CN111777031A - 一种生物检测芯片衬底及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物检测芯片衬底及其制备方法。该生物检测芯片衬底的制备方法包括在基板上涂覆纳米压印胶形成压印胶层。将纳米压印模板压印在所述压印胶层上，形成多个有序的凹陷结构。对具有所述凹陷结构的压印胶层进行干法刻蚀，在凹陷结构的孔底形成若干间隔的微凸起部。在所述具有微凸起部的凹陷结构表面形成一层金属膜层，以在所述凹陷结构的孔底形成检测热区。该制备方法所形成的生物检测芯片衬底能够应用于制作检测病毒试剂盒芯片，用以对表面修饰有拉曼活性分子的病毒分子进行检测，有利于提高病毒检测的效率。

Description

一种生物检测芯片衬底及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种生物检测芯片衬底及其制备方法。

背景技术

当前，病毒检测诊断常使用定量荧光聚合酶链式反应核酸检测(PCR核酸检测)的方法。然而，这种病毒检测诊断，需要对病毒进行聚合酶链式反应扩增(PCR扩增)，并在扩增后才能进行检测，检测过程耗时较长、操作繁琐、且需要集中送检等，无法满足快速排查诊断的检测需求。实现现场快速检测病毒，突破现有检测技术对检测工作人员、检测场所等的限制，来缩短检测用时，提高病毒检测效率的需求越来越强烈。

发明内容

本发明提供一种生物检测芯片衬底的制备方法，以解决相关技术中的不足。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种生物检测芯片衬底的制备方法，其包括：

在基板上涂覆纳米压印胶形成压印胶层；

将纳米压印模板压印在所述压印胶层上，形成多个有序的凹陷结构；

对具有所述凹陷结构的压印胶层进行干法刻蚀，在凹陷结构的底部形成若干间隔的微凸起部；

在所述具有微凸起部的凹陷结构表面形成一层金属膜层，以在所述凹陷结构的孔底形成检测热区。

可选的，所述压印胶层的厚度为300nm-2μm；或，

所述微凸起部的高度为10nm-30nm。

可选的，所述凹陷结构为圆形孔，所述圆形孔的孔径为100nm-1μm；或，

所述凹陷结构为碗型凹陷结构；或，

所述凹陷结构孔深与孔宽的比值小于等于3。

可选的，采用等离子干刻技术对具有所述凹陷结构的压印胶层进行刻蚀。

可选的，所述金属膜层的厚度为5nm-30nm；或，

所述金属膜层的材质为金、银、铜、铝中的一种或多种的组合；或，

所述基板的材质为硅、石英、玻璃中的一种。

可选的，在基板上涂覆纳米压印胶形成压印胶层之前，所述方法包括：

对所述基板进行清洗。

可选的，在将纳米压印模板压印在所述压印胶层上，形成多个有序的凹陷结构之前，所述方法包括：

提供纳米压印模板，所述纳米压印模板具有有序的微凸起结构。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种生物检测芯片衬底，可应用于制作检测病毒试剂盒芯片。所述生物检测芯片衬底包括：

