DE60311941T2

DE60311941T2 - Behälter für die polymerasekettenreaktion und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE60311941T2
Application number: DE60311941T
Authority: DE
Inventors: Masaya Takarazuka-shi NAKATANI; Tetsuo Nara-shi YUKIMASA
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2003-07-03
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2023-07-04
Also published as: JP2004033141A; US7384782B2; WO2004005507A1; US20080308529A1; CN1309828C; CN1537165A; US7790441B2; EP1418233B1; JP4013671B2; EP1418233A4; US20040175713A1; EP1418233A1; DE60311941D1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kit oder einen Reaktor zur Verstärkung von Nukleinsäure durch eine Polymerase-Kettenreaktion und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die letzten Jahre haben technische Fortschritte bei der Aufklärung genetischer Informationen gesehen. Auf dem medizinischen Gebiet kann das Analysieren von Genen, die mit Krankheiten in Bezug stehen, eine Heilung für eine Krankheit auf einer molekularen Ebene bereitstellen. Die Gendiagnose ermöglicht es, dass Patienten eine medizinische Behandlung erfahren, welche für einen individuellen Fall geeignet ist. Ebenso können unter Verwendung genetischer Informationen Pharmazeuten ein Proteinmolekül von Antikörpern und Hormonen identifizieren, um Medikamente zu erzeugen. Selbst auf dem Gebiet der Landwirtschaft oder der Lebensmittelindustrie profitieren viele Produkte von den genetischen Informationen.
Bei den Techniken der Handhabung genetischer Informationen legen Wissenschaftler die Betonung auf das Verfahren der Polymerase-Kettenreaktion. Mit dem Verfahren der Polymerase-Kettenreaktion kann ein bestimmter Abschnitt eines Gens auf eine große Menge verstärkt werden. Das Verfahren ist nicht nur für die Forschung und Entwicklung in der Molekularbiologie auf verschiedenen Gebieten, wie der medizinischen Mikrobiologie, einer klinischen Diagnose von Erbkrankheiten oder der forensischen Medizin, weit verbreitet. Insbesondere ist es auf dem Gebiet der klinischen Gendiagnose wünschenswert, in der Lage zu sein, so viele Probestücke wie möglich und so schnell wie möglich zu analysieren. Das heißt, dass der Prozess der Polymerase-Kettenreaktion mit einer geringeren Menge von Probestücken beschleunigt werden sollte.
Ein Verfahren zur Polymerase-Kettenreaktion ist in der nicht geprüften japanischen Patentveröffentlichung Nummer S62-281 offenbart. Das Verfahren zur Polymerase-Kettenreaktion besteht aus den folgenden drei Schritten: I) thermische Denaturierung, II) Vergüten und III) eine Vermehrungsreaktion. Der Zyklus der drei Schritte wird 30 bis 35 Mal wiederholt ausgeführt. Zuerst wird in dem thermischen Denaturierungsprozess die Doppelhelix der DNA in individuelle Stränge geteilt. Als Nächstes wird in dem Vergü tungsschritt ein Primer mit dem Strang verbunden. Sodann katalysiert in dem Vermehrungsreaktionsschritt Polymerase die Replikation der DNA. Jeder dieser Schritte weist notwendige Bedingungen auf. Insbesondere hängt in dem Vergütungsschritt die Temperatur von dem Tm-Wert eines zu verwendenden Primers ab. Sie werden gewöhnlich unter 94 °C über eine Minute für den thermischen Denaturierungsschritt, 50 bis 60 °C für eine Minute für den Vergütungsschritt und 72 °C für eine bis fünf Minuten für den Vermehrungsreaktionsschritt ausgeführt.
Um die Polymerase-Kettenreaktion, wie oben beschrieben, zu vollenden, ist eine Temperaturverschiebung mit einer Variation von ungefähr 40 °C über 30 Mal zu wiederholen. Gemäß einer herkömmlichen Vorrichtung für die Polymerase-Kettenreaktion wird eine Probelösung in ein Polypropylenröhrchen (im Weiteren als ein Röhrchen bezeichnet) eingefüllt und wird sodann die Temperatur der Lösung in dem Röhrchen unter Verwendung eines Aluminiumblocks (im Weiteren ein Block) gesteuert. Es sind einige Stunden erforderlich, die Polymerase-Kettenreaktion zu vollenden, hauptsächlich weil es Zeit kostet, die Temperatur der Probenlösung auf eine geeignete Temperatur zu bringen. Es dauert viel Zeit, die Temperatur des Blocks zu verändern, und sodann die Temperatur des Blocks durch das Röhrchen auf die Probenlösung zu übertragen.
Die US-A-5,939,312 offenbart einen miniaturisierten Multikammer-Thermozykler, welcher einen Probenaufnahmeträger umfasst. In dem Träger sind Probenkammern zum Aufnehmen von Flüssigkeiten ausgebildet. Als ein Probenaufnahmeträger kann ein Siliziumwafer benutzt werden, in den die Probenkammern geätzt sind. Das Probenkammerunterteil ist mit einem Heizelement ausgestattet, vorzugsweise einem Dünnschicht-Heizelement, welches an der Unterseite des Probenkammerunterteils befestigt ist.
Die US-A-5,455,175 offenbart eine Vorrichtung für einen schnellen Thermozyklus, welche eine Probenkammer aufweist, in welche Reaktionsröhrchen positioniert werden können. Innerhalb der Probenkammer ist eine Glühlampe zum Heizen positioniert. Wenn eine Heizprobe vollendet ist, öffnet ein Controller eine Tür zu der Kammer zum Auslüften heißer Luft, und es wird kalte Umgebungsluft hineingebracht.
Das die Probe aufnehmende Röhrchen ist ein weiteres Problem – aufgrund der Schwierigkeit, dass Röhrchen klein auszubilden, ist eine Probenlösung mit einer Menge von 10 bis 100 Mikrolitern pro Röhrchen notwendig. Die klinische Behandlung erfordert eine Gendiagnose und erwartet eine verbesserte Struktur mit welcher die Polymerase- Kettenreaktion in einer kürzeren Zeit mit einer geringeren Menge von der Probenlösung vollendet werden kann.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Das Polymerase-Kettenreaktions-Kit enthält I) ein Substrat, welches einen Hohlraum und einen Strömungskanal für ein Heizmedium, welche beide durch eine Barriere voneinander getrennt sind, aufweist, und II) eine Abdeckplatte. Die Abdeckplatte dichtet zumindest einen von dem Hohlraum und dem Strömungskanal ab. Das Verfahren zur Herstellung des Kits für die Polymerase-Kettenreaktion schließt die Schritte des a) Ausbildens eines Hohlraumes und eines Strömungskanals, welche beide voneinander durch eine Barriere getrennt sind, auf der Oberfläche eines Substrats, b) das Befestigen des Substrats an eine Abdeckplatte, c) das Verbinden des Hohlraums mit einem Probenlösungseinlass, welcher nach außen hin freigelegt ist, und d) das Verbinden des Strömungskanals mit einem Einlass und mit einem Auslass, welcher nach außen hin freigelegt ist, ein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Polymerase-Kettenreaktions-Kits einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines weiteren Kits für eine Polymerase-Kettenreaktion der ersten Ausführungsform.
3 ist eine perspektivische Ansicht des Polymerase-Kettenreaktions-Kits der ersten Ausführungsform und einer Befestigungsplatte, welche das Kit aufnimmt.
4 ist eine perspektivische Ansicht noch eines weiteren Kits für die Polymerase-Kettenreaktion der ersten Ausführungsform.
Die 5 bis 9 zeigen Schnittansichten, welche die Herstellungsschritte für das Polymerase-Kettenreaktions-Kit der ersten Ausführungsform veranschaulichen.
10 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Substrats des Polymerase-Kettenreaktions-Kits einer zweiten Ausführungsform.
11 ist eine Seitenansicht des Substrats des Polymerase-Kettenreaktions-Kits, welches in 10 gezeigt ist.
Die 12 und 13 zeigen Schnittansichten, welche Herstellungsschritte des Polymerase-Kettenreaktions-Kits der zweiten Ausführungsform illustrieren.
14 zeigt in einem Schnitt eine perspektivische Explosionsansicht des Polymerase-Kettenreaktions-Kits einer dritten Ausführungsform.
15 ist eine Schnittansicht des Polymerase-Kettenreaktions-Kits, welches in 14 gezeigt ist.
16 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht im Schnitt eines weiteren Kits für die Polymerase-Kettenreaktion der dritten Ausführungsform.
17 ist eine Schnittansicht des Polymerase-Kettenreaktions-Kits, welches in 16 gezeigt ist.
18 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht im Schnitt eines noch weiteren Kits für die Polymerase-Kettenreaktion der dritten Ausführungsform.
19 ist eine Schnittansicht des Polymerase-Kettenreaktions-Kits, welches in 18 gezeigt ist.
Die 20 bis 22 sind Schnittansichten, welche die Herstellungsschritte für das Polymerase-Kettenreaktions-Kit veranschaulichen, das in 14 gezeigt ist.
Die 23 und 24 sind Schnittansichten, welche die Herstellungsschritte für das Polymerase-Kettenreaktions-Kit veranschaulichen, das in 16 gezeigt ist.
Die 25 und 26 sind Schnittansichten, welche die Herstellungsschritte für das Polymerase-Kettenreaktions-Kit veranschaulichen, das in 18 gezeigt ist.
27 ist eine perspektivische Ansicht des Substrats von noch einem weiteren Kit für die Polymerase-Kettenreaktion der dritten Ausführungsform.
28 ist eine perspektivische Ansicht, welche von der anderen Seite des Substrats, welches in 27 gezeigt ist, gesehen wird.
Die 29 und 30 sind Seitenansichten, welche die Herstellungsschritte für ein Polymerase-Kettenreaktions-Kit veranschaulichen, in welchem das Substrat verwendet wird, das in 27 gezeigt ist.
31 ist eine Schnittansicht eines Polymerase-Kettenreaktions-Kits einer vierten Ausführungsform.
