一种具有双层孔结构的寡核苷酸合成芯片及其制备方法

本发明属于芯片制造，具体涉及一种具有双层孔结构的寡核苷酸合成芯片及其制备方法。

背景技术：

1、寡核苷酸合成在信息存储、药物制备和分子筛选等领域具有重要应用。喷墨打印是当前常用的寡核苷酸合成方法，其通过将不同碱基试剂依次添加到合成芯片的物理或化学结构中，实现寡核苷酸的序列控制。该方法具有高通量、低成本、合成速度快等优势，近年来受到了广泛关注。

2、制备合成芯片是其中的关键步骤。目前，喷墨打印所使用的合成芯片主要分为两类。其一是通过光刻等技术制成的物理微结构阵列芯片。这些微结构间由物理结构隔开，反应时，喷墨打印依次将不同碱基加入不同的微结构内，实现多组碱基序列的合成。另一类则是利用亲疏水图案制备的化学图案阵列基底。这种芯片能够将喷墨打印出的碱基墨滴被限制在亲水区域，而不同反应位点则被疏水区域隔开，可同时完成多组碱基序列合成。然而这些芯片使用的材质多为硅、石英和玻璃等无机材料，制备中涉及光刻等加工过程，制得的芯片存在成本高、工艺复杂等问题。这些问题大大限制了寡核苷酸合成技术的发展，因此探索一种简易制备低成本寡核苷酸合成芯片的方法具有十分重要的意义与应用价值。

技术实现思路

1、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种具有双层孔结构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层结构和下层结构，所述上层结构的表面具有一级孔形状的微结构阵列，所述下层结构的表面具有规则或不规则的二级孔形状的微孔结构。

2、在本发明一个实施方式中，所述寡核苷酸合成芯片的厚度为0.1～10mm，优选为0.3～5mm，进一步优选为0.5～3mm，例如，0.5mm，1.0mm，1.5mm，2.0mm，2.5mm，3.0mm。

3、优选地，所述上层结构的厚度为0.09～9.99mm，优选为0.5～3mm，例如，1mm，2mm，3mm。

4、优选地，所述下层结构的厚度为0.01～9.91mm，优选为0.05～2mm，例如，0.05mm，0.2mm。

5、在本发明一个实施方式中，所述上层结构和下层结构通过粘结、热压或扩散焊接的方式得到。

6、在本发明一个实施方式中，所述上层结构和下层结构的材质选自不锈钢、铜、钛、硅、石英、玻璃、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、尼龙、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种或多种。

7、优选地，所述上层结构中的一级孔结构为圆形、正方形、长方形、菱形、三角形、梯形或者具有图案化的圆柱形或锥形通孔结构。

8、优选地，所述微结构阵列中微结构为圆形，直径为0.01～5mm；

9、或者，所述微结构阵列中微结构为正方形，所述正方形的边长为0.01～5mm；

10、或者，所述微结构阵列中微结构为菱形，所述菱形长的对角线的长度为0.01～5mm；

11、或者，所述微结构阵列中微结构为三角形，所述三角形的长的高线的长度为0.01～5mm；

12、或者，所述微结构阵列中微结构为梯形，所述梯形长的高线的长度为0.01～5mm。

13、优选为0.02～3mm，进一步优选为0.05～1mm，例如，0.05mm，1mm。

14、孔结构阵列没有具体限定，可以根据需要进行选择。示例性地，所述上层结构的微结构阵列为规整的矩形微点阵和/或圆形微点阵。

15、优选地，所述微结构阵列分布为横向10～1000000个微点，纵向10～1000000个微点，例如，微结构阵列分布为10×10、10×1000000、1000000×10、1000000×1000000。

16、优选地，在所述矩形微结构阵列或圆形微结构阵列中，彼此相邻的两个所述微点的中心间距为0.01～10mm。

17、示例性地，所述微结构阵列也可以为不规则形状或者是具有特定形貌的图案化，可以根据需要进行调节和设计。需要说明的是，在本发明中，如果所述微结构阵列中微点为圆形点阵，则“所述微结构阵列中微点的直径”指的是圆形点的直径；如果所述微结构阵列中微点为矩形点阵，则“所述微结构阵列中微点的直径”指的是矩形的长边的长度，而矩形的短边(矩形的宽)的长度没有具体限定，可以为大于0且小于矩形的长边的长度。

18、优选地，所述下层结构的微孔结构为不规则的海绵状孔结构或者规则的通孔结构。

19、优选地，所述规则或不规则的微孔结构中孔的尺寸范围为0.01～100μm。优选为2～10μm，例如，2μm，3μm，4μm，5μm，6μm，7μm，8μm，9μm，10μm。

