一种数字PCR芯片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种数字PCR芯片，该芯片包括基底层和盖板层，基底层与盖板层之间形成密封腔体，盖板层上设置有至少一个进样孔和至少一个出样孔，基底层上设置有至少一个储液池和至少一个通道，储液池与通道连通，储液池中设置有至少一个微孔。相应的，本发明专利技术还公开了一种制备上述数字PCR芯片的方法。本发明专利技术芯片集成度高，面积小，通过采用湿法刻蚀工艺和硅‑玻璃键合，可以批量制作高通量的数字PCR芯片；通过流体仿真改进芯片结构，可以防止后续进样出现流动死角；进样过程利用矿物油与样品的膨胀系数差异封锁待测样品于微孔中，均匀独立并有助于防止样品污染，便于制作靶基因测试的高通量、高灵敏度、高精度的数字PCR芯片。

A digital PCR chip and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种数字PCR芯片及其制备方法
本专利技术涉及核酸检测
，具体涉及一种数字PCR芯片及其制备方法。
技术介绍
聚合酶链式反应(PCR)技术是常用于生物样品扩增的技术，从1985年美国科学家KaryMullis专利技术了PCR技术开始至今已经经历了第一代凝胶电泳PCR技术、第二代实时荧光定量PCR技术和第三代数字PCR技术。其中，数字PCR是一种核酸分子绝对定量技术，其主要采用当前分析化学热门研究领域的微流控技术，通过将样品制备、反应、分离和检测整合到一个微流控芯片中，可以直接数出DNA分子的个数，相比于定量PCR需要依靠标准曲线或参照基因来测定核酸量，数字PCR更快速准确、方便使用。由于这些优异特性，数字PCR在极微量核酸样本检测、表达量微小差异鉴定、稀有突变检测等方面表现优异，在病原体检测、食品检测、疗效评估，癌症标志物稀有突变检测、单细胞基因表达、诊断胎儿发育障碍等诸多方面有着广阔的应用前景。随着各种微组装技术的发展，提出一种微机电系统(MEMS)加工与生物检测相结合的技术，虽然采用该技术可以制作出比表面积大、集成度高的数字PCR芯片，但是采用该技术制作出的数字PCR芯片存在以下不足：1)采用的芯片制备工艺繁琐复杂，操作难度高，并且工艺设备昂贵，不利于批量生产；2)采用的芯片结构设计在导入流体时易产生空气泡死角影响后续PCR反应；3)采用的芯片结构芯片密封性不足会导致样本损失及样本污染；4)制作出的芯片成本高、芯片集成度、灵敏度和精确度都不够高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种数字PCR芯片及其制备方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术一方面提供了一种数字PCR芯片，包括基底层和盖板层，所述基底层与所述盖板层之间形成密封腔体，所述盖板层上设置有至少一个进样孔和至少一个出样孔，所述基底层上设置有至少一个储液池和至少一个通道，所述储液池与所述通道连通，所述储液池中设置有至少一个微孔。优选的，所述基底层上设置有八个储液池和八个通道，各个所述储液池与各个所述通道连通，所述八个通道均匀排布在所述基底层上。优选的，各个所述通道中设置有适于样品流动的边缘角。优选的，所述基底层与所述盖板层之间通过键合工艺键合在一起。优选的，所述基底层采用硅质材料制成，所述盖板层采用透光材料制成。本专利技术另一方面提供了一种制备上述数字PCR芯片的方法，该方法包括以下步骤：S1.准备所述基底层；S2.在所述基底层正面涂光刻胶，光刻显影，形成所述储液池和所述通道的图形；S3.刻蚀所述基底层表面的氧化层，将显影后所述光刻胶上的所述储液池与所述通道的图形转移到所述氧化层上，然后去胶；S4.通过各向异性湿法刻蚀所述基底层，控制腐蚀速率和腐蚀时间制备出所述储液池和所述通道；S5.用清洗液清洗后，刻蚀剩余的所述氧化层；S6.对所述基底层进行氧化形成氧化层；S7.在所述基底层正面涂光刻胶，光刻显影，形成微孔的图形；S8.刻蚀所述氧化层，将显影后所述光刻胶上的所述微孔的图形转移到所述氧化层上，然后去胶；S9.通过各向异性湿法刻蚀所述基底层，控制腐蚀速率和腐蚀时间制备出所述微孔；S10.用清洗液清洗后，刻蚀剩余的所述氧化层；S11.在所述盖板层上打孔形成所述进样孔和所述出样孔，通过键合工艺将所述基底层与所述盖板层键合在一起，即制成所述数字PCR芯片。优选的，所述步骤S1包括：选择表面为(100)晶面、单面抛光并氧化的硅片作为所述基底层。优选的，所述步骤S4包括：采用30％KOH腐蚀液，在50℃条件下通过各向异性湿法刻蚀所述基底层，控制腐蚀速率和腐蚀时间制备出所述储液池和所述通道。优选的，所述步骤S9包括：采用30％KOH腐蚀液，在50℃条件下通过各向异性湿法刻蚀所述基底层，控制腐蚀速率和腐蚀时间制备出所述微孔。优选的，所述步骤S11包括：在所述盖板层的设定位点采用激光打孔法打出所述进样孔和所述出样孔，通过键合工艺将所述基底层与所述盖板层键合在一起，即制成所述数字PCR芯片。本专利技术具有如下有益效果：1、采用的芯片制备方法简单易行，提高了芯片的一致性和重复性；2、芯片集成度高，面积小，通过采用湿法刻蚀工艺和硅-玻璃键合，可以批量制作高通量的数字PCR芯片，且微孔大小和间隙尺寸可自行调整不受工艺影响；3、通过流体仿真改进芯片结构，可以防止后续进样出现流动死角；4、进样过程利用矿物油与样品的膨胀系数差异封锁待测样品于微孔中，均匀独立并有助于防止样品污染，便于制作靶基因测试的高通量、高灵敏度、高精度的数字PCR芯片。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或者现有技术中的技术方案，下面将对实施例或者现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。图1是本专利技术实施例一提供的数字PCR芯片的结构示意图，其中：1-进样孔，2-出样孔，3-储液池，4-微孔，5-通道；图2是本专利技术实施例二和实施例三提供的制备数字PCR芯片的方法流程示意图，其中：a-单面抛光氧化的硅片清洗b-正面涂光刻胶c-光刻、显影d-BOE刻蚀氧化层/去胶e-KOH刻蚀储液池f-BOE刻蚀剩余氧化层g-生长氧化层h-正面涂光刻胶i-光刻、显影j-BOE刻蚀氧化层k-去胶l-KOH刻蚀出微腔m-BOE刻蚀剩余氧化层n-硅-玻璃键合6-基底层7-氧化层8-光刻胶9-盖板层；图3是本专利技术实施例四提供的数字PCR芯片的进样方法的流程示意图；图4是本专利技术实施例五提供的明场为50×50μm数字PCR芯片局部正置显微镜照片；图5是本专利技术实施例五提供的暗场为50×50μm数字PCR芯片局部正置显微镜照片。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。实施例一本实施例提供了一种数字PCR芯片，如图1所示，包括基底层和盖板层。优选的，基底层采用硅质材料(例如硅片)制成，盖板层采用透光材料(例如硼硅玻璃)制成。盖板层上设置有至少一个进样孔1和至少一个出样孔2，进样孔1和出样孔2分别用于样品及矿物油的进出。优选的，进样孔1和出样孔2通过激光打孔法形成。基底层上设置有至少一个储液池3和至少一个通道5，储液池3与通道5连通，储液池3中设置有至少一个微孔4。优选的，基底层上设置有八个储液池3和八个通道5，各个储液池3与各个通道5连通，八个通道5均匀排布在基底层上，可实现样品的导入均分。每个通道5的边角通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数字PCR芯片，其特征在于，包括基底层(6)和盖板层(9)，所述基底层(6)与所述盖板层(9)之间形成密封腔体，/n所述盖板层(9)上设置有至少一个进样孔(1)和至少一个出样孔(2)，/n所述基底层(6)上设置有至少一个储液池(3)和至少一个通道(5)，所述储液池(3)与所述通道(5)连通，所述储液池(3)中设置有至少一个微孔(4)。/n

