用于生物分子检测或测序的生物芯片及其制造方法技术

本发明专利技术涉及用于生物分子检测或测序的生物芯片和其制作方法，所述生物芯片包含基础构件；两个或多个电极，所述电极沉积在基础构件上；和电介质层，所述电介质层沉积在电极和基础构件上以将每条电极绝缘，并具有一个或多个微井结构，该微井排布在电极上方；其中，上述的具有一个或多个微井结构电介质层构成连续的操作表面，用于生物分子检测或测序，通过上述电极施加的电场在微井附近产生电场梯度，将待测生物分子牵引朝向操作表面上的优选区域。

Biochip for biological molecule detection or sequencing and manufacturing method thereof

The present invention relates to a biochip for detection of biological molecules or sequencing and a manufacturing method thereof, wherein the biological chip comprises a base member; two or more electrodes, the electrode deposited on the base member; and a dielectric layer, the dielectric layer deposited on the electrode and the base member to each electrode insulation, and has one or more micro well structures, the micro well arranged in the top electrode; wherein, one or more micro well structures of dielectric layer continuous operation surface, for the detection of biological molecules or sequencing, the electric field is applied in the micro electrode produces an electric field gradient near the well, the test of biological molecules traction toward preferred regions on the surface.

【技术实现步骤摘要】
用于生物分子检测或测序的生物芯片及其制造方法
本专利技术涉及一种用于检测生物分子的芯片及其制造方法。
技术介绍
目前，分子检测及鉴定技术已经成为临床医学和生命科学领域未来发展的主要方向。一直以来，大量和多样性的生物样品需要较长时间进行处理和分析。快速和高通量的生物芯片技术可以极大地提高传统医学鉴定的效率。如今，生物分子检测的装置(如，“生物芯片”)已经倾向于小型化和高集成化。这样的生物芯片一般由玻片为底物，待测样品的探针通常以阵列或微阵列(Microarray)形式被固定在玻片上(称为CaptureProbe，抓取探针)，待测样品液中的样品分子(称为TargetMolecule，目的分子)会与玻片上的抓取探针进行特异性结合来(核酸类分子之间的特异性结合叫做Hybridization，杂交)。其中，玻片上的光学信号通常来自于标记在样品分子或者探针分子上的光敏分子。最后，玻片通过光学成像来表现检测结果。然而，固定在底物上的抓取探针只能与非常靠近的样品分子结合，而样品液中的样品分子只能靠自由扩散来到抓取探针附近，因此，玻片检测的过程往往需要数小时的时间。为了提升Target分子与抓取探针结合效率，需要提供主动运输的机制来提高Target分子在抓取分子附近的浓度，以增加发生结合的机会。其中，电动力学(Electrokinetics，EK)装置具备高度集成化、可控化，以及无需机械外力等优点，已被众多研究机构采用并应用在操控流体和微颗粒等领域。目前，电动力学操控技术中存在一些限制。比如，在直流(DC)电场下，同电性的微粒只能够向单一的方向运动(如，电泳，Electrophoresis，EP)，但对于具有复杂结构和电荷条件的生物分子，直流电场则难以进行有效的处理和操控。此外，直流电场下对金属电极的腐蚀和消耗也是长期存在的问题。另一方面，在交流(AC)电场下，可以产生介电泳(Dielectrophoresis，DEP)和电流体力学(Electrohydrodynamics，EHD)等现象。DEP可在再短距离内操控复杂的微粒或分子，包括DNA、蛋白质等生物分子；EHD包括可以长距离驱动流体的电渗(Electroosmosis，EO)和电热(Electrothermosis，ET)流。然而目前并没有一个电动力学原理的装置，可以结合DEP和EHD的优势，以提升生物芯片的检测效率。终上所述，本专利技术提出一种全新的生物芯片结构，以达到利用多种电动力效应以提升生物化学反应效率的目的，以及制造该生物芯片的方法。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了用于生物分子检测或测序的生物芯片，所述生物芯片包含：基础构件；两个或多个电极，所述电极沉积在基础构件上；和电介质层，所述电介质层沉积在电极和基础构件上以将每条电极绝缘，并具有一个或多个微井结构，该微井排布在电极上方；其中，上述的具有一个或多个微井结构电介质层构成连续的操作表面，用于生物分子检测或测序，通过上述电极施加的电场在微井附近产生电场梯度，将待测生物分子牵引朝向操作表面上的优选区域。优选地，该两个或多个电极中至少有一个电极上方的电介质层具有微井结构。优选地，所述排布在电极上方的微井结构形成微井区域，所述优选区域包括所述微井区域。优选地，该微井结构的宽度小于电极的宽度。优选地，该微井结构为圆形微井结构，所述微井结构的宽度为圆形微井结构的直径。优选地，该微井结构的深度不大于电介质层的厚度。优选地，该电极的宽度为是10nm-1mm。优选地，该电介质层的厚度为是1nm-1mm。优选地，所述电介质层的材料选自包含氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化钛和氮化钛的组中一种或多种材料。优选地，所述电极的材料选自包含铝、铜、金、铂金、和银的组中的一种或多种导电材料。优选地，所述基础构件的材料选自包含硅、热氧化硅、固体聚合物的组中的一种或多种基底材料。优选地，所述两个或多个电极之间具有一个或多陷入结构分隔所述两个或多个电极。优选地，所述电介质层沉积在一个或多陷入结构上以将之填充。优选地，所述优选区域固定有抓取探针。在本专利技术的另一方面，提供了一种制造生物芯的方法，该方法包括以下操作：a)提供一个基础构件，b)提供一个由所述基础构件形成的上表面；c)在所述上表面进行蚀刻以形成一个或多个微井结构；d)在所述上表面沉积上层；其中，在所述上表面形成的所述一个或多个微井结构限定上表面的轮廓，所述上层承接所述上表面的轮廓，以形成带轮廓的操作表面。有利地，所述基础构件包含一金属层。有利地，所述基础构件包含一金属层和金属层上的第一电介质层。有利地，所述上层包含一电介质层。有利地，上层包含一金属层。有利地，还包括在所述金属层进行蚀刻以形成一个或多个陷入结构由此形成两个或多个电极。有利地，还包括在所述金属层上沉积一电介质层掩盖在金属层上的所述一个或多个一个或多个陷入结构。有利地，还包括在所述微井结构固定抓取探针。附图简述图1A为本专利技术之生物芯片的实施方式1的立体结构图；图1B为图1A中的生物芯片局部的沿线A-A的横截面结构图；图2为在图1A中的生物芯片上固定的抓取探针DNA示意图；图3为图1A中的生物芯片的两个电极产生EK效果的示意图，其中包括实施例二中涉及到的远场和近场的两种运输作用；图4A-4D为在图1A的生物芯片中微井结构的EK操作原理示意图，其中均显示了实施例二中涉及到的主流场和辅助流场的方向。具体地，图4A显示没有通过电极施加电场的效果，图4B显示施加低频AC电场，图4C显示施加中频AC电场，图4D显示施加高频AC电场，；图5为在被动扩散和电动力学增强输送作用下，目标分子和抓取探针结合效果的比较示意图；图6为图1A中的生物芯片的制造方法的实施方式1的示意图；图7A为图1A中的生物芯片的制造方法的实施方式2的示意图图7B为图1A中的生物芯片的制造方法的实施方式3的示意图；图7C为图1A中的生物芯片的制造方法的实施方式4的示意图；图8为图1A的生物芯片的操控条件的模拟图。图8A为图8的模拟图。其中包括电场强度分布和电场梯度方向的模拟结果，灰度差异表示电场强度的分布，箭头显示的电场梯度的方向。模拟条件为20V，1kHz，水相媒介电导率5.5uS/m，相对介电常数78；图8B为图8A中的微井区域，其中，灰度差异表示电场强度的分布，箭头显示的电场梯度的方向；图8C为图8A中的电极间隙区域，其中，灰度差异表示电场强度的分布，箭头显示的电场梯度的方向；图8D为图8B区域在10kHz中频的AC电场下的作用效果；图8E为图8C区域在10kHz中频的AC电场下的作用效果；图8F为图8B区域在1MHz高频的AC电场下的作用效果；图8G为图8C区域在1MHz高频的AC电场下的作用效果；图8H为图8B区域在1S/m高电导率的水相媒介中，1kHz低频下的作用效果；图8I为图8C区域在1S/m高电导率的水相媒介中，1kHz低频下的作用效果；图8J为图8B区域在1S/m高电导率的水相媒介中，1MHz高频下的作用效果；图8K为图8C区域在1S/m高电导率的水相媒介中，1MHz高频下的作用效果；图9A为图1A中的生物芯片的AC电场连接方式示意图；图9B为图9A中的生物芯片在不同频率下，操控二氧化硅小球形成的不同排布图案；图10A和图10B为图1中的生物芯片本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于生物分子检测或测序的生物芯片，所述生物芯片包含：基础构件；两个或多个电极，所述电极沉积在基础构件上；和电介质层，所述电介质层沉积在电极和基础构件上以将每条电极绝缘，并具有一个或多个微井结构，该微井排布在电极上方；其中，上述的具有一个或多个微井结构电介质层构成连续的操作表面，用于生物分子检测或测序，通过上述电极施加的电场在微井附近产生电场梯度，将待测生物分子牵引朝向操作表面上的优选区域。

