CN101358961A - 生物芯片封装和生物芯片封装基板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开生物芯片封装和生物芯片封装基板。提供了一种生物芯片封装，其允许为大量生产而优化的生物芯片与通用设备兼容，以及所述生物芯片封装的生物芯片封装基板。生物芯片封装可以包括其上安装有探针阵列的生物芯片以及其上安装有生物芯片的生物芯片封装基板，所述生物芯片封装基板具有暴露所述生物芯片后表面的贯穿腔。

Description

生物芯片封装和生物芯片封装基板
技术领域
所公开的技术涉及一种生物芯片封装和生物芯片封装基板，并且尤其涉及一种生物芯片封装，其允许为大量生产而优化的生物芯片与通用设备兼容，以及所述生物芯片封装的生物芯片封装基板。
背景技术
由于人类基因组工程的成熟以及生物信息学的发展而增加了遗传学内容，所述生物信息学可以处理由大型工程所产生的大量数据，所以越来越需要生物芯片。需要增加可在晶片上形成的生物芯片的数目以便满足对生物芯片日益增加的需要。
为了使使用一个晶片制造的生物芯片的数目最大化，必须使最小化或移除这样的空间，所述空间被生物芯片所必须的探针阵列区域或用于获得由分析设备(诸如扫描仪)所进行的分析的准确度所需要的区域所占据。
此外，需要一种具有正方形n×n格式的生物芯片，以便增加每个晶片的生物芯片产量以及生物芯片制造的生产率。
然而，诸如射流设备、杂交设备和扫描仪之类的分析设备通常用于分析具有矩形n×m格式的生物芯片。因此，急需一种用于使正方形格式的生物芯片能够与通用的分析设备相兼容的技术。
发明内容
所公开的技术提供了一种生物芯片封装，其可以提高生物芯片制造的产量并且与通用的分析设备兼容。
所公开的技术还提供了一种生物芯片封装基板，其可以提高生物芯片制造的产量并且与通用的分析设备兼容。
某些实施例提供了一种生物芯片封装，所述生物芯片封装具有其上安装有探针阵列的生物芯片，以及一种生物芯片封装基板，其上安装有生物芯片并且具有暴露所述生物芯片后表面的贯穿腔。
附图说明
通过参考附图来详细描述不同的实施例，所述公开的技术的其它特征和优点将变得更加明显，其中：
图1是根据所公开技术的第一实施例的生物芯片封装的俯视图；
图2是沿图1的线A-A’所得的剖视图；
图3是在图1的生物芯片封装中的生物芯片和生物芯片封装基板的分解剖视图；
图4是用于图示具有暴露部分的生物芯片封装基板和没有暴露部分的生物芯片封装基板的示意图；
图5是根据所公开的技术的第二实施例的生物芯片封装的剖视图；
图6是根据所公开的技术的第三实施例的生物芯片封装的剖视图；
图7是根据所公开的技术的第四实施例的生物芯片封装的剖视图；
图8是在图7的生物芯片封装中的生物芯片和生物芯片封装基板的分解剖视图；
图9是根据所公开的技术的第五实施例的生物芯片封装的剖视图；
图10是在图9的生物芯片封装中的生物芯片和生物芯片封装基板的分解剖视图；
图11是根据所公开的技术的第六实施例的生物芯片封装的剖视图；
图12是在图11的生物芯片封装中的生物芯片和生物芯片封装基板的分解剖视图；
图13是根据所公开的技术的第七实施例的生物芯片封装的剖视图；
图14是根据所公开的技术的第八实施例的生物芯片封装的剖视图；和
图15A和15B图示了在生物芯片和生物芯片封装基板之间的圆凸/凹穴啮合结构。
具体实施方式
通过参考各个实施例的以下详细描述和附图可以更容易地理解所公开的技术及其实现方法的优点和特征。然而，所公开的技术可以采用许多不同的形式体现并且不应当被解释为限于这里列出的实施例。相反，提供这些实施例使得此公开全面且完整，并向那些本领域技术人员充分表达了所公开的技术的各个原理，并且本发明只由附随的权利要求来限定。
