CN113289562B - 一种微流控芯片、分析装置及微流控芯片的控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种微流控芯片、分析装置及微流控芯片的控制方法，微流控芯片包括：衬底；设于衬底上的芯片加热层和微流控芯片主体，微流控芯片主体包括设于芯片加热层的远离衬底一侧的微反应腔阵列；设于衬底上的至少一个PN结温度传感器，PN结温度传感器包括：P型半导体图案、与P型半导体图案连接的正极引线、N型半导体图案、及与N型半导体图案连接的负极引线，P型半导体图案与N型半导体图案堆叠设置并连接，以在P型半导体图案与N型半导体图案的交界面形成PN结。本公开微流控芯片、分析装置及微流控芯片的控制方法，能够测量并反馈微流控芯片中微孔阵列区的温度变化，及时调控PCR反应中的温度，确保PCR结果的有效性和特异性。

Description

一种微流控芯片、分析装置及微流控芯片的控制方法

技术领域

本公开涉及微流控技术领域，尤其涉及一种微流控芯片、分析装置及微流控芯片的控制方法。

背景技术

数字PCR(polymerase chain reaction，自聚合酶链式反应)也叫Digital PCR(dPCR)，是近几年发展起来的一种核酸定量分析技术。相较于传统荧光定量PCR来说，数字PCR对结果的判定不依赖于扩增曲线循环阈值(cycle threshold，Ct值)，不受扩增效率的影响，能够直接读出DNA的分子个数，能够对起始样本核酸分子绝对定量。

dPCR的基本原理聚合酶链式反应(PCR)是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术，它可看作是生物体外的特殊DNA复制，PCR的最大特点是能将微量的DNA大幅增加。PCR是利用DNA在高温时变性解旋成单链，低温时引物与单链按碱基互补配对的原则结合，再在DNA聚合酶作用下合成互补链。

基于聚合酶制造的PCR仪实际是一个温控设备，能在变性温度、复性温度、延伸温度之间很好地进行控制。因此，温度是PCR反应特异性的重要因素之一，温度的准确反映和调控，决定了PCR反应效率的高低和结果的特异性。因此，若能直接测量并反馈微孔阵列区的温度变化，及时调控PCR反应中的温度，可有效确保PCR反应的有效性和特异性。

发明内容

本公开实施例提供了一种微流控芯片、分析装置及微流控芯片的控制方法，能够测量并反馈微流控芯片中微孔阵列区的温度变化，及时调控PCR反应中的温度，确保PCR结果的有效性和特异性。

本公开实施例所提供的技术方案如下：

本公开实施例提供了一种微流控芯片，包括：

衬底；

设置于所述衬底上的芯片加热层；

位于所述衬底之上的微流控芯片主体，所述微流控芯片主体包括设置于所述芯片加热层的远离所述衬底一侧的微反应腔阵列；

及，设置于所述衬底上的至少一个PN结温度传感器，所述PN结温度传感器包括：P型半导体图案、与所述P型半导体图案连接的正极引线、N型半导体图案、及与所述N型半导体图案连接的负极引线；其中所述P型半导体图案与所述N型半导体图案堆叠设置并连接，以在所述P型半导体图案与所述N型半导体图案的交界面形成PN结。

示例性的，所述PN结温度传感器位于所述衬底与所述微流控芯片主体之间。

示例性的，所述PN结温度传感器在所述衬底上的正投影与所述微反应腔阵列中的微反应腔在所述衬底上的正投影至少部分不重合。

示例性的，所述微流控芯片具体包括：

设置于所述衬底之上的第一引线层；

设置于所述第一引线层、及未被所述第一引线层所覆盖的所述衬底之上的第一绝缘层；

设置于所述第一绝缘层之上的第一半导体层；

设置于所述第一半导体层、及未被所述第一半导体层的图案所覆盖的所述第一绝缘层之上的第二绝缘层；

设置于所述第二绝缘层之上的第二半导体层；

设置于所述第二半导体层、及未被所述第二半导体层的图案所覆盖的所述第二绝缘层之上的第三绝缘层；

设置于所述第三绝缘层之上的第二引线层；

设置于所述第二引线层、及未被所述第二引线层的图案所覆盖的第三绝缘层之上的第四绝缘层；

其中，

所述第一引线层的图案包括至少一个所述PN结温度传感器的所述正极引线，所述第一半导体层的图案包括至少一个所述PN结温度传感器的所述P型半导体图案，所述第二半导体层的图案包括至少一个所述PN结温度传感器的所述N型半导体图案，所述第二引线层的图案包括至少一个所述PN结温度传感器的所述负极引线；或者，所述第一引线层的图案包括至少一个所述PN结温度传感器的所述负极引线、所述第一半导体层的图案包括至少一个所述PN结温度传感器的所述N型半导体图案、所述第二半导体层的图案包括至少一个所述PN结温度传感器的所述P型半导体图案、所述第二引线层的图案包括至少一个所述PN结温度传感器的所述正极引线。

