玻璃毛细管微型PCR系统及其制备方法技术方案

本发明专利技术公开一种玻璃毛细管微型PCR系统及其制备方法，所述PCR系统包括芯片座、PCR芯片、风扇，其中：PCR芯片由玻璃毛细管、底板组成，玻璃毛细管的内部为PCR反应腔室，在底板的下表面设有加热电极，底板的上表面设有测温电极和深槽，所述玻璃毛细管嵌入在深槽内，在深槽内填充有导热树脂。本发明专利技术的PCR芯片反应腔室为玻璃毛细管，可用于实现快速升降温、温度均匀性好、扩增效率高的PCR芯片。本发明专利技术的玻璃毛细管微型PCR芯片中的耗材为玻璃毛细管，制作有加热电极、测温电极和深槽的底板以及上都可以多次重复使用，这避免了交叉污染的同时，也大大降低了芯片的使用成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及聚合酶链式反应(PCR)系统，具体地，涉及一种玻璃毛细管微型PCR系统及其其制备方法。
技术介绍
聚合酶链式反应(PCR)是一种用于放大扩增特定DNA片段的分子生物学技术，是生物体外的特殊DNA复制，它能将微量的DNA大幅增加。由1983年美国科学家K.B.Mullis首先提出设想，1985年由其专利技术了聚合酶链式反应，这意味着PCR技术的真正诞生。经过30多年的发展，PCR技术已经被广泛应用于健康分析与疾病诊断、农业、生态环境监控、刑事案件分析等领域。基于MEMS微流控技术的PCR芯片将传统的PCR反应装置微小型化，从而大大减小了装置的体积、功耗、价格，减少了反应试剂的用量，增快了反应速度。当前，PCR芯片具有以下特点：1、采用聚合物(如：PDMS、SU8、PC等)材料，利用聚合物的热塑性或其单体的流动性，压模或注模制作流体腔室；2、压模或注模制作的腔室为平面二维扁平结构，表面积体积比大；3、大多数芯片都将加热电极或温度传感电极与流体腔室集成在一起，为了避免交叉污染，芯片是一次性使用。现有PCR芯片优点很突出，但也存在很多不足的地方，如：1、聚合物材料通常具有很强的蛋白吸附性，为了提高PCR芯片的反应效率，芯片腔室需要进行表面处理，这使得制作工艺复杂化；2、聚合物的压模或注模工艺过程复杂、加工成本相对较高；3、采用扁平的二维腔室结构，在边角处易产生气泡；4、制作成本相对较高。经检索，公开号为102899238A的中国专利技术申请，该专利技术公开了一种连续流PCR与毛细管电泳功能集成的微流控芯片装置，包括连续流动式PCR芯片和毛细管电泳芯片，其特征在于所述连续流动式PCR芯片的输出通道直接连入毛细管电泳芯片的试样池内，所述毛细管电泳芯片设置有进样通道和分离通道，所述进样通道和分离通道呈十字交叉，所述进样通道的顶端为试样池和样品废液池，所述分离通道的顶端为缓冲液池和废液池。但是上述专利公布的集成微流控芯片是一种不可重复使用装置，导致成本相对较高。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种玻璃毛细管微型PCR系统及其制备方法，采用的加热电极、测温电极和PCR反应腔室分离，加热电极、测温电极可重复使用，这大大降低了制作成本。为实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：根据本专利技术的第一方面，提供一种玻璃毛细管微型PCR系统，包括芯片座、PCR芯片、风扇，其中：所述PCR芯片由玻璃毛细管、底板组成，玻璃毛细管的内部为PCR反应腔室，在底板的下表面设有加热电极，底板的上表面设有测温电极和深槽，所述玻璃毛细管嵌入在深槽内，在深槽内填充有导热树脂；所述PCR芯片通过支撑梁固定在芯片座上，在PCR芯片正下方的芯片座上制作有出风孔，在芯片座的底部设有风扇，风扇通电后转动使得空气的流动，空气的流动便于PCR芯片上的热量对流扩散，达到降温的效果。优选地，所述底板上的加热电极，采用铂或铝或铜或金金属薄膜制作，并对金属薄膜进行图形化，使得玻璃毛细管所在区域的温度趋于均匀。优选地，所述PCR芯片连接有测控电路，所述测控电路包括电源模块、测温模块、加热驱动模块和冷却驱动模块，其中：电源模块将外部输入的电压转化成控制电路各模块所需电压值；测温模块通过恒流源电路，将PCR芯片上测温电极的电阻值等比例转化为电压值，供后续数据采集系统读取及升降温控制程序判断；加热驱动模块，用于向PCR芯片的加热电极输出加热电流，加热电流的热阻效应使得玻璃毛细管所在区域的温度上升；冷却驱动模块，控制风扇的启动与断开，用于将PCR芯片的玻璃毛细管所在的区域温度降下来。优选地，所述PCR芯片连接有数据采集与程序控制单元，所述数据采集与程序控制单元包括采集与控制模块和中央控制器模块，采集与控制模块与测控电路上的测温模块、加热驱动模块、冷却驱动模块相连；其中：采集与控制模块将测温模块的模拟输出电压转化成数字信号，同时传输给中央控制器模块；中央控制器模块通过控制程序，判断玻璃毛细管所在区域的当前温度和目标温度之间的误差，若当前温度高于误差范围，则向采集与控制模块发送指令，启动冷却驱动模块及冷却风扇，将玻璃毛细管所在的区域温度降下来；若当前温度低于误差范围，则向采集与控制模块发送指令，启动加热驱动模块，加热驱动模块向PCR芯片的加热电极输出加热电流，加热电流的热阻效应使得玻璃毛细管所在区域的温度上升。