CN216747520U - 成膜支架、生物芯片和纳米孔表征生物分子的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种成膜支架、生物芯片和纳米孔表征生物分子的装置，本实用新型提供的成膜支架包括绝缘基体和绝缘层，绝缘层设置于绝缘基体上，绝缘层包括第一绝缘层和第二绝缘层，绝缘基体、第一绝缘层和第二绝缘层依次叠设，第一绝缘层中设置有储液腔，第二绝缘层中设置有与储液腔连通的成膜腔，成膜腔和储液腔朝向背离绝缘基体的方向开口，沿从绝缘基体至第二绝缘层的方向，成膜腔的开口尺寸逐渐增大。本实用新型提供的成膜支架制备的分子膜稳定性好。

Description

成膜支架、生物芯片和纳米孔表征生物分子的装置

技术领域

本实用新型属于生物检测技术领域，尤其涉及一种成膜支架、生物芯片和纳米孔表征生物分子的装置。

背景技术

在纳米孔基因测序技术领域，通常需要在生物芯片上形成分子膜，以在分子膜上嵌入纳米孔结构。当生物分子(例如多核苷酸、多肽、多糖或脂质)通过纳米孔时，由于不同结构的分析物所引起的电流阻断程度不同，从而可以通过测量电信号如电流的变化，分析获取生物分子的序列排布信息或修饰信息等。

现有分子膜通过具有腔体的支架制备而成，分子膜在腔体中的成膜位置主要依靠极性与非极性介质层界面所在位置控制，但由于介质层界面为中间凸、两侧凹的液面，导致分子膜在腔体中的成膜位置难以精确控制，制备得到的分子膜的稳定性也难以保障。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种成膜支架、生物芯片和纳米孔表征生物分子的装置，以解决现有分子膜制造设备制备得到的分子膜稳定性不佳的问题。

本实用新型实施例的第一方面提供一种成膜支架，用于形成分子膜，成膜支架包括绝缘基体和绝缘层，绝缘层设置于绝缘基体上，绝缘层包括第一绝缘层和第二绝缘层，绝缘基体、第一绝缘层和第二绝缘层依次叠设，第一绝缘层中设置有储液腔，第二绝缘层中设置有与储液腔连通的成膜腔，成膜腔和储液腔朝向背离绝缘基体的方向开口，沿从绝缘基体至第二绝缘层的方向，成膜腔的开口尺寸逐渐增大。

可选地，第一绝缘层的内表面构成储液腔的储液表面，第二绝缘层的内表面构成成膜腔的成膜表面，第二绝缘层背离绝缘基体的顶面与形成成膜腔的成膜表面平滑连接，成膜表面与形成储液腔的储液表面平滑连接。

可选地，成膜表面为倾斜面或弧形面。

可选地，第二绝缘层还包括自成膜表面凸出设置的支撑凸起。

可选地，支撑凸起的数量为多个，多个支撑凸起沿从储液表面到顶面的方向依次设置。

可选地，多个支撑凸起中的每个支撑凸起包括支撑沿和上升沿，上升沿沿从绝缘基体至第二绝缘层的方向延伸，支撑沿沿绝缘基体所在水平面延伸，沿从储液表面到顶面的方向，依次设置的各个支撑凸起的支撑沿到绝缘基体的距离逐渐增加。

可选地，多个支撑凸起中的每个支撑凸起包括下降沿和上升沿，下降沿设置于上升沿远离成膜腔的轴线的一侧，沿从储液表面到顶面的方向，依次设置的各个支撑凸起的上升沿的顶点到绝缘基体的距离逐渐增加。

可选地，支撑凸起包括与顶面相连的多个依次连接的第一凸起，以及连接第一凸起和储液表面的第二凸起；沿从储液表面到顶面的方向，依次设置的各个第一凸起的顶点到绝缘基体的距离逐渐增加。

