集成型PCR芯片的研究.pdf

1、PCR芯片是進行DNA聚合酶鏈式反應(yīng)的芯片，溫控部分的搭構(gòu)是決定整個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微小體積進行溫度控制，我們恰好可以利用它的這一特性對微結(jié)構(gòu)PCR芯片進行溫度控制。綜合國內(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)，實現(xiàn)了集成型微結(jié)構(gòu)PCR芯片。該PCR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爾帖模型排列串連而成。熱電薄膜部分厚度為0.4微米，整個溫控部分厚度為1.2微米。且根據(jù)珀爾帖效應(yīng)的特性，可通過改變電流方向，輕松實現(xiàn)對反應(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，對于生物芯片的最高發(fā)展目標——芯片實驗室(Labonachip)，微結(jié)構(gòu)集成型的PCR功能組件也將大大推動芯片實驗室的可實現(xiàn)性，且大大提高整個芯片實驗室的集成度。論文包括了對PCR芯片的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以及芯片工作參數(shù)的計算，并利用ANSYS有限元分析軟件對于設(shè)計結(jié)構(gòu)進行了熱分布的仿真。對于該