CN111254061B - 一种探针分子印刷芯片及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种探针分子印刷芯片及其制备方法，该探针分子印刷芯片上具有微米尺寸的探针分子阵列，因此可以实现在很小的面积上印刷高密度的探针分子阵列；采用该探针分子印刷芯片进行生物分子检测，可以实现高通量的生物分子检测；而且该探针分子印刷芯片中使用试剂体积在纳升级，所以可以大幅减小试剂成本，降低使用成本,极大地提高生物分子检测便利性。

Description

一种探针分子印刷芯片及其制造方法
背景技术
核酸探针是指带有标记物的已知序列的核酸片段，它能和与其互补的核酸序列杂交，形成双链，所以可用于待测核酸样品中特定基因序列的检测。每一种病原体都具有独特的核酸片段，通过分离和标记这些片段就可制备出探针，用于疾病的诊断等研究。
核酸探针技术是目前分子生物学中应用最广泛的技术之一，是定性或定量检测特异RNA或DNA序列的有力工具。核酸探针可用以检测任何特定病原微生物，并能鉴别密切相关的毒(菌)株和寄生虫。核酸探针按性质可划分为基因组DNA探针、cDNA探针、RNA探针和人工合成的寡核苷酸探针等几类。目前，各种常见病毒病的诊断和研究都已应用到核酸探针技术。但该项技术的操作毕竟比常规方法复杂，费用较高，在动物检疫中尚未推广。多在实验室内对病原作深入研究时使用。
DNA微阵列(DNA Microarray)也叫寡核苷酸阵列(Oligonucleitide array)，是人类基因组计划(Human Geneome Project，HGP)的逐步实施和分子生物学的迅猛发展及运用的产物，它是生物学家受到计算机芯片制造和广为应用的启迪，融微电子学、生命科学、计算机科学和光电化学为一体，在原来核酸杂交(Northern、Southern)的基础上发展起来的一项新技术，是生物芯片中的一种。该技术的原理是在固体表面上集成已知序列的基因探针，被测生物细胞或组织中大量标记的核酸序列与上述探针阵列进行杂交，通过检测相应位置杂交探针，实现基因信息的快速检测。
DNA微阵列技术最突出的特点就是可一次性检测多种样品，获得多种基因的差别表达图谱。因此，DNA微阵列是对不同材料中的多个基因表达模式进行平行对比分析的一种高产出的、新的基因分析方法。与传统研究基因差异表达的方法相比，它具有微型化、快速、准确、灵敏度高，以及在同一芯片上同时大信息量平行检测的优势。
但是，目前的探针分子生物检测方法仍存在制造成本高，生物分子通量小的缺陷，进而导致生物分子检测成本高的缺陷。
发明内容
本发明公开了一种探针分子印刷芯片及其制备方法，该探针分子印刷芯片上具有微米尺寸的探针分子阵列，因此可以实现在很小的面积上印刷高密度的探针分子阵列；采用该探针分子印刷芯片进行生物分子检测，可以实现高通量的生物分子检测；而且该探针分子印刷芯片中使用试剂体积在纳升级，所以可以大幅减小试剂成本，降低使用成本,极大地提高生物分子检测便利性。
本发明的探针分子印刷芯片通过利用微米结构的流道、即微流道把不同种类的探针分子固定在衬底基板上，用于高灵敏地捕获目标生物分子，捕获目标生物分子后通过荧光或其它光学信号的形式将其表达出来。
本发明公开的一种探针分子印刷芯片，包括具有微沟槽结构阵列的微流控芯片和上表面功能化的衬底基板，其中，衬底基板的上表面面向微流控芯片的微沟槽结构，覆盖在微流控芯片上，二者配合形成功能化的微流道；
其中，具有微沟槽结构阵列的微流控芯片包括：柔性衬底，柔性衬底上设置有沿衬底表面延伸的多个微沟槽结构；
其中，上表面功能化的衬底基板包括：衬底基板，衬底基板的上表面上涂覆有功能化材料，以将衬底基板的上表面功能化；其中，功能化材料包括赖氨酸分子层、石墨烯和氧化石墨烯。
本发明公开的一种探针分子印刷芯片的制造方法，包括如下步骤：
一、制备微流控芯片，包括如下步骤：
步骤(一)硅片清洗；先把硅片放入第一清洗溶液中清洗，取出硅片用第二清洗溶液清洗；然后去除硅片表面的氧化硅；
