一种微流控DNA合成芯片及其制作方法与流程

一种微流控dna合成芯片及其制作方法
技术领域
1.本发明属于生物、微流控及集成电路技术领域，涉及一种微流控dna合成芯片及其制作方法。


背景技术：

2.dna是研究生命体遗传机制的必要单元，中心法则也直观阐述了dna的遗传信息在生命活动，生物多样性等研究中的核心地位。dna是利用a/t/c/g碱基作为信息载体单元，通过碱基的不同排列来存储信息，因此研究组合后的碱基序列而不是研究单个游离的碱基是非常有必要的，就像研究0/1序列组合形成带有信息的文件而不是研究单个比特一样。dna合成技术则是一种研制自由组合游离碱基成为携带信息的dna链的手段，具有十分重要的科学意义。
3.dna合成应用范围包括但不限于dna数据存储，合成生物学，转录组、基因组等与生命信息有关的学科。其中dna数据存储就是一种利用碱基作为信息单元，将碱基按一定顺序组合成序列来存储信息的技术。人类社会已进入大数据时代，数据量庞大并呈指数式增长趋势。dna数据存储与所有已知的技术手段相比，具有存储密度高，数据保存时间长等关键优势，对于缓解指数爆炸式增长的数据量带来的压力有着重要意义。因此，dna被认为是极具潜力的未来存储介质。
4.近年来dna数据存储展现了迅速发展的趋势，然而比起现代硬盘存储来说dna数据存储量仍是非常低的数值，因此dna存储技术距离真正的实际应用还有很长的距离。这是因为实现dna存储流程中关键步骤，即dna合成与测序有着自己本身技术发展程度的限制，两者速度和成本方面远低于现有的存储技术。而进一步比较合成和测序技术可知，dna数据存储的最大瓶颈则在于dna合成。而对于dna合成技术来说，通量指标非常重要，因为通量的提升代表着成本的降低和速度的提升，因此研发高通dna合成技术对于实现dna数据存储具有根本性的推动作用。
5.目前已有的dna合成技术可分为以下几种：柱式寡核苷酸化学合成法、喷墨打印法、光脱保护化学合成法、电脱保护化学合成法和酶促合成法。
6.柱式寡核苷酸化学合成法是最基础的最传统的自动化dna合成技术。其流程分为四步：脱保护、偶联、加帽和氧化。但由于其笨重的合成仪器和巨大的原料存储容器和输送管道，使得其很难做到很高的通量，最高通量仅能达到一千左右。
7.喷墨打印法，是目前产品化最为成功的合成仪器，原理类似于柱式寡核苷酸化学合成法，通过将原料用大规模喷头液滴阵列的方式实现并行化输送，大大的提高了合成的通量。但由于其机械喷头的打印精度问题以及液滴大小的限制，很难进一步提高合成密度。
8.光脱保护的化学合成法，是利用微镜阵列或者掩模版的方式对光敏的保护基团进行脱保护，除脱保护外的其他流程与传统的合成法相同。由于微镜阵列制造复杂，掩模版使用数量多，造价昂贵，且受限于光的衍射、散射和光晕等，通量提升潜力有限。最新的光学器件有更高密度的可能性，但由于其制造难度大，制造复杂，造价比晶体管昂贵许多，且密度
比起晶体管提升不大。
9.电化学脱保护，也是仅在脱保护步骤上与传统的化学合成法不同，其他步骤相同。电脱保护，原理是利用电化学反应生成酸，脱落碱基上的保护基团，然后进行偶联、加帽和氧化。由于最主要的技术要求是控制合成环境中的电压变化，因此与常规集成电路设计与制造兼容性高。但是目前现有的技术水平在通量上仍较为有限，同时需要解决不同合成单元之间反应试剂相互影响的问题。
10.因此，如何提供一种微流控dna合成芯片及其制作方法，以实现在保证高通量高密度的同时，降低合成芯片中控制单元的复杂性，降低制造成本，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。
11.应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本技术的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。


技术实现要素：

12.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微流控dna合成芯片及其制作方法，用于解决现有dna合成装置复杂、制造成本高昂，并且不能满足高通量高密度的性能要求的问题。
