本發(fā)明涉及一種用于檢測(cè)生物分子的芯片及其制造方法。

背景技術(shù)：

目前，分子檢測(cè)及鑒定技術(shù)已經(jīng)成為臨床醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)領(lǐng)域未來發(fā)展的主要方向。一直以來，大量和多樣性的生物樣品需要較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行處理和分析。快速和高通量的生物芯片技術(shù)可以極大地提高傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)鑒定的效率。如今，生物分子檢測(cè)的裝置(如，“生物芯片”)已經(jīng)傾向于小型化和高集成化。這樣的生物芯片一般由玻片為底物，待測(cè)樣品的探針通常以陣列或微陣列(Microarray)形式被固定在玻片上(稱為Capture Probe，抓取探針)，待測(cè)樣品液中的樣品分子(稱為Target Molecule，目的分子)會(huì)與玻片上的抓取探針進(jìn)行特異性結(jié)合來(核酸類分子之間的特異性結(jié)合叫做Hybridization，雜交)。其中，玻片上的光學(xué)信號(hào)通常來自于標(biāo)記在樣品分子或者探針分子上的光敏分子。最后，玻片通過光學(xué)成像來表現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果。

然而，固定在底物上的抓取探針只能與非?？拷臉悠贩肿咏Y(jié)合，而樣品液中的樣品分子只能靠自由擴(kuò)散來到抓取探針附近，因此，玻片檢測(cè)的過程往往需要數(shù)小時(shí)的時(shí)間。為了提升Target分子與抓取探針結(jié)合效率，需要提供主動(dòng)運(yùn)輸?shù)臋C(jī)制來提高Target分子在抓取分子附近的濃度，以增加發(fā)生結(jié)合的機(jī)會(huì)。

其中，電動(dòng)力學(xué)(Electrokinetics，EK)裝置具備高度集成化、可控化，以及無需機(jī)械外力等優(yōu)點(diǎn)，已被眾多研究機(jī)構(gòu)采用并應(yīng)用在操控流體和微顆粒等領(lǐng)域。目前，電動(dòng)力學(xué)操控技術(shù)中存在一些限制。比如，在直流(DC)電場(chǎng)下，同電性的微粒只能夠向單一的方向運(yùn)動(dòng)(如，電泳，Electrophoresis，EP)，但對(duì)于具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和電荷條件的生物分子，直流電場(chǎng)則難以進(jìn)行有效的處理和操控。此外，直流電場(chǎng)下對(duì)金屬電極的腐蝕和消耗也是長(zhǎng)期存在的問題。另一方面，在交流(AC)電場(chǎng)下，可以產(chǎn)生介電泳(Dielectrophoresis，DEP)和電流體力學(xué)(Electrohydrodynamics，EHD)等現(xiàn)象。DEP可在再短距離內(nèi)操控復(fù)雜的微?；蚍肿?，包括DNA、蛋白質(zhì)等生物分子；EHD包括可以長(zhǎng)距離驅(qū)動(dòng)流體的電滲(Electroosmosis，EO)和電熱(Electrothermosis，ET)流。然而目前并沒有一個(gè)電動(dòng)力學(xué)原理的裝置，可以結(jié)合DEP和EHD的優(yōu)勢(shì)，以提升生物芯片的檢測(cè)效率。

終上所述，本發(fā)明提出一種全新的生物芯片結(jié)構(gòu)，以達(dá)到利用多種電動(dòng)力效應(yīng)以提升生物化學(xué)反應(yīng)效率的目的，以及制造該生物芯片的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明，提供了用于生物分子檢測(cè)或測(cè)序的生物芯片，所述生物芯片包含：

基礎(chǔ)構(gòu)件；

兩個(gè)或多個(gè)電極，所述電極沉積在基礎(chǔ)構(gòu)件上；和

電介質(zhì)層，所述電介質(zhì)層沉積在電極和基礎(chǔ)構(gòu)件上以將每條電極絕緣，并具有一個(gè)或多個(gè)微井結(jié)構(gòu)，該微井排布在電極上方；

其中，上述的具有一個(gè)或多個(gè)微井結(jié)構(gòu)電介質(zhì)層構(gòu)成連續(xù)的操作表面，用于生物分子檢測(cè)或測(cè)序，通過上述電極施加的電場(chǎng)在微井附近產(chǎn)生電場(chǎng)梯度，將待測(cè)生物分子牽引朝向操作表面上的優(yōu)選區(qū)域。

