CN205368331U - 核酸测序芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于核酸测序技术领域，提供了一种核酸测序芯片，其包括基板、载板及透光板，核酸分子可粘附于载板上，载板设于基板上，透光板设于载板之上，透光板与载板之间存在间距，透光板与载板、基板之间设有通道密封胶，基板、载板、透光板及通道密封胶之间形成通道，基板设有由外部贯通至通道内的入口和出口。该核酸测序芯片的基板可用于保护载板及透光板，可解决受到外力时易碎的问题。载板及透光板可以做得足够的薄以节约材料成本；透光板做得足够的薄还可以降低测序误差。通道横跨于载板和基板之间，能够更充分地利用载板的表面。通道的入口和出口设在基板上，保证从载板表面流过的液体流场更稳定，提高了载板表面的利用率。

Description

核酸测序芯片

技术领域

本实用新型属于一种核酸测序装置，特别是涉及一种核酸测序芯片。

背景技术

核酸测序/基因测序(包括DNA测序和RNA测序)是研究核酸的重要方法之一。DNA测序(DNAsequencing，或译DNA定序)是指分析特定DNA片段的碱基序列，也就是腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)与鸟嘌呤(G)的排列方式。同理，RNA测序是指分析特定RNA片段的碱基序列，也就是腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和尿嘧啶(U)的排列方式。

基于光学测序原理的荧光测序法是目前普遍常用的基因测序方法之一，这种测序法需要将核酸分子和所需试剂通入到一种称为“测序芯片”的载体中，然后通过外部激光设备激发测序芯片内的核酸分子所带的荧光标记，再通过外部荧光信号采集设备对荧光信号进行采集和分析，最后得出核酸/基因的序列。

目前大部分测序芯片都是使用硅片和玻璃片直接粘合而成的，硅片上则刻蚀有液体流道。然而，硅片和玻璃都属于易碎品，受到稍大的外力则会碎裂。另一方面，现有测序芯片的硅片的利用区域只限于液体流道的范围内，其余范围则无法得到充分利用，这些“其余范围”通常是指用于与玻璃片进行粘接的区域。硅片的价格昂贵，而“其余范围”又无法得到有效利用，这样就造成了不必要的材料浪费，提高了测序芯片的制造成本。再者，这类测序芯片的液体出入口通常也是直接设置在硅片上的，由于出入口附近的流体流场通常不稳定，因此流场不稳定的区域也是无法充分利用的，同样造成了材料浪费。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种坚固耐用、材料利用率高、测序精度高的核酸测序芯片。

本实用新型提供的核酸测序芯片是这样实现的，一种核酸测序芯片，包括基板、载板及透光板，核酸分子可粘附于所述载板上，所述载板设于所述基板上，所述透光板设于所述载板之上，所述透光板与所述载板之间存在间距，所述透光板与所述载板、所述基板之间设有通道密封胶，所述基板、所述载板、所述透光板及所述通道密封胶之间形成通道，所述基板设有由外部贯通至所述通道内的入口和出口。

