CN217112369U - 一种单分子微阵列芯片基片 - Google Patents

Abstract

一种单分子微阵列芯片基片，单分子微阵列芯片基片的一面的表面上排列有阵列微孔，且阵列微孔为盲孔；单分子微阵列芯片基片为二层组合结构，二层的分割线以单分子微阵列芯片基片所需的阵列微孔深度为分界线；二层结构中一层为带有阵列微孔的芯片基体层，芯片基体层上的微孔为通孔形式；芯片基体层下面复合有底层基体层，底层基体层为平板结构，并在底层基体层与芯片基体层复合后，将芯片基体层上的微孔封堵起来，形成盲孔结构的单分子微阵列芯片基片。本实用新型将单分子微阵列芯片基片的盲孔状微孔拆解成两部分，分别制作微孔和底层基体层，再复合成整体，形成盲孔，这样能简化微孔盲孔的加工制作方法，降低工艺难度，适合大规模工业化批量生产。

Description

一种单分子微阵列芯片基片

技术领域

本实用新型涉及一种医疗检测用的芯片，尤其是指一种单分子微阵列芯片基片，该种单分子微阵列芯片基片可有效降低单分子检测芯片基体制作难度大，工艺复杂，芯片合格率低等难题，可广泛应用于疾病诊断和治疗、药物筛选、农作物的优育优选、司法鉴定、食品卫生监督、环境检测、国防、航天等许多领域的单分子检测。

背景技术

单分子检测是近年来快速发展起来的一种超灵敏的检测技术，为分析化学工作者提供了全新的检测领域和方法。在进行单分子检测中大多都会采用到微阵列芯片，微阵列芯片是通过应用平面微细加工技术和超分子自组装技术，把大量分子检测单元集成在一个微小的固体基片表面，如DNA微阵列就是将40万种不同的DNA分子放在1 cm²的芯片上，可同时对大量的核酸和蛋白质等生物分子实现高效、快速、低成本的检测和分析；为了将这么多的分子放在一个细微的芯片上，必须在芯片的基体表面制作出细微阵列化的盲孔状微孔，再将分子检测单元集成在盲孔状微孔，然后进行检测。

这些芯片基体上的盲孔状微孔大多只有2-5微米，间距也都在与直径相同的范围内，所以加工制作难度相当大；采用普通的加工制作方法难以加工出来；而且由于阵列的微孔是盲孔，更增加其加工难度。目前，现有技术一般都是采用化学刻蚀，或模压成型；采用化学刻蚀，必须通过化学药剂对基体进行腐蚀，这样做一则时间长，二则难以控制腐蚀的精度，所以在工业化生产中难以批量生产；采用模压成型，是先制作出微阵列的盲孔型模，再利用型模制作微阵列芯片基体的盲孔；目前大多数单分子检测芯片基体盲孔就是先采用此方法，先利用化学腐蚀方法制作出一个微阵列的盲孔凹模，再利用盲孔凹模，在盲孔凹模上用铜材浇注出盲孔凸模，在对盲孔凸模进行修整后得到标准的芯片模压成型模，利用该成型模，通过模压或注塑制作出带有微阵列盲孔的检测芯片基体。采用这种方法才能实现单分子微整列检测芯片基体的批量化生产，但是采用这种方法在制作标准的芯片模压成型模的难度相当大，不仅工艺复杂，而且修整的技术需要十分精细，国内现有工艺无法实现，所制作出来的微孔都不规整，如附图1所示，达不到理想的效果，因此成为了制约单分子微阵列技术检测在国内推广应用的一大障碍，很有必要对此加以改进。

通过查询检索发现有就相同的技术申请了相关的专利，但没有与本申请相同技术的专利文献报道，最为接近的专利文献有以下几篇：

1、专利号为CN201611001903.7，名称为“单分子检测方法”，申请人为：清华大学;鸿富锦精密工业(深圳)有限公司的发明专利，该专利公开了一种单分子检测的装置，包括；一容器，所述容器包括一入口以及一出口；一分子载体，所述分子载体包括一基板以及设置于所述基板表面的金属层；一检测器；以及一控制电脑；其中，所述基板包括一基底以及多个设置于该基底表面的图案化的凸起，所述图案化的凸起包括多个凸条交叉设置形成网状结构，从而定义多个孔洞；所述金属层设置于所述图案化的凸起的表面。由于金属层设置在图案化的凸起的表面，而图案化的凸起包括多个凸条交叉设置形成网状结构，因此，在外界入射光电磁场的激发下，金属表面等离子体发生共振吸收，而交叉设置的凸条起到表面增强拉曼散射的作用，可提高SERS增强因子，增强拉曼散射。该专利只是提出对分子载体的改进，并未提出如何解决现有单分子检测所存在的检测时间长的问题。

