CN111085280B - 生物检测器件及其制备方法、芯片、生物分子的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种生物检测器件，涉及微孔检测技术领域，以解决生物检测器件的制备成本高、生产效率低的问题。其中该生物检测器件包括衬底；设置于衬底上的第一流体通道层，第一流体通道层中设置有第一流体通道；设置于第一流体通道层背向衬底的一侧的地基层，地基层设置有与第一流体通道相通的地基层通孔；设置于地基层背向衬底的一侧的微孔层，微孔层设置有微孔，微孔层的材料附着于地基层通孔的内壁上形成微孔。上述生物检测器件应用于生物、医学或化学分子的检测中。

Description

生物检测器件及其制备方法、芯片、生物分子的检测方法
技术领域
本公开涉及微孔检测技术领域，尤其涉及一种生物检测器件及其制备方法、芯片、生物分子的检测方法。
背景技术
微流体涉及几何上被约束为小量级(通常亚微米量级)的流体的行为、精确控制和操纵。其是工程学、物理学、化学、生物化学、纳米技术和生物技术多学科交叉领域，实际应用于设计其中对小体积流体进行处理以实现复用、自动化和高吞吐率筛选的系统。微流体在1980年代的开端出现并且被用于开发喷墨打印头、DNA芯片、芯片实验室技术、微推进技术和微热技术。
发明内容
本公开的实施例提供一种生物检测器件及其制备方法、芯片、生物分子的检测方法，以解决生物检测器件的制备成本高、生产效率低的问题。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供了一种生物检测器件，包括衬底，所述的生物检测器件还包括：设置于所述衬底上的第一流体通道层，所述第一流体通道层中设置有第一流体通道；设置于所述第一流体通道层背向所述衬底的一侧的地基层，所述地基层设置有与所述第一流体通道相通的地基层通孔；设置于所述地基层背向所述衬底的一侧的微孔层，所述微孔层设置有微孔，所述微孔层的材料附着于所述地基层通孔的内壁上形成所述微孔。
可选的，所述地基层的材料为导电材料，所述微孔层的材料为绝缘材料；所述生物检测器件还包括：设置于所述微孔层背向所述衬底的一侧的第一导电层。
可选的，所述第一导电层为面电极，且其与所述微孔相对应的位置处具有第一导电层通孔；或者，所述第一导电层包括相互绝缘的两个块状电极，所述两个块状电极分别设置于所述微孔外围相对的两侧。
可选的，所述地基层和所述微孔层的材料均为绝缘材料；所述生物检测器件还包括：设置于所述衬底上的检测电极，所述检测电极位于所述第一流体通道内；设置于所述微孔层背向所述衬底的一侧的第二导电层。
可选的，所述地基层和所述微孔层的材料均为绝缘材料；所述生物检测器件还包括：设置所述微孔层背向所述衬底的一侧的半导体层，所述半导体层中对应于所述微孔的位置处设有半导体层通孔。
可选的，所述地基层的材料为绝缘材料，所述微孔层的材料为半导体材料；所述生物检测器件还包括：设置于所述微孔层背向所述衬底的一侧的第三导电层，所述第三导电层包括相互绝缘的两个导电电极，所述两个导电电极分别设置于所述微孔外围相对的两侧。
可选的，所述地基层包括：设置于所述第一流体通道层背向所述衬底的一侧的第一子地基层，所述第一子地基层的材料为绝缘材料；设置于所述第一子地基层背向所述衬底的一侧的第二子地基层，所述第二子地基层的材料为导电材料；所述地基层中具有与所述地基层通孔连通的分割缝隙，使所述地基层分成相互绝缘的两部分，所述微孔层的材料填充所述分割缝隙。
可选的，所述生物检测器件还包括：保护层，所述保护层覆盖所述生物检测器件中处于最外侧的导电层。
可选的，所述生物检测器件还包括设置于微孔层背向所述衬底基板的一侧的第二流体通道层，所述第二流体通道层中设置有第二流体通道，所述微孔与所述第二流体通道相通。
第二方面，本公开的实施例还提供了一种生物检测器件的制备方法，所述生物检测器件的制备方法包括：在衬底上依次形成第一流体通道层和地基层；依次刻蚀所述地基层和所述第一流体通道层，在所述地基层中形成地基层通孔，并在所述第一流体通道层内形成第一流体通道；在所述地基层背向所述衬底的一侧沉积形成微孔层，沉积过程中，所述微孔层的材料附着于所述地基层通孔的内壁上，形成微孔。
可选的，所述地基层的材料为导电材料，所述微孔层的材料为绝缘材料；在所述沉积形成微孔层的步骤之后，还包括：在所述微孔层背向所述衬底的一侧形成第一导电层。
可选的，所述地基层和所述微孔层的材料均为绝缘材料；在形成所述第一流体通道层的步骤之前，还包括：在所述衬底上形成检测电极；在所述沉积形成微孔层的步骤之后，还包括：在所述微孔层背向所述衬底的一侧形成第二导电层。
可选的，所述地基层和所述微孔层的材料均为绝缘材料；在所述沉积形成微孔层的步骤之后，还包括：在所述微孔层背向所述衬底的一侧形成半导体层。
