CN2767454Y - 一种应用于pcr扩增的微流控芯片应用封装结构 - Google Patents

Abstract

一种应用于PCR扩增的微流控芯片应用封装结构，属于生物医学领域。如图所示，其特征在于，从上至下包括：接口结构，公知的微流路单元(2)和温控单元(3)。常规PCR扩增仪，存在着热容大、加热速度和冷却速度慢、样品耗用高等缺点。通常完成一个扩增循环通常需要几到十几分钟，因此对于30个循环的扩增过程需要花费数个小时，而且对于反应物的需求量大。本实用新型实现了PCR系统中由时间向空间的转换，即维持系统不同地方的温度恒定，而是样品流经不同的温区。这种方式能够大大提高反应速度，仅需十几分钟实现快速PCR反应，此外也可通过注射泵改变流速也扩大了样品容量的选择范围。

Description

一种应用于PCR扩增的微流控芯片应用封装结构

技术领域：

一种应用于PCR扩增的微流控芯片的应用封装结构，属于生物医学领域，主要应用于科研、临床诊断、免疫学和动、植物学等多个领域。

背景技术：

Polymerase Chain Reaction，聚合酶链式反应体外核酸扩增技术，具有敏感、产率高、快速、简便、重复性好、易自动化等优势。PCR能在一个试管内将所要研究的目的基因或某一DNA片段于数小时内扩增至十万乃至百万倍，使肉眼能直接观察和判断；可从一根毛发、一滴血、甚至一个细胞中扩增出足量的DNA供分析研究和检测鉴定。过去几天几星期才能做到的事情，用PCR几小时便可完成。PCR技术是生物医学领域中的一项革命性创举和里程碑。

在PCR扩增设备的制作中，对于温度的控制至关重要。PCR热循环仪是目前被广泛使用的PCR扩增仪。其工作方式为，在微机控制的温度循环其中置入扩增混合物的反应容器，加入模板或试样DNA，进行20-30次温度循环，即可完成扩增过程。

常规PCR扩增仪，存在着热容大、加热速度和冷却速度慢、样品耗用高等缺点。通常完成一个扩增循环通常需要几到十几分钟，因此对于30个循环的扩增过程需要花费数个小时，而且对于反应物的需求量大。于是随着PCR技术的广泛应用以及MEMS技术、微流控芯片技术的发展，微缩PCR芯片的研制得到了越来越多的关注和发展。微缩PCR芯片具有很多优点例如能降低热容量、缩短扩增和分析时间、提高分析速度、对于样品的消耗量小、以及低廉的造价和可抛弃性。

发明内容：

连续流动型PCR微流控芯片结构实现了PCR系统中由时间向空间的转换，即维持系统不同地方的温度恒定，而是样品流经不同的温区。这种方式能够大大提高反应速度，仅需十几分钟实现快速PCR反应，此外也可通过注射泵改变流速也扩大了样品容量的选择范围，是微流控芯片技术发展的一次巨大革命。

本实用新型的目的就是针对常规PCR扩增仪之不足，设计一种连续流式的PCR微流控芯片的应用封装结构，来实现快速的热循环，简化实验装置，提高扩增速度和扩增效率。

本实用新型提供了一种应用于PCR扩增的微流控芯片应用封装结构，如图1所示，其特征在于，从上至下包括：留有用于入射和出射液体的过孔1和放置微流路单元2的定位槽4的接口结构，公知的由留有盖片过孔8的盖片9和刻蚀有微流路结构10的基片11键合而成的微流路单元2和温控单元3，所述的温控单元3包括两个以上的加热面12，相邻加热面12通过隔热槽17来进行隔离，每个加热面12都分别由其下面的电热膜13和温度传感器14进行控制，每个加热面12的侧面留有与外部温控仪相连的引脚15，电热膜13和温度传感器14与引脚15相连。

所述的接口结构可在定位槽4中心留有观察窗口5。

所述的接口结构在过孔1处嵌有密封胶圈6来固定入射和出射的毛细管7，过孔1、盖片过孔8的直径均与毛细管7的外径相当。

所述的温控单元3通过底板18来封接底部。

所述的温控单元3中的各个加热面12通过边框16来连接。

本实用新型的工作过程为：通过外部温控仪将温控单元上的三个加热面12分别设定为PCR反应所需的三个不同温度，从而使得其所接触的微流路部分分别处于不同的温区。通过外部注射泵将PCR反应物通过由过孔1固定的毛细管7注入到微流路单元2，并在注射泵的驱动下在微流路结构10中流动，随着PCR反应物微流路10内流动而相应经过了不同的温区，实现了温度循环，完成了PCR扩增反应，

本实用新型简化了PCR反应装置，只需将该结构放置于连接外部温控仪的芯片插座上并与注射泵相连，即可进行PCR反应。并可实现三个温区间的相互独立以及每一温区内部的分布均匀，而且通过接口结构来连接微流路与入射的毛细管可提高连接的准确性和强度，避免渗漏和死体积的产生。

