專利名稱：一種定容量的生物芯片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物芯片及其制備方法。
背景技術(shù)：
生物芯片是90年代中期發(fā)展起來的一種具有劃時(shí)代意義的微量分析技術(shù)。它將大量的生物分子探針按需要的方式排列在特殊載體的反應(yīng)區(qū)上，在特定條件下與待檢樣品進(jìn)行作用，通過精密的掃描儀器對(duì)目的分子進(jìn)行檢測(cè)。目前制備芯片的載體材料有玻璃片、硅片、金屬片、尼龍膜等。玻璃片由于具有低 熒光背景、相對(duì)較好的機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性好、透光性好的優(yōu)點(diǎn)，是生物芯片常用的載體材料。對(duì)載體進(jìn)行表面修飾是生物芯片制作的必要環(huán)節(jié)，主要方法是通過化學(xué)處理或涂覆有機(jī)分子，使載體表面附著氨基、羥基等化學(xué)基團(tuán)，通過化學(xué)鍵的作用載體可以吸附生物分子，形成并固定生物探針。生物探針?biāo)诘膮^(qū)域用來與物樣品反生特異性交互作用，這些區(qū)域稱為反應(yīng)區(qū)。載體修飾后，可以直接用機(jī)械點(diǎn)樣儀將生物探針滴到特定區(qū)域固定，這些區(qū)域便是反應(yīng)區(qū)。此時(shí)反應(yīng)區(qū)與非反應(yīng)區(qū)都位于載體表面，兩者幾乎處于同一高度，因此這樣的生物芯片反應(yīng)區(qū)具有平面結(jié)構(gòu)，也可以將載體的反應(yīng)區(qū)位置制成凹陷形狀，然后再進(jìn)行探針固定，此時(shí)的生物芯片反應(yīng)區(qū)具有立體結(jié)構(gòu)，這兩種制備方法都較為復(fù)雜，并且這兩種形式的生物芯片存在以下問題I、如果生物芯片的反應(yīng)區(qū)具有平面結(jié)構(gòu)，生物樣本易于在芯片表面流動(dòng)，這會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響。2、立體結(jié)構(gòu)的反應(yīng)區(qū)對(duì)生物樣本的流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生限制作用，對(duì)檢測(cè)過程有利。但在修飾環(huán)節(jié)，反應(yīng)區(qū)和非反應(yīng)區(qū)往往都具有固定生物探針的能力，生物探針易于擴(kuò)散，探針定位不準(zhǔn)確。更重要的是，這些立體反應(yīng)區(qū)的容積沒有采取可靠的手段進(jìn)行精確控制，反應(yīng)區(qū)中生物樣本容量不確定，這些都會(huì)給生物樣本中目標(biāo)分子濃度檢測(cè)帶來誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決現(xiàn)有生物芯片檢測(cè)結(jié)果不精確以及制備方法復(fù)雜的問題，提供了一種定容量生物芯片及其制備方法。本發(fā)明的定容量的生物芯片是由帶孔硅片層、環(huán)氧樹脂層和玻璃基底構(gòu)成的；其中帶孔硅片層是由二氧化硅層、氮化硅層和單晶硅層構(gòu)成，二氧化硅層位于氮化硅層和單晶硅層之間，單晶硅層和玻璃基底通過環(huán)氧樹脂層粘合在一起；其中帶孔硅片層上的孔為反應(yīng)區(qū)。本發(fā)明的一種定容量的生物芯片的制備方法是按以下步驟進(jìn)行一、制備帶孔硅片層，具體步驟為a、用等離子氣相沉積臺(tái)對(duì)單晶硅片進(jìn)行離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積，使其在表面生成二氧化硅層；b、用低壓化學(xué)氣相沉積設(shè)備對(duì)二氧化硅層進(jìn)行低壓化學(xué)氣相沉積，使其在表面生成氮化硅層；c、通過光刻和腐蝕工藝對(duì)單晶硅片上孔所在的位置進(jìn)行處理，去除二氧化硅層和氮化硅層，用質(zhì)量百分含量為40%的KOH溶液對(duì)去除二氧化硅層和氮化硅層的位置繼續(xù)腐蝕至硅片全透，得到帶孔硅片層；二、通過旋涂或噴涂方式將環(huán)氧樹脂涂覆在玻璃基底上，環(huán)氧樹脂的厚度為5 15微米，得到環(huán)氧樹脂層，然后將帶孔硅片層置于環(huán)氧樹脂層上，其中帶孔硅片層的單晶硅層與環(huán)氧樹脂層相接，得到初級(jí)生物芯片；三、在溫度為80 100°C的條件下對(duì)初級(jí)生物芯片進(jìn)行3 5h的固化處理，即得定容量的生物芯片。