可选的，所述地基层的材料为绝缘材料，所述微孔层的材料为半导体材料；在所述沉积形成微孔层的步骤之后，还包括：在所述微孔层背向所述衬底的一侧形成第三导电层；所述第三导电层包括相互绝缘的两个导电电极。
可选的，所述地基层的材料包括绝缘材料和导电材料，所述微孔层的材料为绝缘材料；形成所述地基层的步骤包括：采用绝缘材料在所述第一流体通道层背向所述衬底的一侧形成第一子地基层，采用导电材料在所述第一地基子层背向所述衬底的一侧形成第二子地基层；在刻蚀所述地基层的步骤中，在形成地基层通孔的同时，形成与所述地基层通孔连通的分割缝隙，所述分割缝隙与所述地基层通孔将所述地基层分割成为相互绝缘的两部分；在所述沉积形成微孔层的步骤中，所述微孔层的材料填充所述分割缝隙。
可选的，所述生物检测器件的制备方法还包括：在所述生物检测器件中处于最外侧的导电层背向所述衬底的一侧形成保护层。
可选的，在沉积形成微孔层的步骤之后，所述的生物检测器件的制备方法还包括：在基板上制备第二流体通道层，所述第二流体通道层中设置有第二流体通道；将所述第二流体通道层背向所述基板的一面与所述微孔层背向所述衬底的一面相贴合，使所述微孔与所述第二流体通道相通。
第三方面，本公开的实施例还提供了一种生物检测芯片，所述生物检测芯片包括如第一方面所述的生物检测器件。
第四方面，本公开的实施例还提供了一种生物分子的检测方法，所述生物分子的检测方法包括如下步骤：提供如第一方面所述的生物检测器件；驱动携带有待检测的生物分子的微流体通过所述生物检测器件的微孔；在所述待检测的生物分子通过所述微孔的过程中，采用电信号检测部件检测所述微孔处的电信号变化情况；分析所述电信号变化情况，得到对所述生物分子的检测结果。
本公开实施例所提供的生物检测器件及其制备方法、芯片、生物分子的检测方法能够产生如下有益效果：
上述生物检测器件的第一流体通道层中设置有第一流体通道，第一流体通道背向衬底的一侧设置有地基层，地基层上设置有与第一流体通道相通的地基层通孔，当在地基层上沉积形成微孔层时，此时可以通过控制沉积工艺的参数条件，控制微孔层材料在地基层通孔内壁上的横向沉积生长速率，从而使微孔层在相应位置形成微孔。在制作诸如纳米孔等较小尺寸的微孔的过程中，可以通过较低精度的设备首先制作尺寸较大的地基层通孔，然后在该地基层通孔的基础上，在地基层通孔内壁上进行薄膜的横向生长，以缩小该处孔的孔径，形成诸如纳米孔等较小尺寸的微孔，从而使得该类生物检测器件的制备不再受限制于电子束曝光设备以及精密刻蚀设备等高精度设备，提高了生产效率，降低了生产成本，有利于推进该类生物检测器件的批量生产。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本……的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本公开实施例所提供的生物检测器件在检测系统中的示意图；
图2a为本公开实施例所提供的生物检测器件的第一种结构的俯视图；
图2b为图2a中沿AA’方向的剖视图；
图2c为图2b中沿AA1方向的剖视图；
图3a为本公开实施例所提供的生物检测器件的第二种结构示意图；
图3b为图3a中的沿AA2方向的剖视图；
图4a为本公开实施例所提供的生物检测器件的第三种结构的俯视图；
图4b为图4a中沿BB’方向的剖视图；
图5a为本公开实施例所提供的生物检测器件的第四种结构的俯视图；
图5b为图5a中第三种结构沿CC’方向的剖视图；
图6a为本公开实施例所提供的生物检测器件的第五种结构的俯视图；
图6b为图6a中第四种结构沿DD’方向的剖视图；
图7a为本公开实施例所提供的生物检测器件的第六种结构的俯视图；
图7b为图7a中沿EE’方向的剖视图；
图8a为本公开实施例所提供的生物检测器件的第七种结构的俯视图；
图8b为图8a中沿FF’方向的剖视图；
图9a为本公开实施例所提供的生物检测器件的第八种结构的俯视图；
图9b为图9a中沿GG’方向的剖视图；
图9c为图9a所示的生物检测器件的第二子电极层的俯视图；
图10a～10d为本公开实施例所提供的生物检测器件的制备方法的第一种步骤示意图；
图11为本公开实施例所提供的生物检测器件的制备方法的第二种步骤示意图；
图12a～12e为本公开实施例所提供的生物检测器件的制备方法的第三种步骤示意图；
图13为本公开实施例所提供的生物检测器件的制备方法的第四种步骤示意图；
图14a～14e为本公开实施例所提供的生物检测器件的制备方法的第五种步骤示意图，其中图14d’为图14d的俯视图；
图15为本公开实施例所提供的生物分子的检测方法的流程图。
附图标记说明：
1-衬底； 1’-衬底； 2-第一流体通道层；
21-第一流体通道； 22-第一流体通道壁； 23-微流体入口；
3-地基层； 31-地基层通孔； 32-第一子地基层；
33-第二子地基层； 34-分割缝隙； 4-微孔层；
41-微孔； 5-第一导电层； 51-第一导电层通孔；
