專利名稱：一種用于pcr的微流控芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，涉及微流控芯片系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，具體涉及一種可 用于PCR的微流控芯片。本實用新型主要應(yīng)用于科研、臨床診斷、免疫學(xué)和動、植物學(xué)等多 個領(lǐng)域。
技術(shù)背景
聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(polymerase chain reaction，PCR)因其展現(xiàn)了前所未有的靈敏 度和特異性，受到人們的高度重視，已成為基因研究的關(guān)鍵技術(shù)，廣泛應(yīng)用于生物科學(xué)各個 領(lǐng)域[1，2]。現(xiàn)有技術(shù)公開了 PCR是一種對指定基因片段實現(xiàn)擴(kuò)增的方法，其基本原理是依 據(jù)體內(nèi)細(xì)胞分裂中的DNA半保留復(fù)制機(jī)理，通過控制體外合成系統(tǒng)的溫度，促使雙鏈DNA解 鏈成為單鏈DNA。單鏈DNA與人工制定的引物復(fù)性，隨后在一定dNTP濃度下，耐高溫的DNA 聚合酶根據(jù)引物位置沿單鏈模版延伸成為雙鏈DNA。高溫變性、低溫復(fù)性和適溫延伸三步反 應(yīng)循環(huán)進(jìn)行，使目的DNA得以迅速擴(kuò)增。在PCR擴(kuò)增設(shè)備的制作中，對于溫度的控制至關(guān)重要。PCR熱循環(huán)儀是目前被廣泛 使用的PCR擴(kuò)增儀。其工作方式為，在微機(jī)控制的溫度循環(huán)其中置入擴(kuò)增混合物的反應(yīng)容 器，加入模板或試樣DNA，進(jìn)行20-30次溫度循環(huán)，即可完成擴(kuò)增過程。常規(guī)PCR擴(kuò)增儀，存在著熱容大、加熱速度和冷卻速度慢、樣品耗用高等缺點。通 常完成一個擴(kuò)增循環(huán)通常需要幾到幾十分鐘，因此對于24個循環(huán)的擴(kuò)增過程需要花費(fèi)數(shù) 個小時，而且對于反應(yīng)物的需求量大。于是隨著PCR技術(shù)的廣泛應(yīng)用以及MEMS技術(shù)、微流控 芯片技術(shù)的發(fā)展，微縮PCR芯片的研制得到了越來越多的關(guān)注和發(fā)展。微縮PCR芯片具有 很多優(yōu)點例如能降低熱容量、縮短擴(kuò)增和分析時間、提高分析速度、對于樣品的消耗量小、 以及低廉的造價和可拋棄性。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)PCR擴(kuò)增儀之不足，提供一種用于PCR的 微流控芯片。本實用新型設(shè)計了一種連續(xù)流式的PCR微流控芯片的應(yīng)用封裝結(jié)構(gòu)，能實現(xiàn) 快速的熱循環(huán)，簡化實驗裝置，提高擴(kuò)增速度和擴(kuò)增效率。本實用新型采用具有光學(xué)透明的PDMS和ITO導(dǎo)電玻璃，設(shè)計制作了溫度可控全透 明PDMS微流控芯片。使樣品流經(jīng)三個不同地方恒定溫度的溫區(qū)。這種方式能夠大大提高 反應(yīng)速度，僅需十幾分鐘實現(xiàn)快速PCR反應(yīng)，此外也可通過注射泵改變流速也擴(kuò)大了樣品 容量的選擇范圍。具體而言，本實用新型提供了一種可用于PCR的微流控芯片，其特征在于，其由與 外部注射泵相連的過孔(1)、微流控單元⑶和與外部溫控儀相連的ITO導(dǎo)電玻璃(7)組 成；該芯片留有用于入射和出射液體的過孔(1)的用軟光刻方法實現(xiàn)的具有微流路結(jié)構(gòu) (2)的微流路單元(3)的基片⑷和刻蝕有三個加熱帶(5)和兩個隔熱帶(6)的ITO導(dǎo)電 玻璃(7)，每個加熱帶(5)的側(cè)面留有與外部溫控儀相連的引腳(8)，嵌在基片(4)的微槽(9)內(nèi)的溫度傳感器(10)與引腳(8)相連。本實用新型所述的溫度傳感器(10)嵌在基片(4)的微槽(9)內(nèi)。 本實用新型中，所述的用于PCR熱循環(huán)的三個加熱帶(5)通過在ITO導(dǎo)電玻璃(7) 圖形刻蝕實現(xiàn)。