论文题目: 聚合酶链式反应芯片系统的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 微电子学与固体电子学
作者: 邹志青
导师: 赵建龙,徐元森
关键词: 芯片,微加热器和温度传感器,温度控制,有限元分析
文献来源: 中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）
发表年度: 2005
论文摘要: 聚合酶链式反应芯片Polymerase Chain Reaction Chip (PCR Chip)系统是近年来快速发展的一门新兴学科。它利用微机电系统(MEMS)技术在石英、硅、有机聚合物等基片上制作一系列微通道、微池等空间结构元件以及微传感器、微执行器等控制元件,利用芯片体积小、比表面大、热传导效率高的特点,在芯片上实现DNA片段的快速扩增,已经开始在生命科学、医药诊断、环境监测、战场检测等领域得到应用。 本论文系统研究了PCR芯片系统,建立了一套从PCR芯片设计、制作、温度控制到扩增实现的研究方法。 本论文的主要工作有: 1.总结了前人PCR芯片及系统的研究情况,提出了自己的研究方案; 2.设计并优化了集成Au和Pt材料的微加热器和温度传感器的PCR芯片,提高了温控效率,缩短了扩增时间,热循环速度是常规PCR的4倍; 3.设计了对应的小型温度控制系统,并针对集成式PCR芯片进行了调试和校准,具有体积小、功耗低、操作简单、温控迅速准确等优点; 4.应用该PCR芯片系统进行DNA扩增实验,解决了芯片温度控制、芯片密封、内壁表面清洗和修饰和体系优化等相关技术,实现了微量DNA的快速扩增; 5.通过条件优化,尝试了PCR芯片扩增产物的在片荧光检测。 本论文研究表明,PCR芯片系统具有体积小、功耗低、扩增时间短等优点。但是要真正推向实际应用,还需要进一步改进宏微接口,进一步降低芯片的制作成本,扩大PCR芯片的应用范围。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 聚合酶链式反应(PCR)的发展
1.2.1 PCR技术的原理
1.2.2 PCR技术的特点
1.2.3 PCR技术的应用
1.3 PCR芯片系统
1.3.1 PCR芯片的特点
1.3.2 PCR芯片的发展和现状
1.3.3 PCR在片检测方法及研究现状
1.3.4 PCR芯片与微全分析系统
1.4 本工作的研究思路
1.5 本章小结
第二章 PCR芯片设计、制作及扩增实现
2.1 基于石英-石英的 PCR芯片
2.1.1 芯片的设计和制作
2.1.2 芯片内部温度控制
2.1.3 溶液的密封方法
2.1.4 芯片的清洗和表面处理
2.1.5 PCR扩增实现及结果检测
2.1.6 讨论与分析
2.2 基于硅-玻璃材料的 PCR芯片
2.2.1 芯片结构的设计和优化
2.2.2 芯片制作及工艺参数优化
2.2.3 有限元模拟
2.2.4 芯片的温度控制系统
2.2.5 芯片的清洗和表面处理
2.2.6 PCR扩增实现及条件优化
2.3 本章小结
第三章 集成微加热器和温度传感器的PCR芯片
3.1 集成Au微加热器和温度传感器的PCR芯片
3.1.1 集成式 PCR芯片的设计
3.1.2 Coventor ware~(TM)软件温度模拟辅助芯片设计
3.1.3 芯片制作工艺流程
3.1.4 PCR芯片性能
3.1.5 温控装置的构建和芯片温度传感器的校准
3.1.6 溶液的密封方法
3.1.7 PCR扩增实现与结果检测
3.1.8 讨论与分析
3.2 基于倒装焊技术的PCR芯片
3.2.1 芯片的设计
3.2.2 Coventor ware~(TM)软件温度模拟
3.2.3 PCR芯片阵列的制作流程
3.2.4 芯片性能
3.2.5 小型温度控制装置
3.2.6 温度传感器的校准
3.2.7 PCR扩增实现与结果检测
3.3 本章小结
第四章 用于驱动集成式 PCR芯片的小型温度控制装置
4.1 温度控制装置的构建
4.1.1 控制原理和总体框架
4.1.2 温度控制装置各个组成部件
4.1.3 温度控制装置的调试
4.2 温度控制装置用于芯片热循环的实现
4.3 本章小结
第五章 PCR芯片扩增产物在片荧光检测技术
5.1 PCR扩增产物在片荧光检测
5.1.1 荧光 PCR检测原理
5.1.2 荧光染料及稀释剂对 PCR扩增效率的影响
5.2 PCR芯片在片荧光检测方法
5.2.1 荧光显微镜检测
5.2.2 激光诱导荧光检测
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
参考文献
符号表
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致谢
作者简历
附件一
发布时间: 2006-02-08
参考文献
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标签：芯片论文; 微加热器和温度传感器论文; 温度控制论文; 有限元分析论文;