专利名称：一种用于pcr的微流控芯片的制作方法
技术领域：
本实用新型属于生物医学领域，涉及微流控芯片系统结构设计，具体涉及一种可 用于PCR的微流控芯片。本实用新型主要应用于科研、临床诊断、免疫学和动、植物学等多 个领域。
技术背景
聚合酶链式反应(polymerase chain reaction，PCR)因其展现了前所未有的灵敏 度和特异性，受到人们的高度重视，已成为基因研究的关键技术，广泛应用于生物科学各个 领域[1，2]。现有技术公开了 PCR是一种对指定基因片段实现扩增的方法，其基本原理是依 据体内细胞分裂中的DNA半保留复制机理，通过控制体外合成系统的温度，促使双链DNA解 链成为单链DNA。单链DNA与人工制定的引物复性，随后在一定dNTP浓度下，耐高温的DNA 聚合酶根据引物位置沿单链模版延伸成为双链DNA。高温变性、低温复性和适温延伸三步反 应循环进行，使目的DNA得以迅速扩增。在PCR扩增设备的制作中，对于温度的控制至关重要。PCR热循环仪是目前被广泛 使用的PCR扩增仪。其工作方式为，在微机控制的温度循环其中置入扩增混合物的反应容 器，加入模板或试样DNA，进行20-30次温度循环，即可完成扩增过程。常规PCR扩增仪，存在着热容大、加热速度和冷却速度慢、样品耗用高等缺点。通 常完成一个扩增循环通常需要几到几十分钟，因此对于24个循环的扩增过程需要花费数 个小时，而且对于反应物的需求量大。于是随着PCR技术的广泛应用以及MEMS技术、微流控 芯片技术的发展，微缩PCR芯片的研制得到了越来越多的关注和发展。微缩PCR芯片具有 很多优点例如能降低热容量、缩短扩增和分析时间、提高分析速度、对于样品的消耗量小、 以及低廉的造价和可抛弃性。
发明内容本实用新型的目的是针对现有技术常规PCR扩增仪之不足，提供一种用于PCR的 微流控芯片。本实用新型设计了一种连续流式的PCR微流控芯片的应用封装结构，能实现 快速的热循环，简化实验装置，提高扩增速度和扩增效率。本实用新型采用具有光学透明的PDMS和ITO导电玻璃，设计制作了温度可控全透 明PDMS微流控芯片。使样品流经三个不同地方恒定温度的温区。这种方式能够大大提高 反应速度，仅需十几分钟实现快速PCR反应，此外也可通过注射泵改变流速也扩大了样品 容量的选择范围。具体而言，本实用新型提供了一种可用于PCR的微流控芯片，其特征在于，其由与 外部注射泵相连的过孔(1)、微流控单元⑶和与外部温控仪相连的ITO导电玻璃(7)组 成；该芯片留有用于入射和出射液体的过孔(1)的用软光刻方法实现的具有微流路结构 (2)的微流路单元(3)的基片⑷和刻蚀有三个加热带(5)和两个隔热带(6)的ITO导电 玻璃(7)，每个加热带(5)的侧面留有与外部温控仪相连的引脚(8)，嵌在基片(4)的微槽(9)内的温度传感器(10)与引脚(8)相连。本实用新型所述的温度传感器(10)嵌在基片(4)的微槽(9)内。 本实用新型中，所述的用于PCR热循环的三个加热带(5)通过在ITO导电玻璃(7) 图形刻蚀实现。本实用新型中，所述的具有所述的有微流路单元(3)的基片与导电ITO玻璃(7) 通过热键合实现全透明PCR微流控芯片。本实用新型中，所述的在ITO导电玻璃(7)上的每个加热带(5)上通过引脚(8) 与外部温控仪进行加热。本实用新型中，所述微流控芯片的材料可以为硅、石英、玻璃、塑料，如聚甲基丙烯 酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、硅胶如聚二甲基硅氧烷(PDMS)等，芯片通道内表面可以是 修饰或未修饰的。本实用新型中，微流路结构(2)采用逶迤形连续流式PCR芯片构型。本实用新型用于PCR的微流控芯片的工作过程为通过外部温控仪将温控单元上 的三个加热带(5)分别设定为PCR反应所需的三个不同的温度，从而使得其所接触的微流 路部分分别处于不同的温区。通过外部注射泵将PCR反应物通过由过孔(1)固定的毛细管 (11)注入到微流路单元(3)，并在注射泵的驱动下在微流路结构(11)中流动，随着PCR反 应物在微流路单元(3)内流动而相应经过了不同的温区，实现了温度循环，完成了 PCR扩增。本实用新型简化了 PCR反应装置，只需将该结构与外部温控仪相连，并与注射泵 相连，即可进行PCR反应。并可实现三个温区见的相互独立以及每一温区内部的分布均匀。为了便于理解，以下将通过具体的附图和实施例对本实用新型的进行详细地描 述。需要特别指出的是，具体实例和附图仅是为了说明，显然本领域的普通技术人员可以根 据本文说明，在本实用新型的范围内对本实用新型做出各种各样的修正和改变，这些修正 和改变也纳入本实用新型的范围内。