Die 32 bis 35 sind Schnittansichten, welche die Herstellungsschritte für das Polymerase-Kettenreaktion-Kit veranschaulichen, das in 31 gezeigt ist.
36 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Polymerase-Kettenreaktions-Kits einer fünften Ausführungsform.
Die 37 bis 39 sind Schnittansichten, welche die Herstellungsschritte für das Polymerase-Kettenreaktion-Kit veranschaulichen, das in 36 gezeigt ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
ERSTE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
1 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Polymerase-Kettenreaktions-Kits einer ersten Ausführungsform. Ein Substrat 1, welches aus Silizium hergestellt ist, weist einen Hohlraum 2 auf seiner ersten Seite auf. Ein Strömungskanal 3 ist entlang den beiden Seiten des Hohlraums 2 ausgebildet. Der Hohlraum 2 und der Strömungskanal 3 sind voneinander durch eine Barriere 4, welche aus Silizium hergestellt ist, getrennt.
Der Hohlraum 2 weist eine rechteckige Form auf. Der Strömungskanal 3 ist angrenzend an längeren Seiten des Rechtecks ausgebildet. Der Strömungskanal 3 umgibt kürzere Seiten des Rechtecks, so dass er mit einer Einströmungsrinne 5 und einer Ausströmungsrinne 6 zusammentrifft.
Zusätzlich ist eine Abdeckplatte 12, die aus Glas hergestellt ist, an der ersten Oberfläche des Substrats 1 befestigt. Die Abdeckplatte 12 besitzt I) Probeninjektionseinlässe 7, die mit dem Hohlraum 2 zu verbinden sind, und II) eine Einströmungsöffnung 8 und eine Einströmungsöffnung 9 für ein Heizmittel, die mit der Einströmungsrinne 5 bzw. der Ausströmungsrinne 6 zu verbinden sind. Die Abdeckplatte 12 dichtet den Hohlraum 2 und den Strömungskanal 3 von außen ab, wobei lediglich die Probeninjektionseinlässe 7 (im Weiteren Einlässe 7), die Einströmungsöffnung 8 und die Ausströmungsöffnung 9 freigelegt sind.
Das Substrat 1, welches aus Silizium hergestellt ist, und die Abdeckplatte 12, welche aus Glas hergestellt ist, werden direkt aneinander befestigt oder mit Hilfe eines Haftmit tels verbunden. Wenn ein Haftmittel für das Verbinden von diesen verwendet wird, kann sich das Haftmittel in einer Probenlösung für die Polymerase-Kettenreaktion in dem Hohlraum 2 auflösen. Aus diesem Grund sollte bevorzugter Weise die direkte Befestigung verwendet werden. Wenn es keine andere Wahl gibt, als ein Haftmittel aufgrund von Materialbedingungen des Substrats 1 und der Abdeckplatte 12 zu verwenden, sollte eine Vorkehrung dagegen getroffen werden, dass sich das Haftmittel mit der Lösung mischt. Bevorzugte Befestigungsverfahren einschließlich der zuvor genannten direkten Befestigung werden später beschrieben.
In der oben beschriebenen Struktur kann der Hohlraum 2 mit einer Probenlösung mit einer kleinen Menge gefüllt werden. Das heißt, dass die Polymerase-Kettenreaktion mit einem Minimum an Verschwendung der Probenlösung ausgeführt werden kann. Zudem ist der Strömungskanal 3 zumindest einem Bereich des Hohlraums 2 über die Barriere 4 benachbart. In einer solchen Struktur kann ein Heizmittel, welches durch die Seitenoberfläche des Hohlraums 2 zirkuliert, eine schnelle Temperaturkontrolle für die Probenlösung zur Verfügung stellen, wodurch die Polymerase-Kettenreaktion beschleunigt wird. Zusätzlich ist die Barriere 4 als eine Trennung zwischen dem Strömungskanal 3 und dem Hohlraum 2 aus Silizium – dem selben Material, wie demjenigen des Substrats 1 – hergestellt. Das Ausbilden des Hohlraums 2 und des Strömungskanals 3 aus einem identischen Trägermaterial kann zu einer Anordnung mit hoher Dichte in der Struktur führen. Als ein weiterer Vorteil ermöglicht das Siliziummaterial eine Mikroverarbeitung durch das Herstellungsverfahren, das später beschrieben werden wird. In diesem Verfahren kann zum Beispiel die Barriere 4 so dünn wie 100 μm oder weniger sein. Die Barriere 4 ist aus Silizium hergestellt, welches eine thermische Leitfähigkeit aufweist, die höher als die Leitfähigkeit von Glas oder Kunstharz ist, welche für eine Struktur des vorherigen Stands der Technik verwendet worden ist. Außerdem ist die Barriere 4 somit dünn. Somit kann das Heizmittel, wenn es durch den Strömungskanal 13 zirkuliert, die Temperatur der Probenlösung in dem Hohlraum 2 schnell erhöhen oder verringern.
Es werden hier Verfahren der Polymerase-Kettenreaktion beschrieben, bei denen das Polymerase-Kettenreaktions-Kit der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Zuerst wird eine Probenlösung vorbereitet, die in den Hohlraum 2 einzuführen ist. Die Probenlösung ist zum Beispiel aus der Mischung der unten genannten Materialien hergestellt.
Als eine Vorlage einer zu verstärkenden Ziel-DNA wird eine λDNA verwendet. Als ein Primer werden 5'-GATGAGTTCGTGTCCGTACAACT-3' und 5'-GGTTATCGAAATCAGCCACAGCGCC-3' verwenden. Ihre Konzentrationen werden geeignet kontrolliert. Es versteht sich, dass A für die Adeninbase, G für Guaninbase, C für die Cyastinbase und T für die Thyminbase stehen. Des Weiteren wird eine geeignete Menge von anderen notwendigen Bestandteilen, eine Deoxynucleoid-Triphosphat-Mischung, MgCl₂, dem oben genannten Material zur Herstellung der Probenlösung hinzugefügt.
Als Nächstes wird die Probenlösung in den Hohlraum 2 durch die Einlässe 7 des Polymerase-Kettenreaktions-Kits, das in 1 gezeigt ist, injiziert, und es werden die Einlässe 7 mit einem Deckel (nicht gezeigt) abgedeckt. Durch Pressen eines Silikongummis oder ähnlichem gegen die Einlässe 7 kann ein Auslaufen der Probenlösung verhindert werden. Auf der anderen Seite ermöglicht es das Verbinden der Einströmungsöffnung 8 und Ausströmungsöffnung 9 mit einem externen Wärmezirkulator, dass ein Heizmittel durch den Strömungskanal 3 zirkuliert. Bei dem Heizprozess zirkulieren Heizmittel, die drei verschiedene Temperaturen von ungefähr 94 °C, 55 °C und 72 °C aufweisen, für eine bestimmte Zeitperiode in der genannten Reihenfolge. Die Zirkulation der Heizmittel versieht die Probenlösung mit einer Temperatur, welche für jeden Prozess der Polymerase-Kettenreaktion geeignet ist und I) die thermische Denaturierung durch das Heizmittel von 94 °C, II) die Vergütung durch das Heizmittel von 55 °C und III) die Vermehrungsreaktion durch das Heizmittel von 72 °C fördert. Der Temperatursteuerzyklus von I) bis III) wird 30 bis 50 Mal wiederholt. Auf diese Weise wird die Ziel-DNA durch die Polymerase-Kettenreaktion verstärkt.
Gemäß dem Polymerase-Kettenreaktion-Kit der vorliegenden, wie oben beschriebenen, Ausführungsform wird die dreistufige Temperatursteuerung der Probenlösung durch Zirkulieren von Heizmitteln ausgeführt, die für jeden Prozess geeignet erhitzt werden. Zudem trennt lediglich die Barriere, welche aus Silizium mit einer Dicke von 100 μm oder weniger hergestellt ist, den Hohlraum 2 von dem Strömungskanal 3. Die Struktur ermöglicht somit einen starken Wärmeaustausch. Verglichen mit der Struktur, in der ein Heizblock für die Steuerung der Temperatur einer Probenlösung verwendet wird, kann die Struktur der vorliegenden Ausführungsform die Zeit, die für die Reaktionsprozesse erforderlich ist, extrem verkürzen.
Des Weiteren gewährleistet der Hohlraum 2, der sehr klein in der ersten Oberfläche des Substrats angeordnet ist, dass die Polymerase-Kettenreaktion selbst mit einer geringen Menge einer Probenlösung stattfindet.
Der Einlass 7, die Einströmungsöffnung 8 und die Ausströmungsöffnung 9 sollten vorzugsweise in einer konischen Form ausgebildet sein, in der der Durchmesser der oberen Seite der Glasabdeckplatte 12 größer als derjenige auf der Seite ist, die an dem Substrat 1 zu befestigen ist. Die konische Ausbildung der Öffnungen erleichtert die Injektion einer Probenlösung mit einer Mikropipette und ähnlichem. Als ein weiterer Vorteil der konischen Form kann ein Röhrchen zum Zirkulieren eines Heizmittels einfach in die Einströmungsöffnung 8 und die Ausströmungsöffnung 9 eingeführt werden. Wenn auch eine Probenlösung durch einen einzelnen Einlass injiziert/entfernt werden kann, wird es bevorzugt, zwei oder mehr Injektionseinlässe 7 zu haben. Wenn eine Probenlösung in einen der Einlässe injiziert wird, kann aus dem Rest Luft aus dem Hohlraum 2 entweichen, wodurch eine einfache Injektion ermöglicht wird. Es versteht sich, dass das Ausbilden des Einlasses 7, der Einströmungsöffnung 8 und der Ausströmungsöffnung 9 in einer konischen Form einen bevorzugten Effekt besitzt.
