一种pcr和毛细管电泳集成的微流控芯片及采用该芯片的病原菌快速检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及分子生物检测技术领域，尤其涉及病原菌的检验。
【背景技术】
[0002]以特定的基因序列(片段)作为检测目标进行生物或组织的检测与识别，已成为生物学、生物化学、医学、环境与食品等领域中的重要技术手段，得到广泛的运用。常规基因分析过程通常需要使用如离心机、温度循环仪、平板凝胶电泳仪、荧光成像分析仪或毛细管电泳仪等多个设备。这对实验室的硬件条件和实验人员的操作水平都提出了比较高的要求，而且操作流程也比较繁琐，不易降低检测过程中发生的试剂和人工成本。样品在多个设备间转移，也增加了操作失误和样品污染的可能性。1990年，微全分析系统(μ TAS)的概念被提出，为分子生物的检测分析开辟了新的发展方向。微全分析系统以微流控技术为基础，促进了分析检测设备的小型化、集成化和自动化，不仅可以降低设备的购置成本、试剂成本和人工操作成本，也为检测监控的实时化和现场化提供了技术途径。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种PCR和毛细管电泳集成的微流控芯片，用微流控芯片的方式实现PCR和CE的集成。
[0004]本发明的目的还在于提供采用上述芯片的病原菌快速检测装置，可对病原菌进行快速检测。
[0005]本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现:
[0006]一种PCR和毛细管电泳集成的微流控芯片，其特征在于，包括一位于上方的上层基板、一位于下方的下层基板，所述上层基板和所述下层基板键合在一起；
[0007]所述下层基板上设有一 PCR反应通道和一 CE分离通道，所述PCR反应通道与所述CE分离通道存在至少一个交叉点，所述PCR反应通道和所述CE分离通道的端口处均设有一凹槽；
[0008]所述上层基板上与所述凹槽相对的地方开有用于填充试剂和安置电极的孔。
[0009]所述PCR反应通道是一条曲折通道，包含直线部分和弯曲部分；
[0010]所述直线部分包括平行排布的复数条直线通道，所述弯曲部分包括复数个弧形通道，一个直线通道的左端通过一个弧形通道与相邻的下一个直线通道的左端相连，右端通过一个弧形通道与相邻的上一个直线通道的右端相连。
[0011]以位于所述PCR反应通道的起始端的凹槽作为进样池，以位于所述PCR反应通道的末端的凹槽作为废液池。
[0012]所述CE分离通道，是一条直线通道，或者是如所述PCR反应通道式的曲折通道。以位于所述CE分离通道的起始端的凹槽作为分离液池，以位于所述CE分离通道的末端的凹槽作为废液池。
[0013]作为一种优选方式，连接所述PCR反应通道的末端的直线通道与所述CE分离通道交叉。可以是十字交叉，或双T形交叉。
[0014]所述上层基板、所述下层基板均可以是玻璃、石英、聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)等,基板要求具有一定的机械强度和较好的光学透过率。
[0015]采用PCR和毛细管电泳集成的微流控芯片的病原菌快速检测装置，包括一原菌快速检测装置主体，包括一数据处理与控制模块，所述数据处理与控制模块连接一温控模块、一突光检测模块、一电源驱动模块和一显不与接口模块，其特征在于，还包括一 PCR和毛细管电泳集成的微流控芯片，包括一位于上方的上层基板、一位于下方的下层基板，所述上层基板和所述下层基板键合在一起，所述下层基板上设有一 PCR反应通道和一 CE分离通道，所述PCR反应通道与所述CE分离通道存在至少一个交叉点，所述PCR反应通道和所述CE分离通道的端口处均设有一凹槽，所述上层基板上与所述凹槽相对的地方开有用于填充试剂和安置电极的孔；
[0016]所述温控模块包括一用于改变PCR反应通道温度的半导体温控片、一用于测量PCR反应通道温度的温度传感器；