52-块状电极； 6-检测电极； 7-第二导电层；
71-块状电极； 8-第三导电层； 81-导电电极；
9-保护层； 10-半导体层； 101-半导体层通孔；
11-待检测分子； 12-第二流体通道层； 121-第二流体通道；
122-第二流体通道壁； 13-驱动控制装置； 123-微流体出口
14-检测电路； 141-电极连接端； 15-连接通道；
16-入口； 17-出口； 100-生物检测器件。
具体实施方式
以上是本公开技术方案的核心思想，为使本公开的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本公开保护的范围。
纳米孔基因测序法(nanopore sequencing)是采用电泳驱动等方式，驱动DNA分子通过纳米孔来实现基因测序的一种技术。纳米孔基因测序有多种实现方法，常见的实现方法有三种：测量通过纳米孔的电流的变化情况；测量纳米孔的横向电流的变化情况；测量纳米孔的电位的变化情况。当不同的生物分子或化学分子通过纳米孔时，会引起通过纳米孔的轴向电流、纳米孔的横向电流、纳米孔的电位的不同变化，从而能够实现DNA分子的测序，此外该技术还可以用于检测蛋白质、细胞和氨基酸等其他分子。
然而，纳米孔测序法需要采用的微孔为纳米级别的高精度孔，其制备工序中往往需要采用电子束曝光设备以及精密刻蚀设备等高精度设备，导致采用纳米孔测序法的生物检测器件的制备成本较高，生产效率较低，引起生物检测器件的大批量生产较困难，严重阻碍了该技术的推广应用。
因此，本公开的实施例提供了一种生物检测器件，采用该生物检测器件对待检测分子进行检测时，需要将该生物检测器件置于检测系统中。为了更清楚地阐述该生物检测器件的检测原理，下面首先对上述检测系统进行简单介绍。
如图1所示，该检测系统包括入口16、驱动控制装置13、连接通道15、检测电路14和出口17。对待检测分子11进行检测时，将生物检测器件100安装于检测系统中，然后将检测电路14的两个电极连接端141分别与生物检测器件100电连接。将携带有待检测分子11的试剂由入口16注入驱动控制装置13中，驱动控制装置13驱动试剂所形成的微流体经第一流体通道21进入生物检测器件100，流经生物检测器件100后，由出口17流出。在携带有待检测分子11的微流体流经生物检测器件100的过程中，生物检测器件100配合检测电路14实现对待检测分子11的检测。其中，驱动控制装置13可以采用电泳、压力泵等方式驱动和控制微流体的流动。检测电路14检测待检测分子11通过微孔41所引起的电学特性的变化，检测电路14的具体结构与检测系统所安装的生物检测器件100的类型相配合。
下面将对本公开实施例所提供的生物检测器件进行介绍。
在本公开的一些实施例中，如图2a～2c所示，上述生物检测器件包括：衬底1；设置于衬底1上的第一流体通道层2，第一流体通道层2中设置有第一流体通道21；设置于第一流体通道层2背向衬底1的一侧的地基层3，地基层3设置有与第一流体通道21相通的地基层通孔31；设置于地基层3背向衬底1的一侧的微孔层4，微孔层4设置有微孔41，微孔层4的材料附着于地基层通孔31的内壁上形成微孔41。
需要说明的是，上述生物检测器件中的微孔41的孔径尺寸可在约1nm～1000μm的范围内。进一步的，微孔41可以是纳米孔，在一些实施例中，微孔41的孔径尺寸范围可以在约1nm～50nm的范围内，或者在约50nm～100nm的范围内，或者在约100nm～1μm的范围内。此外，当上述微孔的内壁为非规则的或者弯曲的时，“孔径尺寸”可以指微孔的最小孔径尺寸或者平均孔径尺寸。
示例性的，如图1和2b所示，将上述生物检测器件置于前述检测系统中对待检测分子11进行检测，过程如下：检测系统通过微流控技术，驱动并控制携带有待检测分子11的微流体经第一流体通道21从微孔41的一端流入，并从微孔41的另一端流出。检测电路14中包括有两个电极连接端141，分别设置在微孔41的两端。检测电路14中还设置有电源及电流表，电极连接端141之间形成电流。当无分子通过微孔41时，检测电路中的电流不变；而当待检测分子11通过微孔41时，阻碍了微孔通道中的载流子通过，进而引起检测电路中的电流变化。不同待检测分子所引起的检测电路14的电流变化不同，从而通过分析电流变化的结果，达到对待检测分子11的识别检测。
需要指出的是，上述生物检测器件中，微孔41的孔径尺寸与待检测分子的尺寸相匹配，因此微孔41可以对所通过的分子起到筛选、限制作用，阻止大体积分子通过，以减小杂质分子对检测结果的影响；同时使待检测分子11有序地通过微孔41，保证检测结果准确。例如，制备的微孔41的孔径尺寸与DNA分子长链的碱基尺寸相对应，则微孔41能够使DNA分子长链上的碱基等分子按顺序通过微孔41，避免DNA分子长链成团通过，从而实现按序检测。此外，上述生物检测器件也可以用于药物筛选、细胞筛选等筛选中。