可选地，第二凸起的数量为多个，多个第二凸起依次连接；沿从成膜腔的轴线至成膜腔的边沿方向，各个第二凸起的顶点在同一平面上。

可选地，成膜支架还包括多个微凸起，多个微凸起至少设于成膜表面、储液表面和支撑凸起中的任一个。

可选地，形成储液腔的储液表面沿从绝缘基体到第二绝缘层的方向设置。

可选地，储液腔包括上腔室和下腔室，成膜腔、上腔室和下腔室依次连通，沿从绝缘基体到第二绝缘层的方向，上腔室的开口尺寸逐渐减小。

可选地，上腔室的内壁面与绝缘基体所在平面之间的最大夹角为α，

其中，1°＜α＜75°。

可选地，多个储液腔呈阵列设置在第一绝缘层，多个成膜腔呈阵列设置在第二绝缘层，相邻成膜腔之间通过设置于第二绝缘层的第一通道连通；

和/或，相邻储液腔之间通过设置于第一绝缘层的第二通道连通。

第二方面，本实用新型实施例还提供一种生物芯片，包括：

如上述的成膜支架；

电极，设置于储液腔，电极能够与储液腔内的液体导电连接，且能够与生物芯片外部的电路连接。

第三方面，本实用新型实施例还提供一种生物分子表征装置，包括如上述的成膜支架、或者如上述的生物芯片。

本实用新型提供的成膜支架、生物芯片和纳米孔表征生物分子的装置中，通过设置开口尺寸逐渐增大的成膜腔，使得第二绝缘层可以在竖直方向上对分子膜提供一定的支撑力，避免或减小成膜腔内液体流动，优化液体表面形状，影响分子膜与成膜支架的相对位置；通过将成膜腔制备成开口尺寸逐渐增大的结构，还可以增加成膜腔内分子膜与第二绝缘层的接触面积；由于第二绝缘层能对分子膜提供支撑力，维持极性溶剂和非极性溶剂形成的油水界面，使得形成分子膜的位置可以精确固定。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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他的附图。

图1为本实用新型一实施例提供的成膜支架的剖面结构示意图；

图2为图1所示A部分的放大结构图；

图3为本实用新型一实施例提供的成膜支架的部分剖面结构示意图；

图4为本实用新型另一实施例提供的成膜支架的部分剖面结构示意图；

图5为图4所示成膜支架的部分放大结构示意图；

图6本实用新型又一实施例提供的成膜支架的部分剖面结构示意图；

图7为图6所示成膜支架的部分放大结构示意图；

图8为本实用新型再一实施例提供的成膜支架的部分剖面结构示意图；

图9为本实用新型一实施例提供的成膜支架的部分剖面结构示意图；

图10为本实用新型另一实施例提供的成膜支架的剖面结构示意图；

图11为本实用新型又一实施例提供的成膜支架的剖面结构示意图；

图12为本实用新型再一实施例提供的成膜支架的剖面结构示意图；

图13为本实用新型一实施例提供的成膜支架制备方法的流程示意图；

图14为本实用新型一实施例提供的成膜支架制备过程中的部分结构示意图；

图15为本实用新型另一实施例提供的成膜支架制备过程中的部分结构示意图；

图16为本实用新型再一实施例提供的成膜支架制备过程中的结构示意图；

图17为本实用新型一实施例提供的成膜腔的扫描电镜结构示意图；

图18为本实用新型另一实施例提供的成膜腔的扫描电镜结构示意图。

附图标记说明：

10、成膜支架；1、绝缘层；11、第一绝缘层；111、储液表面；12、第二绝缘层；121、顶面；123、成膜表面；124、支撑凸起；1241、第一凸起；1242、第二凸起；1243、支撑沿；1244、上升沿；1245、下降沿；125、微凸起；13、储液腔；131、上腔室；132、下腔室；14、成膜腔；2、绝缘基体；3、电极；

20、光刻胶；30、储液腔掩膜板；40、光致抗蚀层；50、光刻胶；501、正向结构；502、平面图案；60、光刻掩膜板。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。

本实用新型描述中的方位术语仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合附图对实施例进行详细描述。

第一方面，本实用新型实施例提供一种成膜支架。如图1和图2所示，成膜支架10包括绝缘基体2和绝缘层1，绝缘层1设置于绝缘基体2上，绝缘层1包括第一绝缘层11和第二绝缘层12，绝缘基体2、第一绝缘层11和第二绝缘层12依次叠设，第一绝缘层11中设置有储液腔13；第二绝缘层12中设置有与储液腔13连通的成膜腔14，成膜腔14和储液腔13朝向背离绝缘基体2的方向开口，沿从绝缘基体2至第二绝缘层12的方向，成膜腔14的开口尺寸逐渐增大。

本实用新型中的成膜支架10用于制备分子膜，具体可以是具有两亲分子层的分子膜，在两亲分子层中设置有多个连通分子膜两侧的纳米孔结构，该分子膜可应用于基于纳米孔测序技术的生物分子表征中。生物分子具体可以是多核苷酸、多肽、多糖和脂质中的一种，多核苷酸包括DNA和/或RNA。

