具有多层膜结构的DNA芯片制造技术

本发明专利技术提供了一种具有多层薄膜结构的ＤＮＡ芯片。所述ＤＮＡ芯片包括：载体；高反射区，其具有比载体高的折射率，并包括依次堆积在载体的预定区域之上的具有相对低折射率的薄膜以及具有相对高折射率的薄膜；低反射区，具有比载体低的反射率，并包括具有相对低的折射率薄膜，其堆积在载体高反射区的周围；至少固定在高反射区的ＤＮＡ探针。ＤＮＡ探针和用荧光染料标记的靶ＤＮＡ之间的杂交反应发生在高反射区。ＤＮＡ芯片杂交信号的检测灵敏度的增加为杂交信号提供了正确检测。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
专利
本专利技术涉及一种DNA芯片，并且更特定地涉及具有多层膜结构的DNA芯片，其可以增加DNA探针和靶DNA之间杂交反应产生的杂交信号的检测灵敏度。相关技术描述生物技术的发展已经弄清楚了提供有机体遗传信息的DNA序列。因此，研究和开发DNA芯片用于DNA序列分析和疾病诊断已经成为一个活跃的R&D领域。DNA芯片可以使DNA分析体系微型化，从而可以进行微量样品的遗传分析，并可同时检测靶DNA的许多不同的序列，从而可以降低分析成本并快速地提供遗传信息。而且，DNA芯片不仅能同时分析大量的遗传信息，而且可以在短时间内检测基因之间的相互关系。因此，预期DNA芯片的应用将有助于开发遗传性疾病或癌症、突变研究、病毒检测、基因阐明的诊断性工具以及新药的发展。此外，DNA芯片在生命相关工业领域的应用预期将带来革新性的结果。例如，可以利用DNA芯片作为工具进行微生物的检测或环境污染，可以发现有毒物质的基因，从而可以减少特定物质解毒剂的鉴定和生产时间。这样，DNA芯片可用于抗许多有毒物质的解毒剂的生产过程中，用于医学和农业目的，如低脂肪肉类的生产。参照附图说明图1和2，常规的DNA芯片10具有许多在载体11上以微阵列进行排列的DNA探针14，载体由硅片和玻璃制成。更具体地，DNA芯片10为在载体11上成百上万个预定位置圆点13形式的DNA探针14的固定芯片，各DNA探针14为已知DNA序列的单链的DNA。一般地，形成包括氨基和醛基的涂层膜12，以在载体11表面上固定DNA探针14。进行DNA分析的时候，将要分析的靶DNA 15与DNA芯片10反应。如果靶DNA 15的碱基序列与DNA探针14匹配，杂交反应的结果为形成双链DNA。此时，杂交程度依据DNA探针14和靶DNA 15之间的互补程度而变化。因此，可通过检测载体11上特定点13的杂交程度来分析靶DNA 15的碱基序列。杂交程度可通过光学方法进行检测，其中在标记荧光染料16的靶DNA 15和DNA探针14之间杂交反应之后，测量荧光染料16产生的信号。DNA芯片根据所用的探针可分为寡核苷酸芯片和cDNA芯片，也可根据制备方法分为光刻芯片、针方法点样芯片以及喷墨方法点滴芯片。但是，所有DNA芯片共有的特征是将不同类型的为单链DNA的DNA探针固定在DNA芯片上，并通过检测靶DNA和DNA探针之间杂交反应的程度来获取需要的信息。因此，开发能正确检测探针DNA 14和靶DNA 15之间杂交反应信号结果的DNA芯片，对获取正确的遗传分析结果非常重要。在常规的DNA芯片中，在DNA探针和标记荧光染料16的靶DNA之间反应后保留在DNA芯片表面上的荧光染料16的信号，是通过利用共聚焦显微镜或CCD相机来进行检测的，如美国专利U.S.6,141,096中所公开的那样。共聚焦显微镜可提供高质量的图象，但是信号检测较慢；而CCD相机提供低质量的图象，但信号检测迅速。因此，许多研究者正在进行通过增加靶DNA的荧光染料16的标记量，通过利用不太昂贵的扫描仪如CCD型而不是相对昂贵的扫描仪如共聚焦显微镜来进行快速和正确的信号检测。这方面的一个实例是在美国专利U.S.6,117,631中公开的三维水凝胶小块。但是，上述光学检测方法具有缺陷，检测微小杂交信号困难。特别地，当斑点周围存在背景噪音的时候，杂交信号的正确检测是困难的。因此，对利用DNA探针和靶DNA之间互补的杂交反应的DNA芯片，需要增加杂交信号的检测灵敏度，使杂交信号和背景信号之间的信号差异尽可能地大。专利技术概述为了解决上述及其他问题，本专利技术提供了具有多层结构的DNA芯片，其中形成高反射区和低反射区以增加杂交信号的检测灵敏度，所述杂交信号由DNA探针和靶DNA之间的杂交反应所产生。