本發(fā)明屬于芯片制造，具體涉及一種具有雙層孔結(jié)構(gòu)的寡核苷酸合成芯片及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、寡核苷酸合成在信息存儲、藥物制備和分子篩選等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。噴墨打印是當(dāng)前常用的寡核苷酸合成方法，其通過將不同堿基試劑依次添加到合成芯片的物理或化學(xué)結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)寡核苷酸的序列控制。該方法具有高通量、低成本、合成速度快等優(yōu)勢，近年來受到了廣泛關(guān)注。

2、制備合成芯片是其中的關(guān)鍵步驟。目前，噴墨打印所使用的合成芯片主要分為兩類。其一是通過光刻等技術(shù)制成的物理微結(jié)構(gòu)陣列芯片。這些微結(jié)構(gòu)間由物理結(jié)構(gòu)隔開，反應(yīng)時，噴墨打印依次將不同堿基加入不同的微結(jié)構(gòu)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)多組堿基序列的合成。另一類則是利用親疏水圖案制備的化學(xué)圖案陣列基底。這種芯片能夠?qū)娔蛴〕龅膲A基墨滴被限制在親水區(qū)域，而不同反應(yīng)位點(diǎn)則被疏水區(qū)域隔開，可同時完成多組堿基序列合成。然而這些芯片使用的材質(zhì)多為硅、石英和玻璃等無機(jī)材料，制備中涉及光刻等加工過程，制得的芯片存在成本高、工藝復(fù)雜等問題。這些問題大大限制了寡核苷酸合成技術(shù)的發(fā)展，因此探索一種簡易制備低成本寡核苷酸合成芯片的方法具有十分重要的意義與應(yīng)用價值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種具有雙層孔結(jié)構(gòu)的寡核苷酸合成芯片，所述芯片包括具有相同或不同材料的上層結(jié)構(gòu)和下層結(jié)構(gòu)，所述上層結(jié)構(gòu)的表面具有一級孔形狀的微結(jié)構(gòu)陣列，所述下層結(jié)構(gòu)的表面具有規(guī)則或不規(guī)則的二級孔形狀的微孔結(jié)構(gòu)。

2、在本發(fā)明一個實(shí)施方式中，所述寡核苷酸合成芯片的厚度為0.1～10mm，優(yōu)選為0.3～5mm，進(jìn)一步優(yōu)選為0.5～3mm，例如，0.5mm，1.0mm，1.5mm，2.0mm，2.5mm，3.0mm。

3、優(yōu)選地，所述上層結(jié)構(gòu)的厚度為0.09～9.99mm，優(yōu)選為0.5～3mm，例如，1mm，2mm，3mm。

4、優(yōu)選地，所述下層結(jié)構(gòu)的厚度為0.01～9.91mm，優(yōu)選為0.05～2mm，例如，0.05mm，0.2mm。

5、在本發(fā)明一個實(shí)施方式中，所述上層結(jié)構(gòu)和下層結(jié)構(gòu)通過粘結(jié)、熱壓或擴(kuò)散焊接的方式得到。

6、在本發(fā)明一個實(shí)施方式中，所述上層結(jié)構(gòu)和下層結(jié)構(gòu)的材質(zhì)選自不銹鋼、銅、鈦、硅、石英、玻璃、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、尼龍、聚四氟乙烯、聚噻吩、聚砜、聚甲醛、聚醚砜、聚苯硫醚和聚醚醚酮中的一種或多種。

7、優(yōu)選地，所述上層結(jié)構(gòu)中的一級孔結(jié)構(gòu)為圓形、正方形、長方形、菱形、三角形、梯形或者具有圖案化的圓柱形或錐形通孔結(jié)構(gòu)。

8、優(yōu)選地，所述微結(jié)構(gòu)陣列中微結(jié)構(gòu)為圓形，直徑為0.01～5mm；

9、或者，所述微結(jié)構(gòu)陣列中微結(jié)構(gòu)為正方形，所述正方形的邊長為0.01～5mm；

10、或者，所述微結(jié)構(gòu)陣列中微結(jié)構(gòu)為菱形，所述菱形長的對角線的長度為0.01～5mm；

11、或者，所述微結(jié)構(gòu)陣列中微結(jié)構(gòu)為三角形，所述三角形的長的高線的長度為0.01～5mm；

12、或者，所述微結(jié)構(gòu)陣列中微結(jié)構(gòu)為梯形，所述梯形長的高線的長度為0.01～5mm。

13、優(yōu)選為0.02～3mm，進(jìn)一步優(yōu)選為0.05～1mm，例如，0.05mm，1mm。

14、孔結(jié)構(gòu)陣列沒有具體限定，可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇。示例性地，所述上層結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)陣列為規(guī)整的矩形微點(diǎn)陣和/或圓形微點(diǎn)陣。