優(yōu)選地，該兩個(gè)或多個(gè)電極中至少有一個(gè)電極上方的電介質(zhì)層具有微井結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述排布在電極上方的微井結(jié)構(gòu)形成微井區(qū)域，所述優(yōu)選區(qū)域包括所述微井區(qū)域。

優(yōu)選地，該微井結(jié)構(gòu)的寬度小于電極的寬度。

優(yōu)選地，該微井結(jié)構(gòu)為圓形微井結(jié)構(gòu)，所述微井結(jié)構(gòu)的寬度為圓形微井結(jié)構(gòu)的直徑。

優(yōu)選地，該微井結(jié)構(gòu)的深度不大于電介質(zhì)層的厚度。

優(yōu)選地，該電極的寬度為是10nm-1mm。

優(yōu)選地，該電介質(zhì)層的厚度為是1nm-1mm。

優(yōu)選地，所述電介質(zhì)層的材料選自包含氧化硅、氮化硅、氧化鋁、氧化鈦和氮化鈦的組中一種或多種材料。

優(yōu)選地，所述電極的材料選自包含鋁、銅、金、鉑金、和銀的組中的一種或多種導(dǎo)電材料。

優(yōu)選地，所述基礎(chǔ)構(gòu)件的材料選自包含硅、熱氧化硅、固體聚合物的組中的一種或多種基底材料。

優(yōu)選地，所述兩個(gè)或多個(gè)電極之間具有一個(gè)或多陷入結(jié)構(gòu)分隔所述兩個(gè)或多個(gè)電極。

優(yōu)選地，所述電介質(zhì)層沉積在一個(gè)或多陷入結(jié)構(gòu)上以將之填充。

優(yōu)選地，所述優(yōu)選區(qū)域固定有抓取探針。

在本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造生物芯的方法，該方法包括以下操作：

a)提供一個(gè)基礎(chǔ)構(gòu)件，

b)提供一個(gè)由所述基礎(chǔ)構(gòu)件形成的上表面；

c)在所述上表面進(jìn)行蝕刻以形成一個(gè)或多個(gè)微井結(jié)構(gòu)；

d)在所述上表面沉積上層；

其中，在所述上表面形成的所述一個(gè)或多個(gè)微井結(jié)構(gòu)限定上表面的輪廓，所述上層承接所述上表面的輪廓，以形成帶輪廓的操作表面。

有利地，所述基礎(chǔ)構(gòu)件包含一金屬層。

有利地，所述基礎(chǔ)構(gòu)件包含一金屬層和金屬層上的第一電介質(zhì)層。

有利地，所述上層包含一電介質(zhì)層。

有利地，上層包含一金屬層。

有利地，還包括在所述金屬層進(jìn)行蝕刻以形成一個(gè)或多個(gè)陷入結(jié)構(gòu)由此形成兩個(gè)或多個(gè)電極。

有利地，還包括在所述金屬層上沉積一電介質(zhì)層掩蓋在金屬層上的所述一個(gè)或多個(gè)一個(gè)或多個(gè)陷入結(jié)構(gòu)。

有利地，還包括在所述微井結(jié)構(gòu)固定抓取探針。

附圖簡(jiǎn)述

圖1A為本發(fā)明之生物芯片的實(shí)施方式1的立體結(jié)構(gòu)圖；

圖1B為圖1A中的生物芯片局部的沿線A-A的橫截面結(jié)構(gòu)圖；

圖2為在圖1A中的生物芯片上固定的抓取探針DNA示意圖；

圖3為圖1A中的生物芯片的兩個(gè)電極產(chǎn)生EK效果的示意圖，其中包括實(shí)施例二中涉及到的遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)的兩種運(yùn)輸作用；

圖4A-4D為在圖1A的生物芯片中微井結(jié)構(gòu)的EK操作原理示意圖，其中均顯示了實(shí)施例二中涉及到的主流場(chǎng)和輔助流場(chǎng)的方向。具體地，圖4A顯示沒有通過電極施加電場(chǎng)的效果，圖4B顯示施加低頻AC電場(chǎng)，圖4C顯示施加中頻AC電場(chǎng)，圖4D顯示施加高頻AC電場(chǎng)，；

