本發(fā)明涉及生物芯片領(lǐng)域，特別是涉及芯片基板及其制作工藝、基因測序芯片及基因測序方法。

背景技術(shù)：

基因測序技術(shù)是現(xiàn)代分子生物學研究中最常用的技術(shù)，從1977第一代基因測序發(fā)展至今，基因測序技術(shù)已經(jīng)取得了相當大的發(fā)展，主要包括第一代sanger測序技術(shù)、第二代高通量測序技術(shù)、第三代單分子測序技術(shù)和第四代納米孔測序技術(shù)。

現(xiàn)有的基因測序方法通常采用的是熒光檢測方法，各大測序公司如illumina、roche454、abi等均是采用熒光檢測方法所進行的基因測序。熒光檢測方法是通過對各種堿基進行不通的熒光基團修飾，進而在這些堿基與待測基因片段配對時，會導致熒光基團釋放，通過通過光學系統(tǒng)檢測熒光顏色，即可確定堿基種類，最終得到待測基因片段序列。

上述基因測序方法檢測具有檢測結(jié)果直觀，測序精度高的效果，但是此種基因測序方法需要對四種堿基進行不同顏色的熒光標記，而在測序過程中也需要進行上千輪的堿基配對，進而需要大量的測試試劑，造成測試試劑成本的大幅提高，不利于基因測序在醫(yī)學等領(lǐng)域的普及和推廣。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供芯片基板及其制作工藝、基因測序芯片及基因測序方法，以解決現(xiàn)有的基因測序方法造成的測試試劑成本高的問題。

為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種芯片基板，包括：

基板；

形成于所述基板上的陣列下板電極；

圖案化形成的絕緣層，所述絕緣層覆蓋相鄰兩下板電極之間的間隙，并部分覆蓋所述相鄰兩下板電極；

形成于所述下板電極上及所述絕緣層之間的電容介電層；

圖案化形成的陣列上板電極及陣列測試點，所述上板電極部分覆蓋所述電容介電層，所述測試點通過引線貫穿所述絕緣層的引線孔與所述下板電極連接；

磁珠，所述磁珠設(shè)置于所述上板電極未覆蓋所述電容介電層的區(qū)域并與所述電容介電層接觸，用于接收含有dna的樣本。

優(yōu)選地，所述電容介電層為ph敏感水凝膠材料。

優(yōu)選地，所述芯片基板還包括：

圖案化形成的保護層，所述保護層形成于所述上板電極與所述電容介電層之間并覆蓋所述絕緣層及所述電容介電層。

優(yōu)選地，所述保護層為具有柔性的聚合物材料。

為了解決上述問題，本發(fā)明還公開了一種基因測序芯片，包括對合設(shè)置的上基板及上述任一項所述的芯片基板。

優(yōu)選地，所述上基板上設(shè)有采樣口和出樣口。

優(yōu)選地，所述上基板和所述基板之間設(shè)置有環(huán)繞所述基因測序芯片邊緣的流道側(cè)壁層；所述流道側(cè)壁層與所述上基板、所述上板電極共同形成用于存儲測序試劑的流道。

