液滴温度循环反应设备

液滴温度循环反应设备

技术领域

本发明涉及液滴温度循环反应设备。

背景技术

目前，现有技术的液滴温度循环反应(例如液滴数字PCR反应)主要是在试管、在 PCR(聚合酶链式反应)仪器上的温控块上进行。温度循环是通过循环调节温控块的温度进 行。当循环反应结束后，需要用另外的检测仪器进行液滴的定量检测。

数字PCR是一种核酸分子绝对定量技术。当前基于PCR的核酸分子的定量方法有两 种：实时荧光定量PCR，其基于Ct值，Ct值就是指可以检测到荧光值对应的循环数；数字PCR， 其是最新的定量技术，基于单分子PCR方法来进行计数的核酸定量，是一种绝对定量的方 法。主要采用当前分析化学热门研究领域的微流控或微滴化方法，将大量稀释后的核酸溶 液分散至芯片的微反应器或微滴中，每个反应器的核酸模板数少于或者等于1个。这样经过 PCR循环之后，有一个核酸分子模板的反应器就会给出荧光信号，没有模板的反应器就没有 荧光信号。根据相对比例和反应器的体积，就可以推算出原始溶液的核酸浓度。

目前有多家公司生产数字PCR仪器。然而，这些产品都是大型(其尺寸一般高度在 50厘米以上，宽度和长度在20厘米以上)高价位仪器，成为数字PCR技术的推广应用的一个 瓶颈。而且，当数字PCR反应结束后，需要用另外的检测仪器进行液滴的定量检测。现有技术 存在以下缺点：数字PCR反应时间长，设备占用空间大、复杂。

发明内容

本发明的一个目的在于，克服现有液滴温度循环反应设备的缺陷，提供一种新的 液滴温度循环反应设备，其能降低设备复杂性，使得设备可以小型化，使得PCR反应微量化、 液滴化，降低数字PCR测试成本。

本发明的以上目的通过一种液滴温度循环反应设备来实现，该液滴温度循环反应 设备包括螺旋形胶体液滴导管、液滴流动驱动泵和温控片；

其中，胶体液滴悬浮液连接至所述螺旋形胶体液滴导管的入口端，所述液滴流动 驱动泵连接至所述螺旋形胶体液滴导管的出口端或入口端，从而在所述液滴流动驱动泵的 驱动下，胶体液滴流动经过所述螺旋形胶体液滴导管；

其中，所述温控片设置在所述螺旋形胶体液滴导管的外侧或内侧，且包括至少两 个不同的温控区，从而当胶体液滴流动经过所述螺旋形胶体液滴导管时，胶体液滴流动经 过所述不同的温控区。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 能降低设备复杂性，使得设备可以小型化，使得PCR反应微量化、液滴化，降低数字PCR测试 成本。

具体地说，现有技术的液滴温度循环反应主要是在试管、在PCR仪器上的温控块上 进行，温度循环是通过循环调节温控块的温度进行，由于液滴温度循环较为复杂，循环调节 温控块温度的难度较大，因此，现有技术的液滴温度循环反应设备大而复杂，很难做到小型 化。相比之下，本发明的液滴温度循环反应设备采用了胶体液滴在导管内相对温控片运动， 通过螺旋经过不同温控区的形式形成温度循环。这样，能降低设备复杂性，使得设备可以小 型化，甚至达到掌上型(其尺寸能达到手机大小)，得PCR反应微量化、液滴化，降低数字PCR 测试成本。

较佳的是，所述液滴温度循环反应设备包括还包括液滴检测装置，所述液滴检测 装置设置在所述螺旋形胶体液滴导管的出口端处或附近，用于对胶体液滴进行检测。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 将液滴检测装置也集成在设备内，无需用另外的检测仪器进行液滴检测，这样，进一步缩小 了设备占用空间，缩短了检测周期。

较佳的是，所述液滴检测装置是液滴定量检测装置，用于对胶体液滴进行定量检 测。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 通过液滴定量检测装置，能对胶体液滴进行定量检测。

较佳的是，所述温控片呈中空柱状体形式，套设在所述螺旋形胶体液滴导管的外 侧。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 温控片能合理布置，从而降低设备复杂性，能方便快速地调节温控区温度，从而方便快速地 调节液滴温度循环。

较佳的是，所述温控片呈中空柱状体形式，设置在所述螺旋形胶体液滴导管的内 侧。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 温控片能合理布置，从而降低设备复杂性，能方便快速地调节温控区温度，从而方便快速地 调节液滴温度循环；而且，与温控片套设在导管外侧的技术方案相比，能进一步缩小设备占 用空间。

较佳的是，所述胶体液滴相对于所述温控片是运动的。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 降低设备复杂性，能方便快速地调节温控区温度，从而方便快速地调节液滴温度循环。

