[发明专利]用于生化反应探测的立体微流控芯片量热计及制备方法

说明书

本发明提供一种用于生化反应探测的立体微流控芯片量热计及制备方法，包括聚酰亚胺基底，以及设于聚酰亚胺基底上的碲化铋N型半导体柱、碲化锑P型半导体柱、热电堆表面露出引线端、底层Au连接电极、顶层Au连接电极、Ni顶层保护电极、聚酰亚胺保护层、顶层PDMS微流道、底层PDMS微流道。当从外部注入生物或化学液体在量热计的顶层PDMS微流道，并在底层PDMS微流道中注入室温纯水时，由于生物化学液体产生的热反应，两个微流道之间会形成温度差，使得热电堆上表面成为热节点，而热电堆下表面成为冷节点，根据塞贝克效应会有相应的电势输出，再根据电势即获得其热反应情况。本发明具有非常高的灵敏度和测量精度。

技术领域

本发明涉及一种应用于生物化学反应过程检测的芯片量热计，具体地说，是涉及一种用于高灵敏度立体热电堆结构微流控芯片量热计及制备方法。

背景技术

大部分的化学反应和生物过程都会产生热量信号，例如蛋白质折叠过程、促酶反应、蛋白质-核酸相互作用和生物分子-细胞相互作用。通过测量这些生化反应过程释放或吸收的热量，可以确定这些过程的热力学特性，这对蛋白质稳定性和其他生物化学研究剧有重要意义。量热计是基于量热法所制备的，用于描述化学反应或生物过程的有效工具。它可以检测蛋白质反应过程的相变温度和焓变，实时对反应的过程进行温度监控。通过测量这些生化反应过程释放或吸收的热量，可以确定这些过程的热力学特性，这对蛋白质稳定性和其他生物化学研究剧有重要意义。

传统量热计，尽管拥有很高的分辨率。但是传统量热计材料消耗量大，检测时间长和体积大，携带性差，量产率低等问题。在面对未来实验室外实验，以及便携性测量上都难以达到要求，制造微型化的量热计成为了迫切的需求。在生物化学科学研究和药物评价相关工业应用中，对快速响应，低功耗量热计的需求越来越大，近十年来，随着微机电系统(MEMS)技术的发展，使得小型量热计的低成本、大规模制造成为可能。与微流控系统相结合作为试剂容器的量热计称为微流控芯片量热计。微流控芯片量热计有许多优点。

但是现有的生物化学微流控芯片量热计，大多是在派瑞林聚合物或硅、氮化硅等刚性基底表面溅射单质金属的薄膜热电堆或者热电阻，然后在热电堆或者热电阻薄膜上采用开放式腔室制作微流控系统来检测样品热量变化。当生物液体产生代谢活动或者发生化学反应时，根据热电效应，在热电堆冷节点和热节点间会产生温度差，该温度差经由热电堆可以转换为热电动势信号输出，或者由热电阻经过惠斯通电桥也会转换成电压信号，从而实现对被测物表面热流的测量。但是目前用于生物化学微流控芯片量热计的热电堆都是平面的且是单质金属构成的，存在灵敏度低、所占面积大、样品消耗量多、制备成本高等问题，而且只适用于大热量的测量；而热电阻式热流传感器需要通过惠斯通电桥进行信号测量，测试方法较为复杂，并且由于热电阻的电热效应会产生自加热效应使测量的信号发生偏差。目前商用的量热计一般是在硅、氮化硅等刚性基底上制备，这些材料的拉伸能力较差，在使用过程中容易发生断裂现象。并且这两种材料的热导率太高，会加速热量流失，导致测量过程非常短且不够稳定。而目前现有的生物化学微流控芯片量热计的微流道系统一般使用的是开放式腔室，但基于微量生物液体样品的测量，开放型腔室所造成的蒸发热损失，会使得测量的溶液体积无法得到精确控制，在一定程度上会降低灵敏度。

所以，目前迫切需要一种可以精确控制生物液体容量、方便携带和能够高精度测量室温下生物化学热量变化的芯片量热计。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种用于生化反应探测的立体微流控芯片量热计及制备方法。