【技术特征摘要】
1.一种数字PCR芯片，其特征在于，包括基底层(6)和盖板层(9)，所述基底层(6)与所述盖板层(9)之间形成密封腔体，
所述盖板层(9)上设置有至少一个进样孔(1)和至少一个出样孔(2)，
所述基底层(6)上设置有至少一个储液池(3)和至少一个通道(5)，所述储液池(3)与所述通道(5)连通，所述储液池(3)中设置有至少一个微孔(4)。


2.根据权利要求1所述的数字PCR芯片，其特征在于，所述基底层(6)上设置有八个储液池(3)和八个通道(5)，各个所述储液池(3)与各个所述通道(5)连通，所述八个通道(5)均匀排布在所述基底层(6)上。


3.根据权利要求1所述的数字PCR芯片，其特征在于，各个所述通道(5)中设置有适于样品流动的边缘角。


4.根据权利要求1所述的数字PCR芯片，其特征在于，所述基底层(6)与所述盖板层(9)之间通过键合工艺键合在一起。


5.根据权利要求1所述的数字PCR芯片，其特征在于，所述基底层(6)采用硅质材料制成，所述盖板层(9)采用透光材料制成。


6.一种制备如权利要求1-5中任一项所述的数字PCR芯片的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.准备所述基底层(6)；
S2.在所述基底层(6)正面涂光刻胶(8)，光刻显影，形成所述储液池(3)和所述通道(5)的图形；
S3.刻蚀所述基底层(6)表面的氧化层(7)，将显影后所述光刻胶(8)上的所述储液池(3)与所述通道(5)的图形转移到所述氧化层(7)上，然后去胶；
S4.通过各向异性湿法刻蚀所述基底层(6)，控制腐蚀速率和腐蚀时间制备出所述储液池(3)和所述通道(5)；
S5.用清洗液清洗后，刻蚀剩余的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁丽娟，孙一萌，贾春平，赵建龙，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31