一种纳米孔芯片夹具的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种纳米孔芯片夹具，由夹具体A和B连接而成夹具主体，在夹具体A和B上分别设有放置纳米孔芯片和密封圈的第一刚性定位凹槽和放置密封圈的第二刚性定位凹槽，纳米孔芯片两侧通过密封圈与夹具体A和B形成线密封，并形成纳米孔芯片实验所需的反应腔孔；在夹具体A和B上开有用于插入电化学电极的电化学电极孔，所述反应腔孔与电化学电极孔保持同轴贯通并完全覆盖纳米孔芯片上的纳米孔。该夹具不仅可以用于装夹单一纳米孔芯片，还可以用于装夹对电极纳米孔混合结构芯片；能够准确定位芯片，装夹操作容易；密封性好，能有效防止试剂泄漏；同时可以利用电极片和电极对对电极纳米孔混合结构芯片进行横、纵双向微电流测量。
【专利说明】
一种纳米孔芯片夹具
技术领域
[0001]本实用新型涉及第三代DNA测序技术，具体涉及纳米孔芯片的夹持装置。
【背景技术】
[0002]DNA测序技术是近代生命科学发展的重要里程碑之一。近十年来，低成本、高通量DNA测序技术的出现，引起了生命这一高度复杂系统中最为庞大、最为核心的核酸序列信息爆发性地增长，使生命科学和医学面临前所未有的机遇和挑战。生命遗传密码的彻底破译将成为可能，遗传信息大数据的普及将惠及到人类社会每一个普通成员的生存和健康。
[0003]目前广泛使用的DNA测序技术为第二代测序技术，但第二代DNA测序技术存在以下缺点:(I)测序周期长，成本尚;(2)测序准确度有待进一步提尚；由于存在上述两项缺陷，第二代测序技术仍然是一项昂贵的技术，不利于推广应用。
[0004]随着技术的发展尤其是生物电子技术的发展，利用单链DNA分子在电场驱动下穿过纳米尺度的微孔，通过实时检测过孔电流的变化，识别过孔单链DNA上的碱基的第三代DNA测序技术日趋成熟。相比于第二代DNA测序技术，基于微纳米孔的第三代DNA测序技术有以下优点:
[0005](I)实现单分子DNA测序。无需对测序对象进行扩增，能够克服由基因扩增引起的测序偏向性；(2)实现连续测序。也就是DNA链上碱基的阅读是不间断的，这一特性不仅能够大幅度提高测序速度，也会使DNA的读长大幅度增加；(3)更低的测序成本。第三代测序技术在生化反应中无需不断加入生化试剂。
[0006]由上述三个特征可以看出，第三代测序技术的实现将会是生命科学和医学发展史上的又一里程碑，帮助人们随时随地、实时、低成本地获取人体、环境各种各样的核酸信息，随时掌控生命体中遗传与变异、表达与调控、感染和防卫等事件，真正促进4P和精准医疗的实现。
[0007]在第三代DNA测序实验中，纳米孔芯片位置的准确度、试剂密封度，对实验能否实现有决定作用，因此易于夹装、密封性好的纳米孔芯片夹具装置也成为第三代DNA测序实验中的关键部件。
[0008]目前在三代测序实验中所用的纳米孔芯片夹具如图1所示，包括上夹具体1、下夹具体2、PDMS垫片3、定位销5和连接螺钉6，在使用过程中先把下夹具体2放在平台上，把一个PDMS垫片3套在下夹具体2上面的小凸台上，然后把单一纳米孔芯片4放在该PDMS垫片3上，用手动调整使单一纳米孔芯片4的微孔与PDMS垫片3的试剂反应腔孔对齐;上夹具体I事先装好定位销5，然后把另一个PDMS垫片3套在上夹具体I的凸台上，整体插入下夹具体2中；最后用螺钉6把上下夹具体连接起来紧固，完成整个纳米孔芯片的装夹。
[0009]上述纳米孔夹具在使用过程中存在如下缺点:
[0010](I)由于其纳米孔芯片无法准确定位，导致纳米孔芯片微孔与PDMS的试剂腔孔、上下夹具体的试剂进出孔无法自行对中，不断靠手动调整来进行对中，从而导致装配困难效率低下。
[0011](2)PDMS密封垫片采用面密封，无法达到预期的密封效果，导致试剂渗漏，经常造成实验无法顺利进行。
[0012](3)只适合单一纳米孔芯片，只能通过位于夹具两端的电化学电极来获取单一纳米孔结构的信号，即只有一个方向(纵向)的微弱电信号的测量。而对对电极纳米孔混合结构芯片则无法使用。
【实用新型内容】
[0013]本实用新型的目的在于提供一种能够解决夹具体试剂反应腔孔和纳米孔芯片微孔定位问题和试剂渗漏问题，包含多个试剂进出口的纳米孔芯片夹持装置，实现纳米孔芯片精确定位，试剂密封无渗漏，并且还可以对对电极纳米孔混合结构芯片的对电极进行横向的微弱电信号测量。
[0014]本实用新型解决其问题的技术方案是:
[0015]一种纳米孔芯片夹具(参见图2、图3、图4和图5)，由夹具体All和夹具体B12连接而成夹具主体，其特征在于，在夹具体Al I上设有用于放置纳米孔芯片(单一纳米孔芯片4或对电极纳米孔混合结构芯片16)和一个密封圈13的第一刚性定位凹槽25，在夹具体B12上设有用于放置另一个密封圈13的第二刚性定位凹槽27，纳米孔芯片两侧通过密封圈13与夹具体Al I和夹具体B12形成线密封，并形成纳米孔芯片实验所需的反应腔孔;在夹具体Al I和夹具体B12上开有用于插入电化学电极18的电化学电极孔23，所述反应腔孔与电化学电极孔23保持同轴贯通并完全覆盖纳米孔芯片上的纳米孔。
[0016]所述密封圈13优选为O型密封圈，与纳米孔芯片和夹具体AU及夹具体Bll的接触面形成良好的线密封，并在保证反应试剂的密封性的同时提供试剂反应腔。O型密封圈由化学稳定性、生物相容性及密封性能好的高分子材料或其他新型材料制成。
[0017]优选的，在夹具体All内侧面上的第一刚性定位凹槽25和在夹具体B12内侧面上的第二刚性定位凹槽27的尺寸与纳米孔芯片(单一纳米孔芯片4或对电极纳米孔混合结构芯片16)的尺寸及密封圈13的外径尺寸有公差配合关系。根据纳米孔芯片的形状和尺寸，所述刚性定位凹槽的形状可以是方形、圆形或其他形状，尺寸也可不同。同时保证单一纳米孔芯片4或对电极纳米孔混合结构芯片16的微孔与密封圈孔同轴。进一步的，所述第一刚性定位凹槽和第二刚性定位凹槽分别开设在两个夹具体内侧面上的凸台中。
[0018]夹具体AlI和夹具体BI 2由化学稳定性好、生物相容性好、不易形变的高分子材料制成，如PEEK等。夹具体Al I与夹具体BI 2采用定位销17及塞打螺钉15进行定位及连接。
[0019]在本实用新型的具体实施例中，在一个夹具体(如夹具体AU)上加工有用来定位连接的四个光孔;相应的，在另一个夹具体(夹具体B12)上加工有用来定位连接的四个台阶孔，其中有两个处于对角关系的台阶孔用于插入塞打螺钉15，另两个台阶孔用于插入定位销17。
[0020]进一步的，夹具体All和夹具体B12可以呈圆柱状、矩形或其他多边形体，在它们的外端通过加工形成与底面夹角为45°的两个或多个斜面，在斜面上垂直于斜面加工出用于进出试剂的孔，包括试剂进出孔20与外部液路管接头螺纹孔21，二者保持同轴，如图3所示。
[0021]在夹具体外端的顶面垂直于顶面加工电化学电极孔23，该孔与其顶部螺纹孔22保持同轴。两个电化学电极分别通过电化学电极孔23插入夹具体All和夹具体B12中。