示例性的，所述第一绝缘层上设有第一过孔；所述第一半导体层的图案与所述第一引线的图案在所述衬底上的正投影至少部分重合，且所述第一半导体层的图案与所述第一引线的图案通过所述第一过孔连接；

所述第二绝缘层上设有第二过孔；所述第二半导体层的图案与所述第一半导体层的图案在所述衬底上的正投影至少部分重合，且所述第一半导体层的图案与所述第二半导体层的图案通过所述第二过孔连接；

所述第三绝缘层上设有第三过孔，所述第二引线层的图案与所述第二半导体层的图案在所述衬底上的正投影至少部分重合，且所述第二半导体层的图案与所述第二引线层的至少部分图案通过所述第三过孔连接。

示例性的，所述芯片加热层包括：芯片加热薄膜及与所述芯片加热薄膜连接的第三引线层，所述第三引线层包括第三引线的图案，所述第三引线的图案与所述第二引线的图案同层且同材质设置，或者，所述第三引线的图案与所述第二引线的图案位于不同层，所述芯片加热层与所述第三引线层的图案通过所述第四绝缘层上的第四过孔连接，用于为所述芯片加热层提供电信号；所述芯片加热薄膜位于所述第三引线层之上。

示例性的，所述微流控芯片主体为dPCR微流控芯片主体。

示例性的，所述dPCR微流控芯片主体具体包括：

设置于所述芯片加热层之上的第五绝缘层；

设置于所述第五绝缘层之上的遮挡层；

设置于所述遮挡层之上的微反应腔阵列层，所述微反应腔阵列层包括所述微反应腔阵列；

设置于所述微反应腔阵列层之上的亲水层；

设置于所述亲水层之上的疏水层；

及，封装所述微反应阵列的四周的上盖，所述上盖上设有进样口。

示例性的，所述微流控芯片包括至少两个PN结温度传感器，其中，

各个所述PN结温度传感器的所述正极引线和所述负极引线中的一种引线作为共用引线，连接为一体；

各个所述PN结温度传感器的所述正极引线和所述负极引线中的另一种引线作为独立引线，相互独立地设置。

示例性的，所述微流控芯片包括5个PN结温度传感器，5个PN结温度传感器包括：

分布在所述微流控阵列所在区域的四个角落位置的第一PN结温度传感器、第二PN结温度传感器、第三PN结温度传感器和第四PN结温度传感器；

及，设置在所述微流控阵列所在区域的中心位置的第五PN结温度传感器。示例性的，所述正极引线和所述负极引线中的所述共用引线的图案包括：

H型引线部分，所述H型引线部分在所述衬底上的正投影落入所述微反应腔阵列在所述衬底上的正投影内，所述H型引线部分包括相互平行的第一竖线部分和第二竖线部分、及连接在所述第一竖线部分和所述第二竖线部分之间的横线部分，所述第一竖线部分和所述第二竖线部分连接所述第一PN结温度传感器和第二PN结温度传感器中相应的半导体图案，所述第二竖线部分连接所述第三PN结温度传感器和第四PN结温度传感器中相应的半导体图案，所述横线部分连接所述第五PN结温度传感器中相应的半导体图案；

第一引出部分，所述第一引出线部分与所述H型引线部分连接，所述第一引出部分在所述衬底之上的正投影一部分与所述微反应腔阵列在所述衬底上的正投影重合，另一部分引出至所述微反应腔阵列在所述衬底上的正投影之外。

示例性的，所述正极引线和所述负极引线中的所述独立引线的图案包括：

独立分布的多个独立引线块，所述独立引线块的数量与所述PN结温度传感器的数量相同，一个所述独立引线块对应地分布在一个所述PN结温度传感器所在位置点；

及，多个第二引出部分，每一所述引出部分在所述衬底上的一端与一个所述独立引线块在所述衬底上的正投影重合，另一端引出至所述芯片加热层在所述衬底上的正投影之外。

示例性的，所述芯片加热层的图案包括沿第一方向依次排列的至少两个电极块，每一所述电极块为沿第二方向延伸的条形状，所述第一方向与所述第二方向之间呈夹角；

所述第三引线层的图案包括：

沿所述第一方向延伸的至少两条第一部分，所述第一部分在所述衬底之上的正投影与各所述电极块在所述衬底上的正投影至少部分重合，并位于所述微反应腔阵列在所述衬底上的正投影之外；

第三引出部分，所述第三引出部分与所述第一部分连接，且所述第二引出部分在所述衬底上的正投影一部分与所述芯片加热层在所述衬底上的正投影重合，另一部分引出至所述芯片加热层在所述衬底上的正投影之外。

