一种用于高通量基因测序设备的工艺芯片及其应用制造技术

本申请公开了一种用于高通量基因测序设备的工艺芯片及应用。本申请工艺芯片，包括硅片和硅片上的标记金属膜视场和OnPixle视场；标记金属膜视场包括：第一组：在视场中心的圆周上均匀设至少两组标记金属膜，每组沿中心线各设至少2个圆形金属膜标记；第二组：标记金属膜视场平分九份，在每区域内相应位置设刃边图形组，每组由两相同刃边图形呈侧卧“八”字形排布，刃边图形由金属膜标记而成；第三组：由N组一线排开的金属膜标记组成，每组包括两圆形金属膜标记，两圆形金属膜标记间距沿排列方向递增；OnPixle视场内均匀排布若干圆形金属膜标记。本申请工艺芯片，能有效评价工件台运动性能、光学系统成像质量，无生化反应误差，测试更准确，生命周期长。

A Process Chip for High-throughput Gene Sequencing Equipment and Its Application

【技术实现步骤摘要】
一种用于高通量基因测序设备的工艺芯片及其应用
本申请涉及高通量基因测序设备辅助装置领域，特别是涉及一种用于高通量基因测序设备的工艺芯片及其应用。
技术介绍
在基于荧光反应和光学成像的高通量基因测序设备研制过程中，或者，对设备进行定期维护和检测过程中，需要对高通量基因测序设备中的关键组件和关键指标进行测试，例如：工件台的运动精度、测序仪整机光学系统的成像质量、畸变等参数，以验证各关键参数是否满足设计要求。这就需要特定的设备或器件搭建专门的试验平台对不同的参数进行测试。现有的工件台测试主要是通过双频激光干涉仪实现，即将参考镜和标准镜分别放置在工件台上和固定的基准座上，通过双频激光干涉仪测试工件台的运行特性是否满足设计要求。而光学系统成像质量及光学系统畸变等参数需要通过对生物芯片的测试实现，具体的，通过拍摄生物芯片上的DNA纳米球来进行测试。现有的工件台测试器件成本较高，且需要搭建专用的测试平台；并且，使用生物芯片测试光学系统参数会将制备DNA纳米球的生化反应误差加入测试结果中，无法真实获取光学系统自身的性能参数。同时，DNA纳米球形成的生物芯片生命周期较短，通常生物芯片装载DNA纳米球后，DNA纳米球的存活时间仅约7天左右，需要经常更换生物芯片，无形中增加了测试成本。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种用于高通量基因测序设备的工艺芯片及其应用。为了实现上述目的，本申请采用了以下技术方案：本申请的一方面公开了一种用于高通量基因测序设备的工艺芯片，包括硅片和设置在硅片上的标记金属膜视场和OnPixle视场；标记金属膜视场包括以下三组图形中的至少一组：第一组：以标记金属膜视场的中心点为中心，在其视场的圆周上均匀的设置至少两组标记金属膜，每组标记金属膜沿着中心线各设置至少2个圆形金属膜标记；需要说明的是，本申请的一种实现方式中，在上下左右四个方向沿着轴线各设置4个圆形金属膜标记，总计16个圆形金属膜标记；可以理解，第一组标记金属膜视场的设置原则是，在有限芯片区域上均匀地设置多个圆形金属膜标记，用于准确地解算位置信息；第二组：将标记金属膜视场按照上中下、左中右平均分为九个区域，在每个区域内相应的位置处设置一个刃边图形组，每个刃边图形组由两个相同的刃边图形构成，两个刃边图形呈侧卧的“八”字形排布，共计18个刃边图形，刃边图形由金属膜标记覆盖而成；需要说明的是，在一个区域设置两个刃边图形，目的是获得X向和Y向上的边缘扩散函数(缩写ESF)，并整合成点扩散函数(缩写PSF)，以评价光学系统的成像质量；而将视场分为九个区域，在每个区域都是设置两个刃边图形，目的是实现视场内不同区域成像质量的评价。可以理解，使用圆形和正方形都是无法获取光学系统的成像质量，必须使用刃边图形；并且，分为九个区域也是为了更好的了解各区域成像质量，也就是说，只要能够有效的了解视场内各位置或区域的成像质量，可以不限于分为九个区域。其中，“刃边”是行业内的专用名词，“刃边图形”顾名思义，是指具有直线度很好、类似于刀刃尖锐的一个边的图形，可以用于解算光学系统成像质量的ESF；第三组：由N组横向或纵向一线排开的金属膜标记组成，每组金属膜标记由上下或左右两个圆形金属膜标记组成，两个圆形金属膜标记的间距沿着排列方向各组逐步递增；其中，如果是横向一线排开，则每组金属膜标记由上下两个圆形金属膜标记组成，各组的上面的圆形金属膜标记连成一条线，下面的圆形金属膜标记连成一条线，两条线相向倾斜呈轴对称排布；如果是纵向一线排开，则每组金属膜标记由左右两个圆形金属膜标记组成，排布方式类似于横向一线排开的情况；本申请的一种实现方式中是横向一线排开的8组金属膜标记；OnPixle视场内横向和纵向等量的均匀间距的排布有若干个圆形金属膜标记。