基板，

压印胶层，位于基板之上，所述压印胶层远离所述基板的一侧具有多个有序的凹陷结构；所述凹陷结构的底部具有若干间隔的微凸起部；

金属膜层，覆盖具有微凸起部的凹陷结构的表面。

可选的，所述压印胶层的厚度为300nm-2μm；或，

所述微凸起部的高度为10nm-30nm。

可选的，所述凹陷结构为圆形孔，所述圆形孔的孔径为100nm-1μm；或，

所述凹陷结构为碗型凹陷结构；或，

所述凹陷结构孔深与孔宽的比值小于等于3；或，

所述金属膜层的厚度为5nm-30nm；或，

所述金属膜层的材质为金、银、铜、铝中的一种或多种的组合；或，

所述基板的材质为硅、石英、玻璃中的一种。

根据上述实施例可知，在基板上涂覆纳米压印胶形成压印胶层；将纳米压印模板压印在所述压印胶层上，形成多个有序的凹陷结构；对具有所述凹陷结构的压印胶层进行干法刻蚀，在凹陷结构的孔底形成若干间隔的微凸起部；在所述具有微凸起部的凹陷结构表面形成一层金属膜层，以在所述凹陷结构的孔底形成检测热区。该制备方法所形成的生物检测芯片衬底能够应用于制作检测病毒试剂盒芯片，用以对表面修饰有拉曼活性分子的病毒分子进行检测，有利于提高病毒检测的效率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据本发明一实施例示出的在基板上形成压印胶层的示意图；

图2是在图1所形成的压印胶层上形成凹陷结构的示意图；

图3是在图2所示凹陷结构的孔底形成微凸起部的示意图；

图4是在图3所示具有微凸起部的凹陷结构的孔底形成检测热区；

图5是根据本发明一实施例示出的生物检测芯片衬底在检测病毒时的示意图；

图6是根据本发明一实施例示出的生物检测芯片衬底微观俯视示意图；

图7是图6所示的生物检测芯片衬底的局部放大示意图；

图8是图7所示的生物检测芯片衬底的剖视示意图；

图9是根据本发明一实施例示出的生物检测芯片衬底的制备方法流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

当前，病毒检测诊断常使用定量荧光聚合酶链式反应核酸检测(PCR核酸检测)的方法。然而，这种病毒检测诊断，需要对病毒进行聚合酶链式反应扩增(PCR扩增)，并在扩增后才能进行检测，检测过程耗时较长、操作繁琐、且需要集中送检等，无法满足快速排查诊断的检测需求。实现现场快速检测病毒，突破现有检测技术对检测工作人员、检测场所等的限制，来缩短检测用时，提高病毒检测效率的需求越来越强烈。尤其对于传播速度、传染性较强病毒，比如新冠肺炎病毒，实现快速地现场检测、疑似患者的诊断以及密切接触人群的筛查等，显得尤为重要。

据此，本发明实施例提供一种生物检测芯片衬底的制备方法，该制备方法所制得的生物检测芯片衬底能够应用于制作检测病毒试剂盒芯片。如图9所示，该制备方法包括如下步骤S10、步骤S20、步骤S30以及步骤S40。

在步骤S10中，在基板上涂覆纳米压印胶形成压印胶层；

在步骤S20中，将纳米压印模板压印在所述压印胶层上，形成多个有序的凹陷结构；

在步骤S30中，对具有所述凹陷结构的压印胶层进行干法刻蚀，在凹陷结构的孔底形成若干间隔的微凸起部；

在步骤S40中，在所述具有微凸起部的凹陷结构表面形成一层金属膜层，以在所述凹陷结构的孔底形成检测热区。

该制备方法所形成的生物检测芯片衬底能够应用于制作检测病毒试剂盒芯片，用以对表面修饰有拉曼活性分子的病毒分子进行检测，无需对病毒进行聚合酶链式反应扩增(PCR扩增)，能够有效节省病毒检测及诊断的时长，有利于提高病毒检测的效率。

图1是根据本发明一实施例示出的在基板上形成压印胶层的示意图。请参照图1，并在必要时结合图2至图8所示。

如图1所示，在步骤S10中，在基板10上涂覆纳米压印胶形成压印胶层20。该基板10的材质可以选用为硅、石英、玻璃等硬质材料中的一种。优选地，基板10的材质为玻璃材质，基板10为玻璃基板。玻璃基板可以能够做到较大尺寸，便于实现量产。在需要的情况下，可快速扩大产能，降低生物检测芯片衬底生产成本。

