CN109797088A - 一种用于大尺寸生物芯片精确定位的吸附台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于大尺寸生物芯片精确定位的吸附台，包括：底座，其上端面设有凹槽，并设有用于定位生物芯片的定位装置，底座的表面具有防生化试剂腐蚀的氧化层；吸附盘，其安装在底座的凹槽内，并凸出于凹槽，吸附盘上设有从侧面延伸至内部的第一气道，吸附盘的上表面设有与第一气道联通的第二气道，吸附盘由防生化试剂腐蚀的材料制成。由于吸附盘安装在底座的凹槽内，凹槽的设计可有效防止生化试剂的滴漏，避免了生化试剂对承载运动平台的腐蚀破坏；吸附盘采用耐生化试剂腐蚀的材料制成，底座具有防生化试剂腐蚀的氧化层，底座和吸附盘采用不同材料结合，不仅具有良好的防生化试剂腐蚀效果，而且节约了成本。

Description

一种用于大尺寸生物芯片精确定位的吸附台

技术领域

本发明涉及基因检测技术领域，具体涉及一种用于大尺寸生物芯片精确定位的吸附台。

背景技术

基于半导体晶元的生物芯片目前使用越来越广泛，使得生物芯片的面积越来越大，而生物芯片与半导体工艺中的硅片相比，具有更加复杂的环境和使用要求，并且需要对成本需要严格控制。二代基因测序技术采用单晶硅基底制作生物芯片，通过对标准单晶硅片做相应的表面处理后，可以承载高密度排布的待测DNA序列，硅片越大，单片芯片包含的数据量就越大。由于类似的生物芯片需要经过多次重复的生化反应和精确的荧光成像才能完成复杂的测序过程。生物芯片在生化反应时要接触带一定腐蚀性的试剂，同时承受温度在一定范围内的变化，在荧光成像时需要进行高效率的装载和卸载，同时保证位置精度，扫描成像时需要对表面DNA进行保护和荧光物质的信号强化，生物芯片表面须覆盖一层生化试剂。一般试剂内含有氧化活性和非化学中性的物质，所以对一般金属具有腐蚀性，而且生化试剂蒸发后容易结晶，对承载系统的腐蚀和堵塞比较严重，需要在吸附平台设计时进行特殊考虑。

目前商用的吸附卡盘一般专门为半导体供应商设计，包括真空吸附和静电吸附，后者会对生物大分子产生影响，不能适用。为了保证面型精度和轻量化，目前采用的多为陶瓷真空吸附盘(碳化硅、氧化铝、氧化锆等)，其加工难度大，成本高；还采用少量的金属真空吸附盘，但其精度有限，而且不耐生化试剂的腐蚀，不能满足生物芯片的使用。

发明内容

本申请提供一种成本低、耐生化试剂腐蚀的用于大尺寸生物芯片精确定位的吸附台。

根据第一方面，一种实施例中提供一种用于大尺寸生物芯片精确定位的吸附台，包括：

底座，其上端面设有凹槽，并设有用于定位生物芯片的定位装置，底座的表面具有防生化试剂腐蚀的氧化层；

吸附盘，其安装在底座的凹槽内，并凸出于凹槽，吸附盘上设有从侧面延伸至内部的第一气道和露出于上表面的第二气道第一气道和第二气道相互联通，吸附盘由防生化试剂腐蚀的材料制成。

进一步地，吸附盘由钛合金或者碳纤维复合材料制成，底座由航空铝合金制成。

进一步地，定位装置包括至少两个气动定位销，至少两个气动定位销均匀分布在凹槽外侧的圆周上。

进一步地，底座下端设有用于调节吸附盘上表面水平度的水平调节装置。

进一步地，水平调节装置包括至少三个调平促进器，至少三个调平促进器均匀分布在底座下表面边缘位置的圆周上。

进一步地，调平促进器为细牙精密螺旋促动器。

进一步地，第二气道弯曲成阿基米德螺旋曲线。

根据第二方面，一种实施例中提供一种用于大尺寸生物芯片精确定位的吸附台，还包括芯片装卸框，芯片装卸框的中部设有一个大于吸附盘并小于生物芯片的开口，并在开口的边缘设有用于粘接固定生物芯片的内凹台阶面，芯片装卸框上设有用于定位拾取的第一定位孔和用于定位在底座上的第二定位孔。

进一步地、内凹台阶面的内凹深度大于或等于生物芯片的厚度。

进一步地、底座包括圆形底盘和位于底盘中心的圆形凸台，凹槽为圆形凹槽，凹槽设置在圆形凸台的上表面，定位装置安装在底盘上；吸附盘为圆盘，通过厌氧型结构胶固定在底座的凹槽内；芯片装卸框为圆环形框体。

依据上述实施例的用于大尺寸生物芯片精确定位的吸附台，由于吸附盘安装在底座的凹槽内，凹槽的设计可有效防止生化试剂的滴漏，避免了生化试剂对承载运动平台的腐蚀破坏；吸附盘采用耐生化试剂腐蚀的材料制成，底座具有防生化试剂腐蚀的氧化层，底座和吸附盘采用不同材料结合，不仅具有良好的防生化试剂腐蚀效果，而且节约了成本；在底座上安装有定位装置，可将生物芯片精确定位放置于吸附盘上。