20、根据本发明的另一方面，还提供了一种具有双层孔结构的寡核苷酸合成芯片的制备方法，所述方法包括：

21、1)设置上层结构和下层结构，并在所述上层结构上加工出具有一级孔的微结构阵列；所述上层结构和下层结构的材料相同或不同；

22、2)在所述下层结构上加工出具有二级孔的微孔结构；

23、3)将尺寸相同大小的上层结构与下层结构重叠放置，并通过物理或化学的方法将所述上层结构与下层结构连接起来，形成具有双层孔结构的寡核苷酸合成芯片。

24、在本发明一个实施方式中，所述上层结构中的孔结构由化学刻蚀、光刻、激光加工、热压或注塑方法加工形成；所述下层结构的微孔结构由静电纺丝、相转化、发泡或腐蚀方法制得。

25、在本发明一个实施方式中，所述上层结构和下层结构的材质为不锈钢片材，均采用激光加工的方式制备，激光功率为0.1w，切割速度为50mm/s，开启激光在不锈钢片上加工出圆形通孔阵列，孔直径为0.05mm，中心距为0.05mm。

26、在本发明一个实施方式中，采用扩散焊接的方式制备寡核苷酸合成芯片：将上层结构和下层结构的片材叠放，置于真空扩散焊接装置中，温度为1100℃，压力为10mpa，真空度为0.01pa，扩散焊接时间为10分钟。

27、在本发明一个实施方式中，上层结构与下层结构的材料均为聚合物材料，例如聚乙烯材料；所述上层结构的微结构阵列由注塑得到，下层孔结构由相分离制得。

28、本发明的有益效果：

29、本发明提供的具有双层孔结构的寡核苷酸合成芯片，力学性能好，耐有机溶剂和酸碱腐蚀。并且本发明中的芯片采用粘结剂粘结、热压或扩散焊接制备，与传统光刻工艺相比，具有制造过程简单、成本低等优势。

技术特征：

1.一种具有双层孔结构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层结构和下层结构，所述上层结构的表面具有一级孔形状的微结构阵列，所述下层结构的表面具有规则或不规则的二级孔形状的微孔结构。

2.根据权利要求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为0.1～10mm，优选为0.3～5mm，进一步优选为0.5～3mm，例如，0.5mm，1.0mm，1.5mm，2.0mm，2.5mm，3.0mm。

3.根据权利要求1所述的寡核苷酸合成芯片，其特征在于，所述上层结构和下层结构通过粘结、热压或扩散焊接的方式得到。

4.根据权利要求1所述的寡核苷酸合成芯片，其特征在于，所述上层结构中的一级孔结构为圆形、正方形、长方形、菱形、三角形、梯形或者具有图案化的圆柱形或锥形通孔结构。

5.根据权利要求1所述的寡核苷酸合成芯片，其特征在于，所述微结构阵列中微结构为圆形，直径为0.01～5mm；

6.根据权利要求1所述的寡核苷酸合成芯片，其特征在于，所述上层结构的微结构阵列为规整的矩形微点阵和/或圆形微点阵。

7.根据权利要求6所述的寡核苷酸合成芯片，其特征在于，在所述矩形微结构阵列或圆形微结构阵列中，彼此相邻的两个所述微点的中心间距为0.01～10mm。

8.根据权利要求1所述的寡核苷酸合成芯片，其特征在于，所述下层结构的微孔结构为不规则的海绵状孔结构或者规则的通孔结构。

9.一种制备权利要求1至8中任一项所述具有双层孔结构的寡核苷酸合成芯片的方法，其特征在于，所述方法包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述上层结构中的孔结构由化学刻蚀、光刻、激光加工、热压或注塑方法加工形成；所述下层结构的微孔结构由静电纺丝、相转化、发泡或腐蚀方法制得。

技术总结本发明公开了一种具有双层孔结构的寡核苷酸合成芯片及其制备方法，所述芯片包括具有相同或不同材料的上层和下层，所述上层的表面具有孔形状规则的微结构阵列，所述下层的表面具有规则或不规则的微孔结构。本发明提供的具有双层孔结构的寡核苷酸合成芯片，力学性能好，耐有机溶剂和酸碱腐蚀。并且本发明中的芯片采用粘结剂粘结、热压或扩散焊接制备，与传统光刻工艺相比，具有制造过程简单、成本低等优势。技术研发人员：李安,李会增,李凯旋,邓枭,贾志梅,宋延林受保护的技术使用者：中国科学院化学研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/12