本专利技术系统采用PCR反应腔室与电极分离式结构、表面积体积比小的PCR反应腔室三维曲面、非聚合物材料制作，结构简单、升降温迅速，这种结构对生物大分子的兼容性好、蛋白吸附极其微少，加工成本低。根据本专利技术的另一方面，提供一种玻璃毛细管微型PCR系统的制备方法，包括如下步骤：采用与底板材料相同的基片，在基片的上表面进行金属薄膜沉积，采用光刻工艺，图形化的光刻胶定义了金属薄膜的图形，然后采用干法刻蚀或湿法刻蚀工艺去除暴露出来的金属薄膜，获得上表面的测温电极；在基片的下表面沉积金属薄膜，采用双面对准光刻工艺定义下表面金属薄膜的图形，采用干法刻蚀或湿法刻蚀工艺去除暴露出来的金属薄膜，获得加热电极，上表面的测温电极与下表面的加热电极之间的相对位置严格对准；在上表面的测温电极之间，采用机械切割加工工艺制作玻璃毛细管嵌入用的深槽；最后将每个单元切割下来，获得单个的PCR芯片。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术的PCR芯片反应腔室为玻璃毛细管，玻璃毛细管具有造价便宜、无蛋白吸附、亲水性好、无气泡产生、密封性好、平面尺寸小、表面积体积比值小等优点，可用于实现快速升降温、温度均匀性好、扩增效率高的PCR芯片。本专利技术的玻璃毛细管微型PCR芯片中的耗材为玻璃毛细管，制作有加热电极、测温电极和深槽的底板以及上都可以多次重复使用，这避免了交叉污染的同时，也大大降低了芯片的使用成本。本专利技术的PCR芯片底板上的深槽采用机械加工的方式制作，工艺简单，加工成本低，同时还可制作大深宽比结构。本专利技术的PCR芯片结构采用体积较小的底板，这减小了芯片的热容量，使得升降温速度增快；同时，通过采用线接触支撑，减小了PCR芯片和芯片座之间的接触面积，减少了由于接触带来的热量传导，这有利于加快芯片的升温速率，提高PCR芯片的工作效率和温度均匀性。附图说明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，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术一实施例中的玻璃毛细管微型PCR系统总体三维视图；图2为本专利技术一实施例中的玻璃毛细管微型PCR系统总体三维剖开视图；图3为本专利技术一实施例中的芯片座三维剖开视图；图4为本专利技术一实施例中的PCR芯片的斜上方三维视图；图5为本专利技术一实施例中的PCR芯片的斜上方三维视图；图6为本专利技术一实施例中的玻璃毛细管微型PCR系统控制逻辑框图；图7为本专利技术一实施例中的PCR芯片微加工制备流程图；图中：支撑梁1，2；PCR芯片3；测温电极4，6；玻璃毛细管5；芯片座7；芯片座支脚8；风扇9；支撑梁嵌入槽10，11；出风口12；风扇支撑面13；入风口14；测温电极引线脚41，42；底板43；深槽44；加热电极45；加热电极引线脚46。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种玻璃毛细管微型PCR系统，其特征在于：包括芯片座、PCR芯片、风扇，其中：所述PCR芯片由玻璃毛细管、底板组成，玻璃毛细管的内部为PCR反应腔室，在底板的下表面设有加热电极，底板的上表面设有测温电极和深槽，所述玻璃毛细管嵌入在深槽内，在深槽内填充有导热树脂；所述PCR芯片通过支撑梁固定在芯片座上，在PCR芯片正下方的芯片座上制作有出风孔，在芯片座的底部设有风扇，风扇通电后转动使得空气的流动，空气的流动便于PCR芯片上的热量对流扩散，达到降温的效果。

【技术特征摘要】
1.一种玻璃毛细管微型PCR系统，其特征在于：包括芯片座、PCR芯片、风扇，其中：所述PCR芯片由玻璃毛细管、底板组成，玻璃毛细管的内部为PCR反应腔室，在底板的下表面设有加热电极，底板的上表面设有测温电极和深槽，所述玻璃毛细管嵌入在深槽内，在深槽内填充有导热树脂；所述PCR芯片通过支撑梁固定在芯片座上，在PCR芯片正下方的芯片座上制作有出风孔，在芯片座的底部设有风扇，风扇通电后转动使得空气的流动，空气的流动便于PCR芯片上的热量对流扩散，达到降温的效果。2.根据权利要求1所述的玻璃毛细管微型PCR系统，其特征在于：所述底板上的加热电极，采用铂或铝或铜或金金属薄膜制作，并对金属薄膜进行图形化，使得玻璃毛细管所在区域的温度趋于均匀。3.根据权利要求1或2所述的玻璃毛细管微型PCR系统，其特征在于：所述PCR芯片连接有测控电路，所述测控电路包括电源模块、测温模块、加热驱动模块和冷却驱动模块，其中：电源模块将外部输入的电压转化成控制电路各模块所需电压值；测温模块通过恒流源电路，将PCR芯片上测温电极的电阻值等比例转化为电压值，供后续数据采集系统读取及升降温控制程序判断；加热驱动模块，用于向PCR芯片的加热电极输出加热电流，加热电流的热阻效应使得玻璃毛细管所在区域的温度上升；冷却驱动模块，控制风扇的启动与断开，用于将PCR芯片的玻璃毛细管所在的区域温度降下来。4.根据权利要求3所述的玻璃毛细管微型PCR系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴校生，王振瑜，叔晟竹，崔峰，陈文元，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31