JP2023509558A - 検出チップ及びその製造方法、ならびに使用方法、反応システム - Google Patents

検出チップ及びその製造方法、ならびに使用方法、反応システム Download PDF

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Abstract

検出チップ及びその製造方法、ならびに使用方法、反応システムであって、この検出チップ（１００）は、第１の基板（１０）と、マイクロキャビティ画定層（１１）と、加熱電極（１２）とを含む。マイクロキャビティ画定層（１１）は、複数のマイクロ反応室（１１０）を画定する。加熱電極（１２）は、通電後に熱を放出するように構成される。加熱電極（１２）は、第１の電極部（１２１）と、少なくとも１つの第２の電極部（１２２）とを含む。複数のマイクロ反応室（１１０）の第１の基板（１０）への正投影は、第１の電極部（１２１）の第１の基板（１０）への正投影内にあり、複数のマイクロ反応室（１１０）の第１の基板（１０）への正投影は、第２の電極部（１２２）の第１の基板（１０）への正投影と重ならず、第１の電極部（１２１）の抵抗値は、第２の電極部（１２２）の抵抗値よりも大きい。この検出チップ（１００）は、温度制御効果がよく、昇降温効率が高く、さらに半導体製造ラインと互換性があり得、製造コストが低い。

Description

本開示の実施例は、検出チップ及びその製造方法、ならびに使用方法、反応システムに関する。
ポリメラーゼ連鎖反応（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ Ｃｈａｉｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ，ＰＣＲ）は、特定のＤＮＡフラグメントを増幅するための分子生物学技術であり、微量のデオキシリボ核酸（ＤＮＡ）を複数回複製して、ＤＮＡの量を大幅に増やすことができる。従来のＰＣＲ技術とは異なり、デジタルポリメラーゼ連鎖反応（ｄｉｇｉｔａｌ ＰＣＲ，ｄＰＣＲ）チップ技術は、核酸試料を十分に希釈して、各反応ユニット内のターゲット分子（即ち、ＤＮＡテンプレート）の数が以下になることであり、各反応ユニットにおいてターゲット分子に対してＰＣＲ増幅をそれぞれ行い、増幅が完了した後に各反応ユニットの蛍光信号を統計的に分析することで、単一分子ＤＮＡの絶対定量検出を実現する。ｄＰＣＲは、高感度、強い特異性、高検出スループット、及び高定量精度の利点により、臨床診断、遺伝子不安定性分析、単一細胞遺伝子表現、環境微生物検出、及び出生前診断などの領域に広く適用されている。
本開示の少なくとも１つの実施例は、検出チップを提供し、第１の基板と、第１の基板上にあり、且つ複数のマイクロ反応室を画定するマイクロキャビティ画定層と、第１の基板上にあり、且つ前記マイクロキャビティ画定層よりも前記第１の基板に近く、通電後に熱を放出するように構成される加熱電極と、前記加熱電極は、第１の電極部と、前記第１の電極部と電気的に接続される少なくとも１つの第２の電極部とを含み、前記複数のマイクロ反応室の前記第１の基板への正投影は、前記第１の電極部の前記第１の基板への正投影内にあり、前記複数のマイクロ反応室の前記第１の基板への正投影は、前記第２の電極部の前記第１の基板への正投影と重ならず、前記第１の電極部の抵抗値は、前記第２の電極部の抵抗値よりも大きい。
例えば、本公開の一実施例により提供される検出チップにおいて、前記第１の電極部の前記第１の基板に垂直な方向の厚みは、前記第２の電極部の前記第１の基板に垂直な方向の厚みよりも小さい。
例えば、本公開の一実施例により提供される検出チップにおいて、前記第１の電極部及び前記第２の電極部の材料は、透明導電材料である。
例えば、本公開の一実施例により提供により検出チップは、前記複数のマイクロ反応室それぞれの側壁及び底部を覆う親水層をさらに含む。
例えば、本公開の一実施例により提供される検出チップにおいて、前記親水層の材料は、表面アルカリ処理されたケイ素酸化物（ｏｘｉｄｅ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ、ＳｉＯＸ）又は酸窒化ケイ素（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ、ＳｉＯｘＮｙ）である。
例えば、本公開の一実施例により提供される検出チップは、前記マイクロキャビティ画定層における前記複数のマイクロ反応室の間の間隔領域を覆う疎水層をさらに含む。
例えば、本公開の一実施例により提供される検出チップにおいて、前記疎水層の材料は、プラズマ改質処理されたケイ素窒化物である。
例えば、本公開の一実施例により提供される検出チップは、順番に積層して設けられた制御回路層と、第１の絶縁層とをさらに含み、前記制御回路層は、制御回路を含み、前記第１の絶縁層は、ビアを含み、前記制御回路は、前記ビアを介して前記加熱電極と電気的に接続され、前記制御回路は、前記加熱電極に通電するように、前記加熱電極に電気信号を印加するように構成される。
例えば、本公開の一実施例により提供される検出チップにおいて、前記制御回路層は、前記第１の絶縁層に覆われず、空気に曝されている接続電極をさらに含む。
例えば、本公開の一実施例により提供される検出チップにおいて、前記検出チップは、反応領域と、周辺領域と、降温領域とを含み、前記複数のマイクロ反応室は、前記反応領域にあり、前記接続電極は、前記周辺領域にあり、前記第１の電極部は、前記反応領域にあり、前記第２の電極部は前記降温領域にある。
例えば、本公開の一実施例により提供される検出チップは、前記加熱電極と前記マイクロキャビティ画定層との間に設けられる第２の絶縁層をさらに含む。
例えば、本公開の一実施例により提供される検出チップは、第２の基板をさらに含み、前記第２の基板は、前記第１の基板と対向して設けられ、前記第２の基板と前記第１の基板との間に隙間があり、液体を収容する空間を形成する。
例えば、本公開の一実施例により提供される検出チップにおいて、前記第１の基板と前記第２の基板の両方はガラス基板を含む。
例えば、本公開の一実施例により提供される検出チップにおいて、前記マイクロキャビティ画定層の材料は、フォトレジストである。
本開示の少なくとも１つの実施例は、さらに、反応システムを提供し、制御装置と、本開示のいずれかの実施例に記載の検出チップとを含み、前記制御装置は、前記検出チップと電気的に接続されており、前記検出チップに電気信号を印加するように構成される。
本開示の少なくとも１つの実施例は、さらに、本開示のいずれかの実施例に記載の検出チップの製造方法を提供し、前記第１の基板の上に前記加熱電極を形成するステップと、前記加熱電極の上に前記マイクロキャビティ画定層を形成するステップと、を含む。
例えば、本公開の一実施例により提供される製造方法において、前記検出チップが親水層をさらに含む場合に、前記製造方法は、前記マイクロキャビティ画定層の上にケイ素酸化物層、又は酸窒化ケイ素層を形成するステップと、アルカリ溶液を使用して、前記マイクロ反応室の側壁及び底部を覆う前記ケイ素酸化物層、又は前記酸窒化ケイ素層に対して、浸漬処理を行って、表面改質を行うことにより、前記親水層を形成するステップと、をさらに含む。
例えば、本公開の一実施例により提供される製造方法において、前記アルカリ溶液は水酸化カリウム溶液である。
例えば、本公開の一実施例により提供される製造方法において、前記水酸化カリウム溶液の質量パーセント濃度は、０.４%である。
本開示の少なくとも１つの実施例は、さらに、本開示のいずれかの実施例に記載の検出チップの使用方法を提供し、反応系溶液を前記複数のマイクロ反応室に進入させ、熱を放出するように、前記加熱電極に通電することを含む。