15、優(yōu)選地，所述微結(jié)構(gòu)陣列分布為橫向10～1000000個微點(diǎn)，縱向10～1000000個微點(diǎn)，例如，微結(jié)構(gòu)陣列分布為10×10、10×1000000、1000000×10、1000000×1000000。

16、優(yōu)選地，在所述矩形微結(jié)構(gòu)陣列或圓形微結(jié)構(gòu)陣列中，彼此相鄰的兩個所述微點(diǎn)的中心間距為0.01～10mm。

17、示例性地，所述微結(jié)構(gòu)陣列也可以為不規(guī)則形狀或者是具有特定形貌的圖案化，可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)和設(shè)計。需要說明的是，在本發(fā)明中，如果所述微結(jié)構(gòu)陣列中微點(diǎn)為圓形點(diǎn)陣，則“所述微結(jié)構(gòu)陣列中微點(diǎn)的直徑”指的是圓形點(diǎn)的直徑；如果所述微結(jié)構(gòu)陣列中微點(diǎn)為矩形點(diǎn)陣，則“所述微結(jié)構(gòu)陣列中微點(diǎn)的直徑”指的是矩形的長邊的長度，而矩形的短邊(矩形的寬)的長度沒有具體限定，可以為大于0且小于矩形的長邊的長度。

18、優(yōu)選地，所述下層結(jié)構(gòu)的微孔結(jié)構(gòu)為不規(guī)則的海綿狀孔結(jié)構(gòu)或者規(guī)則的通孔結(jié)構(gòu)。

19、優(yōu)選地，所述規(guī)則或不規(guī)則的微孔結(jié)構(gòu)中孔的尺寸范圍為0.01～100μm。優(yōu)選為2～10μm，例如，2μm，3μm，4μm，5μm，6μm，7μm，8μm，9μm，10μm。

20、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種具有雙層孔結(jié)構(gòu)的寡核苷酸合成芯片的制備方法，所述方法包括：

21、1)設(shè)置上層結(jié)構(gòu)和下層結(jié)構(gòu)，并在所述上層結(jié)構(gòu)上加工出具有一級孔的微結(jié)構(gòu)陣列；所述上層結(jié)構(gòu)和下層結(jié)構(gòu)的材料相同或不同；

22、2)在所述下層結(jié)構(gòu)上加工出具有二級孔的微孔結(jié)構(gòu)；

23、3)將尺寸相同大小的上層結(jié)構(gòu)與下層結(jié)構(gòu)重疊放置，并通過物理或化學(xué)的方法將所述上層結(jié)構(gòu)與下層結(jié)構(gòu)連接起來，形成具有雙層孔結(jié)構(gòu)的寡核苷酸合成芯片。

24、在本發(fā)明一個實(shí)施方式中，所述上層結(jié)構(gòu)中的孔結(jié)構(gòu)由化學(xué)刻蝕、光刻、激光加工、熱壓或注塑方法加工形成；所述下層結(jié)構(gòu)的微孔結(jié)構(gòu)由靜電紡絲、相轉(zhuǎn)化、發(fā)泡或腐蝕方法制得。

25、在本發(fā)明一個實(shí)施方式中，所述上層結(jié)構(gòu)和下層結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為不銹鋼片材，均采用激光加工的方式制備，激光功率為0.1w，切割速度為50mm/s，開啟激光在不銹鋼片上加工出圓形通孔陣列，孔直徑為0.05mm，中心距為0.05mm。

26、在本發(fā)明一個實(shí)施方式中，采用擴(kuò)散焊接的方式制備寡核苷酸合成芯片：將上層結(jié)構(gòu)和下層結(jié)構(gòu)的片材疊放，置于真空擴(kuò)散焊接裝置中，溫度為1100℃，壓力為10mpa，真空度為0.01pa，擴(kuò)散焊接時間為10分鐘。

