[发明专利]一种硅基聚合酶链式反应微池芯片

说明书

技术领域

本发明涉及生物微机电系统技术领域，特别涉及一种硅基聚合酶链式反应微池芯片。

背景技术

聚合酶链式反应(PCR)是体外酶促合成特异DNA片段的一种方法，由高温变性、低温退火及适温延伸等几步反应组成一个周期，循环进行。PCR技术是目前扩增DNA的最常用技术，该技术以其简便、快速、高效等特点，迅速成为分子生物学研究的基本技术和有力工具，并成为DNA实验室不可缺少的组成部分，在医学和生物学中得到了广泛应用，被誉为最近几年分子生物学领域中具有革命性的技术突破。然而，传统的PCR扩增仪系统庞大，操作复杂，分析时间长，样品消耗大，已不能满足日益发展的分子诊断技术的需求。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种硅基聚合酶链式反应微池芯片，具有体积小，样品消耗少，分析时间短，功耗低、灵敏度高、结构简单的优点。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种硅基聚合酶链式反应微池芯片，包括基体1，基体1和电路板2连接，基体1的正面设置有四个微反应腔3，在基体1的背面对应于微反应腔3底部的位置均集成有微加热器4和微温度传感器5，微加热器4通过电路板2的电极与外部电源连接，微温度传感器5通过电路板2的电极与外部温控系统连接。

所述的基体1和电路板2通过倒装焊接工艺连接。

所述的微反应腔3对称分布在基体1的正面上，微反应腔3的内表面生长有一层二氧化硅。

所述的微加热器4的加热电阻采用离子注入工艺制作在芯片背面内部，分布位置对应于每个微反应腔3底部两侧，两侧加热电阻的数目相等，均成等间隔排列，间隔距离与加热电阻自身宽度相同。

所述的微温度传感器5位于芯片背面内部对应于每个微反应腔3底部的中间。

本发明的工作原理为：将芯片电路板2上的电极分别接上电源和温控系统，把待扩增样本注入到微反应腔3内，然后微加热器4开始给微反应腔3内的样本加热，温控系统通过微温度传感器5实时检测样本的温度，并与预设的温度循环模式相比较，调制微加热器4的加热功率，从而实现样本的扩增。

由于本发明采用MEMS工艺制作，并将微加热器和微温度传感器集成在芯片上，结构简单，所以具有体积小，样品消耗少，分析时间短，功耗低，灵敏度高的优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明基体1的正面示意图。

图3为本发明基体1的背面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构和工作原理进行详细说明。

参见图1，一种聚合酶链式反应微池芯片，包括基体1和电路板2，在基体1的正面设置有四个微反应腔3，这样可以提高芯片的可靠性，在基体1的背面对应于每个微反应腔的地方集成有微加热器4和微温度传感器5，这样可以提高芯片的集成度，简化结构，减小体积，为了实现微加热器4和微温度传感器5与外部电路的连接，基体1和电路板2连接，微加热器4和微温度传感器5的电路便与电路板2的电路连通，从而可以通过电路板2的电极与外部电路相连，避免引线困难的问题。

所述的基体1和电路板2通过倒装焊接工艺连接。

参见图2，所述的微反应腔3对称分布在基体1的正面上，以减小相互之间的温度干扰，微反应腔3的内表面生长有一层二氧化硅，以避免或削弱硅材料对PCR过程的抑制作用。

参见图3，所述的微加热器4的加热电阻采用离子注入工艺制作在芯片背面内部，分布位置对应于每个微反应腔3底部两侧，这样有利于提高芯片的可靠性，两侧加热电阻的数目相等，均成等间隔排列，间隔距离与加热电阻自身宽度相同，这种设计增大了微反应腔3的受热面积，有利于改善芯片的温度均匀性。

参见图3，所述的微温度传感器5位于芯片背面内部对应于每个微反应腔3底部的中间，微温度传感器5采用金属淀积的方法制备在基体1背面的表面，位于两侧加热电阻中间，为了提高测温精度，以金属Pt作为敏感材料。

本发明的工作原理为：将芯片电路板2上的电极分别接上外部电源和温控系统，微加热器4便与电源接通，微温度传感器便与温控系统接通，把待扩增样本注入到微反应腔3内，然后微加热器4开始给微反应腔3内的样本加热，温控系统通过微温度传感器5实时检测样本的温度，并与预设的温度循环模式相比较，调制微加热器4的加热功率，使样本的温度在变性温度、退火温度和延伸温度三个特定的温度之间按照一定的方式循环，从而为样本扩增提供所需的温度环境，实现样本的扩增。