優(yōu)選地，所述流道側(cè)壁層由氧化硅、氮化硅、聚合物材料中的任一種材料制成。

優(yōu)選地，所述上基板由玻璃、硅和聚合物材料中的任一種材料制成。

為了解決上述問題，本發(fā)明還公開了一種芯片基板的制作工藝，包括：

在基板上圖案化形成陣列的下板電極；

圖案化形成絕緣層；所述絕緣層覆蓋相鄰兩下板電極之間的間隙，并部分覆蓋所述相鄰兩下板電極；

形成電容介電層，所述電容介電層形成于所述下板電極上及所述絕緣層之間；

形成貫穿所述絕緣層并暴露所述下板電極的引線孔；

圖案化形成陣列上板電極及陣列測試點，其中，所述上板電極部分覆蓋所述電容介電層，所述測試點通過形成于所述引線孔的引線與所述下板電極連接；

在所述上板電極未覆蓋所述電容介電層的區(qū)域設(shè)置磁珠，所述磁珠與所述電容介電層接觸，以接收含有dna的樣本。

優(yōu)選地，所述在形成貫穿所述絕緣層并暴露所述下板電極的引線孔之前，還包括：

在所述絕緣層及所述電容介電層上圖案化形成保護層；

所述形成貫穿所述絕緣層并暴露所述下板電極的引線孔，包括：

形成依次貫穿所述保護層及所述絕緣層并暴露所述下板電極的引線孔。

為了解決上述問題，本發(fā)明還公開一種基因測序方法，包括：

在對第一測序單元進行基因測序之前，獲取所述第一測序單元上板電極與下板電極之間的第一間距及電容介電層的第一介電常數(shù)；

根據(jù)所述第一間距和所述第一介電常數(shù)獲取所述第一測序單元的第一電容值；

在對所述第一測序單元基因測序完成之后，獲取所述第一測序單元上板電極與下板電極之間的第二間距及電容介電層的第二介電常數(shù)；

根據(jù)所述第二間距和所述第二介電常數(shù)獲取所述第一測序單元的第二電容值；

利用所述第二電容值與所述第一電容值的差值，獲取所述第一測序單元所對應的基因片段序列。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明包括以下優(yōu)點：

通過本發(fā)明實施例提供的芯片基板，通過磁珠與電容介電層接觸，在基因測序時，磁珠接收含有dna的樣本，在基因測序的過程中，dna在測序反應下產(chǎn)生的氫離子進入電容介電層，使得電容介電層溶脹，導致電容器的極板間距以及介質(zhì)層介電常數(shù)發(fā)生變化，最終導致芯片基板電容值發(fā)生改變，通過連續(xù)監(jiān)測每個測序過程中每個測序單元電容值變化情況，即可得到最終的基因片段序列，該方法是將測序過程中的化學信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，無需對各種堿基進行如熒光探針等特殊標記，試劑成本低；芯片結(jié)構(gòu)簡單，工藝復雜程度較低，與一般光刻工藝相同，有利于基因測序在醫(yī)學等領(lǐng)域的普及和推廣。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例一的一種芯片基板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例一的一種制備好的芯片基板俯視圖；

圖3是本發(fā)明實施例二的一種基因測序芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例二的一種基因測序芯片截面的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例三的一種芯片基板的制作工藝流程圖；

圖5a是本發(fā)明實施例三中芯片基板制作過程中的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5b是本發(fā)明實施例三中芯片基板制作過程中的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5c是本發(fā)明實施例三中芯片基板制作過程中的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5d是本發(fā)明實施例三中芯片基板制作過程中的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5e是本發(fā)明實施例三中芯片基板制作過程中的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5f是本發(fā)明實施例三中芯片基板制作過程中的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5g是本發(fā)明實施例三中芯片基板制作過程中的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5h是本發(fā)明實施例三中芯片基板制作過程中的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5i是本發(fā)明實施例三中芯片基板制作過程中的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5j是本發(fā)明實施例三中芯片基板制作過程中的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5k是本發(fā)明實施例三中芯片基板制作過程中的結(jié)構(gòu)示意圖；及

圖6是本發(fā)明實施例四的一種基因測序方法的步驟流程圖。

附圖標記說明

1-基板，2-下板電極，3-絕緣層，4-電容介電層，5-上板電極，6-測試點，7-磁珠，8-保護層，9-上基板，10-采樣口，11-出樣口，12-流道側(cè)壁層，13-流道。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

實施例一

圖1示出了本發(fā)明實施例一的一種芯片基板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2示出了本發(fā)明實施例一的一種制備好的芯片基板俯視圖。

如圖1和圖2所示，芯片基板可以包括：基板1、下板電極2、絕緣層3、電容介電層4、上板電極5、測試點6、磁珠7、保護層8。

下板電極2陣列形成于基板1上，可以通過在基板1上沉積一層金屬膜，通過對金屬膜進行刻蝕以形成陣列下板電極2，而對于下板電極2的形成方式將在下述實施例中詳細說明，在此不加以贅述。

