集成型PCR芯片的研究

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1、Y987807分类号至£212密级UDC§Z!!j8编号中国科学院研究生院硕士学位论文塞盛型里£壁荃庄的班塞壑墓賣指导教师崔太盟受宜虽虫国型堂医电王堂殛究压巾请学位级別亟土学科专业名称塑理鱼王堂论文捉交日期2Q壁亘生垒旦论文答辩日期2Q竖生§旦培养单位虫垦界堂医皇王堂受塞压学位授予单位生国型堂瞳班塞生瞳答辩委员会主席垒！f逝杰摘要•幢’摘要PCR芯片是进行DNA聚合酶链式反应的芯片，温控部分的搭构是决立整个PCR芯片性能、尺寸、集成化的重要组成部分。热电材料非常适用于对微小体积进行温度控制，我们恰好可以利用它的这一特性对微结构PCR：芯片进行温度控制。综合国内外在微结构

2、热电模型方面的研究成果，并结合薄膜技术与MEMS技术，实现了集成型微结构PCR：吝片。该PCR芯片上集成了DNA反应室、微通道、温度传感器以及热电材料温控层等功能和部件。整体尺寸为8mmxX2mmX4mmx2mmo利用深刻蚀技术制作出了反应室，大小为4mm0.3mm,容积约为2微升。反应室的底为约2微米厚的氮化硅(Si3N4)膜。在Si3N4膜上利用光刻和沉积等工艺手段，可以制作岀钠电阻温度传感器，用于控制反应室温度。在反应室底部制作出了微结构的热电控温层。该控温层是将热电材料依照珀尔帖模型排列串连而成。热屯薄膜部分厚度为0.4微米，整个温控部分厚度为1•2微米。且根据

3、珀尔帖效应的特性，可通过改变电流方向，轻松实现对反应室升温及降温操作的切换。这样的集成型微结构PCR：卷片尺寸小，功耗低,且只要接入电流即可工作，这将大大方使使用人员的操作，可以很方使地应用在医疗诊断、野外生化分析等领域。并且，对于生物芯片的最高发展目标——芯片实验室(Labonachip),微结构集成型的PCR功能组件也将大大推动芯片实验室的可实现性，且大大提高整个芯片实验室的集成度。论文包括了对PCR:卷片的结构设计，以及芯片工作参数的计算，并利用ANSYS有限元分析软件对于设计结构进行了热分布的仿真。对于该集成型微结构PCR：i!!：=片的制造，论文详细介绍了具M

4、EMS工艺步骤中的耍点和难点。关键词：微结构、集成、PCR、热电集成型PCR芯”的研究一》PCR—ChipInter0n•1cs)D1rectedbyCu•1DafuAbS仃actPcR•ch•1p•1safuncti0nbiochipforDNApo1ymerasechainreaction■Thetemperaturec0ntr01sectionisS0imPonantthat•1tdec•1destheperformance,d■1]mension•1ntegration0fthewho1echiP.Thermoe1ectr•1cmater•1a1hasParti

5、cu1armeritf0rm■1cr0Vo1umetemperatureC0ntro1,wh■1chmake■1tbeC0methe■1dea1materia1t0structurethetemperaturecontr01sect■1on0fth〔emii>cr0—fabr•1catedPc:R.chip・Inreferencet0theachieVementsdomesticandgratedWithThermoelectricTemperatureContro1ZhaoYanqing(PhysicalElectabroad,aboutthemicro—fabrc

6、atedtherm0e1ectricm0de1s,theintegratedmicro・fabr•1catedpcR・・chipcanbemadewithhe1p0fthin-—-f•11mtechno1ogyandMEMStechn010gy.ThechiPcomposesofchamber,channe1,,temPeraturesensorandthermoe1ectr•1ctemPeraturecontro1section.Thewho1e:d■1mens■1on■1s8mmx4mmx2mm.TheV0hnnec.fchamberisrough1y2micro—

7、1itersw■1ththes•1zeof4mmx2rnmx0•3mm.Thebosomofchamberisconstructedbythefi1mofSi3N4withthethicknessof2micrometers.TheplatinumtemperarisdepositedontheSi3N4fimaterialisdepormotheturthiQ4electricbosomofdbyasknessoam,andraturempurthnheatingngthedirchamberiesothethhethiontfoegr