用于PCR快速反应的芯片结构制造技术

本发明专利技术涉及用于PCR快速反应的芯片结构，包括至上而下依次设置的盖片、介质层、PCR芯片和外部加热结构，盖片上加工有通孔，PCR芯片上设有微腔孔，PCR芯片上覆介质层，介质层通过盖片上的通孔呈现负压吸附盖片，PCR芯片的下底面与外部加热结构紧密接触；PCR芯片可以是一层结构，直接加工出微腔孔；或者是多层结构，在至少一层上加工出微腔孔，再与另一基材复合。易于快速实现PCR扩增，显著提高生物化学反应的速度；芯片的微环境的热容量小，可进行高速的升降温控制，并能精确的检测与控制区域的温度；温度循环系统体积减小，热容降低，反应时间大大缩短；反应液体积减小，扩增的特异性增强，既节省了成本又提高了效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于PCR快速反应的芯片结构，属于PCR

技术介绍
聚合酶链式反应(PCR)是一种分子生物学技术，用于放大特定的DNA片段，可看作生物体外的特殊DNA复制。PCR技术原理类似于DNA的天然复制过程，其特异性依赖于与靶序列两端互补的寡核苷酸引物。PCR由变性-退火-延伸三个基本反应步骤构成①模板 DNA的变性模板DNA经加热至94°C左右一定时间后，使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA解离，使之成为单链，以便与引物结合，为下轮反应做准备；②模板DNA与引物的退火(复性)模板DNA经加热变性成单链后，温度降至50-65°C左右，引物与模板DNA单链的互补序列配对结合；③引物的延伸DNA模板-引物结合物在Taq DNA聚合酶的作用下，以 dNTP为反应原料，靶序列为模板，按碱基互补配对与半保留复制原理，合成一条新的与模板 DNA链互补的半保留复制链，重复循环变性-退火-延伸三过程就可获得更多的“半保留复制链”，而且这种新链又可成为下次循环的模板。PCR技术已经是生命科学和医学领域发展中一个重要发展方向，成为一种广泛应用的检测手段与技术方法，在生命科学、医学工程、 遗传科学、法医鉴定等方面具有广阔的应用价值。PCR扩增的关键是快速而准确的控制温度循环，PCR扩增循环中的每一步都有最短的有效反应时间，温度变化过程太长不仅浪费时间，且随着时间的延长Taq DNA聚合酶的活性而逐渐下降，因此较长的反应过程对PCR是很不利的。因此直接提供PCR反应效率的思路就是减少PCR混合液的体积，可以缩短循环时间，提高扩增产物的含量。静态腔式PCR 芯片芯片具有如下优点1)温度循环系统体积减小，热容降低，可以达到很高的升/降温速率(甚至可高达 60-900C / S)，反应时间成倍缩短；2)反应液体积减小，反应试剂的消耗量降低，反应液温度的均匀性提高，扩增的特异性增强，既节省了成本，又提高了效率；3)可选用导热系数高的材料，提升热传递速率，大大降低反应液温度平衡的时间和循环所需要耗费时间，温度能够更快的稳定和检测。静态微腔室型PCR芯片结构比较简单，一般使用微加工技术加工出反应的微腔室 (微腔室有可以封闭的流体进出口)，用于加热与温度传感的电极以及冷却与散热装置。其基本原理和传统PCR仪器相近，是对注入反应腔内的PCR反应混合物进行直接的升降温控制，实现温度循环。虽然结构简单，但是由于微观尺度效应，热惯性小，PCR反应液在微腔室中可以很快地进行升降温工作，热传感器也能及时反馈并对温度进行控制。由于微腔室芯片结构简单，也意味着能够在一块芯片上加工多个反应池，同时进行多个PCR反应。微腔室通过微机械加工的方法制作得到。这些特点都在实际使用中具有很大的优势。静态微腔室型PCR芯片显著地降低了混合液的消耗量，但温控系统及结构设计直接决定加热冷却速度，仍旧对温度循环与稳定起着决定性作用，一般来说与理想的升降温反应速度仍旧有一定差距。一般加热与散热装置需要集成加工在芯片上，这使得加工成本也有所上升，且传统静态腔室PCR芯片的试剂准备、反应后试剂提取依旧需要有外部转移过程，可能导致试剂的浪费与转移污染的出现。因此，实现PCR的独立多温区循环成为静态腔PCR芯片发展的方向之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种用于PCR快速反应的芯片结构。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现用于PCR快速反应的芯片结构，特点是包括至上而下依次设置的盖片、介质层、PCR芯片和外部加热结构，所述盖片上加工有通孔，所述PCR芯片上设有微腔孔，PCR芯片上覆介质层，介质层通过盖片上的通孔呈现负压吸附盖片，PCR芯片的下底面与外部加热结构紧密接触。进一步地，上述的用于PCR快速反应的芯片结构，其中，所述PCR芯片的厚度为 100 μ m 10mm，PCR芯片上微腔孔的体积为O. 