进一步地，所述基板设有通道密封槽，所述通道密封胶嵌于所述通道密封槽中。

更进一步地，所述基板设有用于加强密封性能的通道溢胶槽，所述通道密封胶嵌于所述通道溢胶槽中。

具体地，所述通道溢胶槽设于所述通道密封槽的两端或者边缘，所述通道溢胶槽与所述通道密封槽连通。

更具体地，所述核酸测序芯片内设有多条所述通道，两条相邻的所述通道之间设有所述通道溢胶槽，所述通道溢胶槽与所述通道密封槽连通。

特别地，所述通道密封胶内混合有可用于控制所述透光板与所述载板之间距离的硬质球。

进一步地，所述载板与所述基板之间设有载板密封胶。

更进一步地，所述基板设有载板密封槽，所述载板密封胶嵌于所述载板密封槽中。

具体地，所述基板设有用于放置所述载板的凹槽，所述载板密封槽位于所述凹槽内，所述基板还设有用于加强密封性能的载板溢胶槽，所述载板密封胶嵌于所述载板溢胶槽中。

更具体地，所述载板溢胶槽设于所述载板密封槽的拐角处或者边缘，所述载板溢胶槽与所述载板密封槽连通。

特别地，所述基板设有用于加强密封性能的通道溢胶槽，所述载板密封胶嵌于所述通道溢胶槽中。

进一步地，所述透光板与所述基板之间设有支撑胶。

更进一步地，所述基板设有支撑胶容置槽，所述支撑胶嵌于所述支撑胶容置槽中。

进一步地，所述基板设有用于定位安装的镂空区域。

更进一步地，所述镂空区域的内壁设有用于确定安装方向的凸起。

具体地，所述基板设有沉孔，所述入口和所述出口位于外部的一端设于所述沉孔内。

更具体地，所述入口和所述出口位于所述沉孔内的一端的环周均设有接驳圈，所述接驳圈的高度小于所述沉孔的深度。

进一步地，所述基板设有用于容置所述透光板的台阶，所述台阶的拐角处设有可用于掀起所述透光板或者用于容差设计的功能位。

更进一步地，所述载板设有若干个可粘附核酸分子的反应区域或者反应池。

本实用新型提供的核酸测序芯片包括了基板，可以用于保护载板及透光板，这样，载板及透光板就可以做得足够的薄，可以解决受到外力时易碎的问题。载板及透光板做得足够的薄，可以节约材料成本；进一步地，透光板做得足够的薄，可以减少因其过厚而导致光学测序不精准的影响。另外，通道可以横跨于载板和基板之间，这样就能够更充分地利用载板的表面，使得测序通量可以更高，同时进一步降低载板的用料成本。通道的入口和出口设在基板上，而没有设置在载板上，这样可以保证从载板表面流过的液体流场更加稳定，有效提高载板表面的利用率。

附图说明

图1为本实用新型实施例中核酸测序芯片的立体示意图；

图2为本实用新型实施例中核酸测序芯片第一种实施方式的立体示意图，其透光板处于打开状态；

图3为图2所示核酸测序芯片的分解图；

图4为图2所示核酸测序芯片的另一视角分解图；

图5为本实用新型实施例中核酸测序芯片第二种实施方式的立体示意图，其透光板处于打开状态；

图6为图5所示核酸测序芯片的分解图；

图7为图5所示核酸测序芯片的另一视角分解图；

图8为图3中基板的示意图；

图9为图6中基板的示意图；

图10为本实用新型实施例中载板表面一种实施方式的局部微观示意图；

图11为本实用新型实施例中载板表面另一种实施方式的局部微观示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参见图1至图4，本实用新型实施例提供了一种核酸测序芯片(以下或简称“芯片”)1，其包括基板2、载板3及透光板4，核酸分子可粘附于所述载板3上，所述载板3设于所述基板2上，所述透光板4设于所述载板3之上，所述透光板4与所述载板3之间存在间距，所述透光板4与所述载板3、所述基板2之间设有通道密封胶5，所述基板2、所述载板3、所述透光板4及所述通道密封胶5之间围合形成封闭的通道(或称“流道”)6，所述基板2设有由外部贯通至所述通道6内的入口7和出口8。通道6内壁除入口7和出口8处外，其余之处均密封。液体(例如核酸分子溶液或者试剂)可以从入口7输入到通道6内，再从出口8排出至芯片外部。核酸测序芯片1可以放置于样品加载仪器中进行核酸分子样品加载，加载了核酸分子样品的芯片可以放置于基因测序仪内进行基因测序；当然也可以是直接放置于基因测序仪内进行样品加载和测序的操作。本实用新型所提供的核酸测序芯片1可以基于光学测序原理(荧光测序法)进行使用，由于基因测序原理不属于本实用新型保护对象，而且该芯片1可基于任何测序原理进行使用，因此本实施例不再对测序原理进行详细描述，有关测序原理方面的知识，可以查阅相关材料。实用新型中的载板3可以是硅材料，透光板4可以是玻璃材料，它们也可以是其它适用的高分子材料；基板2可以选用惰性好的工程材料制造。