[0022]本发明的纳米孔芯片夹具不仅可以用于装夹单一纳米孔芯片4，如图2和图3所示，通过电化学电极18测量纳米孔纵向电流;还可以用于装夹对电极纳米孔混合结构芯片16，如图4和图5所示，通过增加电极片14，实现生化反应过程横向对电极的微弱电信号的测量。
[0023]当所述纳米孔芯片夹具用于装夹对电极纳米孔混合结构芯片16时，所述夹具还包括一个电极片14，电极片14装在夹具体All和夹具体B12之间(见图4和图5)。
[0024]优选的，所述电极片14如图8所示，为由柔性基底30、定位孔31及附着的对电极引出电极(金、铂或银)32和中心孔33组成的柔性电路板。该电极片作为信号采集装置引出纳米孔信号。电极片14上的定位孔31在夹具组装时供定位销17和塞打螺钉15穿过，电极片14由定位销17和塞打螺钉15与电极片上的4个定位孔31相配合来保证其中心孔33与对电极纳米孔混合结构芯片16的刚性定位凹槽25同心。所述对电极纳米孔混合结构芯片16的对电极引出端40(如图6所示)与电极片上的对电极引出电极32(见图8)保持良好电气连接，对电极纳米孔混合结构芯片16的微孔41与电极片14的中心孔33对齐，在对电极纳米孔混合结构芯片16和电极片14的两端，通过密封圈13和电化学电极孔23与电化学电极18保持良好电气连接。电极片14上的对电极引出电极和两个电化学电极能从横、纵两个方向同时或分别采集反应过程中产生的微弱电信号。
[0025]本实用新型的纳米孔芯片夹具能够准确定位纳米孔芯片，保证纳米孔芯片微孔、O型密封圈、夹具体刚性定位凹槽同心;O型密封圈形成良好的线密封效果可以防止试剂的渗漏，同时可以利用电极片对对电极纳米孔混合结构芯片进行横向微电流测量。
[0026]本实用新型通过改良纳米孔芯片夹具结构、改变密封方式、增加了电极片，实现反应过程横向微弱电信号的测量，使纳米孔芯片定位装夹困难、试剂密封不良、横向信号无法测量等问题得到很好的解决。本实用新型纳米孔芯片夹具能同时适用对电极纳米孔混合结构芯片和单一纳米孔芯片的装夹。
【附图说明】
[0027]图1.现有技术中的纳米孔芯片夹具的结构示意图，其中:1_上夹具体，2-下夹具体，3-PDMS垫片，4-单一纳米孔芯片，5-定位销，6-连接螺钉。
[0028]图2.本实用新型单一纳米孔芯片夹具组件示意图，其中:11_夹具体A，12-夹具体B，13-0型密封圈，15-塞打螺钉，4-单一纳米孔芯片，17-定位销，18-电化学电极，19-电极压接头。
[0029]图3.本实用新型单一纳米孔芯片夹具装配剖示图(a)及其中心部分的放大图(b)，其中:20-试剂进出孔，21-外部液路管接头螺纹孔，22-顶部螺纹孔，23-电化学电极孔，24-夹具体A上的凸台，25-第一刚性定位凹槽，26-夹具体B上的凸台，27-第二刚性定位凹槽。
[0030]图4.本实用新型对电极纳米孔混合结构芯片夹具的组件示意图，其中:11-夹具体A，12-夹具体B，13-0型密封圈，14-电极片，15-塞打螺钉，16-对电极纳米孔混合结构芯片，17-定位销，18-电化学电极，19-电极压接头。
[0031]图5.本实用新型对电极纳米孔混合结构芯片夹具装配剖示图(a)及其中心部分的放大图(b)，其中20-试剂进出孔，21-外部液路管接头螺纹孔，22-顶部螺纹孔，23-电化学电极孔，24-夹具体A上的凸台，25-第一刚性定位凹槽，26-夹具体B上的凸台，27-第二刚性定位凹槽。
