PCR&CE生物芯片研究.ppt

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1、PCR&CE生物芯片研究赵湛传感技术国家重点实验室中国科学院电子学研究所主要内容基于MEMS技术的DNA芯片简介DNA扩增PCR芯片DNA分离CE芯片PCR－CE集成芯片DNA芯片检测技术国内外研究进展传感技术国家重点实验室－北方基地中国科学院电子学研究所DNA芯片研究意义及应用前景研究意义Si片的第二次革命DNA生化分析的重大革命DNA芯片将是本世纪的主导产业之一应用前景基因测序疾病诊断传感技术国家重点实验室－北方基地中国科学院电子学研究所DNA芯片简介什么是DNA芯片？DNA芯片可以分为两大类：微阵列型（microarray）传感技术国家重点实验室－北方基地中国科

2、学院电子学研究所DNA芯片简介芯片试验室或全微分析系统（LabonaChiporµTAS）微型化、集成化传感技术国家重点实验室－北方基地中国科学院电子学研究所基于MEMS技术的DNA芯片多学科的交叉，涉及物理学、生物化学微电子学等学科；难度很大，特别是集成的全微分析系统，需要新的原理和方法；传感技术国家重点实验室－北方基地中国科学院电子学研究所研究路线单一功能的DNA芯片DNA扩增聚合酶链反应（PCR）芯片DNA分离毛细管电泳（CE）芯片集成芯片PCR－CE集成芯片PCR－CE－电化学检测集成芯片芯片检测技术传感技术国家重点实验室－北方基地中国科学院电子学研究所PCR

3、芯片的研究PCR-PolymeraseChainReactionPCR扩增原理DNA扩增－DNA放大（amplification)2nA基本“元件”传感技术国家重点实验室－北方基地中国科学院电子学研究所PCR扩增原理PCR芯片的研究三个步骤：高温变性（90ºC以上）低温退火（37ºC～55ºC）中温延伸（70ºC左右）温度循环！传感技术国家重点实验室－北方基地中国科学院电子学研究所PCR扩增原理示意图PCR芯片的研究传感技术国家重点实验室－北方基地中国科学院电子学研究所实现PCR扩增的难点PCR芯片的研究从工程技术讲要满足热均匀性温度控制的精度重复性加热和冷却的速度可

4、靠性物理尺寸试验和操作的综合成本传感技术国家重点实验室－北方基地中国科学院电子学研究所PCR扩增芯片的特点采用MEMS技术：可加工微执行器、微传感器体积小，性能稳定，可批量生产成本低，性能一致性好是实现PCR扩增的条件微PCR扩增芯片的特点：可以大大提高效率、降低试验的成本可一次性使用,避免交叉污染传感技术国家重点实验室－北方基地中国科学院电子学研究所PCR芯片反应室的设计不同结构的微井式反应池：(a)固定式；(b)悬浮式。abSi反应池的底部结构：(a)不完全腐蚀；(b)完全腐蚀SiNxfilmPtheaterab传感技术国家重点实验室－北方基地中国科学院电子学研究

5、所PCR芯片电学特性模拟悬浮与固定结构的温度分布悬浮与固定结构的温度与电压的关系back传感技术国家重点实验室－北方基地中国科学院电子学研究所温场设计和模拟abcd四种不同结构的加热子及其产生的温场分布传感技术国家重点实验室－北方基地中国科学院电子学研究所集成PCR扩增芯片的结构1.样品池,2.进样通道,3.玻璃盖板,4.进样孔,5.氮化硅底,6.加热子,7.温度传感器芯片尺寸：4×8mm2反应室尺寸：2×4×0.27mm3封装后的芯片传感技术国家重点实验室－北方基地中国科学院电子学研究所PCR芯片的热学特性样品池中温度分布(介质为水)传感技术国家重点实验室－北方基地

6、中国科学院电子学研究所PCR芯片热循环控制器微控制器和封装后的芯片实物图微控制器电路框图传感技术国家重点实验室－北方基地中国科学院电子学研究所PCR芯片热循环标定传感技术国家重点实验室－北方基地中国科学院电子学研究所PCR－DNA扩增试验DNA模板：肝炎检测试剂盒对照用DNA模板探针：5'-AAAGGTATGTTGCCCGTTTG-3'Taq酶，dNTP,MgCl2和10xPCR反应液，ddH2O,荧光标记物：SYBRGreen1SYBRGreenI(BiowhittakerMolecularApplications,Rockland.MEUSA)传感技术国家重点实验

7、室－北方基地中国科学院电子学研究所DNA检测原理传感技术国家重点实验室－北方基地中国科学院电子学研究所PCR扩增结果荧光检测结果DNA扩增前荧光照片DNA扩增后荧光照片×100×10传感技术国家重点实验室－北方基地中国科学院电子学研究所PCR芯片的主要技术参数参数：反应池容积：<2µl；升温速率：可达15℃/s；降温速率：可达10℃/s；控温精度：>0.4℃;比传统的PCR方法快数倍：用芯片扩增30个循环30分钟可完成传统的方法需4－5个小时传感技术国家重点实验室－北方基地中国科学院电子学研究所毛细管电泳（CE）芯片毛细管（CE）的发展和意义从二十世