一种PCR微流控芯片及其制备方法与流程

本发明涉及微流控芯片领域，特别是指一种pcr微流控芯片及其制备方法。

背景技术：

pcr微芯片是运用多种方法特别是mems技术在硅片、玻璃片、硅橡胶等材料上加工微管道、微反应室、微阀、微加热器、微感应器等，实现芯片上的快速pcr扩增，与常规的pcr技术相比，其具有快速、高效、试剂消耗少、便于携带、集成密度高等优点，是近年生命科学领域的研究热点之一。根据热循环方式的不同，微流控pcr芯片主要分为静态腔室pcr芯片(staticchamberpcr)和连续流pcr芯片(continuous-floworflow-throughpcr)两种模式，材料有硅、玻璃、石英、金属和有机聚合物等。

但是这些制备方法中均用到比较复杂的加工系统特别是mems，且加工完成的整套芯片系统由于各种原因维护起来比较困难，有的只作为一次性使用，使得实验成本较高。使用玻璃毛细管特别是采用商品化的毛细管柱由于其硬度较大，因此在制备连续流动式pcr微芯片管道时存在着弯曲度比较大，导致管道片制作困难，难以固定且占据空间较大。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种pcr微流控芯片及其制备方法。用以解决上述现有技术中部分或全部不足

基于上述目的本发明提供的一种pcr微流控芯片的制备方法，包括如下步骤:

1)将胶体单体和固化剂浇筑到模型中，加热反应固化成胶体片，将胶体片修整后作为底片，然后取相同胶体片切割成胶体条，并将胶体条固定在底片上，使两胶体条之间形成凹槽，得底片模具；

2)将毛细管柱进行预处理干燥后，裁剪成毛细管段，将毛细管段分别放置在底片模具的凹槽内，且两端伸出底片模具，然后向底片模具浇筑热熔胶至完全覆盖底片模具后，摊平固化，待完全固化后剥离底片模具，并将相邻毛细管段弯曲连接处用软管连通，得pcr微流控芯片的管道片；

3)取制备的胶体片，裁剪成同底片相同的尺寸，作为加热片底板，然后将导热片放置在加热片底板上，将温控器上的加热器、感温探头，黏合在导热片上压紧，然后用热熔胶浇筑在所有器件表面，摊平，待其固化后，剥离加热片底板，得pcr微流控芯片的温控加热片；

4)将pcr微流控芯片的管道片和pcr微流控芯片的温控加热片黏合密封在一起，保持毛细管段与加热片垂直交叉，并在毛细管段入口处安装上恒流泵用于控制管道片内流速，得pcr微流控芯片。

在一些可选实施例中，所述胶体片的材质为聚二甲基硅氧烷、se901电子灌封胶或f625硅橡胶。

在一些可选实施例中，所述模型为有机玻璃的长方形模型。

在一些可选实施例中，所述加热反应的温度为55-70℃，时长2-5h。

在一些可选实施例中，所述胶体单体和固化剂的质量比为8-15:1。

在一些可选实施例中，所述预处理是将毛细管依次用0.2m的naoh、水、无水乙醇、水进行清洗。

在一些可选实施例中，所述热熔胶为绝缘阻燃耐高温热熔胶。

在一些可选实施例中，所述软管为乳胶管。

在一些可选实施例中，所述导热片为铜片，厚度为0.3-0.5mm。

同时，本发明实施例还提供一种pcr微流控芯片，采用所述的pcr微流控芯片的制备方法制备而成；其中，所述pcr微流控芯片包括管道片、加热片和恒流泵，所述管道片包括第一热熔胶底板和固定在所述第一热熔胶底板上的呈s分布的毛细管，所述第一热熔胶底板可为导热双面胶，所述毛细管的入口处与恒流泵连通，用于控制管道片内流速，所述毛细管的拐弯处用软管连通，用于减小拐角应力；所述加热片包括第二热熔胶底板和固定在所述第二热熔胶底板上的导热片，所述导热片上连接有温控器，用以控制pcr实验的温度。

从上面所述可以看出，本发明提供的一种pcr微流控芯片及其制备方法，通过热熔胶和胶体片可以方便的相互拷贝形貌的方法，快速制备流动式pcr微芯片，使得其不但制作过程简单易行，而且在各模块出现问题时，可以方便的通过加热热熔胶的方法拆卸下问题模块，检修或更换部件后再次投入使用，因此大大降低了加工和维护运行所需要的成本。