成膜支架10上形成的成膜腔14为具有开口的腔体，制备分子膜的试剂可以通过该开口加入成膜腔14中，或经过成膜腔14加入储液腔13中。可以理解的是，绝缘基体2、第一绝缘层11和第二绝缘层12沿竖直方向依次设置，开口与绝缘基体2相对设置，方便成膜支架10的制备和使用。储液腔13可以收容极性溶剂，例如用于制备分子膜的缓冲溶液，具体可为磷酸盐缓冲溶液、含有KCl或NaCl的HEPES缓冲溶液、含有KCl或NaCl的CAPS缓冲溶液等。控制储液腔13中极性溶剂的液面高度，使得新加入的非极性溶剂可以分布在极性溶剂表面并在成膜腔14内形成液膜，非极性溶剂可以为溶解两亲性材料的非极性溶剂，如硅油，具体可为甲基苯基硅油、聚二甲基硅氧烷等，对极性溶剂进行驱赶，即完成“油赶水”过程。在此基础上，再通入极性溶剂对两亲性材料的非极性溶剂进行驱赶，即完成“水赶油”过程。此时，成膜腔14内可形成极性溶剂-非极性溶剂-极性溶剂的结构，两亲性材料的非极性溶剂夹在两层极性溶剂之间形成分子膜。该分子膜一部分悬置于成膜腔14内，一部分依附在成膜腔14的壁面上，即依附在第二绝缘层12的内表面上。成膜腔14和储液腔13具体形状不做限定，仅需保证储液腔13可收容极性溶剂，成膜腔14内可以形成分子膜即可。开口的大小和形状也不做限制，只要能够形成分子膜，满足后续表征生物分子即可。

在成膜支架10上制备具有跨膜纳米孔的分子膜后，可以施加一定的电势，在电势的作用下待分析物从跨膜纳米孔通过并引起电流或电压变化，可根据电流或电压变化信息得到待分析物的表征信息。例如根据电流变化信息得到待分析物的尺寸信息、序列信息、同一性信息、修饰信息等。通过成膜支架10制备得到高质量的分子膜，对后续表征生物分子的准确性和时效性尤为重要。

本实用新型中绝缘基体2、第一绝缘层11、第二绝缘层12中至少两者的材料相同，以方便制备。当然还可以采用三种不同材料分别制备。可以采用沉积的工艺在绝缘基体2上依次形成第一绝缘层11和第二绝缘层12，如化学气相沉积或者等离子体增强等沉积工艺。可以理解的是，绝缘基体2、第一绝缘层11、第二绝缘层12可以均由介电材料制成，例如二氧化硅。可以理解的是，纳米孔测序技术需要在分子膜的两侧形成电势差，可以进一步设置电极3，以使分子膜两侧形成电势差，电极3具体可以通过结合金属沉积和/或电镀等工艺局部区域化在成膜支架10，使得通过成膜支架10制备的分子膜在极性液体的环境下具备电学表征测试和使用的可能。

本实用新型中第一绝缘层11的内表面构成储液腔13的储液表面111，第二绝缘层12的内表面构成成膜腔14的成膜表面123，成膜表面123具体可以是斜面、弧面、或是具有支撑台阶、凸起等结构的表面，与现有技术中垂直于绝缘基体2设置的表面相比较，本实用新型提供的第二绝缘层12可以在竖直方向上对分子膜提供一定的支撑力，避免或减小成膜腔14内液体流动，优化液体表面形状，影响分子膜与成膜支架10的相对位置；通过将成膜腔14设置为开口尺寸逐渐增大的结构，从而可以增加成膜腔14内分子膜与第一绝缘层11的接触面积；由于第一绝缘层11能对分子膜提供支撑力，维持极性溶剂和非极性溶剂形成的油水界面，即形成分子膜的位置可以精确固定。

如图1和图2所示，第二绝缘层12背离绝缘基体2的顶面121与形成成膜腔14的成膜表面123平滑连接，成膜表面123与形成储液腔13的储液表面111平滑连接。顶面121可以是平面，也可以是具有一定弧度的曲面。通过将各个表面之间设置为平滑连接，避免形成锋利的连接角刺破制备的分子膜，有利于提高制备分子膜的稳定性。

在一实施例中，成膜表面123为倾斜面，即该成膜表面123所在平面与垂直于绝缘基体2的方向呈角度相交设置，成膜表面123形成的成膜腔14呈喇叭口状。如图3所示，在另一实施例中，成膜表面123为弧形面。弧形面可以是如图3所示的凹面，也可以是凸面，本领域技术人员可以根据需要选择合适的弧形面类型和弧度。无论成膜表面123是倾斜面还是弧形面，均能对分子膜提供一定的支撑力，同时平整的倾斜面和弧形面能避免刺破分子膜，提高分子膜的稳定性。

如图4所示，在另一实施例中，第二绝缘层12还包括自成膜表面123凸出设置的支撑凸起124。设置的支撑凸起124可阻碍腔体内液体的流动，从而提高制备的分子膜的稳定性；同时制备的分子膜可以完全附着在整个支撑凸起124上，从而增加分子膜和第二绝缘层12的接触面积，有利于第二绝缘层12固定分子膜。

支撑凸起124的数量可以为多个，多个支撑凸起124沿从储液表面111到顶面121的方向依次设置。每个支撑凸起124的具体形状不做限定，依次设置的多个支撑凸起124的形状可以一致，也可以不一致，但是每个支撑凸起124的表面均为曲面。