本發(fā)明利用了單晶硅在氫氧化鉀溶液腐蝕中的各向異性。所謂各向異性從晶體結(jié)構(gòu)上說就是晶體沿不同方向原子排列的周期性和疏密程度不盡相同由此導(dǎo)致晶體在不同方向的物理化學(xué)特性也不同。因此在氫氧化鉀溶液中，硅的(111)晶面腐蝕速度最慢，(100)晶面的腐蝕速率可比(111)面快100倍。腐蝕速率快的晶面在氫氧化鉀溶液中很容易被腐蝕而很快消失，而腐蝕速率慢的晶面不容易被腐蝕而被保留，其腐蝕結(jié)果則是反應(yīng)區(qū)側(cè)壁全部是傾斜的(111)晶面，與底面有確定的角度54. 7°，并且不隨腐蝕時(shí)間的延長而變化。而底面(100)晶面則隨著時(shí)間的延長而逐漸向底部延伸，硅片由此被腐蝕透，形成硅孔，硅孔的上部呈方型，其長和寬平行于〈110〉晶向，孔側(cè)壁是傾斜的(111)晶面。即使再增加腐蝕時(shí)間，側(cè)壁也不會(huì)有變化，因此這種腐蝕方法獲得的反應(yīng)區(qū)容積具有可控性。由于孔周圍是沒有吸附生物分子能力的氮化硅層，非反應(yīng)區(qū)沒有固定生物探針的能力，生物 探針不易擴(kuò)散。本方法中的環(huán)氧樹脂既可以固定生物探針又可以起到粘合作用，減少了操作步驟，簡化了工藝。


圖I是試驗(yàn)I制備的生物芯片的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是試驗(yàn)I制備的生物芯片的帶孔硅片層示意圖；圖3是圖I沿A-A向的剖面示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式中一種定容量的生物芯片是由帶孔娃片層I、環(huán)氧樹脂層2和玻璃基底3構(gòu)成的；其中帶孔硅片層是由二氧化硅層1-2、氮化硅層1-3和單晶娃層1_1構(gòu)成，二氧化娃層1_2位于氮化娃層1-3和單晶娃層1-1之間，單晶娃層1-1和玻璃基底3通過環(huán)氧樹脂層2粘合在一起；其中帶孔硅片層I上的孔為反應(yīng)區(qū)4。本實(shí)施方式利用了單晶硅在氫氧化鉀溶液腐蝕中的各向異性。所謂各向異性從晶體結(jié)構(gòu)上說就是晶體沿不同方向原子排列的周期性和疏密程度不盡相同由此導(dǎo)致晶體在不同方向的物理化學(xué)特性也不同。因此在氫氧化鉀溶液中，硅的(111)晶面腐蝕速度最慢，
(100)晶面的腐蝕速率可比(111)面快100倍。腐蝕速率快的晶面在氫氧化鉀溶液中很容易被腐蝕而很快消失，而腐蝕速率慢的晶面不容易被腐蝕而被保留，其腐蝕結(jié)果則是反應(yīng)區(qū)側(cè)壁全部是傾斜的(111)晶面，與底面有確定的角度54. 7°，并且不隨腐蝕時(shí)間的延長而變化。而底面(100)晶面則隨著時(shí)間的延長而逐漸向底部延伸，硅片由此被腐蝕透，形成硅孔，硅孔的上部呈方型，其長和寬平行于〈110〉晶向，孔側(cè)壁是傾斜的(111)晶面。即使再增加腐蝕時(shí)間，側(cè)壁也不會(huì)有變化，因此這種腐蝕方法獲得的反應(yīng)區(qū)容積具有可控性。由于孔周圍是沒有吸附生物分子能力的氮化硅層，非反應(yīng)區(qū)沒有固定生物探針的能力，生物探針不易擴(kuò)散。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是所述的玻璃基底3為透明的玻璃片。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二不同的是所述的反應(yīng)區(qū)4為陣列式分布于生物芯片上。