据此，为了避免遮掩本发明，在一些具体实施例中，没有详细描述公知的处理步骤、结构、技术、材料或方法。
应当注意，使用这里所提供的任何和所有例子或者示例性的术语仅仅意在较好地说明所公开的技术，并不限制本发明的范围，除非另有说明否则。在描述本发明的上下文中(特别是在附随的权利要求的上下文中)使用术语“一种(”a”and”an”)”和“所述(the)”以及类似的指示物将被解释为覆盖单数和复数情况，除非这里另有陈述或者明显与上下文矛盾。如这里所用，单数形式“一种”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地表明另外的情况。还应理解的是，当说明书中使用术语“包含(“comprises”和/或“comprising”)”时，用于详细说明所声明的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或增加。术语“包含”、“具有”、“包括”和“含有”除非另作说明否则将被解释为开放式术语(即，意思是说“包括但不限于”)。这里所用的术语“和/或”包括一个或多个相关联的列出的条目的任何和全部组合。
将参考透视图、剖面图和/或平面图来描述所公开的技术，其中示出了所公开是技术不同的实施例。从而，可以根据制造技术和/或容限(allowance)来修改示例性视图的轮廊。即，所描述的公开技术的实施例并不旨在限制本发明的范围，而是覆盖可能由于制造工艺改变所导致的所有改变和修改。在附图中，为了清楚可以放大或缩小各个组件。贯穿说明书同样的附图标记指代同样的元件。
现在将参考附图更完整地描述所公开的技术，其中示出了示例性实施例。
根据所公开的技术的实施例的生物芯片封装可以通过把具有正方形(n×n)格式的生物芯片封装到矩形(n×m)格式中来增加每个晶片的生物芯片产量以及生物芯片制造的生产率，使得所述生物芯片与通用设备兼容。此外，所公开的技术提供了一种新颖的生物芯片封装，配置其以使当使用光学设备分析时聚焦简单、容易，由此增加了分析效率同时实现了紧凑的芯片设计和高集成度。
现在参考图1到3，图1到3详细地描述了根据所公开的技术的第一实施例的生物芯片封装1和生物芯片封装1的生物芯片封装基板100。
图1是根据所公开的技术的第一实施例的生物芯片封装的俯视图，图2是沿图1的线A-A’所得的剖视图，并且图3是在图1的生物芯片封装中的生物芯片和生物芯片封装基板的分解剖视图。
参照图1到3，生物芯片封装1包括生物芯片封装基板100和被安装在所述生物芯片封装基板100上的生物芯片200。
生物芯片封装基板100可以具有一种格式或者由一种材料形成，所述格式或材料便于适应通常用于分析生物芯片200的诸如射流设备、杂交设备和扫描仪之类的设备。生物芯片封装具有矩形格式，例如1英寸乘3英寸，其适合于在通常使用的设备中使用，但是所述格式并不局限于此。
生物芯片封装基板100可以用聚合材料或塑性材料形成，诸如聚丙烯，聚乙烯，聚碳酸酯或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，包括在注册商标TEFLONTM和KALREZTM下销售的产品的塑料，钠钙玻璃，石英，硅等。
贯穿说明书所使用的生物芯片200包含具有正方形格式的任何芯片，用于基因表达谱、基因分型、检测突变和多态性(诸如单核苷酸多态性(SNP))、分析蛋白质和肽、潜在药物的筛选、开发并制造新药等。
安装在生物芯片200上的探针阵列210可以是通过光刻合成、喷墨合成、点焊预制探针、使用小珠(beads)、或其它技术制造的任何探针阵列。
在美国专利申请Nos.11/686,546和11/743,477中描述了由光刻合成所形成的探针阵列的代表性例子，所述光刻合成可以被有效地应用于所公开的技术的生物芯片封装，所述美国专利已经被转让给本申请人并且通过全部并入此处作为参考。