圖5為在被動(dòng)擴(kuò)散和電動(dòng)力學(xué)增強(qiáng)輸送作用下，目標(biāo)分子和抓取探針結(jié)合效果的比較示意圖；

圖6為圖1A中的生物芯片的制造方法的實(shí)施方式1的示意圖；

圖7A為圖1A中的生物芯片的制造方法的實(shí)施方式2的示意圖

圖7B為圖1A中的生物芯片的制造方法的實(shí)施方式3的示意圖；

圖7C為圖1A中的生物芯片的制造方法的實(shí)施方式4的示意圖；

圖8為圖1A的生物芯片的操控條件的模擬圖。

圖8A為圖8的模擬圖。其中包括電場(chǎng)強(qiáng)度分布和電場(chǎng)梯度方向的模擬結(jié)果，灰度差異表示電場(chǎng)強(qiáng)度的分布，箭頭顯示的電場(chǎng)梯度的方向。模擬條件為20V，1kHz，水相媒介電導(dǎo)率5.5uS/m，相對(duì)介電常數(shù)78；

圖8B為圖8A中的微井區(qū)域，其中，灰度差異表示電場(chǎng)強(qiáng)度的分布，箭頭顯示的電場(chǎng)梯度的方向；

圖8C為圖8A中的電極間隙區(qū)域，其中，灰度差異表示電場(chǎng)強(qiáng)度的分布，箭頭顯示的電場(chǎng)梯度的方向；

圖8D為圖8B區(qū)域在10kHz中頻的AC電場(chǎng)下的作用效果；

圖8E為圖8C區(qū)域在10kHz中頻的AC電場(chǎng)下的作用效果；

圖8F為圖8B區(qū)域在1MHz高頻的AC電場(chǎng)下的作用效果；

圖8G為圖8C區(qū)域在1MHz高頻的AC電場(chǎng)下的作用效果；

圖8H為圖8B區(qū)域在1S/m高電導(dǎo)率的水相媒介中，1kHz低頻下的作用效果；

圖8I為圖8C區(qū)域在1S/m高電導(dǎo)率的水相媒介中，1kHz低頻下的作用效果；

圖8J為圖8B區(qū)域在1S/m高電導(dǎo)率的水相媒介中，1MHz高頻下的作用效果；

圖8K為圖8C區(qū)域在1S/m高電導(dǎo)率的水相媒介中，1MHz高頻下的作用效果；

圖9A為圖1A中的生物芯片的AC電場(chǎng)連接方式示意圖；

圖9B為圖9A中的生物芯片在不同頻率下，操控二氧化硅小球形成的不同排布圖案；

圖10A和圖10B為圖1中的生物芯片的雜交實(shí)驗(yàn)效果。其中，圖中顯示區(qū)域?yàn)?x4的微井陣列，不同的抓取探針均固定在獨(dú)立的微井內(nèi)，目標(biāo)為Cy3熒光標(biāo)記的人工序列DNA片段，圖10A為電動(dòng)力學(xué)增強(qiáng)作用下的雜交結(jié)果，圖10B為被動(dòng)雜交結(jié)果；

圖11A和圖11B為圖10區(qū)域內(nèi)的抓取探針陣列排布圖，其中圖11A為抓取探針的編號(hào)，圖11B為其相對(duì)應(yīng)的意義；和

圖12為圖10的實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)化結(jié)果的比較圖。

具體實(shí)施方式

首先，對(duì)本發(fā)明中的生物芯片的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。

參考附圖的圖1A和1B為本發(fā)明的生物芯片100的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式。本發(fā)明的生物芯片100用于生物分子檢測(cè)或測(cè)序。所述生物芯片基本包含基礎(chǔ)構(gòu)件104，兩個(gè)或多個(gè)電極103和電介質(zhì)層102。所述電極103沉積在基礎(chǔ)構(gòu)件104上。所述電介質(zhì)層102沉積在電極和基礎(chǔ)構(gòu)件104以將每條電極103絕緣。所述電介質(zhì)層102并具有一個(gè)或多個(gè)微井結(jié)構(gòu)101，該微井排結(jié)構(gòu)101布在電極103上方。上述的具有一個(gè)或多個(gè)微井結(jié)構(gòu)101電介質(zhì)層102構(gòu)成連續(xù)的操作表面102A。通過上述電極103施加的電場(chǎng)在微井結(jié)構(gòu)101附近產(chǎn)生電場(chǎng)梯度，將待測(cè)生物分子牽引朝向操作表面102A上的優(yōu)選區(qū)域，用于生物分子檢測(cè)或測(cè)序。