13.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种微流控dna合成芯片，包括：
14.微流控层，包括依次连通的进液口、进液总道、毛细阀通道、出液总道及出液口，所述进液总道与所述出液总道均往y方向延伸并在x方向上间隔设置，所述毛细阀通道往x方向延伸，所述毛细阀通道的数量为多个，多个所述毛细阀通道在y方向上间隔排列，所述y方向垂直于所述x方向；所述毛细阀通道包括在x方向上交替连通的第一毛细阀单元及第二毛细阀单元，所述第一毛细阀单元与所述第二毛细阀单元均包括主路、微腔、毛细阀及旁路，在每个毛细阀单元内，所述微腔的入口与所述主路的出口相接，所述微腔的出口与所述毛细阀的入口相接，所述旁路的入口与所述主路的侧壁相接；所述第一毛细阀单元的旁路的出口与所述第二毛细阀单元的主路的入口相接，所述第一毛细阀单元的毛细阀的出口与所述第二毛细阀单元的旁路的侧壁相接；
15.集成电路层，位于所述微流控层下方，所述集成电路层包括晶体管阵列及与所述晶体管阵列连接的寻址译码电路，所述晶体管阵列包括呈阵列排布的多个晶体管单元，每一所述晶体管单元具有一金属电极，所述金属电极与所述微腔一一对应，每一所述金属电极裸露于对应的所述微腔内；
16.顶层，位于所述微流控层上并遮盖所述进液总道、所述毛细阀通道及所述出液总道，所述顶层包括进液通孔及出液通孔，所述进液通孔与所述进液口连通，所述出液通孔与所述出液口连通。
17.可选地，所述旁路包括沿x方向延伸的水平部与沿y方向延伸的垂直部，在每个毛细阀单元内，所述垂直部的入口与所述主路的侧壁相接，所述水平部的入口与所述垂直部的出口相接。
18.可选地，所述主路在x方向上的轴线、所述微腔的几何中心及所述毛细阀在x方向上的轴线位于一条直线上。
19.可选地，所述主路的宽度与所述旁路的宽度相等，为所述微腔在y方向上距离最远两点之间距离的0.4～0.9倍；所述主路的长度为所述微腔在x方向上距离最远两点之间距离的0.5～2倍；所述毛细阀的宽度为所述主路宽度的0.1倍以下；所述毛细阀的长度为所述微腔在x方向上距离最远两点之间距离的0.5～2倍。
20.可选地，所述微腔的底面面积为所述金属电极的横截面积的1～10倍。
21.可选地，所述晶体管单元包括衬底、源极、漏极、栅极、绝缘层及金属电极，所述源极及所述漏极位于所述衬底的上表层，所述栅极位于所述衬底的上表面，所述绝缘层位于所述衬底的上表面且覆盖所述栅极，所述金属电极位于所述绝缘层的上表面。
22.可选地，所述晶体管单元包括电容结构，所述源极与所述漏极中的一个及所述栅极与所述寻址译码电路电连接，所述源极与所述漏极中的另一个与所述金属电极电连接，所述金属电极作为所述电容结构的其中一个极板，所述电容结构的另一个极板包括所述衬底或位于所述绝缘层中与所述金属电极平行的金属层。
23.可选地，所述寻址译码电路包括二维寻址电路及高于二维的多维寻址电路中的至少一种。
24.可选地，当所述寻址译码电路为二维时，所述寻址译码电路包括行寻址电路及列寻址电路，位于同一行的晶体管单元的漏极串联并电连接至所述行寻址电路的一输出端口，位于同一列的晶体管单元的栅极串联并电连接至与所述列寻址电路的一输出端口；或者，位于同一行的晶体管单元的源极串联并电连接至所述行寻址电路的一输出端口，位于同一列的晶体管单元的栅极串联并电连接至与所述列寻址电路的一输出端口；或者，位于同一列的晶体管单元的漏极串联并电连接至所述列寻址电路的一输出端口，位于同一行的晶体管单元的栅极串联并电连接至与所述行寻址电路的一输出端口；或者，位于同一列的晶体管单元的源极串联并电连接至所述列寻址电路的一输出端口，位于同一行的晶体管单元的栅极串联并电连接至与所述行寻址电路的一输出端口。
25.可选地，所述顶层的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷及玻璃中的至少一种；所述微流控层的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、玻璃及硅中的至少一种；所述金属电极的材料包括金及铂中的至少一种。
26.可选地，所述集成电路层包括动态随机存取存储器结构。