以下、本開示の実施例の技術案をより明確に説明するために、実施例の図面を簡単に紹介する。なお、以下の説明における図面は、本発明のいくつかの実施例に係るものにすぎず、本開示を画定しないことが無論である。
本公開のいくつかの実施例により提供される検出チップの概略ブロック図である。 本公開のいくつかの実施例により提供される検出チップの概略平面図である。 図２に示す検出チップのＡ-Ａ’に沿う概略断面図である。 図２に示す検出チップのＢ-Ｂ’に沿う概略断面図である。 本公開のいくつかの実施例により提供される他の検出チップの概略断面図である。 表面改質前のマイクロ反応室に対して表面親/疎水性テストを行う概略断面図である。 表面改質後のマイクロ反応室に対して表面親/疎水性テストを行う概略断面図である。 本公開のいくつかの実施例により提供される反応システムの模式的なブロック図である。 本公開のいくつかの実施例により提供される検出チップの製造方法の流れの模式図である。 本公開のいくつかの実施例により提供される他の検出チップの製造方法の流れの模式図である。 本公開のいくつかの実施例により提供される検出チップのマイクロキャビティ画定層の走査型電子顕微鏡の模式図である。 本公開のいくつかの実施例により提供される検出チップのマイクロ反応室の走査型電子顕微鏡の模式図である。 本公開のいくつかの実施例により提供される検出チップの使用方法の流れの模式図である。
本開示の実施例の目的、技術案及び利点をより明瞭にするために、以下、本開示の実施例の図面を参照しながら、本開示の実施例の技術案を明瞭かつ完全に説明する。勿論、説明する実施例は、本開示の実施例の一部に過ぎず、すべての実施例ではない。説明する本開示の実施例に基づいて、当業者が創造的な努力を必要とせずに想到しうるすべてのほかの実施例は、本開示の保護範囲に属する。
特に断らない限り、本開示に使用されている技術用語又は科学用語は、本開示の当業者が理解しうる一般的な意味である。本開示に使用されている「第１」、「第２」及び類似した用語は、いかなる順番、数量又は重要性を示すものでもなく、異なる構成部分を区別するために過ぎない。同様に、「１つ」、「一」又は「当該」などの類似した用語も、数量の画定を示すものではなく、少なくとも１つが存することを意味する。「含む」又は「備える」などの類似した用語は、当該用語の前に記載の素子又は物品が当該単語の後に挙げられている素子又は物品及びその同等物を含み、ほかの素子又は物品を排除しないことを意図する。「接続」又は「接続されている」などの類似した用語は、物理的又は機械的接続に限定されず、直接か間接かを問わず、電気的接続を含む。「上」、「下」、「左」、「右」などは、相対位置関係を示すものに過ぎず、説明対象の絶対位置が変わると、この相対位置関係もそれに対応して変化する。
ＰＣＲ反応を行う場合に、ＤＮＡフラグメント（ＤＮＡ ｆｒａｇｍｅｎｔ）の二本鎖構造は高温で変質して一本鎖構造を形成し、低温で相補ベース塩基ペアリングのルールに従ってプライマーと一本鎖が結合し、ＤＮＡポリメラーゼに最適な温度で塩基結合伸長を実現し、上記の過程は、変質-アニーリング-伸長の温度サイクル過程である。変質-アニーリング-伸長という複数の温度サイクル過程を通じて、ＤＮＡフラグメントを多数複製できることを実現する。
上記の温度サイクル過程を実現するために、通常、一連の外部機器を使用して検出チップを加熱する必要があり、機器はかさばり、操作が複雑になり、コストが高くなってしまう。通常のｄＰＣＲ製品はシリコンベースで加工され、大規模な工業生産では困難であり、検出チップのコストが高くなり且つ加工が複雑になる。
本開示の少なくとも一つの実施例は、検出チップ及びその製造方法、ならびに使用方法、反応システムを提供し、当該検出チップは、温度制御効果がよく、昇降温効率が高く、検出結果の精度を向上させることができ、そして、製造が簡単であり、半導体生産ラインと互換性があり得、生産コストが低く、大規模な標準化生産の実現に役立つ。
以下、図面を参照しながら本開示の実施例について詳細に説明する。異なる図面の同じ符号は既に説明した同じ素子を表すためのものである。
本開示の少なくとも一つの実施例は検出チップを提供し、当該検出チップは、第１の基板、マイクロキャビティ画定層、及び加熱電極を含む。マイクロキャビティ画定層は、第１の基板上にあり、且つ複数のマイクロ反応室を画定する。加熱電極は、第１の基板上にあり、且つマイクロキャビティ画定層よりも第１の基板に近く、通電後に熱を放出するように構成される。加熱電極は、第１の電極部、及び第１の電極部と電気的に接続される少なくとも１つの第２の電極部を含む。複数のマイクロ反応室の第１の基板への正投影は第１の電極部の第１の基板への正投影内にあり、複数のマイクロ反応室の第１の基板への正投影は第２の電極部の第１の基板への正投影と重ならず、第１の電極部の抵抗値は第２の電極部の抵抗値よりも大きい。
図１は本公開のいくつかの実施例により提供される検出チップの模式的なブロック図である。例えば、図１に示すように、検出チップ１００は、第１の基板１０、マイクロキャビティ画定層１１、及び加熱電極１２を含む。第１の基板１０は、保護、支持などの役割を果たし、例えば、ガラス基板であってもよい。マイクロキャビティ画定層１１は第１の基板１０上にあり、且つ複数のマイクロ反応室１１０を画定する。加熱電極１２は、第１の基板１０上にあり、且つマイクロキャビティ画定層１１よりも第１の基板１０に近く、通電後に熱を放出するように構成される。
例えば、加熱電極１２は、第１の電極部１２１と、第１の電極部１２１と電気的に接続される少なくとも１つの第２の電極部１２２と、を含む。複数のマイクロ反応室１１０の第１の基板１０への正投影は第１の電極部１２１の第１の基板１０への正投影内にあり、複数のマイクロ反応室１１０の第１の基板１０への正投影は、第２の電極部１２２の第１の基板１０への正投影と重ならない。第１の電極部１２１の抵抗値は、第２の電極部１２２の抵抗値よりも大きい。
例えば、当該検出チップ１００は、ポリメラーゼ連鎖反応（例えば、デジタルポリメラーゼ連鎖反応）を行うために使用することができ、また、反応後の検出プロセスでさらに使用することができる。例えば、マイクロ反応室１１０は、反応系溶液を収容するために用いられ、加熱電極１２は、通電後に熱を放出することで、マイクロ反応室１１０内の反応系溶液を加熱して増幅反応を引き起こす。
図２は、本公開のいくつかの実施例により提供される検出チップの概略平面図であり、図３Ａは図２に示す検出チップのＡ-Ａ’に沿う概略断面図であり、図３Ｂは図２に示す検出チップのＢ-Ｂ’に沿う概略断面図である。
例えば、図２、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、マイクロキャビティ画定層１１は、第１の基板１０上にあり、且つ複数のマイクロ反応室１１０を画定する。隣接するマイクロ反応室１１０は、互いに（例えば仕切り壁によって）少なくとも部分的に分離されている。例えば、複数のマイクロ反応室１１０のそれぞれは、側壁１１１及び底部１１２を含む。マイクロ反応室１１０は、反応系溶液に収容空間を提供し、マイクロキャビティ画定層１１に進入しマイクロ反応室１１０に移動した反応系溶液の液滴は、相対的に安定してマイクロ反応室内に留まる。例えば、マイクロ反応室１１０は、微小反応溝、くぼみなどであってもよいが、反応系溶液の空間を収容できる空間を有すればよく、本開示の実施例では、それを限定しない。
例えば、複数のマイクロ反応室１１０の形状は、同じであってもよく、各マイクロ反応室１１０の三次元形状は、例えば、略円錐台である。つまり、図３Ａ、図３Ｂ及び図２中の部分拡大図Ｎに示すように、第１の基板１０に垂直な方向の断面は、略台形であり、また第１の基板１０に平行な面での断面は略円形である。なお、少なくとも一部のマイクロ反応室１１０の形状も異なってもよい。
