本文提出一種微腔式數字PCR微流控芯片。作者將兩層微結構背對背堆疊在一起使得在不改變芯片平面面積的情況下使腔室數量和試劑容量增加一倍，極大提升了檢測靈敏度。同時將碳黑粉末混合到純PDMS中以阻礙熒光從芯片兩層之間的陽性腔通過，這使得芯片不同層微腔的熒光信號采集互不干擾。

圖 1

如圖 1 所示，該芯片由四層組成：頂層和底層透明玻璃片為擴增時防蒸發和信號收集窗口；中間兩層為兩個帶有通道和反應腔的背對背PDMS層(見圖2芯片澆筑)。中間兩層結構采用相同的模具制造，并與入口/出口孔連接。

圖 2

芯片PDMS層澆筑如圖2所示。光刻流程過于簡單，此處不再描述。

黑色PDMS的制作方法：將預混好的 10:1 PDMS 與碳黑粉末以0.8%的質量百分比混合。然后，將混合物在真空中脫氣再以正常流程操作即可。既假設預混PDMS為100g，則需碳黑粉末為100g × 0.008 = 0.8g。

采用黑色PDMS的目的為阻礙熒光信號從芯片兩層之間的陽性腔穿過。這使得芯片不同層微腔的熒光信號采集互不干擾。

圖 3

圖3所示為芯片PDMS結構層設計的一系列沿主通道兩側均勻分布的圓柱形反應腔放大圖。

圓柱形反應腔直徑為 87 μm，高度為 120 μm。主通道的高度為 50 μm，寬度為 60 μm。與圓柱形反應腔和主通道相連的分支通道的寬度和長度為25μm，高度為60μm。

芯片每一層包含 21,384 個獨立的 0.71 nL 圓柱形反應腔，因此芯片可以輸送超過 30 μL 的試劑。

圖 4

芯片尺寸為35×20 mm，芯片實物如圖4所示。

芯片操作流程如圖5所示，依次完成芯片抽真空、試劑加載和分配過程。隨后將芯片轉移至平板PCR儀進行數字PCR檢測。

圖 5

作者對比了本文提出的單層結構和雙層結構芯片的靈敏度。其中，一層芯片包含23,184個反應腔。

雙層芯片與單層芯片在檢測靈敏度和動態范圍方面的比較如表1所示。

雙層數字PCR芯片的檢測限較低，因為腔室數量增加了一倍。由于腔室數量增加，檢測上限也增加。因此，雙層數字PCR芯片的動態范圍是單層芯片的兩倍以上。

審核編輯：劉清