叠层结构腔室内温度传感pcr芯片的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及PCR生物技术领域的PCR芯片，具体地，涉及一种叠层结构腔室内温度传感PCR芯片。
【背景技术】
[0002]聚合酶链式反应PCR是生物科学以及医学领域中常用的一种体外高速大量扩增特定DNA片段的分子生物学技术。PCR中一个循环分为三段区域，高温变性(95°C左右)、低温退火(55°C左右)、中温延伸(70°C左右)，在常规的PCR仪器上，一个循环大约需要3min左右，且这段时间中有相当一部分用于温度的升降，时间利用率较低。影响PCR反应成败及扩增效率的主要因素包括温度均匀性、控温精度、升降温速率。现有的常规PCR芯片，扩增效率低，采用MEMS技术实现的微流控PCR芯片存在温度均匀性不好、测温不准确等问题。
【发明内容】
[0003]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种叠层结构腔室内温度传感PCR芯片，能够直接测量反应液温度，同时缩小反应体结构，减少能源和试剂的消耗，提高温度均匀性和升降温速率。
[0004]为实现以上目的，本发明提供一种叠层结构腔室内温度传感PCR芯片，包括从上往下依次排布的上衬底、测温电极、反应腔室、下衬底、加热电极，其中:测温电极沉积于上衬底临近反应腔室的一面；反应腔室刻蚀于下衬底的上表面，反应腔室用于盛放反应液；加热电极沉积于下衬底的下表面；沉积有测温电极的上衬底一面与刻蚀有反应腔室的下衬底一面相结合形成一整体；反应腔室的左右两侧分别设置有进样口和出样口直接与外界相连通，进样口用于反应前注样，出样口用于反应后抽取样品。
[0005]优选地，所述测温电极伸入到反应腔室内部与反应腔室内的反应液接触，直接测量反应液温度。
[0006]优选地，所述上衬底与下衬底的材料为玻璃，上衬底与下衬底的结合处通过衬底键合层密闭。
[0007]更优选地，所述衬底键合层的材质为PDMS材料。
[0008]优选地，所述测温电极表面沉积测温电极保护层，测温电极伸入反应液后测温电极保护层使测温电极与反应液隔离，防止测温电极被破坏。
[0009]更优选地，所述测温保护层的材质为二氧化硅材料。
[0010]优选地，所述测温电极有焊点暴露在外以便于与外围电路相连接。
[0011]优选地，所述反应腔室为无上盖的六边形结构。
[0012]优选地，所述加热电极的面积大于反应腔室，以保证整个反应腔室温度均匀。
[0013]优选地，所述加热电极采用蛇形结构，加热电极段宽度与间隙宽度比大于10:1，以保证温度均匀性。
[0014]优选地，所述加热电极上沉积有一层加热电极保护层。
[0015]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0016]本发明所述的PCR芯片体积小，耗用试剂较少，以玻璃做衬底，可以减少高温反应时液体的溢出和气泡的产生；电极分布均匀，非加热区域小，温度分布更均匀；测温电极伸入反应液中，可以直接测量液体温度，测量更准确。
【附图说明】
[0017]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0018]图1是本发明的叠层结构腔室内温度传感PCR芯片的整体图；
[0019]图2是本发明的叠层结构腔室内温度传感PCR芯片的俯视图；
[0020]图3是本发明的叠层结构腔室内温度传感PCR芯片的仰视图；
[0021]图4是本发明的叠层结构腔室内温度传感PCR芯片的剖面图；
[0022]图5是本发明的叠层结构腔室内温度传感PCR芯片的温度测控系统原理框图；
[0023]图中:1上衬底，2衬底键合层，3测温电极，4测温电极保护层，5反应腔室，6下衬底，7加热电极，8加热电极保护层，9进样口，10出样口。
【具体实施方式】
[0024]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0025]如图1、2、3、4所示，本实施例提供一种叠层结构腔室内温度传感PCR芯片，包括从上往下依次排布的上衬底1、测温电极3、反应腔室5、下衬底6、加热电极7，其中:测温电极3沉积于上衬底I临近反应腔室5的的一面；反应腔室5刻蚀于下衬底6的上表面，反应腔室5用于盛放反应液；加热电极7沉积于下衬底6的下表面；沉积有测温电极3的上衬底I一面与刻蚀有反应腔室5的下衬底6 —面相结合形成一整体；反应腔室5的左右两侧分别设置有进样口 9和出样口 10直接与外界相连通，进样口 9用于反应前注样，出样口 10用于反应后抽取样品。
[0026]作为一优选的实施方式，所述测温电极3伸入到反应腔室5内部，直接与反应腔室5内的反应液接触，直接测量反应液温度。
[0027]作为一优选的实施方式，所述上衬底I与下衬底6的结合处通过衬底键合层2密闭(如图4所示)。
