基于PDMS材料的PCR生物芯片结构设计与测试

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随着人类基因组计划成功完成,人们对于DNA与基因的认识越来越深刻,有关 DNA与基因的知识技术在基础生命科学研究、临床医学诊断与治疗、生物医药研发等众多领域获得了广泛应用。  PCR反应是研究 DNA与基因最重要手段之一。近些年,基于MEMS微加工技术发展而来的微流控PCR芯片,由于相比传统 PCR仪拥有更小更集成、测试更快速精确、所需样品量更少等优势获得了快速发展,在未来,价格更低廉、测试更灵敏的PCR芯片势必会成为临床医学与生命科学等领域最普遍常见的工具之一。  本文研究的主要目的是设计制造一款小型化集成化的PCR功能生物芯片。通过阅读文献查阅资料,学习和了解PCR芯片研究现状,在本实验室前期经验的基础上完成芯片结构设计优化、芯片材料选择以及充分利用本实验室的加工条件,设计出相应的工艺流程来实现该PCR芯片,并最终进行PCR芯片的测试。  本文的主要研究内容和成果如下:  1.确立了 PCR芯片反应腔类似六边形的结构和加热与传感电极的结构设计,选择PDMS作为芯片主体材料,玻璃作为基底材料,铂金薄膜电阻作为电极材料,并利用AUTOCAD软件建立了一个完整的芯片模型。  2.利用COMSOL Multiphysics分析软件针对设计好的加热电极结构进行温度场仿真分析,通过对比选择了单蛇形加热器的基本电极模型,并针对此模型进一步实现结构优化,最终确立新的电极结构,使得整个电极片温度场分布的均匀性得到了大幅度的提升。  3.根据芯片结构,在充分利用本实验室设备的前提下,利用MEMS微加工技术,分别建立了PCR反应腔芯片与加热传感电极芯片的制造工艺,并最终加工制造出了该PCR芯片。  4.针对加工出来的PCR芯片进行了温度场实测,得到了与仿真结果相符合的测试结果。并做了PDMS表面改性,加热过程气泡解决等实验,进一步测试了芯片性能,并通过工艺改进方法,成功解决了反应腔气泡的问题,尝试性地进行了PCR扩增实验,分析了失败的原因。
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