在一些实施例中，压印胶层的厚度为300nm-2μm。比如，500nm，1μm，1.5μm。该压印胶层可以应用于纳米压印技术来进行压印的胶层。形成该压印夹层的纳米压印胶可以采用热固化型的压印胶，也可以采用紫外固化型的压印胶。采用热固化型压印胶的实施方式，在基板10上涂覆纳米压印胶，并以压印模板压印在压印胶上后，可通过热固化工艺，即采用加热的方式使得温度达到压印胶的固化温度，以使压印胶固化于基板10上，脱去压印模板后，以形成带有凹陷结构的压印胶层20。采用紫外固化型压印胶的实施方式，在基板10上涂覆紫外固化压印胶，并以压印模板压印在压印胶上后，可以通过紫外固化工艺将涂覆于基板10的压印胶固化于基板10上，脱去压印模板后，以形成带有凹陷结构的压印胶层20。

压印胶层材质可以是丙烯酸类体系树脂材料，也可以是有机硅体系树脂材料，当然也可以是其他能够实现纳米压印的材质。

请结合图2所示，在步骤S20中，将纳米压印模板(未示出)压印在所述压印胶层20上，形成多个有序的凹陷结构21。这多个凹陷结构21可以在压印胶层20中呈有序的阵列排布。

该凹陷结构21的底部依然是压印残胶层结构，即采用纳米压印模板进行压印时，并不压印至基板，使基板暴露，以便后续在凹陷结构21底部的压印胶上继续操作形成微凸起部。

该凹陷结构21可以是圆形孔。当然，凹陷结构也可为椭圆形孔、矩形孔以及其他形状的孔结构。此外，凹陷结构还可以为碗型凹陷结构。这里所说的孔结构可以理解为凹陷结构的侧壁为竖直的，而碗型凹陷结构可以理解为凹陷结构的侧壁呈弯曲状，比如在深度方向上逐渐减小的弧形曲面壁。

以凹陷结构为圆形孔为例，发明人(们)通过研究发现，该圆形孔的孔径范围可以做成100nm-1μm的任一尺寸，比如150nm，200nm，500nm等。具体地，可根据需要坚持的病毒的大小来进行设定。

可选的，凹陷结构21的孔深H与孔宽R的比值小于等于3，以便更好地采用纳米压印工艺形成凹陷结构21，以保证纳米压印的成品率。比如，该凹陷结构21的孔深和孔宽可以相等，如1.0。当然也可以为其他比值，比如2、1.5等。本申请对此不做限定，可根据具体的应用环境进行设置。

相应地，在步骤S20之前，即在将纳米压印模板压印在压印胶层20上，形成多个有序的凹陷结构21之前，该生物检测芯片衬底制备方法还可包括如下步骤S201：

在步骤S201中，提供纳米压印模板，该纳米压印模板具有有序的微凸起结构。

该纳米压印模板的微凸起结构与凹陷结构21相对应。该纳米压印模板可以采用电子束光刻技术、离子干刻技术等形成。微凸起结构的尺寸可根据凹陷结构21的尺寸进行设定，即该微凸起结构的尺寸可根据需要检测的病毒的大小来设计。

请结合图3所示，在步骤S30中，对具有所述凹陷结构21的压印胶层20进行刻蚀，在凹陷结构21的孔底形成若干个间隔的并呈周期性排布的微凸起部211。

可采用等离子干刻技术对具有凹陷结构21的压印胶层20进行刻蚀。比如，可使用感应耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma，ICP)刻蚀技术，采用六氟化硫(SF6)和氧气(O2)的组合气体，对具有凹陷结构21的压印胶层20进行刻蚀。当然，也可采用其他等离子干刻技术或其他干刻技术对具有凹陷结构的压印胶层进行刻蚀。

该微凸起部211需要具有一定的尺寸。在一些实施例中，发明人(们)通过研究发现，微凸起部的高度h范围为10nm-30nm。比如，20nm，15nm，18nm，25nm等。该微凸起部的高度及间距等尺寸以及其排布的周期性可根据所需检测病毒被修饰拉曼活性分子后，需检测的拉曼光谱的的频率范围或波长范围来设定。