なお、本開示の実施例では、マイクロ反応室１１０の形状は限定されず、実際のニーズに従って設計することができる。例えば、各マイクロ反応室１１０の形状は、円筒形、直方体、多角形プリズム、球体、楕円体などの任意の適用可能な形状であってもよい。例えば、マイクロ反応室１１０は、第１の基板１０に平行な平面での断面形状が、楕円、三角形、多角形、不規則な形状等であってもよく、第１の基板１０に垂直な方向の断面形状が、正方形、円、平行四辺形、長方形などであってもよい。
例えば、図２に示すように、複数のマイクロ反応室１１０は、第１の基板１０上に均一に分布している。例えば、第１の基板１０の上に、複数のマイクロ反応室１１０がアレイ状に配列されている。このようにして、後続の段階で当該検出チップ１００を光学的に検出する場合に得られた蛍光画像は、より規則的かつ整然となり、検出結果を迅速かつ正確に得る。もちろん、本開示の実施例はそれに限定されず、複数のマイクロ反応室１１０は、第１の基板１０上に不均一に分布し得るか、又は他の方式で配列されるが、本開示の実施例では、それを限定しない。
なお、本開示の実施例では、マイクロ反応室１１０のサイズ及び数は、実際ニーズに応じて決定され得、マイクロ反応室１１０のサイズ及び数は、検出チップ１００と第１の基板１０とのサイズに関連する。マイクロ反応室１１０のサイズが変わらない場合に、マイクロ反応室１１０の数が多いほど、検出チップ１００と第１の基板１０とのサイズが大きくなる。例えば、幾つかの例において、マイクロ反応室１１０のサイズ（口径）は、２５μｍである。例えば、現在の製造プロセスにおいて、数十平方センチメートルの領域内で、マイクロ反応室１１０の数は、数十万又は数百万に達する可能性があり、当該検出チップ１００の検出スループットは大きい。
例えば、マイクロキャビティ画定層１１の材料は、フォトレジスト（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）であり、例えば、ＰＳ接着剤などの厚膜加工を行うことができるフォトレジストである。当該フォトレジストは、スピンコーティングで第１の基板１０の上に形成され、厚みが大きい。例えば、マイクロキャビティ画定層１１の厚みの範囲は、５μｍから１００μｍまでであってもよく、例えば、９.８μｍである。例えば、マイクロキャビティ画定層１１をパターニングしてエッチングすることで、複数のマイクロ反応室１１０を得ることができ、複数のマイクロ反応室１１０は、間隔を置いて配置される。
例えば、図２、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、加熱電極１２は、第１の基板１０上にあり、加熱電極１２は、マイクロキャビティ画定層１１よりも第１の基板１０に近い。加熱電極１２は、通電後に熱を放出するように構成される。例えば、加熱電極１２は、電気信号（例えば、電圧信号又は電流信号）を受信できるので、電流が加熱電極１２を流れると、熱が発生し、この熱が少なくとも一部のマイクロ反応室１１０に伝導され、ポリメラーゼ連鎖反応に使用される。例えば、加熱電極１２は、抵抗率が大きい導電材料を使用して製造され得るので、比較的小さな電気信号が提供される場合に、当該加熱電極１２には比較的大きな熱が発生し、エネルギー変換率を向上させる。加熱電極１２は、例えば、透明導電材料を使用して製造され得、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化スズなどを使用して製造され、これにより、以降の光検出を容易に行う。もちろん、本開示の実施例はそれに限定されず、加熱電極１２は、例えば、金属などの他の適切な材料を使用して製造されてもよいが、本開示の実施例では、それを限定しない。
例えば、加熱電極１２は、面状電極であり、例えば、導電性材料を使用して第１の基板１０の上に連続的に形成され、複数のマイクロ反応室１１０は、加熱電極１２によって放出された熱を受け取ることができる。もちろん、本開示の実施例はそれに限定されず、加熱電極１２は、折り目形状、円弧形状などの特定の図形又はパターンを有してもよく、複数のマイクロ反応室１１０の分布方式に応じて決定され得る。加熱電極１２のサイズは限定されておらず、実際のニーズに応じて決定され得る。例えば、幾つかの例において、加熱電極１２は、長方形であり、且つ一方の辺が３７５００μｍであり、他方の辺が５７６００μｍである。
例えば、加熱電極１２は、第１の電極部１２１と、第１の電極部１２１と電気的に接続される少なくとも１つの第２の電極部１２２と、を含む。例えば、幾つかの例において、図２、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、加熱電極１２は、第１の電極部１２１と、第１の電極部１２１の両側にある二つの第２の電極部１２２と、を含む。第１の電極部１２１は、第２の電極部１２２と電気的に接続され、例えば、直接接触によって電気的に接続されている。
複数のマイクロ反応室１１０の第１の基板１０への正投影は、第１の電極部１２１の第１の基板１０への正投影内にあり、複数のマイクロ反応室１１０の第１の基板１０への正投影は、第２の電極部１２２の第１の基板１０への正投影と重ならない。ここで、「正投影」とは、第１の基板１０に垂直な方向に沿って第１の基板１０に投影することである。このようにして、加熱電極１２は、各マイクロ反応室１１０を加熱することができる。そして、第２の電極部１２２と比べて、第１の電極部１２１によって放出された熱は、複数のマイクロ反応室１１０により速く、より直接的に伝達される。
例えば、第１の電極部１２１の抵抗値は、第２の電極部１２２の抵抗値よりも大きい。加熱電極１２に電気信号を印加すると、第１の電極部１２１及び第２の電極部１２２は、直列に分圧され、第１の電極部１２１の抵抗値が大きいので、第１の電極部１２１の分圧がより大きく、加熱電力がより大きく、これにより、第１の電極部１２１の昇降温効率を向上させる。第１の電極部１２１の昇降温効率が高いので、複数のマイクロ反応室１１０に対する温度制御効果を向上させることができ、それにより、マイクロ反応室１１０内の反応系溶液の効果的な増幅反応を促進し、さらに、検出結果の精度が向上する。
本開示の実施例では、検出チップ１００に加熱電極１２を設けることにより、検出チップ１００のマイクロ反応室１１０への加熱を効果的に実現することができ、さらに、マイクロ反応室１１０に対する温度制御を実現し、外部加熱装置を必要がなく、集積度が高い。抵抗値が異なる第１の電極部１２１及び第２の電極部１２２を設けることにより、当該検出チップ１００は、温度制御効果がよくなり、昇降温効率が高くなり、検出結果の精度を向上させることができる。当該検出チップ１００は、血液や尿などの体液から抽出された核酸分子をより簡単、高感度、非侵襲的に検出することができ、単細胞分析、早期癌診断、出生前診断などの領域の支援診療を実現する。
例えば、幾つかの例において、図３Ａに示すように、第１の電極部１２１の第１の基板１０に垂直な方向における厚みｈ１は、第２の電極部１２２の第１の基板１０に垂直な方向における厚みｈ２よりも小さい。第１の電極部１２１の厚みｈ１が小さいので、抵抗値と抵抗率との関係式によれば、第１の電極部１２１及び第２の電極部１２２の幅を合理的に設けることにより、第１の電極部１２１の抵抗値をより大きくすることができる。これにより、加熱電極１２に電気信号を印加すると、第１の電極部１２１の分圧がより大きいので、昇降温効率が高くなり、複数のマイクロ反応室１１０に対する温度制御効果をより良くする。例えば、この例において、同じ材料（例えば、ＩＴＯ）を使用して、第１の電極部１２１及び第２の電極部１２２を製造することができる。例えば、第１の電極部１２１の厚みｈ１及び第２の電極部１２２の厚みｈ２の具体的な数値関係は、実際のニーズに応じて決定され得、例えば、試験結果又は理論計算結果に応じて決定さてもよく、ｈ１<ｈ２であればよく、本開示の実施例では、それを限定しない。
