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生物芯片是微电子学、物理学、材料科学、化学等与生命科学相交叉的高科技，生物芯片的研究具有重大的基础研究价值和市场前景，各国政府的企业相继投以巨资进行研究开发。聚合酶链式反应(PCR)微芯片是运用微电子机械系统(MEMS)技术在硅片或玻璃片等基片材料上加工一系列的微管道、微反应室及微阀、微加热器、微传感器等功能单元，利用芯片集成度高和比表面积大的特性，在芯片上实现快速PCR扩增。与传统PCR仪相比，PCR微芯片具有体积小、反应速度快、操作简便、价格低、样品用量少、无污染、节省试验成本、便于集成化、结果可靠的优点。本论文的研究工作是中科院生命科学特别支持项目“微型PCR系统研制”中的重要组成部分。 本论文首先阐述了PCR反应的原理和应用，在此基础上，围绕PCR微芯片的设计、制作和应用开展研究工作，完成了PCR微流体芯片和PCR微池芯片及相应控温系统的设计和制作，并在此系统上实现了多种DNA片段的扩增和在片荧光检测，论文主要包括以下几个方面的研究内容： 1．首先阐述了PCR反应的原理及其特点，然后对PCR微芯片的原理、特点、制作方法及其发展趋势进行了详尽的文献综述，最后概括了微全分析系统的技术特点和发展趋势，并在此基础上提出了本论文的研究工作思路。 2．根据PCR微芯片的原理，对各种可能材料的特性进行了分析，设计了多种结构的PCR芯片及其相应的温度控制装置，包括石英玻璃微流体PCR芯片，石英玻璃PCR微池芯片，硅—玻璃PCR微池芯片等。采用MEMS技术完成了PCR芯片的制作，并对制作工艺参数进行了优化，最终完成的PCR芯片内壁光滑，边界平整，温度控制准确，可满足实验要求。 3．较为深入探讨了内壁表面处理、反应中酶的用量以及PCR芯片结构等多种条件对PCR微芯片扩增效率的影响。通过优化各种条件，实现了多个不同DNA片段在同一芯片上的同时快速扩增，扩增速度是传统PCR仪方法的3倍。 4．为了解决了微量PCR扩增产物的检测问题，尝试了采用激光诱导荧光中国科学院硕士学位论文PCR芯片的原理、方法和应用研究 的在位检测的方法，最终通过扩增条件和荧光指示剂的优化，实现了 PCR芯片扩增产物的在片检测，为下一步阵列式PCR微芯片在基因表 达和功能基因组研究方面的应用打下了基础。5.在分离式PCR芯片和温控装置研制的基础上，提出了将温控装置集成 在芯片上的集成式PCR微池芯片系统。已完成了集成式PCR微池芯片 系统的总体设计，微反应腔的刻蚀，基片的键合，T评t合金微加热器和 微传感器在基片背面的制作等工作。目前正在进行集成式PCR微池芯 片的封装，信号采集系统和温度控制程序的编写等工作。 通过本论文的研究工作，基本掌握了PCR微芯片及其控温系统的设计、制作和应用，初步体现了PCR微芯片具有体积小、速度快、.成本低的优点。同时为微全分析系统的研究与开发打下了一个良好的工作基础，但要真正将微全分析系统推向实际应用，还有很多基础性的研究工作有待于进一步的深入。)