手持微ＰＣＲ装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种手持微ＰＣＲ装置，该手持微ＰＣＲ装置包括ＬＴＣＣ微ＰＣＲ芯片，该芯片包括加热器、以及装载样品的反应室。该手持微ＰＣＲ装置还包括基于从温度传感器接收的输入调节加热器的加热器控制。该手持微ＰＣＲ装置还具有包括光纤以检测来自样品的荧光信号的光学系统以及与一个或多个其他装置交互的至少一个通信接口。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有用后可丢弃的低温共烧陶瓷(LTCC)微PCR芯片的便携式实 时PCR系统。本专利技术还描述了一种用于控制和监视微PCR和PCR涉及设备的方法。
技术介绍
在过去的5年里，基于芯片上实验室技术的临床诊断系统的研究和发展急速增 长。这些系统在临床诊断方面具有很好的前景。这些系统仅消耗非常小容量的样品材料和 试剂。各个小芯片可以是便宜且用后可丢弃的。从采样到结果的时间会非常短。最先进的 芯片设计可以在单个集成微流体电路中执行所有的分析功能-采样、样品预处理；分离、稀 释和混合步骤；化学反应；以及检测。芯片上实验室系统允许设计者制作小型、便携、健壮、 低成本且容易使用的提供高性能和多样性的诊断仪器。微流体，即流经微通道的流体，使得 不大规模作用的分析装置和化验形式的设计成为可能。芯片上实验室技术试图在微制造结构内模仿对样品执行的实验室过程。最成功的 装置是那些对流体样品进行操作的装置。已经在这些装置上证实了大量的化学处理、提纯 和反应过程。已经证实了化学处理的一定程度的单片集成来制作执行完整化学测量过程的 装置。这些装置基于接受的实验室分析过程且因而能够适应比常规化学感测更复杂的样品 阵列。由于快速和高效分析技术的发展，在分子和细胞生物学中获得了最新的进步。由 于微型化和倍增，像基因芯片或生物芯片这样的技术能够在单个实验布置中实现全部基因 组的特征化。PCR(聚合酶链反应)是用于核酸分子的体内扩增的分子生物方法。PCR技术 正快速代替用于识别法医、环境、临床和工业样品中的生物种和病原体的其他耗时和较不 敏感的技术。在生物技术中，对于大量分子和临床诊断，PCR已经成为生命科学实验中最重 要的分析步骤。像实时PCR这样的PCR技术中的重大发展已经导致和常规方法相比更快速 的反应过程。在过去的几年里，微制造技术已经扩展到诸如PCR分析之类的反应和分析系 统的微型化，旨在进一步减小分析时间和试剂消耗。在当前可用的大多数PCR中，因为样品、容器和循环器热容量以及2至6小时的延 长扩增时间，瞬时温度变化是不可能的。在样品温度从一个温度过渡到另一温度的时间段 中，会发生消耗重要试剂且产生多余干扰化合物的不希望的额外反应。LTCC用在封装半导体装置中。这种系统能够实现电学和结构功能的集成。通过 LTCC制造工艺中的逐层制造序列可以方便地实现形成有集成电学元件的三维结构的制造。 另外，该工艺与硅工艺相比更为廉价。在例如LTCC(低温共烧陶瓷)之类的陶瓷基板上制 造芯片能够方便且便宜地实现机械和电学元件的集成。PDA之类的便携式计算平台的使用给予系统足够的计算能力来控制电子电路且提 供丰富但简单的用户界面来显示数据。它还使得整个系统模块化且因此允许用户使用最小 成本实现系统的简单升级。
技术实现思路
本专利技术的原则性目的是发展一种手持微PCR装置。本专利技术的另一目的是发展一种用于监视和控制手持微PCR装置的方法。 因此，本专利技术提供一种手持微PCR装置，包含包含加热器、用于装载样品的反应 室的LTCC微PCR芯片、基于从温度传感器接收的输入调节加热器的加热器控制、检测来自 样品的荧光信号的光学检测系统以及与其他(一个或多个)装置交互的至少一个通信接 口 ；并且本专利技术还提供一种监控和控制手持微PCR装置的方法，该方法包含以下步骤通过 通信接口在该手持微PCR装置和其他装置之间建立通信，基于从其他装置接收的热配置值 初始化热循环过程以控制LTCC微PCR芯片，以及发送光学系统检测的光学信号到其他装 置。附图说明现在将参考附图描述本专利技术图1示出根据本专利技术的LTCC微PCR装置的一个实施例的示意图。图2示出LTCC微PCR芯片的一个实施例的正投影图。图3示出LTCC微PCR芯片的一个实施例的横截面图。图4示出LTCC微PCR芯片的一个实施例的逐层设计。图5示出制造的芯片反应室设计的模型。图6示出使用分叉光纤的分叉光学检测系统。图7示出控制加热器和温度传感器的电路的框图。图8示出使用由手持单元控制的集成加热器/热敏电阻器的芯片上的λ -636DNA 片段的熔解。图9示出芯片上X-311DNA片段的PCR扩增。(a)来自芯片的实时荧光信号；(b) 确认扩增产物的凝胶的图像。图10示出用于16S核醣体单位的沙门氏菌的经处理的血液和血浆PCR的扩增的 凝胶的图像。图11示出用于16S核醣体单位的沙门氏菌的直接血液PCR的扩增的凝胶的图像。图12示出用于16S核醣体单位的沙门氏菌的直接血浆PCR的扩增的凝胶的图像。图13示出使用微芯片的沙门氏菌的基因的PCR扩增。(a)来自芯片的实时荧光信 号；(b)确认扩增产物的凝胶的图像。图14示出使用LTCC芯片扩增乙型肝炎病毒DNA花费的时间。图15示出与手持单元通信的个人数字助理(PDA)应用的概览。