[发明专利]一种改进的生物芯片微孔传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种改进过的生物芯片微孔传感器，其属于微流控生物芯片类。

背景技术

库尔特原理指出：悬浮在电解液中的颗粒随电解液通过小孔管时，取代相同体积的电解液，在恒电流设计的电路中导致小孔管内外两电极间电阻发生瞬时变化，产生电位脉冲。脉冲信号的大小和次数与颗粒的大小和数目成正比。微流控生物芯片的核心微孔传感器就是利用库尔特原理制成的。为了能够探测到通过微孔的细胞或者颗粒，微孔的截面积尺寸都很小，有研究表明微孔截面积为细胞或者颗粒截面积的2-20倍时有较好的效果，比如精子细胞的直径在3微米左右，精子细胞的截面积约为9微米平方，为此用于精液分析的微流控生物芯片中微孔传感器的截面积一般在50-300微米平方之间，常用的尺寸规格有5×10微米、10×50 微米以及30×100微米平方等，其中较小数字为微孔的深度尺寸，较大数字为微孔的宽度尺寸，显然微孔的深度是受细胞和颗粒截面积尺寸的限制的。另一方面，生物芯片制造目前主要沿用的是半导体芯片及激光数据存储碟片的制造技术，在硅玻璃材料上蚀刻出微通道并进一步在高分子材料上复制，这样的工艺一般认为很难形成有深度变化的微米级通道，为此，几乎所有的生物芯片设计者和制造者都选择了单层结构，即微孔之外的所有微通道的深度均与微孔的深度尺寸一致，与微孔的尺寸相比，其它各微通道的尺寸仅在宽度上存在不同。正如前面所提及的，微孔的深度受细胞和颗粒截面尺寸限制，在单层结构生物芯片中，这样的限制本质上也形成了对其它微通道深度的限制。由于微通道，特别是高分子微通道的宽深比是有要求的，一般在2-10倍之间，最多不大于20倍，否则在制造和封接上都会产生质量问题，因此单层结构也限制了整个芯片各段微通道的宽度。由于前述的原因，现有技术的生物芯片微孔传感器存在以下几个方面的问题，一是各段微通道流量受限于细胞以及颗粒的截面积大小，形成高流量的微流控芯片较为困难；二是在采用阻抗分析技术的带有微孔传感器的生物芯片中，各微通道中的导电溶液的电阻分配难以优化，直接影响到微孔传感器的灵敏度；三是在各微通道设置各种功能模块的空间受到了局限，显然对于微孔传感器而言，分布在微孔左右两侧的电极越靠近微孔，微孔传感器的灵敏度越高，因为这样降低了微孔之外的本底电阻的影响，但是显然电极越靠近微孔制造的难度就越大；四是限制了生物芯片封装工艺的选择。综上所述，显然现有技术有进一步改进的必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的生物芯片微孔传感器，以克服现有技术存在的问题。

本发明的一种改进的生物芯片微孔传感器，包括基板和盖板，所述基板上形成或设置有微孔、二个传感电极以及微通道，所述微通道包括分析通道、试剂通道和废液通道，所述微孔设在废液通道与分析通道以及试剂通道之间，且所述微孔的左右两侧分别形成宽度方向上发散的左过渡通道以及右过渡通道，所述左过渡通道与废液通道联接，所述废液通道远离微孔的一侧与废液池联接，所述分析通道与试剂通道相互成一锐角且在近所述微孔一侧相互连通，并与所述右过渡通道联接，所述分析通道和试剂通道的远离微孔的一端分别与样本池和试剂池联接，所述二个传感电极分别位于微孔的左右两侧，其特征在于所述分析通道、试剂通道、废液通道、样本池、试剂池以及废液池的深度大于所述微孔的深度，所述左过渡通道和右过渡通道的底部分别形成由若干台阶构成的并从近微孔处起逐步向下的左台阶部和右台阶部，所述左台阶部和右台阶部分别延伸至废液通道以及分析通道和试剂通道的底部。

作为优选，所述二个传感电极中的一个传感电极设置在废液池中，另一个传感电极设置在试剂池或样本池中。

本发明的这种改进的生物芯片微孔传感器，相对现有技术引入了创新性的多层结构设计思想，在确保微孔结构尺寸符合规范的基础上，加深了分析通道、试剂通道、废液通道这些微通道，这些加深了的微通道相对微孔的深度形成了层次结构，同时本发明在左过渡通道和右过渡通道中分别引入了左台阶部和右台阶部结构作为分析通道、试剂通道、废液通道底部到微孔的联接过渡结构，采用这样的结构一方面这样的结构采用现有的半导体芯片的改进的制造技术，即半导体制造的蚀刻技术有实现的可能，同时这样的结构在确保不损害微通道宽深比的前提下最大限度地增加了微通道的截面积。