用于高集成度数字PCR平台的微流控芯片

数字聚合酶链式反应(PCR)是一种强大且应用广泛的核酸检测技术.现有数字PCR平台大多存在体积庞大、集成度低、耗材价格高、样品消耗大和人工干预多等缺点.设计并制备了一款基于样本自分离的低成本数字PCR微流控芯片,该芯片的独立PCR微反应腔室数量达到37 440个.通过对芯片进行进样效率、亲水性改良以及透光性研究,验证了...     

一种高分子聚合物PCR芯片的设计及有限元分析

设计了一种以PDMS为基底的微型PCR芯片，并用有限元软件对芯片做了详细的温度场分析，主要分析了微型PCR芯片温度场的均匀性和分布以及芯片升、降温的效率。分析结果表明设计的聚合物芯片温度分布均匀，有较高的升、降温速率，可以满足PCR反应的要求。通过一维热传导理论分析，得到的结论与有限元分析的结果是一致的。     

一种芯片式血流变分析系统的初步研究

血液流变性质具有重要的病理和生理意义。针对血液流变特性测量的便携化和自动化发展,本文提出了一种基于PDMS芯片的简化的血液流变性质检测方法,初步设计并制作出一种集压力检测系统,平层腔,图像测速系统于一体的双面沟道微流控PDMS芯片血液流变检测系统。本文工作主要包括：基于芯片流路流速和压力变化的流体粘度测驻方法推导;利刚娃微图像配准操作的PDMS双面结构模塑成型工艺进行测量芯片的制作;结合双光路显微图像测量和简化压力驱动进行的系统构建等。最后将此芯片应用于血液流变性质实验进行系统的功能性验证。     

一种新型分析芯片的发展及其应用

指出微全分析系统已成为国际关注的焦点,它正向着微型化、集成化、便携化、自动化方向发展。它使许多不连续的分析过程连续化和自动化,完成实时及在位分析,实现高效率、快速度、少耗样、低成本、无污染、大批量生产的目标。目前,微流控芯片主要应用于医学临床诊断、新型药物的研制与开发以及环境监测等领域。着重介绍了微流控分析芯片的特点、工作原理及其分类,最后强调了微流控分析芯片的发展和应用。     

医用微流控芯片研究进展

随着微电子学和微机电系统技术不断发展,微流控芯片技术不断创新,一些具有颠覆意义的新型医用芯片不断出现,并成为现代医学技术的支撑工具。首先,概述了医用微流控芯片的概念和应用。然后,介绍了6种具有代表性的新型医用微流控芯片的研究进展,包括基因芯片、即时诊断芯片、免疫芯片、可穿戴式芯片、数字化聚合酶链式反应芯片、循环肿瘤细胞芯片、组织与器官仿生芯片。最后,总结了医用微流控芯片的发展趋势。     

电极可重复使用的PCR芯片及其温度场分析

基于MEMS加工技术,提出了一种加热、传感电极和反应腔室可分离的PCR芯片结构,加热、传感电极采用Pt薄膜材料并可重复使用,反应腔室采用PDMS材料,芯片的制造成本大为降低.利用COMSOL软件对设计的PCR芯片进行了温度场仿真分析,并用红外热像测温仪(NEC R300)对微制造的芯片温度场分布进行了测量.测量结果表明芯片结构能得到较好的温度均匀性,为后续PCR芯片扩增实验提供了可靠的依据.     

介电电泳芯片的结构设计与模拟分析进展

综述了国内外微流控芯片介电电泳(DEP)的研究进展和介电电泳芯片的主要结构设计方案。依据芯片电极结构设计的不同,将介电电泳芯片分为阵列电极DEP芯片、抛物线电极DEP芯片、绝缘微柱DEP芯片及其他设计DEP芯片四大类。分别对芯片电极结构设计所采用的模拟分析进行了归纳和综述,重点探讨了如何通过电场模拟分析手段对芯片结构参数进行优化,分析了流体分布与热效应对芯片效能的影响,列举了不同电极结构设计的DEP芯片的工作效率及实际应用效果。提出了目前采用模拟分析方法进行芯片结构设计存在的问题,进而对基于MEMS技术的DEP芯片的设计和应用前景进行了展望。     

电子束重复曝光加工PCR微通道的工艺研究

对PCR微流控芯片通道中流体的流动特性进行了分析,发现流体在横截面为圆形的通道中流动时由摩擦引起的等效水头损失及表面张力均小于微矩形通道。以此为依据,将PCR芯片微通道优化设计成圆形通道。在JSM-5CF电子束曝光机上采用束斑尺寸80nm、能量20keV的电子束对1μm厚的聚甲基丙烯酸甲酯进行了单次曝光剂量40μC/cm2的8次重复增量扫描曝光实验,显影后得到的PCR芯片微圆通道轮廓清晰,边缘连续光滑。证明了电子束重复增量扫描曝光方式制作PCR微流控芯片微圆通道的可行性。     

微流控芯片硅阳模的加工

研究了单晶硅阳模的制作工艺。考察了光刻胶前烘和后烘的温度、刻蚀剂浓度、组成及刻蚀温度等因素对单晶硅阳模质量的影响。得出了单晶硅阳模制作的最佳条件，用AZA620光刻胶转移图形及二氧化硅为硅片刻蚀的牺牲层，前烘温度为90℃，后烘温度为120℃，刻蚀温度为60℃；刻蚀液组成为氢氧化钾23．4％，异丙醇14．9％，水61．7％。在该条件下制作的单晶硅阳模表面光亮，通道侧壁较光滑。用热压法可快速地将此阳模上的微通道复制于聚碳酸酯基片上，每片约需时5min。已成功地复制了200多片。     