如图4和图5所示，在一实施例中，多个支撑凸起124中的每个支撑凸起124包括支撑沿1243和上升沿1244，上升沿1244沿从绝缘基体2至第二绝缘层12的方向延伸，支撑沿1243沿绝缘基体2所在水平面延伸，沿从储液表面111到顶面121的方向，依次设置的各个支撑凸起124的支撑沿1243到绝缘基体2的距离逐渐增加。

如图6和图7所示，在另一实施例中，多个支撑凸起124中的每个支撑凸起124包括下降沿1245和上升沿1244，下降沿1245设置于上升沿1244远离成膜腔14的轴线x的一侧，沿从储液表面111到顶面121的方向，依次设置的各个支撑凸起124的上升沿1244的顶点到绝缘基体2的距离逐渐增加。成膜腔14的轴线x沿竖直方向设置，上升沿1244的顶点为上升沿1244远离绝缘基体2的末端。上升沿1244和下降沿1245均不与竖直方向平行。不同支撑凸起124在平行于绝缘基体2所在平面内连接，可以形成沿成膜腔14设置的环状凸起，不同支撑凸起124在不同平面内连接，可以形成多个环状凸起。

请参阅图8，支撑凸起124包括与顶面121相连的多个依次连接的第一凸起1241，以及连接第一凸起1241和储液表面111的第二凸起1242，第一凸起1241与第二绝缘层12的顶面121相连；沿从储液表面111到顶面121的方向，依次设置的各个第一凸起1241的顶点到绝缘基体2的距离逐渐增加。在本实施例中，多个第一凸起1241的顶点沿一定的坡度设置，使得无论极性溶剂的液面对应于哪一个第一凸起1241，该对应的第一凸起1241均能对极性溶剂上漂浮的分子膜进行支撑和固定，前述“对应”指第一凸起1241与极性溶液的液面边缘接触。

进一步地，第二凸起1242的数量为多个，多个第二凸起1242依次连接；沿从成膜腔14的轴线x至成膜腔14的边沿方向，各个第二凸起1242的顶点在同一平面上，即多个第二凸起1242在同一平面内形成凹凸结构。同样地，多个第二凸起1242可以限制液体波动，从而提高分子膜的稳定性。

请参阅图9，成膜支架10还包括微凸起125，多个微凸起125至少设于成膜表面123、储液表面111和支撑凸起124中的任一个。该微凸起125可以依次间隔设置，也可以是不规则设置。可选的，相邻微凸起125之间间隔0.1～10μm，单个微凸起125的尺寸为5nm～50nm。微凸起125具体可以是呈半圆凸起的点状、具有一定长度的圆柱体状、触手状等等。微凸起125可以同时设置在成膜表面123、支撑凸起124和储液表面111上。通过设置微凸起125，进一步限制液体波动，从而提高分子膜的稳定性。

进一步地，形成储液腔13的储液表面111沿绝缘基体2到第二绝缘层12方向设置，即储液表面111可以垂直于绝缘基体2设置。当在垂直于绝缘基体2的方向上观察时，成膜表面123和储液表面111围成的空腔形状可以一致，也可以不一致。在一些实施例中，沿垂直于绝缘基体2的方向，成膜表面123围成的成膜腔14的横截面具有钝角、锐角或直角，具体地，可以形成有钝角、锐角或直角中的任意一种或多种。可以理解的是，极性溶剂形成的分子膜在成膜腔14内具有向一定角度的内壁聚集的趋势，因此该区域能够相对稳定地牵引分子膜，对分子膜具有较为稳定的支撑作用，如此形成的分子膜更加稳定且具有更高的成膜率。该成膜腔14的横截面具体可以是呈圆形、椭圆形，还可以呈三角形、矩形、五角星形或者多角星形等多边形。可以理解的是，上述截面为中心对称结构，可提高成膜表面123对分子膜的支撑效果。

可以理解的是，储液腔13的形状不做限制，可以是多棱柱形，也可以是不规则形状。示例性地，储液腔13的形状为多棱柱形或者椭圆柱形，可选为圆柱形。当储液腔13的形状为圆柱形时，便于成膜支架10的加工。

成膜腔14的横截面可以大于、等于或者小于储液腔13的横截面，即成膜腔14向储液腔13方向的正投影覆盖储液腔13，或者边缘与储液腔13的边缘重叠，或者落入储液腔13内。在一些实施例中，成膜腔14向储液腔13方向的正投影与储液腔13重合，即成膜腔14的横截面等于储液腔13的横截面，如此制备储液腔13和成膜腔14更方便，提高成膜支架10的良品率和一致性，有利于提高成膜腔14内分子膜的成膜稳定性和成膜率。可以根据用户所需储液腔13存储容量、成膜尺寸等因素，将储液腔13制备为沿成膜腔14到储液腔13方向，尺寸依次减缩或依次渐扩结构。

