本發(fā)明涉及核苷酸的微流控固相化學(xué)合成領(lǐng)域，具體涉及一種寡核苷酸鏈的高通量合成芯片。

背景技術(shù)：

1、隨著生物學(xué)的發(fā)展，生物大分子在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)以及人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾栽絹碓綖槿怂P(guān)注。多糖、特異性蛋白、核酸、核苷類似物等具有生物活性的大分子是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和生物學(xué)研究的重要方向和工具，其中核酸是最關(guān)鍵的生物大分子。根據(jù)需要制備特定的核酸，是基因庫制備、引物合成、基因修飾等工程的基礎(chǔ)。

2、大量獲取核酸的方法包括利用微生物培養(yǎng)繁殖等生物學(xué)方法，或者利用聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(pcr擴(kuò)增)將少量核酸鏈進(jìn)行擴(kuò)增，以及固相化學(xué)合成法。前兩種方法需要提供已有的核酸鏈作為模板，固相化學(xué)合成則是以化學(xué)方法，利用基礎(chǔ)試劑從無到有地制備目標(biāo)核酸。相比于前兩種方法需要受到模板獲取方法限制，固相合成法能夠脫離既定的生物材料，是目前業(yè)界合成核酸的主要手段。

3、固相亞磷酰胺法是較為成熟的核酸固相合成策略。經(jīng)過近四十年的發(fā)展，基于固相亞磷酰胺法合成寡核酸鏈已經(jīng)從成熟的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)走向了工業(yè)化生產(chǎn)。近年來，采用固相亞磷酰胺法的合成技術(shù)研究中，基于微流控芯片及噴墨打印技術(shù)的研究引人矚目：微流控芯片集成大量固相合成單元，噴墨打印頭對(duì)每個(gè)合成單元選擇性地輸入亞磷酰胺反應(yīng)原料，從而實(shí)現(xiàn)高通量的核酸原位定制合成。其中，針對(duì)芯片的研究，目前大多集中于對(duì)合成單元結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改良方向，包括將合成單元加工成具有特定深寬比且具有特定內(nèi)部結(jié)構(gòu)的花式孔（cn114100714b、us9981239b2），將多層具有花式孔的基片鍵合在一起（cn111036316b）等，旨在通過增加微結(jié)構(gòu)的表面積從而得到較高的合成通量。

4、然而，隨著微結(jié)構(gòu)表面積增加而來的是反應(yīng)過程中試劑顯著的堆積效應(yīng)，花式孔、多層孔等復(fù)雜結(jié)構(gòu)使得合成過程中試劑的清洗難度增加，試劑殘留風(fēng)險(xiǎn)更大，影響合成的效率。同時(shí)復(fù)雜的微結(jié)構(gòu)也帶來了高加工成本：花式深孔的加工工藝囊括了深硅刻蝕、鍵合、高精度光刻等技術(shù)，對(duì)設(shè)備性能、精度都有較高的要求，加工周期較長(zhǎng)，成本偏高，不適用于工業(yè)化推進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供了一種具有較高合成效率、便于加工的寡核苷酸鏈高通量合成芯片。芯片的基礎(chǔ)材料表面上集成了由大量微孔式合成單元組成的二維陣列，陣列區(qū)開孔率用η表示，則38%≤η≤46%。