在一些实施例中，如图2c所示，第一流体通道层2可以包括第一流体通道21和第一流体通道壁22，第一流体通道壁22设置有微流体入口23，携带有待检测分子11的微流体通过微流体入口23流入第一流体通道21，然后穿过微孔41。
作为在上述生物检测器件的另一种设计，请参考图2c、3a和3b，上述生物检测器件还包括设置于微孔层4背向衬底1的一侧的第二流体通道层12，第二流体通道层12中设置有第二流体通道121，微孔41与第二流体通道121相通。其中，第二流体通道121的流体通道壁122上可以设置微流体出口123。携带有待检测分子的微流体通过微流体入口23流入第一流体通道21，然后穿过微孔41，流入第二流体通道121，并通过微流体出口123流出上述生物检测器件。
基于上述技术方案，本公开的实施例还提供了上述生物检测器件的其他不同的改进设计，对于不同的设计，其所采用的检测原理也是多种的，以下将对上述生物检测器件的改进设计采用按照检测原理分类的方式进行分别说明。
在本公开提供的一些实施例中，上述生物检测器件可以通过测量微孔41处的电位的变化情况，实现对通过微孔41的待检测分子11的检测。
作为一种可能的设计，如图4a～5b所示，地基层3的材料为导电材料，微孔层4的材料为绝缘材料，该生物检测器件还包括：设置于微孔层4背向衬底1的一侧的第一导电层5。此时，地基层3和第一导电层5可用作该生物检测器件的电极，即将电极直接集成设置于该生物检测器件中，在使用该生物检测器件时，可将外接电源直接连接至地基层3和第一导电层5，以便于上述生物检测器件进行识别检测等。
示例性的，请参见图1、4b和5b，将上述生物检测器件置于前述检测系统中对待检测分子11进行检测，过程如下：检测系统通过微流控技术，驱动并控制携带有待检测分子11的微流体经第一流体通道21从微孔41的一端流入，并从微孔41的另一端流出。检测电路14中设置有电压表，电压表的电源用作检测电路14的电源，第一导电层5和地基层3分别与检测电路14的两端相连接。当待检测分子11通过微孔31时，待检测分子11所带的电荷会引起第一导电层5和地基层3之间电容的电荷量变化，即会引起第一导电层5和地基层之3间的电位变化。由于不同的待检测分子11所引起的上述电位变化不同，因此通过分析电位变化的结果，可达到对待检测分子11的识别检测。
作为第一导电层5的一种可能的设计，如图4a和4b所示，第一导电层5可以是面电极，其与微孔41相对应的位置处具有第一导电层通孔51。
作为第一导电层5的另一种可能的设计，如图5a和5b所示，第一导电层5可以包括相互绝缘的两个块状电极52，两个块状电极52分别设置于微孔41外围相对的两侧。
需要指出的是，当使两个块状电极52的电位和极性相同时，上述生物检测器件在具有检测功能的同时，可以兼具流控等其他功能。例如，使两个块状电极52的电压及极性相同，通过调节块状电极52的电压大小，能够相应调节微流体的流动行为，从而增加对待检测分子的移动的控制能力，使检测过程更加可控，使检测结果更加准确。
作为一种可能的设计，如图6a和6b所示，地基层3和微孔层4的材料均可以为绝缘材料，该生物检测器件还包括：设置于衬底1上的检测电极6，检测电极6位于第一流体通道21内；设置于微孔层4背向衬底1的一侧的第二导电层7。
示例性的，如图1和6b所示，将上述生物检测器件置于前述检测系统中对待检测分子11进行检测，过程如下：检测系统通过微流控技术，驱动并控制携带有待检测分子11的微流体经第一流体通道21从微孔41的一端流入，并从微孔41的另一端流出。检测电路14中设置有电压表，电压表的电源用作检测电路14的电源，第二导电层7和检测电极6分别与检测电路14的两端相连接。不同的待检测分子11通过微孔41会引起第二导电层7和检测电极6间电位的不同变化，从而通过分析电位变化的结果，达到对待检测分子11的识别检测。
进一步的，请再次参见图6b，第二导电层7可以包括相互绝缘的两个块状电极71，同时衬底1上设有检测电极6，从而使得该生物检测器件在微孔41周围集成有多个电极(包括两个块状电极71，及检测电极6)，不同电极间的相互配合能够让该生物检测器件具有多种功能。例如，采用微流控技术，控制携带有待检测分子11的微流体经第一流体通道21从微孔41的一端流入，并从微孔的另一端流出。通过任一块状电极71和检测电极6实现对待检测分子11的识别检测，同时，使两个块状电极71的电压相同，通过调节块状电极71的电压等以实现对微流体的流控，达到控制待检测分子11的流动行为的目的，从而在检测过程中可根据需要控制待检测分子11的通过微孔41的速度，使检测过程更可控、检测结果更准确。
在本公开提供的一些实施例中，上述生物检测器件可以通过测量微孔41的横向电流的变化情况，实现对通过微孔41的待检测分子11的检测。