步骤(二)硅片刻蚀；在清洗干净的硅片上旋涂光刻胶；然后用曝光机和包括微沟槽图案的光刻版对硅片上的光刻胶进行曝光，把光刻版上的图形转移到硅片上；曝光后的硅片在显影液中显影，曝光部分的光刻胶被显影液溶解；将显影后的硅片进行烘烤；然后把硅片放入刻蚀机中对硅片进行刻蚀，没有光刻胶保护的部分被刻蚀掉；刻蚀之后把硅片上的光刻胶溶解，然后冲洗硅片，最后把硅片吹干；得到其上形成有微沟槽结构的硅片；
步骤(三)微流控芯片制作；将柔性材料覆盖在硅片上，烘烤，柔性材料固化形成柔性衬底，同时将硅片上的微沟槽结构转移到柔性衬底上，将柔性衬底和硅片分离；其中微沟槽结构是沿着柔性衬底表面延伸的微米级沟槽；
二，制备探针分子印刷芯片；
制备探针分子印刷芯片包括两个步骤：
步骤(一)，提供衬底基板，将衬底基板的上表面功能化；其中，将衬底的上表面功能化的方法为在衬底基板的上表面涂覆一层赖氨酸分子层或石墨烯；
步骤(二)，将上表面功能化的衬底基板的上表面面向微流控芯片的微沟槽结构，覆盖在微流控芯片上，形成功能化的微流道；其中微流道是具有微沟槽结构的微流控芯片与衬底基板键合形成完整封闭的微米级流道。
其中，每个微流道的两个端头通过打孔与外界相连以便样本的加入和流出，分别为微流道的入口和出口。
其中，每个微流道的宽度为5-200um，优选10-100um；
相邻微流道之间的间距为10-40um，优选20-30um；
微流道的入口和出口的直径为0.1-5mm，优选0.5-3mm；
入口跟加载样本的工具接口匹配；出口跟检测试剂的工具接口匹配；
微流道包括直线形微流道和S形微流道。
其中，本发明的探针分子印刷芯片中衬底基板的一个功能是提供一个平整的平面，以与微流控芯片中的微槽阵列共同形成封闭的微流道；另一个功能是通过其表面的功能化材料为探针分子的固定提供支持。
本发明的探针分子印刷芯片，采用微印刷技术制成功能化的微流道，在微流道中固定探针分子，可以实现微米尺寸的探针分子阵列，由此可以在很小的面积上印刷高密度的探针分子阵列，从而可以在后续实现高通量的生物分子检测。另外，由于微流道的截面积非常小，在其中用的试剂体积在纳升级，所以可以大幅度缩小试剂成本，降低生物分子检测的成本。
附图说明
图1为本发明的探针分子印刷芯片(直线形微流道)的结构示意图。
图2为本发明的探针分子印刷芯片(S形微流道)的结构示意图。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更清楚的理解本发明的探针分子印刷芯片，下面结合附图详细描述其具体实施方式。
本发明公开的探针分子印刷芯片的制造方法包括如下步骤：
一、制备微流控芯片，微流控芯片上具有微沟槽结构阵列，微流控芯片是从具有同样微槽结构阵列的硅片上用柔性材料注模得到。
制备微流控芯片的方法包括如下步骤：
步骤(一)硅片清洗；先把硅片放入第一清洗溶液中清洗，取出硅片用第二清洗溶液清洗；然后去除硅片表面的氧化硅；
步骤(二)硅片刻蚀；在清洗干净的硅片上旋涂光刻胶；然后用曝光机和包括微沟槽图案的光刻版对硅片上的光刻胶进行曝光，把光刻版上的图形转移到硅片上；曝光后的硅片在显影液中显影，曝光部分的光刻胶被显影液溶解；将显影后的硅片进行烘烤；然后把硅片放入刻蚀机中对硅片进行刻蚀，没有光刻胶保护的部分被刻蚀掉；刻蚀之后把硅片上的光刻胶溶解，然后冲洗硅片，最后把硅片吹干；得到其上形成有微沟槽结构的硅片；
步骤(三)微流控芯片制作；将柔性材料覆盖在硅片上，烘烤，柔性材料固化形成柔性衬底，同时将硅片上的微沟槽结构转移到柔性衬底上，将柔性衬底和硅片分离；其中微沟槽结构是沿着柔性衬底表面延伸的微米级沟槽；
在一个具体实施方式中，制备微流控芯片的方法包括如下步骤：
硅片清洗：先把硅片放入浓硫酸和双氧水(4:1)溶液在玻璃器皿中并加热到100℃清洗20分钟，取出硅片用去离子水清洗5分钟；配置1:100的BOE(氧化物刻蚀缓冲液)氧化硅刻蚀溶液，把硅片放入BOE溶液中刻蚀1分钟以去除表面的氧化硅；去除硅片在去离子水中清洗5分钟；用氮气枪把硅片吹干。
硅片刻蚀：在清洗干净的硅片上旋涂光刻胶S1803,旋涂转速3000转，在95℃前烘1分钟，然后用紫外曝光机和已经设计好的光刻版对硅片上的光刻胶进行曝光，把光刻版上的图形转移到硅片上；曝光后的硅片在显影液中显影，曝光部分的光刻胶被显影液溶解；显影后的硅片在120℃烘烤2分钟；然后把硅片放入干法刻蚀机中对硅片进行刻蚀，没有光刻胶保护的部分被刻蚀掉；刻蚀之后把硅片放入丙酮溶液中溶解光刻胶，然后一次用Isopropanol溶液和去离子水冲洗硅片，最后用氮气枪把硅片吹干。
