DNA检测装置和方法、细胞裂解通道和DNA检测通道制作方法

dna检测装置和方法、细胞裂解通道和dna检测通道制作方法
技术领域
1.本发明涉及dna检测技术，尤其涉及一种有纳米结构的dna检测技术。


背景技术：

2.细胞裂解作为细胞前处理的第一道工序，对获得细胞内成分起着至关重要的作用，是将细胞膜打破以获得细胞内物质(如dna、蛋白质等)以供进一步分析的过程。目前采用的细胞裂解方法有电裂解、激光裂解和化学试剂裂解等。但其存在着步骤多、流程复杂、效率低、需要大型仪器的缺点。
3.dna检测在医学中有着重要地位，快速确定临床样本中某一特定dna序列的能力意味着快速诊断几乎任何疾病。检测dna常用技术有基于荧光、电化学、凝胶电泳等。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术中的缺点，提供了一种结合细胞裂解和dna检测的装置以及细胞裂解通道和dna检测通道制作方法。
5.为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
6.一种dna检测装置，包括细胞裂解通道，以及和细胞裂解通道导通连接的dna检测通道；
7.细胞裂解通道内包括一组以上沟道，沟道内有斜角的纳米棒阵列一；
8.dna检测通道内包括纳米棒阵列二，所述纳米棒阵列上固定探针dna。
9.可选的，所述纳米棒阵列一为sio2纳米棒阵列，所述纳米棒阵列二为sio2包裹ag的纳米棒阵列。
10.可选的，沟道截面为梯形，沟道侧壁为bosch工艺刻蚀形成的锯齿状结构。
11.可选的，还包括叉指换能器，所述叉指换能器位于细胞裂解通道和dna检测通道之间。
12.基于所述dna检测装置，还公开一种dna检测方法，细胞混合荧光检测dna流过细胞裂解通道，所述细胞裂解通道包括带有纳米棒阵列的裂解沟道，纳米棒阵列刺破细胞使其释放出目标dna物质；
13.目标dna物质流经设有叉指换能器的过渡通道，加快荧光检测dna和目标dna物质混合；混合后的荧光检测dna和目标dna物质混合物流入dna检测通道，所述dna检测通道包括纳米棒阵列和预设在所述纳米棒阵列上的探针dna。
14.基于所述dna检测装置，还公开一种细胞裂解通道，在衬底上刻蚀出一组以上沟道，沟道截面为梯形；将衬底水平放置，利用沟道壁的角度，使用局域化倾斜角沉积技术在上面沉积纳米棒。
15.可选的，沟道截面为梯形，沟道壁为刻蚀形成的锯齿状结构，锯齿状结构的刻蚀方法包括：
16.1)刻蚀3.5-8s，2)钝化4.9-5.3s，两个过程交替进行，重复6-10个周期。
17.可选的，所述用局域化倾斜角沉积技术在沟道壁上沉积纳米棒的方法包括：
18.1)先沉积5nm-10nm厚的ti，2)再沉积4μm-7μm厚的sio2。
19.本发明还提供一种dna检测通道，将衬底倾斜角放置，利用阴影效应生长sio2包裹ag的纳米棒。
20.可选的，
21.1)沉积5nm-10nm厚的ti；
22.2)再沉积1μm-1.5μm厚的ag，角度85度-87度；
23.3)再沉积5nm-10nm厚的sio2。
24.本发明的有益效果：
25.本发明公开的一种细胞裂解和dna检测装置，结构简单，不需要添加额外的实际实现快速裂解，纳米dna检测装置实现了高灵敏度的dna检测。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是dna检测装置示意图；
28.图2是局域化倾斜角沉积方法示意图；
29.图3是沟道侧壁的锯齿状结构放大图；
30.图4是倾斜角沉积方法示意图；
31.图5是细胞裂解通道示意图；
32.图6是dna检测通道纳米阵列sem图。
具体实施方式
33.下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
34.实施例1：
35.一种dna检测装置，如图1，包括细胞裂解通道1，细胞裂解通道导通连接的dna检测通道3，以及叉指换能器2；