[0028]作为一优选的实施方式，所述衬底键合层2的材质为PDMS材料。
[0029]作为一优选的实施方式，所述测温电极3表面沉积测温电极保护层4(如图4所示)，测温电极3伸入反应液后测温电极保护层4使测温电极3与反应液隔离，防止测温电极3被破坏。
[0030]作为一优选的实施方式，所述测温保护层4的材质为二氧化硅。
[0031]作为一优选的实施方式，所述测温电极3有焊点暴露在外以便于与外围电路相连接。
[0032]作为一优选的实施方式，所述反应腔室5为无上盖的六边形结构(如图1、2、3所示)O
[0033]作为一优选的实施方式，所述加热电极7的面积大于反应腔室5，以保证整个反应腔室5温度均匀。
[0034]作为一优选的实施方式，所述加热电极7采用蛇形结构(如图3所示)，加热电极7段宽度与间隙宽度比大于10:1，以保证温度均匀性。
[0035]作为一优选的实施方式，所述加热电极7上沉积有一层加热电极保护层8，测温电极3上表面沉积有测温电极保护层4(如图4所示)，材料均为二氧化硅，用于保护加热电极7及测温电极3在工作或者放置过程中不被氧化，以及防止发生机械刮蹭或其它化学物质的腐蚀。
[0036]如图5所示为本发明的温度测控系统原理框图，先在人机交互界面上设置好反应中需要的参数，然后启动控制程序，使芯片开始工作。由温度传感单元将采集到的温度数据传输给数据采集卡，将实际温度传送给人机交互界面进行显示。同时，温度控制模块判断当前温度和目标温度的差异，向数据采集卡发送加热或降温信号，启动加热或者冷却执行模块，最终使得实际温度与目标温度保持一致。
[0037]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
【主权项】
1.一种叠层结构腔室内温度传感PCR芯片，其特征在于，包括从上往下依次排布的上衬底、测温电极、反应腔室、下衬底、加热电极，其中:测温电极沉积于衬底的一面；反应腔室刻蚀于下衬底的上表面，反应腔室用于盛放反应液；加热电极沉积于下衬底的下表面；沉积有测温电极的上衬底一面与刻蚀有反应腔室的下衬底一面相结合形成一整体；反应腔室的左右两侧分别设置有进样口和出样口直接与外界相连通，进样口用于反应前注样，出样口用于反应后抽取样品。2.根据权利要求1所述的一种叠层结构腔室内温度传感PCR芯片，其特征在于，所述上衬底与下衬底的材料为玻璃，上衬底与下衬底的结合处通过衬底键合层密闭。3.根据权利要求2所述的一种叠层结构腔室内温度传感PCR芯片，其特征在于，所述衬底键合层的材质为PDMS材料。4.根据权利要求1所述的一种叠层结构腔室内温度传感PCR芯片，其特征在于，所述测温电极伸入到反应腔室内部与反应腔室内的反应液接触，直接测量反应液温度。5.根据权利要求4所述的一种叠层结构腔室内温度传感PCR芯片，其特征在于，所述测温电极表面沉积测温电极保护层，测温电极伸入反应液后测温电极保护层使测温电极与反应液隔离，防止测温电极被破坏。6.根据权利要求5所述的一种叠层结构腔室内温度传感PCR芯片，其特征在于，所述测温保护层的材质为二氧化硅。7.根据权利要求1-6任一项所述的一种叠层结构腔室内温度传感PCR芯片，其特征在于，所述测温电极有焊点暴露在外以便于与外围电路相连接。8.根据权利要求1-6任一项所述的一种叠层结构腔室内温度传感PCR芯片，其特征在于，所述反应腔室为无上盖的六边形结构。9.根据权利要求1-6任一项所述的一种叠层结构腔室内温度传感PCR芯片，其特征在于，所述加热电极的面积大于反应腔室，以保证整个反应腔室温度均匀。10.根据权利要求1-6任一项所述的一种叠层结构腔室内温度传感PCR芯片，其特征在于，所述加热电极采用蛇形结构，加热电极段宽度与间隙宽度比大于10:1，以保证温度均匀性；所述加热电极上沉积有一层加热电极保护层。
【专利摘要】本发明提供了一种叠层结构腔室内温度传感PCR芯片，包括从上往下依次排布的上衬底、测温电极、反应腔室、下衬底、加热电极，其中：测温电极沉积于衬底的一面；反应腔室刻蚀于下衬底的上表面，反应腔室用于盛放反应液；加热电极沉积于下衬底的下表面；沉积有测温电极的上衬底一面与刻蚀有反应腔室的下衬底一面相结合形成一整体；反应腔室的左右两侧分别设置有进样口和出样口直接与外界相连通。本发明的PCR芯片体积小，耗用试剂较少，以玻璃做衬底，可以减少高温反应时液体的溢出和气泡的产生；电极分布均匀，非加热区域小，温度分布更均匀；测温电极伸入反应液中，可以直接测量液体温度，测量更准确。
【IPC分类】C12M1/34, C12M1/38, C12M1/00
【公开号】CN104946511
【申请号】CN201510290092
【发明人】吴校生, 郭兆鑫, 陈文元, 张卫平, 崔峰, 刘武, 陈伟
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年5月29日