Zusätzlich ermöglicht die rechteckige Form des Hohlraums 2, dass die Struktur eine Anordnung mit hoher Dichte besitzt, in der sich eine Mehrzahl von Hohlräumen 2 benachbart zu jedem Strömungskanal 3 befindet. Aufgrund dieser Struktur kann das Kit der vorliegenden Ausführungsform mehr als eine Probenlösung für die Polymerase-Kettenreaktion zur selben Zeit handhaben. Des Weiteren kann jeder Hohlraum 2 mit einer Probenlösung gefüllt werden, welche verschiedene Ziel-DNA enthält, um mehr als eine verschiedene Ziel-DNA zur verstärken. Durch Versehen einer jeden Probenlösung mit einer Temperatursteuerung durch Zirkulation eines Heizmittels wird es dem Kit ermöglicht, getrennt die Polymerase-Kettenreaktion hinsichtlich jeder Probenlösung auszuführen. Anstelle der rechteckigen Form ermöglicht ein ovalförmiger Hohlraum 2 dieselbe Wirkung.
Sodann kann die Struktur, in welcher der Einlass 7, die Einströmungsöffnung 8 und die Ausströmungsöffnung 9, sämtlich auf der oberen Oberfläche der Abdeckplatte 12 angeordnet sind, den Prozess des Zirkulierens eines Heizmittels vereinfachen. Es folgt in einiger Ausführlichkeit eine Erläuterung der Verwendung einer Befestigungsplatte (im Weiteren Platte) 31, wie sie in 3 gezeigt ist. Die Platte 31 weist eine Einsparung auf, in welcher das Polymerase-Kettenreaktions-Kit 10 (im Weiteren Kit 10) der Ausführungs form aufgenommen wird. Eine Abdeckplatte 32, welche aus Silikongummi hergestellt ist, wird in einem Bereich entsprechend dem Einlass 7 des Kits 10 angeordnet. Zusätzlich werden eine Einspeiseöffnung 33 und eine Ausführöffnung 34 so angeordnet, dass sie der Einströmungsöffnung 8 bzw. der Ausströmungsöffnung 9 entsprechen. Des Weiteren werden ein externer Einlass 37 und ein externer Auslass 38 der Platte 31 in Fluidverbindung mit der Einspeiseöffnung 33 bzw. der Ausführöffnung 34 angeschlossen.
In einem derart strukturierten Kit 10, in dem der Einlass 7, die Einströmungsöffnung 8 und die Ausströmungsöffnung 9 sämtlich auf derselben Oberfläche der Abdeckplatte 12 angeordnet sind, wird eine Probenlösung in den Hohlraum 2 injiziert, und sodann wird das Kit in die Platte 31 eingesetzt, so dass die Abdeckplatte 12 der Platte 31 gegenüberliegt. Durch den Einsatz, das Abdichten des Einlasses 7, kann die Verbindung zwischen der Einströmungsöffnung 8 und der Einspeiseöffnung 33 und die Verbindung zwischen der Ausströmungsöffnung 9 und der Ausführöffnung 34 gleichzeitig erfolgen, wodurch die Operationen, welche für den Reaktionsprozess erforderlich sind, vereinfacht werden können. Das Ausbilden des Einlasses 7, der Einströmungsöffnung 8 und der Ausströmungsöffnung 9, so dass sie auf der Abdeckplatte 12 angeordnet sind, ermöglicht das Abdichten und die Verbindungen, die oben beschrieben worden sind.
Wenn auch der in der Ausführungsform beschriebene Hohlraum eine rechteckige Form hat, ist er nicht darauf beschränkt, solange eine hohe thermische Leitfähigkeit zwischen dem Hohlraum und dem Strömungskanal beibehalten werden kann. Zum Beispiel kann der Hohlraum in der Struktur ausgebildet sein, welche in 4 gezeigt ist. Der Hohlraum 45, der auf dem Substrat 44 ausgebildet ist, weist eine mäanderförmige Form mit einer schmalen Breite und einer Mehrzahl von Krümmungen auf. Der Strömungskanal 46 verläuft entlang beider Seiten des Hohlraums 45. Die Struktur, in welcher der Strömungskanal 46 hinsichtlich des Volumens des Hohlraumes 45 eine große Fläche aufweist, ermöglicht es einem Heizmittel, eine Probenlösung mit einer wirksamen Temperatursteuerung zu versehen.
Das Ausbilden des Hohlraums, so dass er eine kleine Breite aufweist, erhöht die thermische Wirksamkeit. Des Weiteren realisiert das Ausbilden des Hohlraums, so dass er mehrere Krümmungen aufweist, einen Aufbau hoher Dichte auf dem Substrat. Deshalb kann ein spiralförmiger Hohlraum dieselbe Wirkung bereitstellen.
Es wird hier der Prozess der Herstellung des Polymerase-Kettenreaktions-Kits der Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die 5 bis 9 sind Schnittansichten, welche den Herstellungsprozess des Polymerase-Kettenreaktions-Kits der Ausführungsform veranschaulichen.
Eine Lackmaske 21 wird auf einem Substrat 1, welches aus Silizium hergestellt ist, wie es in 5 gezeigt ist, durch Photolithographie ausgebildet. Wenn das Substrat 1 und eine Glasplatte durch direkte Befestigung befestigt werden sollen, muss zumindest die obere Oberfläche des Substrats 1 zuvor in eine Spiegeloberfläche poliert werden; für andere Befestigungsverfahren ist das Polieren nicht notwendig.
Als Nächstes werden der Hohlraum 2 und der Strömungskanal 3, wie es in 6 gezeigt ist, durch Ätzen ausgebildet. Der Ätzprozess sollte vorzugsweise durch Trockenätzen mit zumindest zwei Arten von Gasen: einem promotiven Gas und einem suppresiven Gas für Ätzen ausgebildet werden. In dem Ätzprozess, in dem promotives Gas, wie SF₆ und CF₄ verwendet werden, dringt das Ätzen unter die Lackmaske 21 – dieses ist als Seitenätzphänomen bekannt. Es ist daher unmöglich, Rinnen mit hoher Dichte zu Ätzen. Auf der anderen Seite setzt sich in dem Ätzprozess, in dem suppresive Gase, wie C₄F₈ und CHF₃, den zuvor genannten promotiven Gasen beigemischt werden, das Ätzen lediglich nach unten hin fort. Dieses ist durch einen Schutzfilm begründet, der auf einer Ätzkante durch das suppresive Gas ausgebildet wird. Dieses ermöglicht es, dass das Substrat eine genaue Konfiguration des Hohlraums 2 und des Strömungskanals 3 aufweist.
In dem Ätzprozess wird es bevorzugt, dass die Operation eines 1 bis 3 μm-Ätzens durch das promotive Gas und die Operation des Ausbildens eines 0,3 bis 1 μm dicken Schutzfilms durch das suppresive Gas alle paar Sekunden alternativ wiederholt werden soll. Verglichen mit der Verwendung der zwei gemischten Gase kann die abwechselnde Verwendung der zwei Gase eine Barriere 4 mit ausgeprägter Vertikalstruktur ausbilden, wodurch es ermöglicht wird, dass das Substrat den Hohlraum 2 und den Strömungskanal 3 darauf mit maximaler Dichte besitzt. Auch wenn die obige Beschreibung empfiehlt 1 bis 3 μm von dem Substrat wegzuätzen und eine Dicke von 0,3 bis 1 μm für den Schutzfilm, ist sie nicht darauf beschränkt; sie können geeignet entsprechend der Konfiguration des Hohlraums 2 und des Kanals 3 bestimmt werden.
Als Nächstes wird die Lackmaske 22, wie es in 7 gezeigt ist, auf der Abdeckplatte 2 ausgebildet, welche aus Glas hergestellt ist. Wenn die Abdeckplatte 12 und das Substrat 1 durch direktes Befestigen befestigt werden sollen, muss zumindest die untere Oberfläche der Abdeckplatte 12 Hochglanz poliert werden; die Hochglanzebene ist für andere Befestigungsverfahren nicht notwendig.
Dem obigen Prozess folgend werden der Einlass 7, die Einströmungsöffnung 8 und die Ausströmungsöffnung 9 (beide Öffnungen sind nicht gezeigt) in der Abdeckplatte 12 durch Sandstrahlen ausgebildet. Die Verwendung des Sandstrahlens kann diese Öffnungen, wie es in 8 gezeigt ist, konisch ausbilden. Eine solche konische Öffnung erleichtert eine einfache Injektion eines Heizmittels oder einer Probenlösung durch eine Mikropipette, wie es oben beschrieben ist.
Die Befestigungsoberflächen des Substrats 1 und der Abdeckplatte 2 werden gründlich gereinigt mit einer sorgfältigen Handhabung, so dass sie von Schmutz frei sind. Wie es in 9 gezeigt ist, erzeugt das Aufeinanderpressen der Oberflächen gegeneinander, so dass Luft dazwischen entfernt wird, eine anziehende Kraft, das heißt eine van-der-Waals-Kraft, zwischen dem Substrat 1 und der Abdeckplatte 12. Durch die Verwendung von Wärme in einem Bereich von 250 °C bis 500 °C werden das Substrat 1 und die Abdeckplatte 12 sicher miteinander verbunden. Auf diese Weise vollendet die direkte Befestigung das Polymerase-Kettenreaktions-Kit der Ausführungsform.
Es ist ebenso möglich, eine Mehrzahl der Kits auf einem großen Substrat zur selben Zeit auszubilden. In diesem Fall werden das Substrat 1 und die Abdeckplatte 12 durch die direkte Befestigung aneinander befestigt, und sie werden sodann in individuelle Kits durch Schneiden getrennt. Als eine andere wirksame Bondierung kann das Substrat 1 und die Abdeckplatte 12 durch eine anodische Befestigung bondiert werden. Bei dar anodischen Befestigung stellt die Verwendung einer hohen Spannung dem Substrat 1 und der Abdeckplatte 12 eine elektrische Adsorption nach dem Zusammenpressen des Substrats 1 und der Abdeckplatte 12 zur Verfügung. Des Weiteren weisen das Substrat 1 und die Abdeckplatte 12 durch die Anwendung von Wärme bei 250 bis 500 °C eine feste Bondierung auf. Im Unterschied zu den zuvor genannten Befestigungsverfahren können die zwei Platten mit einem Haftmittel miteinander verbunden werden. In diesem Fall muss eine Vorkehrung dagegen getroffen werden, dass das Material des Haftmittels einen negativen Effekt auf die Probenlösung hat.
