集成式红外加热荧光定量PCR微流控芯片及其在病原体基因检测中的应用研究

Pathogen infections are one of the important public health problem worldwide, and the use of real-time quantitative PCR technique is rapid, sensitive, accurate diagnosis and treatment of significant pathogens of infectious diseases. Existing commercial quantitative PCR instrument is expensive, bulky and complicated to operate, that cannot meet the need for rapid diagnosis of contemporary society on the environment, food safety and infectious diseases. Lab-on-a-chip platform as a new type of micro-analysis, has the advantages of low reagent consumption, miniaturization and function integration. The project is proposed using the latest non-contact infrared heating technology combined with efficient, low-cost LED induced fluorescence detection technology, to build a "functional integration structure miniature" real-time fluorescence quantitative detection platform, and to achieve real-time fluorescence of the DNA gene sequences in common pathogens quantitative PCR detection.If approved, The project will not only establish a new universally applicable meaning miniaturized real-time quantitative fluorescent PCR chip platform, but also to provide a fast, portable, efficient and low cost methods for detection of pathogens.

基于感染性病原体疾病是世界性的重要公共卫生问题之一，利用实时荧光定量PCR技术对病原体进行快速、灵敏、准确诊断和治疗的意义重大。但现有商品化荧光定量PCR仪器成本昂贵，体积庞大，操作复杂，不能满足当代社会对环境、食品安全和传染性疾病快速诊断的需求。微流控芯片作为新型的微分析技术平台，具有试剂消耗量低、结构微型化和功能集成化等优势。本项目拟采用最新的非接触式红外加热技术结合高效、低成本的LED诱导荧光检测技术，搭建"功能集成结构微缩"的实时荧光定量检测平台，实现常见病原体的DNA基因序列的实时荧光定量PCR检测。如蒙批准，本项目不但将建立一种崭新的具有普遍适用意义的微小型集成化的实时定量荧光PCR芯片平台，而且也为检测病原体提供一种快速、便携、高效且成本低廉的方法和手段。

荧光定量PCR利用荧光染料或荧光标记的特异性的探针，对PCR产物进行标记跟踪，实时在线监控反应过程，结合相应的软件可以对产物进行分析，能计算待测样品模板的初始浓度，在生物分析、医学检测等诸多领域有着重要的应用。但现有商品化荧光定量PCR仪器成本昂贵，体积庞大，操作复杂，不能满足当代社会的需求。微流控芯片作为新型的微分析技术平台，具有试剂消耗量低、结构微型化和功能集成化等优势。. 本项目中将新颖的非接触式红外加热技术结合微流控芯片检测，搭建了相应的工作平台，利用温度控制系统包括钨灯对芯片进行红外加热，透过的红外光有着很强的热辐射，可对芯片通道中被扩增样品进行加热，可以精确实现芯片通道内液体的温度范围可在30℃－100℃内根据反应步骤的不同来变化，而这一温度范围也完全满足PCR扩增时所需要的温度，同时设计的PID控制器可以使控温精度达到可在±0.3℃以内，能够保证扩增过程体系的稳定性。我们利用PUC19为模板，设计了相关引物，成功进行了荧光定量检测，检测的PUC19 DNA质粒载体的浓度分别为107，106，105，和104个拷贝数。其线性方程为Y=61.86-5.84x,R2=0.97（n=3）。利用该系统对常见病原体的实时荧光定量的研究也正在进行当中，因为在系统搭建和程序优化中耗时较长，所以病原体检测的工作正在开展中。该系统的成功搭建不仅为生物核酸分析和病原体基因检测的研究提供一个重要的方法和手段，同时也将建立一种新颖的具有普遍适用意义的集成式红外加热荧光定量PCR微流控芯片基因分析平台，在以后的科学研究和仪器产业化中有着很好的潜力。