本实用新型提供的核酸测序芯片包括了基板2，可以用于保护载板3及透光板4，这样，载板3及透光板4就可以做得足够的薄，无需担心受到外力时易碎的问题。载板3及透光板4做得足够的薄，可以节约材料成本；进一步地，透光板4做得足够的薄，可以提高透光性能，可以减少因其过厚而导致光学测序不精准的影响，例如可以有效降低在测序过程中不同波长荧光通过时的光程差。另外，通道6可以横跨于载板3和基板2之间(例如图2和5所示)，这样就能够更充分地利用载板3的表面，使得测序通量可以更高，同时进一步降低载板3的用料成本。通道6的入口7和出口8设在基板2上，而没有设置在载板3上，这样可以保证从载板3表面流过的液体流场更加稳定、均匀，有效提高载板3表面的利用率。

本文针对上述核酸测序芯片的基本结构和基本原理，给出了两种具体实施方式，图2至图4所示为第一种实施方式(实施方式一)，图5至图7所示为第二种实施方式(实施方式二)。除另有说明外，以下所描述的具体技术特征均属于两种实施方式所共有的，这些共有的技术特征只是具体形状或者结构略有不同而已，其基本设计原则是相同的。为便于阅读和理解，两种实施方式共有的对应技术特征使用相同的标号，对于形状或者结构略有不同但基本原理和用途相同的技术特征，第二种实施方式的标号将会在右上角加上单引号(’)加以区分。出于描述的方便，以上技术特征使用了第一种实施方式的标号，这些描述同样适用于第二种实施方式。另外，附图中许多零部件是对称的，为了书面简洁美观，对许多对称的技术特征只标一个标号。

实施方式一：

参见图2至图4以及图8，本实施例在上述内容的基础上，进一步描述核酸测序芯片1的第一种实施方式。

出于成本考虑，基板2可能会选用一些比较廉价的材料制造，这些材料的表面光滑度可能略低，不如载板3和透光板4，这样就有可能导致通道密封胶5与基板2之间的密封性能不佳，为解决这一问题，基板2设有通道密封槽9，所述通道密封胶5嵌于所述通道密封槽9中。

基板2、载板3及通道密封胶5三者的交界处有可能会出现密封性能不佳的情形，为解决这一问题，基板2可以设有用于加强密封性能的通道溢胶槽10，所述通道密封胶5嵌于所述通道溢胶槽10中。通道密封胶5嵌(凝结/凝固)于通道溢胶槽10内的部分——通道密封块25——可以扩大通道密封胶5与基板2、载板3的接触面积，增强三者之间的密封性能。图3和图4所示的通道密封块25是设于载板密封胶11上的(关于载板密封胶11这一技术特征将会在下文具体描述)，而没有将通道密封块25设于通道密封胶5上，这是因为实际上载板密封胶11与通道密封胶5在成型时很有可能是凝固成一体的，另外，通道密封块25设于载板密封胶11上也是一种实施方式，所以，为了示意的方便，附图就只示意了通道密封块25设于载板密封胶11上的情形，而没有将通道密封块25设于通道密封胶5上的情形示意出来，虽然没有附图具体示意，但是本领域技术人员阅读完本说明书之后是很容易想象的。这也就是说，嵌入通道溢胶槽10中的可以是通道密封胶5，也可以是载板密封胶11；通道密封块25可以是设在通道密封胶5上的，也可以是设在载板密封胶11上的。在芯片的第二种实施方式中将可以看到，嵌入通道溢胶槽10’中的是通道密封胶5’，通道密封块25’是设在通道密封胶5’上的。