Das Substrat 1 kann aus einem anderen Material als Silizium hergestellt werden solange wie das Material keine chemische Reaktion mit der Probenlösung aufweist: ein Halbleiter, wie Galliumarsenid, Glas, Kunststoffe, Keramiken, Metall usw. Das Glassubstrat kann Siliziumglas, Bleiglas, Borsilikatglas, Mineralglas einschließen. Das Kunststoffsub strat kann Polymethyl-Methacrylat und sein Kopolymer, Polystylen, Polyethylen-Terephthalat einschließen. Das Substrat 1, welches aus Galliumarsenid hergestellt ist, wird zum Beispiel durch Trockenätzen, wie reaktives Ionenätzen (RIE) geätzt. Das Glassubstrat 1 kann durch Nassätzen mit Fluorsäure sowie durch Trockenätzen geätzt werden. Das Kunststoffsubstrat 1 kann durch Nanoprinting verarbeitet werden; es bleibt jedoch dabei, dass Silizium das beste Material für das Substrat 1 dahingehend ist, dass es mit hoher Genauigkeit mit dem oben beschriebenen Ätzverfahren einen sehr kleinen Hohlraum bereitstellt.
Auf der anderen Seite kann die Abdeckplatte 12, die verhindert, dass eine Probenlösung aus dem Hohlraum 2 fließt, aus einem Material ausgebildet sein, das dasselbe wie dasjenige des Substrats 1 ist. In dem Bondierungsprozess ist es notwendig, dass die Abdeckplatte 12 und das Substrat 1 in einen engen Kontakt kommen, um die Probenlösung in dem Hohlraum 2 abzudichten. Daher ist es wichtig, eine Materialkombination zu wählen, welche für das Bondieren des Substrats 1 und der Abdeckplatte 12 geeignet ist. Für eine Bondierung ohne Haftmittel, welche das anodische Befestigen und das direkte Befestigen einschließt, ist die bevorzugte Kombination: I) das Substrat 1 ist aus Silizium hergestellt und die Abdeckplatte 12 ist aus Siliziumdioxid oder einem Glas, welches Siliziumdioxid enthält, hergestellt, II) das Substrat 1 ist aus Silizium hergestellt und die Abdeckplatte 12 ist aus Silizium hergestellt, oder III) das Glassubstrat 1 und die Glasabdeckplatte 12. Im Unterschied zu der zuvor genannten Materialauswahl kann es mehrere verwendbare Kombinationen, zum Beispiel die Kombination, die allgemein aus Kristall hergestellt ist, die Kombination, die allgemein aus Lithiumtantalat hergestellt ist, geben.
Als eine noch weitere Bondierungsart kann Fluorsäurebondieren verwendet werden. Bei dem Bondieren schmilzt durch die Anwendung von Fluorsäure auf die befestigten Oberflächen des Substrats 1 und der Abdeckplatte 12 die Grenzfläche, wodurch eine feste Verbindung zur Verfügung gestellt wird. In diesem Fall wird die Materialkombination verwendet, die im Allgemeinen aus Glas oder Siliziumglas hergestellt ist. Für eine Verbindung mit Haftmitteln kann das Material aus einem Kunststoff hergestellt sein. Wie oben beschrieben, gibt es verschiedene Materialkombinationen; eine optimale Kombination sollte gemäß den folgenden Punkten bestimmt werden: einem Bondierungsverfahren, einem Verarbeitungsverfahren des Hohlraums 2 und des Kanals 3, die erforderliche Dichte der Hohlräume, die thermische Leitfähigkeit des Materials und die Kosten.
Das Siliziumsubstrat 1 und die Glasabdeckplatte 12, die in der Ausführungsform beschrieben sind, stellen eine hervorragende Kombination hinsichtlich I) dem Erhalten der Hohlräume 12 in einer Anordnung hoher Dichte, II) der hohen thermischen Leitfähigkeit von Silizium und III) einer verlässlichen Verbindung dar.
ZWEITE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
10 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Substrats des Polymerase-Kettenreaktions-Kits einer zweiten Ausführungsform. 11 ist eine Seitenansicht des Kits, das in 10 gezeigt ist. Die Struktur der Ausführungsform unterscheidet sich von der Struktur der ersten Ausführungsform darin, dass das Substrat 51 eine Mehrfachschichtstruktur besitzt, die aus den Siliziumschichten 52, 54 besteht, und eine Glasplatte 53, welche aus Siliziumdioxid oder einem Glas, das Siliziumdioxid enthält, hergestellt ist.
In der ersten Ausführungsform ist das Substrat lediglich aus Silizium hergestellt. Um eine konsistente Tiefe des Hohlraums 2, der in 1 gezeigt ist, zur Verfügung zu stellen, ist es notwendig, die Ätzoperation bei einer vorbestimmten Ätztiefe anzuhalten. Eine Ätzrate hängt jedoch von der Betriebsbedingung einer Ätzvorrichtung ab, und demgemäß ist es oftmals schwierig, die Operation bei einer gewünschten Tiefe anzuhalten. Im Allgemeinen werden bei der Herstellung des Polymerase-Kettenreaktions-Kits 10 aufgrund seines kleinen Körpers mit ungefähr 5 × 10 mm eine Mehrzahl von Hohlräumen 2 in ein Siliziumsubstrat mit einem Durchmesser von mehr als 100 mm durch Ätzen geätzt. In diesem Fall kann es sein, dass die sich an verschiedenen Stellen in dem Substrat befindenden Hohlräume aufgrund von Variationen in den Ätzeinrichtungen oder den Ätzbedingungen keine gleichförmige Ätztiefe aufweisen.
Um das obige Problem anzugehen, weist das Substrat 51 der Ausführungsform eine Mehrfachschichtstruktur auf, welche aus Siliziumschichten 52, 54 gebildet wird, und eine Glasplatte 53, welche aus Siliziumdioxid oder Glas, welches Siliziumdioxid enthält, hergestellt ist. Bei dem Ätzprozess wird lediglich die obere Siliziumschicht 52 geätzt. Das heißt, dass, wie es in 11 gezeigt ist, der Hohlraum 55 eine Tiefe entsprechend der Dicke der Siliziumschicht 52 unter Beibehalten einer gleichförmigen Ätztiefe aufweist. Wie es oben beschrieben ist, kann die Verwendung des Mehrfachschichtsubstrats 51 eine sehr genaue Konfiguration eines Hohlraums, eines Strömungskanals und einer Barriere zur Verfügung stellen, wodurch es ermöglicht wird, dass das Polymerase-Kettenreaktios-Kit eine ziemlich gleichförmige Menge einer Probenlösung besitzt.
Es wird hier mit Bezug auf die 12 und 13 eine ausführliche Erläuterung der Herstellung des Kits gegeben.
Als Erstes wird durch Photolithographie eine Lackmaske 60 auf der Seite der oberen Siliziumschicht 52 des Substrats 51 ausgebildet. Es werden ein Hohlraum 55 und ein Strömungskanal 57, wie es in 12 gezeigt ist, durch Trockenätzen ausgebildet. Das Trockenätzen wird auf die selbe Art ausgeführt, wie diejenige, die in der ersten Ausführungsform beschrieben ist. Die Ätzrate verringert sich merklich, wenn die Ätztiefe die Oberfläche der Glasplatte 53 erreicht. Das heißt, dass die Dicke der oberen Siliziumschicht 52 die Tiefe eines Hohlraums definiert, wodurch es ermöglicht wird, dass jeder Hohlraum eine gleichförmige Tiefe besitzt.
Als Nächstes wird, wie es in 13 gezeigt ist, die Glasabdeckplatte 58, welche den Probeninjektionseinlass 59, eine Einströmungsöffnung und eine Ausströmungsöffnung (die beiden Öffnungen sind nicht gezeigt) aufweist, an einer ersten Oberfläche des Substrats 51 befestigt. Dieses vollendet das Polymerase-Kettenreaktions-Kit 56 der Ausführungsform.
Der Injektionseinlass 59, die Einströmungs- und Ausströmungsöffnungen sind hinsichtlich des Herstellungsverfahrens, der Positionierung und der Form genau dieselben, wie diejenigen die in der ersten Ausführungsform eingeführt worden sind. Wie in der Struktur in der ersten Ausführungsform verbessert die Ausbildung der Öffnungen in einer konischen Form eine einfache Injektion einer Probenlösung und eines Heizmittels. Zusätzlich ist das Anordnen der Öffnungen in der Abdeckplatte 58 dahingehend wirksam, dass die Probenlösung einfach in den Hohlraum eingesetzt werden kann, und es kann das Heizmittel leicht in den Kanal 57 eingeführt und von diesem gesammelt werden.
DRITTE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
14 zeigt im Schnitt eine perspektivische Explosionsansicht eines Polymerase-Kettenreaktions-Kits 68 einer dritten Ausführungsform. 15 stellt eine Schnittansicht des in 14 gezeigten Kits dar. Aus Klarheitsgründen zeigen beide Figuren Schnitte entlang dem Probeninjektionseinlass 66 (im Weiteren Einlass 66). Ein Hohlraum 62 wird, wie es in 14 gezeigt ist, auf einer ersten Oberfläche des Substrats 61 ausgebildet. Ein Strömungskanal 63 wird auf einer zweiten Oberfläche des Substrats 61 so angeordnet, dass er entlang eines seitlichen Abschnitts 169 des Hohlraums 62 verläuft. Das Substrat 61 wird zwischen einer ersten Abdeckplatte 64, welche den Einlass 66 auf weist, und einer zweiten Abdeckplatte 65, welche eine Einströmungsöffnung (nicht gezeigt) und Ausströmungsöffnung 67 für ein Heizmittel aufweist, angeordnet. Als Barriere dienend trennt der Seitenabschnitt 169 den Hohlraum 62, welcher eine Probenlösung enthält, von dem Kanal 63, durch welchen ein Heizmittel zirkuliert. Daher muss bei der Struktur nicht besorgt werden, dass sich die Probenlösung mit dem Heizmittel mischen könnte.
