一种具有温度控制功能的硅基生化检测芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种具有温度控制功能的硅基生化检测芯片，包括温度控制模块，具有PCR反应腔室的上盖板A和具有结果观测腔室的上盖板B。其中温度控制模块表面为钝化保护层，与生化反应兼容；上盖板A包括下侧的反应腔室和上侧的液流通孔。上盖板B包括下侧的观测腔室和上侧的观测通孔。通过温度控制模块与上盖板A(在特制橡胶塞辅助下)形成PCR反应的密闭腔室，通过上盖板A和上盖板B(在特制橡胶塞辅助下)形成密闭的反应结果检测腔室。

【技术实现步骤摘要】
一种具有温度控制功能的硅基生化检测芯片
本专利技术属于生化监测领域，具体涉及一种具有温度控制功能的硅基生化检测芯片，该芯片可用于进行例如PCR反应、显色反应等生化试验。
技术介绍
诸多的生化反应实验需要严格的温度控制，以PCR(Polymerasechainreaction，聚合酶链式反应)实验为例，是一种分子生物学技术，用于扩增特定的DNA片段，这种方法可在生物体外进行，不必依赖大肠杆菌或酵母菌等生物体。在1983年，凯利·穆利斯(KaryMullis)专利技术了这种全新的DNA扩增方法。PCR是利用DNA在体外摄氏95℃高温时变性会变成单链，在60℃左右时引物与单链按碱基互补配对的原则结合，再调温度至DNA聚合酶最适反应温度(72℃左右)，DNA聚合酶沿着磷酸到五碳糖(5′-3′)的方向合成互补链。基于聚合酶制造的PCR仪实际就是一个温控设备，能在变性温度，复性温度，延伸温度之间很好地进行控制。它是一种简单，廉价和可靠的方法复制DNA片段。PCR反应技术被广泛地运用在医学和生物学的实验室，例如用于判断检体中是否会表现某遗传疾病的图谱、传染病的诊断、基因复制，以及亲子鉴定。当前的PCR芯片使用的制备材料十分广泛。在选择芯片材料时，需综合考虑材料的诸多方面的性质，包括导热性，耐用性，成本，表面化学性质，生物兼容性，电学性能，光学性能等等，同时还要考虑材料的易操作性，易集成性，便于大规模的生产。目前已报到的PCR芯片主要采用硅材料、石英材料和PDMS材料等。其中玻璃材料透光性好，易于结果检测，但是导热性能较差；PDMS材料具有良好的生物兼容性、较好的透光性，但具有一定的透气性，PCR循环过程中温度较高，最高可达94-95℃，且在预变性的过程中需高温维持5-10分钟。由于透气性不好所以可能使得反应试剂蒸发减少，从而影响反应腔室的密封性。同时，当前PCR芯片少有将温度控制系统集成于芯片之上，多采用大体系的温控仪器，使得设备体积大，较为复杂。除原位PCR与数字PCR芯片之外，其余PCR芯片多分为反应区域与观测区域，其中反应区域进行温度循环，实现PCR过程。然后将反应试剂转移至观测区域，直接进行荧光检测或在杂交后进行荧光检测。反应区域与观测区域之间的连通一般在同一层芯片中实现，多采用牺牲层的工艺或硅片(或石英片)键合等工艺。牺牲层的工艺或键合工艺操作起来工艺较为复杂，成本较高，且对工艺实验环境要求高，成品率低。因此，设计一款集成度高，成本低，成品率高，制备工艺简便经济且操作方便的芯片对于PCR实验和生化监测领域具有非常重要的意义。
技术实现思路
针对上述的现有主流设备芯片与需求之间的矛盾，以及现有工程应用技术中的不足，本专利技术提出了一款具有温度控制功能的硅基生化检测芯片。该芯片具有体积小，成本低，集成度高，便于操作，制备工艺简便经济等优点，可以极大的便利于PCR实验和生化实验监测。为实现上述目标，本专利技术公开如下技术方案：本专利技术提出了一种具有温度控制功能的硅基生化检测芯片，包括温度控制模块，上盖板A和上盖板B，其中所述上盖板A设置在所述温度控制模块的上方，并与所述温度控制模块紧密结合，所述上盖板A在靠近所述温度控制模块的一侧具有反应腔室，所述反应腔室上方设置有进液口和出液口；所述上盖板B设置在所述上盖板A的上方，并与所述上盖板A紧密结合，所述上盖板B在靠近所述上盖板A的一侧具有观测腔室，所述观测腔室与所述反应腔室通过所述出液口互相连通。优选地，所述温度控制模块包括衬底、所述衬底上方的电绝缘层，所述电绝缘层上的加热电阻线、测温电阻线和钝化保护层。优选地，所述温度控制模块的衬底的材料为硅，优选地，所述绝缘层为二氧化硅，所述钝化保护层为氮化硅或二氧化硅。进液口优选地，所述反应腔室和观测腔室的数量为一个或多个。优选地，所述观测腔室的上方具有观测通孔，优选地，所述进液口包括密封塞，所述观测通孔包括密封塞。优选地，所述进液口和出液口的形状为圆形，所述反应腔室的形状选自矩形、方形、圆形或椭圆形。优选地，所述上盖板A的厚度为700μm-800μm，反应腔室的高度为400μm-500μm，所述进液口和出液口的直径为1mm-1.2mm。优选地，所述观测通孔和所述观测腔室的形状为矩形、方形、圆形或椭圆形。优选地，所述上盖板B的厚度为700μm-800μm，观测腔室的高度为400μm-500μm。