一种微腔型PCR集成芯片的设计及其热分析

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1.78 μL.采用集总参数法计算了芯片在加...     

集成型PCR芯片的研究

PCR芯片的温度控制部分的搭构是决定整个PCR芯片性能、尺寸、集成性的重要组成部分。利用薄膜技术与MEMS技术,将热电材料依照珀尔帖模型排列组合制作于微结构PCR芯片的反应室底部,可实现对反应室升温及降温的操作,并可通过改变电流方向,方便实现两者的切换,制作出集成了DNA反应室、温度传感器以及热电材料温控组件的集成型微结构PCR芯片。     

空域PCR芯片/微装置中温度控制技术

基于微电子机械系统(MEMS)技术而发展起来的空域聚合酶链式反应(空域PCR)芯片/微装置由于其具有反应速度快、所需DNA样品体积小以及自动化程度高等优点,已经日益引起人们的关注。空域PCR芯片/微装置系统中精确的温度控制是DNA成功扩增的关键因素之一。主要介绍国内外空域PCR芯片/微装置中温度控制技术进展,包括空域PCR系统温度循环特征;薄膜电阻加热器/传感器的设计原则;空域PCR反应系统温度均一性等。     

聚二甲基硅氧烷球形微腔阵列的数字PCR芯片

数字聚合酶链式反应(dPCR)技术是一种核酸绝对定量技术,但现有dPCR平台因其昂贵的设备或复杂的操作限制了其实际应用.利用气体膨胀浇注成型技术,结合集成微腔阵列的模具,设计、制作了一种成本低廉、简单可靠的dPCR微流控芯片.独特的球形微腔为液滴存储提供了更稳定的几何形式,保证了样品数字离散化的可靠性和稳定性.同时,芯片还利用预脱气的聚二甲基硅氧烷(PDMS)实现自动进样和样品离散化,大大降低了对复杂昂贵设备的依赖,且提供了更高集成度.利用芯片进行了EGFR基因第19号外显子数字PCR定量检测,验证了该芯片的实用性.     

高速高密度多芯片模块的热设计

由多个芯片直接安装在电路基片上的多芯片模块（ＭＣＭ）可望缩短布线长度，提高运算速度和组装密度，从而应用于宽带综合服务数字网络（Ｂ—ＩＳＤＮ）中。然而，随着半导体器件储存成度和组装密度的提高和模块外形尺寸的缩小，功耗密度随之增加。这使得热设计显得更加重要。本文介始了在高速高密度多芯片模块的热设计中应用有限元分析法模型的边界条件。着重研究了热路、散热片以及提高热传递模拟精度的方示。     

一种多芯片封装(MCP)的热仿真设计

集成电路封装热设计的目的在于尽可能地提高封装的散热能力,确保芯片的正常运行。多芯片封装(MCP)可以提高封装的芯片密度,提高处理能力。与传统的单芯片封装相比,由于包含多个热源,多芯片封装的热管理变得更为关键。本文针对一种2维FBGAMCP产品,进行有限元建模仿真,并获得封装的热性能。通过热阻比较的方式,分析了不同的芯片厚度对封装热性能的影响。针对双芯片封装,通过对不同的芯片布局进行建模仿真,获得不同的芯片布局对封装热阻的影响。最后通过封装热阻的比较,对芯片的排列布局进行了优化。分析结果认为芯片厚度对封装热阻的影响并不明显,双芯片在基板中心呈对称排列时封装的热阻最小。     

微反应槽PCR芯片阵列前馈-串级控制系统

设计了内部不含温度传感元件、加热元件的低成本微反应槽聚合酶链式反应（PCR）芯片，研制了宏观集中控制与微观分散控制有机结合的芯片阵列温度控制系统。宏观集中控制装置以水为传热媒质，通过特制换热器给芯片提供聚合酶反应所需的基本温度；在柔性印刷电路板上形成与芯片阵列对应的微型加热器阵列，针对各芯片进行分散的温度补偿。采用前馈一串级控制策略实现微加热器阵列与换热器最佳配合，共同完成各芯片温度的快速、精确控制。     

聚合酶链式反应微流控生物芯片的数值模拟

微通道内具有一定流速的DNA反应混和物能否达到聚合酶链式反应(PCR)指定的温度PCR微流控芯片研究的关键问题.本文应用有限体元法(FEV)数值模拟该芯片上3个恒温区的直型、弯型、逶迤型三类微通道内,微流体的温度场和速度场.结果表明:对于宽100 μm深50μm的微通道,速度在0.002 m/s～0.02 m/s范围内,180.的弯道以及温度场、温度梯度的存在对其速度场分布无影响,微流体仍旱现为层流;微流体大约经过60μm的距离,其温度场达到稳态,其速度场充分发展为层流;采用宽4 mm深2 mm的空气隔热槽能起到隔热的效果.     

