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[讨论] 一种具备串行或平行通道的数字PCR微流控芯片

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发表于 2023-3-23 10:55 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本文提出一种具备串行或平行通道的数字PCR微流控芯片
其中,在串行通道的芯片上 10.5 min 内可实现 99.5 ± 0.3% 的进样效率。在并行通道的芯片上 2 min 内可实现 94.6 ± 0.9% 的进样效率。
串行和平行通道芯片设计均采用标准 SU-8 光刻技术在 4“ 硅片上制造。
对于气动层:首先在硅片表面采用 SU-8 2010 构建 10μm 高的基层,然后在此基层上用 SU-8 2025 构建 50μm 的高度。
对于流体层(2):首先采用 SU-8 2010 构建 10μm 高的基层,然后使用 SU-8 2025 构建 50 μm 的通道层,最后使用 SU-8 2025 构建另一层高度为 50μm 的层,形成总高度为 100μm 的样品装载腔和微腔。
随后将PDMS浇筑在对应的模具上依次形成气动层和流体层。同样将PDMS浇筑在空白硅片上形成2mm厚的抗蒸发层。最后将三层粘接在一起形成完成的芯片。
为优化注液流程,将 2.5 μL 红色染料注入入口储液腔,然后通过气动层施加的真空吸力引入样品装载腔,入口阀关闭。
当所有红色染料流入样品装载腔后,入口储液腔中加入 10μl FC-40 油。然后打开入口阀,出口阀被激活以执行芯片进样通过真空驱动。
如图 3 所示,作者设计了两种不同类型的芯片(串联通道 和 并行通道)。
两种类型的芯片都有底部流体层和顶部气动层组成,每个芯片由三个平行单元组成,用于高通量测量。
在每个单元中,样品装载腔通过一个主通道 16个并行通道连接到2000 个微孔阵列。
为了实现无样品损失的进样,样品体积必须小于总微孔体积。因此,样品装载腔被设计为可容纳 2.5μl 的样品,比 2000 个微孔的总体积小约 10% (一个微孔约 1.44 nL)。
微孔阵列两侧有两个气动阀来控制样品导入和微孔填充。
“拉”模式下,出口阀关闭,通过传统的真空驱动填充,主要通过主通道拉动溶液。
然后操作切换到“推”模式,打开出口阀,使主通道暴露在大气中,由此试剂头部与由溶液包裹的微孔之间形成压力差。
此时在主通道和那些未完全填充的微井之间将建立一个压力差。主通道中较高的压力会改变流动方向,推动水相完全填充微孔。
重复拉推循环可将样品完全分配到离散的微孔中,并被随后的油相隔离。
为防止热循环过程中试剂蒸发,如图 6 所示,作者在芯片顶部组装了防蒸发层和载玻片。
其中,PDMS 防蒸发层永久粘合在气动层上,并含有一个腔室可填充超过 2 mL 的水。
具备防蒸发层和未防蒸发层在PCR扩增后的图如图 7 所示。具备防蒸发层的芯片其阴阳性可明确辨别。

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