[发明专利]带微流道的固态纳米孔阵列芯片及其制备方法

说明书

本发明提供一种带微流道的固态纳米孔阵列芯片及其制备方法，该阵列芯片由下至上依次包括：硅基片、第一电介质层、第二电介质层及若干电极；硅基片中形成有贯穿其的空腔；第一电介质层中形成有若干个贯穿其的纳米孔；第二电介质层中形成有若干个贯穿其的微流腔及微流道，每个微流腔均对应一个纳米孔，每个微流腔与两个微流道连通；若干个电极对应设置于若干个微流腔的上面且形成于第二电介质层的表面，每个电极裸露出部分与其对应的微流腔；空腔显露若干个纳米孔。该阵列芯片可直接实现纳米孔、微流腔及微流道的单片自适配集成，有效降低制备成本，同时减小芯片的体积，提高对准误差；再者，基于现有成熟的硅微加工工艺，工艺波动小且可控。

技术领域

本发明属于微纳医疗检测应用技术领域，特别是涉及一种带微流道的固态纳米孔阵列芯片及其制备方法。

背景技术

人类基因的碱基序列蕴含着个体生老病死的全部遗传信息。通过基因测序技术实现人类遗传密码的精准破译是21世纪生命科学的重点研究方向之一。作为第三代测序技术的主要方法之一，纳米孔测序技术具有高通量、低成本、免标记、无需扩征、读取长度长等特点，被认为是最有希望实现低成本的下一代人类基因检测技术。

纳米孔测序的基本原理是：两个电解液室被绝缘膜分隔开，形成顺式和反式隔室，绝缘膜上只有一个纳米级的孔连通两腔室。当向电解液室施加电压时，溶液中的电解质离子通过电泳移动并穿过纳米孔，形成稳态离子电流，当尺寸略小于孔径的颗粒穿过孔时，流过纳米孔的电流将被阻塞，从而中断电流信号，随后恢复原有信号。将带电生物分子(离子、DNA、RNA、肽、蛋白质、药物、聚合物大分子等)样品添加到一个电解液隔室中会导致生物分子从纳米孔中进入和离开，这会在离子电流信号中产生一系列阻塞电流信号，这些阻塞电流幅度和持续时间传达了样品的许多特性，包括生物分子的大小、浓度和结构。

基于生物纳米孔存在寿命短、对环境敏感、孔径固定等问题，而固态纳米孔具有可加工性、装置的鲁棒性、纳米孔尺寸的灵活性以及半导体工艺的兼容性，因此受到人们的广泛关注。

在纳米孔测序芯片中，每个纳米孔都与一个特定的微流腔或微流道对应，用于DNA的转运与测序过程的实现，而目前整个纳米孔测序芯片的制备成本较高、体积较大，同时产品的良率也较低。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种带微流道的固态纳米孔阵列芯片及其制备方法，用于解决现有技术中固态纳米孔测序芯片的制备成本高、芯片体积大、产品良率低等的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种带微流道的固态纳米孔阵列芯片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

提供固态纳米孔阵列基片，所述固态纳米孔阵列基片包括硅基片及形成于所述硅基片上的第一电介质层，所述第一电介质层中形成有若干个贯穿所述第一电介质层的纳米孔；

于所述第一电介质层上沉积第二电介质层；

通过光刻及刻蚀工艺，于所述第二电介质层中形成若干个贯穿所述第二电介质层的微流腔及微流道，其中，每个所述微流腔均对应一个所述纳米孔，且每个所述微流腔与两个所述微流道连通；

于若干个所述微流腔及微流道中填充满金属，形成若干个金属层；

于所述第二电介质层上形成若干个电极，其中若干个所述电极对应形成于若干个所述金属层的上方，且每个所述电极裸露出部分与其对应的所述金属层；

湿法去除所述金属层；

刻蚀所述硅基片的背面，形成贯穿所述硅基片的空腔，且所述空腔显露若干个所述纳米孔。

可选地，刻蚀所述硅基片的背面形成一个所述空腔，且该一个空腔显露若干个所述纳米孔；或刻蚀所述硅基片的背面形成若干个所述空腔，且每个所述空腔均对应显露一个所述纳米孔。