附图说明：

图1：本实用新型结构示意图；

图2：本实用新型接口结构主视图

图3：本实用新型接口结构仰视图；

图4：本实用新型微流路单元盖片俯视图

图5：本实用新型微流路单元基片俯视图

图6：本实用新型温控单元主视图

图7：本实用新型温控单元俯视图

图中：1、过孔；2、微流路单元；3、温控单元；4、定位槽；5、观察窗；6、密封胶圈；7、毛细管；8、盖片过孔；9、微流路单元盖片；10、微流路结构；11、微流路单元基片；12、加热面；13、电热膜；14、温度传感器；15、引脚；16、边框；17、隔热槽；18、底板

具体实施方式：

具体制作结构参见图1。它从上至下主要由与外部注射泵相连的过孔1、定位槽4、微流路单元2和与外部温控仪相连的温控单元3组成。本实施例中注射泵采用了常用的手动注射器，接口结构采用不透明PMMA材料制成，其整体大小为长53mm宽63mm高10mm，其中心处是边长2mm的正方形空心结构用做观察窗5，在其底部中心处留由长50mm宽40mm高4mm的固定微流路单元2的定位槽4，在定位槽4的上部即观察窗口5的左右两侧各对称留有3个直径为1mm的过孔1，这些过孔1与定位槽4间的平面位置关系与微流路单元2中盖片过孔8在盖片9上的位置相同。且在其内部嵌有内径为500μm的密封胶圈6。

通过将尺寸为50mm×40mm×4mm的微流路单元2放置在定位槽4中，使两个单元对应的直径均为500μm的过孔1、8相连，外径为500μm毛细管7直接插入过孔1、8中，使该芯片与外部注射泵相连，密封胶圈6可增加连接强度。微流路单元2的基片11上刻蚀有进行PCR反应的微流路循环结构10，PCR扩增的次数由微流路10中单元结构的循环次数决定。图4中为8循环结构。

定位槽4和微流控单元2对齐放置在连接面面积同为63mm×53mm的温控单元3上，且通过耐高温的GSK-800型双面胶带相连接。温控单元3的三个加热面12均由1.5mm厚63mm长10mm宽的铜板制成，相邻加热面12间留有2mm的空气隔热槽17。各加热面通过可阀合金4J29材料制成的厚1.5高5mm的边框16相连。在每个加热面12的下面通过GSK-800型双面胶带依次连接有一组尺寸为10mm×50mm×0.4mm，电阻为10Ω的电阻丝加热膜13和尺寸1.1mm×2mm×2.5mm的A级的Pt100薄膜温度传感器14，通过温控单元3上的引脚15与一个神港JCS-33A-S/M温控仪连接来控制该加热面12，三个加热面12分别由不同的温控仪进行控制。使得与不同加热面12相接触的微流路结构10分别处于不同的温区。温控单元3的底板18同样采用了可阀合金4J29材料，本实施里中采用SSEC1000型平行缝焊机对边框和底板进行焊接封闭。

工作时首先需要10分钟的预热时间，通过电热膜和温度传感器使得温控单元上的三个温区分别达到通过温控仪设定的温度值，预热后PCR反应物在注射泵的驱动下通过毛细管7中流入微流路单元2，并沿着微流路结构10流动，随着微流路10上不同部分所处的温区不同，PCR反应物也相应经过了三个不同温区，并反复循环，实现PCR扩增反应。

Claims (5)

1、一种应用于PCR扩增的微流控芯片应用封装结构，其特征在于，从上至下包括：留有用于入射和出射液体的过孔(1)和放置微流路单元(2)的定位槽(4)的接口结构，公知的由留有盖片过孔(8)的盖片(9)和刻蚀有微流路结构(10)的基片(11)键合而成的微流路单元(2)和温控单元(3)，所述的温控单元(3)包括两个以上的加热面(12)，相邻加热面(12)通过隔热槽(17)来进行隔离，每个加热面(12)都分别由其下面的电热膜(13)和温度传感器(14)进行控制，每个加热面(12)的侧面留有与外部温控仪相连的引脚(15)，电热膜(13)和温度传感器(14)与引脚(15)相连。

2、根据权利要求1所述的封装结构，其中所述的接口结构可在定位槽(4)中心留有观察窗口(5)。

3、根据权利要求1所述的封装结构，其中所述的接口结构在过孔(1)处嵌有密封胶圈(6)来固定入射和出射的毛细管(7)，过孔(1)、盖片过孔(8)的直径均与毛细管(7)的外径相当。

4、根据权利要求1所述的封装结构，其中所述的温控单元(3)通过底板(18)来封接底部。

5、根据权利要求1所述的封装结构，其中所述的温控单元(3)中的各个加热面(12)通过边框(16)来连接。

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