PCR 芯片的制作

PCR 芯片的制作，是在硅片或玻璃片等基片材料上加工生成一系列的微管道、微反应室等空间结构，并整合微阀、微加热器、微感应器等控 制结构，利用芯片集成度高和比表面积大的特性，实现芯片上的快速 PCR 扩增。

基于芯片的 PCR 技术主要有两种模式：一种是试剂在温度循环变化的管道区间中连续流动实现 PCR 扩增，这种芯片被称为连续流动式 PCR 芯片（continuous-flow PCR chip）；另一种是试剂不动，而芯片微反应池（腔）的温度迅速循环变化实现 PCR 扩增，这种芯片被称为微腔式 PCR 芯片（micro chamber PCR chip）。前一种芯片的反应速度要比后一种快，而后一种芯片更容易实现集成化。
连续流动式 PCR 芯片使试剂在微管道中沿三个固定的温度区连续流动，每流过三个温度区就完成一次温度循环，也就完成了一次扩增。连续流过不同温度区的循环次数决定了 PCR 产物 的放大倍数。连续流动式 PCR 芯片的反应速度明显比微腔式 PCR 芯片的反应速度快，一般为几 分钟到 20 min, 一个 20 个循环的 PCR 最快可在 1. 5 min 内完成。连续流动式 PCR 芯片的缺点是 集成度难以提高，其体积不能缩小的原因是试剂在三个加热区的停留时间必须足够长，所以在流速固定的情况下就要求液体流动的长度足够长。
微腔式 PCR 芯片又叫微 PCR 芯片（micro PCR chip）, 是用微电子机械系统（MEMS）加工技术在芯片上制作一个个微小的腔体储存反应液，在外部或内部对它进行加热和降温来实现温度 循环。由于腔体的体积非常小（几个微升），因此热容非常小，可以实现较快的加热和制冷，有利于制作集成化的装置。

器材：

光刻机

试剂：

①硅片

②玻璃

③绝缘材料

④二氧化硅

⑤氮化硅

⑥金属材料：铭、金等

PCR 芯片制作的基本过程可分为如下几步：

①在芯片背面制作制冷（加热）层和钳电阻温度传感器；

②正面进行反应池刻蚀；

③以玻璃盖封装。

制备反应池的材料通常选择双面抛光的硅单晶片，制作过程的具体工艺流程：

①清洗硅片； ②硅片氧化；③沉积氮化硅层；④光刻下层电极；⑤溅射下层金属电极；⑥光刻钳电阻图形； ⑦溅射钳；⑧光刻；⑨电子束蒸发 N 型材料；⑩剥离；⑪光刻；⑫电子束蒸发 P 型材料；⑬剥离；⑭光刻绝缘层；⑮溅射二氧化硅；⑯光刻上层电极；⑰溅射上层金属电极；⑱光刻正面反应室窗口；⑲离子刻蚀氮化硅；⑳湿法腐蚀；㉑表面封装。

其中，金属电极采用溅射的方法制作，分别溅射：铭 5nm, 金 200nm, 钳 20nm。铅为氮化硅与金之间的过渡层，钳为金与热电材料之间的过渡层，防止金的扩散。热电薄膜釆用电子束蒸发的方法制作，膜厚为 400nm。为保证上层电极板的牢固,. 并防止上下两层电极板的短路，在两层电极板之间利用溅射的方法加入二氧化硅绝缘层，厚度为 600nmo