附图说明

图1为一种实施例中吸附台的立体图；

图2为一种实施例中吸附台的剖视图；

图3为一种实施例中吸附台的俯视图；

图4为另一种实施例中吸附台的立体图；

图5为另一种实施例中吸附台上吸附有生物芯片的剖视图；

图6为另一种实施例中吸附台的俯视图；

其中，100-底座，101-底盘，102-圆形凸台，103-定位装置，104-水平调节装置，200-吸附盘，201-接气口，202-第一气道，203-第二气道，300-芯片装卸框，301-第一定位孔，302-第二定位孔，400-生物芯片。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

本实施例提供了一种用于大尺寸生物芯片精确定位的吸附台，本吸附台主要用于精确定位真空吸附固定大尺寸的生物芯片。

如图1、图2和图3所示，本实施例的吸附台主要包括底座100和吸附盘200，底座100用于安装吸附盘200，并用于调节吸附盘200的水平度，吸附盘200用于真空吸附生物芯片。

底座100包括圆形的底盘101和位于底盘101中心的圆形凸台102，本实施例中，底盘101和圆形凸台102为一体式结构，采用具有密度低、强度高、稳定性好等优点的航空铝合金材料制成，航空铝合金制成的底座100的表面具有致密氧化层，可以防止生化试剂的腐蚀，加工性能优于钛合金。圆形凸台102的上表面设有圆形凹槽，圆形凹槽的外径略大于吸附盘200，两者之间的间隙可用于收纳溢出的生化试剂。

吸附盘200为圆盘结构，采用具有密度低、强度高、耐腐蚀等优点的钛合金材料制成。在其他实施例中，吸附盘200也可采用碳纤维等具有防生化试剂腐蚀的复合材料制成。在本实施例中，吸附盘200的下表面通过厌氧型的高强度结构胶固定在圆形凸台102上的凹槽内，并且吸附盘200的上表面凸出于凹槽，采用高强度结构胶固定可保证吸附盘200上表面(吸附表面)的平面精度，以确保生物芯片水平度的稳定性。吸附盘200的侧面开有露出于圆形凸台102凹槽的接气口201，吸附盘200设有从侧面接气口201延伸至内部的第一气道202，第一气道202呈直线设置，吸附盘200还设有一条露出于上表面的第二气道203，第二气道203弯曲成一条阿基米德螺旋曲线，第一气道203与螺旋的第二气道203联通。第二气道203设置成阿基米德螺旋曲线，仅一根气道即可均匀布满整个吸附区域，在数控铣床通过简单编程即可完成一步加工，降低的生产加工的成本；第二气道203排列成一条阿基米德螺旋曲线，还可用于吸附不同尺寸的生物芯片。

保证生物芯片与吸附盘200紧密贴合，吸附盘200的上表面(吸附表面)通过超精密研磨达到平面度小于200nm以内(500mm²范围内)。

底座100的底盘101上还安装有定位装置103，定位装置103包括两个气动定位销，两个气动定位销对称设置在底盘101上。气动定位销用于定位装载固定生物芯片的芯片装卸框，进而将生物芯片定位放置在吸附盘200上。在其他实施例中，定位装置103可使用其他种类和数量的定位装置。

底座100的底盘101下表面安装有水平调节装置104，水平调节装置104包括三个调平促进器，三个调平促进器均匀分布在底盘101下表面边缘位置的圆周上。调平促进器采用细牙精密螺旋促动器调整底座100的水平度(一般精度约为5arcsec)，以调整吸附在吸附盘200上生物芯片的水平度。

在其他实施例中，整个吸附台可设置成方形结构，用于吸附固定方形的生物芯片。

本实施例提供的用于大尺寸生物芯片精确定位的吸附台，由于吸附盘200安装在底座100的凹槽内，凹槽的设计可有效防止生化试剂的滴漏，避免了生化试剂对承载运动平台的腐蚀破坏；吸附盘200采用耐生化试剂腐蚀的材料制成，底座100具有防生化试剂腐蚀的氧化层，底座和吸附盘采用不同材料结合，不仅具有良好的防生化试剂腐蚀效果，而且节约了成本；在底座100上安装有定位装置103，可将生物芯片精确定位放置于吸附盘200上。

实施例二：

本实施例提供了另一种用于大尺寸生物芯片精确定位的吸附台，本吸附台在上述实施例一的基础上增加了芯片装卸框300，芯片装卸框300用于固定装载生物芯片400。

如图4、图5和图6所示，芯片装卸框300为圆环形框体，芯片装卸框300的中间具有一个圆形开口，开口的直径大于吸附盘200的直径，并小于圆形生物芯片400的直径，从而芯片装卸框300可用于装载固定生物芯片400，吸附盘200可穿过芯片装卸框300的开口与生物芯片400紧密贴合吸附。图4和图6中为了展示结构将芯片装卸框300的四个角翻起一定角度，实际中，芯片装卸框300为平面结构。