本公开还提供了一种分析装置，包括本公开实施例提供的微流控芯片。

本公开还提供了一种微流控芯片的控制方法，应用于本公开实施例提供的微流控芯片，所述方法包括：

通过PN结温度传感器测量并反馈所述微流控芯片主体中的微反应腔阵列的温度变化状态；

根据所述温度变化状态，控制所述芯片加热层调节所述微流控芯片主体中的微反应腔阵列的当前温度。

本公开实施例所提供的技术方案如下：

本公开实施例提供的微流控芯片、分析装置及微流控芯片的控制方法，在微流控芯片上集成了芯片加热层及至少一个PN结温度传感器，可以测量并反馈微流控芯片中微反应腔阵列的温度变化，及时调控微反应腔内PCR反应的温度，确保PCR结果的有效性和特异性。

附图说明

图1表示本公开实施例中提供的微流控芯片的局部断面结构示意图；

图2表示本公开实施例中提供的微流控芯片中正极引线在衬底上的正投影图案示意图；

图3表示本公开实施例中提供的微流控芯片中负极引线和第三引线在衬底上的正投影图案示意图；

图4表示本公开实施例中提供的微流控芯片中第一引线层、第二引线层、第三引线层和芯片加热薄膜在衬底上的正投影图案示意图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在对本公开所提供的微流控芯片、分析装置及微流控芯片的控制方法进行详细说明之前，有必要对相关技术进行以下说明：

在相关技术中，数字PCR也叫Digital PCR(dPCR)，是近几年发展起来的一种核酸定量分析技术。相较于传统荧光定量PCR来说，数字PCR对结果的判定不依赖于扩增曲线循环Ct值，不受扩增效率的影响，能够直接读出DNA的分子个数，能够对起始样本核酸分子绝对定量。

dPCR的基本原理聚合酶链式反应(PCR)是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术，它可看作是生物体外的特殊DNA复制，PCR的最大特点是能将微量的DNA大幅增加。PCR是利用DNA在高温时变性解旋成单链，低温时引物与单链按碱基互补配对的原则结合，再在DNA聚合酶作用下合成互补链。基于聚合酶制造的PCR仪实际就是一个温控设备，能在变性温度，复性温度，延伸温度之间很好地进行控制。因此，温度是PCR反应特异性的重要因素之一，温度的准确反映和调控决定了PCR反应效率的高低和结果的特异性。

在相关技术中，常用的温度传感器有热电偶传感器、热敏电阻传感器、电阻温度传感器和红外温度传感器。热电偶传感器、热敏电阻传感器、电阻温度传感器是接触式温度传感器，利用其随温度改变的材料特性直接测量待测物体的温度，优点是温度范围广、响应快、无自发热，缺点是集成难度大、线性度差、灵敏度低；红外温度传感器是非接触式温度传感器，是利用辐射热效应间接测温，优点是非接触测量、响应快、灵敏度高，缺点是易受环境因素影响、只限于测量物体外部温度。

为了确保微流控芯片的PCR结果的有效性和特异性，本公开实施例提供了一种微流控芯片、分析装置及微流控芯片的控制方法。

如图1所示，本公开实施例提供了一种微流控芯片，包括：

衬底100；

设置于所述衬底100上的芯片加热层200；

位于所述衬底100之上的微流控芯片主体300，所述微流控芯片主体300包括设置于所述芯片加热层200的远离所述衬底100一侧的微反应腔阵列；

及，设置于所述衬底100上的至少一个PN结温度传感器500，所述PN结温度传感器500包括：P型半导体图案520、与所述P型半导体图案520连接的正极引线510、N型半导体图案530、及与所述N型半导体图案530连接的负极引线540；其中所述P型半导体图案520与所述N型半导体图案530堆叠设置并连接，以在所述P型半导体图案520与所述N型半导体图案530的交界面形成PN结。

本公开实施例提供的微流控芯片，在衬底100上设置了微流控芯片主体300、芯片加热层200及PN结温度传感器500，也就是，在微流控芯片上集成了芯片加热层200及至少一个PN结温度传感器500，这样，可以利用PN结温度传感器500测量并反馈微流控芯片中微反应腔阵列的温度变化，并通过芯片加热层200及时调控微反应腔内PCR反应的温度，确保PCR结果的有效性和特异性。

为了更为详细的说明本发明，以下先对PN结温度传感器500进行以下说明：

采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区，称为PN结。PN结具有单向导电性。

PN结温度传感器是一种半导体温度传感器，其正向偏压与温度有强烈相关性，其工作原理如下：

式中：I_F为流过PN结的正向电流，U为PN结正向导通压降，K为玻耳兹曼常数；Q为电子电荷量常数；T为绝对温度。

经过变换后可得：

由于K、Q为常数，显然，当流过PN结的正向电流为恒值时，其正向压降与温度T成正比例关系，这样，就可以把环境中温度的变化转化为PN结正向压降的变化。

PN结温度传感器具有体积小、响应快、线性好，测温灵敏准确、集成度高的优点，非常适用于需要热反馈以准确控制发热元件温度的器件。

本公开实施例提供的微流控芯片，将PN结集成到微流控芯片上，例如dPCR芯片上，可直接测量并反馈微反应腔阵列的温度变化，及时调控PCR反应中的温度，确保PCR反应的有效性和特异性。

