阅读说明：本技术 基因测序基板及其制作方法和基因测序芯片 (Gene sequencing substrate, manufacturing method thereof and gene sequencing chip ) 是由 刘震 谷新 郭康 张笑 谭伟 路彦辉 李多辉 周雪原 于 2019-09-19 设计创作，主要内容包括：本申请实施例提供了一种基因测序基板及其制作方法和基因测序芯片。该基因测序基板包括：衬底、位于所述衬底的一面上的金属反射层、位于所述金属反射层远离所述衬底的一面上的功能层、以及多个贯穿所述功能层的微孔,所述微孔作为反应池。本实施例提供的基因测序基板,通过在设置有作为反应池的微孔的下方设置金属反射层,能够提升基因检测芯片的荧光反射率,从而提升基因测序的灵敏性和准确性。(The embodiment of the application provides a gene sequencing substrate, a manufacturing method thereof and a gene sequencing chip. The gene sequencing substrate comprises: the device comprises a substrate, a metal reflecting layer positioned on one surface of the substrate, a functional layer positioned on one surface, far away from the substrate, of the metal reflecting layer, and a plurality of micropores penetrating through the functional layer, wherein the micropores are used as reaction tanks. The gene sequencing substrate provided by the embodiment can improve the fluorescence reflectivity of the gene detection chip by arranging the metal reflecting layer below the micropores which are used as the reaction tank, so that the sensitivity and the accuracy of gene sequencing are improved.)

基因测序基板及其制作方法和基因测序芯片

技术领域

本申请涉及基因测序技术领域，具体而言，本申请涉及一种基因测序基板及其制作方法和基因测序芯片。

背景技术

高通量测序技术(High-ThroughputSequencing)能够一次对几十万到几百万条DNA分子进行序列测定，因此，又被称为下一代测序(Next Generation Sequencing，NGS)。

高通量测序技术的实施，通常是测序平台与基因测序芯片配合使用来完成测序的。现有的基因检测芯片，是利用半导体的曝光显影工艺在硅片上形成纳米阱或微米阱以作为反应池。但硅的反射率通常只有20％～40％，较低的反射率使得待检测物质发出的荧光具有较高的损失率，降低了基因测序的灵敏度和准确度。

发明内容

本申请针对现有方式的缺点，提出一种基因测序基板及其制作方法和基因测序芯片，用以解决现有技术存在的基于硅片的基因测序芯片的荧光反射率较低所引起的基因测序的灵敏度和准确度降低的技术问题。

第一个方面，本申请实施例提供了一种基因测序基板，该基因测序基板包括：衬底；金属反射层，位于所述衬底的一面上；功能层，位于所述金属反射层远离所述衬底的一面上；以及多个贯穿所述功能层的微孔，所述微孔作为反应池。