絕緣層3圖案化形成于下板電極2和基板1之上，可以通過在下板電極2和基板1上沉積一層絕緣層3，絕緣層3覆蓋于相鄰兩下板電極2之間的間隙，并部分覆蓋相鄰兩下板電極2。絕緣層3的材料通常為氧化硅或氮化硅等材料，而對于絕緣層3具體選用何種材料，本發(fā)明實施例不加以限制。

電容介電層4形成于下板電極2上及絕緣層3之間，電容介電層4可以是由ph敏感水凝膠材料制成的，ph敏感水凝膠遇到氫離子會發(fā)生溶脹現(xiàn)象，進而可以使得上板電極5和下板電極2的間距增大，進而導致上板電極5和下板電極2的介電常數(shù)發(fā)生變化，最終導致芯片基板的電容值發(fā)生改變。

可以理解地，本發(fā)明實施例中的電容介電層4可以采用其他遇到氫離子會發(fā)生溶脹現(xiàn)象的材料制成，而對于具體的電容介電層4的材料本發(fā)明實施例不加以限制。

圖案化的上板電極5和測試點6陣列的形成于電容介電層4和絕緣層3之上，上板電極5部分覆蓋于電容介電層4，測試點6通過引線貫穿絕緣層3的引線孔與下板電極2連接。

在本發(fā)明實施例中，每個上板電極5上均可以設(shè)置一個或者多個測試點6，本發(fā)明實施例對此不加以限制。

測試點6可以與下板電極2連通，通過測試測試點6與下板電極2之間的電容，也就可以獲知上板電極5與下板電極2之間的電容，進而實現(xiàn)基因測序。

磁珠7設(shè)置于上板電極5未覆蓋電容介電層4的區(qū)域，并與電容介電層4接觸，磁珠7可以用于接收含有dna的樣本，磁珠7與上板電極5契合的覆蓋電容介電層4及絕緣層。

在進行基因測序時，磁珠7接收的含有dna的樣本上的dna會發(fā)生測序反應產(chǎn)生氫離子，氫離子進入電容介電層4可以使電容介電層4產(chǎn)生溶脹反應，從而可以使上板電極5和下板電極2的間距發(fā)生改變，也可以使電容介電層4的介電常數(shù)發(fā)生變化，進而導致芯片基板間的電容值發(fā)生改變，以此確定出相應的基因片段序列。

優(yōu)選地，本發(fā)明實施例中的芯片基板還可以包括：圖案化形成的保護層8，保護層8形成于上板電極5與電容介電層4之間并覆蓋絕緣層3及電容介電層4。

保護層8可以在刻蝕過程中保護電容介電層4不受各種刻蝕液侵蝕，而為了電容介電層4與上板電極5良好接觸，保護層8可以是由具有柔性的聚合物材料制成，而本發(fā)明實施例中對于制成保護層8的具體的材料不加以限制。

本發(fā)明實施例通過磁珠與電容介電層接觸，在基因測序時，磁珠接收含有dna的樣本，在基因測序的過程中，dna在測序反應下產(chǎn)生的氫離子進入電容介電層，使得電容介電層溶脹，導致電容器的極板間距以及介質(zhì)層介電常數(shù)發(fā)生變化，最終導致芯片基板電容值發(fā)生改變，通過連續(xù)監(jiān)測每個測序過程中每個測序單元電容值變化情況，即可得到最終的基因片段序列，該方法是將測序過程中的化學信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，無需對各種堿基進行如熒光探針等特殊標記，試劑成本低；芯片結(jié)構(gòu)簡單，工藝復雜程度較低，與一般光刻工藝相同，有利于基因測序在醫(yī)學等領(lǐng)域的普及和推廣。