并且，在微流控芯片，以dPCR芯片为例，由于集成芯片加热层200及PN结温度传感器500，实现dPCR芯片的自加热和自测温功能，实现芯片的普适性和多功能性。

需要说明的是，在恒定电流下，PN结的正向偏压与温度有强烈相关性，随着温度的升高，PN结的输出电压相应下降，且呈较好的线性相关。所述负极引线540和所述正极引线510用于与外部设备连接，以进行信号传输。

在本公开一些示例性的实施例中，如图1所示，所述PN结温度传感器500位于所述衬底100与所述微流控芯片主体300之间。

在更为具体的一种实施例中，如图1所示，所述芯片加热层200位于所述微流控芯片主体300与所述衬底100之间，所述PN结温度传感器500位于所述芯片加热层200与所述衬底100之间。

在一些实施例中，所述PN结温度传感器500在所述衬底100上的正投影与所述微反应腔阵列中的微反应腔在所述衬底100上的正投影至少部分不重合。优选的，所述PN结温度传感器500在所述衬底100上的正投影与所述微反应腔阵列中的微反应腔在所述衬底100上的正投影完全不重合。这样，以避免所述PN结温度传感器对微反应腔的光线造成影响。

如图1所示，在一些实施例中，所述微流控芯片具体包括：

设置于所述衬底100之上的第一引线层11；

设置于所述第一引线层11、及未被所述第一引线层11所覆盖的所述衬底100之上的第一绝缘层110，所述第一绝缘层110上设有第一过孔；

设置于所述第一绝缘层110之上的第一半导体层12，所述第一半导体层12的图案与所述第一引线的图案在所述衬底100上的正投影至少部分重合，且所述第一半导体层12的图案与所述第一引线的图案通过所述第一过孔连接；

设置于所述第一半导体层12、及未被所述第一半导体层12的图案所覆盖的所述第一绝缘层110之上的第二绝缘层120，所述第二绝缘层120上设有第二过孔；

设置于所述第二绝缘层120之上的第二半导体层13，所述第二半导体层13的图案与所述第一半导体层12的图案在所述衬底100上的正投影至少部分重合，且所述第一半导体层12的图案与所述第二半导体层13的图案通过所述第二过孔连接；

设置于所述第二半导体层13、及未被所述第二半导体层13的图案所覆盖的所述第二绝缘层120之上的第三绝缘层130，所述第三绝缘层130上设有第三过孔；

设置于所述第三绝缘层130之上的第二引线层14，所述第二引线层14的图案与所述第二半导体层13的图案在所述衬底100上的正投影至少部分重合，且所述第二半导体层的图案与所述第二引线层14的至少部分图案通过所述第三过孔连接；

设置于所述第二引线层14、及未被所述第二引线层14的图案所覆盖的第三绝缘层130之上的第四绝缘层140；

其中，所述第一引线层11的图案包括至少一个所述PN结温度传感器500的所述正极引线510，所述第一半导体层12的图案包括至少一个所述PN结温度传感器500的所述P型半导体图案520，所述第二半导体层13的图案包括至少一个所述PN结温度传感器500的所述N型半导体图案530，所述第二引线层14的图案包括至少一个所述PN结温度传感器500的所述负极引线540。

需要说明的是，在上述实施例中，所述P型半导体图案520与所述N型半导体图案530的叠层关系为：

所述P型半导体图案520位于所述N型半导体图案530的靠近衬底100的一侧，也就是，位于所述P型半导体图案520位于所述N型半导体图案530的下方。

在另一些实施例中，还可以是，所述第一引线层11的图案包括至少一个所述PN结温度传感器500的所述负极引线540、所述第一半导体层12的图案包括至少一个所述PN结温度传感器500的所述N型半导体图案530、所述第二半导体层13的图案包括至少一个所述PN结温度传感器500的所述P型半导体图案520、所述第二引线层14的图案包括至少一个所述PN结温度传感器500的所述正极引线510。

也就是说，所述P型半导体图案520与所述N型半导体图案530的叠层关系还可以为：

所述N型半导体图案530位于所述P型半导体图案520的靠近衬底100的一侧，也就是，位于所述N型半导体图案530位于所述P型半导体图案520的下方。

此外，在一些示例性的实施例中，如图1所示，所述芯片加热层200包括：芯片加热薄膜210与所述芯片加热薄膜210连接的第三引线层15，所述第三引线层15包括第三引线220的图案，所述第三引线220的图案与所述第二引线的图案同层且同材质设置，用于为所述芯片加热层200提供电信号；所述芯片加热薄膜位于所述第三引线层15之上。

