微滴式数字PCR芯片模块的制作方法

本发明涉及生物检测分析设备领域，尤其涉及一种微滴式数字 PCR芯片模块。

背景技术：

微滴式数字PCR(droplet digital PCR，ddPCR)是近年来新出现的一种PCR技术。微滴式数字PCR系统在传统的PCR扩增前对样品进行微滴化处理，即将含有核酸分子的反应体系分成成千上万个纳升级的微滴，其中每个微滴或不含待检核酸靶分子，或者含有一个至数个待检核酸靶分子。经PCR扩增后，逐个对每个微滴进行检测，有荧光信号的微滴判读为1，没有荧光信号的微滴判读为0，根据泊松分布原理及阳性微滴的个数与比例即可得出靶分子的起始拷贝数或浓度。

微滴式数字PCR装置的核心模块是芯片模块，芯片模块包括微尺度管道，微尺度管道控制微小流体(体积一般为皮升至纳升)进行流动、传热、传质以生成微小的液滴。

目前，应用较多的是美国伯乐生命医学产品有限公司的微滴式数字PCR仪，其微滴式数字PCR仪具体的结构如中国发明专利(授权公告日CN 103429331 B授权公告日2016.09.28)，该发明公开了用于形成乳液的系统，该系统可以包括仪器和由该仪器接收的微流体芯片。该仪器可以向由芯片保持的预期的乳液相施加压力以便在芯片中驱动乳液的形成和收集。该芯片中包括若干组乳液生成组件，其中一组包括一个油相蓄液池，一个样本蓄液池以及一个乳液收集池，使用气体施加压力驱动油相蓄液池中的液体和与其不混溶的样本蓄液池中的液体分别通过液滴产生器并沿着液滴产生器连接到乳液收集池中。但是，一个乳液收集池难以收集足够多的乳液微滴，而且这种三排蓄液池的芯片结构注塑加工的难度较大，制作的成本大。

技术实现要素：

为解决以上问题，本发明的目的是提供一种微滴式数字PCR芯片模块，该模块能够大量收集乳液微滴而且具有方便塑模以及能较好地紧固芯片的特点。

微滴式数字PCR芯片模块，包括芯片，所述芯片包括芯片基板、与芯片基板底面贴合的芯片底板以及设置在芯片基板上若干组乳液微滴生成单元；它还包括芯片的夹固装置，所述夹固装置包括底板与卡盘；

所述卡盘为矩形框体结构，所述卡盘的四条侧边围和形成放置芯片的矩形内腔；所述卡盘相对的两条长边分别为第一侧边与第二侧边，所述卡盘相对的两条宽边分别为横板与挡板，所述横板底面设有卡盘凸块，所述挡板一端与第一侧边铰接，挡板另一端与第二侧边卡接；

所述底板上开有底板凹槽，所述底板凹槽内一侧设有滑块，所述卡盘通过卡盘凸块插入底板凹槽另一侧，所述滑块与卡盘凸块之间设有弹簧；

所述卡盘矩形内腔内设有芯片，所述芯片一端抵顶在滑块上，所述芯片另一端抵靠在挡板上，所述弹簧处于压缩状态；

所述乳液微滴生成单元包括设置在芯片基板顶面上的4个蓄液池以及开设在芯片基板底面上连通各蓄液池的网络通槽，所述4个蓄液池分两排分布在芯片基板的两侧，所述4个蓄液池分别为油相蓄液池、样本蓄液池、第一收集蓄液池与第二收集蓄液池；所述网络通槽包括与油相蓄液池连通的油相微滴生成槽以及与样本蓄液池连通的样品微滴生成槽，所述油相微滴生成槽和样品微滴生成槽交汇于乳液生成槽，所述乳液生成槽的出口分为两路，一路与第一收集蓄液池连通，另一路与第二收集蓄液池连通；所述芯片基板与芯片底板贴合后网络通槽形成用于流体流动的密封管道。

作为优选方案，所述油相蓄液池的底部开有油相进样微孔，所述样本蓄液池的底部开有样本进样微孔，所述第一收集蓄液池的底部开有第一收集微孔，所述第二收集蓄液池的底部开有第二收集微孔；所述油相微滴生成槽通过油相进液槽与油相进样微孔连通，所述样品微滴生成槽通过样品进液槽与样本进样微孔连通，所述乳液生成槽通过乳液缓冲槽分别与第一收集微孔和第二收集微孔连通；所述网络通槽中各通槽的深度相同，且深度为10～40um，所述油相微滴生成槽的宽度为油相进液槽的0.2～0.3倍，所述样品微滴生成槽的宽度为样品进液槽的0.2～0.3倍，所述乳液生成槽的宽度为乳液缓冲槽的0.2～0.3倍。

