一种分子检测芯片制造技术

本申请提供一种分子检测芯片，包括：微孔阵列，包括多个微孔，用于将待测溶液分成包括单个待测核酸分子的待测液滴；检测IC电路，位于微孔阵列下方，包括：检测单元，包括与多个微孔一一对应设置的多个检测子单元，多个检测子单元连接主控单元，用于对待测液滴中的目标核酸分子扩增，在扩增后测量出具有目标核酸分子的目标待测液滴的荧光强度，并向主控单元发送原始测量结果；主控单元，用于电源管理，通过行列选择控制检测单元，接收原始测量结果，根据原始测量结果生成最终检测结果。本申请通过检测芯片将液滴生成、阵列化、核酸扩增、光电检测、数据处理等功能进行集成，精简了芯片整体结构，提高了反应速度和检测性能，并增强了芯片稳定性。片稳定性。片稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种分子检测芯片


[0001]本申请涉及分子诊断领域，特别涉及一种分子检测芯片。

技术介绍

[0002]目前，当前核酸分子的定量检测有三种主要方法，光度法基于核酸分子的吸光度来定量；实时荧光定量PCR(Real Time PCR)基于Ct值，Ct值就是指可以检测到荧光值对应的循环数；数字PCR是最新的定量技术，基于单分子PCR方法来进行计数的核酸定量，是一种绝对定量的方法。
[0003]其中，数字PCR(Digital Polymerase Chain Reaction，dPCR)是单分子核酸诊断的代表性技术，其优势是高灵敏和绝对定量。
[0004]但是，现有的数字PCR产品集成度不高，需要多台机器配合参与实现核酸诊断过程，例如需要复杂的液滴生成模块、温控模块和光学检测模块，仪器复杂导致性能不稳定，价格高昂。
[0005]因此，现有的绝对定量的微流控分子检测技术仍有待改进。