在基礎(chǔ)構(gòu)建104上，電極103以平行方式排列。電極103與電極103之間有陷入結(jié)構(gòu)來形成電極間隙106并由所述電介質(zhì)層102進(jìn)行絕緣。電極103的上方也是由電介質(zhì)層102進(jìn)行絕緣的。并且在至少一條電極103的上方的電介質(zhì)層102上具有一個(gè)或多個(gè)微井結(jié)構(gòu)101。電極邊緣105、上述微井結(jié)構(gòu)101、和電極間隙106使得電介質(zhì)層102形成一個(gè)具有輪廓的操作表面102A?；A(chǔ)構(gòu)建104可被視為包括電極103。排布在電極103上方的微井結(jié)構(gòu)101形成微井區(qū)域。如圖2所示，帶輪廓的操作表面102A上的優(yōu)選區(qū)域?yàn)槲⒕畢^(qū)域101。抓取探針107的可被固定在優(yōu)選區(qū)域內(nèi)(微井結(jié)構(gòu)101內(nèi))而且采用常規(guī)方式被固定。

如圖1B所示，生物芯片100中具有以下尺寸：微井結(jié)構(gòu)101的深度(A)約為100nm、微井結(jié)構(gòu)101的寬度(B)約為80um、電介質(zhì)層102的厚度(C)約為300nm和電極103的寬度(D)約為140um。為了確保電極103可以被電介質(zhì)層102完全絕緣，杜絕電化學(xué)反應(yīng)，微井結(jié)構(gòu)101的深度(A)一般不超過電介質(zhì)層102的厚度(B)。該電介質(zhì)層102的厚度(B)為1nm-1mm。另一方面，微井結(jié)構(gòu)101的寬度(B)一般不超過電極103的寬度(D)。電極103的寬度(D)為10nm-1mm。微井結(jié)構(gòu)101為圓形微井結(jié)構(gòu)101。所述微井結(jié)構(gòu)101的寬度為圓形微井結(jié)構(gòu)101的直徑。

所述電介質(zhì)層102的電介質(zhì)層的材料選自包含氧化硅、氮化硅、氧化鋁和氧化鈦的組中一種或多種材料。

所述電極103的材料選自包含鋁、銅、金、鉑金、和銀的組中的一種或多種導(dǎo)電材料。

所述基礎(chǔ)構(gòu)件104的材料選自包含硅、熱氧化硅、固體聚合物的組中的一種或多種基底材料。

以下，對(duì)本發(fā)明中的生物芯片的操作和原理進(jìn)行說明。

如圖3所示，在使用時(shí)，樣品會(huì)以水溶液的形式覆蓋生物芯片100的操作表面102A，其輪廓所產(chǎn)生的電動(dòng)力效應(yīng)包括遠(yuǎn)場(chǎng)EK運(yùn)輸效應(yīng)108和近場(chǎng)運(yùn)輸效應(yīng)109。其中，遠(yuǎn)場(chǎng)EK運(yùn)輸效應(yīng)108主要包括電熱ET效應(yīng)，其作用在于大范圍地?cái)_動(dòng)流體(體相流體)，使得流體內(nèi)部的目標(biāo)(Target)或還包括其它微粒隨著流體而從較遠(yuǎn)距離快速地移動(dòng)，并循環(huán)。近場(chǎng)EK運(yùn)輸效應(yīng)109主要包括介電泳DEP和電滲EO效應(yīng)。DEP作用在目標(biāo)和其它微粒上，將極化程度polarizability較高的微粒拉向電場(chǎng)梯度較高的區(qū)域，而將極化程度較低的微粒推向電場(chǎng)梯度較低的區(qū)域。其中微粒的極化程度亦可由電場(chǎng)頻率和溶液條件的變化來改變，即DEP力的方向會(huì)隨電場(chǎng)頻率和溶液條件改變。EO流為作用在固體表面的流體場(chǎng)，其主要效果在于帶動(dòng)操作表面102A上的流體進(jìn)行切向的流動(dòng)，并適用于集中臨近操作表面102A的微粒。遠(yuǎn)離芯片表面的目標(biāo)可以由ET流運(yùn)輸?shù)讲僮鞅砻?02A附近，并且在DEP與EO的共同作用下，在操作表面102A的特定區(qū)域內(nèi)(如優(yōu)選區(qū)域)，目標(biāo)集中效果會(huì)更加顯著。