作为优选方案，所述油相微滴生成槽设有两个，两个油相微滴生成槽分别通过油相进液槽与油相进样微孔连通。通过两路油相进液槽形成的两路油相液流剪切挤压样本液流生成微滴的结构，这种结构有利于油包水的过程，更容易得到乳液微滴。

作为优选方案，所述油相进样微孔与样本进样微孔中均设有过滤柱群。

作为优选方案，所述芯片基板上设有4组乳液微滴生成单元；4 组乳液微滴生成单元沿芯片基板的长度方向依次均匀分布。

作为优选方案，所述芯片基板底面设有凹陷，所述芯片底板顶面设有与凹陷对应的凸起。

作为优选方案，它还包括设置在芯片上的盖片，所述盖片上设有向芯片中油相蓄液池与样本蓄液池中注入气体的通气孔。

作为优选方案，所述盖片上设有定位孔，所述卡盘上设有定位柱，所述定位柱穿入定位孔中。

作为优选方案，所述卡盘的第一侧边与第二侧边的内侧开有与芯片配合的安装槽，所述卡盘横板上设有与蓄液池配合的弧形定位槽。

作为优选方案，所述卡盘通过螺钉与底板固定。

本发明的优点在于：

1，由于微滴式数字PCR装置对紧密度的要求较高，芯片的震动，微晃都会对生成微小液滴产生不利的影响，本发明夹固装置主要采用单边装夹的方式，其中挡板、滑块、弹簧的配合可将芯片夹紧卡盘内。

2，乳液微滴生成单元中设有两个收集蓄液池，第一收集蓄液池与第二收集蓄液池，相比于一个收集蓄液池可以实现乳液的大量收集。

3，芯片主要是通过注塑加工而成，在注塑工艺中模具的制作是关键，对于紧密零件，要求模具中心部位的模仁具有更高的精确度；现有技术中，制作三排分布蓄液池的芯片的模具模仁结构极端复杂，加工难度非常大，造价很高；本发明将三排分布蓄液池的芯片改造为二排分布蓄液池的芯片，减小了模具和模仁的加工难度，尤其便于环烯烃共聚物(COC)材料的芯片的注塑成型。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的分解图；

图3为图2中卡盘的结构示意图；

图4为图2中芯片的分解示意图；

图5为图4中芯片基板的结构示意图；

图6为图5中II部分的放大图；

图7为图5的主视图；

图8为图7的A-A剖视图；

图9为图7的B-B剖视图；

图中各部件标号如下：芯片1(其中，包括芯片基板11、凹陷11a、芯片底板12、凸起12a、乳液微滴生成单元13、网络通槽130、油相蓄液池131、油相进样微孔131a、样本蓄液池132、样本进样微孔132a、第一收集蓄液池133、第一收集微孔133a、第二收集蓄液池134、第二收集微孔134a、油相进液槽135、油相微滴生成槽135a、样品进液槽136、样品微滴生成槽136a、乳液缓冲槽137、乳液生成槽137a、过滤柱群138)、夹固装置2(其中，包括底板21、底板凹槽21.1、滑块21.2、卡盘22、矩形内腔22.1、第一侧边22.2、第二侧边22.3、横板22.4、挡板22.5、卡盘凸块22.6、定位柱22.7、安装槽22.8、弧形定位槽22.9)、弹簧3、盖片4(其中，包括通气孔41、定位孔42)、螺钉5。

具体实施方式

为更好地理解本发明，以下将结合附图和具体实例对发明进行详细的说明。

结合图1与图2所示，微滴式数字PCR芯片模块，包括芯片1 以及芯片1的夹固装置2；如图3所示，芯片1包括芯片基板11、与芯片基板11底面贴合的芯片底板12以及设置在芯片基板11上4组乳液微滴生成单元13，4组乳液微滴生成单元13沿芯片基板11的长度方向依次均匀分布；结合图1与图2所示，夹固装置2包括底板21 与卡盘22，卡盘22的底面与底板21贴合，并且卡盘22通过螺钉5 与底板21固定。

如图2所示，卡盘22为矩形框体结构，卡盘22的四条侧边围和形成用于放置芯片1的矩形内腔22.1；卡盘22相对的两条长边分别为第一侧边22.2与第二侧边22.3，卡盘22相对的两条宽边分别为横板22.4与挡板22.5，挡板22.5一端与第一侧边22.2铰接，挡板22.5 另一端与第二侧边22.3卡接；卡盘22的第一侧边22.2与第二侧边22.3 的内侧开有与芯片1配合的安装槽22.8；卡盘22横板22.4上设有与蓄液池配合的弧形定位槽22.9。