36.细胞裂解通道内包括一组以上沟道，沟道内有斜角的sio2纳米棒；dna检测通道内包括纳米棒阵列为sio2包裹ag的纳米棒阵列，所述纳米棒阵列上固定探针dna。所述叉指换能器位于细胞裂解通道和dna检测通道之间。
37.如图5(c)(d)，细胞裂解通道，先通过刻蚀技术在衬底上形成一条以上的沟道，通过局域化倾斜角沉积技术在沟道壁上沉积sio2纳米棒，如图6为纳米棒结构。更详细的，沟道截面为梯形，沟道壁为锯齿状结构。
38.实施例2：
39.一种dna检测方法，采用实施例1所述dna检测装置，细胞流过细胞裂解通道经沟道，纳米棒刺破使其释放出目标dna物质，流经叉指换能器，叉指换能器产生的声波使得细
胞裂解出的目标dna物质与荧光检测dna充分结合。目标dna物质流经dna检测通道，在sio2包裹ag的纳米棒阵列，阵列上预固定有探针dna，利用其金属荧光增强效应，可以对微小荧光信号进行放大，从而能够提高dna检测的灵敏度。
40.工作过程：dna检测通道3处的纳米棒阵列上固定探针dna，能够与目标dna物质互补结合，用于检测其是否存在。如图1所示，先将细胞样品溶液及带荧光的检测dna溶液混合，从进样口4通入。流经细胞裂解通道1时，通道中的纳米棒阵列将细胞膜刺破，使细胞中的物质释放出来，在叉指换能器产生的声波作用下，目标dna物质与荧光检测dna充分混合并结合。到达3处时，目标dna物质与荧光检测dna的结合物被纳米棒上预固定的探针dna捕获。多余的荧光检测dna及其他物质会随流冲走，纳米棒将微小的荧光信号放大。通过检测荧光强度就可知道目标dna物质是否存在。
41.实施例3：
42.一种细胞裂解通道，利用bosch工艺在衬底上刻蚀出一组以上沟道，沟道截面为梯形，沟道侧壁为锯齿状结构。
43.所述一种刻蚀方法为：
44.1)刻蚀7s，2)钝化5.2s。两个过程交替进行，重复8个周期。如图3，得到周期为200nm的锯齿边壁。
45.在其他实施方式中，步骤为：
46.1)刻蚀3.5s，2)钝化5.2s。两个过程交替进行，重复8个周期。得到周期小于100nm的锯齿边壁。
47.在衬底上使用bosch工艺刻蚀出一个以上宽20μm，深3μm的沟道。沟道截面为梯形，侧壁为锯齿状结构。
48.一般情况下1)刻蚀3.5-8s，2)钝化4.9-5.3s，重复6-10个周期，通过改变刻蚀和钝化的时间以及周期数可以控制锯齿的疏密程度，使沟道壁具有不同的表面粗糙度，如图2所示。从而在后续过程中能够生长出密度可控的纳米棒。
49.实施例4：
50.一种细胞裂解通道，取实施例3中刻蚀了沟道的衬底；将衬底水平放置，利用沟道壁的角度，使用局域化倾斜角沉积技术在上面沉积纳米棒。
51.所述用局域化倾斜角沉积技术在沟道壁上沉积纳米棒的方法包括：
52.1)先沉积5nm-10nm厚的ti，2)再沉积4μm-7μm厚的sio2。其中，沉积角度0度，步骤1)沉积速率小于步骤2)沉积速率。
53.图2所示为细胞裂解通道，取实施例3中刻蚀了沟道的衬底。沟道壁具有倾斜角，能够促进阴影效应，利于后续纳米棒的生长。然后将衬底水平放置，用局域化倾斜角沉积技术在沟道壁上沉积纳米棒：步骤为先沉积5nm厚的ti，角度0度，速率用作增强粘附性。再沉积5μm厚的sio2，角度0度，速率得到所需sio2纳米棒阵列，完成细胞裂解通道的制作。
54.进一步设计沟道壁是锯齿状结构的，其凸起部分会遮蔽后面区域成为纳米结构优先生长的点。由于锯齿疏密程度不同，因此可以生长出不同密度的纳米棒。另外，沟道是有倾斜角的，所以沉积出的纳米棒阵列是与水平面和沟道壁都是具有角度的。
55.实施例5：
56.一种dna检测纳米棒阵列制作方法，dna检测纳米棒阵列，步骤为：沉积一层5nm厚的ti，角度0度，速率用于增强粘附性。再沉积1μm-1.5μm厚的ag，角度85度，速率再沉积一层10nm厚的sio2，角度0度，速率
57.具体的，在衬底上安装模具，采用倾斜角沉积的方式，将衬底以一定倾斜角放置，倾斜角是指金属蒸汽与衬底法线的夹角θ，倾斜角可以取84
°‑
87
°
。利用阴影效应生长sio2包裹ag的纳米棒。由于ag容易与空气中的氧和水发生氧化反应，因此，在ag纳米棒上覆盖一层sio2可以隔绝ag与空气的接触，有效的防止ag氧化，延长其保质期。最终形成所需的纳米棒阵列。