27.本发明还提供一种微流控dna合成芯片的制作方法，包括以下步骤：
28.提供一复合层结构，所述复合层结构包括微流控层及位于所述微流控层上的顶层；
29.提供一集成电路层；
30.将所述复合层结构具有所述微流控层的一面与所述集成电路层键合；
31.其中，所述微流控层包括依次连通的进液口、进液总道、毛细阀通道、出液总道及出液口，所述进液总道与所述出液总道均往y方向延伸并在x方向上间隔设置，所述毛细阀通道往x方向延伸，所述毛细阀通道的数量为多个，多个所述毛细阀通道在y方向上间隔排列，所述y方向垂直于所述x方向；所述毛细阀通道包括在x方向上交替连通的第一毛细阀单元及第二毛细阀单元，所述第一毛细阀单元与所述第二毛细阀单元均包括主路、微腔、毛细阀及旁路，在每个毛细阀单元内，所述微腔的入口与所述主路的出口相接，所述微腔的出口与所述毛细阀的入口相接，所述旁路的入口与所述主路的侧壁相接；所述第一毛细阀单元
的旁路的出口与所述第二毛细阀单元的主路的入口相接，所述第一毛细阀单元的毛细阀的出口与所述第二毛细阀单元的旁路的侧壁相接；
32.所述集成电路层包括晶体管阵列及与所述晶体管阵列连接的寻址译码电路，所述晶体管阵列包括呈阵列排布的多个晶体管单元，每一所述晶体管单元具有一金属电极，所述金属电极与所述微腔一一对应，每一所述金属电极裸露于对应的所述微腔内；
33.所述顶层遮盖所述进液总道、所述毛细阀通道及所述出液总道并包括进液通孔及出液通孔，所述进液通孔与所述进液口连通，所述出液通孔与所述出液口连通。
34.可选地，所述复合层结构的形成包括以下步骤：
35.提供一基材，所述基材包括相对设置的上表面与下表面；
36.从所述基材的上表面图形化所述基材以得到所述进液口、所述进液总道、所述毛细阀通道、所述出液总道及所述出液口；
37.从所述基材的下表面图形化所述基材以得到所述进液通孔及所述出液通孔；
38.其中，所述基材具有所述进液口、所述进液总道、所述毛细阀通道、所述出液总道及所述出液口的层作为所述微流控层，所述基材具有所述进液通孔及所述出液通孔的层作为所述顶层。
39.可选地，所述复合层结构的形成包括以下步骤：
40.提供一承载基板，形成光刻胶层于所述承载基板上，并图形化所述光刻胶层以得到预设形状的开口；
41.采用倒模法形成模塑层，所述模塑层覆盖所述光刻胶层并填充进所述开口中；
42.平坦化所述模塑层的上表面并加热固化所述模塑层；
43.将所述模塑层自所述承载基板及所述光刻胶层表面剥离，其中，所述模塑层面向所述光刻胶层的一面形成有所述进液口、所述进液总道、所述毛细阀通道、所述出液总道及所述出液口；
44.对所述模塑层进行打孔以得到所述进液通孔及所述出液通孔；
45.其中，所述模塑层具有所述进液口、所述进液总道、所述毛细阀通道、所述出液总道及所述出液口的层作为所述微流控层，所述模塑层具有所述进液通孔及所述出液通孔的层作为所述顶层。
46.可选地，所述复合层结构的形成包括以下步骤：
47.提供一基材，所述基材包括叠置的第一基材层及第二基材层；
48.从所述第一基材层的远离所述第二基材层的表面图形化所述第一基材层以得到所述进液口、所述进液总道、所述毛细阀通道、所述出液总道及所述出液口；
49.从所述第二基材层的远离所述第一基材层的表面图形化所述第二基材层以得到所述进液通孔及所述出液通孔；
50.其中，所述第一基材层作为所述微流控层，所述第二基材层作为所述顶层。
51.如上所述，本发明的微流控dna合成芯片及其制作方法，包括集成电路层、微流控层及顶层，集成电路层上表面具有裸露的金属电极阵列，金属电极上表面连接有多聚物自组装层，上层微流控dna合成芯片的合成腔室与金属电极一一对应，将金属电极包围在腔室中心，dna合成过程中，在外围电路的操控下，通过集成电路调控芯片的寻址译码电路选定任意多个金属电极在规定时间段内产生所需的稳定电压，使微流控层中通入的溶液中的成
分发生电解反应生成氢离子，从而使溶液中发生脱保护反应及偶联反应；微流控层的结构能够实现对各位点产生的氢离子进行限域，避免氢离子扩散导致位点间的相互干扰，不需要额外的阴极保护电路来还原氢离子防止扩散，或者在合成原料中加入碱性成分中和氢离子防止扩散，大幅度降低了合成芯片的复杂程度和制作成本，并且可以进一步提升合成密度与通量。本发明的微流控dna合成芯片制作方法能够进一步缩小器件尺寸，大幅度提高合成密度，提高溶液的使用效率，降低dna合成成本，实现高通量的dna合成，并且制作工艺步骤简单，可实现大规模生产。