如图2所示，底板21上开有底板凹槽21.1，底板凹槽21.1内一侧设有滑块21.2，如图3所示，卡盘22的横板22.4底面设有卡盘凸块22.6，卡盘凸块22.6插入底板凹槽21.1另一侧，滑块21.2与卡盘凸块22.6之间设有弹簧3；

卡盘22矩形内腔22.1内设有芯片1，芯片1一端抵顶在滑块21.2 上，芯片1另一端抵靠在挡板22.5上，弹簧3处于压缩状态；此时，芯片1被夹固装置2夹紧。

结合图4与图5所示，乳液微滴生成单元13包括设置在芯片基板11顶面上的4个蓄液池以及开设在芯片基板11底面上连通各蓄液池的网络通槽130，如图7，4个蓄液池分两排分布在芯片基板11的两侧，4个蓄液池分别为油相蓄液池131、样本蓄液池132、第一收集蓄液池133与第二收集蓄液池134；如图7～9所示，油相蓄液池131 的底部开有油相进样微孔131a，样本蓄液池132的底部开有样本进样微孔132a，第一收集蓄液池133的底部开有第一收集微孔133a，第二收集蓄液池134的底部开有第二收集微孔134a；

结合图5～6所示，网络通槽130包括两个油相微滴生成槽135a 以及与样品微滴生成槽136a，两个油相微滴生成槽135a分别通过油相进液槽135与油相进样微孔131a连通，两路油相液流剪切挤压样本液流，这种结构更容易得到乳液微滴；样品微滴生成槽136a通过样品进液槽136与样本进样微孔132a连通；油相微滴生成槽135a和样品微滴生成槽136a交汇于乳液生成槽137a，乳液生成槽137a通过乳液缓冲槽137后分为两路，一路通过乳液缓冲槽137与第一收集蓄液池 133连通，另一路通过乳液缓冲槽137与第二收集蓄液池134连通；网络通槽130中各通槽的深度相同，且深度为10um，油相微滴生成槽135a的宽度为油相进液槽135的0.2倍，样品微滴生成槽136a的宽度为样品进液槽136的0.2倍，乳液生成槽137a的宽度为乳液缓冲槽137的0.2倍。油相进样微孔131a与样本进样微孔132a中均设有过滤柱群138。芯片基板11与芯片底板12贴合后网络通槽130形成用于流体流动的密封管道。

如图4与5所示，芯片基板11底面设有凹陷11a，芯片底板12 顶面设有与凹陷11a对应的凸起12a，芯片基板11与芯片底板12通过凹陷11a与凸起12a键合将所述芯片底板12紧密贴合在所述芯片基板11的底面上。

如图2，所述微滴式数字PCR芯片模块还包括设置在芯片1上的盖片4，盖片4上设有向芯片1中油相蓄液池131与样本蓄液池132 中注入气体的通气孔41，这里注入气体是为了向油相蓄液池131与样本蓄液池132中施加气压，保证油相蓄液池131中的油相与样本蓄液池132中的样本沿着网络管道流通。其中，盖片4上还设有定位孔42，卡盘22上设有定位柱22.7，定位柱22.7穿入定位孔42中，定位孔 42与定位柱22.7配合将盖片4上通气孔41与油相蓄液池131和样本蓄液池132一一对应，防止因错位气体无法通入。

本实施例的安装方法为：如图2所示，将滑块21.2放置在底板凹槽21.1的一侧，将卡盘22放置在底板21上，且卡盘凸块22.6插入至底板凹槽21.1的另一侧，滑块21.2与卡盘凸块22.6之间装入弹簧 3，螺钉5将卡盘22与底板21固定，向上抬起挡板22.5，芯片1沿着安装槽22.8插入矩形内腔22.1中，直至芯片1一端抵顶在滑块21.2 上，迫使弹簧3处于压缩状态，将挡板22.5放下且卡接在卡盘22的第二侧边22.3上，此时芯片1另一端抵靠在挡板22.5上，弹簧3处于压缩状态；此时，芯片1被夹固装置2夹紧。然后通过定位孔42 与定位柱22.7配合将盖片4盖在芯片1上，盖片4上通气孔41与油相蓄液池131和样本蓄液池132一一对应。

微滴式数字PCR芯片模块一方面通过夹固装置2将芯片1夹紧，另一方面，芯片1上4个蓄液池以及网络通槽130组成一组乳液微滴生成单元13，4个蓄液池中包括两个用于收集乳液的蓄液池，可以实现乳液的大量收集，4个蓄液池分两排分布在芯片基板11的两侧，这种结构便于模板的注塑成型。

以上所述实施例仅表达了本发明的1种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。