可选地，所述功能层的材料包括压印胶或无机硅材料。

可选地，所述金属反射层的材料包括铝、银、钼、钛中的一种或组合。

可选地，所述衬底为玻璃衬底或石英衬底。

可选地，该基因测序基板还包括：位于所述金属反射层与所述功能层之间的透明保护层，所述透明保护层的材料包括氧化铟锡和/或氧化铟锌。

第二个方面，本申请实施例提供了一种基因测序芯片，该基因测序芯片包括上述的基因测序基板以及装配在所述微孔内的微珠，所述微珠携带有生物探针。

第三个方面，本申请实施例提供了一种基因测序基板的制作方法，该制作方法包括：

在衬底上形成金属反射层；

在所述金属反射层上形成功能层，并对所述功能层进行图形化处理以形成多个贯穿所述功能层的微孔，所述微孔作为反应池。

可选地，在所述金属反射层上形成功能层，并对所述功能层进行图形化处理以形成多个贯穿所述功能层的微孔，包括：

涂布压印胶，并对所述压印胶进行固化以作为所述功能层；

采用纳米压印工艺对所述压印胶进行处理，以形成贯穿所述功能层的所述微孔。

可选地，对所述功能层进行图形化处理以形成多个贯穿所述功能层的微孔，包括：

在所述金属反射层上沉积无机硅材料层作为所述功能层；

在所述功能层上形成压印胶层；

采用纳米压印工艺形成多个贯穿所述压印胶的通孔，或采用纳米压印工艺在所述压印胶上形成多个凹槽；

以形成多个所述通孔或多个所述凹槽的压印胶作为掩膜对所述无机硅材料层进行刻蚀，以形成多个贯穿所述无机硅材料层的所述微孔；

将所述压印胶去除。

可选地，所述制作方法还包括：在形成所述功能层之前，在所述金属反射层上形成透明保护层，所述透明保护层的材料包括氧化铟锡和/或氧化铟锌。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：

本实施例提供的基因测序基板及其制作方法和基因测序芯片，通过在设置有作为反应池的微孔的下方设置金属反射层，能够提升基因检测芯片的荧光反射率，从而提升基因测序的灵敏性和准确性。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为相关技术中的一种基因测序芯片的结构示意图；

图2为本申请实施例提供一种基因测序基板的结构示意图；

图3本申请实施例提供另一种基因测序基板的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种基因测序芯片结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种基因测序基板的制作方法的流程示意图；

图6为本申请实施例提供的基因测序基板的制作方法中步骤S1的工艺示意图；

图7为本申请实施例提供的基因测序基板的制作方法中步骤S2的工艺示意图；

图8为本申请实施例提供的基因测序基板的制作方法中步骤S2的一种流程示意图；

图9为本申请实施例所提供的基因测序基板的制作方法中步骤S202工艺示意图；

图10为本申请实施例所提供的基因测序基板的制作方法中步骤S2的另一种流程示意图；

图11为本申请实施例所提供的基因测序基板的制作方法中步骤S201′工艺示意图；

图12为本申请实施例所提供的基因测序基板的制作方法中步骤S202′工艺示意图；

图13为本申请实施例所提供的基因测序基板的制作方法中步骤S203′工艺示意图；

图14为本申请实施例所提供的基因测序基板的制作方法中步骤S204′工艺示意图；

图15为本申请实施例所提供的基因测序基板的制作方法中步骤S205′工艺示意图。

附图标记：

1′-硅片；1′0-凹槽；

2-微珠；

1-衬底；

2-金属反射层；

3-功能层；31-微孔；

3a-压印胶；30a-微孔；

3b-无机硅材料层；30b-微孔；

4-透明保护层；

5-压印胶；

M-压印模板。

具体实施方式

下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本申请的发明人考虑到，现有的基因检测芯片，是利用半导体的曝光显影工艺在硅片上形成纳米阱或微米阱以作为反应池，由于硅片的光反射率较低，会降低基因测序的灵敏度和准确度。

具体地，如图1所示，相关技术中的基因检测芯片采用硅片1′作为衬底材料，在硅片1′的一侧形成作为反应池的阱结构10′，携带有生物探针的微珠bead装配在阱结构10′内，当生物探针与具有不同荧光特性的待检测基因结合后，可以发出不同颜色的荧光，通过对荧光进行检测来实现对基因序列的读取。但硅材料的反射率通常只有20％～40％，较低的反射率使得待检测物质发出的荧光具有较高的损失率，降低了基因测序的灵敏度和准确度。

本申请提供的基因测序基板及其制作方法和基因测序芯片，旨在解决现有技术的如上技术问题。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。