请结合图4以及图6至图8所示，在步骤S40中，在具有微凸起部211的凹陷结构21表面形成一层金属膜层30，以在所述凹陷结构21的孔底形成多个间隔的检测热点230，从而在凹陷结构21的孔底形成具有多个间隔的检测热点230的检测热区。

可采真空镀膜技术形成金属膜层30。比如，可采用电子束蒸镀技术、磁控溅射技术等真空镀膜技术在凹陷结构21底部及其侧壁上以及压印胶层20远离基板10一侧的表面均镀一层金属膜，而形成金属膜层30。该金属膜层30覆盖压印胶层20远离基板一侧的表面上未设置凹陷结构21的部分以及凹陷结构21的底部和侧壁。

在一些实施例中，发明人(们)通过研究发现，该金属膜层30的厚度范围可以为5nm-30nm。比如，金属膜层30的厚度可以设置为10nm，11nm，12nm，13nm，15nm，20nm、25nm等。

可选的，该金属膜层30的材质可以为金、银、铜、铝等惰性金属中的一种或多种的组合，以使得金属膜层30更加稳定，不易受外界环境影响而发生变化，有利于保证检测结果的准确性。优选的，该金属膜层30的材质选用金，以使得金属膜层30具有较高的发光效率，从而有利于提高被修饰拉曼活性分子的病毒其拉曼光谱的强度。

进一步，请结合图5所示，采用上述实施方式所形成的生物检测芯片衬底的检测病毒试剂盒对病毒进行检测时，凹陷结构21可以捕获修饰了拉曼活性分子的病毒分子40，即以被修饰了拉曼活性分子的病毒分子40可以落入凹陷结构21中，而与凹陷结构21底部的多个检测热点230进行接触而附着于检测热区的多个检测热点之上，以通过表面增强拉曼(Surface-Enhanced Raman Scattering，SERS)的测试方式对病毒分子40进行快速诊断。该检测热点230的设置有利于提高被修饰拉曼活性分子的病毒40其拉曼光谱的强度，从而更容易被检测出。

进一步，在步骤S10之前，即在基板10上涂覆纳米压印胶形成压印胶层20之前，该生物检测芯片衬底制备方法可包括如下步骤S101。

在步骤S1中，对基板10进行清洗。如此，能够使得压印胶与基板的粘结更牢固，使得生物检测芯片衬底不至于在后续工艺或成品后出现分层的现象而影响生物检测芯片衬底的正常使用，有利于提高产品的成品率。

根据上述实施例可知，在基板上涂覆纳米压印胶形成压印胶层；将纳米压印模板压印在压印胶层上，形成多个有序的凹陷结构；对具有凹陷结构的压印胶层进行刻蚀，在凹陷结构的孔底形成若干间隔的微凸起部；在具有微凸起部的凹陷结构表面形成一层金属膜层，以在凹陷结构的孔底形成检测热区，从而形成具有检测热区的生物检测芯片衬底。该制备方法所形成的生物检测芯片衬底能够应用于制作检测病毒试剂盒芯片，用以对表面已经修饰了拉曼活性分子的病毒分子进行检测，无需对病毒进行聚合酶链式反应扩增(PCR扩增)，能够有效节省病毒检测及诊断的时长，有利于提高病毒检测的效率。

请参照图4所示，本申请还提供一种生物检测芯片衬底。该生物检测芯片衬底可应用于制作检测病毒试剂盒芯片。该生物检测芯片衬底可通过上述生物检测芯片衬底的制备方法制得。该生物检测芯片衬底包括：