2、专利号为CN201780045669.4，名称为“用于单分子检测的阵列及其应用”，申请人为：【美国】卓异生物公司的发明专利申请，该专利申请公开了1.一种产生阵列的方法，所述方法包括：分别确定第一靶探针和第二靶探针与多个捕获探针的杂交效率，其中所述第一靶探针和第二靶探针以及所述多个捕获探针是寡核苷酸探针，所述第一靶探针包含第一标记或序列，所述第二靶探针包含与所述第一标记或序列不同的第二标记或序列；基于所述杂交效率预选择所述多个捕获探针在基板上将要被固定的密度；和根据所述密度将所述多个捕获探针固定至所述基板，从而在所述基板上产生多个元件。

3、专利号为CN201610412641.7，名称为“用于基质辅助激光解析电离质谱的阵列芯片及其制备方法与应用”，申请人为：清华大学的发明专利申请，该专利申请公开了一种用于基质辅助激光解析电离质谱的阵列芯片及其制备方法与应用。该阵列芯片包括由基底层和微孔阵列层组成的微坑阵列层；在所述基底层上，每个微坑的底部为具有锥孔的多孔结构，所述微坑的底部的表面上负载有金纳米粒子，所述锥孔的底部沉积有银纳米粒子。

上述这些专利虽然都涉及到了微阵列芯片，也涉及到了一些对微阵列芯片的改进，其中专利CN201610412641.7也提到了分层结构，但是并未提出对盲孔的改进，只是在盲孔的上面增加了微孔阵列层的SU-8光刻胶层（1），而作为基底层的硅基板( 2 ) 上的盲孔仍是采用基于金属辅助化学腐蚀原理形成的，仍存在前面所述的问题，所以很有必要对此加以改进。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种新的带有阵列微孔的单分子检测芯片基片。该单分子检测芯片基片通过结构上的改进，使得芯片基片的制作难度大大降低，有利于批量化的生产。

本实用新型主要通过以下技术方案实现的：一种单分子微阵列芯片基片，单分子微阵列芯片基片的一面的表面上排列有阵列微孔，且阵列微孔为盲孔；所述单分子微阵列芯片基片为二层组合结构，二层的分割线以单分子微阵列芯片基片所需的阵列微孔深度为分界线；所述的二层组合结构中，一层为带有阵列微孔的芯片基体层，芯片基体层上的阵列微孔为通孔形式；芯片基体层下面复合有一层底层基体层，底层基体层为平板结构，并在底层基体层与基体层复合后，将芯片基体层上的阵列微孔封堵起来，形成盲孔结构的阵列微孔。

进一步地，所述的芯片基体层的微孔为通孔，多个微孔在芯片的芯片基体层上形成阵列。

进一步地，所述的芯片基体层的微孔的直径为微米级微孔，微孔之间的间距与微孔直径相适应。

进一步地，所述的微孔直径在2微米以上，微孔之间的间距确保两个微孔之间的壁厚在2微米以上。

进一步地，所述的芯片基体层的厚度以单分子微阵列芯片基片所需的阵列微孔深度为准，但最小芯片基体层的厚度在0.2mm以上。

进一步地，所述的芯片基体层的微孔上部分带有便于检测珠落入的坡口；坡口为直线或圆弧倒角。

进一步地，所述的坡口的高度为微孔整体深度的1/4-1/3，坡口斜度为相对微孔轴线夹角30-45度。

进一步地，所述的底层基体层与芯片基体层为相同材料，通过粘结或熔融复合在一起，形成带有盲孔状阵列微孔的芯片整体。

进一步地，所述的底层基体层与芯片基体层为不相同材料，通过粘结或熔融复合在一起，形成带有盲孔状阵列微孔的芯片整体。

进一步地，所述的芯片基体层为不透光层，采用不透光材料制作；底层基体层为透光层，采用透光材料制作。

本实用新型的有益效果：

本实用新型将单分子检测芯片的盲孔状微孔拆解成两部分，分别制作微孔和底层基体层，再复合成整体，形成盲孔，这样能简化微孔盲孔的加工制作方法，降低工艺难度，适合大规模工业化批量生产；具有以下一些优点：

1）将盲孔分成两部分制作，降低了芯片基片的制作难度，可以直接采用常规的电子芯片的制作方法，先制作芯片带盲孔的芯片基体层，再与底层基体层进行复合形成盲孔，大大降低了制作的工艺难度；

2）提高芯片基片的微孔精度，由于采用电子芯片制作技术制作微阵列微孔，可以采用激光打孔等其它加工方法，取代目前的化学刻蚀，或模压成型，消除了化学腐蚀和模压多次转形所造成的误差，可以大幅提升制造精度；

