一种用于核酸检测的微流控芯片及其制作方法技术

本发明专利技术提出一种用于核酸检测的微流控芯片及其制作方法，属于微流控芯片生物传感器技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种用于核酸检测的微流控芯片结构及制作方法的改进；解决该技术问题采用的技术方案为：盖片设置在基片上，盖片上设置有多条微流道；微流道包括放大芯片微流道和传感芯片微流道，放大芯片微流道包括进液口、出液口、电容耦合微流道和有机半导体微流道；所述传感芯片微流道包括进液口和出液口；所述基片包括基底、电极引线层、绝缘层、微电极层四层；微电极层设置有至少一个放大芯片组件、至少一个传感芯片组件、PAD电极、金属导线和驱动电极；放大芯片组件包括有机半导体膜和第一微电极组；本发明专利技术应用于微流控芯片。控芯片。控芯片。

【技术实现步骤摘要】
一种用于核酸检测的微流控芯片及其制作方法


[0001]本专利技术提出一种用于核酸检测的微流控芯片及其制作方法，属于微流控芯片生物传感器


技术介绍

[0002]核酸检测是病原体诊断的重要依据，目前临床应用较多的一种核酸检测方法是荧光PCR 检测法，这种检测方法通常只能检测一种病原体(如病毒、微生物等)，且检测操作复杂、成本高，并且其阳性检出率仅为30％～50％；检出率低主要是由于部分病原体的遗传物质序列同源性极高，导致核酸检测的假阳性较高，因此对病原体核酸检测的特异性和灵敏度要求较高；在核酸检测过程中，每形成一个新的磷酸二酯键，糖
‑
磷酸主链就会释放一个质子，从而使扩增过程伴随着缓冲液pH值的变化，该变化可通过离子敏感的场效应晶体管 (ISFET)或者pH敏感的电化学传感器得到量化检测，但这些方法均无法应用于病原体检测，最重要原因是其pH检测灵敏度无法突破Nernstian极限(即59mV pH unit
‑
1)。
[0003]近些年有机电化学晶体管(OECT)被广泛应用于无标识生物传感，如多巴胺、肾上腺素、抗坏血酸、三磷酸腺苷等检测，基于OECT的信号放大能力是常规有机晶体管的近百倍，因此将有可能实现超Nernstian极限灵敏度(100mV pH unit
‑
1)的pH值检测，晶体管可以结合微流控技术实现阵列化，将核酸检测各重PCR扩增反应限制在各自的独立空间内，同时能够平行运行上千个PCR反应并避免非特异性扩增，因此将OECT与PCR技术结合可兼顾高特异性与高灵敏度，实现对病原体的检测；但目前针对该领域的研究实属空白，需要具体研究微流控芯片具体的结构，以及相应的制作方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种用于核酸检测的微流控芯片结构及制作方法的改进。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种用于核酸检测的微流控芯片，包括盖片和基片，所述盖片设置在基片上，所述盖片上设置有多条微流道，每条微流道中包括有放大芯片微流道和传感芯片微流道；
[0006]所述放大芯片微流道包括进液口、出液口、电容耦合微流道、有机半导体微流道；
[0007]所述传感芯片微流道包括进液口和出液口；
[0008]所述基片由下到上依次设置有基底、电极引线层、绝缘层、微电极层，在微电极层和有机半导体微流道中均设置有至少一个放大芯片组件、至少一个传感芯片组件、PAD电极、金属导线、驱动电极；
[0009]所述驱动电极分别通过绝缘层上设置的通孔及通孔内的电极引线与PAD电极相连，所述PAD电极设置在盖片的外部。
[0010]所述放大芯片组件包括有机半导体膜和第一微电极组，所述第一微电极组包括源极、漏极、栅极，所述有机半导体膜设置在源极和漏极的上侧，所述有机半导体膜覆盖源极、
漏极的导电延伸端，同时栅极不与源极、漏极、有机半导体膜相连；
[0011]所述驱动电极、源极和漏极的导电延伸端浸没在放大芯片微流道内。