附图说明
52.图1显示为本发明的微流控dna合成芯片的分解结构示意图。
53.图2显示为本发明的微流控dna合成芯片中的微流控层的俯视示意图。
54.图3显示为本发明的微流控dna合成芯片中的微流控层中的毛细阀单元的俯视示意图。
55.图4显示为本发明的微流控dna合成芯片中的集成电路层的立体结构示意图。
56.图5显示为本发明的微流控dna合成芯片中的集成电路层中的晶体管单元的剖面示意图。
57.图6显示为本发明的微流控dna合成芯片中的集成电路层的电路连接示意图。
58.图7显示为本发明的微流控dna合成芯片中的微流控层在dna合成电致酸过程中从进液口通入电解质后的俯视示意图。
59.图8显示为本发明的微流控dna合成芯片中的微流控层在dna合成电致酸过程中从进液口通入保护气过程中的俯视示意图。
60.图9显示为本发明的微流控dna合成芯片中的微流控层在dna合成电致酸过程中从进液口完全通入保护气后的俯视示意图。
61.图10显示为本发明的微流控dna合成芯片中的微流控层在dna合成电致酸完成后从出液口通入保护气后的俯视示意图。
62.图11显示为本发明的微流控dna合成芯片的制作方法中于实施例二中步骤a2中形成第一光刻胶层后所得结构的剖面示意图。
63.图12显示为本发明的微流控dna合成芯片的制作方法中于实施例二中步骤a2中图形化第一光刻胶层后所得结构的剖面示意图。
64.图13显示为本发明的微流控dna合成芯片的制作方法于实施例二中步骤a2中形成微流控层图案后所得结构的剖面示意图。
65.图14显示为本发明的微流控dna合成芯片的制作方法于实施例二中步骤a2中去除第一光刻胶层后所得结构的剖面示意图。
66.图15显示为本发明的微流控dna合成芯片的制作方法于实施例二中步骤a3中形成第二光刻胶层后所得结构的剖面示意图。
67.图16显示为本发明的微流控dna合成芯片的制作方法于实施例二中步骤a3中图形化第二光刻胶层得到顶层图案后所得结构的剖面示意图。
68.图17显示为本发明的微流控dna合成芯片的制作方法于实施例二中步骤a3中形成顶层图案后所得结构的剖面示意图。
69.图18显示为本发明的微流控dna合成芯片的制作方法于实施例二中步骤a3中去除第二光刻胶层后所得结构的剖面示意图。
70.图19显示为本发明的微流控dna合成芯片的制作方法于实施例二中执行步骤s2后所得结构的剖面示意图。
71.图20显示为本发明的微流控dna合成芯片的制作方法于实施例二中执行步骤s3后所得结构的剖面示意图。
72.图21显示为本发明的微流控dna合成芯片的制作方法于实施例三中步骤b1中形成光刻胶层后所得结构的剖面示意图。
73.图22显示为本发明的微流控dna合成芯片的制作方法于实施例三中步骤b1中图形化光刻胶层后所得结构的剖面示意图。
74.图23显示为本发明的微流控dna合成芯片的制作方法于实施例三中执行步骤b2后所得结构的剖面示意图。
75.图24显示为本发明的微流控dna合成芯片的制作方法于实施例三中执行步骤b4后所得结构的剖面示意图。
76.图25显示为本发明的微流控dna合成芯片的制作方法于实施例三中执行步骤b5后所得结构的剖面示意图。
77.图26显示为本发明的微流控dna合成芯片的制作方法于实施例三中执行步骤s3后所得结构的剖面示意图。
78.图27显示为本发明的微流控dna合成芯片的制作方法于实施例四中执行步骤c1后所得结构的剖面示意图。
79.图28显示为本发明的微流控dna合成芯片的制作方法于实施例四中步骤c2中形成第一光刻胶层后所得结构的剖面示意图。
80.图29显示为本发明的微流控dna合成芯片的制作方法于实施例四中步骤c2中图形化第一光刻胶层后所得结构的剖面示意图。
81.图30显示为本发明的微流控dna合成芯片的制作方法中于实施例四中步骤c2中形成微流控层图案后所得结构的剖面示意图。
82.图31显示为本发明的微流控dna合成芯片的制作方法于实施例四中步骤c2中去除第一光刻胶层后所得结构的剖面示意图。