在上述方案中，所述第三引线220的图案可与所述第二引线层14的图案同层且同材质设置，这样，将N型半导体图案530或P型半导体图案520所连接的引线与芯片加热层200所连接的第三引线220通过合理布局集中到同一层，可将整个微流控芯片的膜层结构减少两层，节约了成本，避免了电磁干扰。

可以理解的是，在其他实施例中，所述第三引线220的图案与所述第二引线的图案还可以位于不同层，所述芯片加热层200与所述第三引线层15的图案通过所述第四绝缘层140上的第四过孔连接。也就是说，所述第三引线220也可以是与N型半导体图案530或P型半导体图案520所连接的引线不同层设置。

此外，本公开实施例所提供的微流控芯片中，所述微流控芯片主体300例如可以为dPCR微流控芯片主体。作为一种示例性的实施例，如图1所示，所述dPCR微流控芯片主体300具体包括：

设置于所述芯片加热层200之上的第五绝缘层150；

设置于所述第五绝缘层150之上的遮挡层310，所述遮挡层310上设有透光区311和遮光区312；

设置于所述遮挡层310之上的微反应腔阵列层320，所述微反应腔阵列层320包括所述微反应腔阵列，所述微反应腔阵列中的微反应腔在衬底100上的正投影与所述透光区311在衬底100上的正投影重合；

设置于所述微反应腔阵列层320之上的亲水层330；

设置于所述亲水层330之上的疏水层340；

及，封装所述微反应阵列的四周的上盖350，所述上盖350上设有进样口351。

应当理解的是，在实际应用中，所述dPCR微流控芯片的具体结构并不局限于以上结构。

此外，在一些示例性的实施例中，如图所示，所述微流控芯片包括至少两个PN结温度传感器500，其中，各个所述PN结温度传感器500的所述正极引线510和所述负极引线540中的一种引线作为共用引线，连接为一体；各个所述PN结温度传感器500的所述正极引线510和所述负极引线540中的另一种引线作为独立引线，相互独立地设置。

例如，图1所示的实施例中，各个PN结温度传感器500的所述正极引线510作为共用引线，连接为一体；各个所述PN结温度传感器500的所述负极引线540作为独立引线，相互独立地设置。

此外，在本公开一些实施例中，所述微流控芯片上可采用五点式测温方式，PN结温度传感器500呈五点分布，通过负极引线540和正极引线510与外部信号设备相连。

具体的，作为一种示例性实施例，所述微流控芯片包括5个PN结温度传感器500，5个PN结温度传感器500包括：分布在所述微流控阵列所在区域的四个角落位置的第一PN结温度传感器、第二PN结温度传感器、第三PN结温度传感器和第四PN结温度传感器；及，设置在所述微流控阵列所在区域的中心位置的第五PN结温度传感器。

这种五点测温方式相对其他方式来说，可对微流控芯片中的微反应腔阵列的各个区域进行更为准确的温度测量。

当然可以理解的是，在实际应用中，所述PN结温度传感器500的具体数量以及具体设置位置点不以此为限。本公开实施例提供的微流控芯片可以具有多种PN结排布结构和适用于多种用途的微流控芯片，普适性较高。

作为一种示例，当所述微流控芯片中的所述PN结温度传感器500采用五点式分布时，以各个PN结温度传感器500的正极引线510共用为例，该正极引线510的图案如图2所示，其中A区域为微反应腔阵列在所述衬底上的正投影区域，B区域为芯片加热薄膜210在所述衬底上正投影区域。

如图2所示，该正极引线510的图案包括：H型引线部分511和第一引出部分512，所述H型引线部分511在所述衬底100上的正投影落入所述微反应腔阵列在所述衬底100上的正投影内，所述H型引线部分511包括相互平行的第一竖线部分和第二竖线部分、及连接在所述第一竖线部分和所述第二竖线部分之间的横线部分，所述第一竖线部分和所述第二竖线部分连接所述第一PN结温度传感器和第二PN结温度传感器中相应的半导体图案，所述第二竖线部分连接所述第三PN结温度传感器和第四PN结温度传感器中相应的半导体图案，所述横线部分连接所述第五PN结温度传感器中相应的半导体图案；所述第一引出线部分与所述H型引线部分511连接，所述第一引出部分512在所述衬底100之上的正投影一部分与所述微反应腔阵列在所述衬底100上的正投影重合，另一部分引出至所述微反应腔阵列在所述衬底100上的正投影之外。

采用上述方案，作为公共电极，所述正极引线510的图案设计与各个PN结温度传感器500的位置相关，其图案设计为在满足各个正极引线510共用正极引线510的同时，尽量减少与其他膜层的重叠面积，以避免产生其他不良。

在一些实施例中，所述H型引线部分511可选用透明导电薄膜，例如ITO薄膜等，以避免对微反应腔阵列的检测光线造成影响。

当然可以理解的是，在实际应用中，各个PN结温度传感器500的公共电极的具体图案并不以此为限。

还需要说明的是，以上是以所述正极引线510为公共电极为例来进行的说明，其也适用于所述负极引线540为公用引线时，对此不再赘述。

作为一种示例，当所述微流控芯片中的所述PN结温度传感器500采用五点式分布时，以各个PN结温度传感器500的负极引线540作为相互独立的独立引线为例，如图3所示，所述独立引线包括：

