一种微腔型PCR集成芯片的设计及其热分析.pdf

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1、第24卷第8期传感技术学报Vo1．24No．82011年8月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSAug．2011DesignandThermalAnalysisofaMicro-ChamberPCRIntegratedChipL／UYimin，NIEJinquan，ZHAOYulong，PENGNiancai(StateKeyLaboratoryforManufacturingSysternsEngineering，Xi’anJiaotongUniversity，Xi’an710049，China)Abstract：Anov

2、elmicrofabricatedPolymeraseChainReaction(PCR)chipbasedonsiliconisproposed．Amicroheater，adoptingdopedsemiconductorsasheatingresistors，isutilizedtoincreasetheheatingeficiencyandimprovethetemperatureuniformityofthechamber．Thetemperaturecontrolmodule，whichiscomprisedbythePttemperatures

3、ensorandmicroheaterintegratedinthebottomofthechip，canprovidethreekindsofspecifictemperatureforthePCRreactionprocess．Inaddition，anopentypereactionchamberwithavolumeofabout1．78txLisdevisedtofacilitatetemperaturecalibration．Lumpedparametermethodisintroducedtocalculatethepowerandtherat

4、einthecycleprocessofheatingandcooling．TheANSYS@softwaresimulatesthethermodynamicpropertiesandthermalcyclingprocessofthechip．Thenanoptimalmicroheaterdesignmethodandsuitableheatingpowerareobtained．Finally，asuitoffeasiblelayoutandfabricationprocessarecontrived．Thechiphasmanyadvantages

5、，suchassmallsize，rapidreactionrate，highheatingeficiencyandhighintegration，etc．Keywords：PCRchip；lumpedparametermethod；thermalanalysis；micromachiningtechnologyEEACC：7230J；2575doi：10．3969／j．issn．1004-1699．2011．O8．002一种微腔型PCR集成芯片的设计及其热分析术刘亦敏，聂金泉，赵玉龙，彭年才(西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，西安710049)摘

6、要：设计了一种新型的硅微聚合酶链式反应(PCR)芯片。该芯片采用掺杂半导体作为加热电阻来提高加热效率，改善反应腔内的温度均匀性。集成在芯片底部的Pt温度传感器与微加热器组成温度控制单元，为PCR反应过程提供所需的三种特定温度。此外，为了便于温度校准，设计了敞开式的反应腔，其容积约1．78IxL。采用集总参数法计算了芯片在加热和冷却循环过程中的功率和速率，使用ANSYS~软件仿真分析了芯片的热力学特性和热循环过程，优化了加热器的设计方法并获得了合适的加热功率。最后设计了芯片版图及一套可行的工艺流程。本芯片具有体积小、反应速度快、加热效率高和高度集成化等优点。关

7、键词：聚合酶链式反应芯片；集总参数法；热分析；微机械加工技术中图分类号：TP212．3文献标识码：A文章编号：1004—1699(2011)08—1092—06PCR(PolymeraseChainReaction)即聚合酶链式验室不可缺少的组成部分。传统PCR扩增反应容反应⋯，是指在DNA聚合酶催化下，以单链DNA为器与加热器是分离的，体积较大，操作不方便，分析模板，特定引物为延伸起点，通过变性(90cc～95时间长而且所耗费样品量也较大，已经不能满足现oC)、退火(50℃～65℃)、延伸(7O℃～75℃)等步代生物化学研究的需要，大大限制了它的应用。骤，

8、体外复制出与单链DNA互补的子链DNA的过MEMS(