83.图32显示为本发明的微流控dna合成芯片的制作方法于实施例四中c3步骤中形成第二光刻胶层后所得结构的剖面示意图。
84.图33显示为本发明的微流控dna合成芯片的制作方法于实施例四中c3步骤中图形化第二光刻胶层后所得结构的剖面示意图。
85.图34显示为本发明的微流控dna合成芯片的制作方法于实施例四中c3步骤中德奥顶层图案后所得结构的剖面示意图。
86.图35显示为本发明的微流控dna合成芯片的制作方法于实施例四中c3步骤中去除第二光刻胶层后所得结构的剖面示意图。
87.图36显示为本发明的微流控dna合成芯片的制作方法中于实施例四中执行步骤s3后所得结构的剖面示意图。
88.元件标号说明
89.1顶层
90.11进液通孔
91.12出液通孔
92.2微流控层
93.21进液口
94.22进液总道
95.23毛细阀通道
96.231毛细阀单元
97.2311主路
98.2312旁路
99.23121垂直部
100.23122水平部
101.2313微腔
102.2314毛细阀
103.232第一毛细阀单元
104.233第二毛细阀单元
105.24出液总道
106.25出液口
107.3集成电路层
108.31晶体管阵列
109.311晶体管单元
110.3111衬底
111.3112源极
112.3113漏极
113.3114栅极
114.3115绝缘层
115.3116金属电极
116.3117金属层
117.32寻址译码电路
118.321行寻址电路
119.322列寻址电路
120.33寻址译码电路输出端口
121.4基材
122.51、54第一光刻胶层
123.52、55第二光刻胶层
124.53光刻胶层
125.6承载基板
126.7模塑层
127.8基材
128.81第一基材层
129.82第二基材层
130.w1～w5宽度
131.l1～l5长度
具体实施方式
132.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
133.请参阅图1至图36。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
134.实施例一
135.本实施例提供一种微流控dna合成芯片，请参阅图1，显示为该微流控dna合成芯片的分解结构示意图，包括顶层1、微流控层2及集成电路层3。
136.具体的，请参阅图2，显示为本实施例的微流控层2结构的俯视示意图，所述微流控层2包括依次连通的进液口21、进液总道22、毛细阀通道23、出液总道24及出液口25，所述进液总道22与所述出液总道24均往y方向延伸并在x方向上间隔设置，所述毛细阀通道23往x方向延伸，所述毛细阀通道23的数量为多个，多个所述毛细阀通道23在y方向上间隔排列，所述y方向垂直于所述x方向；所述毛细阀通道23包括在x方向上交替连通的第一毛细阀单元231及第二毛细阀单元231。请参阅图3，显示为本实施例的毛细阀单元的俯视示意图，所述第一毛细阀单元231与所述第二毛细阀单元231均包括主路2311、微腔2313、毛细阀2314及旁路2312，再请结合参阅图2及图3，在每个毛细阀单元231内，所述微腔2313的入口与所述主路2311的出口相接，所述微腔2313的出口与所述毛细阀2314的入口相接，所述旁路2312的入口与所述主路2311的侧壁相接；在相邻的两个毛细阀单元结构中，所述第一毛细阀单元232的旁路的出口与所述第二毛细阀单元233的主路的入口相接，所述第一毛细阀单元232的毛细阀的出口与所述第二毛细阀单元233的旁路的侧壁相接。本技术文件中所说的入口和出口均是从以从所述进液口21流向所述出液口25为进液或进气方向而言。
137.作为示例，再请参阅图3，所述旁路2312包括沿x方向延伸的水平部23122与沿y方向延伸的垂直部23121，在每个毛细阀单元231内，所述垂直部23121的入口与所述主路2311的侧壁相接，所述水平部23122的入口与所述垂直部23121的出口相接。