基板2、载板3及通道密封胶5三者的交界通常出现在通道密封槽9的两端，所以，上述通道溢胶槽10设于所述通道密封槽9的两端或者边缘，所述通道溢胶槽10与所述通道密封槽9连通。之所以通道密封槽的边缘也设置通道溢胶槽(图未示出这种实施方式)，那只是为了更进一步地加强其密封性能。

如果核酸测序芯片1内设有多条所述通道6，且相邻的通道6是紧贴在一起的，那么，两条相邻的通道6之间也会出现“基板2、载板3及通道密封胶5三者的交界”，因此，两条相邻的通道6之间也可以设有上述通道溢胶槽10，所述通道溢胶槽10与所述通道密封槽9连通。注意，这里所称的“多条通道6”是指相互紧邻且相贴的通道，如图2所示。对于图5所示的通道6’，由于它们是相互分离的，所以两条通道6’之间也不需要设置通道溢胶槽。所有附图所示的通道为两条，而本实用新型的通道数量并不限于此，其可以按照同样的原理设置多条。

透光板4与载板3之间的距离通常在微米级别的范围内，这样才能够更好地节省试剂的用量，同时也能够降低因两者之间距离过大而造成光信号采集不精准的影响。但光靠通道密封胶5的支撑作用很难准确且均匀地控制两块平板之间的平行距离，为了克服这个困难，本实用新型可以在通道密封胶5内混合有可用于控制所述透光板4与所述载板3之间距离的硬质球，由于硬质球的直径极小，肉眼看来就如粉末，因此附图中未示出硬质球。硬质球夹置在透光板4与载板3之间，起到支撑作用，根据需要选择不同直径的硬质球，就能够实现控制透光板4与载板3间距的作用，效果极佳。硬质球是在通道密封胶处于液态的时候加入的，液态胶点在基板2和载板3上后，盖上透光板4，并略施压力，使其挤压液态胶，当无法再挤压的时候，证明硬质球就已经在载板3的表面平铺了，这时透光板4与载板3之间的距离等于硬质球的直径，当液态胶凝固/凝结后就成了图示的通道密封胶5。

为加强载板3与基板2之间的密封性能，所述载板3与所述基板2之间设有载板密封胶11，这样能够防止通道6内的液体从载板3与基板2的间隙渗漏，同时也能够稳固两者之间的相对位置，有利于测序结果的精确度。

与通道密封胶5同理，为保障载板密封胶11与基板2之间的密封性能，所述基板2设有载板密封槽12，所述载板密封胶11嵌于所述载板密封槽12中。

具体地，所述基板2设有用于放置所述载板3的凹槽13，所述载板密封槽12位于所述凹槽13内，进一步地，载板密封槽12设于凹槽13底部的环周。所述基板2还设有用于加强密封性能的载板溢胶槽14，所述载板密封胶11嵌于所述载板溢胶槽14中。载板溢胶槽14的功能和作用实际上与通道溢胶槽10相同，也是为了进一步加强基板2、载板3及载板密封胶11三者的交界处的密封性能。附图所示的载板密封胶11嵌(凝结/凝固)于载板溢胶槽14的部分为载板密封块26。从这里其实可以看出，如果技术能够做到凹槽13的尺寸与载板3完全相适配，那么载板3与基板2之间是可以不需要加设载板密封胶11的。

基板2、载板3及载板密封胶11三者之间密封性能较弱的地方通常出现在载板密封槽12(或者载板3)的拐角处，因此所述载板溢胶槽14一般设于所述载板密封槽12的拐角处或者边缘，所述载板溢胶槽14与所述载板密封槽12连通。载板溢胶槽设置于载板密封槽的边缘(图未示出)是为了进一步加强其密封效果。

正如本文较前部分所述，基板2设有用于加强密封性能的通道溢胶槽10，如果芯片中设置了载板密封胶11这一技术特征，那么，载板密封胶11可以嵌于所述通道溢胶槽10中，通道密封块25设于载板密封胶11上。