例えば、この例において、第１の電極部１２１は、均一な厚みｈ１を有し、第２の電極部１２２は、均一な厚みｈ２を有し、両者の接続箇所に段差を形成する。もちろん、本開示の実施例はそれに限定されず、他の例において、第１の電極部１２１及び第２の電極部１２２がそれぞれ次第に変化する厚みを有してもよく、その結果、両者の接続箇所は斜面形状となる。
なお、第１の電極部１２１及び第２の電極部１２２の具体的な断面形状及び構成形式は、実際のニーズに応じて決定され得るが、本開示の実施例では、それを限定しない。例えば、第１の電極部１２１及び第２の電極部１２２は、同じスパッタリング工程（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）又は異なるスパッタリング工程で形成され得、例えば、スパッタリング箇所及びスパッタリング量を制御することで、第１の電極部１２１及び第２の電極部１２２は、それぞれ、必要な厚み及び断面形状を有するようにする。
例えば、第１の電極部１２１の抵抗値を第２の電極部１２２の抵抗値よりも大きくするために、異なる材料を使用して第１の電極部１２１及び第２の電極部１２２を製造することもできる。例えば、他の例において、第１の電極部１２１の材料は、第１の材料であり、第２の電極部１２２の材料は、第２の材料であり、第１の材料は、第２の材料と異なり、また第１の材料の抵抗率は、第２の材料の抵抗率よりも大きいことにより、第１の電極部１２１の抵抗値を第２の電極部１２２の抵抗値よりも大きくすることができる。この場合、第１の電極部１２１の厚みは、第２の電極部１２２の厚みと同じであってもよい。
例えば、第１の電極部１２１と第２の電極部１２２の材料は、例えば、ＩＴＯ、酸化スズ（ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）など透明導電材料であり得、以降の光検出を容易にする。第１の電極部１２１の材料と第２の電極部１２２の材料とは同じであってもよいし、異なってもよいが、本開示の実施例では、それを限定しない。
例えば、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、当該検出チップ１００は、親水撥油性を有する親水層１３をさらに含む。例えば、親水層１３が複数のマイクロ反応室１１０のそれぞれの側壁１１１及び底部１１２を覆う。マイクロ反応室１１０の表面（即ち、側壁１１１及び底部１１２）に親水層１３が設けられるので、マイクロ反応室１１０の親水性を向上させ、外部から反応系溶液に駆動力をかけない場合に、反応系溶液は、毛細管現象により各マイクロ反応室１１０内に自動的に徐々に進入することができ、これにより、自動試料導入及び試料充填を実現する。
例えば、親水層１３の材料は、表面アルカリ処理されたケイ素酸化物又は酸窒化ケイ素であり、ケイ素酸化物は、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）である。表面アルカリ処理とは、アルカリ溶液を用いて、ケイ素酸化物又は酸窒化ケイ素がマイクロ反応室１１０の側壁１１１及び底部１１２を覆う部分に対して、浸漬処理を行って、表面改質を行うことで、親水層１３を形成する。例えば、表面アルカリ処理用のアルカリ溶液は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液であり、当該水酸化カリウム溶液の質量パーセント濃度は、約０.４%である。例えば、ケイ素酸化物又は酸窒化ケイ素がマイクロ反応室１１０の側壁１１１及び底部１１２を覆う部分を、当該水酸化カリウム溶液を用いて浸漬し、浸漬時間は約１５分であり、次に、洗浄、乾燥などの操作を行うことにより、改質を達成して親水性層１３を形成することができる。表面アルカリ処理の操作方法は簡単であり、使用される試薬は、低コストで入手が容易であり、複雑な外部機器を必要としないため、処理効率を向上させることができる。
なお、本開示の実施例では、表面アルカリ処理用のアルカリ溶液は、水酸化カリウム溶液に限定されず、他の適切なアルカリ溶液を使用してもよく、そして、アルカリ溶液の濃度（例えば、質量パーセント濃度）は限定されず、実際のニーズに応じて決定され得る。
なお、本開示の実施例では、親水層１３は、他の適切な無機又は有機材料を使用して製造されてもよく、表面改質方法は、他の適切な改質方法を使用してもよく、親水層１３が親水性を有することが保証さればよい。例えば、親水層１３は、親水性材料を使用して直接製造されてもよい。また、例えば、親水層１３は、親水性を有しない材料を使用して製造されてもよく、この場合に、親水層１３のマイクロキャビティ画定層１１から離れた表面に親水化処理を行う必要があり、親水層１３のマイクロキャビティ画定層１１から離れた表面は、親水性を有するようにする。例えば、窒化ケイ素などの非親水性材料を使用すると、それに対して親水化処理を行い、例えば、ゲル化改質法、紫外線照射法、プラズマ法などの方法を選択することにより、非親水性材料の表面に親水性基を有し、親水性を持たせることができる 。
例えば、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、当該検出チップ１００は、疎水層１４をさらに含む。疎水層１４は、疎水親油性を有し、マイクロキャビティ画定層１１における複数のマイクロ反応室１１０の間の間隔領域を覆う。疎水層１４を設けることにより、反応系溶液を各マイクロ反応室１１０により容易に進入させることができる。例えば、疎水層１４の材料は、プラズマ（Ｐｌａｓｍａ）改質処理されたケイ素窒化物である。もちろん、本開示の実施例はそれに限定されず、疎水層１４は、樹脂や他の適用可能な無機又は有機材料を使用してもよく、疎水層１４のマイクロキャビティ画定層１１から離れた側が疏水性を有することを保証すればよい。例えば、疎水層１４は、疏水性材料を使用して直接に製造されてもよい。また、例えば、疎水層１４は疏水性を有しない材料を使用して製造されてもよく、この場合に、当該疎水層１４が疏水性を有するように、当該疎水層１４のマイクロキャビティ画定層１１から離れた側の表面に対して疏水化処理を行う必要がある。
本開示の実施例において、親水層１３及び疎水層１４は、反応系溶液の液滴の表面接触角を共同で調整することができ、これにより、検出チップ１００は、自吸式液体試料導入及びオイルシーリングを実現するようにする。例えば、当該検出チップ１００において、疎水層１４により、マイクロ反応室１１０の外部の疎水性能を改善し、マイクロ反応室１１０の外部（例えば、複数のマイクロ反応室１１０の間の間隔領域）は、疎水性であり、マイクロ反応室１１０の内部の内部表面は、良好な親水性を有するようにし、反応系溶液をマイクロ反応室１１０の外部からマイクロ反応室１１０の内部に浸透させる。従って、親水層１３と疎水層１４との共同作用の下で、反応系溶液は、各マイクロ反応室１１０により容易に進入することができる。
例えば、図３Ａ及び図３Ｂに示す例において、疎水層１４は、親水層１３の上に設けられ、親水層１３はマイクロキャビティ画定層１１の第１の基板１０から離れた表面全体を覆うことにより、親水層１３の製造プロセスを簡略化し、例えば、親水層１３などをパターン化する必要はない。もちろん、本開示の実施例はそれに限定されず、他の方式を使用して親水層１３及び疎水層１４を設けてもよい。例えば、他の例において、親水層１３はマイクロ反応室１１０の側壁１１１及び底部１１２のみ覆い、複数のマイクロ反応室１１０の間の間隔領域を覆わない。この場合、疎水層１４はマイクロキャビティ画定層１１の第１の基板１０から離れた表面に直接設けられ、疎水層１４はマイクロキャビティ画定層１１と直接接触し且つ複数のマイクロ反応室１１０の間の間隔領域にある。このようにして、検出チップの厚さを小さくし、疎水性層１４の一部が脱落した後の露出部分の親水性層１３が、反応系溶液がマイクロ反応室１１０に浸透することを回避することができる。