请参阅图10，在一实施例中，储液腔13包括上腔室131和下腔室132，成膜腔14、上腔室131和下腔室132依次连通，沿从绝缘基体2到第二绝缘层12的方向，上腔室131的开口尺寸逐渐减小。从而具有更大的储液容量，同时与成膜腔14连接处的开口尺寸较小，使得成膜液面外露的尺寸较小，减小液面移动。当然储液表面111的延伸方向可以多变，与绝缘基体2所在平面具有不同大小夹角，形成不同结构的储液腔13，以满足不同需求。以绝缘基体2所在平面为水平面，上腔室131的内壁面与水平面之间的最大夹角为α，其中1°＜α＜75°，优选为5°＜α＜60°，更优选为15°＜α＜55°。成膜表面123与水平面之间的最大夹角β为10°～80°，优选为30°～60°，或两相邻支撑凸起124的顶点的连线与水平面之间的最大夹角β为10°～80°，优选为30°～60°。

沿从绝缘基体2到第二绝缘层12的方向，储液腔13的剖面结构中，上腔室131的内壁面可以如图10所示，呈现直线状态；也可以是如图11，呈现向靠近绝缘基体2方向凸出的曲线状态；或是如图12，呈现向远离绝缘基体2方向凸出的曲线状态。即上腔室131的内壁面具体可以是倾斜的平面，也可以是曲面。请参阅图11和图12，图中虚线为上腔室131的内壁面中的某一点在内壁面的切线。内壁面为曲面时，以曲面的各点做切线，各切线与衬绝缘基体2所在的平面之间的夹角最大值为α。即本申请实施例中的夹角α所包括的含义为无论形成上腔室131的内壁面为平面或曲面，内壁面的切面与衬底所在平面形成的最大夹角为夹角α。将上腔室131的内壁面设置为倾斜的平面或曲面，可维持储液腔13内极性液体具有一定的形貌，有利于储液腔13内极性液体的稳定性，有利于产品运输和长期保存。

可以理解的是，可以在第一绝缘层11中设置一个储液腔13，对应地在第二绝缘层12中设置一个成膜腔14，也可以在第一绝缘层11中设置多个储液腔13，对应的在第二绝缘层12中设置多个成膜腔14，这里不做限制，根据具体需求进行选取。当在一个成膜支架10上设置多个储液腔13和多个成膜腔14时，多个储液腔13可以有规律的呈阵列设置在第一绝缘层11，多个成膜腔14可以有规律的呈阵列设置在第二绝缘层12，以增加单位面积内分布的成膜腔14和储液腔13数量。当然也可以没有规律的排布，这里不做限制。如此一来，一个成膜支架10可以同时制备多个分子膜，以进行多个生物分子的表征工作，提高检测工作的效率。

可选地，相邻成膜腔14之间通过第一通道连通，即成膜腔14内收容的液体中的离子或分子可以通过通道扩散，有利于保持各个成膜腔14内液体浓度的平衡，方便向成膜支架10内添加溶液。同样相邻储液腔13之间也可以通过第二通道连通，储液腔13内收容的液体中的离子或分子可以通过第二通道扩散，有利于保持各个储液腔13内液体浓度的平衡。

在一实施例中，相邻储液腔13、相邻成膜腔14中至少一者相互阻隔。即同一成膜支架10的各储液腔13之间互不连通，同一成膜支架10的各成膜腔14之间互不连通，有利于保持各储液腔13和对应的成膜腔14测序工作的独立性，互相之间不会产生干扰。

请参阅图13，第二方面，本实用新型实施例提供一种成膜支架的制备方法，包括：

S1，提供绝缘基体，通过光刻工艺在绝缘基体上制备具有储液腔的第一绝缘层；

S2，在第一绝缘层远离绝缘基体的一侧制备固化的光致抗蚀层；

S3，通过具有预设图案的掩膜，对光致抗蚀层进行刻蚀，例如进行干法刻蚀或激光刻蚀，以在光致抗蚀层形成与储液腔连通的镂空区域，制备得到如上述成膜支架，镂空区域为与预设图案对应的成膜腔。

具体地，在S1之前还包括：通过光刻工艺在绝缘基体上设置盲孔，再通过金属沉积工艺在盲孔中设置电极，使得电极可以分布在绝缘基体上。请参阅图14(a)和图14(b)，在绝缘基体2以及各电极3上方涂覆光刻胶20和/或干膜；请参阅图14(c)和图14(d)，通过光刻工艺利用储液腔掩膜板30对光刻胶和/或干膜进行结构图形化，以形成具有储液腔13的第一绝缘层11，储液腔13的位置与电极3对应，使得电极3可以与储液腔13内收容的溶液接触。储液腔13的高度与储液腔13的直径比为(0.8～3)：1。