微流控芯片制作：把硅片上的微槽结构转移到比较柔软的材料比如PMMA或PDMS硅胶上。以PDMS硅胶为例，PDMS的主剂和硬化剂为液态，把他们以一定比例混合均匀，然后除去气泡，倒在硅片上，硅片放入夹具中可以盛放一定体积的PDMS；然后把浇注PDMS的硅片放入80℃的烘箱中烘烤1小时，在空气中冷却，此时硅片上的微槽图案已经转移到硅胶上；硅片冷却后，把PDMS微流控芯片从硅片上分离下来。
二，制备探针分子印刷芯片；
制备探针分子印刷芯片包括两个步骤：
步骤(一)，提供衬底基板，将衬底基板的上表面功能化；其中，将衬底的上表面功能化的方法为在衬底基板的上表面涂覆一层赖氨酸分子层或石墨烯；
步骤(二)，将上表面功能化的衬底基板的上表面面向微流控芯片的微沟槽结构，覆盖在微流控芯片上，形成功能化的微流道；其中微流道是具有微沟槽结构的微流控芯片与衬底基板键合形成完整封闭的微米级流道。
其中，每个微流道的两个端头通过打孔与外界相连以便样本的加入和流出，分别为微流道的入口和出口。
其中，每个微流道的宽度为5-200um，优选10-100um；相邻微流道之间的间距为10-40um，优选20-30um；微流道的入口和出口的直径为0.1-5mm，优选0.5-3mm；入口跟加载样本的工具接口匹配；出口跟检测试剂的工具接口匹配；微流道包括直线形微流道和S形微流道。如图1和2所示。
在一个具体实施方式中，以玻璃基板作为衬底基板为例，探针分子的固定需要对玻璃基板表面进行功能化，比如在玻璃基板表面涂覆一层赖氨酸分子层或石墨烯，赖氨酸和石墨烯可以跟DNA探针分子或抗体蛋白结合以起到固定它们的作用。
在玻璃基板上涂覆赖氨酸的步骤：
第一，把玻璃基板放入去离子水中，用超声清洗1小时，然后换新的去离子水超声1小时，至少3次循环。
第二，把超声过的玻璃基板取出并用氮气枪吹干。
第三，把吹干的玻璃基片浸泡在5％的赖氨酸溶液中晃动一个小时。
第四，取出玻璃基片快速用氮气枪吹干并密封干燥保存。
在印刷芯片中，包括功能化的微流道。其中微流道是具有微槽结构的柔性芯片与光滑的玻璃基板或硅片衬底键合形成完整封闭的流道。
每个微流道的两个端头通过打孔与外界相连以便样本的加入和流出，分别命名为入口和出口。每个微流道的宽度10-100um，流道之间的间距20-30um。流道的形状、长度和并行数可以根据生物检测的需要进行设置。微流道的入口和出口直径0.5-3mm，入口和出口跟加载样本和试剂的工具接口匹配。
以上通过具体实施方式描述了本发明的细胞分布分析装置，但应当理解，其不用于限定本发明，本领域技术人员可对其进行常见的变型，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种探针分子印刷芯片，其特征在于,包括具有微沟槽结构阵列的微流控芯片和上表面功能化的衬底基板，其中，衬底基板的上表面面向微流控芯片的微沟槽结构，覆盖在微流控芯片上，二者配合形成功能化的微流道；
其中，每个微流道的宽度为5-200um，相邻微流道之间的间距为10-40um，微流道的入口和出口的直径为0.1-5mm；
其中，具有微沟槽结构阵列的微流控芯片包括：柔性衬底，柔性衬底上设置有沿衬底表面延伸的多个微沟槽结构；
其中，上表面功能化的衬底基板包括：衬底基板，衬底基板的上表面上涂覆有功能化材料，以将衬底基板的上表面功能化；
其中，功能化材料包括赖氨酸分子层、石墨烯和氧化石墨烯。
2.如权利要求1所述的探针分子印刷芯片，其特征在于，每个微流道的两个端头通过打孔与外界相连以便样本的加入和流出，分别为微流道的入口和出口。
3.如权利要求1所述的探针分子印刷芯片，其特征在于，微流道包括直线形微流道和S形微流道。
4.一种探针分子印刷芯片的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
一、制备微流控芯片，包括如下步骤：
步骤(一)硅片清洗；