本实施例提供了一种基因测序基板，如图2所示，该基因测序基板包括：

衬底1；

金属反射层2，位于衬底1的一面上；

功能层3，位于金属反射层2远离衬底1的一面上；以及

多个贯穿功能层3的作为反应池的微孔30。

本实施例提供的基因测序基板，通过在设置有作为反应池的微孔30的下方设置金属反射层2，能够提升基因检测芯片的荧光反射率，从而提升基因测序的灵敏性和准确性。

具体地，衬底1为玻璃衬底、石英衬底等具有一定刚性衬底，如此才能起到良好的支撑作用。而且玻璃衬底、石英衬底等具有一定刚性的衬底具有较高的平整度，能够保障微珠填充到微孔30(该过程即beadload)时，微珠是平铺为单层而不发生团聚。在此基础上，在后续激光检测时，荧光信号强度图谱才能真实反应测试结果。并且，因为玻璃衬底和石英衬底等能够加工为面积远远大于晶圆(硅材料)的衬底，能够使用现有的液晶显示装置(Liquid Crystal Display，LCD)的生产线，不仅能够省去生产设备的投资成本，而且能够实现规模化生产。

可选地，如图2所示，功能层3的材料为压印胶或无机硅材料。具体地，压印胶可以为热固化压印胶或紫外固化压印胶，采用压印胶作为功能层3的材料，可以采用纳米压印工艺形成微孔30，生产工艺简单，生产成本低，且能够实现规模化生产。无机硅材料可以为硅、氧化硅、氮化硅以及氮氧化硅中的一种或组合，采用无机硅材料作为功能层3的材料，具有良好的生物试剂耐受性，适用性更为广泛。

可选地，如图2所示，金属反射层2的材料包括铝、银、钼、钛中的一种或组合。以金属反射层2为铝膜为例，铝膜的全光谱反射率在75％～90％，显著优于硅片的20％～40％，能够使被检测的荧光强度提升，从而提高了基因测序的灵敏性和准确性。

可选地，微孔30的尺寸为纳米级或微米级，现有的工艺可以将微孔控制在几纳米至几百微米，通常情况下，微孔30的尺寸控制在1nm～100μm之间。具体地，微孔30的尺寸根据需要装配在微孔30内的微珠的尺寸进行设计，例如，illumina公司提供的某种携带有生物探针的微珠的尺寸1微米，因此，适用于该种微珠的基因测序基板上的微孔30的尺寸应设置为1微米。

请参见图3，进一步地，本实施例提供的基因测序基板还包括：位于金属反射层3与功能层3之间的透明保护层4，透明保护层4的材料包括氧化铟锡、氧化铟锌中的一种或多种。透明保护层4对金属反射层2进行保护，以防止注入到微孔30内的试剂、或进入到微孔30内的水氧等对金属反射层3产生腐蚀。同时，也能够进一步提升微孔对生物试剂具有良好的耐受性。

具体地，可以根据金属反射层2的材料以及基因检测芯片应用于何种待检测物，来选择是否设置透明保护层4，例如，金属反射层2的材料为铝，而待检测物的试剂中含有碱性物质，为了避免铝与碱性物质发生反应，需要设置透明保护层4。当金属反射层2不会与待检测物或待检测物的试剂发生反应时，可以不设置透明保护层4。

基于同一发光构思，本实施例提供了一种基因测序芯片，请参见图4，该基因检测芯片包括上述实施例中的基因测序基板以及装配在微孔30内的微珠bead，微珠bead携带有生物探针。由于本实施例提供的基因测序芯片包括上述实施例中的基因测序基板，因此能够实现上述基因测序基板的有益效果，在此不再赘述。

基于同一发光构思，本实施例提供了一种基因测序基板的制作方法，如图5所示，该制作方法包括：

S1：在衬底上形成金属反射层。如图6所示，具体地，在衬底1上沉积铝、铝合金、银、钼、钛等材料中的一种或组合来形成金属反射层2。这些金属形成的薄膜都具有较高的光反射特性，以铝膜为例，铝膜的全光谱反射率在75％～90％，显著优于硅片的20％～40％。