2、優(yōu)選的，38%≤η≤45%。

3、進(jìn)一步的，40%≤η≤45%。

4、所述合成單元在陣列區(qū)的分布包括每mm2布設(shè)13~650個(gè)合成單元。

5、優(yōu)選的，每mm2布設(shè)的合成單元數(shù)包括70~200個(gè)。

6、所述微孔示合成單元包括垂直于芯片表面向下延伸的直筒型微結(jié)構(gòu)。

7、所述直筒型微結(jié)構(gòu)的總表面積與陣列區(qū)面積的比值w介于0.40~0.90之間。

8、優(yōu)選的，0.42≤w≤0.51。

9、優(yōu)選的，通過控制微結(jié)構(gòu)向下延伸的深度h控制w取值。

10、優(yōu)選的，1?μm≤h≤30?μm。

11、進(jìn)一步的，1?μm≤h≤10?μm。

12、所述微孔式合成單元在芯片表面上按照正三角形、正四邊形或等腰三角形排列。

13、優(yōu)選的，所述微孔式合成單元在芯片表面上按照等腰三角形排列。

14、所述芯片的陣列區(qū)占芯片基礎(chǔ)材料表面積的37%以上。

15、所述芯片的基礎(chǔ)材料包括硅片、硅摻雜固熔體切片、陶瓷片或石英玻璃片中的一種。

16、優(yōu)選的，所述基礎(chǔ)材料包括硅片或石英玻璃片中的一種。

17、所述直筒型微結(jié)構(gòu)的加工方法包括常規(guī)的微電子加工工藝，包括光刻和干法刻蝕和/或光刻和濕法腐蝕。

18、優(yōu)選的，所述微孔結(jié)構(gòu)的加工方法包括紫外光刻和干法刻蝕。

19、所述寡核苷酸鏈的合成基于亞磷酰胺三酯法。

20、所述直筒型微結(jié)構(gòu)內(nèi)表面覆蓋用于枝接亞磷酰胺單體的功能化試劑。

21、所述芯片在直筒型微結(jié)構(gòu)之外的部分覆蓋無法與亞磷酰胺單體枝接的惰性試劑。

22、所述芯片的應(yīng)用包括應(yīng)用于寡核苷酸鏈的高通量合成過程。

23、所述芯片的應(yīng)用包括將芯片集成于其他芯片或裝置上用于寡核苷酸鏈的高通量合成過程。

24、所述芯片的應(yīng)用包括應(yīng)用于具有生物活性的大分子的高通量合成過程。

25、本發(fā)明的有益效果是：

26、1.?本發(fā)明提供了一種合成效率較高的寡核苷酸鏈高通量合成芯片：芯片表面布集了由大量直筒型微孔合成單元組成的反應(yīng)陣列，為寡核苷酸鏈的高通量合成提供載體；適當(dāng)?shù)奈⒔Y(jié)構(gòu)表面積消解了合成過程中試劑的堆積效應(yīng)，提高合成的準(zhǔn)確率。

27、2.?本發(fā)明提供的芯片采用常規(guī)微電子加工方法即可得到，工藝要求簡(jiǎn)單，加工周期短，便于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，具有工業(yè)化應(yīng)用潛力。

技術(shù)特征：

1.一種寡核苷酸鏈的高通量合成芯片，其特征在于，芯片的基礎(chǔ)材料表面上集成了由微孔式合成單元構(gòu)成的二維陣列，陣列區(qū)域開孔率用η表示，38%≤η≤46%。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片，其特征在于，陣列區(qū)開孔率用η表示，38%≤η≤45%，優(yōu)選的，40%≤η≤45%。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的芯片，所述合成單元在每mm2陣列區(qū)的布設(shè)個(gè)數(shù)用a表示，13≤a≤650。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的芯片，所述合成單元在每mm2陣列區(qū)的布設(shè)個(gè)數(shù)用a表示，70≤a≤200。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的芯片，所述微孔式合成單元包括垂直于芯片表面的直筒型微結(jié)構(gòu)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的芯片，所述微孔式合成單元在芯片表面上按照正三角形、正四邊形或等腰三角形排列，優(yōu)選的，按照等腰三角形排列。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的芯片，所述直筒型微結(jié)構(gòu)的總表面積與陣列區(qū)面積的比值用w表示，0.40≤w≤0.90，優(yōu)選的，0.42≤w≤0.51。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的芯片，所述陣列區(qū)域占芯片總面積的37%以上。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的芯片，所述基礎(chǔ)材料包括單晶硅或硅摻雜固溶物切片、陶瓷片或玻璃片中的一種，優(yōu)選的，基礎(chǔ)材料包括硅片。

10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的芯片，所述寡核苷酸鏈的高通量合成基于亞磷酰胺三酯法。

11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的芯片，所述直筒型微結(jié)構(gòu)內(nèi)表面覆蓋用于枝接亞磷酰胺單體的功能化試劑。

12.根據(jù)權(quán)利要求1-11任一項(xiàng)所述的芯片，所述芯片在直筒型微結(jié)構(gòu)之外的部分覆蓋無法與亞磷酰胺單體枝接的惰性試劑。

13.權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)所述的芯片，用于寡核苷酸鏈的高通量合成過程。

14.權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)所述的芯片，集成于其他芯片或裝置用于寡核苷酸鏈的高通量合成過程。

15.權(quán)利要求1-12任一項(xiàng)所述的芯片，用于生物活性物質(zhì)的高通量合成過程。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及了一種寡核苷酸鏈的高通量合成芯片及其應(yīng)用，芯片表面集成了具有直筒型微結(jié)構(gòu)的微孔合成單元陣列，陣列區(qū)占芯片面積的37%以上，陣列區(qū)的開孔率包括38%~46%，開孔密度包括13個(gè)/mm<supgt;2</supgt;~650個(gè)/mm<supgt;2</supgt;，合成單元總表面積與陣列區(qū)面積的比值不超過0.90，合成單元內(nèi)涂附可與寡核苷酸單體枝接的功能試劑，外部覆蓋無法與寡核苷酸單體枝接的惰性試劑。芯片集成的直筒型合成單元數(shù)量眾多，三維結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，合成效率高，制作周期短，成本低廉，適用于寡核苷酸鏈高通量合成的工業(yè)化進(jìn)行。

技術(shù)研發(fā)人員：吳可可,張闐
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京簡(jiǎn)輯科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8