根据本专利技术的一方面，DNA芯片包括一种载体，具有高于载体反射率的高反射区，高反射区包括依次堆积在载体预定区域的具有相对低折射率的薄膜以及具有相对高折射率的薄膜；具有低于载体反射率的低反射区，低反射区包括具有相对低折射率的薄膜，其堆积在载体高反射区的周围；以及至少在高反射区固定的DNA探针，在其上发生DNA探针和靶DNA之间的杂交反应。这里，高反射区可按照下述方式成形，低折射率薄膜和高折射率薄膜交替堆积，并且低反射区可通过低折射率膜的薄膜多重堆积而形成。优选地，在高反射区的高折射率薄膜的厚度为70％～130％λF/4nH，其中λF为标记靶DNA荧光染料的发射波长，nH和nL分别为为高折射率薄膜的折射率和低折射率薄膜的折射率，并且低反射区低折射率薄膜的厚度为70％～130％λF/4nL。特别地，进一步优选高折射率薄膜的厚度实际上为λF/4nH，低折射率薄膜的厚度为λF/4nL。而且，优选地，当λF为荧光染料的发射波长且nL为低折射率薄膜的折射率的时候，低折射率薄膜的厚度为λF/4nL的奇数倍。高折射率薄膜可由金属氧化物形成，所述金属氧化物选自TiO2、ZrO2、CeO2和Ta2O5，其折射率范围为2.0～2.5，且低折射率薄膜可由氧化硅形成。载体可由选自硅片、玻璃、石英和塑料的材料形成。可在高反射区和低反射区的表面形成用于固定DNA探针的涂层膜，优选地，涂层膜可由氨基和醛基物质之一形成。附图简述参考下述附图对本专利技术的典型技术方案进行详细的描述，本专利技术的上述方面和优点将更明显，其中图1为常规DNA芯片的透视图；图2为在图1中描述的常规DNA芯片的横截面图；图3为根据本专利技术的第一典型实施方案的DNA芯片的透视图；图4为图3中描述的多层膜结构的DNA芯片的横截面图；图5为根据本专利技术的第二典型实施方案的多层膜结构的DNA芯片的横截面图6为根据本专利技术的第三典型实施方案的多层膜结构的DNA芯片的横截面图；图7为显示图4中描述的根据本专利技术的第一典型实施方案的DNA芯片的载体和高反射区之间的反射率比较图；以及图8为显示图4中描述的根据本专利技术的第一典型实施方案的DNA芯片的载体和低反射区之间的反射率比较图。专利技术详述下面，根据本专利技术实施方案的多层膜结构的DNA芯片，将参考附图进行更充分的描述。为了便于理解，在可能的情况下，使用相同的参考数字来代表附图共有的同样元件。图3为根据本专利技术的第一典型实施方案的DNA芯片的透视图。图4为图3中描述的多层膜结构DNA芯片的横截面图。参考图3和4，根据本专利技术的第一典型实施方案的DNA芯片100包括载体110、在载体110上形成的高反射区H和低反射区L，以及至少在高反射区H的表面上固定的DNA探针140。在载体110上以微阵列的形式形成高反射区H，该反射区比载体110具有较高的反射率。在载体110上高反射区H的周围区域形成比载体110反射率低的低反射区L。载体110可由折射率为3.5的硅片形成。或者，固体载体例如玻璃、石英或塑料可代替硅片用作载体110。具有相对低的折射率的第一层薄膜121堆积在载体110上。该层薄膜可由折射率为1.45的二氧化硅(SiO2)形成。在第一层薄膜121上堆积相对高折射率的第二层薄膜122以及相对低折射率的第三层薄膜123。更具体地，在高反射区H的第一层薄膜121上形成高折射率的第二层薄膜122，并且在低反射区L的第一层薄膜121上形成低的折射率第三层薄膜123。第二层薄膜122可由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＤＮＡ芯片，包括：　　　　载体；　　　　高反射区，其具有比载体高的反射率，该高反射区包括依次堆积在载体预定区域的具有相对低折射率的薄膜以及具有相对高折射率的薄膜；　　　　低反射区，其具有比载体低的反射率，该低反射区包括在载体高反射区周围堆积的具有相对低折射率的薄膜；以及　　　　至少在高反射区固定的ＤＮＡ探针，在其上发生ＤＮＡ探针和靶ＤＮＡ之间的杂交反应。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘在镐，南升浩，崔桓荣，徐五权，李相勋，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]