本申請涉及基因測序，具體涉及一種用于納米孔基因測序的成膜微結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術：

1、基因測序技術是將納米孔作為生物傳感器，并嵌入到絕緣的兩親分子膜中，在制備基因測序芯片分子膜時，通常采用向基因測序芯片的成膜區(qū)依次通入極性溶劑、兩親性材料的非極性溶劑和極性溶劑，使兩親性材料的非極性溶劑夾在兩層極性溶劑之間形成分子膜。當單鏈dna分子通過納米孔時，不同堿基基團引起的不同電流變化被納米孔中的信號接收器讀取，然后進行相應的堿基識別工作，從而實現(xiàn)基因序列的檢測，具有高通量、超長讀長、可以直接檢測堿基甲基化修飾和體積較小便于攜帶等優(yōu)勢。形成穩(wěn)定且薄厚均勻的兩親分子膜可以為納米孔的嵌入及單分子過孔提供一個穩(wěn)定的平臺，是保障基因檢測準確性的必要條件之一，而分子膜的微支撐結(jié)構(gòu)又對分子膜的穩(wěn)定性起到了決定性作用。

2、分子膜的微支撐結(jié)構(gòu)需要在成膜特性和向下凹陷的微井結(jié)構(gòu)中用流體的體積之間平衡。如us2015/265994公布的納米孔支撐結(jié)構(gòu)，由內(nèi)部部分和外部部分組成，所述內(nèi)部部分限定期間無間隙的內(nèi)部凹陷，內(nèi)部部分能夠限制可以布置在鄰近的內(nèi)部凹陷內(nèi)的含極性介質(zhì)的體積相互接觸；所述外部部分從所述內(nèi)部部分向外延伸，并具有允許非極性介質(zhì)通過間隙在所述區(qū)室之間流動的所述間隙。在這種納米孔支撐結(jié)構(gòu)中，兩親分子膜跨內(nèi)部凹陷的開口延伸，實際成膜尺寸較大，使得成膜電容大且分子膜結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。若減小內(nèi)凹陷的尺寸，則會導致內(nèi)凹陷內(nèi)的流體儲存量少，測序反應體系小，不利于測序的持續(xù)進行，因此極大地限制了微支撐結(jié)構(gòu)的設計。

3、基于此，對于本領域研發(fā)人員來說，亟需研發(fā)一種新的用于納米孔基因測序的成膜微結(jié)構(gòu)，以能夠在保障成膜穩(wěn)定性的同時，又能夠盡可能保證微井結(jié)構(gòu)中儲存流體的體積足夠大，以延長單個納米孔的測序時間，提升納米孔測序的產(chǎn)出效率。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，為解決上述技術問題，本申請實施例提供了一種在保障成膜穩(wěn)定性的同時，盡可能保證微井結(jié)構(gòu)中儲存流體的體積足夠大，以延長單個納米孔的測序時間，提升納米孔測序的產(chǎn)出效率的用于納米孔基因測序的成膜微結(jié)構(gòu)，解決了現(xiàn)有技術中微支撐結(jié)構(gòu)設計的限制難題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本申請實施例一方面提供了一種用于納米孔基因測序的成膜微結(jié)構(gòu)，包括設置在基板上的微支撐結(jié)構(gòu)單元，所述微支撐結(jié)構(gòu)單元包括上層材料層上設置的支撐腔結(jié)構(gòu)和下層材料層上設置的與所述支撐腔結(jié)構(gòu)相對應的微井結(jié)構(gòu)，所述支撐腔結(jié)構(gòu)包括孔道結(jié)構(gòu)；所述微井結(jié)構(gòu)包括與所述孔道結(jié)構(gòu)相適配對應設置的成膜腔，和與所述成膜腔連通的流體儲液腔，所述流體儲液腔貫穿所述下層材料層，所述成膜腔和所述流體儲液腔之間開設有至少一條連通通道。

