CN106939284A - 用于基因测序的芯片和基因测序方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于基因测序的芯片和基因测序方法，用于基因测序的芯片包括本体，所述本体上具有容置腔室和温度测试单元，所述温度测试单元用于测试所述容置腔室内的温度变化量。本发明提供的用于基因测序的芯片，其结构简单、测序操作简便，在对基因进行测序时无需对碱基荧光标记，测序过程中碱基互补配对形成磷酸酯键和氢键放出的热量导致反映环境温度提高，温度测试单元通过对容置腔室内的温度变化量的检测来确定进行配对的碱基种类及配对碱基个数，然后再采用相同方法对后续的碱基种类和配对碱基个数依次进行检测，从而得到待测基因的序列。

Description

用于基因测序的芯片和基因测序方法
技术领域
本文涉及但不限于液晶显示技术，尤指一种用于基因测序的芯片和一种基因测序方法。
背景技术
现有的基因测序是通过对测试试剂中的各种碱基进行不同的荧光基团修饰(即：银光标记)，当这些碱基与待测基因片段(即：脱氧核苷酸链)配对后，通过光学系统检测荧光基团释放的荧光颜色，即可确定待测基因片段的碱基种类和个数，以此来对应得到待测基因片段的序列。荧光基团修饰的检测方法是当前基因测序领域的主流方法，该检测方法的检测结果直观，测序精度较高，但该检测方法对四种碱基进行不同颜色的荧光标记，而测序过程一般需经过上千轮的碱基配对，致使需要荧光基团修饰的碱基量较大，这就造成测序试剂的成本较高，不利于基因测序在医学等领域的普及和推广。
发明内容
为了解决上述技术问题中的至少之一，本文提供了一种用于基因测序的芯片，其结构简单、测序操作简便，在对基因进行测序时无需对碱基荧光标记，测序过程中碱基互补配对形成磷酸酯键和氢键放出的热量导致反映环境温度提高，通过对体系温度变化量的检测来确定碱基种类及配对个数，从而得到待测基因的序列。
为了达到本文目的，本发明提供了一种用于基因测序的芯片，包括本体，所述本体上具有容置腔室和温度测试单元，所述温度测试单元用于测试所述容置腔室内的温度变化量。
可选地，所述容置腔室的横截面的外接圆直径D为10～100μm，所述容置腔室的高度为1.25D～5D。
可选地，所述本体上还具有进口和出口，所述本体的内部具有过流腔室、多个所述容置腔室和多个所述温度测试单元，多个所述容置腔室、所述进口和所述出口均与所述过流腔室相连通，多个所述温度测试单元一一对应设置在多个所述容置腔室内、用于一一对应检测多个所述容置腔室内的温度变化。
可选地，任一所述容置腔室的腔壁上均设置有可受热变形的悬臂梁，多个所述温度测试单元一一对应设置在多个所述悬臂梁上，任一所述温度测试单元均通过检测对应的所述悬臂梁的变形量来反应对应的所述容置腔室内部的温度变化量。
可选地，任一所述悬臂梁包括第一基梁、第二基梁和连接层，所述第一基梁和所述第二基梁并排设置、并通过所述连接层连接在一起，且所述第一基梁和所述第二基梁的热膨胀系数不同，所述温度测试单元为设置在所述第一基梁或所述第二基梁上的压敏电阻。
可选地，任一所述悬臂梁包括第一基梁、第二基梁和介电层，所述第一基梁和所述第二基梁并排设置、并通过所述介电层连接在一起，所述温度测试单元为所述第一基梁、所述介电层和所述第二基梁构成的电容。
可选地，所述第一基梁和所述第二基梁的热膨胀系数不同。
可选地，所述第一基梁和所述第二基梁中的一个的材料为金属铝、另一个的材料为非金属硅，且多个所述悬臂梁均一一对应横置在所述过流腔室与多个所述容置腔室相连通的位置处。
可选地，所述本体包括：第一基板；第二基板，所述第一基板和所述第二基板相对设置；和环形壁，位于所述第一基板和所述第二基板之间，且所述环形壁的一端连接所述第一基板的边缘、另一端连接所述第二基板的边缘；其中，所述第一基板和所述第二基板中的一个上设置有多个所述容置腔室、另一个上设置有所述进口和所述出口，所述环形壁之间形成所述过流腔室，多个所述容置腔室的朝向所述过流腔室的一侧与所述过流腔室相连通。