同时在毛细管的弯曲部分使用软管连接，大大消除了弯曲的应力，大大增加了毛细管在加热片上可以放置的数量也就增加了pcr微流控芯片的循环次数，使得其更加实用。

附图说明

图1为本发明实施例底片模具结构示意图；

图2为本发明实施例管道片结构示意图；

图3为本发明实施例加热片结构示意图；

图4为本发明实施例pcr微流控芯片的结构示意图；

图5为本发明实施例简化的pcr微流控芯片的结构示意图。

底片模具-1，胶体片-11，胶体条-12，凹槽-13，管道片-2，第一热熔胶底板-21，软管-22，毛细管-23，加热片-3，第二热熔胶底板-31，导热片-32，温控器-33，恒流泵-4，导热双面胶-5。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

为了解决现有技术中部分或者全部不足，一方面本发明提供了一种pcr微流控芯片的制备方法，包括如下步骤:

1)将胶体单体和固化剂浇筑到模型中，加热反应固化成胶体片，将胶体片修整后作为底片，然后取相同胶体片切割成胶体条，并将胶体条固定在底片上，使两胶体条之间形成凹槽，得底片模具；

2)将毛细管柱进行预处理干燥后，裁剪成毛细管段，将毛细管段分别放置在底片模具的凹槽内，且两端伸出底片模具，然后向底片模具浇筑热熔胶至完全覆盖底片模具后，摊平固化，待完全固化后剥离底片模具，并将相邻毛细管段弯曲连接处用软管连通，得pcr微流控芯片的管道片；

3)取制备的胶体片，裁剪成同底片相同的尺寸，作为加热片底板，然后将导热片放置在加热片底板上，将温控器上的加热器、感温探头，黏合在导热片上压紧，然后用热熔胶浇筑在所有器件表面，摊平，待其固化后，剥离加热片底板，得pcr微流控芯片的温控加热片；

4)将pcr微流控芯片的管道片和pcr微流控芯片的温控加热片黏合密封在一起，保持毛细管段与加热片垂直交叉，并在毛细管段入口处安装上恒流泵用于控制管道片内流速，得pcr微流控芯片。

在一些可选实施例中，本发明提供了一种pcr微流控芯片的制备方法，具体步骤如下:

按照单体：固化剂质量比为10：1的比例配置聚二甲基硅氧烷(pdms)，浇筑在有机玻璃(pmma)的长方形模具中，在60℃下加热2～5h获得固化的pdms片，将其切割成5*14cm的长方形作为底片，这一操作同样可以用se901电子灌封胶、f625硅橡胶等制备)，再切割若干条

0.5*5cm的pdms条，根据实验需要进行切割条数的选择，在其底部涂抹少量未固化的pdms，然后将它们等距离放置在上述pdms底片上，形成若干个的凹槽，再经加热固化制备pdms底片模具，同时再制备5*14cm的长方形pdms片备用。

采用商品化的毛细管柱(河北永年光导纤维厂)，其外径为360μm、内径为50μm，总长度为60cm，使用前分别用0.2m的naoh、水、乙醇、水进行清洗后自然晾干。

将上述经处理后的毛细管平放在制备的pdms底片模具的第一凹槽处，用热熔胶枪加热乳白色绝缘阻燃耐高温热熔胶棒(购自淘宝)，用融化的热熔胶均匀的浇筑到第一凹槽内，待其固化后，将毛细管弯曲放置第2号槽内，同样方法进行浇筑、固定，直到最后一个凹槽，毛细管两端各留有大约3cm的端头。最后将热熔胶均匀浇筑在所有的pdms条上，摊平，待其完全固化后剥离pdms底片模具，即可制备连续流动式pcr微芯片的管道片。

在制备的备用pdms片上均匀放置1*12cm铜片(厚度为0.5mm)3块，将3组铜片分别连接在pid智能温度控制器上的加热器、pt100感温探头，并用含银导热硅脂(导热系数4.15w/mk)黏合在上述铜片上压紧，同样用热熔胶浇筑在所有器件表面，完全覆盖所有器件，摊平，待其固化后将pdms片剥离，获得可通过pid精密控温的加热片。

将上述管道片和加热片通过含银导热硅脂黏合在一起，以pid智能温度控制仪控制各加热模块温度分别为95℃、77℃和60℃，同时在毛细管的入口安装上恒流泵用于控制管道片内流速即可进行pcr扩增实验，也可以在实验结束后进行清洗。当管道片或加热元件、感温探头等出现问题时候可以通过加热出现问题处的热溶胶将其融化后取出进行维修。实用方便。