以條狀電極為例，如圖4A-4D為電動(dòng)力效應(yīng)的俯視圖。其中，主流場(chǎng)108A的方向與電極103垂直，局部流場(chǎng)109A的方向則延微井結(jié)構(gòu)101輪廓的法向方向(以圓形的微井輪廓為例)。由于操作表面102A上存在微井結(jié)構(gòu)101，在微井邊緣可以產(chǎn)生局部電場(chǎng)梯度109B。圖4B，在低頻電場(chǎng)下(如1kHz至10kHz)，主流場(chǎng)108A的方向由電極邊緣105指向電極中心，同時(shí)，局部流場(chǎng)109A的方向指向微井結(jié)構(gòu)101的中心。圖4C，在中頻電場(chǎng)下(如10kHz至100kHz)，主流場(chǎng)108A的方向由電極邊緣105指向電極103的中心，同時(shí)，局部流場(chǎng)109A的由微井101的中心指向其外部。圖4D，在高頻電場(chǎng)下(如1MHz或以上)，主流場(chǎng)108A的方向由電極103的中心指向電極邊緣105，同時(shí)，局部流場(chǎng)109A的由微井結(jié)構(gòu)101的中心指向其外部。

如圖5所示，以核酸類的目標(biāo)分子110為例，在被動(dòng)雜交的過程中，樣品溶液內(nèi)部即遠(yuǎn)場(chǎng))的目標(biāo)分子110需要通過滲透(或稱自由擴(kuò)散)來到反應(yīng)表面附近，才能與表面的抓取探針107結(jié)合(即雜交)?；诖诉^程的生化反應(yīng)，通常需要數(shù)小時(shí)甚至過夜的時(shí)間來完成。然而，在電動(dòng)力運(yùn)輸下，目標(biāo)分子受到遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)的EK共同作用(108和109)，可以在短時(shí)間內(nèi)，集中到微井結(jié)構(gòu)101內(nèi)，并可以快速地與固定在操作表面102A上的抓取探針107結(jié)合。與此同時(shí)，由于雜交而固定了的目標(biāo)分子107可以繼續(xù)通過遠(yuǎn)場(chǎng)EK運(yùn)輸108進(jìn)行補(bǔ)充。因此，電動(dòng)力增強(qiáng)下的生化反應(yīng)效率可以的到顯著提升。

以下為對(duì)本發(fā)明中另一方面的生物芯片制備方案第一實(shí)施例。本方法是基于成熟的半導(dǎo)體及微電子器件制造工藝。圖6-7(C)僅以單條電極為例說明。

如圖6(i)-6(iv)所示，基礎(chǔ)構(gòu)建104包括以熱氧化處理后的晶體硅。如圖6(i)所示，在基礎(chǔ)構(gòu)建104表面進(jìn)行蝕刻出一個(gè)或多個(gè)微井結(jié)構(gòu)101或陣列。如圖6(ii)所示通過具有默認(rèn)的微井結(jié)構(gòu)101陣列圖案的遮蔽B 112在基礎(chǔ)構(gòu)建104的上表面進(jìn)行蝕刻，以生成所需的微井結(jié)構(gòu)101或陣列(。在形成微井結(jié)構(gòu)101或陣列的基礎(chǔ)構(gòu)建104的上表面物理沉積金屬層103。金屬層103是由物理沉積形成。因此它跟隨上表面的輪廓形成微井結(jié)構(gòu)101。如圖6(iii)所示，通過具有默認(rèn)的金屬層103圖案的遮蔽A 111進(jìn)行蝕刻，以形成電極103與電極103之間有的陷入結(jié)構(gòu)來形成電極間隙106，并形成所需的兩條或以上電極103。至少有一個(gè)電極103下方的基礎(chǔ)構(gòu)建104具有微井結(jié)構(gòu)101。最后在此表面上使用PECVD的方式化學(xué)沉積二氧化硅層，即電介質(zhì)層102，此電介質(zhì)層102承接微井結(jié)構(gòu)101和電極103的圖案，以形成一個(gè)具有輪廓的操作表面102A(如圖6(iv)所示)。電介質(zhì)層102沉積在一個(gè)或多陷入結(jié)構(gòu)/電極間隙106上以將之填充/部分填充。

