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。