技术实现思路

[0006]鉴于上述现有技术的不足之处，本申请的目的在于提供一种分子检测芯片，旨在提高分子检测产品的集成度、检测速度和性能稳定性。
[0007]为了达到上述目的，本申请采取了以下技术方案：
[0008]本申请提供了一种分子检测芯片，包括：
[0009]微孔阵列，设置在所述分子检测芯片表面，包括多个微孔，所述多个微孔用于将待测溶液分成多个待测液滴，所述待测液滴包括反应溶液和最多一个目标核酸分子，其中，所述目标核酸分子在一定反应溶液和一定温度条件下，指数级扩增后，发出可测量的荧光；
[0010]检测IC电路，与所述孔阵列板层叠设置，包括：
[0011]检测单元，包括与所述多个微孔一一对应设置的多个检测子单元，所述多个检测子单元连接主控单元；所述检测子单元用于对所述待测液滴中的目标核酸分子进行扩增，在扩增后识别出荧光强度大于第一阈值的待测液滴，得到原始测量结果，并向所述主控单元发送原始测量结果；
[0012]主控单元，用于电源管理、时钟管理、控制所述检测子单元、接收所述识别信号，根据所有的所述原始测量结果生成最终检测结果，并向芯片外部电路输出所述最终检测结果。
[0013]可以看出，本申请中通过检测芯片将扩增、检测、数据处理等功能进行集成，精简了分子检测芯片的结构，增强了稳定性。
[0014]在一些实施例中，所述多个微孔阵列有序排布在所述微孔阵列上，且所述微孔的所有孔壁均垂直于所述微孔底部；或者，所述微孔的所有孔壁均与所述微孔底部形成锐角夹角或钝角夹角。
[0015]在一些实施例中，所述微孔阵列上包括多个液滴区域，所述多个微孔分布在所述多个液滴区域上；所述待测溶液沿着预设方向流过并覆盖所述多个液滴区域，形成待测液滴阵列。
[0016]在一些实施例中，所述微孔内侧表面亲水，微孔底部亲水或疏水。
[0017]在一些实施例中，微孔阵列由惰性材料制成，并通过物理修饰或化学修饰得到亲水性或疏水性。
[0018]在一些实施例中，所述检测子单元包括层叠设置的滤光层、加热电极、检测电路和辅助电路；
[0019]所述滤光层设置在相应的所述微孔下，由第一折射层和第二折射层层叠组成，用于过滤所述微孔的入射激发光，并使得液滴扩增后，波长较长的荧光出射光得以透过滤光层，到达检测单元，所述第一折射层的折射率与所述第二折射层的折射率不同；
[0020]所述加热电极设置在所述滤光层和所述检测电路之间，或者设置在所述微孔与所述滤光层之间，用于将所述待测液滴加热至目标温度进行恒温扩增，或者进行多个温度循环，以进行核酸的变温扩增反应；
[0021]所述检测电路，包括一个或多个光电传感器，用于接收行列选通指令和控制指令，使得所述一个或多个光电传感器在接收到光信号时，生成并向所述主控单元发送所述原始测量结果；
[0022]所述光电传感器可以是光电二极管或雪崩二极管，也可以是其他具有光电转换能力的传感器；
[0023]所述辅助电路，包括温度传感电路，所述温度传感电路的热敏元件靠近微孔设置或是设置在主控单元内部，用于读取一个或多个检测电路的温度信号，并通过主控电路向所述外部电路输出。
[0024]在一些实施例中，所述辅助电路，还包括多条金属连接线，所述多条金属连接线分别设置在所述加热电极、温度传感器与所述检测电路之间，分别使所述加热电极、温度传感器和所述检测电路与所述主控单元电连接。
[0025]在一些实施例中，所述滤光层或加热电极上设置有微透镜，用于汇聚微孔发出的荧光。
[0026]在一些实施例中，所述主控单元包括电源管理电路、时钟管理电路、行列选择电路、信号读出电路、信号处理电路、I/O接口电路；
[0027]所述电源管理电路，用于将芯片外部供电转换成芯片内部的一个或多个直流电平；
[0028]所述时钟管理电路，用于接收并处理芯片外部提供的时钟信号作为芯片内部数字电路的时间基准；
[0029]所述行列选择电路，连接电源管理电路，用于发送行列选通指令以选通相应行、列位置的检测子单元；
[0030]所述信号读出电路，连接电源管理电路，用于读取透过滤光层的所有光信号并通过所述光电传感器转化成电信号；
[0031]或者，所述信号读出电路包括预处理电路，所述预处理电路连接主控单元，用于将所述数字电信号进行多次平均和降噪，或者进行信号压缩；
[0032]所述I/O接口电路，连接信号读出电路和温度传感电路，用于将芯片外部的电源、时钟、控制信号等输入芯片内部，并将信号读出电路的数字信号和温度传感电路的温度信号以数字化形式传送到芯片外部电路。
[0033]在一些实施例中，所述微孔基于CMOS工艺兼容的微机电系统(MEMS)技术加工。
附图说明
[0034]图1为本申请提供的检测IC电路的结构框图；
[0035]图2为本申请提供的微孔排布示意图；
[0036]图3为本申请提供的检测像素点的一种实施例的结构爆炸图；
[0037]图4为本申请提供的检测像素点的另一种实施例的结构爆炸图；
[0038]图5为本申请提供的微孔的一种实施例的结构图；
[0039]图6为本申请提供的微孔的另一种实施例的结构图；
[0040]图7为本申请提供的分子检测芯片的结构图。
具体实施方式
[0041]为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0042]本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分子检测芯片，其特征在于，包括：微孔阵列，设置在所述分子检测芯片表面，包括多个微孔，所述多个微孔用于将待测溶液分成多个待测液滴，所述待测液滴包括反应溶液和最多一个目标核酸分子，所述目标核酸分子与反应溶液结合发出荧光；检测IC电路，设置在所述微孔阵列下，包括：检测单元，包括与所述多个微孔一一对应设置的多个检测子单元，所述多个检测子单元连接主控单元；所述检测子单元用于对所述待测液滴中的所述目标核酸分子进行扩增，在扩增后识别出荧光强度大于第一阈值的待测液滴，得到原始测量结果，并向所述主控单元发送原始测量结果；主控单元，用于电源管理、时钟管理、控制所述检测子单元、接收所述原始测量结果，根据所有的所述原始测量结果生成最终检测结果，并向芯片外部电路输出所述最终检测结果。2.根据权利要求1所述的分子检测芯片，其特征在于，所述多个微孔阵列有序排布在所述分子检测芯片表面上，以形成微孔阵列；所述微孔的所有孔壁均垂直于所述微孔底部；或者，所述微孔的所有孔壁均与所述微孔底部形成锐角夹角或钝角夹角。3.根据权利要求1
‑
2任一项所述的分子检测芯片，其特征在于，所述微孔阵列上包括多个液滴区域，所述多个微孔分布在所述多个液滴区域上；所述待测溶液沿着预设方向流过并覆盖所述多个液滴区域，形成待测液滴阵列。4.根据权利要求1
‑
2任一项所述的分子检测芯片，所述微孔内侧表面亲水，微孔底部亲水或疏水。5.根据权利要求1
‑
2任一项所述的分子检测芯片，微孔阵列由惰性材料制成，并通过物理修饰或化学修饰得到亲水性或疏水性。6.根据权利要求1所述的分子检测芯片，其特征在于，所述检测子单元包括层叠设置的滤光层、加热电极、检测电路和辅助电路；所述滤光层设置在相应的所述微孔下，由若干组第一折射层和第二折射层层叠组成，用于过滤所述微孔的入射激发光，并使得液滴扩增后，波长大于该滤光层截止波长的荧光出射光得以大部分透过滤光层，到达检测单元，而波长低于该滤光层截止波长的入射激发光大部分被滤除，所述第一折射层的折射率与所述第二折射层的折射率不同...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴天准，赵赛赛，任浩凡，舒伟良，曾敬源，
申请(专利权)人：吴天准深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：