3）微孔的深度是按照所需要的盲孔的深度进行分割分层所形成，也很容易保证深度的一致性；

4）通过改变芯片芯片基体层和底层基体层的材料，可以实现不同需求的芯片基片的需要，有利于进行底部的检测。

附图说明

图1为本实用新型结构立体示意图；

图2为本实用新型一种实施例的结构示意图；

图3为本实用新型另一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型做详细说明。

实施例一

一种单分子微阵列芯片基片，单分子微阵列芯片基片1的一面的表面上排列有阵列微孔4，且阵列微孔4为盲孔；所述单分子微阵列芯片基片为二层组合结构；单分子微阵列芯片基片以单分子微阵列芯片所需要的盲孔深度为分割线分为两层，其中，一层为带有阵列微孔的芯片基体层2，芯片基体层2采用硅片材料制作，在芯片基体层2上以阵列方式布置有多个微孔5，微孔5在芯片基体层上为通孔形式；芯片基体层2下面复合有一层底层基体层3，底层基体层3采用透明的玻璃片制作，底层基体层3为平板结构，并在底层基体层3与芯片基体层2复合后，将芯片基体层上的微孔5封堵起来，形成盲孔结构的单分子微阵列芯片基片。

制作时，先按照单分子微阵列芯片所需要的盲孔深度选择确定芯片基体层的厚度H₁，对硅片材料进行加工，达到规定的大小和厚度后，再在芯片基体层上按照微阵列加工通孔状的微孔5，形成带有微阵列布置微孔的芯片基体层。

其中，微孔5直径在2-5微米，微孔5之间的间距在4微米以上，根据微孔5的直径确定，确保微孔5之间的壁厚在2微米以上。

在芯片基体层2的微孔5上部分还加工有便于检测珠落入的坡口6；所述的坡口6的高度为微孔整体深度（也即芯片基体层的厚度H₁）的1/4-1/3，坡口6斜度为相对微孔轴线夹角30-45度；坡口的形状为直线形，也可以是圆弧倒角。

然后根据整个单分子微阵列芯片基片所需要的厚度H，减去芯片基体层2的厚度H₁确定底层基体层3的厚度，确保底层基体层加上芯片基体层的厚度为所需要的整个单分子微阵列芯片基片的厚度H；在确定底层基体层3的厚度后，选择合适的透明玻璃片进行加工，加工达到所需的大小和厚度后进行表面抛光；使得底层基体层3两面为平板状。

最后将底层基体层3与芯片基体层2通过光学材料粘合法粘结复合在一起，使得底层基体层3堵住芯片基体层的通孔状的微孔5，形成带有盲孔状微阵列微孔的单分子微阵列芯片基片，在芯片基体层2与底层基体层3之间形成一个粘结层7。然后再应用该单分子微阵列芯片基片上制作单分子微阵列芯片。

上述单分子微阵列芯片基片可广泛应用于各种单分子微阵列芯片，包括基因芯片、微流控芯片、核酸芯片、蛋白质芯片和组织芯片。该种单分子微阵列芯片基片由于采用了不同的材料制作基片，而且底层基体层为透明的玻璃层，所以所形成的盲孔底部为透明的，因此可以方便检测时从芯片的底部进行识别，这样更叫有利于单分子的检测。

实施例二

实施例二的基本结构与实施例一是一样的，只是稍微有一些不同。一种单分子微阵列芯片基片，单分子微阵列芯片基片的一面的表面上排列有阵列微孔，且阵列微孔为盲孔；所述单分子微阵列芯片基片为二层组合结构；单分子微阵列芯片基片分层两层，其中，一层为带有阵列微孔的芯片基体层202，芯片基体层202采用聚酯材料片制作，芯片基体层202上的阵列微孔205为通孔形式；芯片基体层202下面复合有一层底层基体层203，底层基体层203也采用与芯片基体层相同材料制作，底层基体层203为平板结构，并在底层基体层203与芯片基体层202复合后，将芯片基体层202上的阵列微孔205封堵起来，形成盲孔结构的阵列微孔。

只是所述的芯片基体层202与底层基体层203是通过热熔融复合在一起的，在芯片基体层202与底层基体层203形成一个熔融复合层206；这样做的复合效果要比粘接的效果要好，牢固可靠，不容易出现漏点。

