專利名稱：一種應(yīng)用于pcr擴(kuò)增的微流控芯片應(yīng)用封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種應(yīng)用于PCR擴(kuò)增的微流控芯片的應(yīng)用封裝結(jié)構(gòu)，屬于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，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。
背景技術(shù)：
Polymerase Chain Reaction，聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)體外核酸擴(kuò)增技術(shù)，具有敏感、產(chǎn)率高、快速、簡便、重復(fù)性好、易自動化等優(yōu)勢。PCR能在一個試管內(nèi)將所要研究的目的基因或某一DNA片段于數(shù)小時內(nèi)擴(kuò)增至十萬乃至百萬倍，使肉眼能直接觀察和判斷；可從一根毛發(fā)、一滴血、甚至一個細(xì)胞中擴(kuò)增出足量的DNA供分析研究和檢測鑒定。過去幾天幾星期才能做到的事情，用PCR幾小時便可完成。PCR技術(shù)是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的一項(xiàng)革命性創(chuàng)舉和里程碑。
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(diǎn)。通常完成一個擴(kuò)增循環(huán)通常需要幾到十幾分鐘，因此對于30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(diǎn)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(jià)和可拋棄性。

發(fā)明內(nèi)容
連續(xù)流動型PCR微流控芯片結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了PCR系統(tǒng)中由時間向空間的轉(zhuǎn)換，即維持系統(tǒng)不同地方的溫度恒定，而是樣品流經(jīng)不同的溫區(qū)。這種方式能夠大大提高反應(yīng)速度，僅需十幾分鐘實(shí)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，是微流控芯片技術(shù)發(fā)展的一次巨大革命。
本實(shí)用新型的目的就是針對常規(guī)PCR擴(kuò)增儀之不足，設(shè)計(jì)一種連續(xù)流式的PCR微流控芯片的應(yīng)用封裝結(jié)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)快速的熱循環(huán)，簡化實(shí)驗(yàn)裝置，提高擴(kuò)增速度和擴(kuò)增效率。
本實(shí)用新型提供了一種應(yīng)用于PCR擴(kuò)增的微流控芯片應(yīng)用封裝結(jié)構(gòu)，如圖1所示，其特征在于，從上至下包括留有用于入射和出射液體的過孔1和放置微流路單元2的定位槽4的接口結(jié)構(gòu)，公知的由留有蓋片過孔8的蓋片9和刻蝕有微流路結(jié)構(gòu)10的基片11鍵合而成的微流路單元2和溫控單元3，所述的溫控單元3包括兩個以上的加熱面12，相鄰加熱面12通過隔熱槽17來進(jìn)行隔離，每個加熱面12都分別由其下面的電熱膜13和溫度傳感器14進(jìn)行控制，每個加熱面12的側(cè)面留有與外部溫控儀相連的引腳15，電熱膜13和溫度傳感器14與引腳15相連。
所述的接口結(jié)構(gòu)可在定位槽4中心留有觀察窗口5。
所述的接口結(jié)構(gòu)在過孔1處嵌有密封膠圈6來固定入射和出射的毛細(xì)管7，過孔1、蓋片過孔8的直徑均與毛細(xì)管7的外徑相當(dāng)。
所述的溫控單元3通過底板18來封接底部。
所述的溫控單元3中的各個加熱面12通過邊框16來連接。
本實(shí)用新型的工作過程為通過外部溫控儀將溫控單元上的三個加熱面12分別設(shè)定為PCR反應(yīng)所需的三個不同溫度，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7注入到微流路單元2，并在注射泵的驅(qū)動下在微流路結(jié)構(gòu)10中流動，隨著PCR反應(yīng)物微流路10內(nèi)流動而相應(yīng)經(jīng)過了不同的溫區(qū)，實(shí)現(xiàn)了溫度循環(huán)，完成了PCR擴(kuò)增反應(yīng)，本實(shí)用新型簡化了PCR反應(yīng)裝置，只需將該結(jié)構(gòu)放置于連接外部溫控儀的芯片插座上并與注射泵相連，即可進(jìn)行PCR反應(yīng)。并可實(shí)現(xiàn)三個溫區(qū)間的相互獨(dú)立以及每一溫區(qū)內(nèi)部的分布均勻，而且通過接口結(jié)構(gòu)來連接微流路與入射的毛細(xì)管可提高連接的準(zhǔn)確性和強(qiáng)度，避免滲漏和死體積的產(chǎn)生。


圖1本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本實(shí)用新型接口結(jié)構(gòu)主視圖圖3本實(shí)用新型接口結(jié)構(gòu)仰視圖；
圖4本實(shí)用新型微流路單元蓋片俯視圖圖5本實(shí)用新型微流路單元基片俯視圖圖6本實(shí)用新型溫控單元主視圖圖7本實(shí)用新型溫控單元俯視圖圖中1、過孔；2、微流路單元；3、溫控單元；4、定位槽；5、觀察窗；6、密封膠圈；7、毛細(xì)管；8、蓋片過孔；9、微流路單元蓋片；10、微流路結(jié)構(gòu)；11、微流路單元基片；12、加熱面；13、電熱膜；14、溫度傳感器；15、引腳；16、邊框；17、隔熱槽；18、底板具體實(shí)施方式