01 μ L 10mL。更进一步地，上述的用于PCR快速反应的芯片结构，其中，所述PCR芯片为石英玻璃、三氧化二铝、石英、玻璃、硅、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚砜、聚偏氟乙烯中 的任意一种材料或者是任意至少两种材料的复合；所述任意至少两种材料通过键合、粘接或超声波焊接方式相接复合。更进一步地，上述的用于PCR快速反应的芯片结构，其中，所述盖片为聚碳酸酯、 聚甲基丙烯酸甲脂、玻璃、石英玻璃、聚二甲基硅氧烷、硅胶材质中的任意一种材料或者是任意至少两种材料的复合。再进一步地，上述的用于PCR快速反应的芯片结构，其中，所述介质层为环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲脂、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯、环烯烃共聚物、聚对二甲苯、聚酰亚胺、 硅橡胶、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯中的任意一种材料或者是任意至少两种材料的复合；所述介质层的厚度为lOnnTlOmm。再进一步地，上述的用于PCR快速反应的芯片结构，其中，所述外部加热结构包含薄膜加热片以及与其粘接的导热材料；所述导热材料为金属、金属氧化物、硅、碳化硅、石墨、导热硅酮树脂、导热塑料中的任意一种材料或者是任意至少两种材料的复合。再进一步地，上述的用于PCR快速反应的芯片结构，其中，所述微腔孔的形状为圆柱状或者圆台状。本专利技术技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在本专利技术易于快速实现PCR扩增，显著提高生物化学反应的速度；芯片的微环境的热容量小，可进行高速的升降温控制，并能精确的检测与控制区域的温度；温度循环系统体积减小，热容降低，可达到很高的升/降温速率，反应时间大大缩短；反应液体积减小，反应液温度的均匀性提高，扩增的特异性增强，既节省了成本又提高了效率；芯片易于集成和功能化，快速便捷的实现扩增，便于批量化低成本生产。附图说明下面结合附图对本专利技术技术方案作进一步说明图1:本专利技术的截面结构示意图；图2 :盖片的俯视不意图；图3 :PCR芯片的俯视示意图。具体实施方式如图1所示，用于PCR快速反应的芯片结构，包括至上而下依次设置的盖片1、介质层2、PCR芯片3和外部加热结构4，如图2，盖片I上加工有通孔101，如图3，PCR芯片 3上设有微腔孔301，微腔孔301的深度小于芯片的厚度，PCR芯片上覆介质层，介质层通过盖片上的通孔呈现负压吸附盖片，PCR芯片的下底面与外部加热结构紧密接触。盖片I通过介质层2与PCR芯片3相接，PCR芯片3的厚度为100 μ m 10mm，PCR 芯片上微腔孔301的体积为O. 01 μ L 10mL，微腔孔的形状呈圆柱状或者圆台状。PCR芯片3为石英玻璃、三氧化二铝、石英、玻璃、硅、PC、PTFE、PET、PSU、PVDF中的任意一种材料或者是任意至少两种材料的复合，任意至少两种材料通过键合、粘接或超声波焊接方式相接复合。盖片I为聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、玻璃、石英 玻璃、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、硅胶材质中的任意一种材料或者是任意至少两种材料的复合。介质层2为环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚碳酸酯(PC)、环烯烃共聚物(C0C)、聚对二甲苯、聚酰亚胺(PI)、硅橡胶、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的任意一种材料或者是任意至少两种材料的复合；介质层2的厚度为 10nm 1本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于PCR快速反应的芯片结构，其特征在于：包括至上而下依次设置的盖片、介质层、PCR芯片和外部加热结构，所述盖片上加工有通孔，所述PCR芯片上设有微腔孔，PCR芯片上覆介质层，介质层通过盖片上的通孔呈现负压吸附盖片，PCR芯片的下底面与外部加热结构紧密接触。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何越，周如华，张健，荣吉赞，杨楠，
申请(专利权)人：凯晶生物科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：