请参阅图15(a)，在第一绝缘层11远离绝缘基体2的一端涂覆光致抗蚀材料，光照后固化形成固态的光致抗蚀层40。光致抗蚀层40由光致抗蚀材料制备而成，光致抗蚀材料是指高分子材料经光照辐射后，分子结构从线型可溶性转变为体型不可溶性，从而产生了对溶剂的抗蚀能力。光致抗蚀材料可以是重铬酸盐光敏抗蚀剂、聚乙烯醇肉桂酸酯光敏抗蚀剂等。

S3中，预设图案具体可以是分布在掩膜上的2D图案，也可以是具有立体结构的3D图案。同样掩膜具体可以是预先制备的可重复使用的掩膜板，也可以是光致抗蚀层上涂覆形成的掩膜层。

在一实施例中，预设图案是具有立体结构的3D图案。S3可以包括：

S31，在光致抗蚀层上涂覆一层光刻胶，并利用灰度光刻工艺将光刻胶制备为具有正向结构的掩膜层；

S32，将具有正向结构的掩膜层作为掩膜，对光致抗蚀层进行刻蚀，以使光致抗蚀层形成与正向结构对应的镂空区域，制备得到如上述成膜支架。

正向结构为本领域技术人员预先根据成膜腔结构设计的3D图案。请参阅图15(b)、图15(c)和图15(d1)，S31中的光刻胶50可以采用正性光刻胶，此时通过灰度光刻工艺并利用光刻掩膜板60，使得光刻胶50中不同位置曝光率不同，从而在光刻胶50上形成3D图案，即正向结构501。

请参阅图15(e)，可以将具有正向结构501的光刻胶作为掩膜，对光致抗蚀层40进行各向异性刻蚀和/或各向同性刻蚀，以使光致抗蚀层40具有该正向结构501对应的镂空区域，该镂空区域为所需制备的成膜腔14，即制备得到具有成膜腔14的成膜支架。各向异性刻蚀为在不同的结晶学平面呈现出不同的腐蚀速率的刻蚀方法，各向同性刻蚀通常是指不同的结晶学平面呈现出相同腐蚀速率的腐蚀方法。本领域技术人员可以根据需要自行选择不同的刻蚀方法，以加工光致抗蚀层40为具有成膜腔14的第二绝缘层12。

在另一实施例中，预设图案具体可以是分布在掩膜上的2D图案，S3包括：

S33，在光致抗蚀层上涂覆一层光刻胶，通过干法反应刻蚀将光刻胶制备为具有平面图案的掩膜层；

S34，将具有平面图案的掩膜层作为掩膜，对光致抗蚀层进行刻蚀，以使光致抗蚀层形成与平面图案对应的镂空区域，制备得到上述成膜支架。

请参阅图15(d2)和图15(e)，上述实施例中通过将具有二维平面图案502的光刻胶50作为掩膜，对光致抗蚀层40进行刻蚀，以根据光刻胶50上的平面图案502、材料间的刻蚀选择比等，在光致抗蚀层40上加工得到镂空区域，制备得到如上述成膜支架。

与S32不同的是，S34中，加工光致抗蚀层40所使用的掩膜层可以是二维平面图形化的光刻胶和/或图形化的无机材料膜层。

在又一实施例中，S3包括：

S35，制备具有预设图案的掩膜，通过激光刻蚀实现预设图案转移到光致抗蚀层，制备得到上述成膜支架。激光刻蚀种类中优选为准分子激光刻蚀。

具体地，光致抗蚀层具体可以是有机高分子聚合物，例如：环氧树脂、三甲基丙烯酸酯、酰亚胺及聚碳酸酯等；掩膜具体可以是石英材质的掩膜铬版、金属镂空掩膜等。进行准分子激光刻蚀时，可以将掩膜放置于准分子激光器和光致抗蚀层之间，通过激光器辐射出紫外光子，将光致抗蚀层进行部分分解，形成所需的结构的成膜支架。

请参阅图16，本申请还提供了另一种成膜支架的制备方法，包括：

S4，制备如上述成膜支架对应反向结构的支架模板；

S5，对支架模板采用压印技术进行翻模转印，制备得到如上述成膜支架结构。

支架模板为预先根据成膜支架所需结构制备的反向结构模具，支架模板具体可以是通过电铸形成的金属模具。请参阅图16(a)通过压印技术进行翻模转印时，可以预先制备具有电路结构的绝缘基体2；请参阅图16(b)、图16(c)图16(d)，在绝缘基体2上涂上压印胶60，该压印胶60的厚度与需要成膜支架的第一绝缘层11和第二绝缘层12的厚度之和相同，将支架模板70压在其表面，采用加压的方式使支架模板70的反向结构反向转移到压印胶60上；请参阅图16(e)，制备得到具有正向结构的成膜支架，即具有第一绝缘层11和第二绝缘层12的成膜支架。S5之后还可以包括：通过干法刻蚀的方法去除残留的压印胶60，以提高底部电极的导通性能和加工精度。当然可以采用准分子激光刻蚀去除的光刻胶。可以理解的是，在一些实施例中，由于成膜腔或储液腔结构复杂，导致翻模转印过程中脱模困难，所以，可以根据所需制备的成膜支架的结构，制备多个不同结构的子模板，再通过各子模板进行翻模转印得到多个零部件，将各零部件键合得到成膜支架。例如，预先制备与第一绝缘层对应反向结构的第一子模板，与第二绝缘层对应反结构的第二子模板，再通过第一子模板和第二子模板进行翻模转印，得到第一绝缘层和第二绝缘层，将绝缘基板、第一绝缘层和第二绝缘层依次键合得到成膜支架。