如图7a～7b所示，地基层3和微孔层4的材料均可以为绝缘材料，该生物检测器件还可包括：设置于微孔层4背向衬底1的一侧的半导体层8，半导体层8中对应于微孔41的位置处设有半导体层通孔101。需要说明的是，由于半导体层10下方的微孔层4具有微孔41，因此在半导体层10形成的过程中，其对应微孔41的位置处会自然形成一孔，称为半导体通孔101。
示例性的，如图1和7b所示，将上述生物检测器件置于前述检测系统中对待检测分子11进行检测，过程如下：检测系统通过微流控技术，控制携带有待检测分子11的微流体经第一流体通道21从微孔41的一端流入，并从微孔41的另一端流出。将半导体层10接入检测电路14中，检测电路14中设置有有电源和电流表。待检测分子11通过微孔41时，引起检测电路14中电阻值的变化，进而引起检测电路的电流变化，该电流变化可以通过检测电路中的电流表测量到。由于不同待检测分子11所引起的检测电路14的电流变化不同，因此通过分析电流变化的结果，可实现对待检测分子11的识别检测。
作为一种可能的设计，如图8a～8b所示，地基层3的材料为绝缘材料，微孔层4的材料为半导体材料，该生物检测器件还可以包括：设置于微孔层4背向衬底1的一侧的第三导电层8，第三导电层8可以包括相互绝缘的两个导电电极81，两个导电电极81分别设置于微孔41外围相对的两侧。
示例性的，如图1和8b所示，将上述生物检测器件置于前述检测系统中对待检测分子11进行检测，过程如下：检测系统通过微流控技术，驱动并控制携带有待检测分子11的微流体经第一流体通道21从微孔41的一端流入，并从微孔41的另一端流出。检测电路14中设置有电源和电流表，相互绝缘的两个导电电极81分别与检测电路14的两端相连。在检测电路14中，由于微孔层4为半导体材料，因此相当于在检测电路14中连入了的一个电阻，需要说明的是，该半导体电阻小于两个导电电极81之间的微流体电阻，因此电流会在微孔层4中流通。待检测分子11通过微孔41时，引起检测电路14的电流变化，该电流变化可以通过检测电路14中的电流表测量到。由于不同待检测分子11的电学特性(电阻)不同，因此其所引起检测电路14的电流变化也不同，从而通过分析电流变化的结果，达到对待检测分子11的识别检测。
在本公开提供的一些实施例中，如图9a～9c所示，上述生物检测器件可以通过测量微孔41处的电容变化情况，实现对通过微孔41的待检测分子11的检测。
地基层3包括：设置于第一流体通道层2背向衬底1的一侧的第一子地基层32，第一子地基层32的材料为绝缘材料；设置于第一子地基层32背向衬底1的一侧的第二子地基层33，第二子地基层33的材料为导电材料。地基层3中具有与地基层通孔31连通的分割缝隙34，使地基层3分成相互绝缘的两部分，微孔层4的材料填充分割缝隙34。其中，由于第一子地基层33和微孔层4的材料均为绝缘材料，第二子地基层34被第一子地基层33和微孔层4包覆，因此第二子地基层34中被分割缝隙34分隔开的两部分相互绝缘。
示例性的，如图1和9b所示，将上述生物检测器件置于前述检测系统中对待检测分子11进行检测，过程如下：检测系统通过微流控技术，驱动并控制携带有待检测分子11的微流体经第一流体通道21从微孔41的一端流入，并从微孔41的另一端流出。检测电路14中设置有电源，第二子地基层34相互绝缘的两部分分别与检测电路14的两端相连接时，上述相互绝缘的两部分之间会形成电容。当待检测分子11穿过微孔41，待检测分子11所带电荷会引起微孔41内壁表面的电荷分布发生变化，即会引起微孔处的第二子地基层34的相互绝缘的两部分之间的电容发生变化，此时使用电容测量仪器测量该电容变化值。不同的待检测分子11所引起的上述电容变化不同，从而通过分析电容变化的结果，达到对待检测分子11的识别检测。
在本公开的另一些实施例中，当上述生物检测器件的最外侧的导电层暴露在外时，可以在该最外侧导电层外部设置一层保护层。示例性的，如图4b、图5b、图6b、图8b所示，上述生物检测器件还包括：保护层9，保护层9覆盖生物检测器件中处于最外侧的导电层，以起到保护最外侧的导电层的作用。
需要说明的是，上述生物检测器件能够与微通道结构等其他部件结合，并集成于芯片或传感器件中，以获得兼备多种功能的检测芯片或传感器件。
在本公开的另一些实施例中，提供了一种生物检测器件的制备方法，如图10a～10d所示，该生物检测器件的制备方法包括如下步骤：
S1.在衬底1上依次形成第一流体通道层2和地基层3。
其中，在形成第一流体通道层2和地基层3之前，可以先对衬底1进行清洗。
S2.依次刻蚀地基层3和第一流体通道层2，在地基层3中形成地基层通孔31，并在第一流体通道层2内形成第一流体通道21。