本发明还提供了一种基因测序方法，采用四种测试试剂对脱氧核苷酸链的碱基依次进行检测，在脱氧核苷酸链的待检测的碱基与对应的测试试剂的碱基配对后，通过检测生成的热量来确定待检测的碱基的个数、通过该对应的测试试剂的碱基种类来确定该脱氧核苷酸链的待检测的碱基的种类，直至检测完整条脱氧核苷酸链的碱基为止；其中，任一种测试试剂中具有一种单一的碱基，四种测试试剂中具有四种单一的碱基。
与现有技术相比，本发明提供的用于基因测序的芯片，其结构简单、测序操作简便，在对基因进行测序时无需对碱基荧光标记，测序过程中碱基互补配对形成磷酸酯键和氢键放出的热量导致反映环境温度提高，温度测试单元通过对容置腔室内的温度变化量的检测来确定进行配对的碱基种类及配对碱基个数，然后再采用相同方法对后续的碱基种类和配对碱基个数依次进行检测，从而得到待测基因的序列。
本发明提供的基因测序方法，根据脱氧核苷酸链的碱基仅能够逐个进行配对的原理，采用四种测试试剂对脱氧核苷酸链的碱基依次进行检测，在脱氧核苷酸链的待检测的碱基与对应的测试试剂的碱基配对后，通过检测生成的热量来确定待检测的碱基的个数、通过该对应的测试试剂的碱基种类来确定该脱氧核苷酸链的待检测的碱基的种类，可得到该次反应的碱基种类和碱基个数，然后再采用相同方法对后续的碱基种类和配对碱基个数依次进行检测，直至检测完整条脱氧核苷酸链的碱基为止；其中，任一种测试试剂中具有一种单一的碱基，四种测试试剂中具有四种单一的碱基，在更换测试试剂的过程中，需要在脱氧核苷酸链的配对环境中先清除干净上一次选用的测试试剂，然后再向脱氧核苷酸链的配对环境中添加该次选用的测试试剂，以确保测试精准性。
本文的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本文而了解。本文的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本文技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本文的技术方案，并不构成对本文技术方案的限制。
图1为本发明一个实施例所述的用于基因测序的芯片的立体结构示意图；
图2为图1所示的芯片的主视结构剖视示意图；
图3为本发明中磁珠位于容置腔室内的主视结构剖视示意图；
图4为本发明中磁珠位于容置腔室内的俯视结构剖面示意图；
图5为图2中悬臂梁一个实施例的结构示意图；
图6为图2中悬臂梁另一个实施例的结构示意图。
其中，图1至图6中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
1本体，11进口，12出口，13过流腔室，14第一基板，15第二基板，151玻璃基板，152硅蚀刻层，16环形壁，2容置腔室，3温度测试单元，4磁珠，5悬臂梁，51第一基梁，52第二基梁，53连接层，54介电层，55立柱。
具体实施方式
为使本文的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本文的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本文，但是，本文还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本文的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面结合附图描述本文一些实施例的一种用于基因测序的芯片和一种基因测序方法。
本发明提供的用于基因测序的芯片，如图1和图2所示，包括本体1，所述本体1上具有容置腔室2和温度测试单元3，所述温度测试单元3用于测试所述容置腔室2内的温度变化量。
本发明提供的用于基因测序的芯片，其结构简单、测序操作简便，在对基因进行测序时无需对碱基荧光标记，降低了测试试剂的成本，也就降低了基因测序的成本，更利于基因测序在医学等领域普及和推广。
测序过程中碱基互补配对形成磷酸酯键和氢键放出的热量导致反映环境(即：容置腔室2)温度提高，温度测试单元3通过对容置腔室2内的温度变化量的检测来确定进行配对的碱基种类及配对碱基个数，然后再采用相同方法对后续的碱基种类和配对碱基个数依次进行检测，从而得到待测基因的序列。
