磁流体活塞推动的共轴环形多样本微流控PCR扩增芯片及在核酸检测中的应用的制作方法

本发明涉及pcr扩增装置，具体为磁流体活塞推动的共轴环形多样本微流控pcr扩增芯片及在核酸检测中的应用。

背景技术：

1、聚合酶链式反应（pcr）是当前核酸扩增、基因检测、病原识别的核心技术，被广泛应用于生物医学、食品安全、环境监测、传染病防控等多个领域。传统pcr检测设备主要依赖精密半导体温控模块、机械温控循环系统，通过反复升降温实现核酸变性、退火、延伸的扩增循环，存在诸多固有技术缺陷。

2、传统pcr扩增和检测设备具有一定的局限性，具体如下：

3、1.传统pcr设备需要高精度、复杂的变温循环控制装置，通过整体腔体温控实现样本变温循环，设备体积庞大、功耗高、便携性差，无法适配野外无电源、现场快速筛查、基层移动检测等场景需求；传统96孔板高通量核酸检测设备整机尺寸大、依赖实验室供电，不适合现场便携检测。

4、2.传统pcr温控系统的升降温速率受腔体热惯性限制，温控响应速度慢，单轮扩增循环耗时久，整体核酸检测周期长，难以满足即时快速检测的应用需求。

5、3.现有单通道微流控pcr技术仅支持单一样本扩增，若需多组样本同步检测，必须分批次重复上机操作，检测通量低、操作繁琐、检测总时长成倍增加；部分多通道微流控芯片采用并列独立流道布局，需要配套多组独立微泵、微阀、独立温控单元，硬件数量翻倍、整机结构复杂、成本大幅上升，便携性严重下降。

6、4.现有微流控pcr多依赖微泵、微阀等流体驱动结构，流体驱动方式固定，仅能适配特定结构的微流控通道，结构通用性差，无法根据试剂特性、检测需求灵活调整扩增循环速率。此外，多数微流控pcr设备将扩增模块与检测模块分离，集成度低、设备结构复杂，进一步限制了便携式现场检测的应用落地。

7、针对现有pcr扩增技术设备复杂、循环速率固定、便携性差、适配场景有限、温控系统繁琐、单通道通量低、多样本同步检测硬件成本高等技术痛点，亟需开发一种结构简单、循环速率可调、无需复杂温控、可同步完成多组样本并行扩增检测、适配多场景的共轴环形多样本微流控pcr扩增与一体化检测技术。

技术实现思路

1、本发明提供了一种磁流体活塞推动的共轴环形多样本微流控pcr扩增芯片及在核酸检测中的应用，以至少解决现有技术pcr扩增检测技术的诸多缺陷之一。

2、有鉴于此，本发明的方案为：

3、本发明的第一个方面在于，提供一种磁流体活塞推动的共轴环形多样本微流控pcr扩增芯片，其包括芯片基板和用于对其控温的加热模块；其中：

4、所述芯片基板包括设于中部的磁性转子，及以磁性转子为中心同心设置的多个环形通道；所述加热模块工作时产生左右分布的高温区和低温区，任意所述环形通道的一侧落入高温区内，另一侧落入低温区内；所述高温区、低温区工作时分别对应用于核酸双链变性解链、退火与片段延伸；

5、任意所述环形通道内设有一对磁流体活塞，所述磁流体转子具有磁性的两端，转动时分别驱动磁流体活塞在对应的环形通道内运动。

6、进一步地，任意所述环形通道内固定有核酸探针，任意所述核酸探针位于低温区内。

7、进一步地，所述核酸探针为荧光探针；和/或，所述核酸探针为多条具有不同检测核酸序列的探针，呈阵列式固定在环形通道内。

8、进一步地，所述磁性转子沿任意所述环形通道径向设置。

9、进一步地，所述磁流体活塞为油基磁流体，由纳米级磁性微粒、表面活性剂与疏水基液均匀混合制备而成，兼具磁性、柔性和疏水性。

10、进一步地，任意所述环形通道为圆形、椭圆形或异型弯曲贯通式通道

11、进一步地，所述高温区和低温区分别覆盖任意所述环形通道面积的二分之一。

12、进一步地，所述高温区的工作温度为95℃，和/或，所述低温区的工作温度为65℃。

13、进一步地，所述pcr扩增芯片还包括盖板；所述盖板设有一个或多个加样口，对应用于向一个或多个环形通道内加样。

14、进一步地，所述pcr扩增芯片还包括基体，所述加热模块嵌于基体内，所述芯片基板置于加热模块上。

15、本发明的第二个方面在于，提供以上第一个方面所述pcr扩增芯片在核酸检测中的应用。

16、本发明的第三个方面在于，提供一种核酸检测方法，使用权第一个方面所述pcr扩增芯片，其特征在于，将pcr扩增试剂、不同的检测样本分别独立地加入环形通道内形成反应体系，启动加热模块和磁性转子，控制磁性转子速度以驱动反应体系在高温区内完成核酸变性及在低温区内完成退火延伸，然后通过荧光探针捕获目标核酸，产生可以辨识的荧光信号，通过解析荧光强度，输出各环形通道核酸检测结果。

17、与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

18、本发明提供pcr扩增芯片通过共轴嵌套环形一体化多样本通道设计，可实现同步检测多组样本。多层独立且同心设置的环形通道，实现多路完全隔离反应体系，可并行完成多种不同核酸同步扩增检测；无需分批次检测，大幅提升现场检测通量，解决传统单通道微流控单次仅能检测一份样本、多批次操作耗时久的缺陷；本发明结构紧凑，相比分立并列多通道芯片大幅缩小芯片整体尺寸，同时不牺牲便携性，应用前景广阔。

1.一种磁流体活塞推动的共轴环形多样本微流控pcr扩增芯片，其特征在于，包括芯片基板（1）和用于对其控温的加热模块（2）；其中：

2.根据权利要求1所述的pcr扩增芯片，其特征在于，任意所述环形通道（12）内固定有核酸探针，任意所述核酸探针位于低温区内。

3.根据权利要求2所述的pcr扩增芯片，其特征在于，所述核酸探针为荧光探针；和/或，所述核酸探针为多条具有不同检测核酸序列的探针，呈阵列式固定在环形通道内。

4.根据权利要求1所述的pcr扩增芯片，其特征在于，所述磁性转子（11）沿任意所述环形通道（12）径向设置；

5.根据权利要求1所述的pcr扩增芯片，其特征在于，所述高温区（21）和低温区（22）分别覆盖任意所述环形通道（12）面积的二分之一。

6.根据权利要求1所述的pcr扩增芯片，其特征在于，所述高温区（21）的工作温度为95℃，和/或，所述低温区（22）的工作温度为65℃。

7.根据权利要求1所述的pcr扩增芯片，其特征在于，所述pcr扩增芯片还包括盖板；所述盖板设有多个加样口，对应用于向多个环形通道内加样。

8.根据权利要求1所述的pcr扩增芯片，其特征在于，所述pcr扩增芯片还包括基体，所述加热模块嵌于基体内，所述芯片基板置于加热模块上。

9.权利要求1-8任一项所述pcr扩增芯片在核酸检测中的应用。

10.一种核酸检测方法，使用权利要求1-8任一项所述pcr扩增芯片，其特征在于，将pcr扩增试剂、不同的检测样本分别独立地加入环形通道内形成反应体系，启动加热模块和磁性转子，控制磁性转子速度以驱动反应体系在高温区内完成核酸变性及在低温区内完成退火延伸，然后通过荧光探针捕获目标核酸，产生可以辨识的荧光信号，通过解析荧光强度，输出各环形通道核酸检测结果。