较佳的是，所述温控片是静止不动的，所述胶体液滴是流动的，从而所述胶体液滴 相对于所述温控片是运动的。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 通过一种较为合理的液滴相对运动方式，降低设备复杂性，能方便快速地调节温控区温度， 从而方便快速地调节液滴温度循环。

较佳的是，所述胶体液滴是静止不动的，所述温控片是转动的，从而所述胶体液滴 相对于所述温控片是运动的。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 通过另一种较为合理的液滴相对运动方式，降低设备复杂性，能方便快速地调节温控区温 度，从而方便快速地调节液滴温度循环。

较佳的是，所述螺旋形胶体液滴导管的每圈形状是圆形、椭圆形或多边形。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 通过较为合理的导管每圈形状，可以实现液滴在不同温控区的快速循环，降低设备复杂性， 使得设备可以更加小型化。

较佳的是，所述温控片采用电阻加热或辐射加热来实现温度控制。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 通过较为合理的加热方式，能方便快速地调节温控区温度，从而方便快速地调节液滴温度 循环。

较佳的是，所述液滴流动驱动泵的抽速是可控制的，从而控制所述胶体液滴的流 速，进而控制所述胶体液滴流动经过每个温控区的反应时间。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 能控制胶体液滴的流速，进而控制胶体液滴流动经过每个温控区的反应时间。

较佳的是，所述温控片是一个温控片，所述一个温控片包括至少两个不同的温控 区。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 采用一个温控片来构成至少两个不同的温控区，在实现不同温控区的同时简化了温控片构 造。

较佳的是，所述温控片是至少两个温控片，所述至少两个温控片合成中空柱状体， 每个温控片包括各自的温控区。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 采用至少两个温控片来构成至少两个不同的温控区，使得至少两个不同温控区的构成更加 方便。

较佳的是，所述至少两个温控片是三个温控片，其中，第一温控片和第二温控片各 是1/4圈柱面温控片，第三温控片是1/2圈柱面温控片，三个温控片合成中空柱状体。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 通过较为合理的温控片布置，能方便快速地调节温控区温度，从而方便快速地调节液滴温 度循环。

附图说明

图1是本发明一实施例的液滴温度循环反应设备的示意图，其中，为了显示内部结 构，图中已将温控片拆开。

附图标记列表

1、胶体液滴悬浮液

2、螺旋形胶体液滴导管

3、液滴检测装置

4、液滴流动驱动泵

5、温控片

具体实施方式

以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述 过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详 尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工 程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商 业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施 方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂 并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开 揭露的技术内容的基础上进行的一些设计、制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不 应当理解为本公开的内容不充分。

除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发 明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权 利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而 只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示 存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件 或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除 其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接， 也不限于是直接的还是间接的连接。

图1是本发明一实施例的液滴温度循环反应设备的示意图，其中，为了显示内部结 构，图中已将温控片拆开。

如图1所示，根据本发明一示例性而非排他性的实施例，液滴温度循环反应设备包 括螺旋形胶体液滴导管2、液滴流动驱动泵4和温控片5；

其中，胶体液滴悬浮液1连接至螺旋形胶体液滴导管2的入口端，液滴流动驱动泵4 连接至螺旋形胶体液滴导管2的出口端(图1示出了液滴流动驱动泵4连接至螺旋形胶体液 滴导管2的出口端)或入口端(当然，本领域技术人员在本申请公开内容的基础上可以理解， 液滴流动驱动泵4也可连接至螺旋形胶体液滴导管2的入口端，只要其能驱动液滴流动即 可)，从而在液滴流动驱动泵4的驱动下，胶体液滴流动经过螺旋形胶体液滴导管2；

其中，温控片5设置在螺旋形胶体液滴导管2的外侧或内侧，且包括至少两个不同 的温控区，从而当胶体液滴流动经过螺旋形胶体液滴导管2时，胶体液滴流动经过不同的温 控区。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 能降低设备复杂性，使得设备可以小型化，使得PCR反应微量化、液滴化，降低数字PCR测试 成本。

具体地说，现有技术的液滴温度循环反应主要是在试管、在PCR仪器上的温控块上 进行，温度循环是通过循环调节温控块的温度进行，由于液滴温度循环较为复杂，循环调节 温控块温度的难度较大，因此，现有技术的液滴温度循环反应设备大而复杂，很难做到小型 化。相比之下，本发明的液滴温度循环反应设备采用了胶体液滴在导管内相对温控片运动， 通过螺旋经过不同温控区的形式形成温度循环。这样，能降低设备复杂性，使得设备可以小 型化，甚至达到掌上型(其尺寸能达到手机大小)，使得PCR反应微量化、液滴化，降低数字 PCR测试成本。