生物芯片封装基板100包括具有安装部分105和暴露部分110的贯穿腔115，在所述安装部分105上安装生物芯片200。贯穿腔115具有用于接触生物芯片200的后表面200b的安装表面120、在第一方向上从安装表面120的一边伸出的第一侧壁130以及在第二方向上从安装表面120的另一边伸出的第二侧壁140。安装表面105的宽度W1大于暴露部分110的宽度W2。
生物芯片200被布置在安装部分105上以便暴露其上形成探针阵列210的上表面200a以及经由所述暴露部分110暴露后表面200b。从而当分析生物芯片200时，使用于调整扫描仪聚焦的台(stage)经由暴露部分110接触所述生物芯片200的后表面200b。暴露部分110可以具有各种横截面形状，包括但不限于四边形、多边形、圆和半圆。可以在安装表面120和生物芯片200之间插入粘合剂(未示出)以便粘附并且可以使用各种其它技术来固定所述生物芯片200。
在根据本实施例的生物芯片封装1中，生物芯片200的厚度T1可以基本上等于第二侧壁140的深度D1，使得所述生物芯片200的上表面200a处于与生物芯片封装基板100的上表面100a相同的平面。在这种情况下，生物芯片200具有与具有正方形格式的常规芯片相同的平面形状。
可以与盖片、垫杂交垫和盖、组装的杂交室或自动杂交站一起使用生物芯片封装1。
通过使用具有上述结构的生物芯片封装1，由于以下原因可以显著地改进分析效率。
如果使用没有暴露部分110的生物芯片封装，用于聚焦和测平的台必须与生物芯片封装基板100的非平面表面接触。这使台在穿过整个生物芯片200完成扫描之前继续调整聚焦。此外，不考虑连续的焦点调节，也存在很高的散焦风险。
然而，如果使用根据本实施例的生物芯片封装1，那么用于聚焦和测平的扫描仪台可以与生物芯片200的非常平的后表面200b接触。从而即便在一次聚焦和测平调整之后，穿过整个生物芯片200的扫描也不会导致散焦。从而，可以减少由于散焦所导致的错误出现次数以及用于分析扫描的时间，并且使分析效率最大化。
即便用于聚焦和测平的台接触生物芯片而不是生物芯片封装基板100，没有暴露部分的生物芯片封装也无法有效地减小生物芯片的尺寸。
虽然图1图示了其中安装有三个生物芯片200的生物芯片封装1，但是生物芯片200的数目以及所述生物芯片200的集成密度可以根据生物芯片封装1的利用率而改变。
图4是用于图示具有暴露部分的生物芯片封装基板和没有暴露部分的生物芯片封装基板的示意图，其图示了具有暴露部分110的生物芯片封装基板100(右)和没有暴露部分110的生物芯片封装基板1100(左)。对于没有暴露部分110的生物芯片封装来说，生物芯片1200必须具有用于固定生物芯片1200的限定在上表面1200a上的固定点1220a以便测量聚焦和测平。因而，生物芯片封装除用于探针阵列1210的区域之外还需要用于形成固定点1220a的区域。然而，根据本实施例的生物芯片封装中的生物芯片200可以在所述生物芯片200的后表面200b上具有固定点220b。
即，具有暴露部分110的生物芯片封装使得不需要在生物芯片200的上表面200a上具有用于固定点的区域，由此与没有暴露部分110的生物芯片封装相比较有效地减小了所述生物芯片200的尺寸，如果它们都具有相同尺寸的探针阵列210的话。如果生物芯片200具有与生物芯片1200相同的大小，那么具有暴露部分110的生物芯片封装可以比没有暴露部分110的生物芯片封装在所述生物芯片200上有效地实现高集成密度的探针阵列210。
图5是根据所公开的技术的第二实施例的生物芯片封装2的剖视图。