138.作为示例，所述毛细阀通道23中最接近所述进液总道22的毛细阀单元231中，所述主路2311的入口朝向所述进液总道22的方向延伸并与所述进液总道22相接；所述毛细阀通道23中最接近所述出液总道24的毛细阀单元231中，所述旁路2312还包括延伸部(图2中未标识)，所述延伸部呈“l”型或倒“l”型，即所述旁路2312的水平部与垂直部呈“l”型，则所述延伸部呈倒“l”型；所述旁路2312的水平部与垂直部呈倒“l”型，则所述延伸部呈“l”型，在该毛细阀单元中，所述毛细阀2314与所述延伸部的垂直部分相接，所述水平部23122的出口
与所述延伸部的垂直部分相接，所述延伸部的水平部23122分与所述出液总道24相接。
139.作为示例，所述主路2311在x方向上的轴线、所述微腔2313的几何中心及所述毛细阀2314在x方向上的轴线位于一条直线上。所述微腔2313的底面形状包括但不限于圆形、椭圆形、矩形、多边形和其他不规则形状等，本实施例中，所述微腔2313的底面形状为矩形。
140.作为示例，所述主路2311的宽度(w1)与所述旁路2312的宽度(w2)相等，为所述微腔2313在y方向上距离最远两点之间距离(w4)的0.4倍～0.9倍；所述主路2311的长度(l1)为所述微腔2313在x方向上距离最远两点之间距离(l4)的0.5倍～2倍；所述毛细阀2314的宽度(w5)为所述主路2311的宽度(w1)的0.1倍以下；所述毛细阀2314的长度(l5)为所述微腔2313在x方向上距离最远两点之间距离(l4)的0.5倍～2倍。此外，在所述旁路2312中，所述垂直部23121的宽度(w2)与所述水平部23122的宽度(w3)也相等，并且，所述水平部23122的长度(l3)及所述垂直部23121的宽度(w2)之和与所述毛细阀单元231的整体长度相等，而所述垂直部23121的长度(l2)根据实际毛细阀单元的设计密度及工艺要求而定。本实施例中，鉴于所述微腔2313的底面形状为矩形，所述微腔2313在y方向上距离最远两点之间距离为所述微腔2313的宽度，所述微腔2313在x方向上距离最远两点之间距离为所述微腔2313的长度，也就是，所述主路2311及所述旁路2312的宽度为所述微腔2313宽度的0.4倍～0.9倍，可以为0.5倍、0.6倍、0.7倍、0.8倍；所述主路2311的长度为所述微腔2313长度的0.5倍～2倍，可以为0.8倍、1倍、1.5倍、1.8倍；所述毛细阀2314的长度为所述微腔2313长度的0.5倍～2倍，，可以为0.8倍、1倍、1.5倍、1.8倍。
141.作为示例，所述微流控层2的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、玻璃及硅中的至少一种；所述微流控层2厚度范围是10μm～100μm，可以为30μm、50μm、80μm。本实施例中所述微流控层2的材料为聚二甲基硅氧烷，厚度为60μm。选用聚二甲基硅氧烷的目的是其透明度较高，便于观察，且没有自发荧光不会干扰观察，生物兼容性好，不会对实验结果造成影响，并且成本较低、易加工。
142.具体的，本实施例的微流控dna合成芯片中的所述微流控层2中毛细阀单元231的结构设计如图2及图3所示，即同一毛细阀单元231中所述毛细阀2314与所述微腔2313连通，相邻毛细阀单元231中所述毛细阀2314与所述旁路2312连通。所述毛细阀2314能够保证水相的反应溶液在流经所述毛细阀2314时受到较大的毛细阻力，而隔离油(或保护气)却能顺利通过，从而使得向微流控层2中正向通入反应溶液(沿着进液方向，即从进液口21通入)时，反应溶液充满微腔2313后从旁路2312流入下一个毛细阀单元231；在芯片中充满水相反应溶液后，通入隔离油或保护气时，微腔2313中的反应溶液无法排出，主路2311及旁路2312的液滴顺利排出，从而在微腔2313中形成独立的液滴；在微腔2313中形成独立的液滴并且微流控层2充满其他隔离油或保护气后，向芯片中反向通入隔离油或保护气(逆着进液方向，即从出液口25通入)时，在微腔2313中的液滴能够按顺序依次先后排出。微流控层2的结构设计可以进一步缩小器件尺寸，大幅度提高合成密度，提高溶液的使用效率，降低合成成本，实现超高通量的dna快速合成。
143.具体的，再请参阅图1，所述顶层1位于所述微流控层2上并遮盖所述进液总道22、所述毛细阀通道23及所述出液总道24，所述顶层1包括进液通孔11及出液通孔12，所述进液通孔11与所述进液口21连通，所述出液通孔12与所述出液口25连通，所述顶层1与所述微流控层2为一体成型的或紧密键合在一起，这样才能确保密闭性，使得所述微流控层2中的各