图1 本实用新型结构示意图；图2 本实用新型结构仰视图；图3 本实用新型结构俯视图；图4 本实用新型微流路单元基片仰视图；图中标号1、过孔；2、微流路结构；3、微流路单元；4、基片；5、加热带；6、隔热带； 7、ITO导电玻璃；8、引脚；9、微槽；10、传感器；11、毛细管。
具体实施方式
实施例1示例性的微流控芯片的结构如图1所示，其从上至下主要包括与外部注射泵相连 的过孔(1)、微流控单元(3)和与外部温控仪相连的ITO导电玻璃(7)组成。本实施例中 注射泵采用了常用的手动注射器，结构结构采用全透明的PDMS材料制成，其整体大小为长 35mm宽39. 4mm高7. 8mm，其中PDMS基片(4)的厚度为5. 6mm, ITO导电玻璃(7)的厚度为2. 2mm。使与对应外径为500um的毛细管(11)插入过孔(1)中，使得该芯片与外部注射泵 相连。微流控单元(3)的基片(2)上有软光刻方法实现的进行PCR反应的微流路循环结构 (2)，PCR扩增的次数由微流路单元(3)中单元结构的循环次数决定。图4为24循环结构。ITO导电玻璃(7)透光率大于90%，方阻为14欧。三个加热带(5)和两个隔热带 (6)用 稀释的盐酸图形刻蚀而成。两个隔热带(6)宽度均为5mm。在基片⑵的3个微槽 (9)内嵌有温度传感器(10)，通过温控仪连接得到基片(2)内微流控单元(3)内的三个温 区的温度。工作时首先需要5分钟的预热时间，通过ITO导电玻璃(7)上加热带(5)和温度 传感器(10)使得微流控单元(3)内的三个温区分别达到通过温控仪设定的温度值，预热后 PCR反应物在注射泵的驱动下通过毛细管(11)流入微流控单元(3)，并沿着微流路结构(2) 流动，随着微流路单元(3)上不同部分所处的温区不同，PCR反应物也相应经过了三个不同 温区，并反复循环，实现PCR扩增反应。
权利要求一种用于PCR的微流控芯片，其特征在于，其由与外部注射泵相连的过孔(1)、微流控单元(3)和与外部温控仪相连的ITO导电玻璃(7)组成；该芯片留有用于入射和出射液体的过孔(1)的用软光刻方法实现的具有微流路结构(2)的微流路单元(3)的基片(4)和刻蚀有三个加热带(5)和两个隔热带(6)的ITO导电玻璃(7)，每个加热带(5)的侧面留有与外部温控仪相连的引脚(8)，嵌在基片(4)的微槽(9)内的温度传感器(10)与引脚(8)相连。
2.根据权利要求1所述的用于PCR的微流控芯片，其特征在于所述的温度传感器 (10)嵌在基片(4)的微槽(9)内。
3.根据权利要求1所述的用于PCR的微流控芯片，其特征在于所述的三个加热带(5) 用于PCR热循环，通过在ITO导电玻璃(7)图形刻蚀实现。
4.根据权利要求1所述的用于PCR的微流控芯片，其特征在于所述的微流路单元(3) 的基片由PDMS制作；所述的全透明的微流路单元(3)的基片与全透明的导电ITO玻璃(7) 通过热键合实现全透明PCR微流控芯片。
5.根据权利要求1所述的用于PCR的微流控芯片，其特征在于在ITO导电玻璃(7)上 的每个加热带(5)上通过引脚⑶与外部温控仪进行加热。
6.根据权利要求1所述的用于PCR的微流控芯片，其特征在于所述微流控芯片的材 料选自硅、石英、玻璃或塑料。
7.根据权利要求6所述的用于PCR的微流控芯片，其特征在于所述微流控芯片的材 料选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或聚二甲基硅氧烷。
8.根据权利要求1所述的用于PCR的微流控芯片，其特征在于所述芯片通道内表面 修饰或未修饰。
9.根据权利要求1所述的用于PCR的微流控芯片，其特征在于所述微流路结构(2)采 用逶迤形连续流式PCR芯片构型。
专利摘要本实用新型属生物医学领域，涉及一种可用于PCR的微流控芯片。该芯片包括留有用于入射和出射液体的过孔的用软光刻方法实现的具有微流路结构的微流路单元的基片和刻蚀有三个加热带和两个隔热带的ITO导电玻璃，每个加热带的侧面留有与外部温控仪相连的引脚，嵌在基片的微槽内的温度传感器与引脚相连。本实用新型克服了常规PCR扩增仪存在缺点，采用具有光学透明的PDMS和ITO导电玻璃，制作了温度可控全透明PDMS微流控芯片。本实用新型能够大大提高反应速度，仅需十几分钟实现快速PCR反应，此外也可通过注射泵改变流速也扩大了样品容量的选择范围。
文档编号C12M1/38GK201770704SQ2010200331
公开日2011年3月23日 申请日期2010年1月15日 优先权日2010年1月15日
发明者刘思秀, 刘超, 张金玲, 赵望, 隋国栋 申请人:复旦大学