独立分布的多个独立引线块541，所述独立引线块541的数量与所述PN结温度传感器500的数量相同，一个所述独立引线块541对应地分布在一个所述PN结温度传感器500所在位置点；

及，多个第二引出部分542，每一所述引出部分在所述衬底100上的一端与一个所述独立引线块541在所述衬底100上的正投影重合，另一端引出至所述芯片加热层200在所述衬底100上的正投影之外。

当然可以理解的是，在实际应用中，各个PN结温度传感器500的负极引线540的具体图案并不以此为限。

还需要说明的是，以上是以所述负极引线540为独立引线为例来进行的说明，其也适用于所述正极引线510为独立引线时，对此不再赘述。

此外，作为一种示例性的实施例，如图4所示，所述芯片加热薄膜210的图案包括沿第一方向依次排列的至少两个电极块211，每一所述电极块211为沿第二方向延伸的条形状，所述第一方向与所述第二方向之间呈夹角；

所述第三引线层15的图案包括：沿所述第一方向延伸的至少两条第一部分151，所述第一部分151在所述衬底100之上的正投影与各所述电极块211在所述衬底100上的正投影至少部分重合，并位于所述微反应腔阵列在所述衬底100上的正投影之外；

第三引出部分152，所述第三引出部分152与所述第一部分连接，且所述第二引出部分542在所述衬底100上的正投影一部分与所述芯片加热层200在所述衬底100上的正投影重合，另一部分引出至所述芯片加热层200在所述衬底100上的正投影之外。

采用上述方案，将芯片加热薄膜210设计为多个电极块，且多个电极块可由同一根第三引线220加载信号，这种设计，有利于加热均匀。在实际应用中，所述芯片加热层200与所述第三引线220的图案不限于此。