需要说明的是，在地基层3中形成地基层通孔31时，可以利用光刻工艺制备地基层通孔31。在第一流体通道层2中形成第一流体通道21时，可以采用过刻蚀(Over Etch，OE)、底切或溶解等技术制备，其中，“底切”指的是通过刻蚀，形成上开口小，下开口大的结构，因此采用底切技术形成的第一流体通道21的垂直于衬底1的截面可以为上开口小下开口大的图形或其他不规则图形；“溶解”指的是使用特定的腐蚀溶液去处理第一流体通道层2，形成第一流体通道21，其中上述特定的腐蚀溶液仅会对第一流体通道层2的材料产生影响，而对其他材料不会产生影响。
S3.在地基层3背向衬底1的一侧沉积形成微孔层，沉积过程中，所述微孔层4的材料附着于地基层通孔31的内壁上，形成微孔41。
在上述步骤S3中，在形成有地基层通孔31的地基层3上，通过沉积工艺，使微孔层4的材料自然沉积生长。示例性的，沉积工艺可以为PVD(Physical Vapor Deposition，物理气相沉积)工艺，例如溅射工艺等；沉积工艺也可以为CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)工艺，例如PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积)，ALD(Atomic Layer Deposition，原子层沉积)工艺等。
需要指出的是，由于沉积工艺对于沉积材料的限制性较小，因此微孔层4的沉积材料可以采用绝缘体材料、半导体材料、导体材料，或者可以采用多种材料的混合材料，从而可以使微孔层4的材料选择具有多样性，使通过上述制备方法能够制备出具有不同功能的生物检测器件。此外，上述制备方法中微孔层4及微孔41是通过沉积工艺而自然生长形成的，并非通过刻蚀形成，因此在采用不同沉积材料形成微孔层4及微孔41时，无需针对不同的沉积材料开发不同的刻蚀工艺。
在上述生物检测器件的制备方法中，在第一流体通道层2中形成第一流体通道21，在地基层3中形成地基层通孔31，当在地基层3上沉积形成微孔层4时，微孔层4中对应地基层通孔31的位置处自然地形成孔结构，此时可以通过控制沉积工艺的参数条件等来控制微孔层材料在地基层通孔31处的横向沉积生长速率，使微孔层材料沉积于地基层通孔31的内壁上，并沿着地基层通孔31的内壁的横向生长，从而使微孔层4中形成的孔结构的内径不断地缩小，最终形成微孔41。由于地基层通孔31对于精度的要求较低，而微孔41主要受地基层通孔31的形貌、沉积工艺条件及沉积材料影响，即该生物检测器件无需通过电子束曝光设备以及精密刻蚀设备等高精度设备来生产制备，而仅需低精度的量产设备形成地基层通孔31而后配合薄膜沉积技术，从而上述制备方法降低了生物检测器件的制备成本，并推动了生物检测器件的批量生产，所生产的生物检测器件的均一性也较高。
在本公开所提供的一些实施例中，如图11所示，地基层3的材料为导电材料，微孔层4的材料为绝缘材料，在上述步骤S3中沉积形成微孔层4之后，还包括以下步骤：在微孔层4背向衬底1的一侧形成第一导电层5。地基层3和第一导电层5可用作该生物检测器件的电极，即在步骤S4中，将电极集成制作于该生物检测器件中，在使用该生物检测器件时，可将外接电源直接连接至第一导电层5，以便于其实现识别检测等功能，具体检测过程可参见前面的描述，此处不再赘述。
进一步的，在本公开的一些实施例中，地基层3和微孔层4的材料可以均为绝缘材料。
作为一种可实现的方式，如图12a～12e所示，在上述步骤S1中形成第一流体通道层2的步骤之前，上述制备方法还可以包括以下步骤：在衬底1上形成检测电极6。
在上述步骤S3沉积形成微孔层4的步骤之后，还包括以下步骤：在微孔层4背向衬底1的一侧形成第二导电层7。如此可以在微孔41周围集成多个电极，从而使该生物检测器件具有多种功能。
作为另一种可实现的方式，如图7b所示，在上述步骤S3中沉积形成微孔层4的步骤之后，还包括以下步骤：在微孔层4背向衬底1的一侧形成半导体层10，半导体层10中对应于微孔41的位置形成有半导体层通孔101。
在本公开提供的制备方法的另一些实施例中，地基层3的材料可以为绝缘材料，微孔层3的材料可以为半导体材料，如图13所示，在上述步骤S3中沉积形成微孔层4的步骤之后还包括以下步骤：在微孔层4背向衬底1的一侧形成第三导电层8，第三导电层8包括相互绝缘的两个导电电极81。
在另一些实施例中，地基层3的材料可以包括绝缘材料和导电材料，微孔层4的材料可以为绝缘材料。
如图14a～14e所示，在步骤S1形成地基层3的步骤中可以包括以下步骤：采用绝缘材料在第一流体通道层2背向衬底1的一侧形成第一子地基层32，采用导电材料在第一地基子层32背向衬底1的一侧形成第二子地基层33。
而后，在步骤S2刻蚀地基层3的步骤中，在形成地基层通孔31同时，形成与地基层通孔31连通的分割缝隙34，分割缝隙34与地基层通孔31将地基层3分割成为相互绝缘的两部分。在沉积形成微孔层4的步骤之中，如图9c所示，微孔层4的材料填充分割缝隙34。需要注意的是，分割缝隙34的宽度尺寸较小，因此在沉积形成微孔层4时，微孔层4的沉积材料可以自然将分割缝隙34填充。