其它與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式中一種定容量的生物芯片的制備方法是按以下步驟進(jìn)行一、制備帶孔硅片層1，具體步驟為a、用等離子氣相沉積臺(tái)對(duì)單晶硅片進(jìn)行離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積，使其在表面生成二氧化硅層1-2 ;b、用低壓化學(xué)氣相沉積設(shè)備對(duì)二氧化硅層1-2進(jìn)行低壓化學(xué)氣相沉積，使其在表面生成氮化硅層1-3 ;c、通過光刻和腐蝕工藝對(duì)單晶硅片上孔所在的位置進(jìn)行處理，去除二氧化硅層1-2和氮化硅層1-3，用質(zhì)量百分含量為40%的KOH溶液對(duì)去除二氧化硅層1-2和氮化硅層1-3的位置繼續(xù)腐蝕至硅片全透，得到帶孔硅片層I ;二、通過旋涂或噴涂方式將環(huán)氧樹脂涂覆在玻璃基底3上，環(huán)氧樹脂的厚 度為5 15微米，得到環(huán)氧樹脂層2，然后將帶孔硅片層置于環(huán)氧樹脂層2上，其中帶孔硅片層的單晶硅層1-1與環(huán)氧樹脂層2相接，得到初級(jí)生物芯片；三、在溫度為80 100°C的條件下對(duì)初級(jí)生物芯片進(jìn)行3 5h的固化處理，即得定容量的生物芯片。本實(shí)施方式中的環(huán)氧樹脂既可以固定生物探針又可以起到粘合作用，減少了操作步驟，簡化了工藝。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四不同的是步驟一中單晶硅片為單晶硅〈100〉晶向硅片，厚度為425微米。其它與具體實(shí)施方式
四相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四或五不同的是步驟一中的用等離子氣相沉積臺(tái)對(duì)單晶硅片進(jìn)行離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積，其具體方法為將硅片放入離子氣相沉積臺(tái)反應(yīng)腔室中，將腔室真空度抽至2 X KT3Pa后，通入SiH4和N2O兩種氣體，流量分別控制在30sccm和25sccm，腔室壓強(qiáng)設(shè)定為IPa，在反應(yīng)溫度300°C、射頻功率200W條件下，沉積二氧化娃2 5h。其它與具體實(shí)施方式
四或五相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至六之一不同的是步驟一中所述的用低壓化學(xué)氣相沉積設(shè)備對(duì)二氧化硅層1-2進(jìn)行低壓化學(xué)氣相沉積，其具體方法為將生成了二氧化硅層1-2的硅片放入低壓化學(xué)氣相沉積設(shè)備的腔室中，將腔室真空度抽至2 X 10_3Pa后，通入SiH2Cl2和NH3兩種氣體，流量分別控制在20sccm和45sccm，腔室壓強(qiáng)設(shè)定為27Pa，在反應(yīng)溫度300°C條件下，沉積氮化硅2 5h。其它與具體實(shí)施方式
四至六之一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至七之一不同的是沉積二氧化娃的時(shí)間為4h。其它與具體實(shí)施方式
四或五相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至八之一不同的是沉積氮化硅的時(shí)間為4h。其它與具體實(shí)施方式
四至八之一相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
四至九之一不同的是在于步驟二中通過旋涂或噴涂方式將環(huán)氧樹脂涂覆在玻璃基底3上，厚度為10微米。其它與具體實(shí)施方式