[0032]图6.对电极纳米孔混合结构芯片结构示意图，其中40-对电极，41-对电极纳米孔混合结构芯片微孔。
[0033]图7.单一纳米孔芯片结构示意图。
[0034]图8.电极片结构示意图，其中30-柔性基底，31-定位孔，32-对电极引出电极，33-电极片中心孔。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步说明。
[0036]实施例1
[0037]本实施例的对电极纳米孔混合结构芯片夹具结构如图4和图5所示，包括夹具体All、夹具体B12及相配套的O型密封圈13和电极片14，其中夹具体All和夹具体B12通过塞打螺钉15连接，以调节夹紧力，保证密封性。
[0038]夹具体Al I为一个圆柱体经过加工而成。如图4所示，在圆柱体的一端通过加工形成与底面夹角成45度的四个斜面，在其中的三个斜面上垂直于斜面加工底端为圆台的外部液路管接头螺纹孔21，再在圆台底面加工一个直径较小的试剂进出孔20。在顶面垂直于顶面加工一个平底的顶部螺纹孔22，顶部螺纹孔22底面上再加工一个电化学电极孔23，电化学电极孔23底部为圆台结构。斜面上的三个螺纹孔21中心线与顶部螺纹孔22中心线交汇于一点。在圆柱体的另一端有一个凸台24，凸台上加工有放置O型密封圈和芯片的第一刚性定位凹槽25。第一刚性定位凹槽25的边长与芯片的边长及O型密封圈的外径尺寸有公差配合关系，以保证对电极纳米孔混合结构芯片16及O型密封圈13能准确定位，使对电极纳米孔混合结构芯片16 (其结构参见图6)的微孔41与夹具体电化学电极孔23同轴度不大于0.02mm。夹具体All上还加工有用来和夹具体B12连接及定位用的定位销17和塞打螺钉15有公差配合要求的四个光孔。
[0039]夹具体B12同样为一个圆柱体通过加工而成。如图5所示，在圆柱体的一端通过加工形成与底面夹角为45度的四个斜面，在其中的三个斜面上垂直于斜面加工底端为圆台的外部液路管接头螺纹孔，圆台底面再加工一个直径较小的试剂进出孔。在顶面垂直于顶面加工一个平底的顶部螺纹孔，顶部螺纹孔底面再加工一个电化学电极孔，电化学电极孔底部为圆台结构。斜面上的三个螺纹孔中心线与顶部螺纹孔中心线交汇于一点。在圆柱体的另一端有一个圆形凸台26，凸台上加工有放置O型密封圈的第二刚性定位凹槽27。夹具体B12上还加工有用来和夹具体AU连接的两个螺纹孔以及和定位销17有公差配合关系的两个台阶孔。
[0040]电极片14是以聚酯薄膜类高分子材料为基底、丝网印刷电路图形的柔性电路板。如图8所示，电极片14在柔性基底30开有中心孔33和定位孔31，并附着对电极引出电极32，中心孔33与对电极纳米孔混合结构芯片微孔、O型密封圈同心；四个定位孔31供定位销17及塞打螺钉15穿过。电极片14具有作为导线引出对电极纳米孔混合结构芯片16上对电极信号的功能，同时由于本身主要为软基材质也可以参与密封。
[0041 ]本实施例的纳米孔芯片夹具装配流程为:先在夹具体Al I中的凸台24里面的第一刚性定位凹槽25中先放入O型密封圈13，然后把对电极纳米孔混合结构芯片16放在O型密封圈13上面;再把另一个O型密封圈13放入夹具体B12凸台26中的第二刚性定位凹槽27中；并在夹具体B12上的两个台阶孔内放入定位销17，按对应形状套上电极片14，一起插入夹具体All中，再用塞打螺钉15(塞打螺钉同时具备定位和连接功能)把两部分连接起来加紧固定；最后在夹具体AU、夹具体B12的电化学电极孔23中装入电化学电极18，并用电极压接头19压紧，完成整个夹具的装配。