在依傳統(tǒng)方法固定抓取探針到所需微井結(jié)構(gòu)101內(nèi)之后，生物芯片100便可以使用。在另一實(shí)施例，依傳統(tǒng)方法固定抓取探針到所需的電極邊緣105、或電極間隙106之后，生物芯片100便可以使用

圖7A(i)-7A(iv)展示以下為對(duì)本發(fā)明中另一方面的生物芯片制備方案的第二實(shí)施例。本方法是基于成熟的半導(dǎo)體及微電子器件制造工藝。

基礎(chǔ)構(gòu)建104包括以熱氧化處理后的晶體硅。如圖7A(i)所示，在基礎(chǔ)構(gòu)建104()的表面先物理沉積金屬層103，并通過具有默認(rèn)的金屬層103圖案的遮蔽A 111進(jìn)行蝕刻(如圖7A(ii)所示)，以形成電極103與電極103之間有的陷入結(jié)構(gòu)來形成電極間隙106，并形成所需的兩條或以上電極103。之后，再在此表面通過具有默認(rèn)的微井結(jié)構(gòu)101陣列圖案的遮蔽B 112進(jìn)行蝕刻(如圖7A(iii)所示)，以生成所需的微井結(jié)構(gòu)101或陣列，其中，至少有一個(gè)電極103具有微井結(jié)構(gòu)101結(jié)構(gòu)。最后在此表面上使用PECVD的方式化學(xué)沉積二氧化硅層，即電介質(zhì)層102。此電介質(zhì)層102承接微井結(jié)構(gòu)101，以形成一個(gè)具有輪廓的操作表面102A(如圖7A(iv)所示)。電介質(zhì)層102沉積在一個(gè)或多陷入結(jié)構(gòu)/電極間隙106上以將之填充/部分填充。

在依傳統(tǒng)方法固定抓取探針到所需微井101內(nèi)之后，生物芯片100便可以使用。。在另一實(shí)施例，依傳統(tǒng)方法固定抓取探針到所需的電極邊緣105、或電極間隙106之后，生物芯片100便可以使用。

圖7A(i)，7A(ii)7B(iii-iv)展示以下為對(duì)本發(fā)明中另一方面的生物芯片制備方案的第三個(gè)實(shí)施例。本方法是基于成熟的半導(dǎo)體及微電子器件制造工藝。

圖7A(i)，7A(ii)所示的步驟相同于上述圖7A(i)，7A(ii)的步驟。在圖7A(iii)所示的步驟通過遮蔽B 112進(jìn)行蝕刻之前，先使用PECVD的方式化學(xué)沉積二氧化硅層，即電介質(zhì)層102。蝕刻生成的一個(gè)或多個(gè)微井結(jié)構(gòu)101或陣列位于至少一個(gè)電極上方的電介質(zhì)層102上。最后，最后在此表面上使用PECVD的方式化學(xué)沉積二氧化硅層，即電介質(zhì)層102。此電介質(zhì)層102承接微井結(jié)構(gòu)101，以形成一個(gè)具有輪廓的操作表面102A。電介質(zhì)層102沉積在一個(gè)或多陷入結(jié)構(gòu)/電極間隙106上以將之填充/部分填充。在依傳統(tǒng)方法固定抓取探針到所需微井101內(nèi)之后，生物芯片100便可以使用。在另一實(shí)施例，依傳統(tǒng)方法固定抓取探針到所需的電極邊緣105、或電極間隙106之后，生物芯片100便可以使用。

圖7A(i)，7A(ii)，7B(iii)，7C(iv-v)展示以下為對(duì)本發(fā)明中另一方面的生物芯片制備方案的第四個(gè)實(shí)施例。本方法是基于成熟的半導(dǎo)體及微電子器件制造工藝。

圖7A(i)，7A(ii)，7B(iii)所示的步驟相同于上述圖7A(i)，7A(ii)，7B(iii)的步驟。在圖7B(iii)所示步驟中對(duì)沉積的電介質(zhì)層102進(jìn)行蝕刻時(shí)，完全蝕刻掉微井結(jié)構(gòu)101部分的電介質(zhì)層102(如圖7C(iv)所示)。之后在此表面上再次使用PECVD的方式物理沉積電介質(zhì)層102。最后的電介質(zhì)層102承接微井結(jié)構(gòu)101和電極102的圖案，以形成一個(gè)具有輪廓的操作表面102A(如7C(v)所示)。第一次沉積的電介質(zhì)層102沉積在一個(gè)或多陷入結(jié)構(gòu)/電極間隙106上以將之填充/部分填充。