四至九之一相同。通過以下試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果試驗(yàn)I :一種定容量的生物芯片的制備方法是按以下步驟進(jìn)行的一、制備帶孔硅片層1，具體步驟為a、用等離子氣相沉積臺(tái)對(duì)單晶硅片進(jìn)行離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積4h，使其在表面生成二氧化硅層1-2 ;b、用低壓化學(xué)氣相沉積設(shè)備對(duì)二氧化硅層1-2進(jìn)行低壓化學(xué)氣相沉積4h，使其在表面生成氮化硅層1-3 ;c、通過光刻和腐蝕工藝對(duì)單晶硅片上孔所在的位置進(jìn)行處理，去除二氧化硅層1-2和氮化硅層1-3，用質(zhì)量百分含量為40%的KOH溶液對(duì)去除二氧化硅層1-2和氮化硅層1-3的位置繼續(xù)腐蝕至硅片全透，得到帶孔硅片層I ;二、通過旋涂方式將環(huán)氧樹脂涂覆在玻璃基底3上，環(huán)氧樹脂的厚度為2微米，得到環(huán)氧樹脂層2，然后將帶孔硅片層置于環(huán)氧樹脂層2上，其中帶孔硅片層的單晶硅層1-1與環(huán)氧樹脂層2相接，得到初級(jí)生物芯片；四、在溫度為80°C的條件下對(duì)初級(jí)生物芯片進(jìn)行5h的固化處理，即得定容量的生物芯片。
圖I為本試驗(yàn)制備的生物芯片的立體結(jié)構(gòu)示意圖，從圖I可已看出本試驗(yàn)制備的定容量的生物芯片是由帶孔硅片層I、環(huán)氧樹脂層2和玻璃基底3構(gòu)成的；其中帶孔硅片層是由二氧化硅層1-2、氮化硅層1-3和單晶硅層1-1構(gòu)成，二氧化硅層1-2位于氮化硅層1-3和單晶硅層1-1之間，單晶硅層1-1和玻璃基底3通過環(huán)氧樹脂層2粘合在一起；帶孔硅片層I上的孔為反應(yīng)區(qū)4。圖2是試驗(yàn)I制備的生物芯片的硅片層示意圖，從圖2可以看出帶孔硅片層是由二氧化硅層1-2、氮化硅層1-3和單晶硅層1-1構(gòu)成，二氧化硅層1-2位于氮化硅層1-3和單晶娃層1_1之間。圖3是試驗(yàn)I制備的生物芯片的剖面示意圖，從圖3可以看出反應(yīng)區(qū)4呈四方臺(tái)形，四方孔的長和寬沿〈110〉晶向。圖中的角α為54. 7°，是反應(yīng)區(qū)側(cè)壁與底面的角度，反應(yīng)區(qū)的容積固定，可定容量檢測(cè)生物樣品。
權(quán)利要求
1.一種定容量的生物芯片，其特征在于定容量的生物芯片是由帶孔硅片層(I)、環(huán)氧樹脂層(2)和玻璃基底(3)構(gòu)成的；其中帶孔硅片層是由二氧化硅層(1-2)、氮化硅層(1-3)和單晶硅層(1-1)構(gòu)成，二氧化硅層(1-2)位于氮化硅層(1-3)和單晶硅層(1-1)之間，單晶硅層(1-1)和玻璃基底⑶通過環(huán)氧樹脂層⑵粘合在一起；其中帶孔硅片層(I)上的孔為反應(yīng)區(qū)(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種定容量的生物芯片，其特征在于所述的玻璃基底(3)為透明的玻璃片。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種定容量的生物芯片，其特征在于所述的反應(yīng)區(qū)(4)為陣列式分布于生物芯片上。
4.如權(quán)利要求I所述的一種定容量的生物芯片的制備方法，其特征在于定容量的生物芯片的制備方法是按以下步驟進(jìn)行一、制備帶孔硅片層(I)，具體步驟為a、用等離子氣相沉積臺(tái)對(duì)單晶硅片進(jìn)行離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積，使其在表面生成二氧化硅層(1-2)；b、用低壓化學(xué)氣相沉積設(shè)備對(duì)二氧化硅層(1-2)進(jìn)行低壓化學(xué)氣相沉積，使其在表面生成氮化硅層(1-3) ;c、通過光刻和腐蝕工藝對(duì)單晶硅片上孔所在的位置進(jìn)行處理，去除二氧化硅層(1-2)和氮化硅層(1-3)，再用質(zhì)量百分含量為40%的KOH溶液對(duì)去除二氧化硅層(1-2)和氮化硅層(1-3)的位置繼續(xù)腐蝕至硅片全透，得到帶孔硅片層⑴；二、通過旋涂或噴涂方式將環(huán)氧樹脂涂覆在玻璃基底(3)上，環(huán)氧樹脂的厚度為5 