芯片模拟仿真方法：8.MCS—51集成环境与模拟终端

本讲简要介绍ＭＣＳ－５１仿真集成开发环境的设计方法，并给出一个将本连载所介绍的方法用于设计模拟终端的实例．     

低成本微反应槽PCR芯片阵列双重控制系统

设计了内部不含温度传感元件、加热元件的低成本微反应槽聚合酶链式反应（PCR）芯片．研制了宏观集中控制与微观分散控制有机结合的双重控制系统,该系统具备对PCR芯片的批量处理能力;宏观集中控制装置以水为传热媒质通过特制换热器给芯片提供聚合酶反应所需的基本温度;在柔性印刷电路板上形成与芯片阵列对应的微型加热器阵列,针对各芯片进行分散的温度补偿。     

基于MEMS技术的PCR生物芯片的研究

聚合酶链式反应 (PCR)技术已在分子生物学、基因测序、医学诊断等方面得到广泛的应用。基于MEMS技术研制了微结构的集成PCR -DNA分子扩增生物芯片 ,芯片集成了加热子、温度传感器、反应室、进样通道等 ;还介绍了芯片的设计、制作、温度循环特性。     

PCR生物芯片/微装置在微生物检测中应用研究

聚合酶链式反应(PCR)技术已经在分子生物学、生物化学、临床医学、遗传以及法医等领域得到广泛的应用.基于微电子机械系统技术开发而成的PCR生物芯片由于具有所需样品和反应混合物体积小、反应时间短、轻便等优点而日益受到人们的重视.介绍PCR生物芯片/微装置(包括反应池内固定扩增式和连续流动式)在微生物埃希氏大肠杆菌(E.coli)和微生物战剂检测中的应用.     

基于微球和微柱阵列芯片的乳滴数字PCR定量方法

BEAMing是一种基于磁珠表面核酸扩增的乳滴数字聚合酶链反应(PCR)技术,具有很高的灵敏度,然而后续检测目标磁珠比较困难.通过修饰链霉亲和素的聚苯乙烯微球捕获BEAMing实验中生物素修饰的目标磁珠并利用微柱阵列芯片拦截微球,可以达到统计磁珠的目的.微柱阵列芯片采用基于尺寸差异的拦截原理.该芯片组装简单成本低,降低了BEAMing技术的磁珠统计难度.利用该方法对不同浓度的特定DNA序列做了检测,验证了该方法的实用性.     

用于微流控PCR的TEC温控系统结构优化设计

为了实现微流控聚合酶链式反应(PCR)的快速升降温,设计了一种基于半导体制冷片(TEC)的温度控制系统.通过对控温对象微流控PCR芯片的热分析,确定了TEC的参数,并且研究了TEC效率与散热性能之间的关系.在此基础上,设计了一种热管鳍片式高性能散热器,对其传热机理、传热路线及热阻进行了深入分析,建立了有限元模型,并对该热管散热器进行了实验测试.实验结果表明:该温控系统的平均升降温速率达到7.48℃/s,为实现微流控PCR系统的快速精确升降温控制奠定了良好基础.     

PCR温度控制技术的研究进展

首先简述了PCR的基本原理,接着综述了几种常用的用于PCR的温度控制器,包括常规PID控制器、改进的PID控制器和模糊逻辑控制器,最后,将模糊逻辑应用于PID控制,提出了简练的模糊逻辑规则,设计了一套用于PCR的参数自整定模糊逻辑PID温控系统,得到了令人满意的温度控制效果.     

具有单一热源的对流双温PCR微流控装置的研究

为了克服传统连续流动聚合酶链式反应(PCR)微系统经常需要多个加热源来获取PCR所需要的温度,且集成或者非集成的泵系统也需要用来驱动PCR溶液连续流动,从而实现PCR扩增的缺点,研究了一种具有单一热源的对流双温PCR微系统.通过复合肋片技术在沟槽铜片上形成对流双温PCR所需要的温度,由流体密度差形成的自然对流来驱动闭环...     

Simulation and experimental validation of a SU-8 based PCR thermocycler chip with integrated heaters and temperature sensor

We present a SU-8 based polymerase chain reaction (PCR) chip with integrated platinum thin film heaters and temperature sensor. The device is fabricated in SU-8 on a glass substrate. The use of SU-8 provides a simple microfabrication process for the PCR chamber, controllable surface properties and can allow on chip integration to other SU-8 based functional elements. Finite element modeling (FEM) and experiments show that the temperature distribution in the PCR chamber is homogeneous and that the chip is capable of fast thermal cycling. With heating and cooling rates of up to 50 and 30 °C/s, respectively, the performance of the chip is comparable with the best silicon micromachined PCR chips presented in the literature. The SU-8 chamber surface was found to be PCR compatible by amplification of yeast gene ribosomal protein S3 and Campylobacter gene cadF. The PCR compatibility of the chamber surfaces was enhanced by silanization.     

PCR 扩增芯片中微加热器结构优化分析

针对PCR扩增芯片中微加热器的传热问题进行有限元分析,用计算机模拟了不同形状微加热器的温度分布,通过对比分析,得出了提高温度分布均匀性的加热器结构和布置规律;根据分析结果,设计出双螺旋环形微加热器,这种结构能在一定范围内提供均匀的温度分布,为完成高质量的片上PCR扩增提供所需的温度环境;同时该结构还能有效减小微加热器本身的自感效应,提高加热效率.