制备成膜支架的方式不局限于上述列举的方式，当然采用上述方法制备得到如上成膜支架，因而具有相同的技术效果，这里不再赘述。

请参阅图17和图18，为本实用新型通过光刻工艺制备得到成膜腔的扫描电镜结构示意图，其中，图17展示的成膜腔具有弧形的成膜表面123，图18展示的成膜腔具有一个第二凸起1242形成的环状凸起和多个依次连接的第一凸起1241。

第三方面，本实用新型实施例提供一种生物芯片，如图1所示，生物芯片包括电极3和上述任意一实施例提供的成膜支架，电极3设置在储液腔13的底部，能够与储液腔13内的液体导电连接，且能够与生物芯片外部的电路连接。电极3用于在分子膜的两侧形成电势差，将成膜支架和电极3集成为一个整体，一起加工成型，形成生物芯片，进一步提高生物分子表征装置的结构紧凑性。优选的，在成膜腔处形成分子膜。

可以理解的是，储液腔13底部的电极3可以只与储液腔13内的导电液体导电连接，而通过生物芯片外部的电路与分子膜上侧的导电液体导电连接，设置二者的极性相反，实现分子膜两侧产生电势差。

另外，也可以设置电极3包括与储液腔13内的导电液体导电连接的部分，又包括与成膜腔14上部的液体导电连接的部分，两个部分的电极3的极性相反，同样可以实现在分子膜两侧产生电势差。

需要说明的是，电极3可以设置在绝缘基体2靠近第一绝缘层11的表面上，也可以嵌入在绝缘基体11结构内，这里不做限制。

第四方面，一种分子膜的制备方法，包括：

使用如上述的成膜支架、或如上方法制备得到的成膜支架，在成膜腔处形成分子膜。

该制备方法具体可以包括：

在成膜腔的表面预涂非极性试剂。需要说明的是，此时预涂的非极性试剂可以是用于形成分子膜的含有两亲性分子的非极性试剂，也可以是其他非极性试剂。预涂非极性试剂有利于提高气泡在生物芯片的表面上移动的附着性与顺畅性，提高分子膜的成膜效率。经过成膜腔向储液腔内加入第一极性溶剂，直至第一极性溶剂的液面位于成膜腔内；向成膜腔内加入用于形成分子膜的非极性溶剂，非极性试剂可以是用于形成分子膜的含有两亲性分子的非极性试剂；向成膜腔内加入第二极性溶剂，以使非极性溶剂在成膜腔内形成分子膜。第一极性溶剂和第二极性溶剂可以相同，也可以不同。在加入非极性溶剂时，非极性溶剂会在第一极性溶剂的表面自由扩散开来，但是，此时经自由扩散的非极性溶剂还比较厚，且在第一极性溶剂的表面分布的还不够均匀。通过向成膜腔内加入第二极性溶剂，可以促使非极性溶剂在第一极性溶剂的上表面继续扩散，形成较薄的分子膜，即完成“油水互赶”的过程。

可以理解的是，需要综合考虑成膜腔的截面大小和需要形成的分子膜的厚度，对加入成膜腔内用于形成分子膜的非极性溶剂定量，或者调整非极性溶剂的组分。

需要说明的是，本申请实施例提供的成膜支架、生物芯片以及纳米孔表征生物分子的装置，在使用过程中，并不限于第四方面提供的成膜方法，也可以采用其它方法制备成膜支架和分子膜。

第五方面，本实用新型实施例提供一种生物分子表征装置，包括以上任意一实施例提供的成膜支架，后者包括以上任意一实施例提供的生物芯片。

本实用新型实施例提供的生物分子表征装置，由于采用了以上任意一实施例提供的成膜支架，或者采用以上任意一实施例提供的生物芯片，因而具有相同的技术效果，这里不再赘述。

第六方面，本实用新型实施例提供一种以上任意一实施例提供的成膜支架，以上任意一实施例制备得到的成膜支架，以上任意一实施例提供的生物芯片，以上任意一实施例提供的生物分子表征装置在生物分子表征或制备用于生物分子表征的产品中的用途，生物分子包括生物聚合物，生物聚合物选自多核苷酸、多肽、多糖和脂质中的一种，可选为多核苷酸，多核苷酸包括DNA和/或RNA。