优选地，所述上盖板A和上盖板B的材料选自与生化反应兼容的耐高温硬质材料，优选为硅或者石英。优选地，所述温度控制模块、所述上盖板A和所述上盖板B通过生化兼容性胶粘接，所述生化兼容性胶优选为聚酰亚胺。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术将加热元件与温度传感器集成到芯片之上，进行实施芯片温度控制，实现片上控温。相对于现常用的传统的大体系环境的温控仪，集成后的芯片在几乎不增加芯片体积与成本的前提下，大大简化了实验仪器的体积，使得仪器更加便携和便于使用。2、本专利技术利用多层结构生物兼容性胶粘接的方式形成生化反应腔室和观测腔室并形成液体转移通道，避免了使用牺牲层工艺或键合工艺来制备芯片，大大简化了工艺流程，降低了成本，并提高了成品率。附图说明图1是根据本公开内容所制备的一个具体实施例的硅基生化检测芯片的截面图；图2是根据本公开内容所制备的一个具体实施例的温度控制模块的截面图；图3A-图3B是根据本公开内容所制备的一个具体实施例的上盖板A的截面图和平面俯视图；图4A-图4B是根据本公开内容所制备的一个具体实施例的上盖板B的截面图和平面俯视图；图5A-图5D是根据本公开内容的一个具体实施例的温度控制模块的制备方法；图6A-图6D是根据本公开内容的一个具体实施例的上盖板A的制备方法；图7A-图7B是根据本公开内容所制备的另一个具体实施例的上盖板A的截面图和平面俯视图；图8是根据本公开内容所制备的一个具体实施例的上盖板A的涂胶图。具体实施方式为使本专利技术的目的、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，对本专利技术作进一步的详细说明。在本专利技术中，除非上下文另有要求，否则在说明书和所附权利要求书全文中，词语“包括”将解释为“包括但不限于”。在本专利技术的附图中，相同标号标识相似特征或者元件。特征在附图中的尺寸和相对位置并未按比例绘图。本专利技术利用温度控制模块和上盖板A形成密封的生化反应腔室，利用利用上盖板A和上盖板B形成密封观测腔室。在实验进行时，从进液口注液，利用橡胶密封塞将进液口和出液口密封，通过外部的电功率源(未示出)和控制系统(未示出)对芯片进行所需温度控制。完成温度控制的实验阶段后，取出密封塞，从进液口继续注液，将反应试剂向上转移到观测腔室。待试剂转移完毕后，利用橡胶密封塞将进液口和观测腔室通孔密封，进行结果检测。本专利技术的一个实施例中温度控制模块选用硅片为衬底片，预先使用热氧或PECVD等方法生长一层二氧化硅材料作为结缘层，之后生长并图形化加热控温层，最后沉积一层氮化硅材料作为钝化保护层；本
技术实现思路
中的上盖板A和上盖板B选用<100>晶向的硅片，利用氮化硅材料作为硬掩膜进行湿法腐蚀，将硅片的背面腐蚀出所需深度的反应腔室和观测腔室，之后利用激光打孔或其他方式分别在上盖板A与上盖板B的上表面加工出进液口、出液口和观本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有温度控制功能的硅基生化检测芯片，其特征在于，包括温度控制模块，上盖板A和上盖板B，其中所述上盖板A设置在所述温度控制模块的上方，并与所述温度控制模块紧密结合，所述上盖板A在靠近所述温度控制模块的一侧具有反应腔室，所述反应腔室上方设置有进液口和出液口；所述上盖板B设置在所述上盖板A的上方，并与所述上盖板A紧密结合，所述上盖板B在靠近所述上盖板A的一侧具有观测腔室，所述观测腔室与所述反应腔室通过所述出液口互相连通。

【技术特征摘要】
1.一种具有温度控制功能的硅基生化检测芯片，其特征在于，包括温度控制模块，上盖板A和上盖板B，其中所述上盖板A设置在所述温度控制模块的上方，并与所述温度控制模块紧密结合，所述上盖板A在靠近所述温度控制模块的一侧具有反应腔室，所述反应腔室上方设置有进液口和出液口；所述上盖板B设置在所述上盖板A的上方，并与所述上盖板A紧密结合，所述上盖板B在靠近所述上盖板A的一侧具有观测腔室，所述观测腔室与所述反应腔室通过所述出液口互相连通。2.根据权利要求1所述的硅基生化检测芯片，其中，所述温度控制模块包括衬底、所述衬底上方的电绝缘层，所述电绝缘层上的加热电阻线、测温电阻线和钝化保护层。3.根据权利要求2所述的硅基生化检测芯片，其中，所述温度控制模块的衬底的材料为硅，优选地，所述绝缘层为二氧化硅，所述钝化保护层为氮化硅或二氧化硅。4.根据权利要求1所述的硅基生化检测芯片，其中，所述反应腔室和观测腔室的数量为一个或多个。5.根据权利要求1所述的硅基生化检测芯片，其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：节俊尧，刘文文，魏清泉，宁瑾，俞育德，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11