實施例二

參照圖3，示出了本發(fā)明實施例二的一種基因測序芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4示出了本發(fā)明實施例二的一種基因測序芯片截面的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖3和圖4所示，基因測序芯片可以包括：對合設(shè)置的上基板9以及上述實施例一中所描述的芯片基板。

優(yōu)選地，上基板9上設(shè)置有采樣口10和出樣口11。

在本發(fā)明實施例中，在對應于上板電極5之上的上基板9上均設(shè)置有采樣口10和出樣口11，其中，采樣口10可以用于在進行基因測序時向磁珠7提供含有dna的樣本，出樣口11可以用于在基因測序完成時，通過出樣口11排出使用過的測序試劑。

優(yōu)選地，上基板9和基板1之間設(shè)置有環(huán)繞基因測序芯片邊緣的流道側(cè)壁層12，流道側(cè)壁層12與上基板9、上板電極5共同形成用于存儲測序試劑的流道13。

其中，流道側(cè)壁層12可以由氧化硅、氮化硅、聚合物材料等中的任一種材料制成，上基板9可以由玻璃、硅和聚合物材料等中的任一種材料制成。

在實際應用中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)實際需要自行選擇制成流道側(cè)壁層12和上基板9的材料，本發(fā)明實施例對此不加以限制。

本發(fā)明實施例提供的基因測序芯片，除了具有實施例一中所示的芯片基板所具有的有益效果外，還可以設(shè)置流道側(cè)壁層作為芯片基板的擋墻，可以更好的保護芯片基板，并且，通過流道側(cè)壁層與上基板、上板電極所圍成的流道可以方便存儲測序試劑，從而能夠節(jié)省單獨存放測序試劑占用的額外空間。

實施例三

參照圖5，示出了本發(fā)明實施例三的一種芯片基板的制作工藝流程圖。

芯片基板的制作工藝具體可以包括如下步驟：

步驟s301：在基板上圖案化形成陣列的下板電極。

在本發(fā)明實施例中，在基底上圖案化形成陣列的下板電極可以如圖5a所示，首先在基板上沉積一層金屬膜，然后，如圖5b所示，通過光刻工藝對沉積的金屬膜進行刻蝕以形成陣列的下板電極。

可以理解地，上述示例僅是為了更好地理解本發(fā)明實施例的技術(shù)方案而列舉的示例，并不作為對本發(fā)明實施例的唯一限制。

步驟s302：圖案化形成絕緣層。

其中，絕緣層覆蓋相鄰兩下板電極之間的間隙，并部分覆蓋于相鄰兩下板電極之上。

步驟s303：形成電容介電層。

電容介電層形成于下板電極上及絕緣層之間。

步驟s304：形成貫穿所述絕緣層并暴露所述下板電極的引線孔。

在本發(fā)明實施例中，上述步驟s302、步驟s303、步驟s304可以如圖5c所示，在上板電極及基板上沉積一層絕緣層，然后，如圖5d所示，在絕緣層上采用光刻工藝刻蝕出用于沉積電容介電層的孔，然后，如圖5e所示，在刻蝕的孔中沉積電容介電層，進而，如圖5f所示，對電容介電層進行刻蝕，以使電容介電層的上表面與絕緣層的上表面平齊，再而，如圖5g所示，在絕緣層中刻蝕出貫穿絕緣層的用于上板電極與下板電極連接的引線孔。

優(yōu)選地，在步驟s304之前還可以包括：

步驟s3038：在所述絕緣層及所述電容介電層上圖案化形成保護層；

上述步驟s3038可以采用如下方式執(zhí)行，如圖5h所示，在絕緣層和電容介電層之上沉積陣列保護層，保護層沉積于上板電極與電容介電層之間，并覆蓋絕緣層及電容介電層。

步驟s305：圖案化形成陣列上板電極及陣列測試點。

其中，上板電極部分覆蓋于電容介電層之上，測試點可以與下板電極連通，通過測試測試點與下板電極之間的電容，也就可以獲知上板電極與下板電極之間的電容，進而實現(xiàn)基因測序。

