一种微流控芯片及其使用方法与流程

1.本发明涉及微流控芯片领域，具体而言，涉及一种微流控芯片及其使用方法。


背景技术：

2.合成dna的方法很多，但从原理上讲，可分为2类：生物合成和人工化学合成。其中dna的生物合成确切来说是dna基因组的复制，以亲代dna作为合成模板，按照碱基配对原则合成子代dna，其化学本质是酶促脱氧核苷酸聚合反应。这种方法可以用于已有dna链的快速扩增或组装，但无法编辑单个碱基序列，所以在生成特定dna碱基序列时，基本都是电化学原位合成的方法。
3.电化学方法可以实现dna碱基序列编码，其过程可以归纳为以下几步：1dna种子，2去保护，3偶联反应，4氧化，5盖帽，然后在2和5之间循环过程使碱基序列不断增长，所有碱基序列合成完毕后将dna链从基板上切割下来。电化学方法也分为几种技术路线，其区别在于生长dna的衬底不同，或合成原料的添加方式不同，或去保护的方法不同。
4.目前，高通量人工合成dna的方法主要有喷墨打印和光刻的方法，这两种方法成本相对较高，操作均需要在无尘环境中进行，喷墨打印需要特殊打印设备和喷头，对于dna的合成材料也有要求；光刻的方法需要制备专门的mask，以及光刻胶和光刻机。


