عنوان

طراحی و امکان سنجی ساخت ریز تراشه PCR مصرفی

پ۲۷۱۰۶

per

طراحی و امکان سنجی ساخت ریز تراشه PCR مصرفی

سید حامد غفاری

برق و کامپیوتر

۱۴۰۱

۱۴۷ص.

سی دی

کارشناسی ارشد

مهندسی برق گرایش افزاره‌های میکرو و نانوالکترونیک

۱۴۰۱/۰۶/۲۲

از زمان ابداع روش PCR برای آنالیز DNA و اینکه جهش‌های صورت‌گرفته ژنتیکی را می‌توان بر اساس این روش تحلیل‌کرد، این دست از ادوات مورد توجه بسیار بالایی برای تشخیص¬های ژنتیکی و پزشکی قرار‌گرفته‌اند. از این رو چون‌که PCR یک ابزار قدرتمند برای چنین تشخیص‌هایی حیاتی است لذا نگاه‌ها به توسعه چنین ادواتی جلب شده‌اند. ادوات PCR آزمایشگاهی به‌دلیل حجیم و گران‌قیمت بودن، امکان در دسترس بودن همگانی و قابلیت حمل و عدم نیاز به کاربر متخصص را فراهم نمی‌کنند. لذا نیازهای فوق، ایده‌حرکت به سمت دستگاه‌های PCR با ابعاد‌کم، هزینه پایین، و مصرفی بودن را ایجاد نمود. از این رو ساخت افزاره‌های ریز به کمک فناوری ریز‌ساخت امکان طراحی دستگاه‌های PCR مبتنی بر روش‌ریز ساخت با رعایت نکات تکنیکی را فراهم می‌نماید.در این پایان‌نامه قصد داریم با استفاده از فناوری ریز ساخت، امکان سنجی طراحی و ساخت ریز تراشه مصرفی را مورد بررسی قراربدهیم. ابتدا شبیه‌سازی توزیع دمایی افزاره ریزگرمکن مسی با استفاده از نرم‌افزار کامسول و سپس امکان طراحی قالب ریزتراشه مصرفی با استفاده از نرم‌افزار SOLIDWORK پرداخته‌شده است. همچنین باتوجه به امکانات موجود در آزمایشگاه ریز ساخت دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، امکان‌سنجی ساخت ریزگرمکن مسی مبتنی بر مدارچاپی و ریزگرمکن مسی لایه‌نشانی شده روی شیشه صورت گرفته است. سپس امکان‌سنجی ساخت قالب رزینی توسط دستگاه چاپ سه بعدی برای قالب‌ریزی ریزتراشه مصرفی توسط فرایند لیتوگرافی نرم صورت گرفته است. در ادامه به چگونگی توزیع دمایی ریزتراشه PCR مصرفی پرداخته شده است. قراردادن پد رسانای حرارتی موجب یکنواختی خیلی‌بهتر توزیع دمایی ریزگرمکن ساخته‌شده مبتنی بر مدارچاپی شده است. همچنین برای ریزتراشه PCR مصرفی مبتنی بر ریزگرمکن مسی لایه‌نشانی شده بر روی شیشه، حداکثر اختلاف دمایی در امتداد مشخص شده در وسط محفظه واکنش، برابر 0.4 درجه سانتیگراد و حداکثر اختلاف دمایی عمودی مابین خطوط A,B,C در وسط محفظه واکنش برابر 0.8 درجه سانتیگراد می‌باشد. همچنین حداکثر اختلاف دمایی افقی برای ریزتراشه PCR مصرفی مبتنی بر ریزگرمکن مسی لایه‌نشانی شده روی شیشه در امتداد خط A در وسط محفظه واکنش برابر 0.3 درجه سانتیگراد می‌باشد. توان الکتریکی ریزتراشه PCR مصرفی مبتنی بر ریزگرمکن مدارچاپی با ولتاژ 2 ولت، 2.65 برابر بیشتر از توان الکتریکی ریزگرمکن مسی لایه نشانی‌شده روی شیشه با ولتاژ 4 ولت می‌باشد. کلیه اقدامات و تلاش‌های انجام گرفته برای انجام فرایند ساخت ریز تراشه‌های مطرح شده با استفاده از امکانات موجود در آزمایشگاه ریز ساخت دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه تبریز با ذکر جزئیات بیان شده‌است.

Abstract: Since the invention of the PCR method for DNA analysis and the fact that genetic mutations can be analyzed based on this method, these types of cases have been of great interest for genetic and medical diagnosis. Therefore, since PCR is a powerful tool for such diagnostics, it is vital that attention is drawn to the development of such tools. Due to being bulky and expensive, laboratory PCR equipment provides the possibility of being universal and portable and does not require an expert user. The above requirements drive the idea of low-environment, low-cost, and consumable PCR devices. Therefore, making small tools with the help of microfabrication technology makes it possible to design PCR devices based on the manufacturing method by observing technical points.In this thesis, we intend to investigate the feasibility of designing and manufacturing consumer microchips using microfabrication technology. First, the simulation of the temperature distribution of the copper microheater using COMSOL software, and then the possibility of designing the consumer microchip mold using SOLIDWORK software has been discussed. Also, according to the facilities available in the microfabrication laboratory of the Faculty of Electrical and Computer Engineering, the feasibility of manufacturing copper microheater based on printed circuit and copper microheater layered on glass has been made. Then, the feasibility of making a resin mold by a 3D printing machine for molding a consumer microchip by the soft lithography process has been done. In the following, the temperature distribution of the used PCR microchip has been discussed. Placing the thermal conductive pad has resulted in a much better uniformity of the temperature distribution of the microheater made based on the printed circuit board. Also, for the disposable PCR microchip based on the copper microheater laminated on the glass, the maximum temperature difference along the specified length in the middle of the reaction chamber is equal to 0.4 degrees Celsius and the maximum vertical temperature difference between lines A, B, C in the middle of the reaction chamber is equal to 0.8 degrees It is Celsius. Also, the maximum horizontal temperature difference for the consumer PCR microchip based on the copper microheater laminated on the glass along line A in the middle of the reaction chamber is equal to 0.3 degrees Celsius. The electric power of the PCR microchip used based on the printed circuit microheater with a voltage of 2V is 2.65 times higher than the electric power of the copper layer microheater layered on the glass with a voltage of 4V. All the measures and efforts made to carry out the proposed microchip manufacturing process using the facilities available in the microfabrication laboratory of the Faculty of Electrical and Computer Engineering of Tabriz University have been mentioned in detail.

Design and feasibility of a disposable micro-PCR chip

‏ غفاری،

‏ سید حامد

تهيه کننده

‏ولادی،

‏حقی،

‏هادی

‏مهدی

استاد راهنما

استاد مشاور

‏تبریز