为了更好的固定生物芯片400，芯片装卸框300的开口边缘设有内凹台阶面，即设有一个环形台阶，环形台阶面的外径略大于生物芯片400的外径，使得生物芯片400可粘合在环形台阶面上，并且为了防止生物芯片400上的生化试剂溢出，内凹台阶面的深度大于或等于生物芯片400的厚度，即生物芯片400的上表面与芯片装卸框300的上表面平齐，或略低于芯片装卸框300的上表面。

芯片装卸框300上还设有第一定位孔301和第二定位孔302。第一定位孔301设有四个，两个为一组对称设置在芯片装卸框300上，用于定位机械手拾取芯片装卸框300。第二定位孔302具有两个，对称设置在在芯片装卸框300上，并与底盘101上的两个气动定位销对应，第二定位孔302用于与底盘101上的气动定位销匹配对齐，将芯片装卸框300上的生物芯片400定位放置到吸附盘200上。

本实施例吸附台定位吸附的原理过程为：生物芯片400在测序过程中需要在生化反应区和荧光成像区反复传送，一般由传送机械手保证空间位置，机械手上安装有定位夹具保证生物芯片400的空间位置精度(距离在1m范围内一般为±0.03mm)，机械手的定位夹具上的气动定位销与芯片装卸框体300上的第一定位孔301配合(一般精度约为±0.02mm)，实现生物芯片400空间位置的准确性。生物芯片400传送到吸附台相应位置后，芯片装卸框体300上的第二定位孔302与固定在底座100上的气动定位销配合(一般精度约为±0.02mm)。水平方向定位后，生物芯片400与吸附盘200的吸附表面接触，此时机械手可以释放并抽出，启动真空吸附，实现生物芯片400的水平定位，定位精度约为±0.1mm。

本实施例提供的用于大尺寸生物芯片精确定位的吸附台，由于设置有可装载固定生物芯片400的芯片装卸框300，芯片装卸框300上设有的第一定位孔301和第二定位孔302分别用于机械手定位生物芯片400的空间位置和用于将芯片装卸框300定位到底座100上，从而可实现将生物芯片400精度定位到吸附盘200上，保证了生物芯片400的放置精度。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种用于大尺寸生物芯片精确定位的吸附台，其特征在于，包括：

底座，其上端面设有凹槽，并设有用于定位生物芯片的定位装置，所述底座的表面具有防生化试剂腐蚀的氧化层；

吸附盘，其安装在所述底座的凹槽内，并凸出于所述凹槽，所述吸附盘上设有从侧面延伸至内部的第一气道和露出于上表面的第二气道，所述第一气道和第二气道相互联通，所述吸附盘由防生化试剂腐蚀的材料制成。

2.如权利要求1所述的用于大尺寸生物芯片精确定位的吸附台，其特征在于，所述吸附盘由钛合金或者碳纤维复合材料制成，所述底座由航空铝合金制成。

3.如权利要求2所述的用于大尺寸生物芯片精确定位的吸附台，其特征在于，所述定位装置包括至少两个气动定位销，至少两个所述气动定位销均匀分布在所述凹槽外侧的圆周上。

4.如权利要求2所述的用于大尺寸生物芯片精确定位的吸附台，其特征在于，所述底座下端设有用于调节吸附盘上表面水平度的水平调节装置。

5.如权利要求4所述的用于大尺寸生物芯片精确定位的吸附台，其特征在于，所述水平调节装置包括至少三个调平促进器，至少三个所述调平促进器均匀分布在所述底座下表面边缘位置的圆周上。

6.如权利要求5所述的用于大尺寸生物芯片精确定位的吸附台，其特征在于，所述调平促进器为细牙精密螺旋促动器。

7.如权利要求1所述的用于大尺寸生物芯片精确定位的吸附台，其特征在于，所述第二气道弯曲成阿基米德螺旋曲线。

8.如权利要求1至7中任一项所述的用于大尺寸生物芯片精确定位的吸附台，其特征在于，还包括芯片装卸框，所述芯片装卸框的中部设有一个大于所述吸附盘并小于生物芯片的开口，并在所述开口的边缘设有用于粘接固定生物芯片的内凹台阶面，所述芯片装卸框上设有用于定位拾取的第一定位孔和用于定位在所述底座上的第二定位孔。

9.如权利要求8所述的用于大尺寸生物芯片精确定位的吸附台，其特征在于，所述内凹台阶面的内凹深度大于或等于生物芯片的厚度。

10.如权利要求8所述的用于大尺寸生物芯片精确定位的吸附台，其特征在于，所述底座包括圆形底盘和位于所述底盘中心的圆形凸台，所述凹槽为圆形凹槽，所述凹槽设置在所述圆形凸台的上表面，所述定位装置安装在所述底盘上；所述吸附盘为圆盘，通过厌氧型结构胶固定在所述底座的凹槽内；所述芯片装卸框为圆环形框体。