例えば、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、当該検出チップ１００は、順に積層して設けられた制御回路層１５及び第１の絶縁層１６をさらに含む。
制御回路層１５は、第１の基板１０上に設けられる。制御回路層１５は、加熱電極１２に電気信号を印加して加熱電極１２に通電するように構成される制御回路１５１を含む。加熱電極１２は当該電気信号を受信したと、電気信号の作用下で熱を発生させることができ、それにより、マイクロ反応室１１０を加熱する。例えば、制御回路１５１は、スイッチングトランジスタ、ワイヤ、増幅回路、及び処理回路などの任意の適用可能な回路要素及び構造を含んでもよいが、本開示の実施例では、それを限定しない。
なお、図３Ａ及び図３Ｂにおいて、制御回路層１５（制御回路１５１）は、複数の別個の部分（例えば、図に示される複数の斜めのブロック領域）として表されているが、これは、制御回路層１５に複数の異なる回路要素及び構造を含み得ることを示すためだけのものである。制御回路層１５の実際の構造を表していない。例えば、制御回路層１５は、実際に、スイッチングトランジスタ、ワイヤ、抵抗、コンデンサ、又は他の適用可能な回路構造を配置することができる多層構造であってもよい。実際のニーズに応じて決定され得るが、本開示の実施例では、それを限定しない。制御回路層１５は、金属、透明導電性材料、半導体材料、絶縁材料などの任意の適用可能な材料を使用して製造されることができる。これらの材料は、複数のプロセスによって多層構造に形成され、それによって、制御回路層１５及びその中の制御回路１５１を形成する。
第１の絶縁層１６は、第１の基板１０の上に設けられ、且つ制御回路層１５を覆う。第１の絶縁層１６は、第１の絶縁層１６を貫通するビア１６１を含み、制御回路１５１は、ビア１６１を介して加熱電極１２と電気的に接続される。ビア１６１の形状は、円筒形、円錐台などであってもよい。例えば、ビア１６１の具体的な設置箇所は限定されず、実際のニーズに応じて決定され得、例えば、制御回路１５１のレイアウト設計に応じて決定される。例えば、第１の絶縁層１６は、制御回路層１５及び加熱電極１２に必要な部分の絶縁離隔を提供し、第１の絶縁層１６の上に加熱電極１２を配置しやすいために平坦な表面を提供する。 第１の絶縁層１６は、無機絶縁材料又は有機絶縁材料を使用して製造されてもよい。例えば、第１の絶縁層１６の材料は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素などである。
例えば、図２及び図３Ｂに示すように、制御回路層１５は、第１の絶縁層１６に覆われず、且つ空気に曝されている接続電極１５２をさらに含む。接続電極１５２は、別途に提供されるデバイスと電気的に接続して電気信号を受信し、当該電気信号を制御回路１５１に送信するために用いられる。例えば、接続電極１５２が金属材料を使用して製造される場合に、接続電極１５２に対して、電気めっき、溶射、又は真空めっきなどの処理を行うことができ、接続電極１５２の表面に金属保護層を形成して、接続電極１５２の酸化を防止し、その導電性に影響を与えない 。
例えば、接続電極１５２は、接触部１５２ａ（図２に示すように、例えば、Ｐａｄ領域である）をさらに含み得、当該接触部１５２ａも第１の絶縁層１６によって覆われていない。例えば、当該接触部１５２ａは、サイズが大きいブロックであり、これにより、別途提供されるデバイスにおけるプローブや電極との接触・接続が容易であり、接触面積が大きく、電気信号を安定して受信できる。このようにして、検出チップ１００は、プラグアンドプレイであり、操作が簡単であり、そして使い勝手であることができる 。
なお、本開示の実施例において、接続電極１５２の数は限定されず、１つ又は複数であってもよく、実際のニーズに応じて決定され得、例えば、受信を必要とする信号数に応じて決定される。例えば、制御回路１５１は、複数の電気信号を受信する必要がある場合に、複数の接続電極１５２を設置、且つ複数の接続電極１５２の数を複数の電気信号の数と等しくすることができ、信号伝送を実現する。例えば、制御回路１５１は、１つの電気信号を受信する必要がある場合に、１つの接続電極１５２を設けて、信号伝送を実現してもよいし、複数の接続電極１５２を設けてもよく、これらの接続電極１５２は、同一の電気信号を受信するために用いられ、伝送の信頼性を向上させる。
例えば、図２に示すように、当該検出チップ１００は、反応領域２１、周辺領域２２及び降温領域２３を含む。複数のマイクロ反応室１１０は、反応領域２１にある。接続電極１５２は、周辺領域２２にある。第１の電極部１２１は、反応領域２１にあり、第２の電極部１２２は、降温領域２３にある。例えば、この例において、検出チップ１００は、二つの降温領域２３を含み、二つの降温領域２３が反応領域２１の両側（例えば、図２に示す左右の両側）にあり、二つの第２の電極部１２２の設置箇所にそれぞれ対応する。第１の電極部１２１の抵抗値は、第２の電極部１２２の抵抗値よりも大きいので、降温領域２３における発熱が少なく、温度の不均一性を減らす。
例えば、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、当該検出チップ１００は、加熱電極１２とマイクロキャビティ画定層１１との間に設けられる第２の絶縁層１７をさらに含む。第２の絶縁層１７は、加熱電極１２を保護するために用いられ、絶縁作用を提供し、液体が加熱電極１２を腐食することを防止し、加熱電極１２の劣化を遅くし、平坦化効果を発揮することができる。例えば、第２の絶縁層１７は、無機絶縁材料又は有機絶縁材料を使用して製造されてもよい。例えば、第２の絶縁層１７の材料は、二酸化ケイ素や、窒化ケイ素などである。例えば、第２の絶縁層１７の材料は、第１の絶縁層１６の材料同じであっても異なっていてもよい。
図４は、本公開のいくつかの実施例により提供される他の検出チップの概略断面図である。例えば、図４に示すように、第２の基板１８及びスペーサー（ｓｐａｃｅｒ）１９をさらに含むことに加えて、当該実施例により提供される検出チップ１００は、図２、図３Ａ及び図３Ｂに示す検出チップ１００とほぼ同じである。
この実施例において、第２の基板１８は、第１の基板１０と対向して設けられ、保護、支持、離隔などの役割を果たす。第２の基板１８と第１の基板１０との間に隙間があり、液体を収容する空間を形成する。例えば、第２の基板１８は、ガラス基板であってもよい。
第１の基板１０と第２の基板１８の両方は、ガラス基板であり得、且つマイクロキャビティ画定層１１は、フォトレジストを使用して製造されるので、当該検出チップ１００は、ガラス基板と半導体プロセスとを組み合わせる微細加工方式を使用して製造され得、半導体生産ラインと互換性があり得る、製造が簡単であり、生産コストが低く、大規模な標準化生産の実現に役立つ。例えば、当該検出チップ１００は、Ｇ２.５生産ライン、例えば、Ｇ２.５生産ラインにおけるカラーフィルム生産ライン（ＣＦライン）と互換性があり得る。
なお、本開示の実施例において、第１の基板１０及び第２の基板１８は、他の適切な基板をさらに使用してもよいが、本開示の実施例では、それを限定しない。例えば、第１の基板１０の形状及び第２の基板１８の形状は長方形であってもよいし、他の適用可能な形状であってもよいが、本開示の実施例では、それを限定しない。