在本公开的另一些实施例中，如图4b、5b、6b及8b所示，当上述生物检测器件的最外侧的导电层暴露在外时，生物检测器件的制备方法还包括：在生物检测器件中处于最外侧的导电层背向衬底1的一侧形成保护层9。
作为本公开实施例所提供的生物检测器件的制备方法的一种可实现的方式，请参照图3a，在步骤S3中沉积形成微孔层的步骤之后，上述制备方法还可以包括：在基板1’上制备第二流体通道层12，该第二流体通道层12中设置有第二流体通道121；将第二流体通道层12背向基板1’的一面与微孔层4背向衬底1的一面相贴合，使微孔41与第二流体通道121相通，从而第一流体通道21、微孔41及第二流体通道121连通。作为一种可能的实现方式，在第二流体通道层12中形成第二流体通道121可采用干法刻蚀或湿法刻蚀工艺。
本公开的一个实施例中还提供了一种生物检测芯片，包括上述实施例所述的生物检测器件，其具有上述生物检测器件的有益效果，此处不再赘述。需要指出的是，该生物检测芯片可以包括多个上述生物检测器件，这些生物检测器件可配置为诸如阵列式的排布方式，以实现对待检测分子的批量检测；另一方面，也可使得该生物检测芯片同时具有筛选、检测、流控及富集等多种功能。
本公开的一个实施例中还提供了一种生物分子的检测方法，如图15所示，包括如下步骤：
a.提供如本公开的实施例所述的生物检测器件。
在上述步骤中，如图2a～9c所示，该生物检测器件中具有微孔41，在一些实施例中，微孔41的孔径尺寸为纳米级，即微孔41为纳米孔。
b.驱动携带有待检测的生物分子的微流体通过生物检测器件的微孔。
在上述步骤中，如图1所示，可以将生物检测器件100安装于检测系统中，检测系统中包括驱动控制装置13，驱动控制装置13采用电泳、压力泵等方式驱动和控制携带有待检测的生物分子的微流体的流动，使待检测的生物分子的微流体通过生物检测器件100的微孔41。
需要说明的是，所述待检测的生物分子可以为DNA分子、蛋白质分子、细胞或氨基酸等生物分子。
c.在待检测的生物分子通过微孔的过程中，采用电信号检测部件检测微孔处的电信号变化情况。
在上述步骤中，检测系统包括电信号检测部件，电信号检测部件可以为电流表、电压表或电容测量仪器等。当将生物检测器件100安装于检测系统中后，实际上是将检测系统的电信号检测部件与生物检测器件100电连接，使电信号检测部件与生物检测器件100形成如图1所示的检测电路14。
此外，当电信号检测部件为电流表时，检测得到的微孔处的电信号变化情况实际为通过生物检测器件100的微孔41的电流的变化情况，或者为生物检测器件100的微孔41处的横向电流的变化情况。当电信号检测部件为电压表时，检测得到的微孔处的电信号变化情况实际为生物检测器件100的微孔41处的电位的变化情况。当电信号检测部件为电容测量仪器时，检测得到的微孔处的电信号变化情况实际为生物检测器件100的微孔41处的电容的变化情况。
d.分析检测得到的电信号变化情况，得到对上述生物分子的检测结果。
在上述步骤中，由于不同生物分子通过微孔41所引起的电信号的变化情况不同，因此通过分析检测得到的电信号变化情况，可以得到目标生物分子的检结果。其中，所述检测结果可以是对通过微孔41的生物分子的种类的识别结果，或者是对通过微孔41的DNA分子的序列的测序结果等。
以上所述仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (19)

1.一种生物检测器件，包括衬底，其特征在于，所述生物检测器件还包括：
设置于所述衬底上的第一流体通道层，所述第一流体通道层中设置有第一流体通道；
设置于所述第一流体通道层背向所述衬底的一侧的地基层，所述地基层设置有与所述第一流体通道相通的地基层通孔；
设置于所述地基层背向所述衬底的一侧的微孔层，所述微孔层设置有微孔，所述微孔层的材料附着于所述地基层通孔的内壁上形成所述微孔，所述微孔通过控制所述微孔层的材料在所述地基层通孔处的横向沉积生长速率而形成。
2.根据权利要求1所述的生物检测器件，其特征在于，所述地基层的材料为导电材料，所述微孔层的材料为绝缘材料；
所述生物检测器件还包括：设置于所述微孔层背向所述衬底的一侧的第一导电层。
3.根据权利要求2所述的生物检测器件，其特征在于，所述第一导电层为面电极，且其与所述微孔相对应的位置处具有第一导电层通孔；或者，
所述第一导电层包括相互绝缘的两个块状电极，所述两个块状电极分别设置于所述微孔外围相对的两侧。
4.根据权利要求1所述的生物检测器件，其特征在于，所述地基层和所述微孔层的材料均为绝缘材料；
所述生物检测器件还包括：设置于所述衬底上的检测电极，所述检测电极位于所述第一流体通道内；设置于所述微孔层背向所述衬底的一侧的第二导电层。
5.根据权利要求1所述的生物检测器件，其特征在于，所述地基层和所述微孔层的材料均为绝缘材料；