3、進一步地，所述流體儲液腔的橫截面形狀包括圓形、弧形、環(huán)形或者多邊形中的一種或多種。

4、進一步地，所述流體儲液腔內(nèi)的流體與基板的檢測電極直接接觸，實現(xiàn)測序電信號的傳遞與收集。

5、進一步地，所述成膜腔貫穿或不貫穿所述下層材料層，但均不與基板的檢測電極直接接觸。

6、進一步地，所述流體儲液腔上方的上層材料層上開設有若干個排氣孔，用于協(xié)助流體儲液腔內(nèi)的氣體排出。

7、進一步地，所述連通通道的橫截面形狀為由所述流體儲液腔向所述成膜腔方向開口均一的直道形，和/或為逐漸增大的鴨嘴形，和/或為中間小兩端大的啞鈴形。

8、進一步地，所述孔道結(jié)構(gòu)的寬度為d1，所述成膜腔的寬度為d2，流體儲液腔的寬度為d3，其間的關系為d1<d2<d3。

9、進一步地，所述孔道結(jié)構(gòu)的寬度d1與所述成膜腔的寬度d2間的比值在1:1.5～1:10之間。

10、進一步地，所述成膜腔的寬度d2與深度h2間的比值關系滿足d2/h2≥1:3，所述成膜腔的深度h2的取值范圍為50μm～1000μm。

11、進一步地，所述流體儲液腔的寬度d3和深度h3間的比值范圍在1:1～1:10之間。

12、進一步地，所述連通通道的寬度w的取值范圍為1～100μm；所述連通通道的深度介于所述成膜腔的深度與所述流體儲液腔的深度之間。

13、本申請實施例另一方面提供了一種用于上述實施例中所述用于納米孔基因測序的成膜微結(jié)構(gòu)的制備方法，該制備方法包括：

14、提供基板；

15、在所述基板上通過曝光、顯影制備包括貫穿下層材料層的流體儲液腔、成膜腔和連通通道的微井結(jié)構(gòu)；

16、在具有所述微井結(jié)構(gòu)的下層材料層上通過曝光、顯影制備貫穿上層材料層的孔道結(jié)構(gòu)。

17、與現(xiàn)有技術相比，本申請具有的優(yōu)點如下：

18、通過本申請?zhí)峁┑囊环N新型的用于納米孔基因測序的成膜微結(jié)構(gòu)，具有能夠在保障成膜穩(wěn)定性的同時，又能夠盡可能的保證微井結(jié)構(gòu)中儲存流體的體積足夠大，以延長單個納米孔的測序時間，大大提升納米孔測序的產(chǎn)出效率的技術效果。

19、具體地，本申請通過在下層材料層上設置有與所述成膜腔連通的貫穿下層材料層的流體儲液腔，該流體儲液腔可選擇大尺寸設計，用于容納更大的測序反應體系，增加單個納米孔測序的持續(xù)性，成膜腔可選擇小尺寸設計，用于提升分子膜的穩(wěn)定性，進而實現(xiàn)能夠在保障成膜穩(wěn)定性的同時，又能夠盡可能的保證微井結(jié)構(gòu)中儲存流體的體積足夠大，以延長單個納米孔的測序時間，大大提升納米孔測序的產(chǎn)出效率的技術效果。

20、再者，通過流體儲液腔的設置，使成膜腔和孔道結(jié)構(gòu)的尺寸實現(xiàn)較小設計，因此兩親分子膜的實際成膜面積會更小，其穩(wěn)定性也會得到進一步地提升。此外由于成膜腔的設計尺寸不需要兼顧腔內(nèi)的儲液體積，可以選擇尺寸較小的微井結(jié)構(gòu)，對于軸向懸垂在成膜腔上方的孔道結(jié)構(gòu)起到了更好的支撐作用，使得上層結(jié)構(gòu)不易發(fā)生向下塌陷的情況，增加了分子膜成膜結(jié)構(gòu)的剛性穩(wěn)定性。