在依傳統(tǒng)方法固定抓取探針到所需微井101內(nèi)之后，生物芯片100便可以使用。在另一實(shí)施例，依傳統(tǒng)方法固定抓取探針到所需的電極邊緣105、或電極間隙106之后，生物芯片100便可以使用。

以下，對(duì)生物芯片上的EK控制條件及相應(yīng)效果進(jìn)行說明。

在生物芯片100平臺(tái)中所操控的主要EK效應(yīng)包括介電泳DEP、交流電滲流ACEO Flow和交流電熱流ACET Flow。其中，ACEO和ACET屬于EHD流場(chǎng)，分別帶動(dòng)近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)的流體流動(dòng)；DEP屬于針對(duì)微粒的作用力，在近場(chǎng)產(chǎn)生強(qiáng)大的吸引或者排斥力。

在平面電極系統(tǒng)中，ACET可從電極間隙106向上產(chǎn)生環(huán)流，攪拌體相流體，ACEO可在操作表面102A產(chǎn)生切向的表面流場(chǎng)，完成局部的運(yùn)輸和輔助集中。現(xiàn)今已有多種經(jīng)典的電極形狀，例如平行條狀(或梳狀)電極、城堡形電極、四極電極、同心電極等，均可以產(chǎn)生多種的EK組合效應(yīng)。

以平行條狀電極為例，在圖8A中，上圖為連續(xù)三個(gè)平面電極的側(cè)視圖，下圖為其在50um高的液體中的電場(chǎng)分布模擬圖，其中，背景色表示電場(chǎng)強(qiáng)度的強(qiáng)弱，箭頭表示電場(chǎng)梯度的方向。模擬施加的電場(chǎng)為20V，頻率1kHz，電極103的寬度(D)為140um，間隙106為20um，水相媒介的電導(dǎo)率為5.5uS/m，相對(duì)介電常數(shù)為78。

更詳細(xì)地，圖8B、8D、8F、8H和8J為微井結(jié)構(gòu)101區(qū)域的局部模擬圖，圖8C、8E、8G、8I和8K為電極間隙106區(qū)域的局部模擬圖的局部模擬圖。其中模擬的頻率包括：1kHz低頻、10kHz中頻和1MHz高頻；模擬的水相媒介電導(dǎo)率包括：5.5uS/m底導(dǎo)和1S/m高導(dǎo)。可以清楚看到，透過具有輪廓的操作表面102A，我們可以利用電場(chǎng)頻率和水相媒介的性質(zhì)(電導(dǎo)率)來改變水相媒介中的電場(chǎng)強(qiáng)度和電場(chǎng)梯度，從而達(dá)到所需的EK效果。

基于以上設(shè)計(jì)和模擬，我們驗(yàn)證了平面條狀電極組，在水溶液中通過EK效應(yīng)操控二氧化硅小球的效果。如圖9A所示，條狀電極103以平行方式排列，并交替地連接到交流電信號(hào)AC與地線GND，以產(chǎn)生所需電場(chǎng)。圖9B為不同頻率下二氧化硅小球在操作表面102A形成的圖案。其中，二氧化硅小球來自(Sigma S5631)，直徑在0.5-10um范圍(80％在1-5um之間。電場(chǎng)發(fā)生裝置為Agilent 33250A。影響系統(tǒng)為Nikon eclipse i50。

我們利用電場(chǎng)發(fā)生裝置產(chǎn)生20Vpeak-topeak的正弦波，掃描頻率在100Hz-1MHz之間。

當(dāng)在100Hz下開始時(shí)，小球開始緩慢移動(dòng)，并未有快速集中的效果。當(dāng)頻率逐步提高至幾kHz時(shí)，運(yùn)動(dòng)開始變得顯著，并且微井結(jié)構(gòu)101的中心開始有小球集中。觀察到，在100Hz-1kHz之間，小球從電極邊緣105向微井結(jié)構(gòu)101的中心移動(dòng)，并留在微井結(jié)構(gòu)101內(nèi)。此時(shí)對(duì)應(yīng)的是圖4B中描述的EK操作原理，并且，在1kHz-10kHz內(nèi)，集中效果越來越強(qiáng)烈。

