基于核酸检测的微流控芯片设计与传热分析

为了解决传统数字聚合酶链式反应(PCR)扩增过程中移液操作产生的问题以及升降温速率慢的弊端,设计了一种连续流数字PCR微流控芯片,能对包含PCR反应体系的微滴进行快速扩增,可以提升核酸检测过程中的扩增效率。用COMSOL对芯片微通道内部的温度分布和两相流体的共轭传热进行了数值模拟。结果表明,芯片内部能产生95、55和72℃的均匀温区,各个温区的温度变化均在±2℃以内,可以满足PCR的温度要求。微通道内中心区域流体流速最高,且由0.1~20 mm/s变化时,微滴在目标温区的停留时间减少,扩增效率降低。根据仿真结果进行了流速为5、10、15和20 mm/s的实验,仅流速为5 mm/s时符合扩增要求,微流控芯片的扩增效率为PCR扩增仪的98%,扩增时间缩短为扩增仪的18.9%。为进一步开发集微滴生成、扩增和检测于一体的数字PCR设备提供了一种可行的技术手段。