图16示出通过使用用于熔解λ-311DNA的荧光信号的微分的LTCC芯片获得的熔 解曲线。图17示出运行在PDA中的热循环程序的流程图。图18示出使用微芯片扩增的HBV DNA的实时荧光信号。图19示出使用分束器的分束器光学检测系统。图20示出混合光学检测系统。具体实施例方式本专利技术涉及一种手持微PCR装置，包含 a) LTCC微PCR芯片，包括加热器、装载样品的反应室，b)加热器控制，基于从温度传感器接收的输入调节加热器，c)光学检测系统，检测来自样品的荧光信号，以及d)至少一个通信接口，与一个或多个其他装置交互。在本专利技术的一个实施例中，至少一个导体层设置在加热器和反应室之间。在本专利技术的一个实施例中，反应室由导体环围绕。在本专利技术的一个实施例中，导体环使用柱连接到导体层。在本专利技术的一个实施例中，导体由从包括金、银、钼和钯或其合金的组中选出的材 料制成。在本专利技术的一个实施例中，温度传感器放置在芯片外部以测量芯片温度。在本专利技术的一个实施例中，温度传感器嵌入在该芯片的至少一个层中。在本专利技术的一个实施例中，温度传感器是热敏电阻器。在本专利技术的一个实施例中，温度传感器连接作为桥式电路的一个臂。在本专利技术的一个实施例中，桥式电路输出在馈入到加热器控制以调节加热器之前 被扩增。在本专利技术的一个实施例中，芯片包括透明密封帽以覆盖反应室。在本专利技术的一个实施例中，芯片是用后可丢弃的。在本专利技术的一个实施例中，光学检测系统从包括分束器光学检测系统、混合光学 检测系统和分叉光学检测系统的组中选出。在本专利技术的一个实施例中，光学系统包括光源和用于检测来自样品的荧光的光检 测器。在本专利技术的一个实施例中，锁定放大器放大检测的信号。在本专利技术的一个实施例中，该分叉光学系统使用分叉光纤，其中光源布置在光纤 的一个分叉端(605a)且光检测器布置在光纤的另一分叉端(605a)。在本专利技术的一个实施例中，分叉光纤的公共端(605b)指向样品。在本专利技术的一个实施例中，混合光学检测系统使用光纤将光引入到样品上。在本专利技术的一个实施例中，混合光学检测系统使用透镜聚焦来自样品的发射光 束ο在本专利技术的一个实施例中，通信接口从包括串口、USB、蓝牙或其组合的组中选出。在本专利技术的一个实施例中，其他装置收集芯片的温度和来自手持装置的放大信号。在本专利技术的一个实施例中，其他装置从包括智能手机、PDA和可编程装置的组中选出ο本专利技术还涉及一种监控和控制手持微PCR本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种手持微ＰＣＲ装置，包括：ａ）ＬＴＣＣ微ＰＣＲ芯片，包括加热器、装载样品的反应室，ｂ）加热器控制，基于从温度传感器接收的输入调节所述加热器，ｃ）光学检测系统，检测来自所述样品的荧光信号，以及ｄ）至少一个通信接口，与一个或多个其他装置交互。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】IN 2007-10-12 02314/CHE/2007;IN 2007-10-12 02313/C一种手持微PCR装置，包括a)LTCC微PCR芯片，包括加热器、装载样品的反应室，b)加热器控制，基于从温度传感器接收的输入调节所述加热器，c)光学检测系统，检测来自所述样品的荧光信号，以及d)至少一个通信接口，与一个或多个其他装置交互。2.根据权利要求1所述的装置，其中至少一个导体层设置在所述加热器和所述反应室 之间。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述反应室被导体环围绕。4.根据权利要求2和3所述的装置，其中所述导体环使用柱连接到所述导体层。5.根据权利要求2、3和4所述的装置，其中所述导体由从包括金、银、钼和钯或其合金 的组中选出的材料制成。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述温度传感器放置在芯片外部以测量芯片温度。7.根据权利要求1所述的装置，其中所述温度传感器嵌入在所述芯片的至少一个层中。8.根据权利要求7所述的装置，其中所述温度传感器是热敏电阻器。9.根据权利要求1所述的装置，其中所述温度传感器被连接作为桥式电路的一个臂。10.根据权利要求1和9所述的装置，其中所述桥式电路输出在馈入到所述加热器控制 以调节所述加热器之前被放大。11.根据权利要求1所述的装置，其中所述芯片包括透明密封帽以覆盖所述反应室。12.根据权利要求1所述的装置，其中所述芯片是用后可丢弃的。13.根据权利要求1所述的装置，其中所述光学检测系统是从包括分束器光学检测系 统、混合光学检测系统和分叉光学检测系统的组中选出的。14.根据权利要求1所述的装置，其中所述光学系统包括光源和用于检测来自样品的 荧光的光检测器。15.根据权利要求14所述的装置，其中锁定放大器放大检测的信号。16.根据权利要求13和14所述的装置，其中所述分叉光学系统使用分叉光纤，所述分 叉光纤带有布置在光纤的一个分叉端(...

【专利技术属性】
技术研发人员：KK库马尔，R贾亚拉曼，SK纳拉希姆哈，RM拉德哈克里什南，S维斯瓦纳桑，CB纳伊尔，PV苏巴拉奥，M贾甘纳斯，S钱纳克里什纳埃赫，S蒙达尔，V文卡塔拉曼，
申请(专利权)人：比格科技私人有限公司，
类型：发明
国别省市：IN[印度]