虽然通道密封胶5能够起到支撑透光板4和基板2的作用，但其抗外力的能力可能依然不足，容易移位，因此，在透光板4与基板2之间可以增设支撑胶15。

作为一种优选实施方式，所述基板2设有支撑胶容置槽16，所述支撑胶15嵌于所述支撑胶容置槽16中，在装配芯片时，支撑胶容置槽16可以方便点胶，所谓“点胶”，就是将液态支撑胶15灌注于支撑胶容置槽16内，然后待其凝固/凝结。

在本实施例中，所述基板2设有用于定位安装的镂空区域17，镂空区域17可以稳固地放置在与其互补的凸台上，起到定位放置的作用。

进一步地，如果希望按照规定的方向定位放置芯片，那么可以在镂空区域17的内壁设置用于确定安装方向的凸起18，在上述的凸台侧面也对应设置与其互补的凹陷。

参见图4，在本实施例中，所述基板2设有沉孔19，所述入口7和所述出口8位于外部的一端设于所述沉孔19内，沉孔19有利于入口7和出口8与外部接口或者导管对接。

如果想加强入口7和出口8与外部接口或者导管对接的密封性能，那么就可以在入口7和出口8位于沉孔19内的一端的环周均设置接驳圈20。所述接驳圈20的高度优选小于所述沉孔19的深度，这样可以降低接驳圈20受到磨损的可能。

本实施例中的基板2还设有用于容置所述透光板4的台阶21，所述台阶21的拐角处设有可用于掀起所述透光板4或者用于容差设计的功能位22。在实际制造中，很难保证每块透光板4的大小都与台阶21刚好适配，应当容许一定程度的误差，这时，功能位22就能够起到容许这种误差的作用，允许透光板4在台阶21范围内适当调整位置。

具体地，所述载板3(表面)设有若干个可粘附核酸分子的反应区域23(见图10)或者反应池24(见图11)。反应区域23呈平面状，反应池24呈凹坑状，它们的表面或者底面可以设置有用于捕获核酸分子的分子键，每个反应区域23或者反应池24可以只捕获一个核酸分子。每块载板3表面通常设置有数亿个反应区域23或者反应池24。关于反应区域23和反应池24的微观原理，可以参见公告号为CN101466847B的中国发明专利。

另外，在基板2上还可以粘贴或者印刷标签27，标签27可以为条形码或者二维码，可用于机器识别芯片的信息，便于追踪管理。

实施方式二：

图5至图7以及图9给出了核酸测序芯片1第二种实施方式的示意图。

核酸测序芯片1的第二种实施方式与第一种实施方式的区别在于：

1.第二种实施方式的通道6’是分离的，而第一种实施方式的相邻通道6之间是紧贴的；

2.第二种实施方式的通道密封胶5’是单独分离的，而第一种实施方式的通道密封胶5是单一的整体；

3.第二种实施方式的通道密封块25’设置在通道密封胶5’上，没有设置在载板密封胶11’上，而第一种实施方式的通道密封块25设置在载板密封胶11上，而且两者通道密封块设置的位置有所区别；

4.第二种实施方式的通道密封槽9’的具体结构与第一种实施方式的通道密封槽9略有不同，其根据通道形式的不同而不同；

5.第二种实施方式的通道溢胶槽10’设置的位置与第一种实施方式的通道溢胶槽10不同，其根据通道形式的不同而不同。

第二种实施方式的基板2’除了上表面的结构与第一种实施方式的基板2略有不同之外，其底面基本相同。

除了上述区别之外，第二种实施方式的芯片的整体结构与第一种实施方式的基本相同。

第二种实施方式的芯片结构虽然与第一种实施方式的略有不同，但它们都是在相同的原理/原则内进行变化的。

与第一种实施方式相比，第二种实施方式中的通道6’可以做得较窄，这样可以节省试剂的用量。第一种实施方式的芯片适用于高通量的测序，第二种实施方式的芯片适用于低通量的测序。两种实施方式的芯片的属于同一个构思，整体结构大致相同，可以使用同样的夹具、治具，兼容性高。