所述的芯片基体层202的厚度H₁是以单分子微阵列芯片所需要的的微孔深度为厚度，且芯片基体层202的厚度H₁与底层基体层203的厚度加起来为基片的整体厚度H。

所述的芯片基体层的微孔的直径为微米级微孔。

所述的微孔直径在2-5微米，微孔的深度，即芯片基体层的厚度在0.2-0.5mm。

实施例三

实施例三的基本结构与实施例一是一样的，只是材料稍微有一些不同。一种单分子微阵列芯片基片，单分子微阵列芯片基片的一面的表面上排列有阵列微孔，且阵列微孔为盲孔；所述单分子微阵列芯片基片为二层组合结构；单分子微阵列芯片基片分层两层，其中，一层为带有阵列微孔的芯片基体层，芯片基体层采用硅片材料片，或陶瓷片制作，芯片基体层上的阵列微孔为通孔形式；芯片基体层下面复合有一层底层基体层，底层基体层也采用聚酯材料片制作，底层基体层为平板结构，并在底层基体层与芯片基体层复合后，将芯片基体层上的阵列微孔封堵起来，形成盲孔结构的阵列微孔。

只是芯片基体层与底层基体层是通过化学粘结剂粘结在一起，在芯片基体层与底层基体层之间形成一层粘结层。

实用新型的有益效果

本实用新型将单分子检测芯片的盲孔状微孔拆解成两部分，分别制作微孔和底层基体层，再复合成整体，形成盲孔，这样能简化微孔盲孔的加工制作方法，降低工艺难度，适合大规模工业化批量生产；具有以下一些优点：

1）将盲孔分成两部分制作，降低了芯片基片的制作难度，可以直接采用常规的电子芯片的制作方法，先制作芯片带盲孔的芯片基体层，再与底层基体层进行复合形成盲孔，大大降低了制作的工艺难度；

2）提高芯片基片的微孔精度，由于采用电子芯片制作技术制作微阵列微孔，可以采用激光打孔等其它加工方法，取代目前的化学刻蚀，或模压成型，消除了化学腐蚀和模压多次转形所造成的误差，可以大幅提升制造精度；

3）微孔的深度是按照所需要的盲孔的深度进行分割分层所形成，也很容易保证深度的一致性；

通过改变芯片芯片基体层和底层基体层的材料，可以实现不同需求的芯片基片的需要，有利于进行底部的检测。

Claims (10)

1.一种单分子微阵列芯片基片，单分子微阵列芯片基片的一面的表面上排列有阵列微孔，且阵列微孔为盲孔；其特征在于，所述单分子微阵列芯片基片为二层组合结构，二层的分割线以单分子微阵列芯片基片所需的阵列微孔深度为分界线；所述的二层组合结构中，一层为带有阵列微孔的芯片基体层，芯片基体层上的阵列微孔为通孔形式；芯片基体层下面复合有一层底层基体层，底层基体层为平板结构，并在底层基体层与芯片基体层复合在一起后，将芯片基体层上的微阵列微孔封堵起来，形成盲孔结构的单分子微阵列芯片基片。

2.如权利要求1所述的单分子微阵列芯片基片，其特征在于：所述的芯片基体层的微孔为通孔，多个微孔在芯片的芯片基体层上形成微阵列。

3.如权利要求1所述的单分子微阵列芯片基片，其特征在于：所述的芯片基体层的微孔的直径为微米级微孔，微孔之间的间距与微孔直径相适应。

4.如权利要求3所述的单分子微阵列芯片基片，其特征在于：所述的微孔直径在2微米以上，微孔之间的间距确保两个微孔之间的壁厚在2微米以上。

5.如权利要求1所述的单分子微阵列芯片基片，其特征在于：所述的芯片基体层的厚度以单分子微阵列芯片基片所需的阵列微孔深度为准，但最小芯片基体层的厚度在0.2mm以上。

6.如权利要求1所述的单分子微阵列芯片基片，其特征在于：所述的芯片基体层的微孔上部分带有便于检测珠落入的坡口；坡口为直线或圆弧倒角。

7.如权利要求6所述的单分子微阵列芯片基片，其特征在于：所述的坡口的高度为微孔整体深度的1/4-1/3，坡口斜度为相对微孔轴线夹角30-45度。

8.如权利要求1所述的单分子微阵列芯片基片，其特征在于：所述的底层基体层与芯片基体层为相同材料，通过粘结或熔融复合在一起，形成带有盲孔状阵列微孔的芯片整体。

9.如权利要求1所述的单分子微阵列芯片基片，其特征在于：所述的底层基体层与芯片基体层为不相同材料，通过粘结或熔融复合在一起，形成带有盲孔状阵列微孔的芯片整体。

10.如权利要求8所述的单分子微阵列芯片基片，其特征在于：所述的芯片基体层为不透光层，采用不透光材料制作；底层基体层为透光层，采用透光材料制作。

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