21、進一步地，由于流體儲存腔與成膜腔相對獨立，因此對于各自的尺寸設計擁有更大的靈活性，可以實現(xiàn)較小尺寸的成膜腔室，對分子膜實現(xiàn)更好的固定作用，減小實際成膜面積，增加膜的穩(wěn)定性；一定程度上解決了分子膜成膜穩(wěn)定性要求的小尺寸微支撐結(jié)構(gòu)和測序反應體系需求的大體積之間的矛盾，擺脫了二者之間的尺寸制約，增加了設計的靈活性。

技術特征：

1.一種用于納米孔基因測序的成膜微結(jié)構(gòu)，包括設置在基板上的微支撐結(jié)構(gòu)單元，其特征在于，所述微支撐結(jié)構(gòu)單元包括上層材料層上設置的支撐腔結(jié)構(gòu)和下層材料層上設置的與所述支撐腔結(jié)構(gòu)相對應的微井結(jié)構(gòu)，所述支撐腔結(jié)構(gòu)包括孔道結(jié)構(gòu)；

2.如權利要求1所述的用于納米孔基因測序的成膜微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述流體儲液腔的橫截面形狀包括圓形、弧形、環(huán)形或者多邊形中的一種或多種。

3.如權利要求1所述的用于納米孔基因測序的成膜微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述流體儲液腔內(nèi)的流體與基板的檢測電極直接接觸，實現(xiàn)測序電信號的傳遞與收集。

4.如權利要求1所述的用于納米孔基因測序的成膜微結(jié)構(gòu)，其特征在于，

5.如權利要求1所述的用于納米孔基因測序的成膜微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述流體儲液腔上方的上層材料層上開設有若干個排氣孔，用于協(xié)助流體儲液腔內(nèi)的氣體排出。

6.如權利要求1所述的用于納米孔基因測序的成膜微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述連通通道的橫截面形狀為由所述流體儲液腔向所述成膜腔方向開口均一的直道形；或為逐漸增大的鴨嘴形；或為中間小兩端大的啞鈴形。

7.如權利要求1所述的用于納米孔基因測序的成膜微結(jié)構(gòu)，其特征在于，

8.如權利要求7所述的用于納米孔基因測序的成膜微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述孔道結(jié)構(gòu)的寬度d1與所述成膜腔的寬度d2間的比值在1:1.5～1:10之間；

9.如權利要求1所述的用于納米孔基因測序的成膜微結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述連通通道的寬度w的取值范圍為1～100μm；所述連通通道的深度介于所述成膜腔的深度與所述流體儲液腔的深度之間。

10.一種用于任一權利要求1-9中所述用于納米孔基因測序的成膜微結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，該制備方法包括：

技術總結(jié)
本申請?zhí)峁┝艘环N用于納米孔基因測序的成膜微結(jié)構(gòu)及其制備方法，該成膜微結(jié)構(gòu)包括設置在基板上的微支撐結(jié)構(gòu)單元，每個所述微支撐結(jié)構(gòu)單元包括上層材料層上設置的支撐腔結(jié)構(gòu)和下層材料層上設置的與所述支撐腔結(jié)構(gòu)相對應的微井結(jié)構(gòu)，所述支撐腔結(jié)構(gòu)包括孔道結(jié)構(gòu)；所述微井結(jié)構(gòu)包括與所述孔道結(jié)構(gòu)相適配對應設置的成膜腔，和與所述成膜腔連通的流體儲液腔，所述流體儲液腔貫穿所述下層材料層，所述成膜腔和所述流體儲液腔之間開設有至少一條連通通道，進而使本申請的成膜微結(jié)構(gòu)具有能夠在保障成膜穩(wěn)定性的同時，又能夠盡可能的保證微井結(jié)構(gòu)中儲存流體的體積足夠大，以延長單個納米孔的測序時間，大大提升納米孔測序的產(chǎn)出效率的技術效果。

技術研發(fā)人員：王大千,武獻嶺
受保護的技術使用者：北京普譯生物科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/26