此外，作为一种示例性的实施例，所述芯片加热层200、所述第三引线220及所述第二引线均可选用ITO材质。

图1所示为本公开一种实施例中的微流控芯片的结构示意图，以图所示实施例中的微流控芯片为例，对本公开实施例提供的微流控芯片的制造方法进行以下说明。

本公开实施例提供的微流控芯片的制造方法如下：

步骤S01、提供衬底100；

具体的，根据工艺设计，例如可选择0.5mm的玻璃基片，进行严格清洗。

步骤S02、在所述衬底100上形成第一引线层11(Gate1)，并对所述第一引线层11进行图案化处理得到第一引线的图案；

具体的，所述第一引线层11可通过在所述衬底100上溅射一层图案化的金属薄膜作为第一引线的图案，该第一引线的图案可以为PN结温度传感器500的正极引线510，；

步骤S03、在所述第一引线层11上形成第一绝缘层110(PVX1)；

具体的，可通过气相沉积法在所述第一引线层11及未被第一引线覆盖的衬底100上制备第一绝缘层110，例如，所述第一绝缘层110可以选用氧化硅；

步骤S03、在所述第一绝缘层110上形成第一半导体薄膜图案；

具体的，以第一半导体薄膜图案为P型半导体图案520为例，在第一绝缘层110上溅射P型半导体薄膜制备PN结的P型半导体图案520，与第一引线图案相连。

步骤S04、在所述第一半导体薄膜图案及未被所述第一半导体薄膜图案覆盖的第一绝缘层110上形成第二绝缘层120(PVX2)；

具体的，可通过气相沉积法制备第二绝缘层120，例如，所述第二绝缘层120可以选用氧化硅；

步骤S05、在所述第二绝缘层120上形成第二半导体薄膜图案；

具体的，以第二半导体薄膜图案为N型半导体图案530为例，在第二绝缘层120上溅射N型半导体薄膜制备PN结的N型半导体图案530，与P型半导体图案520相连。

步骤S06、在所述第二半导体薄膜图案及未被所述第二半导体薄膜图案覆盖的第二绝缘层120上形成第三绝缘层130(PVX3)；

具体的，可通过气相沉积法制备第三绝缘层130，例如，所述第三绝缘层130可以选用氧化硅；

步骤S07、在所述第三绝缘层130上形成第二引线和第三引线220的图案(Gate2)；

具体的，在第三绝缘层130上溅射一层图案化的金属薄膜作为第二引线(PN结的阴极接线)和第三引线220的图案(芯片加热层200的外加电极接线)，例如，所述

步骤S08、在所述第二引线和所述第三引线220上、及未被所述第二引线和所述第三引线220所覆盖的第三绝缘层130上形成第四绝缘层140(PVX4)；

具体的，通过气相沉积法制备所述第四绝缘层140，例如，所述第四绝缘层140可选用氧化硅；

步骤S09、在所述第四绝缘层140上形成所述芯片加热层200；

具体的，可在所述第四绝缘层140上溅射一层图案化的ITO薄膜作为芯片加热层200。

步骤S010、在所述芯片加热层200上形成第五绝缘层150；

具体的，通过气相沉积法在所述芯片加热层200上制备一层氧化硅层作为第五绝缘层150。

步骤S011、在所述第五绝缘层150上形成遮挡层310；

具体的，可通过在所述第五绝缘层150上沉积一层BM(黑矩阵)作为遮挡层310。

步骤S012、在所述遮挡层310上形成微反应腔阵列层320；

具体的，可通过在所述遮挡层310上沉积一层PR胶(光刻胶)，并刻蚀出腔室作为微反应腔阵列。

步骤S012、在所述微反应腔阵列层320上形成亲水层330；

具体的，可通过沉积法在所述微反应腔阵列层320上制备一层氧化硅层作为亲水层330。

步骤S012、在所述亲水层330上形成疏水层340；

具体的，可通过沉积法在所述亲水层330上制备一层氮化硅层作为疏水层340。

步骤S013、制备上盖350；

具体的，可在所述上盖350上打通孔作为进样口351；

步骤S014、芯片封装；

具体的，用固化胶所述上盖350的四周粘接封装住所述微反应腔阵列。

此外，本公开还提供了一种分析装置，包括本公开实施例提供的微流控芯片，该分析装置还可以包括信号单元，用于向所述PN结温度传感器500上施加电信号并获取所述PN结温度传感器500的反馈信号，并根据反馈信号，控制所述芯片加热层200调节所述微流控芯片主体300中的微反应腔阵列的当前温度。

此外，本公开还提供了一种微流控芯片的控制方法，应用于本公开实施例提供的微流控芯片，所述方法包括：

通过PN结温度传感器500测量并反馈所述微流控芯片主体300中的微反应腔阵列的温度变化状态；

根据所述温度变化状态，控制所述芯片加热层200调节所述微流控芯片主体300中的微反应腔阵列的当前温度。

有以下几点需要说明：

(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。

(2)为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”或者可以存在中间元件。

(3)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种微流控芯片，其特征在于，包括：

衬底；

设置于所述衬底上的芯片加热层；

位于所述衬底之上的微流控芯片主体，所述微流控芯片主体包括设置于所述芯片加热层的远离所述衬底一侧的微反应腔阵列；

及，设置于所述衬底上的至少一个PN结温度传感器，所述PN结温度传感器包括：P型半导体图案、与所述P型半导体图案连接的正极引线、N型半导体图案、及与所述N型半导体图案连接的负极引线；其中所述P型半导体图案与所述N型半导体图案堆叠设置并连接，以在所述P型半导体图案与所述N型半导体图案的交界面形成PN结；

所述PN结温度传感器位于所述衬底与所述微流控芯片主体之间；

所述微流控芯片具体包括：

设置于所述衬底之上的第一引线层；

设置于所述第一引线层、及未被所述第一引线层所覆盖的所述衬底之上的第一绝缘层；

设置于所述第一绝缘层之上的第一半导体层；

设置于所述第一半导体层、及未被所述第一半导体层的图案所覆盖的所述第一绝缘层之上的第二绝缘层；

设置于所述第二绝缘层之上的第二半导体层；

设置于所述第二半导体层、及未被所述第二半导体层的图案所覆盖的所述第二绝缘层之上的第三绝缘层；

设置于所述第三绝缘层之上的第二引线层；

设置于所述第二引线层、及未被所述第二引线层的图案所覆盖的第三绝缘层之上的第四绝缘层；

所述芯片加热层包括：芯片加热薄膜及与所述芯片加热薄膜连接的第三引线层，所述第三引线层包括第三引线的图案，所述第三引线的图案与所述第二引线的图案同层且同材质设置，所述芯片加热层与所述第三引线层的图案通过所述第四绝缘层上的第四过孔连接，用于为所述芯片加热层提供电信号；所述芯片加热薄膜位于所述第三引线层之上。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，

所述PN结温度传感器在所述衬底上的正投影与所述微反应腔阵列中的微反应腔在所述衬底上的正投影至少部分不重合。

3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，

所述第一引线层的图案包括至少一个所述PN结温度传感器的所述正极引线，所述第一半导体层的图案包括至少一个所述PN结温度传感器的所述P型半导体图案，所述第二半导体层的图案包括至少一个所述PN结温度传感器的所述N型半导体图案，所述第二引线层的图案包括至少一个所述PN结温度传感器的所述负极引线；

或者，所述第一引线层的图案包括至少一个所述PN结温度传感器的所述负极引线、所述第一半导体层的图案包括至少一个所述PN结温度传感器的所述N型半导体图案、所述第二半导体层的图案包括至少一个所述PN结温度传感器的所述P型半导体图案、所述第二引线层的图案包括至少一个所述PN结温度传感器的所述正极引线。