例えば、スペーサー１９は、検出チップ１００の端部に設けられ、且つ第１の基板１０と第２の基板１８との間にある。スペーサー１９は、第１の基板１０と第２の基板１８との間隔を保持するように構成されるので、反応系溶液の流れのための空間を提供する。例えば、幾つかの実施例において、一部のスペーサー１９は、検出チップ１００の中央領域（例えば、反応領域２１）に設けられてもよく、例えば、反応領域２１の複数の箇所に分散して設けられ、検出チップ１００の耐圧強度を向上させ、反応領域２１が外力を受けて検出チップ１００を損害することを回避する。例えば、スペーサー１９は複数であってもよく、複数のスペーサー１９のサイズ及び形状は互いに同じであってもよく、これにより、検出チップ１００の厚みの均一性を向上させる。また、例えば、複数のスペーサー１９のサイズ及び形状は、検出チップ１００の可能な付勢状況に応じて設定されてもよく、例えば、検出チップ１００の周辺及び中心に、スペーサー１９のサイズが大きく、他の位置に、スペーサー１９のサイズが小さい。
例えば、スペーサー１９の材料は、例えば、熱硬化性材料や、光硬化性材料などの硬化可能な有機材料であり、例えば、紫外線（ＵＶ）硬化性アクリル樹脂又は他の適切な材料である。スペーサー１９の形状は球形であってもよく、この場合に、スペーサー１９は、フレームシーリング接着剤に入れて均一に混合した後、第１基板１０と第２基板１８をフレームシーリング接着剤で硬化・パッケージングすることにより、第１の基板１０と第２の基板１８とを位置合わせする。このようにして、フレームシーリング接着剤に混合されたスペーサー１９は、第１の基板１０と第２の基板１８との間の間隔を制御することができる。本開示の実施例では、含むがそれに限定されず、スペーサー１９の形状は柱状、楕円球状などの任意の適用可能な形状であってもよい。
例えば、図２に示すように、当該検出チップ１００は、少なくとも１つの試料導入口３１、及び少なくとも１つの試料導出口３２をさらに含み、試料導入口３１と試料導出口３２の両方は第２の基板１８を貫通する。例えば、試料導入口３１は、反応系溶液を注入できる通路であり、試料導出口３２は、過剰な反応系溶液を排出できるか、又は試料原液を分離できる通路である。例えば、反応系溶液は、マイクロシリンジポンプ又はピペッターを介して試料導入口３１に注入され、次に、自吸式液体により各マイクロ反応室１１０に進入することができる。マイクロ反応室１１０に進入しなかった反応系溶液は試料導出口３２を介して検出チップ１００から排出される。例えば、試料導入口３１及び試料導出口３２は、検出チップ１００の中心軸に対して対称的に分布しているので、検出チップ１００内の反応系溶液の流れをより均一にすることができ、反応システム溶液が各マイクロ反応室１１０に進入することは容易である。
例えば、第２の基板１８と、マイクロキャビティ画定層１１と、スペーサー１９を含むフレームシーリング接着剤とは、反応系溶液の液滴の試料導入流路及び試料導出流路を共同で画定することにより、液滴が各マイクロ反応室１１０に移動でき、マイクロ反応室１１０に進入しなかった液滴を試料導出口３２を介して第１の基板１０と第２の基板１８との間の空間から流出することができる。
なお、本開示の実施例において、検出チップ１００は、より多くの構成要素をさらに含むことができ、以上で説明された各々の構成要素に限定されず、実際のニーズに応じて決定され得るが、本開示の実施例では、それを限定しない。例えば、検出チップ１００は、反応領域２１の温度を検出するための温度センサーをさらに含んでもよい。
図５Ａは、表面改質前のマイクロ反応室に対して表面親水性／疎水性テストを行う模式図であり、図５Ｂは、表面改質後のマイクロ反応室に対して表面親水性／疎水性テストを行う模式図である。ここで、「表面改質前のマイクロ反応室」は、マイクロ反応室の底部及び側壁に親水層を設けない場合におけるマイクロ反応室を示し、以下、第１のマイクロ反応室と呼ばれ、「表面改質後のマイクロ反応室」は、マイクロ反応室の底部及び側壁に親水層が設けられるマイクロ反応室、即ち、本開示の実施例により提供される検出チップ１００におけるマイクロ反応室１１０を示し、以下、第２のマイクロ反応室と呼ばれる。
例えば、図５Ａ及び図５Ｂに示すテストプロセスにおいて、脱イオン水をテスト液滴として使用し、当該液滴のマイクロ反応室の表面（底部又は側壁）との接触角をテストする。図５Ａに示すように、第１のテスト液滴の体積は９.９２Ｌであり、第１のマイクロ反応室について、第１のテスト液滴と第１のマイクロ反応室の表面との左接触角θ１が約５０.３８°であり、第１のテスト液滴と第１のマイクロ反応室の表面の右接触角θ２が約５０.２１°であり、これにより、第１のテスト液滴と第１のマイクロ反応室の表面との平均接触角は約５０.２９°となる。図５Ｂに示すように、第２のテスト液滴の体積は、３.１９Ｌであり、第２のマイクロ反応室について、第２のテスト液滴と第２のマイクロ反応室の表面との左接触角θ３が約１２.５７°であり、第２のテスト液滴と第２のマイクロ反応室の表面との右接触角θ４が約１３.５０°であり、これにより、第２のテスト液滴と第２のマイクロ反応室の表面との平均接触角は約１３.０３°となる。本開示の幾つかの実施例において、マイクロ反応室１１０の表面に親水層１３が設けられるので、親水性が大幅に向上し、液滴と当該マイクロ反応室１１０の表面との接触角を小さくすることが分かる。
本開示の少なくとも一つの実施例は、さらに反応システムを提供し、当該反応システムは、制御装置と、本開示のいずれかの実施例に記載の検出チップとを含む。当該反応システムは、温度制御効果がよく、昇降温効率が高く、検出結果の精度を向上させることができ、そして、製造が簡単であり、半導体生産ラインと互換性があり、生産コストが低く、大規模な標準化生産の実現に役立つ。
図６は、本公開のいくつかの実施例により提供される反応システムの模式的なブロック図である。例えば、図６に示すように、反応システム２００は、制御装置２１０と、検出チップ２２０とを含む。制御装置２１０は、検出チップ２２０と電気的に接続され、且つ検出チップ２２０に電気信号を印加するように構成される。例えば、検出チップ２２０は、本開示のいずれかの実施例により提供される検出チップであり、例えば、前述の検出チップ１００である。例えば、検出チップ２２０の複数のマイクロ反応室は反応系溶液を収納できる。制御装置２１０は、検出チップ２２０の接続電極に電気信号を印加し、当該電気信号は検出チップ２２０の制御回路に伝送され、当該制御回路により検出チップ２２０の加熱電極に印加され、加熱電極に熱を放出させ、ひいては、検出チップ２２０の反応領域の温度を制御する。検出チップ２２０の複数のマイクロ反応室に収納されている反応系溶液は、適切な温度で増幅反応を行う。
例えば、制御装置２１０は、汎用又は専用のハードウェア、ソフトウェア、又はファームウェアなどとして実現することができ、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）、組み込みプロセッサ、プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）なども含むことができるが、本開示の実施例では、それを限定しない。
なお、本開示の実施例において、反応システム２００は、より多くの構成要素をさらに含み得、例えば、温度センサー、光学ユニット、降温ユニット、通信ユニット、電源などを含むが、本開示の実施例では、それを限定しない。反応システム２００についての詳細説明及び技術効果は、以上の検出チップ１００に関する説明を参照すればよく、ここで再度説明されない。