[0012]所述传感芯片微流道和传感芯片组件的内部均设置有包括控制栅极和浮动栅极，所述控制栅极上沉积有pH敏感材料；所述控制栅极和浮动栅极之间还设置有介电材料，所述介电材料能够实现在控制栅极与介电材料、浮动栅极与介电材料之间形成界面电容；
[0013]所述浮动栅极还通过金属导线与栅极连接；
[0014]所述源极、漏极、控制栅极分别通过绝缘层上设置的通孔及通孔内的电极引线与PAD 电极相连。
[0015]在基底的上侧设置有电极导线层，所述绝缘层覆盖在电极导线层和基底的上侧，所述微电极层覆盖在绝缘层的上侧；
[0016]所述电极导线层包括多个互不相连的电极导线，具体包括：控制栅极导线、源极导线、漏极导线、驱动电极导线；
[0017]所述PAD电极包括：控制栅极PAD电极、源极PAD电极、漏极PAD电极、驱动电极 PAD电极；
[0018]所述控制栅极通过控制栅极导线与控制栅极PAD电极相连；
[0019]所述驱动电极通过驱动电极导线与驱动电极PAD电极相连；
[0020]所述源极通过源极导线与源极PAD电极相连；
[0021]所述漏极通过漏极导线与漏极PAD电极相连。
[0022]所述驱动电极与漏极之间的距离设置为W1；
[0023]所述栅极与源极、栅极与漏极之间的距离设置为W2；
[0024]所述源极与漏极之间的距离设置为W3；
[0025]则要求所述第一微电极组之间在垂直方向的距离W4满足W4＞W1＝A*W2＝B*W3，且1 ＜A＜B，能够保证只在源极、漏极之间沉积有机半导体膜。
[0026]所述控制栅极的沉积面积为A
71
，浮动栅极的沉积面积为A
72
，栅极的沉积面积为A
64
，有机半导体膜的沉积面积为A
61
，相互之间面积关系应满足；
[0027]A
71
>A
72
且A
64
>A
61
。
[0028]一种用于核酸检测的微流控芯片的制作方法，包括如下制作步骤：
[0029]步骤一：利用MEMS工艺，制备盖片；
[0030]步骤二：利用MEMS工艺，制备原始基片；
[0031]步骤三：将制作的原始基片和盖片进行键合；
[0032]步骤四：将步骤三制备好的键合芯片与外部电路进行连接，然后制备有机半导体膜和 pH敏感膜，最终形成完整的芯片。
[0033]所述步骤一中利用MEMS工艺制备盖片的具体工艺过程为：
[0034]步骤1.1：将硅片浸泡在铬酸24小时，除去硅片表面的污垢，取出后用去离子水冲洗3 次，然后将硅片放置在80～100℃的干燥箱中10～20min；
[0035]步骤1.2：在暗室中取出步骤1.1处理后的两片完全相同的硅片，倾倒适量的AZ50光刻胶，制备流体运输层的光刻阳模；将上述硅片静置10～30min，转移到甩胶机上，以 400～700rpm的速度甩胶10sec，再反向以1000～3000rpm的速度甩胶20～40sec，使光刻胶均匀分布在硅片表明；静置20～40min，将硅片放置在干燥箱中50～80℃干燥2～5min， 100～
120℃干燥5～10min，取出硅片，冷却至室温备用；
[0036]步骤1.3：将制备好的印制由流体运输层的光刻掩膜版压在涂覆有光刻胶一侧的硅片上，依次用紫外光刻机进行曝光，曝光后将硅片浸泡在配置好的显影液中显影4～7min，显影完毕取出硅片用无水异丙醇冲洗1～3次；
[0037]步骤1.4：将冲洗后的制作流体控制层的阳模在干燥箱中90～110℃干燥5～8min后，取出冷却至室温；
