[发明专利]用于PCR快速反应的芯片结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于PCR快速反应的芯片结构，属于PCR技术领域。

背景技术

聚合酶链式反应（PCR）是一种分子生物学技术，用于放大特定的DNA片段，可看作生物体外的特殊DNA复制。PCR技术原理类似于DNA的天然复制过程，其特异性依赖于与靶序列两端互补的寡核苷酸引物。PCR由变性-退火-延伸三个基本反应步骤构成：①模板DNA的变性：模板DNA经加热至94℃左右一定时间后，使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA解离，使之成为单链，以便与引物结合，为下轮反应做准备；②模板DNA与引物的退火（复性）：模板DNA经加热变性成单链后，温度降至50-65℃左右，引物与模板DNA单链的互补序列配对结合；③引物的延伸：DNA模板-引物结合物在Taq DNA聚合酶的作用下，以dNTP为反应原料，靶序列为模板，按碱基互补配对与半保留复制原理，合成一条新的与模板DNA链互补的半保留复制链，重复循环变性-退火-延伸三过程就可获得更多的“半保留复制链”，而且这种新链又可成为下次循环的模板。PCR技术已经是生命科学和医学领域发展中一个重要发展方向，成为一种广泛应用的检测手段与技术方法，在生命科学、医学工程、遗传科学、法医鉴定等方面具有广阔的应用价值。

PCR扩增的关键是快速而准确的控制温度循环，PCR扩增循环中的每一步都有最短的有效反应时间，温度变化过程太长不仅浪费时间，且随着时间的延长Taq DNA聚合酶的活性而逐渐下降，因此较长的反应过程对PCR是很不利的。因此直接提供PCR反应效率的思路就是减少PCR混合液的体积，可以缩短循环时间，提高扩增产物的含量。静态腔式PCR芯片芯片具有如下优点：

1）温度循环系统体积减小，热容降低，可以达到很高的升/降温速率（甚至可高达60-90℃／s），反应时间成倍缩短；

2）反应液体积减小，反应试剂的消耗量降低，反应液温度的均匀性提高，扩增的特异性增强，既节省了成本，又提高了效率；

3）可选用导热系数高的材料，提升热传递速率，大大降低反应液温度平衡的时间和循环所需要耗费时间，温度能够更快的稳定和检测。

静态微腔室型PCR芯片结构比较简单，一般使用微加工技术加工出反应的微腔室（微腔室有可以封闭的流体进出口），用于加热与温度传感的电极以及冷却与散热装置。其基本原理和传统PCR仪器相近，是对注入反应腔内的PCR反应混合物进行直接的升降温控制，实现温度循环。虽然结构简单，但是由于微观尺度效应，热惯性小，PCR反应液在微腔室中可以很快地进行升降温工作，热传感器也能及时反馈并对温度进行控制。由于微腔室芯片结构简单，也意味着能够在一块芯片上加工多个反应池，同时进行多个PCR反应。微腔室通过微机械加工的方法制作得到。这些特点都在实际使用中具有很大的优势。静态微腔室型PCR芯片显著地降低了混合液的消耗量，但温控系统及结构设计直接决定加热冷却速度，仍旧对温度循环与稳定起着决定性作用，一般来说与理想的升降温反应速度仍旧有一定差距。一般加热与散热装置需要集成加工在芯片上，这使得加工成本也有所上升，且传统静态腔室PCR芯片的试剂准备、反应后试剂提取依旧需要有外部转移过程，可能导致试剂的浪费与转移污染的出现。因此，实现PCR的独立多温区循环成为静态腔PCR芯片发展的方向之一。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种用于PCR快速反应的芯片结构。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

用于PCR快速反应的芯片结构，特点是：包括至上而下依次设置的盖片、介质层、PCR芯片和外部加热结构，所述盖片上加工有通孔，所述PCR芯片上设有微腔孔，PCR芯片上覆介质层，介质层通过盖片上的通孔呈现负压吸附盖片，PCR芯片的下底面与外部加热结构紧密接触。

进一步地，上述的用于PCR快速反应的芯片结构，其中，所述PCR芯片的厚度为100μm～10mm，PCR芯片上微腔孔的体积为0.01μL~10mL。

更进一步地，上述的用于PCR快速反应的芯片结构，其中，所述PCR芯片为石英玻璃、三氧化二铝、石英、玻璃、硅、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚砜、聚偏氟乙烯中的任意一种材料或者是任意至少两种材料的复合；所述任意至少两种材料通过键合、粘接或超声波焊接方式相接复合。

更进一步地，上述的用于PCR快速反应的芯片结构，其中，所述盖片为聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲脂、玻璃、石英玻璃、聚二甲基硅氧烷、硅胶材质中的任意一种材料或者是任意至少两种材料的复合。