本開示の少なくとも一つの実施例は、さらに、検出チップの製造方法を提供し、当該製造方法により、本開示のいずれかの実施例に記載の検出チップを製造することができる。当該製造方法は、簡単で、半導体生産ラインと互換性があり、大規模な標準化生産の実現に役立ち、生産コストが低い。当該製造方法で製造された検出チップは、温度制御効果がよく、昇降温効率が高く、検出結果の精度を向上させることができる。
図７は本公開のいくつかの実施例により提供される検出チップの製造方法の流れの模式図である。例えば、図７に示すように、当該製造方法は、以下のような動作を含む。
ステップＳ４１において、第１の基板１０の上に加熱電極１２を形成する。
ステップＳ４２において、加熱電極１２の上にマイクロキャビティ画定層１１を形成する。
例えば、ステップＳ４１において、スパッタリング工程を使用して加熱電極１２を形成し、加熱電極１２は、例えば、ＩＴＯ、酸化スズなどの透明導電材料を使用してもよい。例えば、ステップＳ４２において、スピンコーティング、露光、顕像、エッチングなどのプロセスを使用してマイクロキャビティ画定層１１を形成することができ、マイクロキャビティ画定層１１は、複数のマイクロ反応室１１０を含む。例えば、マイクロキャビティ画定層１１の材料は、厚膜加工を行うことができるフォトレジストのようなフォトレジストである。
図８は本公開のいくつかの実施例により提供される他の検出チップの製造方法の流れの模式図である。例えば、図８に示すように、当該実施例により提供される製造方法におけるステップＳ４１、Ｓ４２は、図７に示す製造方法におけるステップＳ４１、Ｓ４２とほぼ同じであり、ステップＳ４１、Ｓ４２についての具体的な説明は以上を参照すればよいが、ここで再度説明されない。
例えば、当該実施例において、当該製造方法は、以下のような動作をさらに含む。
ステップＳ４３において、マイクロキャビティ画定層１１の上にケイ素酸化物層又は酸窒化ケイ素層を形成する。
ステップＳ４４において、アルカリ溶液を使用して、ケイ素酸化物層又は酸窒化ケイ素層がマイクロ反応室１１０の側壁１１１及び底部１１２を覆う部分に対して、浸漬処理を行って、表面改質を行うことにより、親水層１３を形成する。
例えば、ステップＳ４３において、真空蒸着、堆積、スパッタリングなどのプロセスを使用して、ケイ素酸化物層又は酸窒化ケイ素層を形成する。例えば、ケイ素酸化物層又は酸窒化ケイ素を形成してもよい。ケイ素酸化物層の材料は、二酸化ケイ素であってもよい。
例えば、ステップＳ４４において、アルカリ溶液は、水酸化カリウム溶液であってもよい。例えば、当該水酸化カリウム溶液の質量パーセント濃度（ｍａｓｓ ｆｒａｃｔｉｏｎ）は約０.４%である。当該水酸化カリウム溶液を利用してケイ素酸化物層又は酸窒化ケイ素層を約１５分間浸漬し、ケイ素酸化物層又は酸窒化ケイ素層の表面改質を実現し、次に、洗浄、乾燥などの動作を行うことにより、親水層１３を得る。例えば、上記の改質処理は、表面アルカリ処理と呼ばれてもよい。表面アルカリ処理の動作方法は簡単であり、使用される試薬は低コストで入手が容易であり、複雑な外部機器を必要としないため、処理効率を向上させることができる。
なお、本開示の実施例において、表面アルカリ処理用のアルカリ溶液は、水酸化カリウム溶液に限定されず、他の適切なアルカリ溶液を使用してもよく、そして、アルカリ溶液の濃度（例えば、質量パーセント濃度）は限定されず、実際のニーズに応じて決定され得る。アルカリ溶液の浸漬時間は１５分に限定されず、実際の場合に従って延長又は短縮することができるが、本開示の実施例では、それを限定しない。
以下、本公開のいくつかの実施例により提供される検出チップ１００のプロセス流れについて例示的に説明する。例えば、当該検出チップ１００は、Ｇ２.５生産ラインスパッタリング（Ｓｐｕｔｔｅｒ）、プラズマＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ＰＥＣＶＤ）、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ，ＲＩＥ ｅｔｃｈ）、フォトリソグラフィなどのプロセスにより調整される。
まず、第１の基板１０（例えばガラス基板）を洗浄する。例えば、第１の基板１０の厚みは、５００μｍである。次に、２４０℃で金属材料を第１の基板１０の上に堆積して、制御回路層１５を形成する。例えば、制御回路層１５の材料は、モリブデン－ネオジムアルミニウム合金－モリブデン（Ｍｏ-ＡｌＮｄ-Ｍｏ）の積層構造であり、各層の厚みは、それぞれ２００Ａ、３０００Ａ、８００Ａである。
次に、２００℃で第１の絶縁層１６を堆積し、第１の絶縁層１６は、材料が二酸化ケイ素であり、厚みが３０００Ａ又は４０００Ａである。次に、エッチングプロセスにより、第１の絶縁層１６におけるビア１６１を形成する。例えば、当該エッチングプロセスにおいて、プロセスパラメータは、順に、１５０ｍｔ/８００ｗ/４００、Ｏ２/１０ｓ；６０ｍｔ/８００ｗ/２００、ＣＦ４/５０、Ｏ２/２００ｓ；１３０ｍｔ/８００ｗ/４００、Ｏ２/４０ ＣＦ４/３０ｓ；６０ｍｔ/８００ｗ/２００、ＣＦ４/５０ Ｏ２/１６０ｓに設けられてもよい。
次に、加熱電極１２を堆積して形成する。加熱電極１２は、材料がＩＴＯであり、厚みが５６０Ａ、９００Ａ又は１８００Ａであってもよい。加熱電極１２は、第１の電極部１２１と第２の電極部１２２とを含み、第１の電極部１２１の厚みが第２の電極部１２２の厚みよりも小さいことに留意されたい。
次に、第２の絶縁層１７を堆積して形成する。第２の絶縁層１７は、材料がケイ素窒化物であり、厚みが３０００Ａ又は４０００Ａである。又は、第２の絶縁層１７は、二酸化ケイ素とケイ素窒化物の積層構造であってもよく、二酸化ケイ素の厚みが１０００Ａであり、ケイ素窒化物の厚みが２０００Ａである。
次に、マイクロキャビティ画定層１１を形成する。スピンコーティングプロセスを使用してＰＳ接着剤を塗布し、プロセスパラメータは３０Ｋｐａ＼３００ｒｐｍ*１０ｓであり、その後、９０℃で１２０秒間プリベーキングする。スピンコーティング及びプリベーキングのステップを２回繰り返した後、露光と現像を１００秒間行い、続いて２３０°Ｃで３０分間ポストベーキングする。これにより、複数のマイクロ反応室１１０を有するマイクロキャビティ画定層１１を形成することができる。図９Ａに示すように、マイクロキャビティ画定層１１の厚みは、約９.８μｍである。図９Ｂに示すように、マイクロ反応室１１０は、微小凹凸構造として形成される。
次に、親水層１３を形成する。２００℃で二酸化ケイ素層を堆積し、厚みが３０００Ａである。ＰＲ接着剤を塗布し位置合わせて露光し、マイクロ反応室１１０が現像されて露出される。質量パーセント濃度が約０.４%である水酸化カリウム溶液を使用して露出されたマイクロ反応室１１０を浸漬し、浸漬時間が約１５分であり、マイクロ反応室１１０の側壁１１１及び底部１１２を覆う二酸化ケイ素を改質し、親水層１３を取得する。
次に、疎水層１４形成する。ケイ素窒化物をスピンコーティング（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）し、プロセスパラメータは、３００ｒｐｍ*１０ｓであり、９０℃で１２０秒間プリベーキング（ｐｒｅ－ｂａｋｅｄ）し、２３０℃で３０分間ポストベーキングする。プラズマ改質方法を使用して表面改質処理を行って、ケイ素窒化物を改質し、疎水層１４を形成する。
最後、レーザー低温接合プロセスを使用して第２の基板１８と第１の基板１０とを接合し、位置合わせして空洞を有する構造を形成することにより、検出チップ１００を得ることができる。
なお、本開示の実施例において、上記の製造方法は、さらに、より多くのステップ及び操作を含むことができ、各ステップの実行順序は画定されず、実際のニーズに応じて決定され得る。当該製造方法の詳細説明及び技術効果は、以上の検出チップ１００に関する説明を参照すればよく、ここで再度説明されない。