另外需要说明的是，附图中的通道密封胶和载板密封胶虽然是以两个单独的零部件示出的，但是应当理解，作为胶体，它们是由液体胶凝固而成的，那么它们在芯片内凝固/凝结之后极有可能是连成一体的。附图中之所以将二者作为两个单独的零部件示出，是为了便于读者理解。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种核酸测序芯片，包括基板、载板及透光板，核酸分子可粘附于所述载板上，所述载板设于所述基板上，所述透光板设于所述载板之上，所述透光板与所述载板之间存在间距，其特征在于：所述透光板与所述载板、所述基板之间设有通道密封胶，所述基板、所述载板、所述透光板及所述通道密封胶之间形成通道，所述基板设有由外部贯通至所述通道内的入口和出口。

2.如权利要求1所述的核酸测序芯片，其特征在于：所述基板设有通道密封槽，所述通道密封胶嵌于所述通道密封槽中。

3.如权利要求2所述的核酸测序芯片，其特征在于：所述基板设有用于加强密封性能的通道溢胶槽，所述通道密封胶嵌于所述通道溢胶槽中。

4.如权利要求3所述的核酸测序芯片，其特征在于：所述通道溢胶槽设于所述通道密封槽的两端或者边缘，所述通道溢胶槽与所述通道密封槽连通。

5.如权利要求3所述的核酸测序芯片，其特征在于：所述核酸测序芯片内设有多条所述通道，两条相邻的所述通道之间设有所述通道溢胶槽，所述通道溢胶槽与所述通道密封槽连通。

6.如权利要求1-5任一项所述的核酸测序芯片，其特征在于：所述通道密封胶内混合有可用于控制所述透光板与所述载板之间距离的硬质球。

7.如权利要求1所述的核酸测序芯片，其特征在于：所述载板与所述基板之间设有载板密封胶。

8.如权利要求7所述的核酸测序芯片，其特征在于：所述基板设有载板密封槽，所述载板密封胶嵌于所述载板密封槽中。

9.如权利要求8所述的核酸测序芯片，其特征在于：所述基板设有用于放置所述载板的凹槽，所述载板密封槽位于所述凹槽内，所述基板还设有用于加强密封性能的载板溢胶槽，所述载板密封胶嵌于所述载板溢胶槽中。

10.如权利要求9所述的核酸测序芯片，其特征在于：所述载板溢胶槽设于所述载板密封槽的拐角处或者边缘，所述载板溢胶槽与所述载板密封槽连通。

11.如权利要求7-10任一项所述的核酸测序芯片，其特征在于：所述基板设有用于加强密封性能的通道溢胶槽，所述载板密封胶嵌于所述通道溢胶槽中。

12.如权利要求1所述的核酸测序芯片，其特征在于：所述透光板与所述基板之间设有支撑胶。

13.如权利要求12所述的核酸测序芯片，其特征在于：所述基板设有支撑胶容置槽，所述支撑胶嵌于所述支撑胶容置槽中。

14.如权利要求1所述的核酸测序芯片，其特征在于：所述基板设有用于定位安装的镂空区域。

15.如权利要求14所述的核酸测序芯片，其特征在于：所述镂空区域的内壁设有用于确定安装方向的凸起。

16.如权利要求1所述的核酸测序芯片，其特征在于：所述基板设有沉孔，所述入口和所述出口位于外部的一端设于所述沉孔内。

17.如权利要求16所述的核酸测序芯片，其特征在于：所述入口和所述出口位于所述沉孔内的一端的环周均设有接驳圈，所述接驳圈的高度小于所述沉孔的深度。

18.如权利要求1所述的核酸测序芯片，其特征在于：所述基板设有用于容置所述透光板的台阶，所述台阶的拐角处设有可用于掀起所述透光板或者用于容差设计的功能位。

19.如权利要求1所述的核酸测序芯片，其特征在于：所述载板设有若干个可粘附核酸分子的反应区域或者反应池。