In der Struktur der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, sind der Hohlraum 2 und der Strömungskanal 3 durch Befestigen einer Barriere 4 an der Abdeckplatte 12 voneinander getrennt. Wenn als Heizmittel ein gasförmiges Fluid, wie He, N₂, verwendet wird, kann ein derart strukturiertes Kit ein Problem erzeugen – wenn der Strömungskanal 3 aufgrund einer schlechten Befestigung einen kleinen Defekt aufweist, könnte das gasförmige Fluid durch die Öffnung in den Hohlraum 2 gelangen. Auf der anderen Seite stellt das Kit der dritten Ausführungsform eine vollständige Trennung zwischen der Probenlösung und dem Heizmittel zur Verfügung, und demgemäß wird ein solches Problem nicht auftreten.
Es wird hier noch eine weitere Struktur der Ausführungsform beschrieben. 16 zeigt im Schnitt eine perspektivische Explosionsansicht eines Polymerase-Kettenreaktions-Kits 78 der Ausführungsform. 17 ist eine Schnittansicht des in 16 gezeigten Kits. Aus Gründen der Klarheit zeigen beide Figuren Schnitte entlang eines Probeninjektionseinlasses 76 (im Weiteren Einlass 76).
Ein Hohlraum 72 wird, wie es in 16 gezeigt ist, auf einer ersten Oberfläche eines Substrats 71 ausgebildet. Ein Strömungskanal 73 wird auf einer zweiten Oberfläche des Substrats 71 derart angeordnet, dass er entlang eines unteren Abschnitts 179 des Hohlraums 72 verläuft. Wie die zuvor beschriebene Struktur in der Ausführungsform wird das Substrat 71 zwischen einer ersten Abdeckplatte 74, welche einen Einlass 76 aufweist, und einer zweiten Abdeckplatte 75, welche eine Einströmungsöffnung (nicht gezeigt) und Ausströmungsöffnung 77 für ein Heizmittel aufweist, angeordnet. Als eine Barriere dienend trennt der untere Abschnitt 179 vollständig den Hohlraum 72, welcher eine Probenlösung enthält, von dem Kanal 73, durch welchen ein Heizmittel zirkuliert. Die Struktur, in der der Strömungskanal unterhalb des Hohlraums verläuft, ermöglicht es, dass der Strömungskanal 73 eine größere Fläche zum Abdecken des groß ausgebildeten Hohlraums 72 besitzt. In einer solchen Struktur kann das Heizmittel, welches durch den Strömungskanal 73 zirkuliert, mit Zuverlässigkeit die Temperatur der Probenlösung in dem Hohlraum 2 kontrollieren. Die Breite des Strömungskanals 73 sollte bevorzugter Weise, wie es in 17 gezeigt ist, größer als der untere Abschnitt 179 des Hohlraums 72 sein. Eine solche Struktur trägt zu einem effektiven Wärmeaustausch über die gesamte Fläche des unteren Abschnitts 179 bei und ist für eine einfache Ausbildung des Strömungskanals 73 hilfreich.
Es wird hier eine noch weitere Struktur der Ausführungsform beschrieben. 18 zeigt im Schnitt eine perspektivische Explosionsansicht eines Polymerase-Kettenreaktions-Kits 88 der Ausführungsform. 19 ist eine Schnittansicht des in 18 gezeigten Kits. Aus Gründen der Klarheit zeigen die beiden Figuren Schnitte entlang eines Probeninjektionseinlasses 86 (im Weiteren Einlass 86).
Ein Hohlraum 82 wird, wie es in 18 gezeigt ist, auf einer ersten Oberfläche eines Substrats 81 ausgebildet. Ein Strömungskanal 83 wird derart auf einer zweiten Oberfläche des Substrats 81 angeordnet, dass er entlang eines unteren Abschnitts 189A und eines seitlichen Abschnitts 189B des Hohlraums 82 verläuft. Wie die Struktur, welche zuvor in der Ausführungsform beschrieben worden ist, wird das Substrat 81 zwischen der ersten Abdeckplatte 84, welche einen Einlass 86 aufweist, und einer zweiten Abdeckplatte 85, welche eine Einströmungsöffnung (nicht gezeigt) und Ausströmungsöffnung 87 für ein Heizmittel aufweist, angeordnet. Wie in den beiden zuvor genannten Strukturen sind der Hohlraum 82, welcher eine Probenlösung enthält, und der Strömungskanal 83 durch eine Barriere vollständig voneinander getrennt, welche aus dem unteren Abschnitt 189A und dem seitlichen Abschnitt 189B gebildet wird. Die Struktur, in welcher der Strömungskanal 83 entlang der Seite und an der Unterseite des Hohlraums 82 verläuft, ermöglicht es, dass der Strömungskanal 83 den Hohlraum 82 mit einer größeren Fläche in dem Fall des Hohlraums 82 mit großer Fläche umgibt. Eine solche Struktur verbessert den Wärmeaustausch zwischen einer Probenlösung und einem Heizmittel weiter.
Gemäß den Strukturen in der Ausführungsform unterliegt eine Probenlösung der Kettenreaktion in den Hohlräumen 62, 72 und 82. In den obigen Strukturen kann der Hohlraum mit einer Probenlösung mit einer sehr geringen Menge gefüllt werden. Das heißt, dass die Polymerase-Kettenreaktion mit einem minimalen Ausschuss der Probenlösung ausgeführt werden kann. Des Weiteren sind die Strömungskanäle 63, 73 und 83 zumindest einem Teil der Hohlräume 62, 72 und 82 über Barrieren 169, 179 bzw. 189A, 189B benachbart. In einer solchen Struktur kann ein Heizmittel, welches entlang dem seitlichen Abschnitt, dem unteren Abschnitt, oder beiden Abschnitten der Hohlräume 62, 72 und 82 zirkuliert, eine schnelle Temperatursteuerung für die Probenlösung zur Verfügung stellen, wodurch die Polymerase-Kettenreaktion beschleunigt wird. Zusätzlich sind in sämtlichen obigen Fällen die Probenlösung und das Heizmittel vollständig voneinander getrennt.
Als Nächstes werden die Verfahren zur Herstellung der Polymerase-Kettenreaktions-Kits 68, 78 und 88 der Ausführungsform in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Zu Beginn wird das Verfahren der Herstellung des Kits 68 der 14 in Bezug auf die 20 bis 22 beschrieben.
Es wird ein Hohlraum 62, wie es in 20 gezeigt ist, auf der ersten Oberfläche eines Siliziumsubstrats 61 ausgebildet. Der Ausbildungsprozess ist derselbe, wie er in der ersten Ausführungsform beschrieben ist; das Ausbilden der Lackmaske 69 durch Photolithographie und das folgende Ausbilden des Hohlraums 62 durch Trockenätzen unter Verwendung eines suppresiven Gases und eines promotiven Gases zum Ätzen.
Als nächster Schritt wird eine Lackmaske 70 auf der zweiten Oberfläche des Substrats 61 durch Photolithographie so ausgebildet, dass sie entlang beider seitlicher Abschnitte des Hohlraums 62 verläuft, und sodann wird der Strömungskanal 62 durch Trockenätzen ausgebildet. In dem Verfahren ist ein Beenden des Ätzvorgangs in einer geeigneten Tiefe notwendig, so dass nicht durch das Substrat 61 geätzt wird.
Das folgende Verfahren ist demjenigen ähnlich, welches in der ersten Ausführungsform durchgeführt wird. Das heißt, es wird ein Einlass 66 in einer ersten Glasabdeckplatte 64 ausgebildet, auf der anderen Seite werden die Einströmungsöffnung und Ausströmungsöffnung 67 in einer zweiten Glasabdeckplatte 65 ausgebildet. Die Öffnungen werden durch Sandstrahlen ausgebildet. Ein Befestigen der beiden Abdeckplatten an das Siliziumsubstrat 61 stellt das Polymerase-Kettenreaktions-Kit 68 fertig. Der Einlass 66, die Einströmungsöffnung und die Ausströmungsöffnung 67 sind genau denen der ersten Ausführungsform hinsichtlich des Herstellungsprozesses, der Form und der zu erwartenden Wirkung gleich.
Nunmehr wird der Herstellungsprozess von Kit 78, das in 16 gezeigt ist, mit Bezug auf die 23 und 24 beschrieben.
Als Erstes wird unter Verwendung von Photolithographie eine Lackmaske 79 auf der ersten Oberfläche des Substrats 71, wie es in 23 gezeigt ist, ausgebildet, und es wird der Hohlraum 72 durch Trockenätzen ausgebildet. Ebenso wird ein Strömungskanal 73 entlang der Unterseite des Hohlraums 72 ausgebildet. Nachdem ebenso durch Photolithographie eine Lackmaske 80 ausgebildet worden ist, wird ein Strömungskanal 73 durch Trockenätzen ausgebildet. In dem Verfahren sollte große Sorgfalt darauf verwendet werden, nicht durch die Unterseite des Hohlraums 72 zu ätzen.
Als Nächstes werden, wie es in dem Fall ist, der in 22 gezeigt ist, eine erste Abdeckplatte 74, welche einen Einlass 76 aufweist, und eine zweite Abdeckplatte 75, welche eine Einströmungsöffnung und eine Ausströmungsöffnung 77 aufweist, so befestigt, dass sie das Substrat 71 zwischen sich umfassen. Hierdurch wird das Polymerase-Kettenreaktions-Kit 78 fertiggestellt.
Mit Bezug nun auf die 25 und 26 wird der Herstellungsprozess des Kits 88 beschrieben.