参照图5，与生物芯片封装1不同，根据本实施例的生物芯片封装2包括在生物芯片200和第二侧壁140之间插入的密封剂150。密封剂150用来更牢固地固定生物芯片200并且有效地防止在分析期间所使用的液体渗漏通过暴露部分110。
密封剂150可以由诸如硅或Ecomelt P1 Ex318(Collano EbnotherA.G.Schweiz)之类的材料形成，其可以在施加热量时被熔化并且当在室温下冷却或存储预定的时间而重新凝固。由于其余的结构基本上与先前实施例中的相同，所以没有给出其详细解释。
图6是根据所公开的技术的第三实施例的生物芯片封装3的剖视图。
参照图6，如果生物芯片200的厚度T1小于第二侧壁140的深度D1′，那么可以在生物芯片封装3内提供杂交反应空间160，由此不必使用附加的杂交室。
图7是根据所公开的技术的第四实施例的生物芯片封装4的剖视图，以及图8是在生物芯片封装4中的生物芯片200和生物芯片封装基板400的分解剖视图。
参照图7和8，贯穿腔415包括芯片安装部分405和暴露部分(或开口)410。与生物芯片封装1中的贯穿腔115不同，芯片安装部分405的一部分向外凸出。更具体地说，贯穿腔415具有用于接触生物芯片200的后表面200b的凸出安装表面420、在第一方向上从所述安装表面420的一边伸出的第一侧壁430、通过在安装表面420和凹进表面425之间延伸的另一侧壁423与所述安装表面420的另一边连接的凹进表面425、以及在与所述第一方向相对的第二方向上从所述凹进表面425伸出的第二侧壁440。因为可以把大量粘合剂445放入凹进表面425，所以具有上述构造的贯穿腔415可以增加在生物芯片200和生物芯片封装基板400之间的粘结强度。此外，安装表面420可以防止在分析期间所使用的液体沿着在生物芯片200和生物芯片封装基板400之间的接触表面渗到暴露部分410中。
图9是根据所公开的技术的第五实施例的生物芯片封装5的剖视图。图10是在生物芯片封装5中的生物芯片200和基板500的分解剖视图。
参照图9和10，贯穿腔515包括用于接触生物芯片200侧面的安装侧壁522和用于从任一安装侧壁522向下延伸的第一侧壁540。贯穿腔515可以进一步包括在生物芯片200和任一安装侧壁522之间提供的粘合剂和/或密封剂(未示出)。
图11是根据所公开的技术的第六实施例的生物芯片封装6的剖视图。图12是在生物芯片封装6中的生物芯片200和基板600的分解剖视图。
参照图11和12，生物芯片200被安装在安装表面620上，所述安装表面620是生物芯片封装基板600的上表面600a的一部分。贯穿腔615穿透基板600并且具有在第一方向上从安装表面620延伸的第一侧壁640。
图13是根据所公开的技术的第七实施例的生物芯片封装7的剖视图。
参照图13，生物芯片封装7包括用于保护探针阵列210的盖1000。因为盖1000的一端1001被连接到生物芯片封装基板100的上表面100a，但是另一端1002保持与生物芯片封装基板100相分离，所以可以提起另一端1002以便移除盖1000。为了防止盖1000直接接触探针阵列210，芯片安装部分(例如图3的安装部分105)的深度D1″可以大于生物芯片200的厚度T1。虽然图13示出了盖1000被直接连接到生物芯片封装基板100的上表面100a，但是如果必要的话，它可以被固定于在上表面100a的预定区域上所提供的垫(未示出)。如果所述垫高于探针阵列210，那么芯片安装部分的深度D1″可以基本上等于生物芯片200的厚度T1。
图14是根据所公开的技术的第八实施例的生物芯片封装8的剖视图。