[0017]所述荧光检测模块包括一激发光源，激发光源产生较窄光谱带宽的激发光，并照射CE通道上，激发含有荧光分子的DNA片段发出荧光；
[0018]所述电源驱动模块包括一 PCR驱动电源和一 CE驱动电源，所述PCR驱动电源与两个分别放置在PCR反应通道的起始端和末端的电极相连接，所述CE驱动电源与两个分别放置在CE分离通道的起始端和末端的电极相连接。
[0019]所述半导体温控片可以贴合在微流控芯片的单面或两面，单面的数量为2?3个，半导体温控片的排列方向与PCR反应通道的直线通道的排列方向垂直。每一个半导体温控片都横跨PCR通道的所有直线部分，PCR通道的每一个直线部分都被所有温控片加热成为温度不同的几个温度区，用于PCR反应的变性、延伸和退火。
[0020]激发光源可以是发光二极管、激光二极管、宽谱带光源与窄带滤光片的组合等。
[0021]所述荧光检测模块还包括一光学传输单元，用于传输激发光和收集荧光，并滤除波长等于小于激发光的散射光。光学传输单元可以是由自由空间、光波导(例如光纤)和透镜构成。
[0022]所述荧光检测模块还包括一光电检测器，光电检测器将荧光信号转换成电信号，传输到数据处理和控制模块。光电检测器可以是光电二极管、光电三极管、光电倍增管、电荷率禹合器件等。
[0023]所述数据处理与控制模块实现温控模块、荧光检测模块、电源驱动模块的控制与协调。包括:控制温控模块的半导体温控片对PCR通道加热，同时从温度传感器接受温度测量信号，产生反馈控制信号，使得温控模块在达到设定温度前对PCR通道持续加热，在达到设定温度后保持PCR通道的温度恒定；控制电源驱动模块中的PCR驱动电源，使DNA分子及其PCR扩增产物连续流过PCR通道；当PCR扩增后的DNA片段已经过CE通道的交叉部分，停止PCR驱动电源，开启CE驱动电源，使扩增后的DNA片段流过CE通道；控制荧光检测模块采集CE通道检测窗口处的荧光信号，并对获得的信号进行处理和存储。
[0024]所述显示与接口模块用于显示检测数据，或者与闪存设备、硬盘设备、电脑等其他设备连接，输出检测数据。
[0025]使用所述细菌快速检测装置时，在微流控芯片的PCR反应通道中填充PCR反应液，在CE分离通道中填充分离液；取适量含有样本DNA的试剂(例如I μ L)注入微流控芯片的进样池；将微流控芯片插入检测装置，使电源驱动模块的电极放置在微流控芯片的槽孔中；开启本装置，然后本装置将在数据处理与控制模块的控制下自动完成包括PCR、CE、检测和数据输出在内的所有后续步骤。首先，数据处理和控制模块开启温控模块，使各温控片加热然后保持设定温度，在PCR通道中形成2?3个不同的温度区；然后，开启电源驱动模块的PCR驱动电源，驱动样本DNA及其PCR扩增产物连续流过PCR通道，完成PCR反应，并经过CE通道的交叉部分；接着，自动切换到CE驱动电源，驱动DNA片段电泳；同时开启荧光检测模块，检测CE通道的荧光信号；信号作为数据被显示和保存，并可输出到其他设备上。
[0026]本发明的有益效果在于:与常规的基因分析流程相比，运用PCR和CE集成微流控芯片及其检测装置进行细菌的检测，减少了设备的数量，降低了硬件购置成本，只需一台设备就可完成检测；提高了分析过程的自动化程度，提高工作效率；避免试样在不同设备之间的转移，简化了人工操作，降低了试样污染的风险；微流控芯片减少了样品和试剂的消耗，降低了运行成本；本发明的装置体积小，可形成便携式设备，满足实时化、现场化的检测需要。
【附图说明】
[0027]图1是本发明装置的框图，其中，I 一数据处理与控制模块，2 —电源驱动模块，3 —微流控芯片，4 一荧光检测模块，5 —温控模块，6 —显示与接口模块。
[0028]图2是PCR与CE集成微流控芯片的结构示意图，其中，7 —芯片基板，8 — PCR通道，9 一分尚液池，10 一废液池，11 一芯片进样池，12 — CE通道，13 一温控片。
[0029]图3是运用病原菌快速检测装置检测牙銀P卜啉菌(Porphyromonas Gingivalis,Pg)的结果，其中，(a)