[發明專利]電極可重復使用的PCR芯片

有效

• 申請號: 201510005890.X
• 申請日: 2015-01-06
• 公開（公告）號: CN104593256A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 崔峰;陳偉;曹井通;陳文元;張衛平;吳校生;劉武;郭兆鑫
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C12M1/38
• 分類號: C12M1/38;C12M1/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

技術領域

本發明涉及的是一種生物微機電系統領域的技術，具體是一種聚合酶鏈式反應(PCR)芯片。

背景技術

聚合酶鏈式反應(PCR)是體外酶促合成特異DNA片段的一種方法，一般由高溫變性、低溫退火和適溫延伸三步反應組成一個周期，循環進行擴增反應。作為基因檢測的最重要方式，PCR技術及其儀器在醫學和生物學中得到了廣泛應用。然而傳統PCR儀普遍存在設備笨重、昂貴，不易攜帶，加樣操作復雜繁瑣，樣品消耗高(一般最小反應體積為20uL)，反應時間長(2～3h)等缺點，大大限制了它的廣泛應用。并且傳統PCR儀通常采用板孔反應載體，可對多個反應管內的樣本統一溫控，但不能對單個反應管的溫度進行單獨控制。因此，基于微機電系統(MEMS)制作的PCR生物芯片由于體積小、控溫靈活、擴增效率高、制造成本低等優點一出現便得到了快速發展。靜態腔室PCR芯片的基本結構主要包括：反應腔室、加熱元件和溫度傳感元件。形成反應腔室的鍵合結構分為：硅‐玻璃鍵合結構、硅‐硅鍵合結構、玻璃或硅‐聚合物(如PDMS、PMMA、PET、SU‐8等)鍵合結構等，一般通過在鍵合結構中一側的玻璃、硅或聚合物基片上制作形成反應腔室的凹坑。加熱、傳感電極多采用多晶硅、鉑金(Pt)等熱阻線性度好的薄膜材料，集成制作在硅或玻璃襯底上。這些PCR芯片多為反應腔室和加熱、傳感電極集成在一起，整個PCR芯片(包括：加熱、傳感電極)多為一次性使用，成本高。

經過對現有技術的檢索發現，中國專利文獻號CN102994369A公開(公告)日2013.03.27，公開了一種用于PCR快速反應的芯片結構，包括至上而下依次設置的蓋片、介質層、PCR芯片和外部加熱結構，蓋片上加工有通孔，PCR芯片上設有微腔孔，PCR芯片上覆介質層，介質層通過蓋片上的通孔呈現負壓吸附蓋片，PCR芯片的下底面與外部加熱結構緊密接觸；PCR芯片可以是一層結構，直接加工出微腔孔；或者是多層結構，在至少一層上加工出微腔孔，再與另一基材復合。但該PCR芯片結構沒有集成溫度傳感電極；同一個外部加熱結構同時加熱多個反應微腔孔，各個微腔孔的溫度不能單獨控制。

中國專利文獻號CN1804043公開(公告)日2006.07.19，公開了一種微型聚合酶鏈式反應(PCR)芯片系統及其制備方法，該PCR芯片包括若干個用于DNA擴增的阱式反應池，反應池通過若干流道與進出液口連接。在芯片上集成微加熱器和微傳感器，通過溫度循環控制系統進行DNA擴增。可以在該芯片上設置微泵，在反應池入口處設置微閥，用于DNA引物的導入及反應池間的隔離。也可以在上述系統中設置熒光激發光源、熒光探測裝置及熒光信號檢測分析系統進行PCR產物的熒光在位檢測。采用MEMS技術加工技術或微模型制備該芯片系統，該生物芯片系統提供了高通量和快速的DNA擴增手段，并具有便于攜帶、成本低和性能可靠的優點。但該技術結構復雜；襯底芯片(集成加熱、傳感電極)和芯片封蓋(含微反應池)通過陽極鍵合或聚合物鍵合形成永久鍵和的整體結構PCR芯片，不能多次使用，成本高；各個微反應池的溫度不能單獨控制。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，發明了一種電極可重復使用的PCR芯片，使用后加熱、傳感電極芯片和反應腔室芯片可分離，并且電極芯片可重復使用，尤其對于使用貴金屬鉑(Pt)的電極，PCR芯片的制造成本大為降低；發明了溫度相互干擾小的陣列式多反應腔室PCR芯片結構，可在不同溫控條件下進行多種基因的并行擴增。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明PCR芯片由上而下包括：腔室芯片和電極芯片兩個部分，其中：腔室芯片包括：設有腔室結構的聚合物蓋片和上基板；電極芯片包括：絕緣鈍化層、至少一個金屬電極組合和下基板，其中：聚合物蓋片和上基板之間構成的腔室結構位于對應的金屬電極組合的正上方。

所述的腔室芯片和電極芯片在所述的上基板和絕緣鈍化層之間通過導熱硅脂薄層相貼合以實現可分離的結構和電極芯片的可重復使用。

所述的電極芯片上的金屬電極組合包括：加熱電極、傳感電極和電極引腳，其中：加熱電極、傳感電極均為若干次彎折的條狀結構，加熱電極所形成的加熱電極區域包括：線寬部分和縫隙部分。所述的金屬電極組合采用雙層薄膜金屬材料制成，包括：與玻璃基板結合的粘附層金屬鉻(Cr)或鈦(Ti)材料和熱阻層金屬鉑(Pt)。

所述的傳感電極的尺寸小于加熱電極的尺寸并嵌入放置于彎折條狀結構加熱電極中部的縫隙中；所述的加熱電極的中部線寬大于兩端線寬，且加熱電極區域外圍，即對應腔室的外圍部分的線寬邊緣部分設有開放鏤空面積和線寬內部設有封閉鏤空面積。