技术实现要素：

5.因此，本发明的目的是至少为前述问题中的其中一个提供一种解决方法。
6.根据本公开的第一方面，提供了一种微流控芯片，包括：基板，其被配置为具有tft阵列，用于控制微液滴的移动；盖板，其被配置为具有公共电极；反应电极，其配置在基板上，用于使该反应电极处的微液滴发生电化学反应。
7.由于传统的喷墨打印合成dna的方法需要特殊喷墨打印机和打印喷头，而且合成过程需要无尘环境，因此对于dna合成的成本和合成的环境要求较高。而利用微流控芯片作为dna合成的环境不仅天然的具有封闭环境可以满足无尘的环境要求，而且利用微流控可以实现对反应的微控制，能够节约成本。故，本公开提供了一种微流控芯片，主要包括基板、盖板和反应电极，基板上配置有tft阵列，盖板上有公共电极，tft阵列和公共电极配合可以实现操控微液滴移动，当微液滴被tft阵列转移至反应电极处后，使反应电极通电使位于该反应电极处微液滴发生电化学反应。
8.在一些可能的实现方式中，盖板被配置为具有疏水层，公共电极被配置于疏水层与盖板之间，所述tft阵列上配置有绝缘层，用于放置所述微液滴。tft阵列上覆盖绝缘层，盖板下方设置疏水层可以使得微液滴的移动更为流畅和平滑。
9.在一些可能的实现方式中，绝缘层被配置为具有通孔用于放置反应电极。在绝缘层上开设通孔用于放置反应电极，使该反应电极与tft阵列相连通，可以通过tft阵列控制反应电极的通电状态。
10.在一些可能的实现方式中，反应电极的大小与tft阵列中的单个阵列像素的范围
相同。为了便于阵列电极设计，优选与tft阵列中其它像素电极尺寸相同。
11.在一些可能的实现方式中，反应电极被配置为与所述tft阵列中的单个阵列像素相对设置。
12.在一些可能的实现方式中，通孔被配置为不与绝缘层的外边缘连通。
13.在一些可能的实现方式中，包括一对反应电极，该一对反应电极均设置在所述通孔内。电化学反应需要阴极和阳极，一对反应电极位于同一个通孔内，可作为一个电化学反应的阴极和阳极。
14.在一些可能的实现方式中，包括一个反应电极，该反应电极被配置于通孔内，疏水层在反应电极的相对位置处配置有开口，使得公共电极与反应电极之间形成回路。基板的通孔内配置一个电极并与盖板的公共电极形成一对电化学反应电极时，电化学反应时电流路径垂直于电极表面，因此电极上电化学反应的均一性更好。
15.根据本公开的第二方面，提供了一种dna合成方法，该方法包括：
16.提供前述微流控芯片；
17.通过tft阵列将所述绝缘层上的dna底物转移至反应电极处，该反应电极通电后电解液产生氢离子使得该反应电极上的dna链去保护，通过tft阵列将碱基转移至该反应电极处进行dna合成。
18.从上述技术方案中可以看出，本公开具有以下优势：
19.1.微流控芯片提供了封闭的dna合成环境，普通室内可以进行，不需要大型设备。
20.2.采用微流控来控制dna合成材料的微液滴移动，避免了传统喷墨打印方案存在的问题，不需要无尘环境，dna合成成本较低，制备过程也更方便。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
22.图1为本公开的一个实施例的微流控芯片的立体图；
23.图2为本公开的一个实施例的微流控芯片的纵向截面图；
24.图3为本公开的一个实施例的微流控芯片的俯视图；
25.图4为本公开的另一个实施例的微流控芯片的纵向截面图；
26.图5为本公开的另一个实施例的微流控芯片的俯视图；
27.图6为本公开的一个实施例的微流控芯片的像素分布示意图。
具体实施方式
28.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动
前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
29.一些实施例提供了一种微流控芯片，包括：基板，其被配置为具有tft阵列，用于控制微液滴的移动；盖板，其被配置为具有公共电极；反应电极，其配置在基板上，用于使该反应电极处的微液滴发生电化学反应。
30.在另一些实施例中，盖板被配置为具有疏水层，所述公共电极被配置于疏水层与盖板之间，所述tft阵列上配置有绝缘层，用于放置微液滴。
31.在另一些实施例中，绝缘层被配置为具有通孔用于放置反应电极。
32.在另一些实施例中，反应电极的大小与tft阵列中的单个阵列像素的范围相同。
33.在另一些实施例中，通孔被配置为不与绝缘层的外边缘连通。
34.在另一些实施例中，包括一对反应电极，该一对反应电极均设置在所述通孔内。
35.在另一些实施例中，包括一个反应电极，该反应电极被配置于通孔内，疏水层在反应电极的相对位置处配置有开口，使得公共电极与反应电极之间形成回路。
36.一些实施例提供了一种dna合成方法，该方法包括：
37.使用前述的微流控芯片；
38.通过tft阵列将所述绝缘层上的dna底物转移至反应电极处，该反应电极通电后电解液产生氢离子使得该反应电极上的dna链去保护，通过tft阵列将碱基转移至该反应电极处进行dna合成。
39.一个微流控芯片如图1所示，包括上盖部分和下底部分，上盖部分由位于顶部的盖板1、位于底部的疏水层3以及配置在盖板1和疏水层3之间的公共电极2组成。下底部分包括基板5和配置在基板5上的tft阵列4，tft阵列4上配置有绝缘层(图1未示出，见图2)，tft阵列4上还配置有一对反应电极(反应电极6和反应电极7)。图2为微流控芯片的纵向截面示意图，其中，前述的下底部分具体配置为：基板5和配置在基板5上的tft阵列4，tft阵列4上配置有绝缘层8，绝缘层8的中心开设有通孔，反应电极6和反应电极7并排设置在该通孔内。图3中的虚线框表示前述的反应电极6和反应电极7。图3示出了反应电极6和反应电极7相对于tft阵列4的位置和大小。其中，疏水层3和绝缘层8之间的微液滴可以在tft阵列4和公共电极2的控制下自由移动。
40.另一个微流控芯片如图4所示，包括上盖部分和下底部分，上盖部分由位于顶部的盖板1、位于底部的疏水层3以及配置在盖板1和疏水层3之间的公共电极2组成。其中，疏水层3具有一开口，该开口使得被疏水层3遮挡的公共电极2暴露，使得该开口与其在下底部分的相应位置之间的不再被疏水层3隔断。下底部分包括基板5和配置在基板5上的tft阵列4，tft阵列4上配置有绝缘层8，绝缘层8的中心开设有通孔，该通孔与疏水层3的开口相对应，而通孔中配置有一个反应电极9。由于反应电极9和公共电极2之间并未被隔断。因此，公共电极2与反应电极9之间可以形成电流回路。同样地，疏水层3和绝缘层8之间的微液滴可以在tft阵列4和公共电极2的控制下自由移动。图5中的虚线框表示前述的反应电极9。图5示出了反应电极9相对于tft阵列4的位置和大小。
41.微流控芯片的微流控像素和tft控制的反应电极的布局如图6所示，其中，反应电极g由tft阵列控制，接入电压后反应电极g处形成电流，进而可以发生电化学反应。反应电极g的周围配置有微流控像素，其中，微流控像素a、b、c、d、e、f处放置有不同的反应物质，通过微流控以预设的步骤和顺序将微流控像素a、b、c、d、e、f处的反应物质转移至反应电极g
处参与反应。另外，本实施例中配置的微流控像素a、b、c、d、e、f只是一种示例，实际操作过程中微流控像素的数量可以根据不同的反应需要进行配置。
42.在将实施例用于dna合成时，dna合成用的试剂分别放置在微流控像素a、b、c、d、e、f处，具体地，先在反应电极处配置电解液或在微流控像素a、b、c、d、e、f中的任一处配置电解液，再通过微流控将电解液转移至反应电极。将放置在微流控像素a、b、c、d、e、f中任一处的dna底物转移至反应电极处，向该反应电极通电使电解液产生氢离子使得该反应电极处的dna链去保护，然后再将放置在微流控像素a、b、c、d、e、f中任一处的碱基按照预设方案依次转移至该反应电极处进行特定的dna合成。
43.尽管已经通过优选实施例进一步详细说明和描述了本发明，但是本发明不限于所公开的示例，并且本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围的情况下从其中得出其他变型。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。