本實用新型中，所述的具有所述的有微流路單元(3)的基片與導(dǎo)電ITO玻璃(7) 通過熱鍵合實現(xiàn)全透明PCR微流控芯片。本實用新型中，所述的在ITO導(dǎo)電玻璃(7)上的每個加熱帶(5)上通過引腳(8) 與外部溫控儀進(jìn)行加熱。本實用新型中，所述微流控芯片的材料可以為硅、石英、玻璃、塑料，如聚甲基丙烯 酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、硅膠如聚二甲基硅氧烷(PDMS)等，芯片通道內(nèi)表面可以是 修飾或未修飾的。本實用新型中，微流路結(jié)構(gòu)(2)采用逶迤形連續(xù)流式PCR芯片構(gòu)型。本實用新型用于PCR的微流控芯片的工作過程為通過外部溫控儀將溫控單元上 的三個加熱帶(5)分別設(shè)定為PCR反應(yīng)所需的三個不同的溫度，從而使得其所接觸的微流 路部分分別處于不同的溫區(qū)。通過外部注射泵將PCR反應(yīng)物通過由過孔(1)固定的毛細(xì)管 (11)注入到微流路單元(3)，并在注射泵的驅(qū)動下在微流路結(jié)構(gòu)(11)中流動，隨著PCR反 應(yīng)物在微流路單元(3)內(nèi)流動而相應(yīng)經(jīng)過了不同的溫區(qū)，實現(xiàn)了溫度循環(huán)，完成了 PCR擴(kuò)增。本實用新型簡化了 PCR反應(yīng)裝置，只需將該結(jié)構(gòu)與外部溫控儀相連，并與注射泵 相連，即可進(jìn)行PCR反應(yīng)。并可實現(xiàn)三個溫區(qū)見的相互獨(dú)立以及每一溫區(qū)內(nèi)部的分布均勻。為了便于理解，以下將通過具體的附圖和實施例對本實用新型的進(jìn)行詳細(xì)地描 述。需要特別指出的是，具體實例和附圖僅是為了說明，顯然本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根 據(jù)本文說明，在本實用新型的范圍內(nèi)對本實用新型做出各種各樣的修正和改變，這些修正 和改變也納入本實用新型的范圍內(nèi)。
圖1 本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 本實用新型結(jié)構(gòu)仰視圖；圖3 本實用新型結(jié)構(gòu)俯視圖；圖4 本實用新型微流路單元基片仰視圖；圖中標(biāo)號1、過孔；2、微流路結(jié)構(gòu)；3、微流路單元；4、基片；5、加熱帶；6、隔熱帶； 7、ITO導(dǎo)電玻璃；8、引腳；9、微槽；10、傳感器；11、毛細(xì)管。
具體實施方式
實施例1示例性的微流控芯片的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其從上至下主要包括與外部注射泵相連 的過孔(1)、微流控單元(3)和與外部溫控儀相連的ITO導(dǎo)電玻璃(7)組成。本實施例中 注射泵采用了常用的手動注射器，結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)采用全透明的PDMS材料制成，其整體大小為長 35mm寬39. 4mm高7. 8mm，其中PDMS基片(4)的厚度為5. 6mm, ITO導(dǎo)電玻璃(7)的厚度為2. 2mm。使與對應(yīng)外徑為500um的毛細(xì)管(11)插入過孔(1)中，使得該芯片與外部注射泵 相連。微流控單元(3)的基片(2)上有軟光刻方法實現(xiàn)的進(jìn)行PCR反應(yīng)的微流路循環(huán)結(jié)構(gòu) (2)，PCR擴(kuò)增的次數(shù)由微流路單元(3)中單元結(jié)構(gòu)的循環(huán)次數(shù)決定。圖4為24循環(huán)結(jié)構(gòu)。ITO導(dǎo)電玻璃(7)透光率大于90%，方阻為14歐。三個加熱帶(5)和兩個隔熱帶 (6)用 稀釋的鹽酸圖形刻蝕而成。兩個隔熱帶(6)寬度均為5mm。在基片⑵的3個微槽 (9)內(nèi)嵌有溫度傳感器(10)，通過溫控儀連接得到基片(2)內(nèi)微流控單元(3)內(nèi)的三個溫 區(qū)的溫度。工作時首先需要5分鐘的預(yù)熱時間，通過ITO導(dǎo)電玻璃(7)上加熱帶(5)和溫度 傳感器(10)使得微流控單元(3)內(nèi)的三個溫區(qū)分別達(dá)到通過溫控儀設(shè)定的溫度值，預(yù)熱后 PCR反應(yīng)物在注射泵的驅(qū)動下通過毛細(xì)管(11)流入微流控單元(3)，并沿著微流路結(jié)構(gòu)(2) 流動，隨著微流路單元(3)上不同部分所處的溫區(qū)不同，PCR反應(yīng)物也相應(yīng)經(jīng)過了三個不同 溫區(qū)，并反復(fù)循環(huán)，實現(xiàn)PCR擴(kuò)增反應(yīng)。