个结构发挥作用。
144.作为示例，所述顶层1的材料包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷及玻璃中的至少一种，还可为其他合适的绝缘透明材料；所述顶层1厚度范围是0.1cm～3cm，可以为0.5cm、1cm、1.5cm、2cm、2.5cm；所述顶层1的截面形状包括但不限于圆形、矩形、多边形、椭圆形及不规则性。本实施例中，所述顶层1的材料为聚二甲基硅氧烷、截面形状为矩形、厚度为1.8cm。
145.具体的，所述集成电路层3位于所述微流控层2下方，请结合参阅图4及图6，其中，图4显示为本实施例的集成电路层3结构的立体结构示意图，图6显示为本实施例的集成电路层结构的电路连接示意图，所述集成电路层3包括晶体管阵列31及与所述晶体管阵列31连接的寻址译码电路32，所述晶体管阵列31包括呈阵列排布的多个晶体管单元311，每一所述晶体管单元311具有一金属电极3116，所述金属电极3116与所述微腔2313一一对应，每一所述金属电极3116裸露于对应的所述微腔2313内。
146.作为示例，所述微腔2313的底面面积为所述金属电极3116的横截面积的1～10倍，所述微腔2313的腔室能够将所述金属电极3116包围，该独特的结构可以大幅度减缓或防止氢离子自扩散，进而将氢离子限制在腔室区域内，防止各金属电极位点的合成原料由于扩散流动而彼此产生干扰，也不需要采取其他措施来限制氢离子扩散，如通过额外的阴极保护电路来还原氢离子以防止其扩散，或者，在合成原料中加入碱性成分中和氢离子以防止其扩散，能够大幅度降低集成电路控制芯片的复杂程度和制作成本。
147.作为示例，所述金属电极3116的材料包括金及铂中的至少一种，所述金属电极3116的材料还可包括其他合适的导电且具备允许长链巯醇连接臂自组装的材料。在应用于dna合成的过程中，所述金属电极3116的上表面连接有多聚物自组装层，寡核苷酸链合成于该多聚物自组装层上。
148.作为示例，请参阅图5，显示为图4中所示的晶体管单元的剖面示意图，所述晶体管单元311包括衬底3111、源极3112、漏极3113、栅极3114、绝缘层3115及金属电极3116，所述源极3112及所述漏极3113位于所述衬底3111的上表层，所述栅极3114位于所述衬底3111的上表面，所述绝缘层3115位于所述衬底3111的上表面且覆盖所述栅极3114，所述金属电极3116位于所述绝缘层3115的上表面。所述源极3112及所述漏极3113可以为n型掺杂或p型掺杂形成。所述源极3112及所述漏极3113的位置可以相互对换，并不限于图5中所示。
149.作为示例，所述集成电路层3包括动态随机存取存储器(dynamic random access memory，简称dram)结构，能够为合成芯片在dna合成过程中的电化学反应提供电势来源，并且能够实现精确的反应位点控制。
150.作为示例，所述晶体管单元311包括电容结构，所述源极3112与所述漏极3113中的一个及所述栅极3114与所述寻址译码电路32电连接，所述源极3112与所述漏极3113中的另一个与所述金属电极3116电连接，所述金属电极3116作为所述电容结构的其中一个极板，所述电容结构的另一个极板包括所述衬底3111或位于所述绝缘层3115中与所述金属电极3116平行的金属层3117。本实施例中，如图5所示的晶体管单元311中，所述源极3112通过金属互连结构与所述寻址译码地址相连，所述漏极3113通过金属互连结构与所述金属电极3116连接作为所述电容结构的其中一个极板，所述金属层3117则为所述电容结构的另一个极板。如上所述的电容结构即成为由晶体管控制的电容器件，为后续在微流控dna合成芯片
中发生的电化学反应提供电势来源。
151.具体的，所述电容参数确保能够对电化学反应提供稳定的电压，通过计算电容大小、充放电时间和电化学反应的等效阻抗来完成参数选择。电容参数选择方案如下：整个实现方案中两个重要的手段为集成电路仿真与计算公式：v＝v0×