其中，标记金属膜视场的三组图形分别用于实现不同的功能，可以理解，根据不同的使用需求可以选择性的采用其中一组或两组，本申请的一种实现方式中三组图形都有采用。需要说明的是，本申请的工艺芯片中，标记金属膜视场的第一组图形主要用于评价工件台的运动性能，其原理是，首先，光学系统对准某一视场采集工艺芯片的图像，建立工艺芯片上的圆形金属膜中心相对于成像器件视场中心的相对位置关系；然后，工件台进行连续扫描，并采集每个视场位置处的图像；再后，对上一步获取的图像进行处理，得到在其它视场时，工艺芯片上金属膜相对于理论位置的偏差量，即可获得工件台的运动精度。标记金属膜视场的第三组图形用于通过目视粗略地评价图像质量；可以理解，第三组图形的8组金属膜标记中，两个圆形金属膜标记的间距沿着排列方向是各组逐步递增的，通过目视观察能够清晰的看到某组的两个圆形金属膜标记，则可以粗略地评价图像质量在该组对应的水平上；例如，图像质量较差的时候，由于圆形金属膜标记的成像弥散区较大，则间隔距离小的两个圆形金属膜标记无法清晰的观察到，只能观察到两个圆形金属膜标记隔距更大的金属膜标记组；反之，如果图像质量较好，圆形金属膜标记的成像弥散区小，则可以观察到两个圆形金属膜标记间隔距离小的金属膜标记组；以此实现目视粗略地评价图像质量。OnPixle视场主要用于评价光学系统的畸变指标，主要原理是对采集的OnPixel视场的图片进行图像处理，获取视场内所有金属膜的实际位置，将得到的数据与各金属膜的理论位置进行比对，即可得到畸变的大小。优选的，第一组、第三组和OnPixle视场中，圆形金属膜标记的直径不小于3μm，厚度小于60nm，圆度优于0.3μm。需要说明的是，圆形金属膜标记的直径是与纳米球的大小、光学系统的放大率、相机的像素大小等因素相关的，本申请优选的圆形金属膜标记的直径不小于3μm；至于厚度和圆度，理论越小越好。优选的，第一组中，每组标记金属膜沿中心线设置的至少2个圆形金属膜标记之间的间隔不小于10μm；第三组中，两个圆形金属膜标记的间距沿着排列方向各组逐步递增，其递增的幅度为0.4μm；第二组中，形成刃边图形的金属膜标记厚度小于60nm，刃边图形的刃边与X轴或Y轴的夹角小于10度；标记金属膜视场和OnPixle视场中，各圆形金属膜标记之间的间隙精度优于0.1μm。其中，各圆形金属膜标记之间的间隙精度，理论上也是越小越好。需要说明的是，第一组中，圆形金属膜标记之间的间隔是为了能够有效的观察到4个圆形金属膜标记。可以理解，如果间距太小，在成像质量较差的情况下，可能无法有效区分圆形金属膜标记；如果间距太大，则增加了观察难度，因此，本申请优选的间隔不小于10μm。第三组中，递增幅度的大小取决于目视粗略地评价图像质量的精准度要求，递增幅度越大越粗略，递增幅度越小越精细，但是，因为是目视观察，所以也不能太小，并且如果递增幅度太小，所需要的金属膜标记组数越多，一是增加加工成本，二是组数太多不便于目视观察；因此，本申请优选的递增的幅度为0.4μm。优选的，第三组的8组金属膜标记中，两个圆形金属膜标记的间距依序为3.32μm、3.36μm、3.40μm、3.44μm、3.48μm、3.52μm、3.56μm、3.60μm。优选的，硅片为圆形。优选的，圆形硅片的直径为200mm，圆形硅片的圆周边缘具有圆环形的非加工区域，并在非加工区域开设有用于定位的V型缺口。优选的，圆环形的非加工区域的宽度为3mm，因此，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高通量基因测序设备的工艺芯片，其特征在于：包括硅片和设置在所述硅片上的标记金属膜视场和OnPixle视场；所述标记金属膜视场包括以下三组图形中的至少一组：第一组：以标记金属膜视场的中心点为中心，在其视场的圆周上均匀的设置至少两组标记金属膜，每组标记金属膜沿着中心线各设置至少2个圆形金属膜标记；第二组：将标记金属膜视场按照上中下、左中右平均分为九个区域，在每个区域内相应的位置处设置一个刃边图形组，每个刃边图形组由两个相同的刃边图形构成，两个刃边图形呈侧卧的“八”字形排布，共计18个刃边图形，刃边图形由金属膜标记覆盖而成；第三组：由N组横向或纵向一线排开的金属膜标记组成，每组金属膜标记由上下或左右两个圆形金属膜标记组成，两个圆形金属膜标记的间距沿着排列方向各组逐步递增；所述OnPixle视场内横向和纵向等量的均匀间距的排布有若干个圆形金属膜标记。