所述生物检测器件还包括：设置于所述微孔层背向所述衬底的一侧的半导体层，所述半导体层中对应于所述微孔的位置处设有半导体层通孔。
6.根据权利要求1所述的生物检测器件，其特征在于，所述地基层的材料为绝缘材料，所述微孔层的材料为半导体材料；
所述生物检测器件还包括：设置于所述微孔层背向所述衬底的一侧的第三导电层，所述第三导电层包括相互绝缘的两个导电电极，所述两个导电电极分别设置于所述微孔外围相对的两侧。
7.根据权利要求1所述的生物检测器件，其特征在于，所述地基层包括：
设置于所述第一流体通道层背向所述衬底的一侧的第一子地基层，所述第一子地基层的材料为绝缘材料；
设置于所述第一子地基层背向所述衬底的一侧的第二子地基层，所述第二子地基层的材料为导电材料；
所述地基层中具有与所述地基层通孔连通的分割缝隙，使所述地基层分成相互绝缘的两部分，所述微孔层的材料填充所述分割缝隙。
8.根据权利要求2、3、4和6中的任一项所述的生物检测器件，其特征在于，所述生物检测器件还包括：保护层，所述保护层覆盖所述生物检测器件中处于最外侧的导电层。
9.根据权利要求1～7任一项所述的生物检测器件，其特征在于，所述生物检测器件还包括设置于微孔层背向所述衬底的一侧的第二流体通道层，所述第二流体通道层中设置有第二流体通道，所述微孔与所述第二流体通道相通。
10.一种生物检测器件的制备方法，其特征在于，所述生物检测器件的制备方法包括：
在衬底上依次形成第一流体通道层和地基层；
依次刻蚀所述地基层和所述第一流体通道层，在所述地基层中形成地基层通孔，并在所述第一流体通道层内形成第一流体通道；
在所述地基层背向所述衬底的一侧沉积形成微孔层，沉积过程中，控制所述微孔层的材料在所述地基层通孔处的横向沉积生长速率，所述微孔层的材料附着于所述地基层通孔的内壁上，形成微孔。
11.根据权利要求10所述的生物检测器件的制备方法，其特征在于，所述地基层的材料为导电材料，所述微孔层的材料为绝缘材料；
在所述沉积形成微孔层的步骤之后，还包括：在所述微孔层背向所述衬底的一侧形成第一导电层。
12.根据权利要求10所述的生物检测器件的制备方法，其特征在于，所述地基层和所述微孔层的材料均为绝缘材料；
在形成所述第一流体通道层的步骤之前，还包括：在所述衬底上形成检测电极；在所述沉积形成微孔层的步骤之后，还包括：在所述微孔层背向所述衬底的一侧形成第二导电层。
13.根据权利要求10所述的生物检测器件的制备方法，其特征在于，所述地基层和所述微孔层的材料均为绝缘材料；
在所述沉积形成微孔层的步骤之后，还包括：在所述微孔层背向所述衬底的一侧形成半导体层；所述半导体层中对应于所述微孔的位置形成有半导体层通孔。
14.根据权利要求10所述的生物检测器件的制备方法，其特征在于，所述地基层的材料为绝缘材料，所述微孔层的材料为半导体材料；
在所述沉积形成微孔层的步骤之后，还包括：在所述微孔层背向所述衬底的一侧形成第三导电层；所述第三导电层包括相互绝缘的两个导电电极。
15.根据权利要求10所述的生物检测器件的制备方法，其特征在于，所述地基层的材料包括绝缘材料和导电材料，所述微孔层的材料为绝缘材料；
形成所述地基层的步骤包括：采用绝缘材料在所述第一流体通道层背向所述衬底的一侧形成第一子地基层，采用导电材料在第一地基子层背向所述衬底的一侧形成第二子地基层；
在刻蚀所述地基层的步骤中，在形成地基层通孔的同时，形成与所述地基层通孔连通的分割缝隙，所述分割缝隙与所述地基层通孔将所述地基层分割成为相互绝缘的两部分；
在所述沉积形成微孔层的步骤之中，所述微孔层的材料填充所述分割缝隙。
16.根据权利要求11、12和14中任一项所述的生物检测器件的制备方法，其特征在于，所述生物检测器件的制备方法还包括：在所述生物检测器件中处于最外侧的导电层背向所述衬底的一侧形成保护层。
17.根据权利要求10～15任一项所述的生物检测器件的制备方法，其特征在于，在沉积形成微孔层的步骤之后，所述的生物检测器件的制备方法还包括：
在基板上制备第二流体通道层，所述第二流体通道层中设置有第二流体通道；
将所述第二流体通道层背向所述基板的一面与所述微孔层背向所述衬底的一面相贴合，使所述微孔与所述第二流体通道相通。
18.一种生物检测芯片，其特征在于，所述生物检测芯片包括如权利要求1～9中任一项所述的生物检测器件。
19.一种生物分子的检测方法，其特征在于，所述生物分子的检测方法包括如下步骤：
提供如权利要求1～9中任一项所述的生物检测器件；
驱动携带有待检测的生物分子的微流体通过所述生物检测器件的微孔；
在所述待检测的生物分子通过所述微孔的过程中，采用电信号检测部件检测所述微孔处的电信号变化情况；
分析所述电信号变化情况，得到对所述生物分子的检测结果。
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