15微米，得到環(huán)氧樹脂層(2)，然后將帶孔硅片層置于環(huán)氧樹脂層(2)上，其中帶孔硅片層的單晶硅層(1-1)與環(huán)氧樹脂層(2)相接，得到初級(jí)生物芯片；三、在溫度為80 100°C的條件下對(duì)初級(jí)生物芯片進(jìn)行3 5h的固化處理，即得定容量的生物芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種定容量的生物芯片的制備方法，其特征在于步驟一中所述的單晶娃片為單晶娃〈100〉晶向娃片，厚度為425微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種定容量的生物芯片的制備方法，其特征在于步驟一中所述的用等離子氣相沉積臺(tái)對(duì)單晶硅片進(jìn)行離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積，其具體方法為將單晶硅片放入離子氣相沉積臺(tái)的反應(yīng)腔室中，將腔室真空度抽至2X 10_3Pa后，通入SiH4和N2O兩種氣體，SiH4的流量控制在30sCCm，N20的流量控制在25sCCm，腔室壓強(qiáng)設(shè)定為IPa，在反應(yīng)溫度300°C、射頻功率200W條件下，沉積二氧化硅2 5h。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種定容量的生物芯片的制備方法，其特征在于步驟一中所述的用低壓化學(xué)氣相沉積設(shè)備對(duì)二氧化硅層(1-2)進(jìn)行低壓化學(xué)氣相沉積，其具體方法為將生成了二氧化硅層(1-2)的單晶硅片放入低壓化學(xué)氣相沉積設(shè)備的腔室中，將腔室真空度抽至2X 10_3Pa后，通入SiH2Cl2和NH3兩種氣體，SiH2Cl2的流量控制在20sccm，NH3的流量控制在45sccm，腔室壓強(qiáng)設(shè)定為27Pa，在反應(yīng)溫度300°C條件下，沉積氮化硅2 5h。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種定容量的生物芯片的制備方法，其特征在于沉積二氧化硅的時(shí)間為4h。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種定容量的生物芯片的制備方法，其特征在于沉積氮化硅的時(shí)間為4h。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種定容量的生物芯片的制備方法，其特征在于步驟二中所述通過旋涂或噴涂方式將環(huán)氧樹脂涂覆在玻璃基底(3)上，厚度為10微米。
全文摘要
一種定容量的生物芯片及其制備方法，它涉及一種生物芯片及其制備方法。本發(fā)明是要解決現(xiàn)有生物芯片檢測(cè)結(jié)果不精確以及制備方法復(fù)雜的問題。定容量的生物芯片是由帶孔硅片層、環(huán)氧樹脂層和玻璃基底構(gòu)成的。制備方法為一、制備帶孔硅片層；二、通過旋涂或噴涂方式將環(huán)氧樹脂涂覆在玻璃基底上，得到環(huán)氧樹脂層，然后將帶孔硅片層置于環(huán)氧樹脂層上，其中帶孔硅片層的單晶硅層與環(huán)氧樹脂層相接，得到初級(jí)生物芯片；三、對(duì)初級(jí)生物芯片進(jìn)行固化處理，即得定容量的生物芯片。本發(fā)明的生物芯片可精確檢測(cè)生物樣本中目標(biāo)分子濃度，本發(fā)明方法簡便。本發(fā)明應(yīng)用于生物技術(shù)與微機(jī)械加工交叉領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C23C16/44GK102879556SQ201210361420
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者金建東, 王明偉, 齊虹, 田雷, 王永剛, 劉智輝, 鄭麗, 張巖 申請(qǐng)人:中國電子科技集團(tuán)公司第四十九研究所