【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微电子，具体为一种基于mems热电堆技术的变温pcr调温装置。
技术介绍
1、pcr全称多聚酶链式反应，原理是dna的体外扩增。标准的pcr过程分为三步：dna变性：双链dna模板在热作用下，氢键断裂，形成单链dna；退火：系统温度降低，引物与dna模板结合，形成局部双链；延伸：在taq酶(在72℃左右，活性最佳)的作用下，以dntp为原料，从引物的3′端开始以从5′→3′端的方向延伸，合成与模板互补的dna链，每一循环经过变性、退火和延伸，dna含量即增加一倍；
2、现在有些pcr因为扩增区很短，即使taq酶活性不是最佳也能在很短的时间内复制完成，因此可以改为两步法，即退火和延伸同时在60℃-65℃间进行，以减少一次升降温过程，提高了反应速度；
3、目前变温pcr常规采用tec制冷片的模式，tec制冷片，也称为热电制冷器，其工作原理基于珀耳帖效应，这是一种当电流通过由两种不同导体组成的电路时，一种导体将吸收热量，而另一种导体将释放热量，从而引起热量的转移，在tec制冷片中，通过在半导体材料中引入电流，使得其中一种材料吸收热量，另一种材料释放热量，从而实现制冷效果；
4、tec制冷片由p型半导体和n型半导体组成的一对单元构成，当通电时，这些单元在一端会产生电子空穴对，导致内能减小，温度降低，形成冷端；而在另一端，电子空穴对的复合导致内能增加，温度升高，形成热端。通过多对pn单元的串联和并联，以及使用陶瓷板上下封装，tec制冷片形成了一端为冷面，一端为热面的结构。这种结构使得tec
5、tec制冷片的缺点主要包括价格较高、需要专业维护、效率低、耗能大；
6、价格较高：tec制冷片的价格比传统制冷设备高，这需要用户投入更多的资金；
7、需要专业维护：tec制冷片的维护需要专业人员来进行，普通用户难以自行维护；
8、效率低：与蒸汽压缩式制冷相比，在大容量情况下，tec制冷效率较低；
9、耗能大：由于缺少更好的半导体材料，tec制冷的耗能相对较大；
10、此外，tec制冷片在使用过程中还可能出现过载使用、电化学腐蚀、物质迁移(扩散)、半导体晶体损坏和热应力等失效机理，这些问题可能导致制冷片无法正常工作；
11、目前市场上绝大多数的tec,无论是abi的，还是国内的知名品牌，大都只能做到4～5度/秒的平均升降温速度，传统采用tec制冷片的pcr由于tec功率的不均一性，为满足pcr温度均一性的需求，需要在tec制冷片附近的加热板上增加多个温度传感器，对温度传感器的反应速度要求较高。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于mems热电堆技术的变温pcr调温装置，具有加热功率低、响应时间快、热量损耗小、与cmos工艺兼容、易于同其它微电子器件集成等优点，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于mems热电堆技术的变温pcr调温装置，包括底衬基座与pcr反应板，所述底衬基座的上端面设置有用于温度检测控制的热电堆组件，所述热电堆组件包括沉积在所述底衬基座上端面的导热层，所述导热层上端面设置有热电偶层，所述热电偶层为多个热电偶串联而成，所述热电偶包括底侧的第一热电偶材料与上侧的第二热电偶材料，所述第一热电偶材料与所述第二热电偶材料的连接处形成冷端与热端，其中位于底部的连接处为冷端，位于顶部的连接处为热端，所述热电偶层的上端连接有吸热层，所述吸热层的底部与热端抵接，所述pcr反应板安装在所述吸热层的上端面。
3、作为优选，所述的导热层在左右两侧边缘处分别设置有下沉区，所述下沉区中嵌入有热隔离层，所述第一热电偶材料与所述第二热电偶材料的冷端连接处位于所述热隔离层的上方。
4、作为优选，所述第二热电偶材料的两端在与所述第一热电偶材料的连接处位置分别设置有加厚部，所述加厚部与所述吸热层的底部抵接。
5、作为优选，所述第一热电偶材料与所述第二热电偶材料之间通过垂直部连接，且所述第二热电偶材料位于上方呈倾斜设置。
6、作为优选，所述热隔离层为氮化硅薄膜，厚度控制在5—15微米。
7、作为优选，所述底衬基座的底部固定安装有散热板，所述散热板的底部分布设置有散热槽。
8、作为优选，所述底衬基座的底部与所述散热板之间设置有稳定连接层。
9、作为优选，所述底衬基座的底部设置有空腔，所述空腔的顶部形成有薄膜层。
10、作为优选，所述稳定连接层为石墨烯层。
11、综上所述，本专利技术有益效果是：
12、1、本专利技术通过热电堆来对pcr的反应进行温度调节，通过改变电流的方向，可以实现从加热到冷却的切换，从而能够快速响应温度变化要求，满足变温pcr过程中不同步骤的要求，同时还能监测温度，既有温度传导升降作用，又能作为温度传感器使用，不需要额外增加传感器，而且升温速度也相比传统的要快，能够在短时间内实现精确的温度循环，提高了pcr反应的效率和准确性。
