一种测序单元、芯片以及制备方法技术

本发明专利技术属于生物检测技术领域，具体涉及一种测序单元、芯片以及制备方法，所述测序单元包括基底，基底上方设置样品流道，基底下方设置缓冲液流道；样品流道和基底之间设置单孔储液腔；基底上设置电极，电极一端与单孔储液腔连接；基底上还设置基底穿孔，基底穿孔连通缓冲液流道；基底穿孔与单孔储液腔之间通过液体电阻流道连通。本发明专利技术可以采用成熟加工工艺制作，并不受基底厚度限制；使得基底穿孔的深宽比要求大大放宽。比要求大大放宽。比要求大大放宽。

【技术实现步骤摘要】
一种测序单元、芯片以及制备方法


[0001]本专利技术属于生物检测
，具体涉及一种测序单元、芯片以及制备方法。

技术介绍

[0002]纳米孔测序器件是一种通过检测DNA分子穿过纳米大小的孔洞时产生的电学信号变化从而测定DNA分子碱基对序列的器件。该类型器件一般包括一个可以隔离两个储液腔的薄膜和一个镶嵌在该薄膜的纳米孔。这个纳米孔可以使用自然界存在或人工编译的具有孔结构的蛋白质分子（纳米孔蛋白），也可以通过离子束等物理加工手段在薄膜上开孔。当器件进行DNA测序时，薄膜两侧的储液腔体处于不同电位以驱动DNA分子通过纳米孔。当测序目标DNA穿过该纳米孔时，两个储液腔之间的电学信号会被同时记录。通过分析这些信号，就可以完成DNA结构的测序。
[0003]当前的纳米孔器件主要采用的方式是监测两个储液腔之间，通过纳米孔蛋白的离子电流变化来计算测序目标DNA的碱基对序列。拉伸状态下的DNA分子长度较长，其通过纳米孔时需要一定的时间，而在特定时间内，只有一小部分的DNA分子碱基序列处于纳米孔内。由于每种碱基对于离子电流的变化幅度影响不同，离子电流的大小就会由于处于纳米孔内部的一小段碱基序列的变化而产生相应变化。因此，通过分析DNA穿过纳米孔的整个过程中的离子电流变化，使用相应算法可以计算得出测序目标DNA的碱基序列。
[0004]由于其基于离子电流的测序方法，该类型的纳米孔器件对于离子电流的检测准确性有较高的要求。目前的生物纳米孔测序器件所采用的纳米孔蛋白在测序环境中具有大约1吉欧的电阻，这使得测序时的离子电流大小约为100皮安。因此，器件结构与测试环境的变化都会对离子电流测量的准确性造成显著影响，这对器件电路的放大性能和稳定性提出了较高要求。同时，对于离子电流的测量受到电极面积大小的影响，这就限制了单位面积上的纳米孔器件总数，从而限制了商用纳米孔器件的通量大小。
[0005]考虑到基于离子电流测序方法的上述限制，采用分压器原理的电压测序方法在近几年被提出。该方法通过给嵌有纳米孔的薄膜一侧的储液腔添加一个由液体电阻流道相连接的缓冲液流道来构成一个分压器，从而使器件可以通过检测薄膜一侧储液腔的电势变化来获得纳米孔内电阻变化，进而通过相应算法计算出测序目标DNA的碱基序列。
[0006]在当前已经公开的专利中，大部分液体电阻流道和缓冲液流道采用了制作基底通孔的方式来实现。微纳加工领域的常用通孔制作方式对于材料的厚度和通孔的几何形状都有一定程度的要求。由于目前绝大部分纳米孔测序器件是基于硅晶圆制作的，其厚度多为几百微米，而该结构需要的孔直径则常常在几微米的范围，而目前较为成熟的高深宽比微纳加工技术由于负载效应和掩膜层面积等因素，实际生产中只能有效完成深宽比最高为15：1的深孔蚀刻。因此，如何有效地制作这类基底通孔结构成为了当前实现电压测序原理芯片制作及量产的一个重要技术问题。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提供一种测序单元、芯片以及制备方法。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种测序单元，包括基底，所述基底上方设置样品流道，所述基底下方设置缓冲液流道；所述样品流道与所述基底之间设置单孔储液腔，所述基底上设置电极，所述电极一端与单孔储液腔连接；所述基底上还设置基底穿孔，所述基底穿孔连通缓冲液流道；所述基底穿孔与单孔储液腔之间通过液体电阻流道连通。