参照图14，生物芯片封装8包括用于保护探针阵列210并且提供杂交反应空间1110的盖1100。诸如生物样品、清洗液或氮气之类的流体可以经由穿透盖1100的出/入口1120流入或流出反应空间1110。如果盖1100具有一个出/入口1120，那么所述出/入口1120可以负责提供/排除液体。如果盖1100具有两个或多个出/入口1120，那么至少一个出/入口1120负责提供液体并且至少另一个出/入口1120负责排除液体。可以在外部液体供给管和/或流体排出管提供出/入口1120。尽管图14示出了位于不同位置的两个出/入口1120，不过所述出/入口1120的位置数目可以根据应用的类型而改变。盖1100可以借助阳极焊接或使用粘合剂被结合到封装基板100，或者通过夹子安装到所述封装基板100。盖1100可以采用各种其它方式与封装基板100组合。
盖1100足够高使得在生物芯片200和生物样品之间可能出现杂交反应。例如，盖1100具有大约0.1um的高度。反应空间1110具有等于或大于生物芯片200宽度的宽度。更具体地说，反应空间1110可以具有刚好足以包围生物芯片200的两个边的宽度加上考虑到顺利杂交的大约0.5cm到大约1.5cm的延长。
尽管没有示出，出/入口1120可以进一步包括隔膜、塞子和垫圈以便保持反应空间1110清洁和控制反应条件。
图15A和15B图示了在生物芯片200和封装基板100、400、500或600之间的圆凸/凹穴啮合结构。
参照图15A和15B，提供一个圆凸“a”和凹穴“b”以便在接触表面进行啮合，所述接触表面在例如根据相对于图1到14的上述所公开的技术的实施例的任何生物芯片封装1到8中的生物芯片200和封装基板100、400、500或600之一之间。参照图15A，如果在生物芯片200的后表面或侧壁上提供圆凸“a”，那么可以在封装基板100、400、500或600中形成凹穴“b”。如果在生物芯片200的后表面或侧壁上形成凹穴“b”，那么在封装基板100、400、500或600上提供圆凸“a”。圆凸/凹穴啮合使生物芯片200能够被牢固地安装至封装基板100、400、500或600。
虽然参考图1到15B已经特别示出并描述了所公开的技术的示例性实施例，但是可以相互组合单个实施例以便实现新的生物芯片封装。例如，如在图5的生物芯片封装2中密封剂的使用和如在图6的生物芯片封装3中的结构可以被分别或共同地被应用于其另一实施例，所述结构中生物芯片的高度小于第二侧壁的深度。尽管在图13的生物芯片封装7内或图14的生物芯片封装8内描述了在封装基板100上提供盖1000或1100，但是可以把所述盖1000或1100应用于其余的实施例。
根据所公开的技术的实施例的生物芯片封装及其中安装的基板，通过把生物芯片封装到适于通用设备的矩形格式提供了改进的生物芯片兼容性，所述生物芯片具有为芯片的高产量和生产率而优化的正方形格式。
还设计了根据所公开的技术的一些实施例的生物芯片封装，以致用于聚焦和测平的扫描仪台可以接触生物芯片的非常平的后表面而不是生物芯片封装基板的非平面表面，由此即便在一次聚焦和测平调整之后也能消除在穿过整个生物芯片扫描期间的散焦风险。
根据所公开技术的实施例的生物芯片封装还设置以使在生物芯片的后表面上限定用于聚焦和测平台的固定点，从而除所述生物芯片的上表面上的探针阵列区域之外不再需要具有用于形成固定点的区域。因而，所公开的技术与具有相同尺寸的探针阵列但是在生物芯片的上表面上需要用于形成固定点的区域的生物芯片封装相比较，可以有效地减小生物芯片的尺寸。所公开的技术还可以与没有暴露部分的生物芯片封装相比更有效地在生物芯片上实现高集成密度的探针阵列。
虽然参考本发明的示例性实施例已经特别示出并描述了本发明，但是本领域普通技术人员应当理解在不脱离由附随权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。因此希望本实施例在各个方面都被认为是说明性的而并非是限制性的，参考附随的权利要求指出本发明的范围。