13、2、而且其中的热电偶排布相比传统的热电偶排布，能有效的提高热传导效率，使得吸热层中的温度响应更加迅速，整个温度变化的数据更加准确，同时可以增强热电偶热端与吸热层之间的机械连接，提高整体结构的稳定性，这在高温或振动环境下尤为重要，可以防止热端因机械应力而发生断裂或移位，提供更好的热稳定性。
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1.一种基于MEMS热电堆技术的变温PCR调温装置，包括底衬基座(10)与PCR反应板(16)，其特征在于：所述底衬基座(10)的上端面设置有用于温度检测控制的热电堆组件(20)，所述热电堆组件(20)包括沉积在所述底衬基座(10)上端面的导热层(22)，所述导热层(22)上端面设置有热电偶层(21)，所述热电偶层(21)为多个热电偶串联而成，所述热电偶包括底侧的第一热电偶材料(25)与上侧的第二热电偶材料(26)，所述第一热电偶材料(25)与所述第二热电偶材料(26)的连接处形成冷端与热端，其中位于底部的连接处为冷端，位于顶部的连接处为热端，所述热电偶层(21)的上端连接有吸热层(23)，所述吸热层(23)的底部与热端抵接，所述PCR反应板(16)安装在所述吸热层(23)的上端面。
2.根据权利要求1所述的一种基于MEMS热电堆技术的变温PCR调温装置，其特征在于：所述的导热层(22)在左右两侧边缘处分别设置有下沉区，所述下沉区中嵌入有热隔离层(24)，所述第一热电偶材料(25)与所述第二热电偶材料(26)的冷端连接处位于所述热隔离层(24)的上方。
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4.根据权利要求3所述的一种基于MEMS热电堆技术的变温PCR调温装置，其特征在于：所述第一热电偶材料(25)与所述第二热电偶材料(26)之间通过垂直部连接，且所述第二热电偶材料(26)位于上方呈倾斜设置。
5.根据权利要求4所述的一种基于MEMS热电堆技术的变温PCR调温装置，其特征在于：所述热隔离层(24)为氮化硅薄膜，厚度控制在5—15微米。
6.根据权利要求5所述的一种基于MEMS热电堆技术的变温PCR调温装置，其特征在于：所述底衬基座(10)的底部固定安装有散热板(11)，所述散热板(11)的底部分布设置有散热槽(12)。
7.根据权利要求6所述的一种基于MEMS热电堆技术的变温PCR调温装置，其特征在于：所述底衬基座(10)的底部与所述散热板(11)之间设置有稳定连接层(13)。
8.根据权利要求7所述的一种基于MEMS热电堆技术的变温PCR调温装置，其特征在于：所述底衬基座(10)的底部设置有空腔(14)，所述空腔(14)的顶部形成有薄膜层(15)。
9.根据权利要求8所述的一种基于MEMS热电堆技术的变温PCR调温装置，其特征在于：所述稳定连接层(13)为石墨烯层。
...【技术特征摘要】
1.一种基于mems热电堆技术的变温pcr调温装置，包括底衬基座(10)与pcr反应板(16)，其特征在于：所述底衬基座(10)的上端面设置有用于温度检测控制的热电堆组件(20)，所述热电堆组件(20)包括沉积在所述底衬基座(10)上端面的导热层(22)，所述导热层(22)上端面设置有热电偶层(21)，所述热电偶层(21)为多个热电偶串联而成，所述热电偶包括底侧的第一热电偶材料(25)与上侧的第二热电偶材料(26)，所述第一热电偶材料(25)与所述第二热电偶材料(26)的连接处形成冷端与热端，其中位于底部的连接处为冷端，位于顶部的连接处为热端，所述热电偶层(21)的上端连接有吸热层(23)，所述吸热层(23)的底部与热端抵接，所述pcr反应板(16)安装在所述吸热层(23)的上端面。
2.根据权利要求1所述的一种基于mems热电堆技术的变温pcr调温装置，其特征在于：所述的导热层(22)在左右两侧边缘处分别设置有下沉区，所述下沉区中嵌入有热隔离层(24)，所述第一热电偶材料(25)与所述第二热电偶材料(26)的冷端连接处位于所述热隔离层(24)的上方。
3.根据权利要求2所述的一种基于mems热电堆技术的变温pcr调温装置，其特征在于：所述第二热电偶材料(26)的两端在与所述第一热电偶材料(25)的连接处位...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢廉毅，王铸海，姚任农，移志刚，曹帅，
申请(专利权)人：杭州芯格睿特科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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