基板10，

压印胶层20，位于基板10之上，压印胶层20远离基板10的一侧具有多个有序的凹陷结构21。凹陷结构21的底部具有若干间隔的微凸起部211。

金属膜层30，覆盖具有微凸起部211的凹陷结构21的表面。

在一些实施例中，压印胶层20的厚度为300nm-2μm。比如500nm，1μm，1.5μm。

在一些实施例中，微凸起部的高度为10nm-30nm。

在一些实施例中，凹陷结构为圆形孔。该圆形孔的孔径为100nm-1μm，比如150nm，200nm，500nm等。

在一些实施例中，凹陷结构为碗型凹陷结构。

在一些实施例中，凹陷结构孔深与孔宽的比值小于等于3。

在一些实施例中，金属膜层的厚度为5nm-30nm。

在一些实施例中，金属膜层的材质为金、银、铜、铝中的一种或多种的组合。

在一些实施例中，基板的材质为硅、石英、玻璃中的一种。

需要说明的是，生物检测芯片衬底具体结构及其它特征，可参考上述生物检测芯片衬底的制备方法中各实施方式的相关描述，此处不予以赘述。

上述实施例所提供的生物检测芯片衬底，能够应用于制作检测病毒试剂盒芯片，用以对表面修饰有拉曼活性分子的病毒分子进行表面增强拉曼测试，有利于提高病毒检测的效率。

在本申请中，所述结构实施例与方法实施例在不冲突的情况下，可以互为补充。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种生物检测芯片衬底的制备方法，其特征在于，包括：

在基板上涂覆纳米压印胶形成压印胶层；

将纳米压印模板压印在所述压印胶层上，形成多个有序的凹陷结构；

对具有所述凹陷结构的压印胶层进行干法刻蚀，在凹陷结构的底部形成若干间隔的微凸起部；

在所述具有微凸起部的凹陷结构表面形成一层金属膜层，以在所述凹陷结构的孔底形成检测热区。

2.如权利要求1所述的生物检测芯片衬底的制备方法，其特征在于，所述压印胶层的厚度为300nm-2μm；或，

所述微凸起部的高度为10nm-30nm。

3.如权利要求1所述的生物检测芯片衬底的制备方法，其特征在于，所述凹陷结构为圆形孔，所述圆形孔的孔径为100nm-1μm；或，

所述凹陷结构为碗型凹陷结构；或，

所述凹陷结构孔深与孔宽的比值小于等于3。

4.如权利要求1所述的生物检测芯片衬底的制备方法，其特征在于，采用等离子干刻技术对具有所述凹陷结构的压印胶层进行刻蚀。

5.如权利要求1所述的生物检测芯片衬底的制备方法，其特征在于，所述金属膜层的厚度为5nm-30nm；或，

所述金属膜层的材质为金、银、铜、铝中的一种或多种的组合；或，

所述基板的材质为硅、石英、玻璃中的一种。

6.如权利要求1所述的生物检测芯片衬底的制备方法，其特征在于，在基板上涂覆纳米压印胶形成压印胶层之前，所述方法包括：

对所述基板进行清洗。

7.如权利要求1所述的生物检测芯片衬底的制备方法，其特征在于，在将纳米压印模板压印在所述压印胶层上，形成多个有序的凹陷结构之前，所述方法包括：

提供纳米压印模板，所述纳米压印模板具有有序的微凸起结构。

8.一种生物检测芯片衬底，应用于制作检测病毒试剂盒芯片，其特征在于，所述生物检测芯片衬底包括：

基板，

压印胶层；位于基板之上，所述压印胶层远离所述基板的一侧具有多个有序的凹陷结构；所述凹陷结构的底部具有若干间隔的微凸起部；

金属膜层，覆盖具有微凸起部的凹陷结构的表面。

9.如权利要求8所述的生物检测芯片衬底，其特征在于，其特征在于，所述压印胶层的厚度为300nm-2μm；或，

所述微凸起部的高度为10nm-30nm。

10.如权利要求8所述的生物检测芯片衬底，其特征在于，所述凹陷结构为圆形孔，所述圆形孔的孔径为100nm-1μm；或，

所述凹陷结构为碗型凹陷结构；或，

所述凹陷结构孔深与孔宽的比值小于等于3；或，

所述金属膜层的厚度为5nm-30nm；或，

所述金属膜层的材质为金、银、铜、铝中的一种或多种的组合；或，

所述基板的材质为硅、石英、玻璃中的一种。

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