Als Erstes wird unter Verwendung von Photolithographie eine Lackmaske 89 auf der ersten Oberfläche eines Substrats 81, wie es in 25 gezeigt ist, ausgebildet, und sodann wird ein Hohlraum 82 durch Trockenätzen ausgebildet. Ebenso wird ein Strömungskanal 83 entlang dem seitlichen und dem unteren Abschnitt des Hohlraums 82 ausgebildet. Als erster Schritt des Ausbildens des Strömungskanals wird der Strömungskanal 73 entlang der Unterseite, wie es in dem Fall ist, der in 23 gezeigt ist, ausgebildet. Als Nächstes wird eine Lackmaske 90, wie es in 25 gezeigt ist, über den Abschnitt entsprechend der Unterseite des Hohlraums 82 ausgebildet, und sodann wird ein Ätzen entlang den seitlichen Abschnitten des Hohlraums 82 ausgeführt. Auf diese Weise wird der gewünschte Strömungskanal 83 fertiggestellt.
26 zeigt das folgende Verfahren, das heißt, es werden, wie es der Fall ist, der in 22 gezeigt ist, eine erste Abdeckplatte 84, welche einen Einlass 86 aufweist, und eine zweite Abdeckplatte 85, welche eine Einströmungsöffnung und eine Ausströmungsöffnung 87 aufweist, so befestigt, dass sie das Substrat 81 zwischen sich umfassen. Hierdurch wird das Polymerase-Kettenreaktions-Kit 88 fertiggestellt.
Wie es in der zweiten Ausführungsform beschrieben ist, sollten die Substrate 61, 71 und 81 vorzugsweise aus einer Mehrfachschichtstruktur gebildet werden, welche aus Siliziumschichten und Siliziumdioxid oder einer Glasplatte, die Siliziumdioxid einschließt, her gestellt ist. Die Mehrfachschichtstruktur ist besonders in der Struktur der Ausführungsform wirksam, in welcher die Strömungskanäle 63, 73 und 83 unterhalb des Hohlraums verlaufen. Die 27 und 28 sind perspektivische Ansichten, welche das Mehrfachschichtsubstrat 91, welches für das Kit verwendet wird, das in 16 gezeigt ist, veranschaulichen. 27 zeigt eine perspektivische Ansicht des Substrats, wie es von der Seite des Hohlraums 95 aus gesehen wird, während 28 eine perspektivische Ansicht des Substrats zeigt, wie es von der Seite des Strömungskanals 97 aus gesehen wird.
Wie es aus den 27 und 28 offenbar wird, wird der Strömungskanal 97 von dem Hohlraum 95 lediglich durch die Barriere 96, welche Siliziumdioxid enthält, getrennt. Eine solche Struktur ermöglicht es, dass der Hohlraum 95 und der Strömungskanal 97 eine genaue Ätztiefe aufweisen. Des Weiteren weist die Barriere 96 wie die Glasplatte 93, die zwischen äußeren Schichten angeordnet ist, und den Hohlraum 95 von dem Strömungskanal 97 trennt, eine gleichförmige Dicke auf.
Verglichen mit Silizium weist Siliziumdioxid eine niedrigere thermische Leitfähigkeit auf. Jedoch kann die Glasplatte 93, welche Siliziumdioxid enthält, eine so geringe Dicke wie 1 μm aufweisen. Ein Herabsetzen der Dicke der Barriere 96 auf maximal 10 μm dünner als diejenige der Siliziumbarriere kann die niedrigere thermische Leitfähigkeit kompensieren, welches darin resultiert, dass eine hohe thermische Effizienz erreicht wird.
Die 29 und 30 sind Schnittansichten, welche das Herstellungsverfahren des Polymerase-Kettenreaktions-Kits, welches das Substrat 91 aufweist, veranschaulichen. Das Substrat 91 besitzt, wie es in 29 gezeigt ist, eine Mehrfachschichtstruktur, die aus Siliziumschichten 92 und 94 gebildet sind, und eine dazwischen angeordnete Glasplatte 93. Nach der Verwendung von Lackmasken 98 und 99 für die erste bzw. zweite Oberfläche des Substrats 91 durch Photolithographie wird das Ätzen des Hohlraums und des Strömungskanals wie in dem Fall ausgeführt, der in der ersten Ausführungsform beschrieben ist. Die Ätzrate verringert sich merklich, wenn die Ätztiefe die Oberfläche der Glasplatte 93, welche Siliziumdioxid enthält, erreicht. Dieses trägt zu der Ausbildung eines Hohlraums 95 und eines Strömungskanals 97 jeweils mit gleichförmiger Tiefe bei.
Die Barriere 96, namentlich die Glasplatte 93, welche extrem dünn ist, maximal 10 μm, trennt den Hohlraum 95 von dem Strömungskanal 97.
Des Weiteren stellt das Befestigen der ersten Abdeckplatte 100 und der zweiten Abdeckplatte 101 derart, dass sie das Substrat 91 zwischen sich umfassen, das Polymerase-Kettenreaktions-Kit, wie es in 30 gezeigt ist, fertig.
VIERTE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
31 ist eine Querschnittsansicht, die ein Polymerase-Kettenreaktions-Kit einer vierten Ausführungsform veranschaulicht. Die innere Wand des Hohlraums 108 ist, wie es in 31 gezeigt ist, lediglich aus einer Siliziumdioxidschicht 109 gebildet, und eine Barriere 102, welche das Innere des Hohlraums 108 von dem Strömungskanal 110 trennt, ist ebenso lediglich aus einer Siliziumdioxidschicht 109 gebildet. Aufgrund einer derartigen extrem dünnen Barriere 102 kann ein Heizmittel, welches durch den Strömungskanal 110 läuft, schnell und gleichförmig die Temperatur der Probenlösung, die in dem Hohlraum 108 enthalten ist, steuern.
Es wird hier der Herstellungsprozess des Polymerase-Kettenreaktions-Kits der Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.
Die 32 bis 35 sind Querschnittsansichten des Kits während des Herstellungsvorganges. Zuerst wird, wie es in 32 gezeigt ist, der Hohlraum 108 auf einer ersten Oberfläche des Siliziumsubstrats 105 durch Trockenätzen ausgebildet. Der Ätzvorgang ist derselbe, wie er in den anderen Ausführungsformen beschrieben worden ist.
Als Nächstes wird, wie es in 33 gezeigt ist, eine Siliziumdioxidschicht 109 durch thermisches Oxidieren auf den gesamten Oberflächen des Substrats 105 ausgebildet. Die aufgetragene Dicke der Siliziumdioxidschicht 109 wird schließlich die Dicke der Barriere 102; das Substrat 105 wird der thermischen Oxidierung unterzogen, bis die Barriere 102 eine gewünschte Dicke erhält. Um als Barriere 102 zu dienen, ist es erforderlich, dass die aufgetragene Schicht 109 von Löchern frei ist. Das Ausbilden der Schicht mit zumindest 2μm kann derartige fatale Fehlstellen vermeiden.
Als Nächstes wird, wie es in 34 gezeigt ist, eine Lackmaske 111 auf einer zweiten Oberfläche des Substrats 105 ausgebildet, und sodann wird die Siliziumdioxidschicht 109 auf dem Substrat 105 geätzt. Vorzugsweise sollte die Lackmaske 111 so auf dem Substrat 105 aufgetragen werden, dass sie eine freigelegte Fläche aufweist, die größer als die Unterseite des Hohlraums 108 ist. In der Struktur kann ein Strömungskanal 110 effizient entlang den seitlichen Abschnitten des Hohlraums 108 ausgebildet werden.
Als Nächstes wird, wie es in 35 gezeigt ist, das Substrat 105 an der zweiten Oberfläche geätzt. Das Ätzen erhöht die Tiefe zu dem Hohlraum 108 hin und erreicht zunächst die Unterseite des Hohlraums 108. Die Unterseite, das heißt, die Barriere 102, ist aus der Siliziumdioxidschicht 109 hergestellt. Daher ist die Barriere 102 gegenüber dem Ätzen widerstandsfähig. Außerdem ermöglicht es das Mustern der Lackmaske 111, in welcher eine freigelegte Fläche ausgebildet ist, die größer als die Unterseite des Hohlraums ist, dass das Substrat 105 in den seitlichen Abschnitten des Hohlraums 108 geätzt wird, was darin resultiert, dass der Hohlraum 108, welcher mit der Siliziumdioxidbarriere 102 ausgebildet ist, verbleibt.
Eine Dicke des Siliziumsubstrats 105 an dem oberen Abschnitt des Hohlraums 108 zu belassen, wie es in 35 gezeigt ist, kann dahingehend wirksam sein, die Struktur zu verstärken.
Wie es zuvor beschrieben worden ist, sind die innere Wand des Hohlraumes 108 und die Barriere 102 aus der Siliziumdioxidschicht 109 hergestellt. Des Weiteren ermöglicht das thermische Oxidationsverfahren, dass die Siliziumdioxidschicht 109 eine gleichförmige Dicke aufweist und ebenso, dass sie extrem dünn ist. In einer solchen Struktur kann ein Heizmittel, welches durch den Strömungskanal 110 fließt, die Temperatur der Probenlösung, die in dem Hohlraum 108 enthalten ist, mit hoher Effizienz steuern.
Anders als aus Siliziumoxid kann die Barriere 102 des Hohlraums 108 aus Siliziumnitrid, Nickel, Chrom, Gold oder Platin usw. ausgebildet werden. Wenn diese Materialien verwendet werden, wird die Barriere 102 durch allgemein verwendete Verfahren zur Dünnschichtabscheidung ausgebildet. Das heißt, dass, nachdem der Hohlraum 108 ausgebildet worden ist, die innere Wand der Barriere 102 einem Sputtering, einer Gasphasendampfabscheidung, chemische Dampfabscheidung (CVD) oder einem Plattieren anstelle der thermischen Oxidierung für das Siliziumdioxid unterliegen. Insbesondere weisen Gold und Platin eine thermische Leitfähigkeit auf, welche höher als diejenige von Siliziumdioxid ist. Daher ermöglicht es die Verwendung solcher Metalle, dem Polymerase-Kettenreaktions-Kit eine schnellere Temperaturkontrolle zur Verfügung zu stellen.
Das Kit der Ausführungsform besitzt die Struktur, in welcher der Strömungskanal 110 und der Hohlraum 108 durch die Barriere voneinander getrennt sind, welche aus einem Material gebildet ist, dessen Ätzrate niedriger als diejenige des Substrats 105 ist. In einer solchen Struktur ist die Barriere 102 frei davon in dem Ätzvorgang zur Ausbildung des Hohlraums 108 und des Strömungskanals 110 geätzt zu werden. Daher können der Hohlraum, der Strömungskanal und die Barriere mit großer Genauigkeit ausgebildet werden.