4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，

所述第一绝缘层上设有第一过孔；所述第一半导体层的图案与所述第一引线的图案在所述衬底上的正投影至少部分重合，且所述第一半导体层的图案与所述第一引线的图案通过所述第一过孔连接；

所述第二绝缘层上设有第二过孔；所述第二半导体层的图案与所述第一半导体层的图案在所述衬底上的正投影至少部分重合，且所述第一半导体层的图案与所述第二半导体层的图案通过所述第二过孔连接；

所述第三绝缘层上设有第三过孔，所述第二引线层的图案与所述第二半导体层的图案在所述衬底上的正投影至少部分重合，且所述第二半导体层的图案与所述第二引线层的至少部分图案通过所述第三过孔连接。

5.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，

所述微流控芯片主体为dPCR微流控芯片主体。

6.根据权利要求5所述的微流控芯片，其特征在于，

所述dPCR微流控芯片主体具体包括：

设置于所述芯片加热层之上的第五绝缘层；

设置于所述第五绝缘层之上的遮挡层；

设置于所述遮挡层之上的微反应腔阵列层，所述微反应腔阵列层包括所述微反应腔阵列；

设置于所述微反应腔阵列层之上的亲水层；

设置于所述亲水层之上的疏水层；

及，封装所述微反应腔阵列的四周的上盖，所述上盖上设有进样口。

7.根据权利要求6所述的微流控芯片，其特征在于，

所述微流控芯片包括至少两个PN结温度传感器，其中，

各个所述PN结温度传感器的所述正极引线和所述负极引线中的一种引线作为共用引线，连接为一体；

各个所述PN结温度传感器的所述正极引线和所述负极引线中的另一种引线作为独立引线，相互独立地设置。

8.根据权利要求7所述的微流控芯片，其特征在于，

所述微流控芯片包括5个PN结温度传感器，5个PN结温度传感器包括：

分布在所述微反应腔阵列所在区域的四个角落位置的第一PN结温度传感器、第二PN结温度传感器、第三PN结温度传感器和第四PN结温度传感器；

及，设置在所述微反应腔阵列所在区域的中心位置的第五PN结温度传感器。

9.根据权利要求8所述的微流控芯片，其特征在于，

所述正极引线和所述负极引线中的所述共用引线的图案包括：

H型引线部分，所述H型引线部分在所述衬底上的正投影落入所述微反应腔阵列在所述衬底上的正投影内，所述H型引线部分包括相互平行的第一竖线部分和第二竖线部分、及连接在所述第一竖线部分和所述第二竖线部分之间的横线部分，所述第一竖线部分和所述第二竖线部分连接所述第一PN结温度传感器和第二PN结温度传感器中相应的半导体图案，所述第二竖线部分连接所述第三PN结温度传感器和第四PN结温度传感器中相应的半导体图案，所述横线部分连接所述第五PN结温度传感器中相应的半导体图案；

第一引出部分，所述第一引出线部分与所述H型引线部分连接，所述第一引出部分在所述衬底之上的正投影一部分与所述微反应腔阵列在所述衬底上的正投影重合，另一部分引出至所述微反应腔阵列在所述衬底上的正投影之外。

10.根据权利要求7所述的微流控芯片，其特征在于，

所述正极引线和所述负极引线中的所述独立引线的图案包括：

独立分布的多个独立引线块，所述独立引线块的数量与所述PN结温度传感器的数量相同，一个所述独立引线块对应地分布在一个所述PN结温度传感器所在位置点；

及，多个第二引出部分，每一所述引出部分在所述衬底上的一端与一个所述独立引线块在所述衬底上的正投影重合，另一端引出至所述芯片加热层在所述衬底上的正投影之外。

11.根据权利要求7所述的微流控芯片，其特征在于，

所述芯片加热层的图案包括沿第一方向依次排列的至少两个电极块，每一所述电极块为沿第二方向延伸的条形状，所述第一方向与所述第二方向之间呈夹角；

所述第三引线层的图案包括：

沿所述第一方向延伸的至少两条第一部分，所述第一部分在所述衬底之上的正投影与各所述电极块在所述衬底上的正投影至少部分重合，并位于所述微反应腔阵列在所述衬底上的正投影之外；

第三引出部分，所述第三引出部分与所述第一部分连接，且第二引出部分在所述衬底上的正投影一部分与所述芯片加热层在所述衬底上的正投影重合，另一部分引出至所述芯片加热层在所述衬底上的正投影之外。

12.一种分析装置，其特征在于，包括如权利要求1至11任一项所述的微流控芯片。

13.一种微流控芯片的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1至11任一项所述的微流控芯片，所述方法包括：

通过PN结温度传感器测量并反馈所述微流控芯片主体中的微反应腔阵列的温度变化状态；

根据所述温度变化状态，控制所述芯片加热层调节所述微流控芯片主体中的微反应腔阵列的当前温度。

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