[0009]进一步地，所述基底上方设置第一结构层，所述第一结构层内设置单孔储液腔。
[0010]进一步地，所述第一结构层上方设置第二结构层，所述第二结构层内设置样品流道，所述样品流道和单孔储液腔连通。
[0011]进一步地，所述基底下方设置第三结构层，所述第三结构层内设置缓冲液流道，所述缓冲液流道连通基底穿孔。
[0012]进一步地，所述液体电阻流道设置在第一结构层下表面。
[0013]进一步地，所述液体电阻流道设置在基底上表面。
[0014]进一步地，所述液体电阻流道为直线延伸结构、弧线结构或折叠线结构。
[0015]进一步地，所述基底穿孔的电阻值小于液体电阻流道的电阻值。
[0016]本专利技术还提供一种测序芯片，包括至少一排测序单元，每排测序单元包括上述的测序单元。
[0017]进一步地，每排测序单元包含多个测序单元，多个测序单元的样品流道相互连通为公共样品流道；多个测序单元的缓冲液流道相互连通为公共缓冲液流道。
[0018]进一步地，不同排的公共样品流道的一端汇聚并设置样品入口，不同排的公共样品流道的另一端汇聚并设置样品出口；不同排的公共缓冲液流道的一端汇聚并设置缓冲液入口，不同排的公共缓冲液流道的另一端汇聚并设置缓冲液出口。
[0019]进一步地，不同排的公共样品流道相互隔离或连通为一个流道整体；不同排的公共缓冲液流道相互隔离或连通为一个流道整体。
[0020]进一步地，所述测序芯片还包括上盖，所述上盖覆盖所有的公共样品流道；所述上盖内设置第一接口，所述第一接口与所述公共样品流道连通。
[0021]进一步地，所述测序芯片还包括下盖，所述下盖覆盖所有的公共缓冲液流道；所述下盖内设置第二接口，所述第二接口与所述公共缓冲液流道连通。
[0022]本专利技术还提供一种测序芯片，包括基底，所述基底上方设置样品流道，所述基底下方设置缓冲液流道，其特征在于，所述样品流道与所述基底之间设置至少两排与样品流道连通的单孔储液腔；所述基底上设置电极，所述电极一端与所述单孔储液腔连接；所述基底上方还设置至少一个公共低电阻流道，所述公共低电阻流道与单孔储液腔之间通过液体电阻流道连通；所述基底上设置与公共低电阻流道一端连通的第一基底穿孔，所述第一基底穿孔与所述缓冲液流道连通。
[0023]进一步地，所述基底上方设置第一结构层，所述第一结构层内设置单孔储液腔和
所述公共低电阻流道。
[0024]进一步地，所述第一结构层上设置第二结构层，所述第二结构层内设置至少一排样品流道，一排样品流道与至少一排单孔储液腔对应且连通。
[0025]进一步地，所述基底下方设置第三结构层，所述第三结构层内设置缓冲液流道。
[0026]进一步地，所述单孔储液腔内设置膜层，所述膜层上设置供分子穿过的纳米孔。
[0027]更进一步地，所述膜层设置在样品流道和单孔储液腔之间的交界处。
[0028]进一步地，所述液体电阻流道设置在第一结构层下表面，和/或，所述液体电阻流道设置在基底上表面。
[0029]进一步地，所述液体电阻流道为直线延伸结构、弧线结构或折叠线结构。
[0030]进一步地，所述基底上还设置第二基底穿孔，所述第二基底穿孔与公共低电阻流道设置第一基底穿孔的另一端连通；所述第二基底穿孔与所述缓冲液流道连通。