27、在本發(fā)明一個實(shí)施方式中，上層結(jié)構(gòu)與下層結(jié)構(gòu)的材料均為聚合物材料，例如聚乙烯材料；所述上層結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)陣列由注塑得到，下層孔結(jié)構(gòu)由相分離制得。

28、本發(fā)明的有益效果：

29、本發(fā)明提供的具有雙層孔結(jié)構(gòu)的寡核苷酸合成芯片，力學(xué)性能好，耐有機(jī)溶劑和酸堿腐蝕。并且本發(fā)明中的芯片采用粘結(jié)劑粘結(jié)、熱壓或擴(kuò)散焊接制備，與傳統(tǒng)光刻工藝相比，具有制造過程簡單、成本低等優(yōu)勢。

技術(shù)特征：

1.一種具有雙層孔結(jié)構(gòu)的寡核苷酸合成芯片，其特征在于，所述芯片包括具有相同或不同材料的上層結(jié)構(gòu)和下層結(jié)構(gòu)，所述上層結(jié)構(gòu)的表面具有一級孔形狀的微結(jié)構(gòu)陣列，所述下層結(jié)構(gòu)的表面具有規(guī)則或不規(guī)則的二級孔形狀的微孔結(jié)構(gòu)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寡核苷酸合成芯片，其特征在于，所述寡核苷酸合成芯片的厚度為0.1～10mm，優(yōu)選為0.3～5mm，進(jìn)一步優(yōu)選為0.5～3mm，例如，0.5mm，1.0mm，1.5mm，2.0mm，2.5mm，3.0mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寡核苷酸合成芯片，其特征在于，所述上層結(jié)構(gòu)和下層結(jié)構(gòu)通過粘結(jié)、熱壓或擴(kuò)散焊接的方式得到。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寡核苷酸合成芯片，其特征在于，所述上層結(jié)構(gòu)中的一級孔結(jié)構(gòu)為圓形、正方形、長方形、菱形、三角形、梯形或者具有圖案化的圓柱形或錐形通孔結(jié)構(gòu)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寡核苷酸合成芯片，其特征在于，所述微結(jié)構(gòu)陣列中微結(jié)構(gòu)為圓形，直徑為0.01～5mm；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寡核苷酸合成芯片，其特征在于，所述上層結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)陣列為規(guī)整的矩形微點(diǎn)陣和/或圓形微點(diǎn)陣。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的寡核苷酸合成芯片，其特征在于，在所述矩形微結(jié)構(gòu)陣列或圓形微結(jié)構(gòu)陣列中，彼此相鄰的兩個所述微點(diǎn)的中心間距為0.01～10mm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寡核苷酸合成芯片，其特征在于，所述下層結(jié)構(gòu)的微孔結(jié)構(gòu)為不規(guī)則的海綿狀孔結(jié)構(gòu)或者規(guī)則的通孔結(jié)構(gòu)。

9.一種制備權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述具有雙層孔結(jié)構(gòu)的寡核苷酸合成芯片的方法，其特征在于，所述方法包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述上層結(jié)構(gòu)中的孔結(jié)構(gòu)由化學(xué)刻蝕、光刻、激光加工、熱壓或注塑方法加工形成；所述下層結(jié)構(gòu)的微孔結(jié)構(gòu)由靜電紡絲、相轉(zhuǎn)化、發(fā)泡或腐蝕方法制得。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種具有雙層孔結(jié)構(gòu)的寡核苷酸合成芯片及其制備方法，所述芯片包括具有相同或不同材料的上層和下層，所述上層的表面具有孔形狀規(guī)則的微結(jié)構(gòu)陣列，所述下層的表面具有規(guī)則或不規(guī)則的微孔結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的具有雙層孔結(jié)構(gòu)的寡核苷酸合成芯片，力學(xué)性能好，耐有機(jī)溶劑和酸堿腐蝕。并且本發(fā)明中的芯片采用粘結(jié)劑粘結(jié)、熱壓或擴(kuò)散焊接制備，與傳統(tǒng)光刻工藝相比，具有制造過程簡單、成本低等優(yōu)勢。

技術(shù)研發(fā)人員：李安,李會增,李凱旋,鄧梟,賈志梅,宋延林
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院化學(xué)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/12