權(quán)利要求一種用于PCR的微流控芯片，其特征在于，其由與外部注射泵相連的過孔(1)、微流控單元(3)和與外部溫控儀相連的ITO導(dǎo)電玻璃(7)組成；該芯片留有用于入射和出射液體的過孔(1)的用軟光刻方法實現(xiàn)的具有微流路結(jié)構(gòu)(2)的微流路單元(3)的基片(4)和刻蝕有三個加熱帶(5)和兩個隔熱帶(6)的ITO導(dǎo)電玻璃(7)，每個加熱帶(5)的側(cè)面留有與外部溫控儀相連的引腳(8)，嵌在基片(4)的微槽(9)內(nèi)的溫度傳感器(10)與引腳(8)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于PCR的微流控芯片，其特征在于所述的溫度傳感器 (10)嵌在基片(4)的微槽(9)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于PCR的微流控芯片，其特征在于所述的三個加熱帶(5) 用于PCR熱循環(huán)，通過在ITO導(dǎo)電玻璃(7)圖形刻蝕實現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于PCR的微流控芯片，其特征在于所述的微流路單元(3) 的基片由PDMS制作；所述的全透明的微流路單元(3)的基片與全透明的導(dǎo)電ITO玻璃(7) 通過熱鍵合實現(xiàn)全透明PCR微流控芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于PCR的微流控芯片，其特征在于在ITO導(dǎo)電玻璃(7)上 的每個加熱帶(5)上通過引腳⑶與外部溫控儀進(jìn)行加熱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于PCR的微流控芯片，其特征在于所述微流控芯片的材 料選自硅、石英、玻璃或塑料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于PCR的微流控芯片，其特征在于所述微流控芯片的材 料選自聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯或聚二甲基硅氧烷。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于PCR的微流控芯片，其特征在于所述芯片通道內(nèi)表面 修飾或未修飾。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于PCR的微流控芯片，其特征在于所述微流路結(jié)構(gòu)(2)采 用逶迤形連續(xù)流式PCR芯片構(gòu)型。
專利摘要本實用新型屬生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，涉及一種可用于PCR的微流控芯片。該芯片包括留有用于入射和出射液體的過孔的用軟光刻方法實現(xiàn)的具有微流路結(jié)構(gòu)的微流路單元的基片和刻蝕有三個加熱帶和兩個隔熱帶的ITO導(dǎo)電玻璃，每個加熱帶的側(cè)面留有與外部溫控儀相連的引腳，嵌在基片的微槽內(nèi)的溫度傳感器與引腳相連。本實用新型克服了常規(guī)PCR擴(kuò)增儀存在缺點，采用具有光學(xué)透明的PDMS和ITO導(dǎo)電玻璃，制作了溫度可控全透明PDMS微流控芯片。本實用新型能夠大大提高反應(yīng)速度，僅需十幾分鐘實現(xiàn)快速PCR反應(yīng)，此外也可通過注射泵改變流速也擴(kuò)大了樣品容量的選擇范圍。
文檔編號C12M1/38GK201770704SQ2010200331
公開日2011年3月23日 申請日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者劉思秀, 劉超, 張金玲, 趙望, 隋國棟 申請人:復(fù)旦大學(xué)