本開示の少なくとも一つの実施例は、さらに、検出チップの使用方法を提供し、当該使用方法により、本開示のいずれかの実施例に記載の検出チップを操作することができる。当該使用方法により、温度制御効果を向上させ、昇降温効率を向上させ、これにより、検出結果の精度を向上させることができる。
図１０は本公開のいくつかの実施例により提供される検出チップの使用方法の流れの模式図である。例えば、図１０に示すように、当該使用方法は以下のような動作を含む。
ステップＳ５１において、反応系溶液を複数のマイクロ反応室１１０に進入させる。
ステップＳ５２において、加熱電極１２に通電して熱を放出させる。
例えば、ステップＳ５１において、マイクロシリンジポンプ又はピペッターにより反応系溶液を検出チップ１００の試料導入口３１に注入し、次に自吸式液体を介して各マイクロ反応室１１０に進入させることができる。例えば、ステップＳ５２において、加熱電極１２に通電し、熱を放出させ、第１の電極部１２１の抵抗値は第２の電極部１２２の抵抗値よりも大きいので、第１の電極部１２１の分圧をより大きくし、昇降温効率をより高くする。
なお、本開示の実施例では、上記の使用方法は、さらに、より多くのステップ及び操作を含むことができ、各ステップの実行順序は画定されず、実際のニーズに応じて決定され得る。当該使用方法の詳細説明及び技術効果は、以上の検出チップ１００に関する説明を参照すればよく、ここで再度説明されない。
なお、以下の点について説明する。
（１）本開示の実施例の図面では、本開示の実施例に係る構造のみを示しており、その他の構造は、通常の設計を参照すればよい。
（２）矛盾しない限り、本開示の実施例及び実施例における特徴は互いに組み合わせて新しい実施例を得ることができる。
以上、本開示の具体的な実施形態に過ぎず、本開示の保護範囲は、それに画定されず、本開示の保護範囲は、特許請求の範囲を基準にする。
１０ 第１の基板
１１ マイクロキャビティ画定層
１２ 加熱電極
１３ 親水層
１４ 疎水層
１５ 制御回路層
１６ 第１の絶縁層
１７ 第２の絶縁層
１８ 第２の基板
１９ スペーサー
２１ 反応領域
２２ 周辺領域
２３ 降温領域
３１ 試料導入口
１００ 検出チップ
１１０ マイクロ反応室
１１１ 側壁
１１２ 底部
１２１ 第１の電極部
１２２ 第２の電極部
１５１ 制御回路
１５２ 接続電極
１５２ａ 接触部
１６１ ビア
２００ 反応システム
２１０ 制御装置
２２０ 検出チップ

Claims (20)

  1. 検出チップであって、
    第１の基板と、
    第１の基板上にあり、且つ複数のマイクロ反応室を画定するマイクロキャビティ画定層と、
    第１の基板上にあり、且つ前記マイクロキャビティ画定層よりも前記第１の基板に近く、通電後に熱を放出するように構成される加熱電極と、
    前記加熱電極は、第１の電極部と、前記第１の電極部と電気的に接続される少なくとも１つの第２の電極部とを含み、前記複数のマイクロ反応室の前記第１の基板への正投影は、前記第１の電極部の前記第１の基板への正投影内にあり、前記複数のマイクロ反応室の前記第１の基板への正投影は、前記第２の電極部の前記第１の基板への正投影と重ならず、前記第１の電極部の抵抗値は、前記第２の電極部の抵抗値よりも大きい、
    検出チップ。
  2. 前記第１の電極部の前記第１の基板に垂直な方向の厚みは、前記第２の電極部の前記第１の基板に垂直な方向の厚みよりも小さい、
    請求項１に記載の検出チップ。
  3. 前記第１の電極部及び前記第２の電極部の材料は、透明導電材料である、
    請求項１又は２に記載の検出チップ。
  4. 前記複数のマイクロ反応室それぞれの側壁及び底部を覆う親水層をさらに含む、
    請求項１～３のいずれか一項に記載の検出チップ。
  5. 前記親水層の材料は、表面アルカリ処理されたケイ素酸化物又は酸窒化ケイ素である、
    請求項４に記載の検出チップ。
  6. 前記マイクロキャビティ画定層における前記複数のマイクロ反応室の間の間隔領域を覆う疎水層をさらに含む、
    請求項１～５のいずれか一項に記載の検出チップ。
  7. 前記疎水層の材料は、プラズマ改質処理されたケイ素窒化物である、
    請求項６に記載の検出チップ。
  8. 順番に積層して設けられた制御回路層と、第１の絶縁層とをさらに含み、
    前記制御回路層は、制御回路を含み、前記第１の絶縁層は、ビアを含み、前記制御回路は、前記ビアを介して前記加熱電極と電気的に接続され、前記制御回路は、前記加熱電極に通電するように、前記加熱電極に電気信号を印加するように構成される、
    請求項１～７のいずれか一項に記載の検出チップ。
  9. 前記制御回路層は、前記第１の絶縁層に覆われず、空気に曝されている接続電極をさらに含む、
    請求項８に記載の検出チップ。
  10. 前記検出チップは、反応領域と、周辺領域と、降温領域とを含み、
    前記複数のマイクロ反応室は、前記反応領域にあり、
    前記接続電極は、前記周辺領域にあり、
    前記第１の電極部は、前記反応領域にあり、前記第２の電極部は前記降温領域にある、
    請求項９に記載の検出チップ。
  11. 前記加熱電極と前記マイクロキャビティ画定層との間に設けられる第２の絶縁層をさらに含む、
    請求項１～１０のいずれか一項に記載の検出チップ。
  12. 第２の基板をさらに含み、
    前記第２の基板は、前記第１の基板と対向して設けられ、前記第２の基板と前記第１の基板との間に隙間があり、液体を収容する空間を形成する、
    請求項１～１１のいずれか一項に記載の検出チップ。
  13. 前記第１の基板と前記第２の基板の両方は、ガラス基板を含む、
    請求項１２に記載の検出チップ。
  14. 前記マイクロキャビティ画定層の材料は、フォトレジストである、
    請求項１～１３のいずれか一項に記載の検出チップ。
  15. 反応システムであって、制御装置と、請求項１～１４のいずれか一項に記載の検出チップとを含み、
    前記制御装置は、前記検出チップと電気的に接続されており、前記検出チップに電気信号を印加するように構成される、
    反応システム。
  16. 請求項１～３のいずれか一項に記載の検出チップの製造方法であって、
    前記第１の基板の上に前記加熱電極を形成するステップと、
    前記加熱電極の上に前記マイクロキャビティ画定層を形成するステップと、
    を含む、
    製造方法。
  17. 前記検出チップが親水層をさらに含む場合に、前記製造方法は、
    前記マイクロキャビティ画定層の上にケイ素酸化物層又は酸窒化ケイ素層を形成するステップと、
    アルカリ溶液を使用して、前記マイクロ反応室の側壁及び底部を覆う前記ケイ素酸化物層、又は前記酸窒化ケイ素層に対して、浸漬処理を行って、表面改質を行うことにより、前記親水層を形成するステップと、
    をさらに含む、
    請求項１６に記載の製造方法。
  18. 前記アルカリ溶液は、水酸化カリウム溶液である、
    請求項１７に記載の製造方法。
  19. 前記水酸化カリウム溶液の質量パーセント濃度は、０.４%である、
    請求項１８に記載の製造方法。
  20. 請求項１～１４のいずれか一項に記載の検出チップの使用方法であって、
    反応系溶液を前記複数のマイクロ反応室に進入させるステップと、
    熱を放出するように、前記加熱電極に通電するステップと、
    を含む、
    検出チップの使用方法。
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