在实际制作和操作中发现，使用玻璃毛细管特别是采用商品化的毛细管柱由于其硬度较大，因此在制备连续流动式pcr微芯片管道时存在着弯曲度比较大，各管道之间的间距较大，否则两相邻管道之间的弯曲部分应力太大将导致管道片制作困难，难以固定，因此在有限的加热片上难以放置合适数量的毛细管段，因此在上述实施例下提出另外一种pcr微流控芯片的制备方法，通过将毛细管分段进行固定，并用乳胶软管对两相邻毛细管弯曲处进行连通，减少毛细管的弯曲应力和排列占用的空间，可以在有限的加热片上放置合适数量的毛细管，充分发挥pcr微流控芯片的作用。

同时在研究中还发现，由于需要使用热熔胶进行固定后才可以使用，而热熔胶块容易发生变形导致加热片与管道片的贴合不紧密，这些不利于拆卸，影响pcr微流控芯片的使用时的便捷性且在教学过程中不利于学生的观察。为此时上述两个实施例的基础上更进一步提出一种简约pcr微流控芯片的制备方法，制备出的pcr微流控芯片更方便拆卸和观察，及采用导热双面胶代替管道片的热熔胶，将导热双面胶分别贴合到安装有pid精密控温的三个导热铜片上，再将毛细管分段式固定在导热双面胶上，通过pid精密控温器控制温度毛细管内的温度。更有利于拆卸维修和观察毛细管内部的流动状况。

另一方面，基于上述实施例中pcr微流控芯片的制备方法，本发明还提供一种pcr微流控芯片，采用所述的pcr微流控芯片的制备方法制备而成；其中，所述pcr微流控芯片包括管道片、加热片和恒流泵，所述管道片包括第一热熔胶底板和固定在所述第一热熔胶底板上的呈s分布的毛细管，所述第一热熔胶底板可为导热双面胶，所述毛细管的入口处与恒流泵连通，用于控制管道片内流速，所述毛细管的拐弯处用软管连通，用于减小拐角应力；所述加热片包括第二热熔胶底板和固定在所述第二热熔胶底板上的导热片，所述导热片上连接有温控器，用以控制pcr实验的温度。

如图4所述为本发明提供的一种pcr微流控芯片，分为上部加热片3和与之相对应配合的下部管道片2，所述管道片2由底片模具1制备而成，底片模具1的结构如图1所示，包括胶体片11和固定在胶体片11上的胶体条12，胶体条12之间是等间距排列，相邻胶体条12之间形成凹槽13，用于制备管道片2时放置毛细管23。制备的管道片2的结构如图2所示，管道片2包括底部的第一热熔胶底板21和固定在第一热熔胶底板21表面上的毛细管23，且毛细管23的两端均伸出第一热熔胶底板21，相连毛细管23弯曲处采用软管22连通，减小直接弯曲造成的弯曲应力，连通后的毛细管23在沿第一热熔胶底板21长边方向上呈s型排列，减少占用空间，毛细管23也可直接弯曲成s型，但此时占用空间大，完全应力大，不利于多数量的排列和装置的强度的提升。

与管道片2相对应粘合的是加热片3，所述加热片3的结构如图3所示，加热片3包括第二热熔胶底板31和黏合固定在第二热熔胶底板31上的导热片32，导热片32可以是多组，同时导热片32与温控器33的加热器和pt100感温探头(均为示出)安装连接，用以控制在pcr实验的所需温度。

将管道片2与加热片3进行对合，并在毛细管23入口处安装上恒流泵4用于控制pcr实验时管道内部的流速，制备出如图4所示的pcr微流控芯片。

为了方便观察和拆修，本发明还提供了一种简约的pcr微流控芯片，结构如图5所示，简约pcr微流控芯片包括加热片3、恒流泵4和导热双面胶5，与图4所示的pcr微流控芯片的区别之处在于，将第一热熔胶底板21更换成导热双面胶5，并将导热双面胶5黏贴在导热片32上，进行毛细管23的固定。

本发明提供的一种pcr微流控芯片及其制备方法，通过热熔胶和胶体片可以方便的相互拷贝形貌的方法，快速制备流动式pcr微芯片，使得其不但制作过程简单易行，而且在各模块出现问题时，可以方便的通过加热热熔胶的方法拆卸下问题模块，检修或更换部件后再次投入使用，因此大大降低了加工和维护运行所需要的成本。

同时在毛细管23的弯曲部分使用软管22连接，大大消除了弯曲的应力，大大增加了毛细管23在加热片3上可以放置的数量也就增加了pcr微流控芯片的循环次数，使得其更加实用。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。