58.在其他实施方式中，步骤为：沉积一层10nm厚的ti，角度0度，速率用于增强粘附性。沉积300nm厚的ag，角度85度，速率然后将衬底自转180
°
，并重复上述过程，生长出z字形纳米棒，如图4所示。再沉积一层5nm厚的sio2，角度0度，速率程，生长出z字形纳米棒，如图4所示。再沉积一层5nm厚的sio2，角度0度，速率通过此方式生长出的z字形纳米棒，与倾斜的相比具有更好的荧光增强特性，可以进一步提高dna检测的灵敏度。
59.目前采用的化学细胞裂解技术，其方法较复杂，步骤繁多，需要外加试剂，裂解效率不高。因此，使用倾斜角沉积技术的制备简单、裂解速度快及高灵敏度dna检测。
60.金属表面荧光增强现象会使分布在表面附近的荧光物种的荧光发射强度比自由态的荧光发射强度有显著增强的现象。可实现对微小的荧光信号的放大，提高检测的灵敏度。
61.此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种dna检测装置，其特征在于，包括细胞裂解通道，以及和细胞裂解通道导通连接的dna检测通道；细胞裂解通道内包括一组以上沟道，沟道内有斜角的纳米棒阵列一；dna检测通道内包括纳米棒阵列二，所述纳米棒阵列上固定探针dna。2.根据权利要求1所述dna检测装置，其特征在于，所述纳米棒阵列一为sio2纳米棒阵列，所述纳米棒阵列二为sio2包裹ag的纳米棒阵列。3.根据权利要求1所述dna检测装置，其特征在于，沟道截面为梯形，沟道侧壁为bosch工艺刻蚀形成的锯齿状结构。4.根据权利要求1所述dna检测装置，其特征在于，还包括叉指换能器，所述叉指换能器位于细胞裂解通道和dna检测通道之间。5.一种dna检测方法，其特征在于，细胞混合荧光检测dna流过细胞裂解通道，所述细胞裂解通道包括带有纳米棒阵列的裂解沟道，纳米棒阵列刺破细胞使其释放出目标dna物质；目标dna物质流经设有叉指换能器的过渡通道，加快荧光检测dna和目标dna物质混合；混合后的荧光检测dna和目标dna物质混合物流入dna检测通道，所述dna检测通道包括纳米棒阵列和预设在所述纳米棒阵列上的探针dna。6.一种细胞裂解通道，其特征在于，在衬底上刻蚀出一组以上沟道，沟道截面为梯形；将衬底水平放置，利用沟道壁的角度，使用局域化倾斜角沉积技术在上面沉积纳米棒。7.根据权利要求6所述的细胞裂解通道，其特征在于，沟道截面为梯形，沟道壁为刻蚀形成的锯齿状结构，锯齿状结构的刻蚀方法包括：1)刻蚀3.5-8s，2)钝化4.9-5.3s，两个过程交替进行，重复6-10个周期。8.根据权利要求6或7所述的细胞裂解通道，其特征在于，所述用局域化倾斜角沉积技术在沟道壁上沉积纳米棒的方法包括：1)先沉积5nm-10nm厚的ti，2)再沉积4μm-7μm厚的sio2。9.一种dna检测通道，其特征在于，将衬底倾斜角放置，利用阴影效应生长sio2包裹ag的纳米棒阵列，在纳米棒阵列上面固定探针dna。10.根据权利要求9所述的dna检测通道，其特征在于，1)沉积5nm-10nm厚的ti；2)再沉积1μm-1.5μm厚的ag，角度85度-87度；3)再沉积5nm-10nm厚的sio2。

技术总结
本发明提供了DNA检测领域的一种DNA检测装置和方法、细胞裂解通道和DNA检测通道制作方法。具体包括细胞裂解通道，以及和细胞裂解通道导通连接的DNA检测通道；细胞裂解通道内包括一组以上沟道，沟道内有斜角的纳米棒阵列一；DNA检测通道内包括纳米棒阵列二，所述纳米棒阵列上固定探针DNA。所述纳米棒阵列一为SiO2纳米棒阵列，所述纳米棒阵列二为SiO2包裹Ag的纳米棒阵列。本发明结合细胞裂解和DNA检测的装置，与现有技术相比结构简单，裂解快速，DNA检测灵敏度高。DNA检测灵敏度高。DNA检测灵敏度高。


技术研发人员：曹臻 杨帆
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：2021.12.16
技术公布日：2022/3/8