CN103894247B - 一种核酸多重扩增微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核酸多重扩增微流控芯片，依次包括结构层、键合薄层和基底加热层，所述结构层为玻璃材料，设有扩增通道和放置温度传感器的空腔，所述的键合薄层为聚二甲基硅氧烷材料，位于结构层和基底加热层之间，所述基底加热层包括基底层和背面的加热器。本发明所提供的微流控芯片，不仅可以进行核酸的多重扩增，还避免了玻璃键合工艺复杂和核酸扩增中气泡出现等问题。本发明制备工艺简单，集成化程度高。

Description

一种核酸多重扩增微流控芯片

技术领域

本发明涉及一种微流控医疗诊断芯片，尤其涉及一种核酸多重扩增微流控芯片。

背景技术

近年来，核酸分子诊断方法已经成为生物学和医学研究的热点，各种新方法和新技术也随之产生。基因诊断就是应用分子生物学技术，从核酸水平直接探测致病基因的存在、变异和表达状态。基因诊断的探测目的物是核酸中的脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)。1985年，美国PE公司的Mullis等发明了聚合酶链式反应(polymerasechain reaction,PCR)技术，并在Science杂志上发表了关于PCR技术的第一篇学术论文，引起了人们的广泛关注和极大兴趣。

随着微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)技术与生命科学、分析科学等学科的迅猛发展，微流控(microfluidics)的潜在价值和战略意义越来越被人们认同。微流控是通过微细加工技术，把生物和化学等领域中涉及到的样品制备、分离、混合、反应及检测等基本操作单元集成或基本集成到一块几平方厘米（甚至更小）的芯片上，依靠芯片上微管道、微阀、储液器、微电极、微检测元件和连接器等功能器件控制流体贯穿整个系统，用以取代常规生物或化学实验室各种功能的一种技术平台，因此又被称为片上实验室(lab-on-a-chip)。微流控芯片能够把常规实验的采样、稀释、浓缩、混合、分离、反应、和检测等进行功能一体化，微型化、快速化和便携化等。

通过对现有技术的检索发现，核酸扩增微流控芯片所用的材料通常为硅、玻璃和聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)等。硅材料具有良好的化学惰性和热稳定性，这就使硅材料在高温的反应芯片中具有优越性，但是硅材料也具有易碎、成本高，电绝缘性差等缺点，尤其是透光性差的缺点导致后续检测具有一定的困难。和硅相比，玻璃材料有着优良的光学特性，在后续的检测过程中十分方便，但是芯片制备过程中的键合工艺常常引起密封不严密的问题。PDMS材料具有良好的化学惰性，良好的透光性，制作过程简便且快速，但芯片会因为PDMS的气透性在核酸扩增过程中出现气泡，这就抑制了核酸扩增的继续进行，而且核酸扩增的温度控制系统也难以在PDMS上制备集成。

发明内容

鉴于上述现有技术上的缺陷，本发明提供一种核酸多重扩增微流控芯片，不仅可以进行核酸的多重扩增，还避免了玻璃键合工艺复杂和核酸扩增中气泡出现等问题。本发明制备工艺简单，集成化程度高。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种核酸多重扩增微流控芯片，依次包括结构层、键合薄层和基底加热层，所述结构层为玻璃材料，设有扩增通道和放置温度传感器的空腔，所述的键合薄层为聚二甲基硅氧烷材料，位于结构层和基底加热层之间，所述基底加热层包括基底层和背面的加热器。

所述扩增通道为多条平行扩增通道，分别加入不同的引物。

所述每条平行扩增通道包括进口、扩增腔室和出口。

所述每条扩增腔室包括多个串联的小腔室。

所述放置温度传感器的空腔为长方体空腔。

所述加热器包括金属线圈和两个焊盘。

所述金属线圈为金属蛇形线。

所述两个焊盘分别设置在金属线圈的两端。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、两层玻璃之间利用PDMS键合，工艺简单易行，室温下就可以方便地完成，不但解决了玻璃键合工艺要求高的问题，而且还解决了玻璃键合中产生的密封不严密的问题。

