[发明专利]一种阵列式微聚合酶链式反应芯片

说明书

技术领域

本发明涉及脱氧核糖核酸(DNA)扩增技术领域，主要内容是利用聚合酶链式反应技术实现特定脱氧核糖核酸(DNA)片段的体外快速扩增。

背景技术

聚合酶链式反应技术可以实现特脱氧核糖核酸(DNA)片段的体外快速扩增，在生命科学、生物医学、法医鉴定等众多领域中的应用十分广泛。

经过几十年的发展，聚合酶链式反应(PCR)技术已经日趋成熟。现在市场上销售的台式聚合酶链式反应(PCR)扩增仪也是种类繁多，功能各异。但它们一般都有体积大、质量重、升降温速率慢、所需试剂量多等缺点。利用微电子机械系统(MEMS)技术把传统聚合酶链式反应(PCR)扩增实验从台式扩增仪移到微小的生物芯片上实现，即制作成芯片上的实验室(Lab-on-Chip)，可以很好的弥补台式仪的缺陷，具有小、轻、快、省等等诸多优点。

但不可否认的是，基于微电子机械系统(MEMS)技术的聚合酶链式反应(PCR)芯片在使用和推广的过程中，也面临着诸多困难和挑战。譬如，微电子机械系统(MEMS)工艺材料(如硅、玻璃等)和聚合酶链式反应(PCR)试剂的生物兼容性问题、聚合酶链式反应(PCR)的污染问题等。这些问题的存在严重制约了微型化聚合酶链式反应(PCR)的发展和应用，

综上所述，研制一种新型的聚合酶链式反应(PCR)扩增方法，使其既能克服传统台式扩增仪的缺点，又能避免微电子机械系统(MEMS)工艺带来的新问题，有着重要的理论意义和实用价值。

发明内容

本发明的目的是公开一种阵列式微聚合酶链式反应(PCR)芯片，以克服传统台式扩增仪的缺点以及解决微型化聚合酶链式反应(PCR)面临的问题，该芯片性能稳定、价格低廉、体积小，把微加热芯片和微反应腔阵列相分离，做扩增反应简单快捷。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种阵列式微聚合酶链式反应芯片，包括温控系统、加热芯片和反应腔；其加热芯片和反应腔是分离设置；

加热芯片与温控系统电连接，加热芯片包括绝缘基片、加热电极和温度传感器，其中，在绝缘基片上表面溅射有加热电极和温度传感器；加热电极为环形圆盘状，环形圆盘的中间径向、在绝缘基片上表面有一条沟道，温度传感器探头嵌入在沟道中；绝缘基片下表面，相对于加热电极和温度传感器设有凹槽，使绝缘基片侧剖面为倒凹形；

反应腔包括框架和反应池，框架包括侧边、顶面，侧边固接于顶面周缘、正交向下，侧边围成的形状与绝缘基片的形状相适配；反应池口设于顶面，池体向下延伸，反应池为圆、方或多边形柱体，反应池底面为平面，反应池底面面积与加热电极面积相适配；

加热芯片和反应腔中反应池数目相等，至少为四个，成阵列设置；

使用时，将反应腔对准加热电极后按下，使反应腔下表面与加热电极上表面紧密贴连，向反应池内注入样品液，然后启动。

所述的阵列式微聚合酶链式反应芯片，其所述绝缘基片为硅片；加热电极和温度传感器为铂制作，阵列中每个加热芯片的形状、大小、加热电极的电阻值和温度传感器的电阻值都相同；反应腔为聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料制作的一次性器件，阵列中每个反应池的形状和容积完全相同。

所述的阵列式微聚合酶链式反应芯片，其所述温控系统，包括多路温度采集电路、信号放大电路、A/D转换电路、微控制器比例积分微分(PID)调节器、执行器件；其中，多路温度采集电路经信号放大电路、A/D转换电路与微控制器比例积分微分(PID)调节器输入端电连接，微控制器比例积分微分(PID)调节器输出端与执行器件电连接；

微控制器比例积分微分(PID)调节器设有触摸屏；

多路温度采集电路的多个输入端与温度传感器电连接，执行器件的多个输出端与加热电极电连接。

所述的阵列式微聚合酶链式反应芯片，其所述微控制器比例积分微分(PID)调节器或外接计算机，并与计算机双向通讯；微控制器比例积分微分(PID)调节器输出端发出脉宽调制(PWM)信号，以控制执行器件对阵列中每一路加热芯片的温度升温或降温进行顺序控制。

本发明充分综合了微电子机械系统(MEMS)技术的优点和聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料的优良特性，既实现了聚合酶链式反应(PCR)的微型化，具有小、轻、快、省等诸多优点；同时又避免了生物兼容性和聚合酶链式反应(PCR)污染的问题。由于温控系统的智能化、自动化以及操作界面的人性化，微型聚合酶链式反应(PCR)的使用灵活方便，容易上手。

附图说明

图1是本发明中单个加热电极和温度传感器的集成结构示意图；

图2是本发明中微加热芯片的制作工艺流程示意图，其中：