Claims (23)

1.一种生物芯片封装，其包括：
安装在生物芯片封装基板上的生物芯片，其中所述生物芯片封装基板包括暴露所述生物芯片后表面的一部分的贯穿腔；和
安装在所述生物芯片上的探针阵列。
2.如权利要求1所述的生物芯片封装，其中所述生物芯片具有正方形格式并且所述生物芯片封装基板具有矩形格式。
3.如权利要求1所述的生物芯片封装，其中在所述生物芯片和生物芯片封装基板之间制造圆凸/凹穴啮合。
4.如权利要求1所述的生物芯片封装，其中所述贯穿腔包括：
接触所述生物芯片后表面的安装表面；
在第一方向上从所述安装表面的一边延伸的第一侧壁；和
在第二方向上从所述安装表面的另一边延伸的第二侧壁。
5.如权利要求1所述的生物芯片封装，其中所述贯穿腔包括：
接触所述生物芯片后表面的凸出安装表面；
在第一方向上从所述安装表面的一边延伸的第一侧壁；
与所述安装表面的另一边连接的凹进表面；和
在第二方向上从所述凹进表面延伸的第二侧壁。
6.如权利要求4或5所述的生物芯片封装，其中所述生物芯片的厚度不超过所述第二侧壁的深度。
7.如权利要求5所述的生物芯片封装，其进一步包括在所述生物芯片和所述第二侧壁之间插入的密封剂。
8.如权利要求5所述的生物芯片封装，其进一步包括置于所述凹进表面上的粘合剂。
9.如权利要求1所述的生物芯片封装，其中所述贯穿腔包括：
接触所述生物芯片侧边的安装侧壁；和
从所述安装侧壁向下延伸的第一侧壁。
10.如权利要求9所述的生物芯片封装，其进一步包括在所述生物芯片和安装侧壁之间提供的粘合剂和密封剂中的至少一个。
11.如权利要求1所述的生物芯片封装，其中所述生物芯片被安装在所述生物芯片封装基板的安装表面上，所述贯穿腔穿透所述生物芯片封装基板，所述贯穿腔具有在第一方向上从所述安装表面延伸的第一侧壁。
12.如权利要求1所述的生物芯片封装，其中所述生物芯片封装基板包括多个贯穿腔。
13.如权利要求1所述的生物芯片封装，其进一步包括保护所述探针阵列的盖。
14.如权利要求13所述的生物芯片封装，其中所述盖与所述生物芯片封装基板协作以提供杂交反应空间。
15.一种生物芯片封装基板，其上安装有生物芯片并且包括暴露所述生物芯片后表面的贯穿腔。
16.如权利要求15所述的生物芯片封装基板，其中所述生物芯片具有正方形格式并且所述生物芯片封装基板具有矩形格式。
17.如权利要求15所述的生物芯片封装基板，其进一步包括圆凸和凹穴之一，用于制造与所述生物芯片的圆凸/凹穴啮合。
18.如权利要求15所述的生物芯片封装基板，其中所述贯穿腔包括：
接触所述生物芯片的后表面的安装表面；
在第一方向上从所述安装表面的一边延伸的第一侧壁；和
在与所述第一方向相对的第二方向上从所述安装表面的另一边延伸的第二侧壁。
19.如权利要求15所述的生物芯片封装基板，其中所述贯穿腔包括：
接触所述生物芯片的后表面的凸出安装表面；
在第一方向上从所述安装表面的一边延伸的第一侧壁；
与所述安装表面的另一边连接的凹进表面；和
在与所述第一方向相对的第二方向上从所述凹进表面延伸的第二侧壁。
20.如权利要求15所述的生物芯片封装基板，其中所述贯穿腔包括：
接触所述生物芯片侧边的安装侧壁；和
从所述安装侧壁向下延伸的第一侧壁。
21.如权利要求15所述的生物芯片封装基板，其中所述生物芯片被安装在所述生物芯片封装基板的安装表面上，所述贯穿腔穿透所述生物芯片封装基板，所述贯穿腔具有在第一方向上从所述安装表面延伸的第一侧壁。
22.如权利要求15所述的生物芯片封装基板，其进一步包括盖。
23.如权利要求22所述的生物芯片封装基板，其中所述盖与所述生物芯片封装基板协作以提供杂交反应空间。
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