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PCR技术

PCR 芯片的制作

2024-05-14 PCR技术 加入收藏
简介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

简介

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。

原理

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。

材料与仪器

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

步骤

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



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