具體制作結(jié)構(gòu)參見圖1。它從上至下主要由與外部注射泵相連的過孔1、定位槽4、微流路單元2和與外部溫控儀相連的溫控單元3組成。本實(shí)施例中注射泵采用了常用的手動注射器，接口結(jié)構(gòu)采用不透明PMMA材料制成，其整體大小為長53mm寬63mm高10mm，其中心處是邊長2mm的正方形空心結(jié)構(gòu)用做觀察窗5，在其底部中心處留由長50mm寬40mm高4mm的固定微流路單元2的定位槽4，在定位槽4的上部即觀察窗口5的左右兩側(cè)各對稱留有3個直徑為1mm的過孔1，這些過孔1與定位槽4間的平面位置關(guān)系與微流路單元2中蓋片過孔8在蓋片9上的位置相同。且在其內(nèi)部嵌有內(nèi)徑為500μm的密封膠圈6。
通過將尺寸為50mm×40mm×4mm的微流路單元2放置在定位槽4中，使兩個單元對應(yīng)的直徑均為500μm的過孔1、8相連，外徑為500μm毛細(xì)管7直接插入過孔1、8中，使該芯片與外部注射泵相連，密封膠圈6可增加連接強(qiáng)度。微流路單元2的基片11上刻蝕有進(jìn)行PCR反應(yīng)的微流路循環(huán)結(jié)構(gòu)10，PCR擴(kuò)增的次數(shù)由微流路10中單元結(jié)構(gòu)的循環(huán)次數(shù)決定。圖4中為8循環(huán)結(jié)構(gòu)。
定位槽4和微流控單元2對齊放置在連接面面積同為63mm×53mm的溫控單元3上，且通過耐高溫的GSK-800型雙面膠帶相連接。溫控單元3的三個加熱面12均由1.5mm厚63mm長10mm寬的銅板制成，相鄰加熱面12間留有2mm的空氣隔熱槽17。各加熱面通過可閥合金4J29材料制成的厚1.5高5mm的邊框16相連。在每個加熱面12的下面通過GSK-800型雙面膠帶依次連接有一組尺寸為10mm×50mm×0.4mm，電阻為10Ω的電阻絲加熱膜13和尺寸1.1mm×2mm×2.5mm的A級的Pt100薄膜溫度傳感器14，通過溫控單元3上的引腳15與一個神港JCS-33A-S/M溫控儀連接來控制該加熱面12，三個加熱面12分別由不同的溫控儀進(jìn)行控制。使得與不同加熱面12相接觸的微流路結(jié)構(gòu)10分別處于不同的溫區(qū)。溫控單元3的底板18同樣采用了可閥合金4J29材料，本實(shí)施里中采用SSEC1000型平行縫焊機(jī)對邊框和底板進(jìn)行焊接封閉。
工作時首先需要10分鐘的預(yù)熱時間，通過電熱膜和溫度傳感器使得溫控單元上的三個溫區(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7中流入微流路單元2，并沿著微流路結(jié)構(gòu)10流動，隨著微流路10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(shí)現(xiàn)PCR擴(kuò)增反應(yīng)。
權(quán)利要求1.一種應(yīng)用于PCR擴(kuò)增的微流控芯片應(yīng)用封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，從上至下包括留有用于入射和出射液體的過孔(1)和放置微流路單元(2)的定位槽(4)的接口結(jié)構(gòu)，公知的由留有蓋片過孔(8)的蓋片(9)和刻蝕有微流路結(jié)構(gòu)(10)的基片(11)鍵合而成的微流路單元(2)和溫控單元(3)，所述的溫控單元(3)包括兩個以上的加熱面(12)，相鄰加熱面(12)通過隔熱槽(17)來進(jìn)行隔離，每個加熱面(12)都分別由其下面的電熱膜(13)和溫度傳感器(14)進(jìn)行控制，每個加熱面(12)的側(cè)面留有與外部溫控儀相連的引腳(15)，電熱膜(13)和溫度傳感器(14)與引腳(15)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝結(jié)構(gòu)，其中所述的接口結(jié)構(gòu)可在定位槽(4)中心留有觀察窗口(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝結(jié)構(gòu)，其中所述的接口結(jié)構(gòu)在過孔(1)處嵌有密封膠圈(6)來固定入射和出射的毛細(xì)管(7)，過孔(1)、蓋片過孔(8)的直徑均與毛細(xì)管(7)的外徑相當(dāng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝結(jié)構(gòu)，其中所述的溫控單元(3)通過底板(18)來封接底部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝結(jié)構(gòu)，其中所述的溫控單元(3)中的各個加熱面(12)通過邊框(16)來連接。
專利摘要一種應(yīng)用于PCR擴(kuò)增的微流控芯片應(yīng)用封裝結(jié)構(gòu)，屬于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。如圖所示，其特征在于，從上至下包括接口結(jié)構(gòu)，公知的微流路單元(2)和溫控單元(3)。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(diǎn)。通常完成一個擴(kuò)增循環(huán)通常需要幾到十幾分鐘，因此對于30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。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了PCR系統(tǒng)中由時間向空間的轉(zhuǎn)換，即維持系統(tǒng)不同地方的溫度恒定，而是樣品流經(jīng)不同的溫區(qū)。這種方式能夠大大提高反應(yīng)速度，僅需十幾分鐘實(shí)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C12M1/00GK2767454SQ2004200727
公開日2006年3月29日 申請日期2004年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月6日
發(fā)明者左鐵釧, 張瑜, 陳濤, 姚李英, 劉世炳 申請人:北京工業(yè)大學(xué)