[發明專利]一種基因測序芯片及系統

在審

• 申請號: 202011627409.8
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112779152A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 吳一輝;王越;周文超
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: C12M1/40
• 分類號: C12M1/40;C12M1/34;C12M1/00;B82Y15/00;B82Y40/00;G02B6/12;G02B6/125
• 代理公司: 長春中科長光知識產權代理事務所(普通合伙) 22218
• 代理人: 高一明;郭婷

本發明提供一種屬于生物檢測技術領域，提供了一種基因測序芯片及系統。該基因測序芯片包括襯底、沉積于所述襯底上表面用于傳輸激發光的波導、在所述波導的末端位置處加工形成微孔，所述激發光照射進入所述微孔，所述微孔限定出產生聚合酶鏈反應的物理局域。激光器輸出激光經耦合器進入主波導，再通過分束器進入N個二級波導里，再經分束器傳輸到三級波導末端微孔里的核酸反應單元。在微孔里產生的熒光信號直連CMOS探測器。本發明基于波導陣列結構實現熒光激發，具有陣列化、成本低的特點。

技術領域

本發明涉及生物檢測技術領域，特別涉及一種單分子熒光測序的基因測序芯片及系統。

背景技術

基于熒光標記方法的測序技術是實現高通量單分子測序的重要手段。實現單分子熒光高信噪比收集的關鍵是降低背景噪聲。當前實現單分子熒光激發的有效方式有兩種：(1)通過微孔約束降低照明區域內分子數目并通過形成的零模波導效應約束激發光的體積，從而實現單分子熒光激發；(2)基于全內反射產生的消逝場激發單分子熒光，目前這兩種技術均已在商用的測序儀器中得到應用。但是基于零模波導的測序芯片加工過程因涉及繁瑣的加工工藝而價格昂貴，而基于全內反射技術的激發方式通常需要高數值孔徑的物鏡來產生滿足全反射條件光束，這極大增加了產生激發光束的成本并且激發區域受限。因此，設計一種結構簡單、低價格的單分子熒光激發和檢測系統，是本領域技術人員需要解決的技術問題，在單分子熒光測序、單分子熒光檢測領域具有實用意義。

發明內容

本發明為解決基因測序用波導芯片制備困難、成本高的問題，提供一種用于單分子熒光測序的基因測序波導芯片及系統。

為實現上述目的，本發明采用以下具體技術方案：

本發明提供一種基因測序芯片，包括襯底、沉積于所述襯底上表面用于傳輸激發光的波導、在所述波導的末端位置處加工形成微孔，所述激發光照射進入所述微孔，所述微孔限定出產生聚合酶鏈反應的物理局域。

在本發明提供的基因測序芯片中，包括由Y型光分束器連接的多根所述波導，形成波導陣列；每根所述波導的末端修飾出一個所述微孔，多個所述微孔形成基因測序陣列。

在本發明提供的基因測序芯片中，所述波導包括傳輸波導和測序波導，所述測序波導的末端位置處加工形成所述微孔；連接所述傳輸波導的Y型光分束器具有均勻的能量分配比例，連接所述測序波導的Y型光分束器具有不均勻的能量分束比例。

在本發明提供的基因測序芯片中，相鄰所述微孔之間的距離大于500nm。

在本發明提供的基因測序芯片中，所述微孔為圓柱形，其軸向垂直于所述襯底。

在本發明提供的基因測序芯片中，所述微孔是直徑為80nm～200nm的圓柱孔，限定出容納長鏈核酸序列、測序酶、dNTPs溶液的物理局域。

另外，本發明還提供一種基因測序系統，包括激發光源、探測單元、權利要求1-6中任意一項所述的基因測序芯片；所述激發光源連接波導陣列，所述探測單元對準微孔，所述微孔內聚合酶鏈反應產生的熒光信號在所述探測單元內成像。

在本發明提供的基因測序系統中，所述探測單元設置在所述襯底下表面一側，聚合酶鏈反應產生的熒光信號穿過所述襯底進入所述探測單元。

在本發明提供的基因測序系統中，還包括集成在所述襯底下表面的微透鏡陣列，所述微透鏡陣列位于每個所述微孔的正下方，將所述微孔內發射的熒光匯聚。

在本發明提供的基因測序系統中，還包括集成在所述襯底下表面的濾光片，所述濾光片設置在所述微透鏡陣列與所述探測單元之間。

實施本發明，能夠取得以下技術效果：

(1)基于探測器直連的波導陣列激發采集結構可提高系統集成度；

(2)利用微納米加工工藝可實現芯片低成本加工大面積，有利于提高測序通量。