2、PDMS薄层的应用既解决了玻璃的键合问题，又避免了完全用PDMS材料制备的芯片在扩增过程中的气泡问题。

3、多条平行扩增通道能够同时进行不同引物的核酸多重扩增，既节约了时间，又可以进行核酸在不同引物下扩增的对比。

4、此芯片集成了温度加热系统，能够依靠外界电源和温控系统完成核酸的扩增。

附图说明

通过阅读参照以下附图的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明所提供的芯片一实施例的横截面示意图；

图2是结构层的结构示意图；

图3是温度加热器的结构示意图。

图中：1为结构层，2为键合薄层，3为基底加热层，11为进口，12为扩增通道，13为出口，31为基底层，32为加热器；

111为第一进口，121为第一条扩增腔室，131为第一出口，112为第二进口，122为第二条扩增腔室，132为第二出口，113为第三进口，123为第三条扩增腔室，133为第三出口，14为放置温度传感器的空腔；

321为金属蛇形线，322为第一焊盘，323为第二焊盘。

具体实施方式：

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步的说明，以充分了解本发明的目的、特征和效果。

如图1～图3所示，本发明所提供的核酸多重扩增微流控芯片，从上至下依次包括结构层1、键合薄层2和基底加热层3。结构层1为玻璃材料，设有多条平行扩增通道12和放置温度传感器的空腔14。键合薄层2为聚二甲基硅氧烷材料（PDMS），位于结构层1和基底加热层3之间。基底加热层3包括基底层31和背面的加热器32。

图2所示的实施例中，结构层1设有三条平行扩增通道。每条平行扩增通道包括进口、扩增腔室和出口。分别为第一进口111、第一条扩增腔室121、第一出口131、第二进口112、第二条扩增腔室122、第二出口132、第三进口113、第三条扩增腔室123、第三出口133。其中，第一进口111、第二进口112和第三进口113均为圆柱形，半径为1mm,高度为2mm。第一条扩增腔室121、第二条扩增腔室122和第三条扩增腔室123均包括6个串联的小腔室，每个小腔室均为圆柱形，半径为0.5mm，高度为0.3mm。第一出口131、第二出口132和第三出口133均为圆柱形，半径为1mm,高度为2mm。放置温度传感器的空腔14为长方体空腔，长度为3mm，宽度为2mm，高度为0.3mm。键合薄层2为PDMS材料，厚度为0.002mm。

如图3所示，基底加热层3包括基底层31和背面的加热器32。加热器32包括金属蛇形线321，第一焊盘322和第二焊盘323。金属蛇形线321为蛇形线结构，所占区域的长度L为11mm，宽度W1为11.8mm，线圈的宽度W2和间距W3均为0.2mm，线圈的高度为0.02mm。第一焊盘322和第二焊盘323分别设置在金属线圈321的两端，均为长方体结构，长度均为4mm，宽度均为2.5mm，高度均为0.02mm。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种核酸多重扩增微流控芯片，其特征在于，依次包括结构层、键合薄层和基底加热层，所述结构层为玻璃材料，设有扩增通道和放置温度传感器的空腔，所述的键合薄层为聚二甲基硅氧烷材料，位于结构层和基底加热层之间，所述键合薄层的厚度为0.002mm，所述基底加热层包括基底层和背面的加热器。

2.根据权利要求1所述的核酸多重扩增微流控芯片，其特征在于，所述扩增通道为多条平行扩增通道，分别加入不同的引物。

3.根据权利要求2所述的核酸多重扩增微流控芯片，其特征在于，所述每条平行扩增通道包括进口、扩增腔室和出口。

4.根据权利要求3所述的核酸多重扩增微流控芯片，其特征在于，所述每条扩增腔室包括多个串联的小腔室。

5.根据权利要求1所述的核酸多重扩增微流控芯片，其特征在于，所述放置温度传感器的空腔为长方体空腔。

6.根据权利要求1所述的核酸多重扩增微流控芯片，其特征在于，所述加热器包括金属线圈和两个焊盘。

7.根据权利要求6所述的核酸多重扩增微流控芯片，其特征在于，所述金属线圈为金属蛇形线。

8.根据权利要求6所述的核酸多重扩增微流控芯片，其特征在于，所述两个焊盘分别设置在金属线圈的两端。