當(dāng)頻率升至10kHz以上時(shí)，小球簇開始向電極邊緣105延伸，并最終流向電極間隙106，其中，還觀察到部分小球在電極間隙106附近快速地?cái)_動(dòng)。詳細(xì)地址，部分小球從電極間隙106“爬升”至上層液體中，然后在微井結(jié)構(gòu)101中心附近被“吸回”操作表面102A，之后再次被“彈出”至電極邊緣105。此時(shí)對(duì)應(yīng)的是圖4C中描述的EK操作原理。

當(dāng)頻率繼續(xù)提高時(shí)，小球擾動(dòng)的半徑變得越發(fā)狹窄。在20kHz-40kHz內(nèi)，大多數(shù)小球已被牽引至電極間隙106中。達(dá)到100kHz時(shí)，小球擾動(dòng)的范圍達(dá)到最小，有些僅在電極邊緣105“自轉(zhuǎn)”。在100kHz以上，小球在電極間隙106中形成與電極103垂直的“鏈”。隨后，“鏈”在約600kHz時(shí)解體。當(dāng)頻率達(dá)到1MHz時(shí)，多數(shù)小球已被推向電極103中心的上方，即上層液體中。此時(shí)對(duì)應(yīng)的是圖4D中描述的EK操作原理。

更具體地，在低頻率下，小球主要受到ACEO流體牽引而移動(dòng)，而表面流場(chǎng)受操作表面102A的輪廓影響。微井結(jié)構(gòu)101結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)表面電場(chǎng)梯度并引導(dǎo)小球進(jìn)入微井結(jié)構(gòu)101。而在中高頻率下，ACEO效應(yīng)逐漸受到壓制，ACET的流場(chǎng)起主導(dǎo)作用，所以小球產(chǎn)生的擾動(dòng)，甚至被排斥的現(xiàn)象，此現(xiàn)象發(fā)生在體相流體(如上層液體)，并且對(duì)表面輪廓不敏感。另一方面，在中頻下，DEP的影響也相當(dāng)顯著，所以才會(huì)在電場(chǎng)梯度較大的區(qū)域有小球集中的現(xiàn)象，如電極邊緣105附近。隨著頻率變化，電場(chǎng)強(qiáng)度和電場(chǎng)梯度都有變化，因此三種EK效應(yīng)的主導(dǎo)程度也有所不同，才會(huì)使小球產(chǎn)生此類多種的集中和排列圖案。

以下，對(duì)生物芯片使用生物分子檢測(cè)中EK的增強(qiáng)效果進(jìn)行說明。

通過實(shí)施例一中的方式生產(chǎn)生物芯片100，將所需的核酸類抓取探針固定在微井結(jié)構(gòu)101內(nèi)，以檢測(cè)樣品中的DNA目標(biāo)分子(此結(jié)合過程為雜交)。

樣品選用帶有Cy3熒光標(biāo)記的人工序列DNA的混合溶液。根據(jù)生物芯片的操作和原理中所述的EK控制規(guī)律選擇與圖4B效果相適應(yīng)的條件來對(duì)樣品溶液進(jìn)行EK處理。圖10A及10B為經(jīng)過10分鐘的雜交時(shí)間后，EK增強(qiáng)雜交(圖10A)和被動(dòng)雜交(圖10B)的結(jié)果。很明顯地，所示發(fā)光的微井結(jié)構(gòu)101區(qū)域內(nèi)，熒光的強(qiáng)度在EK增強(qiáng)下高于被動(dòng)雜交。其中，圖10A所示區(qū)域內(nèi)的4x4微井結(jié)構(gòu)101陣列中固定了不同的抓取探針，其按編號(hào)排布的順序如圖11A(左)所示。圖11B(右)為與編號(hào)對(duì)應(yīng)的抓取探針的意義。其中包括7種目標(biāo)序列，和控制組序列(ctrl)，即陽性及陰性對(duì)照。通過對(duì)熒光強(qiáng)度的分析，如圖12所示，我們可以得出結(jié)論，EK增強(qiáng)的雜交效果優(yōu)于被動(dòng)雜交的效果。

僅通過舉例已給出本發(fā)明，在不偏離在所附權(quán)利要求中指定的本發(fā)明的范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)所描述的實(shí)施方式進(jìn)行各種其它修改和/或改變。