较佳的是，所述液滴温度循环反应设备包括还包括液滴检测装置3，液滴检测装置 3设置在螺旋形胶体液滴导管2的出口端处或附近，用于对胶体液滴进行检测。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 将液滴检测装置也集成在设备内，无需用另外的检测仪器进行液滴检测，这样，进一步缩小 了设备占用空间，缩短了检测周期。

较佳的是，液滴检测装置3是液滴定量检测装置，用于对胶体液滴进行定量检测。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 通过液滴定量检测装置，能对胶体液滴进行定量检测。

较佳的是，胶体液滴形成装置用以下方式形成胶体液滴：两种不同性质液体混合， 其中一种液体靠表面张力在另一种液体中形成胶体液滴。常用水相反应液体在油相液体中 形成胶体液滴。

较佳的是，螺旋形胶体液滴导管2螺旋地卷绕若干圈后形成柱状体。例如，螺旋形 胶体液滴导管2的管径可以是100微米，螺旋卷绕40圈，形成的柱状体的直径为30毫米、高度 为40毫米。

较佳的是，每个温控片5的温度控制范围可以是25－99℃。

较佳的是，液滴定量检测装置可以采用CCD或CMOS液滴定量检测装置。

较佳的是，温控片5呈中空柱状体形式，套设在螺旋形胶体液滴导管2的外侧。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 温控片能合理布置，从而降低设备复杂性，能方便快速地调节温控区温度，从而方便快速地 调节液滴温度循环。

较佳的是，温控片5呈中空柱状体形式，设置在螺旋形胶体液滴导管2的内侧。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 温控片能合理布置，从而降低设备复杂性，能方便快速地调节温控区温度，从而方便快速地 调节液滴温度循环；而且，与温控片套设在导管外侧的技术方案相比，能进一步缩小设备占 用空间。

较佳的是，胶体液滴相对于温控片5是运动的。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 降低设备复杂性，能方便快速地调节温控区温度，从而方便快速地调节液滴温度循环。

较佳的是，温控片5是静止不动的，胶体液滴是流动的，从而胶体液滴相对于温控 片5是运动的。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 通过一种较为合理的液滴相对运动方式，降低设备复杂性，能方便快速地调节温控区温度， 从而方便快速地调节液滴温度循环。

较佳的是，胶体液滴是静止不动的，温控片5是转动的，从而胶体液滴相对于温控 片5是运动的。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 通过另一种较为合理的液滴相对运动方式，降低设备复杂性，能方便快速地调节温控区温 度，从而方便快速地调节液滴温度循环。

较佳的是，螺旋形胶体液滴导管2的每圈形状是圆形、椭圆形或多边形。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 通过较为合理的导管每圈形状，可以实现液滴在不同温控区的快速循环，降低设备复杂性， 使得设备可以更加小型化。

较佳的是，温控片5采用电阻加热或辐射加热来实现温度控制。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 通过较为合理的加热方式，能方便快速地调节温控区温度，从而方便快速地调节液滴温度 循环。

较佳的是，液滴流动驱动泵4的抽速是可控制的，从而控制胶体液滴的流速，进而 控制胶体液滴流动经过每个温控区的反应时间。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 能控制胶体液滴的流速，进而控制胶体液滴流动经过每个温控区的反应时间。

较佳的是，温控片5是一个温控片，所述一个温控片包括至少两个不同的温控区。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 采用一个温控片来构成至少两个不同的温控区，在实现不同温控区的同时简化了温控片构 造。

较佳的是，温控片5是至少两个温控片，所述至少两个温控片合成中空柱状体，每 个温控片包括各自的温控区。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 采用至少两个温控片来构成至少两个不同的温控区，使得至少两个不同温控区的构成更加 方便。

较佳的是，至少两个温控片5是三个温控片，其中，第一温控片和第二温控片各是 1/4圈柱面温控片，第三温控片是1/2圈柱面温控片，三个温控片合成中空柱状体。

根据上述技术方案，本发明的液滴温度循环反应设备能起到以下有益技术效果： 通过较为合理的温控片布置，能方便快速地调节温控区温度，从而方便快速地调节液滴温 度循环。

当然，上述温控片数量和形状仅仅是本申请液滴温度循环反应设备的一种较佳形 式，本领域技术人员在本申请公开内容的基础上可以理解，也可采用其他合适数量和形状 的温控片(例如，两个1/2圈柱面温控片、四个1/4圈柱面温控片等)，而不脱离本申请权利要 求的保护范围。

上面已经描述了一些示例性实施例。然而，应该理解的是，可以做出各种修改。例 如，如果所描述的技术以不同的顺序执行和/或如果所描述的系统、架构、设备或电路中的 组件以不同方式被组合和/或被另外的组件或其等同物替代或补充，则可以实现合适的结 果。相应地，其他实施方式也落入权利要求的保护范围内。

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