【技术特征摘要】
1.一种用于高通量基因测序设备的工艺芯片，其特征在于：包括硅片和设置在所述硅片上的标记金属膜视场和OnPixle视场；所述标记金属膜视场包括以下三组图形中的至少一组：第一组：以标记金属膜视场的中心点为中心，在其视场的圆周上均匀的设置至少两组标记金属膜，每组标记金属膜沿着中心线各设置至少2个圆形金属膜标记；第二组：将标记金属膜视场按照上中下、左中右平均分为九个区域，在每个区域内相应的位置处设置一个刃边图形组，每个刃边图形组由两个相同的刃边图形构成，两个刃边图形呈侧卧的“八”字形排布，共计18个刃边图形，刃边图形由金属膜标记覆盖而成；第三组：由N组横向或纵向一线排开的金属膜标记组成，每组金属膜标记由上下或左右两个圆形金属膜标记组成，两个圆形金属膜标记的间距沿着排列方向各组逐步递增；所述OnPixle视场内横向和纵向等量的均匀间距的排布有若干个圆形金属膜标记。2.根据权利要求1所述的工艺芯片，其特征在于：所述第一组、第三组和OnPixle视场中，圆形金属膜标记的直径不小于3μm，厚度小于60nm，圆度优于0.3μm。3.根据权利要求1所述的工艺芯片，其特征在于：所述第一组中，每组标记金属膜沿中心线设置的至少2个圆形金属膜标记之间的间隔不小于10μm；所述第三组中，两个圆形金属膜标记的间距沿着排列方向各组逐步递增，其递增的幅度为0.4μm；所述第二组中，形成刃边图形的金属膜标记厚度小于60nm，刃边图形的刃边与X轴或Y轴的夹角小于10度；标记金属膜视场和OnPixle视场中，各圆形金属膜标记之间的间隙精度优于0.1μm；优选的，所述第三组的8组金属膜标记中，两个圆形金属膜标记的间距依序为3.32μm、3.36μm、3.40μm、3....

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志远，乔彦峰，苗亮，杨旺，
申请(专利权)人：长光华大基因测序设备长春有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22