[0031]进一步地，每个公共低电阻流道的一端均设置一个第一基底穿孔，每个公共低电阻流道的另一端均设置一个第二基底穿孔，且第一基底穿孔、第二基底穿孔均不位于相邻两排单孔储本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测序单元，包括基底，所述基底上方设置样品流道，所述基底下方设置缓冲液流道；其特征在于，所述样品流道与所述基底之间设置单孔储液腔；所述基底上设置电极，所述电极一端与所述单孔储液腔连接；所述基底上还设置基底穿孔，所述基底穿孔连通所述缓冲液流道；所述基底穿孔与所述单孔储液腔之间通过液体电阻流道连通。2.根据权利要求1所述的测序单元，其特征在于，所述基底上方设置第一结构层，所述第一结构层内设置所述单孔储液腔。3.根据权利要求2所述的测序单元，其特征在于，所述第一结构层上方设置第二结构层，所述第二结构层内设置所述样品流道，所述样品流道和所述单孔储液腔连通。4.根据权利要求1所述的测序单元，其特征在于，所述基底下方设置第三结构层，所述第三结构层内设置所述缓冲液流道，所述缓冲液流道连通所述基底穿孔。5.根据权利要求2所述的测序单元，其特征在于，所述液体电阻流道设置在第一结构层下表面，和/或，所述液体电阻流道设置在基底上表面。6.根据权利要求1所述的测序单元，其特征在于，所述液体电阻流道为直线延伸结构、弧线结构或折叠线结构。7.一种测序芯片，其特征在于，包括至少一排测序单元，每排测序单元包括权利要求1
‑
6任一项所述的测序单元。8.根据权利要求7所述的测序芯片，其特征在于，每排测序单元包含多个测序单元，多个测序单元的样品流道相互连通为公共样品流道；多个测序单元的缓冲液流道相互连通为公共缓冲液流道。9.根据权利要求8所述的测序芯片，其特征在于，不同排的公共样品流道的一端汇聚并设置样品入口，不同排的公共样品流道的另一端汇聚并设置样品出口；不同排的公共缓冲液流道的一端汇聚并设置缓冲液入口，不同排的公共缓冲液流道的另一端汇聚并设置缓冲液出口。10.根据权利要求9所述的测序芯片，其特征在于，不同排的公共样品流道相互隔离或连通为一个流道整体；不同排的公共缓冲液流道相互隔离或连通为一个流道整体。11.根据权利要求9所述的测序芯片，其特征在于，所述测序芯片还包括上盖，所述上盖覆盖所有的公共样品流道；所述上盖内设置第一接口，所述第一接口与所述公共样品流道连通。12.根据权利要求9所述的测序芯片，其特征在于，所述测序芯片还包括下盖，所述下盖覆盖所有的公共缓冲液流道；所述下盖内设置第二接口，所述第二接口与所述公共缓冲液流道连通。13.一种测序芯片，包括基底，所述基底上方设置样品流道，所述基底下方设置缓冲液流道，其特征在于，所述样品流道与所述基底之间设置至少两排与样品流道连通的单孔储液腔；所述基底上设置电极，所述电极一端与所述单孔储液腔连接；所述基底上方还设置至少一个公共低电阻流道，所述公共低电阻流道与单孔储液腔之间通过液体电阻流道连通；所述基底上设置与公共低电阻流道一端连通的第一基底穿孔，所述第一基底穿孔与所述缓冲液流道连通。14.根据权利要求13所述的测序芯片，其特征在于，所述基底上方设置第一结构层，所
述第一结构层内设置单孔储液腔和所述公共低电阻流道。15.根据权利要求14所述的测序芯片，其特征在于，所述第一结构层上设置第二结构层，所述第二结构层内设置至少一排样品流道，一排样品流道与至少一排单孔储液腔对应且连通。16.根据权利要求13所述的测序芯片，其特征在于，所述基底下方设置第三结构层，所述第三结构层内设置缓冲液流道。17.根据权利要求13所述的测序芯片，其特征在于，所述单孔储液腔内设置膜层，所述膜层...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪源，王琎，刘钊，夏晓翔，
申请(专利权)人：北京齐碳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：