示例性地，在生物分子表征的应用中，由于采用了上述任意一实施例提供的成膜支架、生物芯片、生物分子表征装置，因而具有相同的技术效果，在此不再赘述。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应理解，在本实用新型实施例中，“与A相应的B”表示B与A相关联，根据A可以确定B。但还应理解，根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其它信息确定B。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种成膜支架，用于形成分子膜，其特征在于，所述成膜支架包括：

绝缘基体；和

绝缘层，设置于所述绝缘基体上，所述绝缘层包括第一绝缘层和第二绝缘层，所述绝缘基体、所述第一绝缘层和所述第二绝缘层依次叠设，所述第一绝缘层中设置有储液腔，所述第二绝缘层中设置有与所述储液腔连通的成膜腔，所述成膜腔和所述储液腔朝向背离所述绝缘基体的方向开口，沿从所述绝缘基体至所述第二绝缘层的方向，所述成膜腔的开口尺寸逐渐增大。

2.根据权利要求1所述的成膜支架，其特征在于，第一绝缘层的内表面构成所述储液腔的储液表面，所述第二绝缘层的内表面构成所述成膜腔的成膜表面，所述第二绝缘层背离所述绝缘基体的顶面与形成所述成膜腔的所述成膜表面平滑连接，所述成膜表面与形成所述储液腔的所述储液表面平滑连接。

3.根据权利要求2所述的成膜支架，其特征在于，所述成膜表面为倾斜面或弧形面。

4.根据权利要求2所述的成膜支架，其特征在于，所述第二绝缘层还包括自所述成膜表面凸出设置的支撑凸起。

5.根据权利要求4所述的成膜支架，其特征在于，所述支撑凸起的数量为多个，多个所述支撑凸起沿从所述储液表面到所述顶面的方向依次设置。

6.根据权利要求5所述的成膜支架，其特征在于，多个所述支撑凸起中的每个所述支撑凸起包括支撑沿和上升沿，所述上升沿沿从所述绝缘基体至所述第二绝缘层的方向延伸，所述支撑沿沿所述绝缘基体所在水平面延伸，沿从所述储液表面到所述顶面的方向，依次设置的各个所述支撑凸起的所述支撑沿到所述绝缘基体的距离逐渐增加。

7.根据权利要求5所述的成膜支架，其特征在于，多个所述支撑凸起中的每个所述支撑凸起包括下降沿和上升沿，所述下降沿设置于所述上升沿远离所述成膜腔的轴线的一侧，

沿从所述储液表面到所述顶面的方向，依次设置的各个所述支撑凸起的所述上升沿的顶点到所述绝缘基体的距离逐渐增加。

8.根据权利要求5所述的成膜支架，其特征在于，所述支撑凸起包括与所述顶面相连的多个依次连接的第一凸起，以及连接所述第一凸起和所述储液表面的第二凸起；沿从所述储液表面到所述顶面的方向，依次设置的各个所述第一凸起的顶点到所述绝缘基体的距离逐渐增加。

9.根据权利要求8所述的成膜支架，其特征在于，所述第二凸起的数量为多个，多个所述第二凸起依次连接；沿从所述成膜腔的轴线至所述成膜腔的边沿方向，各个所述第二凸起的顶点在同一平面上。

10.根据权利要求4所述的成膜支架，其特征在于，所述成膜支架还包括多个微凸起，多个所述微凸起至少设于所述成膜表面、所述储液表面和所述支撑凸起中的任一个。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的成膜支架，其特征在于，形成所述储液腔的储液表面沿从所述绝缘基体到所述第二绝缘层的方向设置。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的成膜支架，其特征在于，所述储液腔包括上腔室和下腔室，所述成膜腔、所述上腔室和所述下腔室依次连通，沿从所述绝缘基体到所述第二绝缘层的方向，所述上腔室的开口尺寸逐渐减小。

13.根据权利要求12所述的成膜支架，其特征在于，所述上腔室的内壁面与所述绝缘基体所在平面之间的最大夹角为α，其中，1°＜α＜75°。

14.根据权利要求1至10中任一项所述的成膜支架，其特征在于，多个所述储液腔呈阵列设置在所述第一绝缘层，多个所述成膜腔呈阵列设置在所述第二绝缘层，相邻所述成膜腔之间通过设置于所述第二绝缘层的第一通道连通；

和/或，相邻所述储液腔之间通过设置于所述第一绝缘层的第二通道连通。

15.一种生物芯片，其特征在于，包括：

如权利要求1至14中任一项所述的成膜支架；

电极，设置于所述储液腔，所述电极能够与所述储液腔内的液体导电连接，且能够与所述生物芯片外部的电路连接。

16.一种纳米孔表征生物分子的装置，其特征在于，包括如权利要求至1至14中任一项所述的成膜支架或者如权利要求15所述的生物芯片。

Images