[0038]步骤1.5：使用锡纸制作与阳模大小本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于核酸检测的微流控芯片，包括盖片(1)和基片(2)，所述盖片(1)设置在基片(2)上，所述盖片(1)上设置有多条微流道(3)，其特征在于：每条微流道(3)中包括有放大芯片微流道(4)和传感芯片微流道(5)；所述放大芯片微流道(4)包括进液口(41)、出液口(42)、电容耦合微流道(43)、有机半导体微流道(44)；所述传感芯片微流道(5)包括进液口(51)和出液口(52)；所述基片(2)由下到上依次设置有基底(21)、电极引线层(22)、绝缘层(23)、微电极层(24)，在微电极层(24)和有机半导体微流道(44)中均设置有至少一个放大芯片组件(6)、至少一个传感芯片组件(7)、PAD电极(8)、金属导线(9)、驱动电极(10)；所述驱动电极(10)分别通过绝缘层(23)上设置的通孔及通孔内的电极引线(22)与PAD电极(8)相连，所述PAD电极(8)设置在盖片(1)的外部。2.根据权利要求1所述的一种用于核酸检测的微流控芯片，其特征在于：所述放大芯片组件(6)包括有机半导体膜(61)和第一微电极组，所述第一微电极组包括源极(62)、漏极(63)、栅极(64)，所述有机半导体膜(61)设置在源极(62)和漏极(63)的上侧，所述有机半导体膜(61)覆盖源极(62)、漏极(63)的导电延伸端，同时栅极(64)不与源极(62)、漏极(63)、有机半导体膜(61)相连；所述驱动电极(10)、源极(62)和漏极(63)的导电延伸端浸没在放大芯片微流道内。3.根据权利要求2所述的一种用于核酸检测的微流控芯片，其特征在于：所述传感芯片微流道(5)和传感芯片组件(7)的内部均设置有包括控制栅极(71)和浮动栅极(72)，所述控制栅极(71)上沉积有pH敏感材料；所述控制栅极(71)和浮动栅极(72)之间还设置有介电材料，所述介电材料能够实现在控制栅极(71)与介电材料、浮动栅极(72)与介电材料之间形成界面电容；所述浮动栅极(72)还通过金属导线(9)与栅极(64)连接；所述源极(62)、漏极(63)、控制栅极(71)分别通过绝缘层(23)上设置的通孔及通孔内的电极引线(22)与PAD电极(8)相连。4.根据权利要求3所述的一种用于核酸检测的微流控芯片，其特征在于：在基底(21)的上侧设置有电极导线层(22)，所述绝缘层(23)覆盖在电极导线层(22)和基底(21)的上侧，所述微电极层(24)覆盖在绝缘层(23)的上侧；所述电极导线层(22)包括多个互不相连的电极导线，具体包括：控制栅极导线(221)、源极导线(222)、漏极导线(223)、驱动电极导线(224)；所述PAD电极(8)包括：控制栅极PAD电极(81)、源极PAD电极(82)、漏极PAD电极(83)、驱动电极PAD电极(84)；所述控制栅极(71)通过控制栅极导线(221)与控制栅极PAD电极(81)相连；所述驱动电极(10)通过驱动电极导线(224)与驱动电极PAD电极(84)相连；所述源极(62)通过源极导线(222)与源极PAD电极(82)相连；所述漏极(63)通过漏极导线(223)与漏极PAD电极(83)相连。5.根据权利要求2所述的一种用于核酸检测的微流控芯片，其特征在于：所述驱动电极(10)与漏极(63)之间的距离设置为W1；所述栅极(64)与源极(62)、栅极(64)与漏极(63)之间的距离设置为W2；
所述源极(62)与漏极(63)之间的距离设置为W3；则要求所述第一微电极组之间在垂直方向的距离W4满足W4＞W1＝A*W2＝B*W3，且1＜A＜B，能够保证只在源极(62)、漏极(63)之间沉积有机半导体膜(61)。6.根据权利要求3所述的一种用于核酸检测的微流控芯片，其特征在于：所述控制栅极(71)的沉积面积为A
71
，浮动栅极(72)的沉积面积为A
72
，栅极(64)的沉积面积为A
64
，有机半导体膜(61)的沉积面积为A
61
，相互之间面积关系应满足；A
71
>A
72
且A
64
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓璐，高志鹏，曾平君，冀健龙，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：