配对生成的热量通过温度测试单元3检测容置腔室2内的温度变化量来反应出。
可选地，所述容置腔室2的横截面的外接圆直径D为10～100μm，所述容置腔室2的高度为1.25D～5D，容置腔室2的横截面可以是圆形或正六边形等。与携带有脱氧核苷酸链的磁珠的尺寸相适应，确保一个容置腔室2内仅能够容纳一个磁珠。
其中，一个磁珠上仅有一种脱氧核苷酸链(但是该种脱氧核苷酸链可以在磁珠的表面复制多个)。
可选地，如图2至图4所示，所述本体1上还具有进口11和出口12，所述本体1的内部具有过流腔室13、多个所述容置腔室2和多个所述温度测试单元3，多个所述容置腔室2、所述进口11和所述出口12均与所述过流腔室13相连通，多个所述温度测试单元3一一对应设置在多个所述容置腔室2内、用于一一对应检测多个所述容置腔室2内的温度变化。可以实现多个脱氧核苷酸链同时进行测序，可提升测序效率。
如图2至图4所示，磁珠4通过进口11进入到过流腔室13内，再自过流腔室13进入到容置腔室2内，由于一个容置腔室2内仅能够容纳一个磁珠4，这样进入的多个磁珠4就可以一一对应进入到多个容置腔室2内，各个容置腔室2各自独立，内部反应放出的热量也不会相互进行热传递。在进行测序时，先将一种测试试剂自进口11供入到过流腔室13内，然后再流入到各个容置腔室2内，各个容置腔室2内的温度变化情况由各自的温度测试单元3检测出，容置腔室2内的脱氧核苷酸链的碱基未配对则该容置腔室2内的温度不变化，容置腔室2内的脱氧核苷酸链的碱基配对则该容置腔室2内的温度变化，可根据温度变化量得到碱基的个数，通过供入的测试试剂得到碱基的种类，一一对应记录，此次测试完成后，清除干净芯片内的测试试剂而更换另一种测试试剂，再进行碱基种类的测试和记录，直到所有的容置腔室2内的脱氧核苷酸链测序完成为止。
其中，所有的测序过程中，单个容置腔室2内的碱基配对产生的温度变化量最小的应当是单个碱基配对的放热量(该容置腔室2内的脱氧核苷酸链上的单个碱基)，由此可以推算出在该脱氧核苷酸链上具有连续多个相同的碱基时该多个相同的碱基的个数(根据该连续多个相同的碱基进行配对反应时的放热量能够计算出)。
可选地，如图2、图3、图5和图6所示，任一所述容置腔室2的腔壁上均设置有可受热变形的悬臂梁5，多个所述温度测试单元3一一对应设置在多个所述悬臂梁5上，任一所述温度测试单元3均通过检测对应的所述悬臂梁5的变形量来反应对应的所述容置腔室2内部的温度变化量，由此来计算出进行配对反应的碱基的个数。
本发明的第一个具体实施例中，如图5所示，任一所述悬臂梁5包括第一基梁51、第二基梁52和连接层53，所述第一基梁51和所述第二基梁52并排设置、并通过所述连接层53连接在一起，且所述第一基梁51和所述第二基梁52的热膨胀系数不同，温度变化时，第一基梁51和第二基梁52受热导致热膨胀系数失配，从而产生热应力使第一基梁51和第二基梁52发生弯曲形变，连接层53用于较好地连接第一基梁51和第二基梁52，防止由于热膨胀系数失配导致第一基梁51和第二基梁52剥离脱落。所述温度测试单元3为设置在所述第一基梁51或所述第二基梁52上的压敏电阻。
本发明的第二个具体实施例中，如图6所示，任一所述悬臂梁5包括第一基梁51、第二基梁52和介电层54，所述第一基梁51和所述第二基梁52并排设置、并通过所述介电层54连接在一起，所述温度测试单元3为所述第一基梁51、所述介电层54和所述第二基梁52构成的电容。当悬臂梁5受热时，介电层54的介电常数发生变化，介电层54的厚度变化，致使第一基梁51和第二基梁52的间距改变，导致电容值变化，根据电容值的变化量来确定温度变化量。
其中，所述第一基梁51和所述第二基梁52的热膨胀系数可相同也可不同，在第一基梁51和第二基梁52的热膨胀系数不同时，悬臂梁5受热弯曲，介电层54的介电常数发生变化，介电层54的厚度变化，第一基梁51和第二基梁52的弯曲度也不同，致使第一基梁51和第二基梁52的间距改变，导致电容值变化，根据电容值的变化量来确定温度变化量。可在第一基梁51和第二基梁52上引出电容的测试点。
