【摘要】：PCR(Polymerase Chain Reaction,聚合酶鏈式反應(yīng))技術(shù)是一種用于核酸擴增和核酸檢測的重要手段。PCR芯片是PCR技術(shù)與生物芯片技術(shù)的結(jié)合,克服了常規(guī)PCR的易污染、試劑消耗量大、成本高等缺點,極大的加速了PCR技術(shù)的發(fā)展,被廣泛應(yīng)用于食品安全監(jiān)測、疾病預防與診斷、環(huán)境保護等領(lǐng)域。但復雜的結(jié)構(gòu)和高昂的加工與材料成本阻礙了PCR芯片的量產(chǎn)和推廣。本文設(shè)計了一種低成本多通道的PCR芯片和基于MEMS技術(shù)加工的加熱器芯片以及大面積精確溫度控制系統(tǒng)。PCR芯片由玻璃與PDMS材料組成,由經(jīng)過鋁模具制作的PDMS邊框和玻璃片通過氧等離子體鍵合得到。加熱器芯片由氧化硅片作為基片,鉑作為加熱器線圈材料,經(jīng)過濺射、光刻、離子銑、去膠等工藝加工而成。為了得到加熱線圈的最優(yōu)結(jié)構(gòu),使用COMSOL Multiphysics軟件對加熱線圈的表面溫度分布進行了電熱學仿真。大面積精確溫控模塊由硬件電路部分和軟件部分組成。硬件電路系統(tǒng)包括微控制器電路、加熱與制冷控制驅(qū)動電路、信號采集電路、信號放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)傳輸電路等。軟件設(shè)計包括軟件整體流程設(shè)計和溫度控制算法的設(shè)計,本研究使用的是位置式PID算法公式。對加熱器芯片線寬和電阻值的測試表明加工工藝有很好的可行性以及重復性。溫度控制實驗表明系統(tǒng)的升溫速率能到達2.2℃/s,降溫速度能達到2.4℃/s,穩(wěn)態(tài)控制精度為±0.5℃。
【圖文】：

應(yīng)系統(tǒng)體積更小更加便攜；硅材料有很高的熱導率循環(huán)時間變短，大大提升了效率；很大程度的降低變得更低。這些優(yōu)點使得 PCR 芯片被廣泛使用并飛照結(jié)構(gòu)和反應(yīng)方式一般可以分為靜態(tài)反應(yīng)室和連續(xù)反應(yīng)過程中核酸溶液是否流動來區(qū)分。 PCR 芯片系統(tǒng)可以看作是微小型化的傳統(tǒng) PCR 系基片上加工出微反應(yīng)室結(jié)構(gòu)，芯片和芯片微反應(yīng)室的控制下在三個溫度狀態(tài)依次循環(huán)來進行擴增反應(yīng)是由 Northrup 等發(fā)明的，該芯片以硅作為基底，，利底部集成了多晶硅作為加熱元件，為靜態(tài)反應(yīng)室 PCao[25]于 2003 年研發(fā)出的靜態(tài)反應(yīng)室 PCR 芯片成功硅反應(yīng)室底部的氮化硅薄膜上，如圖 1-1 所示。這/s，這也證實了 PCR 芯片比傳統(tǒng) PCR 反應(yīng)速率更快明的基于 PDMS（聚二甲基硅氧烷）和玻璃的靜態(tài)成本，使得 PCR 芯片的大批量生產(chǎn)成為可能。

溝道由刻蝕工藝加工而成，芯片底部是三個溫度恒定的銅制下勻速在溝道中流動，依次通過 60°C、77°C、95°C 三反應(yīng)。芯片包含 22 個循環(huán)區(qū)域，該芯片最快只需 90 s 便能u[28]于 2014 提出了一種基于聚酰亞胺（Polyimide，縮寫 芯片，如圖 1-2 所示。該芯片以銅作為加熱器，蠕動泵控在 5 分鐘內(nèi)擴增了含 90 對小鼠基因的模板,該芯片有擴增功耗等優(yōu)點，也有被集成在更復雜的片上實驗系統(tǒng) 2015 年發(fā)明了一種無須外部泵的自流動 PCR 芯片，只需口，反應(yīng)液就會在在毛細管力的驅(qū)動下自主流動實現(xiàn)擴增流量控制泵，使系統(tǒng)更加的簡單易用，同時也為醫(yī)療診斷 DNA 分析實現(xiàn)革命性突破提供了手段。Carballo[30]在 2性環(huán)烯烴聚合物制成的連續(xù)流動式 PCR 芯片，采用熱壓印 1560 mm，深度為 50 μm，可容納最大體積為 20 μL 的反檢測也證實了芯片的可行性，同時它的便攜性和低成本使很大的應(yīng)用前景。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：Q503;TN409

【參考文獻】

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1 周曉麗;朱國坡;李雪華;王艷玲;劉興友;;實時熒光定量PCR技術(shù)原理與應(yīng)用[J];中國畜牧獸醫(yī);2010年02期

本文編號：2691649