[0042]实施例2
[0043]在使用单一纳米孔芯片(结构参见图7)时，不需要装配电极片14，只用电化学电极18测量纳米孔纵向电流即可，如图2和图3所示。
[0044]在本实施例的单一纳米孔芯片夹具装配流程为:
[0045]先在夹具体AlI中的凸台24里面的第一刚性定位凹槽25中先放入O型密封圈13，然后把单一纳米孔芯片4放在O型密封圈13上面;再把另一个O型密封圈13放入夹具体B12的凸台26中的第二刚性定位凹槽27中；并在夹具体B12上的两个台阶孔内放入定位销17，一起插入夹具体AU中，再用塞打螺钉15(塞打螺钉同时具备定位和连接功能)把两部分连接起来加紧固定;最后在夹具体All、夹具体B12的电化学电极孔23中装入电化学电极18，并用对电极压接头19压紧，完成整个夹具的装配。
【主权项】
1.一种纳米孔芯片夹具，由夹具体A(Il)和夹具体B(12)连接而成夹具主体，其特征在于，在夹具体A(Il)上设有用于放置纳米孔芯片和一个密封圈(13)的第一刚性定位凹槽(25)，在夹具体B(12)上设有用于放置另一个密封圈(13)的第二刚性定位凹槽(27)，纳米孔芯片两侧通过密封圈(13)与夹具体A(Il)和夹具体B(12)形成线密封，并形成纳米孔芯片实验所需的反应腔孔;在夹具体A(Il)和夹具体B(12)上开有用于插入电化学电极(18)的电化学电极孔(23)，所述反应腔孔与电化学电极孔(23)保持同轴贯通并完全覆盖纳米孔芯片上的纳米孔。2.如权利要求1所述的纳米孔芯片夹具，其特征在于，所述密封圈(13)为O型密封圈。3.如权利要求1所述的纳米孔芯片夹具，其特征在于，所述第一刚性定位凹槽(25)和第二刚性定位凹槽(27)的尺寸与纳米孔芯片的尺寸及密封圈(13)的外径尺寸有公差配合关系O4.如权利要求3所述的纳米孔芯片夹具，其特征在于，所述第一刚性定位凹槽(25)和第二刚性定位凹槽(27)分别开设在两个夹具体内侧面上的凸台中。5.如权利要求1所述的纳米孔芯片夹具，其特征在于，夹具体A(Il)与夹具体B(12)通过定位销(17)及塞打螺钉(15)进行定位及连接。6.如权利要求5所述的纳米孔芯片夹具，其特征在于，在一个夹具体上加工有用来定位连接的四个光孔;相应的，在另一个夹具体上加工有用来定位连接的四个台阶孔，其中有两个处于对角关系的台阶孔用于插入塞打螺钉15，另两个台阶孔用于插入定位销17。7.如权利要求1所述的纳米孔芯片夹具，其特征在于，所述夹具体A(Il)和夹具体B(12)呈圆柱状、矩形或其他多边形体，在它们的外端加工有与底面夹角为45°的两个或多个斜面，在斜面上垂直于斜面加工出用于进出试剂的孔;在它们外端的顶面垂直于顶面设有所述电化学电极孔(23)。8.如权利要求1所述的纳米孔芯片夹具，其特征在于，所述纳米孔芯片夹具还包括一电极片(14)，装在夹具体A(Il)和夹具体B(12)之间。9.如权利要求8所述的纳米孔芯片夹具，其特征在于，所述电极片14为柔性电路板，在其柔性基底(30)上开有中心孔(33)和用于定位销(17)和塞打螺钉(15)穿过的定位孔(31)，并附着对电极引出电极(32)。
【文档编号】C12M1/00GK205710714SQ201620629758
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】李清宁, 严勇, 孙利, 王磊, 魏颖颖, 孙杰, 倪健
【申请人】北京普若博升生物科技有限公司