可选地，所述第一基梁51和所述第二基梁52中的一个的材料为金属铝、另一个的材料为非金属硅，第一基梁51和第二基梁52的热膨胀系数有明显差异，温度变化时，第一基梁51和第二基梁52受热导致热膨胀系数失配，从而产生热应力使悬臂梁5发生弯曲形变；多个所述悬臂梁5均一一对应横置在所述过流腔室13与多个所述容置腔室2相连通的位置处，以对容置腔室2内的热量的散失起到阻碍作用，更有利于提升容置腔室2内温度变化的检测精准性。
可选地，如图1和图2所示，所述本体1包括：第一基板14(其材料可以是玻璃、硅、聚合物等)；第二基板15(其材料可以是硅等)，所述第一基板14和所述第二基板15相对设置；和环形壁16(其材料可以是氧化硅、氮化硅、聚合物等)，位于所述第一基板14和所述第二基板15之间，且所述环形壁16的一端连接所述第一基板14的边缘、另一端连接所述第二基板15的边缘；其中，所述第二基板15上设置有多个所述容置腔室2、第一基板14上设置有所述进口11和所述出口12，所述环形壁16之间形成所述过流腔室13，多个所述容置腔室2的朝向所述过流腔室13的一侧与所述过流腔室13相连通。
当然，如图1至图3所示，第二基板15也可以是采用复合结构，如包括玻璃板层151和硅蚀刻层152，硅蚀刻层152设置在玻璃基板层151上，容置腔室2蚀刻在硅蚀刻层152上，悬臂梁5横置在容置腔室2的上部开口处。
其中，标号55为悬臂梁5的立柱，图2和图3中的剖面线未画出。
本发明提供的基因测序方法应用上述任一实施例所述的用于基因测序的芯片对脱氧核苷酸链的碱基进行测序，具体为：采用四种测试试剂对脱氧核苷酸链的碱基依次进行检测，在脱氧核苷酸链的待检测的碱基与对应的测试试剂的碱基配对后，通过检测生成的热量来确定待检测的碱基的个数、通过该对应的测试试剂的碱基种类来确定该脱氧核苷酸链的待检测的碱基的种类，直至检测完整条脱氧核苷酸链的碱基为止；其中，任一种测试试剂中具有一种单一的碱基，四种测试试剂中具有四种单一的碱基。
根据脱氧核苷酸链的碱基仅能够逐个进行配对的原理，采用四种测试试剂对脱氧核苷酸链的碱基依次进行检测，在脱氧核苷酸链的待检测的碱基与对应的测试试剂的碱基配对后，通过检测生成的热量来确定待检测的碱基的个数、通过该对应的测试试剂的碱基种类来确定该脱氧核苷酸链的待检测的碱基的种类，可得到该次反应的碱基种类和碱基个数，再清除干净进行该次反应的测试试剂，然后再采用相同方法对后续的碱基种类和配对碱基个数依次进行检测，直至检测完整条脱氧核苷酸链的碱基为止；其中，任一种测试试剂中具有一种单一的碱基，四种测试试剂中具有四种单一的碱基。
在更换测试试剂进行测试的过程中，需要在脱氧核苷酸链的配对环境中先清除干净上一次选用的测试试剂，然后再向脱氧核苷酸链的配对环境中添加该次选用的测试试剂，以确保测试精准性，避免上一次选用的测试试剂在该次配对后恰巧能够与配对基因后面的基因进行配对的情况出现。
综上所述，本发明提供的用于基因测序的芯片，其结构简单、测序操作简便，在对基因进行测序时无需对碱基荧光标记，测序过程中碱基互补配对形成磷酸酯键和氢键放出的热量导致反映环境温度提高，温度测试单元通过对容置腔室内的温度变化量的检测来确定进行配对的碱基种类及配对碱基个数，然后再采用相同方法对后续的碱基种类和配对碱基个数依次进行检测，从而得到待测基因的序列。
本发明提供的基因测序方法，根据脱氧核苷酸链的碱基仅能够逐个进行配对的原理，采用四种测试试剂对脱氧核苷酸链的碱基依次进行检测，在脱氧核苷酸链的待检测的碱基与对应的测试试剂的碱基配对后，通过检测生成的热量来确定待检测的碱基的个数、通过该对应的测试试剂的碱基种类来确定该脱氧核苷酸链的待检测的碱基的种类，可得到该次反应的碱基种类和碱基个数，然后再采用相同方法对后续的碱基种类和配对碱基个数依次进行检测，直至检测完整条脱氧核苷酸链的碱基为止；其中，任一种测试试剂中具有一种单一的碱基，四种测试试剂中具有四种单一的碱基，在更换测试试剂的过程中，需要在脱氧核苷酸链的配对环境中先清除干净上一次选用的测试试剂，然后再向脱氧核苷酸链的配对环境中添加该次选用的测试试剂，以确保测试精准性。
