集成型PCR芯片的研究.pdf

1、PCR芯片是進(jìn)行DNA聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的芯片，溫控部分的搭構(gòu)是決定整個(gè)PCR芯片性能、尺寸、集成化的重要組成部分。熱電材料非常適用于對(duì)微小體積進(jìn)行溫度控制，我們恰好可以利用它的這一特性對(duì)微結(jié)構(gòu)PCR芯片進(jìn)行溫度控制。綜合國(guó)內(nèi)外在微結(jié)構(gòu)熱電模型方面的研究成果，并結(jié)合薄膜技術(shù)與MEMS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了集成型微結(jié)構(gòu)PCR芯片。該P(yáng)CR芯片上集成了DNA反應(yīng)室、微通道、溫度傳感器以及熱電材料溫控層等功能和部件。整體尺寸為8mm×4mm×2mm。利用深

2、刻蝕技術(shù)制作出了反應(yīng)室，大小為4mm×2mm×0.3mm，容積約為2微升。反應(yīng)室的底為約2微米厚的氮化硅(Si3N4)膜。在Si3N4膜上利用光刻和沉積等工藝手段，可以制作出鉑電阻溫度傳感器，用于控制反應(yīng)室溫度。在反應(yīng)室底部制作出了微結(jié)構(gòu)的熱電控溫層。該控溫層是將熱電材料依照珀?duì)柼Ｐ团帕写B而成。熱電薄膜部分厚度為0.4微米，整個(gè)溫控部分厚度為1.2微米。且根據(jù)珀?duì)柼?yīng)的特性，可通過改變電流方向，輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)室升溫及降溫操作的切換

3、。這樣的集成型微結(jié)構(gòu)PCR芯片尺寸小，功耗低，且只要接入電流即可工作，這將大大方便使用人員的操作，可以很方便地應(yīng)用在醫(yī)療診斷、野外生化分析等領(lǐng)域。并且，對(duì)于生物芯片的最高發(fā)展目標(biāo)——芯片實(shí)驗(yàn)室(Labonachip)，微結(jié)構(gòu)集成型的PCR功能組件也將大大推動(dòng)芯片實(shí)驗(yàn)室的可實(shí)現(xiàn)性，且大大提高整個(gè)芯片實(shí)驗(yàn)室的集成度。論文包括了對(duì)PCR芯片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及芯片工作參數(shù)的計(jì)算，并利用ANSYS有限元分析軟件對(duì)于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了熱分布的仿真。對(duì)于該