在本發(fā)明實施例中，上述步驟s305可以采用如下方式進行，如圖5i所示，在上基板上沉積一層金屬膜，然后，如圖5j所示，采用光刻工藝對沉積的金屬膜進行刻蝕以形成陣列的上板電極，并在上板電極上刻蝕出用于連接下板電極的測試點。

可以理解地，上述示例僅是為了更好地理解本發(fā)明實施例的技術(shù)方案而列舉的示例，并不作為對本發(fā)明實施例的唯一限制。

在上述步驟完成之后，則可以對沉積的保護層進行如下操作，如圖5k所示，對保護層進行刻蝕，以使得保護層與絕緣層和電容介電層及上板電極契合。

步驟s306：在所述上板電極未覆蓋所述電容介電層的區(qū)域設(shè)置磁珠。

磁珠與電容介電層接觸，在進行基因測序時，可以通過采樣口接收含有dna的樣本。

實施例四

參照圖6，示出了本發(fā)明實施例四的一種基因測序方法的步驟流程圖，具體可以包括如下步驟：

步驟s401：在對第一測序單元進行基因測序之前，獲取所述第一測序單元上板電極與下板電極之間的第一間距及電容介電層的第一介電常數(shù)。

在本發(fā)明實施例中，上板電極和下板電極之間形成有電容介電層，在對第一測序單元進行基因測序之前，可以預先獲取第一測序單元上板電極與下板電極之間的第一間距，通過電容介電層的制成材料可以獲取電容介電層的第一介電常數(shù)。

步驟s402：根據(jù)所述第一間距和所述第一介電常數(shù)獲取所述第一測序單元的第一電容值。

通過第一間距和第一介電常數(shù)可以計算出該第一測序單元的第一電容值。

步驟s403：在對所述第一測序單元基因測序完成之后，獲取所述第一測序單元上板電極與下板電極之間的第二間距及電容介電層的第二介電常數(shù)。

在測出第一電容值之后對第一測序單元進行基因測序，通過上基板上的采樣口向磁珠提供含有dna的樣本及所需的測序試劑以進行基因測序，在基因測序的過程中，dna會發(fā)生測序反應產(chǎn)生氫離子進入電容介電層，從而導致電容介電層發(fā)生溶脹現(xiàn)象，從而可以使上板電極和下板電極的間距增大，并且也會導致電容介質(zhì)層的介電常數(shù)發(fā)生改變。

在對第一測序單元基因測序完成之后，可以獲取改變之后的第一測序單元上板電極和下板電極之間的第二間距，以及改變之后的電容介電層的第二介電常數(shù)。

步驟s404：根據(jù)所述第二間距和所述第二介電常數(shù)獲取所述第一測序單元的第二電容值。

通過第二間距和第二介電常數(shù)可以計算出該第一測序單元的第二電容值。

步驟s405：利用所述第二電容值與所述第一電容值的差值，獲取所述第一測序單元所對應的基因片段序列。

在測序完成之后，可以通過上基板上設(shè)置的出樣口將含有dna的樣本及用過測序試劑排出基因測序芯片，而不會影響基因測序芯片進行下一次的基因測序流程。

利用基因測序前后第一測序單元的第一電容值和第二電容值可以計算出在基因測序前后的差值，利用該差值可以進一步確定該第一測序單元所測試的基因片段序列。

對于前述的各實施例，為了簡單描述，故將其都表述為一系列的動作組合，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應該知悉，本發(fā)明并不受所描述的動作順序的限制，因為依據(jù)本發(fā)明，某些步驟可以采用其他順序或者同時進行。其次，本領(lǐng)域技術(shù)人員也應該知悉，說明書中所描述的實施例均屬于優(yōu)選實施例，所涉及的動作和模塊并不一定是本發(fā)明所必須的。

本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。

最后，還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、商品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、商品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、商品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上對本發(fā)明所提供的芯片基板及其制作工藝、基因測序芯片及基因測序方法，進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明的限制。