步骤(二)硅片刻蚀；在清洗干净的硅片上旋涂光刻胶；然后对硅片上的光刻胶进行曝光，把图形转移到硅片上；硅片显影；将显影后的硅片进行烘烤；然后把硅片放入刻蚀机中对硅片进行刻蚀，没有光刻胶保护的部分被刻蚀掉；得到其上形成有微沟槽结构的硅片；
步骤(三)微流控芯片制作；将柔性材料覆盖在硅片上，烘烤，柔性材料固化形成柔性衬底，同时将硅片上的微沟槽结构转移到柔性衬底上，将柔性衬底和硅片分离；其中微沟槽结构是沿着柔性衬底表面延伸的微米级沟槽；
二，制备探针分子印刷芯片，包括两个步骤：
步骤(一)，提供衬底基板，将衬底基板的上表面功能化；其中，将衬底的上表面功能化的方法为在衬底基板的上表面涂覆一层赖氨酸分子层或石墨烯；
步骤(二)，将上表面功能化的衬底基板的上表面面向微流控芯片的微沟槽结构，覆盖在微流控芯片上，形成功能化的微流道；其中微流道是具有微沟槽结构的微流控芯片与衬底基板键合形成完整封闭的微米级流道；
其中，每个微流道的宽度为5-200um，相邻微流道之间的间距为10-40um，微流道的入口和出口的直径为0.1-5mm。
5.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，步骤(一)硅片清洗；先把硅片放入第一清洗溶液中清洗，取出硅片用第二清洗溶液清洗；然后去除硅片表面的氧化硅。
6.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，每个微流道的两个端头通过打孔与外界相连以便样本的加入和流出，分别为微流道的入口和出口。
7.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，微流道包括直线形微流道和S形微流道。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011133470A (ja) * 2009-11-25 2011-07-07 Mitsubishi Rayon Co Ltd 親水性ゲルからなる生体分子固定化担体を有する生体分子固定化アレイ
CN104877900A (zh) * 2015-05-26 2015-09-02 大连理工大学 用于致病微生物高通量快速检测的微流控芯片及其制备方法
CN107807239A (zh) * 2017-10-26 2018-03-16 无锡市人民医院 一种基于硅纳米带的高敏感性生物传感器制备及使用方法
CN108415219A (zh) * 2018-03-07 2018-08-17 京东方科技集团股份有限公司 功能膜层图形、显示基板及其制作方法、显示装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050095602A1 (en) * 2003-11-04 2005-05-05 West Jason A. Microfluidic integrated microarrays for biological detection
TWM426766U (en) * 2011-10-13 2012-04-11 Chin-Feng Wan Microfluidic chip

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011133470A (ja) * 2009-11-25 2011-07-07 Mitsubishi Rayon Co Ltd 親水性ゲルからなる生体分子固定化担体を有する生体分子固定化アレイ
CN104877900A (zh) * 2015-05-26 2015-09-02 大连理工大学 用于致病微生物高通量快速检测的微流控芯片及其制备方法
CN107807239A (zh) * 2017-10-26 2018-03-16 无锡市人民医院 一种基于硅纳米带的高敏感性生物传感器制备及使用方法
CN108415219A (zh) * 2018-03-07 2018-08-17 京东方科技集团股份有限公司 功能膜层图形、显示基板及其制作方法、显示装置

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