【技术特征摘要】
2015.11.23 US 14/948,8351.用于生物分子检测或测序的生物芯片，所述生物芯片包含：基础构件；两个或多个电极，所述电极沉积在基础构件上；和电介质层，所述电介质层沉积在电极和基础构件上以将每条电极绝缘，并具有一个或多个微井结构，该微井排布在电极上方；其中，上述的具有一个或多个微井结构电介质层构成连续的操作表面，用于生物分子检测或测序，通过上述电极施加的电场在微井附近产生电场梯度，将待测生物分子牵引朝向操作表面上的优选区域。2.根据权利要求1所述的生物芯片，该两个或多个电极中至少有一个电极上方的电介质层具有微井结构。3.根据权利要求1所述的生物芯片，其中，所述排布在电极上方的微井结构形成微井区域，所述优选区域包括所述微井区域。4.根据权利要求1所述的生物芯片，该微井结构的宽度小于电极的宽度。5.根据权利要求4所述的生物芯片，该微井结构为圆形微井结构，所述微井结构的宽度为圆形微井结构的直径。6.根据权利要求1所述的生物芯片，该微井结构的深度不大于电介质层的厚度。7.根据权利要求4所述的生物芯片，该电极的宽度为10nm-1mm。8.根据权利要求6所述的生物芯片，该电介质层的厚度为1nm-1mm。9.根据权利要求1所述的生物芯片，其中，所述电介质层的材料选自包含氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化钛和氮化钛的组中一种或多种材料。10.根据权利要求1所述的生物芯片，其中，所述电极的材料选自包含铝、铜、金、铂金、和银的组中的一种或多种导电材料。11.根据权利要求1所述的生物芯片，其中，所述基础构件的材料选自包...

【专利技术属性】
技术研发人员：于常海，贾伯良，赖成展，
申请(专利权)人：海康生命科技有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港,81