微流控聚合物链式反应芯片的多色荧光检测

为了实现微流控芯片上多目标DNA片段的同时检 测,建立了基于光棒匀光结构的微流控芯片多色 荧光检测系统。根据微流控芯片中的聚合物链式反应(PCR)反应腔的特点,设计了基于超亮 白光LED模组、光棒、二向色镜 和CCD的正交型荧光检测系统。CCD可一次采集微流控芯片上所有PCR反应腔中的荧光信号 ,通过滤光 片轮组合的变换,可实现多种荧光标记物的同时检测。采用荧光素钠溶液对激发光的均匀性 进行了测试, 激发产生的荧光图像均匀度达到93.99%,可满足微流控芯片上多反应 腔同时检测的需求。同时,以pUC-18人工质粒DNA作为标准品,开展了微流控荧光PCR生物实验,对系统性能进行验证。实验结 果表明:微 流控PCR反应腔的 DNA浓度变化与荧光信号的变化相一致,pUC-18样品的检测限达到0.05pg/uL,扩增 效率为97.28%,熔解曲线显示无引物二聚体产生,特异性好,达到了 商业化仪器的水平。     

激光制备PMMA基PCR微流控芯片的热压键合研究

MEMS技术的发展,使得PCR微流控芯片的制备成为了现实。本文采用波长248nm的准分子激光作为一种新型的微加工方法,在19KV电压和18mm/min的激光优化加工参数下,在40mm×63mm的PMMA基片上制备出了20个循环的PCR微流控芯片。芯片上微通道的宽为104μm,深为56μm,长为1040mm,芯片加工耗时57分钟。随后采用自己搭建的热压装置,定量讨论了热压键合的温度、压力和时间对芯片键合质量的影响,得出了PMMA基微流控芯片热压键合的最佳参数:95℃,160N,20min。并在该条件下成功地将PMMA基的20个循环的PCR微流控芯片和相同尺寸的盖片键合在一起,键合后的芯片具有良好的密封性,能够承受的最大压强为0.85Mpa,能满足进行PCR反应的要求。     

芯片冷却技术中的微/纳米材料与结构的研究进展

分析和讨论了芯片冷却技术中应用到的微/纳米材料和结构方面的进展,并对其应用前景作了一定展望。这些内容对于发展新的芯片冷却技术及相关高热流密度器件的冷却应用具有重要的参考价值。     

微结构传感器芯片划切工艺优化

MEMS传感器技术的发展,伴随着新结构、新材料、新工艺应用在晶圆制造中[1]。这对封装核心工序的划片工艺提出了很大挑战。主要通过芯片划切过程中容易出现的几个异常现象对微结构敏感芯片划切过程中的破片进行分析,提出了一些解决微结构芯片划切过程中存在问题的办法,并进行了划切参数的优化。     

微型PCR系统及其温控特性研究

介绍了一种基于芯片的微型聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)系统,利用该系统进行了温度控制和响应特性研究.系统由PCR芯片、封装PCB板及单片机控制系统组成.PCR芯片采用MEMS技术制作.用微型PCR系统对芯片上含有微加热器的反应仓进行了升温降温、循环温度和液体负载对比加热等实验.结果显示:微加热器升温速度可以达到3 ℃/s,降温速度可以达到1℃/s,稳定后温度变化小于0.1 ℃.通过实验结果与理论计算的对比,分析了微加热器的最高温度与加热功率之间的对应关系及提高温控特性的关键因素.     

微生化芯片内光探测的研究

针对微生化芯片样品量少、需要与微流体芯片集成等要求 ,设计了两种在芯片内用分光光度法 ,对混合后液体的吸收光谱进行探测的方法。光探测部分是微型生化分析芯片的重要组成部分。原理性实验利用 4 6 0～ 80 0nm的可见光光源 ,采用了直接探测法和消逝波探测法对样品进行探测。通过两种方法的比较证明 :直接探测法具有原理简单、实验效果明显等优点。利用消逝波探测具有易于集成的优点     

微结构光寻址电位传感器阵列芯片的研制

详细介绍了采用MEMS技术研制的三维微结构LAPS阵列芯片 ,芯片表面划分成 5× 7个敏感单元 ,其中每个敏感区表面设置 4 0× 4 0个硅尖阵列 ,芯片背面对应地形成光耦合阵列窗口。一个 5× 7矩阵的红外LED作为光源控制的耦合到芯片背面的阵列窗口。给出了LAPS阵列芯片的扫描电镜照片和多种生化参数的光寻址测试结果 ,分析讨论了芯片厚度、LAPS曲线线性度对系统性能的影响     

一种集成PCR与CE的生物芯片的设计研究

阐述了一种集成PCR反应室与CE管道的生物芯片的研究和设计工作,实现了样品扩增、电泳分离和紫外光检测3个生物分析检测过程的单片集成。为这种DNA生物芯片设计了PCR反应池及其加热控制系统、毛细管电泳管道和配备即时测温功能的辅助电路系统(PCB板),并且完成了芯片的版图设计以及工艺方案及具体工艺参数设计。整个系统可以基本实现一个小型DNA检测实验室的功能。     

集成风速计片上系统的计算机模拟

将MEMS器件与CMOS电路集成在同一个芯片上具有体积小、噪声小、便于控制、易于大批量生产等优点 ,本文从风速计的工作场入手 ,运用了有限元、数据拟合、等效电路及SPICE宏单元的方法对片上系统进行模拟 ,从而直接模拟出信号状况 ,有利于片上处理电路和控制电路的匹配设计 ,提高了设计效率。文中给出了风速计流体场的有限元分析结果 ,并通过拟合的方法将输出的温度差输出到电路等效的热堆 ,信号和噪声经过片上集成的放大器输出到芯片外 ,有利于温度场、热敏感元件、放大电路的优化设计