FÜNFTE BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORM
36 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Polymerase-Kettenreaktions-Kits einer fünften Ausführungsform. Wie die Struktur in der ersten Ausführungsform weist ein Substrat 105 einen Hohlraum 116 und einen Strömungskanal 117 auf seiner ersten Oberfläche auf. Die Struktur unterscheidet sich von derjenigen, die in der ersten Ausführungsform beschrieben worden ist, dahingehend, dass die Probeninjektionseinlässe 121 (im Weiteren Einlässe 121), die Einströmungsöffnungen 120 und Ausströmungsöffnungen 119 für ein Heizmittel an beiden Seiten des Substrats 115 angeordnet sind. Das heißt, dass ein Teil des Hohlraums 116 bis zu der Seite des Substrats 115 reicht und dort auf den Einlass 121 trifft. Ähnlich reicht der Strömungskanal 117 zu der Seite des Substrats 115 und trifft die Einströmungsöffnung 120 und Ausströmungsöffnung 119. Der Hohlraum 116 und der Strömungskanal 117 werden von außen durch Abdecken der ersten Oberfläche des Substrats 115 mit einer Abdeckplatte 122 abgedichtet. Eine Fluidverbindung mit der Außenseite wird durch die Einlässe 121, Einströmungsöffnungen 120 und Ausströmungsöffnungen 119 bereitgestellt. Das Anordnen von Einlässen 121 auf beiden Seiten des Substrats – eine für das Injizieren einer Probenlösung und die andere für das Auslassen von Luft aus dem Hohlraum, wenn die Probenlösung injiziert wird – erleichtert eine einfache Injektion. Für ein Kit mit einem einzelnen Injektionseinlass kann die Injektion mit Hilfe einer Zentrifuge ausgeführt werden.
In dem zuvor genannten Kit wird eine Probenlösung injiziert, und es wird ein Heizmittel durch die Öffnungen, die in den Seitenoberflächen des Substrats angeordnet sind, eingeführt/gesammelt. Das heißt, dass es keine Notwendigkeit dafür gibt, diese Öffnungen in der Abdeckplatte 122 auszubilden. Eine solche Struktur ermöglicht es nicht nur, dass das Substrat 115 die Konstruktion eines Hohlraumes 116 und eines Strömungskanals 117 mit einer Anordnung hoher Dichte aufweist, sondern ermöglicht es ebenso, dass die Abdeckplatte 122 frei von zusätzlichen Verarbeitungen ist.
Das Substrat 115 und die Abdeckplatte 122 können aus Materialien gebildet werden, die dieselben wie die der ersten Ausführungsform sind. Eine der hervorragenden Kombinationen ist das Siliziumsubstrat 115 gepaart mit der Glasabdeckplatte 122.
Nun wird das Verfahren zur Herstellung des Polymerase-Kettenreaktions-Kits der Ausführungsform beschrieben. Die 37 und 39 zeigen Schnittansichten, und die 38A und 38B zeigen Seitenansichten. Die Struktur der Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen, die in der ersten Ausführungsform beschrieben worden ist, dahingehend, dass das Substrat 115 mit einer nicht verarbeiteten, das heißt noch freien, Abdeckplatte 122 abgedeckt ist. Wie es in 37 gezeigt ist, wird eine Lackmaske 123 auf der ersten Oberfläche des Substrats 115 aufgebracht, und es werden sodann der Hohlraum 116 und der Strömungskanal 117 ausgebildet. In dem Maskierungsprozess wird, wie es in den 38A und 38B gezeigt wird, die Lackmaske 123 derart aufgebracht, dass der Einlass 121, die Einströmungsöffnung 120 und die Ausströmungsöffnung 119 auf der Seitenkante des Substrats 115 ausgebildet werden, und es wird sodann das Ätzen ausgeführt. Danach wird die Abdeckplatte 122, wie es in 39 gezeigt ist, auf dem Substrat angebracht.
Durch die obigen Verfahren werden der Einlass 121, die Einströmungsöffnung 120 und die Ausströmungsöffnung 119 auf der Seite des Substrats 115 ausgebildet. Um die Glasabdeckplatte 122 an dem Siliziumsubstrat 115 zu befestigen, werden, wie es in der ersten Ausführungsform der Fall ist, direktes Befestigen, das anodische Befestigen und Haftmittel verwendet.
Auch wenn die zuvor genannte Beschreibung das Verfahren einführt, in den der Einlass 121, die Einströmungsöffnung 120 und die Ausströmungsöffnung 119 durch Ätzen ausgebildet werden, ist dieses nicht darauf beschränkt. Der Einlass 121, die Einströmungsöffnung 120 und die Ausströmungsöffnung 119 können zum Beispiel durch maschinelle Verarbeitung ausgebildet werden, nachdem die Bildung des Hohlraums 116 und des Strömungskanals 117 beendet worden ist.
Außerdem wird, wenn eine Mehrzahl von den Polymerase-Kettenreaktions-Kits zur gleichen Zeit ausgebildet wird, das Substrat 115 mit der Abdeckplatte 122 in der Form eines Wafers bondiert und dann an einer vorbestimmten Position durch Schneiden abgeschnitten. Das Schneiden ermöglicht es, dass einzelne Kits auf den Seiten die Einströmungsöffnung 120 und die Ausströmungsöffnung 119 für ein Heizmittel besitzen.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform werden der Einlass 121, die Einströmungsöffnung 120 und die Ausströmungsöffnung 119 auf der Seite der bondierten Struktur des Substrats 115 und der Abdeckplatte 122 ausgebildet. Die Ausbildung dieser Öffnungen auf der Seite ermöglicht es nicht nur, dass die Abdeckplatte 122 von weiteren Verarbeitungen frei ist, sondern ermöglicht es ebenso, dass das Substrat 115 die Struktur des Hohlraums und des Strömungskanals mit einer Anordnung hoher Dichte besitzt. Das Ausbilden des Einlasses 121, der Einströmungsöffnung 120 und der Ausströmungsöffnung 119 auf der Seite kann zu einer Konstruktion hoher Dichte des Hohlraums und des Strömungskanals beitragen.
Es versteht sich, dass das in der Ausführungsform beschriebene Herstellungsverfahren mit denselben Vorteilen auf die zweite, dritte und vierte Ausführungsform anwendbar ist.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung stellt ein Kit zur Verfügung, welches für eine Polymerase-Kettenreaktion verwendet wird. Das Kit weist ein Substrat auf, in dem ein Hohlraum und ein Strömungskanal ausgebildet sind. Der Strömungskanal ist von dem Hohlraum durch zumindest eine Barriere getrennt, welche entlang dem Hohlraum ausgebildet ist. Eine solche Struktur ermöglicht es, dass der Hohlraum mit einer Probenlösung sogar in sehr kleinen Mengen gefüllt ist. Gleichzeitig kann die Struktur eine schnelle Temperatursteuerung für eine Probenlösung zur Verfügung stellen. Die Struktur kann somit zu einer beschleunigten Polymerase-Kettenreaktion beitragen.

1: Substrat
2: Hohlraum
3: Strömungskanal
4: Barriere
5: Einströmungsrinne
6: Ausströmungsrinne
7: Probeninjektionseinlass
8: Einströmungsöffnung
9: Ausströmungsöffnung
10: Polymerase-Kettenreaktios-Kit
12: Abeckplatte
21: Lackmaske
22: Lackmaske
31: Befestigungsplatte
32: Abdeckschicht
33: Einspeiseöffnung
34: Auslassöffnung
37: externer Einlass
38: externer Auslass
44: Substrat
45: Hohlraum
46: Strömungskanal
51: Substrat
52: Siliziumschicht
53: Glassubstrat
54: Siliziumschicht
55: Hohlraum
56: Polymerase-Kettenreaktions-Kit
57: Strömungskanal
58: Abdeckplatte
59: Probeninjektionseinlass
60: Lackmaske
61: Substrat
62: Hohlraum
63: Strömungskanal
64: erste Abdeckplatte
65: zweite Abdeckplatte
66: Probeninjektionseinlass
67: Ausströmungsöffnung
68: Polymerase-Kettenreaktions-Kit
69: Lackmaske
70: Lackmaske
71: Substrat
72: Hohlraum
73: Strömungskanal
74: erste Abdeckplatte
75: zweite Abdeckplatte
76: Probeninjektionseinlass
77: Ausströmungsöffnung
78: Polymerase-Kettenreaktions-Kit
79: Lackmaske
80: Lackmaske
81: Substrat
82: Hohlraum
83: Strömungskanal
84: erste Abdeckplatte
85: zweite Abdeckplatte
86: Probeninjektionseinlass
87: Ausströmungsöffnung
88: Polymerase-Kettenreaktions-Kit
89: Lackmaske
90: Lackmaske
91: Substrat
92: Siliziumschicht
93: Glassubstrat
94: Siliziumschicht
95: Hohlraum
96: Barriere
97: Strömungskanal
98: Lackmaske
99: Lackmaske
100: erste Abdeckplatte
101: zweite Abdeckplatte
102: Barriere
103: Probeninjektionseinlass
104: Einströmungsöffnung
105: Substrat
106: erste Abdeckplatte
107: zweite Abdeckplatte
108: Hohlraum
109: Siliziumdioxidschicht
110: Strömungskanal
111: Lackmaske
115: Substrat
116: Hohlraum
117: Strömungskanal
119: Ausströmungsöffnung
120: Einströmungsöffnung
121: Probeninjektionseinlass
122: Abdeckplatte
123: Lackmaske
169: seitlicher Abschnitt (dient als eine Barriere)
179: unterer Abschnitt (dient als eine Barriere)
189A: unterer Abschnitt (dient als eine Barriere)
189B: seitlicher Abschnitt (dient als eine Barriere)

Claims

Ein Polymerase-Kettenreaktions-Kit, umfassend: ein Substrat, auf dem ein Hohlraum, der mit einer Probenlösung zu füllen ist, ein Strömungskanal für das Zirkulieren eines Heizmittels und eine Barriere zum Trennen des Hohlraums und des Strömungskanals ausgebildet sind, und zumindest eine Abdeckplatte zum Abdichten zumindest des Hohlraums oder des Strömungskanals.
