本层入口流入后从下一层出口流出。
6.根据权利要求1或2所述的用于PCR扩增的可更换部件的功能模块，其特征在于所述流体进出玻璃片(9)顶部有储液凹槽，一个侧面有多个有孔凸起，储液凹槽与有孔凸起均与流体进出玻璃片(9)内部的流体通道相连，流体进出玻璃片(9)含有孔凸起的侧面朝外。
7.根据权利要求1或2所述的用于PCR扩增的可更换部件的功能模块，其特征在于 所述流体流出管(3)，流体阻流塞(4)插入上部组合功能区(1)的流体进出玻璃片(9)上的有孔凸起中，所述有孔凸起有N个，则流体阻流塞(4)有N-I个，流体流出管C3)有1个；流体流出管(3)和流体阻流塞(4)位置可更换，这两个部件一起决定流体螺旋型流路最终的循环次数，流体流出管(3)作为螺旋型流路的出口。
8.根据权利要求1或2所述的用于PCR扩增的可更换部件的功能模块，其特征在于 所述顶部流体控制管(5) —端连接外部控制模块，另一端能够连接上部组合功能区(1)内部流体区域构成部件构成的流路，通过外部气源或泵体控制流体在上部组合功能区(1)内部流路中的流动速度。
9.根据权利要求1或2所述的用于PCR扩增的可更换部件的功能模块，其特征在于 所述顶部流体控制管(5)上部是可与外界气源或者泵体连接的软管，底部直接插到上部组合功能区(1)的流体进出玻璃片(9)顶部的储液凹槽中，流体进出玻璃片(9)顶部的储液凹槽作为螺旋形流路的入口。
10.根据权利要求1或2所述的用于PCR扩增的可更换部件的功能模块，其特征在于 该功能模块使用时PCR反应试剂从流体进出玻璃片(9)顶部的储液凹槽中流入，经过三个恒温温区的螺旋型流路，完成多次循环的PCR反应，最终从流出管(3)导出。
全文摘要
本发明公开一种用于PCR扩增的可更换部件的功能模块，其中以可更换的微流控玻璃片为主要反应区域，以外界泵入的恒温流体到液控恒温玻璃片为各温区热源，通过流体进出玻璃片与外界进行试剂交换，以中转的流体通道的结构侧柱为固定，中心有用于填充的中央固定块和隔热橡胶板，顶部有控制液流速度的流体控制管，可接到外部流体进出控制模块。本发明模块结构设计上方便对准和配合固定；能够形成一个循环次数可以更改，流体依次流经PCR反应恒温温区的螺旋形流路，以进行连续流式PCR反应，是一个PCR反应效率高，可应对情况多，方便拆卸与清洗，易于大规模生产集成，能够根据需要在不同情况下使用的功能模块。
文档编号C12M1/38GK102296027SQ201110237159
公开日2011年12月28日 申请日期2011年8月18日 优先权日2011年8月18日
发明者伍择希, 刘武, 吴校生, 崔峰, 张卫平, 李金凤, 陈俊杰, 陈文元 申请人:上海交通大学