在本文的描述中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本文的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
虽然本文所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本文而采用的实施方式，并非用以限定本文。任何本文所属领域内的技术人员，在不脱离本文所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本文的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种用于基因测序的芯片，其特征在于，包括本体，所述本体上具有容置腔室和温度测试单元，所述温度测试单元用于测试所述容置腔室内的温度变化量。
2.根据权利要求1所述的用于基因测序的芯片，其特征在于，所述容置腔室的横截面的外接圆直径D为10～100μm，所述容置腔室的高度为1.25D～5D。
3.根据权利要求1所述的用于基因测序的芯片，其特征在于，所述本体上还具有进口和出口，所述本体的内部具有过流腔室、多个所述容置腔室和多个所述温度测试单元，多个所述容置腔室、所述进口和所述出口均与所述过流腔室相连通，多个所述温度测试单元一一对应设置在多个所述容置腔室内、用于一一对应检测多个所述容置腔室内的温度变化。
4.根据权利要求3所述的用于基因测序的芯片，其特征在于，任一所述容置腔室的腔壁上均设置有可受热变形的悬臂梁，多个所述温度测试单元一一对应设置在多个所述悬臂梁上，任一所述温度测试单元均通过检测对应的所述悬臂梁的变形量来反应对应的所述容置腔室内部的温度变化量。
5.根据权利要求4所述的用于基因测序的芯片，其特征在于，任一所述悬臂梁包括第一基梁、第二基梁和连接层，所述第一基梁和所述第二基梁并排设置、并通过所述连接层连接在一起，且所述第一基梁和所述第二基梁的热膨胀系数不同，所述温度测试单元为设置在所述第一基梁或所述第二基梁上的压敏电阻。
6.根据权利要求4所述的用于基因测序的芯片，其特征在于，任一所述悬臂梁包括第一基梁、第二基梁和介电层，所述第一基梁和所述第二基梁并排设置、并通过所述介电层连接在一起，所述温度测试单元为所述第一基梁、所述介电层和所述第二基梁构成的电容。
7.根据权利要求6所述的用于基因测序的芯片，其特征在于，所述第一基梁和所述第二基梁的热膨胀系数不同。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的用于基因测序的芯片，其特征在于，所述第一基梁和所述第二基梁中的一个的材料为金属铝、另一个的材料为非金属硅，且多个所述悬臂梁均一一对应横置在所述过流腔室与多个所述容置腔室相连通的位置处。
9.根据权利要求3至7中任一项所述的用于基因测序的芯片，其特征在于，所述本体包括：
第一基板；
第二基板，所述第一基板和所述第二基板相对设置；和
环形壁，位于所述第一基板和所述第二基板之间，且所述环形壁的一端连接所述第一基板的边缘、另一端连接所述第二基板的边缘；
其中，所述第一基板和所述第二基板中的一个上设置有多个所述容置腔室、另一个上设置有所述进口和所述出口，所述环形壁之间形成所述过流腔室，多个所述容置腔室的朝向所述过流腔室的一侧与所述过流腔室相连通。
10.一种基因测序方法，其特征在于，采用四种测试试剂对脱氧核苷酸链的碱基依次进行检测，在脱氧核苷酸链的待检测的碱基与对应的测试试剂的碱基配对后，通过检测生成的热量来确定待检测的碱基的个数、通过该对应的测试试剂的碱基种类来确定该脱氧核苷酸链的待检测的碱基的种类，直至检测完整条脱氧核苷酸链的碱基为止；
其中，任一种测试试剂中具有一种单一的碱基，四种测试试剂中具有四种单一的碱基。
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