Das Polymerase-Kettenreaktions-Kit gemäß Anspruch 1, wobei das Substrat den Strömungskanal und den Hohlraum auf derselben Oberfläche aufweist.
Das Polymerase-Kettenreaktions-Kit gemäß Anspruch 1, wobei der Hohlraum in einer ersten Oberfläche des Substrats ausgebildet ist, wohingegen der Strömungskanal in einer zweiten Oberfläche des Substrats, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, ausgebildet ist, umfassend eine erste Abdeckplatte zum Abdichten des Hohlraums und eine zweite Abdeckplatte zum Abdichten des Strömungskanals einschließend.
Das Polymerase-Kettenreaktions-Kit gemäß Anspruch 1, wobei der Strömungskanal so auf dem Substrat ausgebildet ist, dass er entlang zumindest eines Abschnitts einer Seite des Hohlraums verläuft.
Das Polymerase-Kettenreaktions-Kit gemäß Anspruch 3, wobei der Strömungskanal so auf dem Substrat ausgebildet ist, dass er entlang zumindest eines Abschnitts einer Unterseite des Hohlraums verläuft.
Das Polymerase-Kettenreaktions-Kit gemäß Anspruch 1, wobei zumindest ein Bereich der Barriere, der den Hohlraum von dem Strömungskanal trennt, aus demselben Material wie demjenigen ausgebildet ist, welches das Substrat bildet.
Das Polymerase-Kettenreaktions-Kit gemäß Anspruch 3, wobei zumindest ein Bereich der Barriere, der den Hohlraum von dem Strömungskanal trennt, aus einem Material ausgebildet ist, welches eine Ätzrate besitzt, die in einem identischen Ätzverfahren kleiner als die Ätzrate des Materials ist, welches das Substrat ausbildet.
Das Polymerase-Kettenreaktions-Kit gemäß Anspruch 1, wobei das Substrat aus Silizium hergestellt ist.
Das Polymerase-Kettenreaktions-Kit gemäß Anspruch 1, wobei das Substrat aus i) Silizium, ii) Siliziumoxid oder iii) Glas, das Siliziumoxid enthält, ausgebildet ist, und gleichermaßen die Abdeckplatte aus i) Silizium, ii) Siliziumoxid oder iii) Glas, das Siliziumoxid enthält, ausgebildet ist.
Das Polymerase-Kettenreaktions-Kit gemäß Anspruch 1, wobei das Substrat eine mehrschichtige Struktur besitzt, die aus einer Siliziumschicht und einer Schicht aus i) Siliziumdioxid oder ii) einem Glassubstrat, das Siliziumdioxid einschließt, ausgebildet ist.
Das Polymerase-Kettenreaktions-Kit gemäß Anspruch 3, wobei das Material von zumindest einem Bereich der Barriere, der den Hohlraum von dem Strömungskanal trennt, i) Siliziumdioxid, ii) Siliziumnitrid, iii) Gold, iv) Platin, v) Chrom oder vi) Nickel enthält.
Das Polymerase-Kettenreaktions-Kit gemäß Anspruch 1, wobei die Abdeckplatte i) einen Probeninjektionseinlass, der mit dem Hohlraum verbunden ist, ii) eine Einströmungsöffnung, die mit dem Strömungskanal verbunden ist, und iii) eine Ausströmungsöffnung, die mit dem Strömungskanal verbunden ist, enthält.
Das Polymerase-Kettenreaktions-Kit gemäß Anspruch 3, wobei die erste Abdeckplatte einen Probeninjektionseinlass, der mit dem Hohlraum verbunden ist, umfasst, während die zweite Abdeckplatte eine Einströmungsöffnung und eine Ausströmungsöffnung, die mit dem Strömungskanal verbunden sind, umfasst.
Das Polymerase-Kettenreaktions-Kit gemäß Anspruch 12, wobei zumindest einer von i) dem Probeninjektionseinlass, ii) der Einströmungsöffnung oder der Aus strömungsöffnung, die alle in der Abdeckplatte angeordnet sind, konisch so ausgebildet ist, dass er/sie sich auf einer Seite, die an dem Substrat befestigt ist, verengt.
Das Polymerase-Kettenreaktions-Kit gemäß Anspruch 1, wobei zumindest einervon i) einem Probeninjektionseinlass, der mit dem Hohlraum verbunden ist, ii) einer Einströmungsöffnung, die mit dem Strömungskanal verbunden ist oder iii) einer Ausströmungsöffnung, die mit dem Strömungskanal verbunden ist, in einem Seitenbereich, der durch Verbinden des Substrats und der Abdeckplatte gebildet wird, angeordnet ist.
Das Polymerase-Kettenreaktions-Kit gemäß Anspruch 1, wobei das Substrat und die Abdeckplatte direkt miteinander befestigt sind.
Das Polymerase-Kettenreaktions-Kit gemäß Anspruch 1, wobei die Barriere eine Dicke von höchstens 100 μm aufweist.
Das Polymerase-Kettenreaktions-Kit gemäß Anspruch 1, wobei der Hohlraum, der auf dem Substrat ausgebildet ist, in einer horizontalen Ebene oval oder rechteckig geformt ist.
Das Polymerase-Kettenreaktions-Kit gemäß Anspruch 4, wobei der Hohlraum, der auf dem Substrat ausgebildet ist, in einer i) mäanderartigen Struktur mit mindestens zwei Biegungen oder ii) einer Spiralstruktur geformt ist.
Das Polymerase-Kettenreaktions-Kit gemäß Anspruch 5, wobei das Substrat den Strömungskanal enthält, der eine untere Fläche besitzt, die breiter als diejenige des Hohlraums ist.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Polymerase-Kettenreaktions-Kits, umfassend die Schritte: a) Ausbilden eines Hohlraums, der mit einer Probenlösung zu füllen ist, und eines Strömungskanals für das Zirkulieren eines Heizmittels, der von dem Hohlraum getrennt ist, auf einer Oberfläche eines Substrats; b) Befestigen des Substrats an zumindest einer Abdeckplatte; c) Verbinden des Hohlraums mit einem Probeninjektionseinlass, der zur Außenseite hin frei steht; und d) Verbinden des Strömungskanals mit einer Einströmungsöffnung und einer Ausströmungsöffnung, die zur Außenseite hin frei steht.
Das Verfahren zum Herstellen eines Polymerase-Kettenreaktions-Kits gemäß Anspruch 21, wobei der Hohlraum und der Strömungskanal durch Ätzen ausgebildet werden, in dem zumindest ein promotives Gas und ein suppressives Gas in dem Schritt a) verwendet werden.
Das Verfahren zum Herstellen eines Polymerase-Kettenreaktions-Kits gemäß Anspruch 21, wobei der Hohlraum und der Strömungskanal in derselben Oberfläche des Substrats in dem Schritt a) ausgebildet werden.
Das Verfahren zum Herstellen eines Polymerase-Kettenreaktions-Kits gemäß Anspruch 21, wobei zumindest einer von dem Probeninjektionseinlass, der Einströmungsöffnung oder der Ausströmungsöffnung in der Abdeckplatte ausgebildet ist.
Das Verfahren zum Herstellen eines Polymerase-Kettenreaktions-Kits gemäß Anspruch 21, wobei der Schritt a) weiterhin die Unterschritte umfasst: a-1) Ausbilden des Hohlraums auf einer ersten Oberfläche des Substrats; und a-2) Ausbilden des Strömungskanals auf einer zweiten Oberfläche des Substrats, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, und in dem in dem Schritt b) eine erste Abdeckplatte den Hohlraum abdichtet und eine zweite Abdeckplatte den Strömungskanal abdichtet.
Das Verfahren zum Herstellen eines Polymerase-Kettenreaktions-Kits gemäß Anspruch 25, wobei der Probeninjektionseinlass in der ersten Abdeckplatte ausgebildet ist, wohingegen die Einströmungsöffnung und die Ausströmungsöffnung in der zweiten Platte ausgebildet sind.
Das Verfahren zum Herstellen eines Polymerase-Kettenreaktions-Kits gemäß Anspruch 25, weiterhin umfassend einen Schritt e) Ausbilden einer Schicht auf einer inneren Wand des Hohlraums, die aus einem Material gebildet ist, das eine Ätzrate aufweist, die kleiner als diejenige eines Materials ist, welches das Substrat ausbildet.
Das Verfahren zum Herstellen eines Polymerase-Kettenreaktions-Kits gemäß Anspruch 27, wobei das Substrat aus Silizium hergestellt ist, die Schicht aus Siliziumdioxid hergestellt ist, und die Schicht durch i) thermische Oxidation, ii) chemische Gasphasenabscheidung (CVD) oder iii) Zerstäubung (Sputtern) ausgebildet wird,
Das Verfahren zum Herstellen eines Polymerase-Kettenreaktions-Kits gemäß Anspruch 27, wobei das Substrat aus Silizium hergestellt ist, die Schicht aus i) Gold, ii) Platin, iii) Chrom oder iv) Nickel hergestellt ist, und die Schicht durch i) CVD, ii) Zerstäubung (Sputtern), iii) Vakuumverdampfung oder iv) Plattieren ausgebildet wird.
Das Verfahren zum Herstellen eines Polymerase-Kettenreaktions-Kits gemäß Anspruch 21, wobei in dem Schritt b) direktes Befestigen oder anodisches Befestigen verwendet wird.
Das Verfahren zum Herstellen eines Polymerase-Kettenreaktions-Kits gemäß Anspruch 24, wobei zumindest in irgendeinem der Schritte c) und d) der Probeninjektionseinlass, die Einströmungsöffnung oder die Ausgangsströmungsöffnung durch Sandstrahlen ausgebildet wird.