S2：请结合图7和图2，在金属反射层2上形成功能层3，并对功能层3进行图形化处理以形成多个贯穿功能层的微孔30，微孔30作为反应池。

本实施例提供的基因测序基板，通过在设置有作为反应池的微孔30的下方设置金属反射层2，能够提升基因检测芯片的荧光反射率，从而提升基因测序的灵敏性和准确性。

具体地，衬底1为玻璃衬底、石英衬底等具有一定刚性衬底，如此才能起到良好的支撑作用。而且玻璃衬底、石英衬底等具有一定刚性的衬底具有较高的平整度，能够保障微珠填充到微孔30(该过程即beadload)时，微珠是平铺为单层而不发生团聚。在此基础上，在后续激光检测时，荧光信号强度图谱才能真实反应测试结果。并且，因为玻璃衬底和石英衬底等能够加工为面积远远大于晶圆(硅材料)的衬底，能够使用现有的液晶显示装置(Liquid Crystal Display，LCD)的生产线，不仅能够省去生产设备的投资成本，而且能够实现规模化生产。

可选地，请结合图8和图9，本实施例提供的基因测序芯片的制作方法中，步骤S2包括：

S201：在金属反射层2涂布压印胶3a，并对压印胶3a进行固化以作为功能层。具体地，可以根据压印胶3a的类型，选择热固化工艺或紫外固化工艺对压印胶3a进行固化。

S202：采用纳米压印工艺对压印胶3a进行图形化处理，以形成贯穿压印胶3a的微孔30a。具体地，纳米压印工艺是采用预制的压抑模板M在压印胶3a上进行压印，之后将压印模板M与压印胶3a分离，即可形成上述的微孔30a。

本实施例提供的基因测序基板的制作方法，以压印胶3a作为功能层的材料，通过纳米压印技术能够在压印胶3a上形成微孔30a，该制作方法工艺简单，能够现在降低成本，并且适宜规模化生产。

可选地，请参见图10，根本实施例提供的基因测序基板的制作方法中，步骤S2包括：

S201′：如图11所示，在金属反射层2上沉积无机硅材料层3b作为功能层。具体地，可以在金属反射层2上沉积硅、氧化硅、氮化硅以及氮氧化硅等材料中的一种或组合以形成无机硅材料层3b。

S202′：如图12所示，在无机硅材料层3b上涂布压印胶5，并对压印胶5进行固化。具体地，可以根据压印胶5的类型，选择热固化工艺或紫外固化工艺对压印胶5进行固化。

S203′：如图13所示，采用纳米压印工艺在压印胶上形成多个凹槽50。当然，也可以采用纳米压印工艺形成多个贯穿压印胶5的通孔。

S204′：如图14所示，以形成多个凹槽50或多个通孔的压印胶5作为掩膜无机硅材料层3b进行干法刻蚀，以形成多个贯穿无机硅材料层3b的微孔30b。具体地，可以根据无机硅材料层3b的具有材料以及无机硅材料层3b的厚度选择干法刻蚀的工艺参数。

S205′：如图15所示，将压印胶5去除。

本实施例提供的基因测序基板的制作方法，采用无机硅材料来制作用于形成微孔的功能层，使得形成的微孔30b对生物试剂具有良好的耐受性，能够适应于更广泛的待检测物，并且以纳米压印工艺处理后的压印胶作为掩膜，工艺较为简单，能够现在降低成本，并且适宜规模化生产。

可选地，请结合图3，本实施例提供的基因测序基板的制作方法还包括：在形成功能层3之前，在金属反射层2上形成透明保护层4，透明保护层4的材料包括氧化铟锡和/或氧化铟锌。具体地，可以在金属反射层2上沉积氧化铟锡和/或氧化铟锌材料以形成透明保护层4。透明保护层4对金属反射层2进行保护，以防止注入到微孔内的试剂、或进入到微孔内的水氧等对金属反射层产生腐蚀。同时，也能够进一步提升微孔对生物试剂具有良好的耐受性。

应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：

本实施例提供的基因测序基板及其制作方法和基因测序芯片，通过在设置有作为反应池的微孔的下方设置金属反射层，能够提升基因检测芯片的荧光反射率，从而提升基因测序的灵敏性和准确性。

本技术领域技术人员可以理解，本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本申请中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本申请中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

应该理解的是，虽然附图的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，附图的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。