(1-e
(-t/rc)
)。其中r为等效电阻，与具体的集成电路相关，可由仿真得到，c为电容，可以由工艺决定的得到，为本发明最重要的参数之一。具体计算过程如下：
152.首先，通过仿真得到单个晶体管充到指定电压的充电时间tc，以及电容放电到可容忍电压的放电时间tu，这样全部位点充到指定电压的时间为ts＝s/a
×
tc，其中，s为所有的位点个数，a为每次平行充电的晶体管位点个数。如果ts≤tu，当对所有位点的电容充电完成后，可以进行以此为周期的同样的操作，即称为刷新的操作，使得放电电荷得到补充。这样使得在电化学反应中消耗的电荷得到近似不间断的补充，从而使电压保持相对稳定，电化学反应可以稳定的进行。
153.然后，根据ts≤tu，计算可以使得电压保持相对恒定的电容值，因为ts与tu都和等效电阻r和电容c相关，具体关系为:tc＝-rc
×
ln(1-ve/v0)，ts＝s/a
×
tc，tu＝-rc
×
ln(vm/ve)。因此，当充电的最大电压ve和放电后容忍的最小电压vm决定后就可以决定电容c，其中等效电阻可以用电路仿真近似给出。
154.最后，根据计算得到电容值，利用公式c＝εs/d确定制造过程中电容形状的选择。
155.作为示例，所述电容形状包括但不限于平行极板、埋入式、渠沟等，电容大小的要求是确保充放电时间和电压大小的均衡，即确保在发生电化学反应期间能保持相对稳定的电压，如确保在放电后电压在原来电压的90％以上时能得到下一轮充电。裸露的所述金属电极3116为电容的一个极板，其形状包括但不限于圆形、椭圆形、矩形、多边形和其他不规则形状等，形状由上述计算的电容值与所采用的工艺共同决定，尺寸由所组装的dna链数和电容大小要求决定。
156.作为示例，所述寻址译码电路32包括二维寻址电路及高于二维的多维寻址电路中的至少一种。应用时，与二维或多维阵列的某一维度或可选多子列相连，输入为编码地址，每一维输出可同时选通某一路或多路，从而实现多个位点并行控制，如选通某一行时各个列之间无冲突，因此可同时选中某一行的多个列。
157.作为示例，再请参阅图6，当所述寻址译码电路32为二维时，所述寻址译码电路32包括行寻址电路321及列寻址电路322，结合图5及图6，所述晶体管阵列31与所述寻址译码电路32相连的方式包括：位于同一行的晶体管单元311的漏极3113串联并电连接至所述行寻址电路321的一输出端口，位于同一列的晶体管单元311的栅极3114串联并电连接至与所述列寻址电路322的一输出端口；或者，位于同一行的晶体管单元311的源极3112串联并电连接至所述行寻址电路321的一输出端口，位于同一列的晶体管单元311的栅极3114串联并电连接至与所述列寻址电路322的一输出端口；或者，位于同一列的晶体管单元311的漏极3113串联并电连接至所述列寻址电路322的一输出端口，位于同一行的晶体管单元311的栅极3114串联并电连接至与所述行寻址电路321的一输出端口；或者，位于同一列的晶体管单元311的源极3112串联并电连接至所述列寻址电路322的一输出端口，位于同一行的晶体管单元311的栅极3114串联并电连接至与所述行寻址电路321的一输出端口。如上所述的二维结构可以实现较少引脚数的寻址译码电路32控制大规模的晶体管阵列31。
158.作为示例，再请参阅图4，所述集成电路层3还包括封装结构(图4中未标识)，所述封装结构将所述晶体管阵列31所在的结构层与所述寻址译码电路32封装成为一个整体，所述行寻址电路321与所述列寻址电路322通过金属引线引出并连接到寻址译码电路输出端口33，连接出pad，然后采用所述封装结构将所述集成电路层3中的各组成部分封装以作为集成电路层3，后续安装在设计的pcb板上，再将所述集成电路层3与所述微流控层2键合，形成了可以由外部计算机或单片机控制的完整微流控dna合成芯片。
159.具体的，所述集成电路层包括晶体管电极阵列和寻址译码电路，所述晶体管阵列上方的裸露金属电极用来为电化学反应提供电势，所述寻址译码电路能够实现晶体管电极阵列的可寻址和可控性，并且由于采用dram集成电路的结构，可以实现较少的引脚数精准控制每一个电极的输出，由于晶体管尺寸小以及设计制造工艺成熟，可实现成本相对较低的高通量技术效果。
160.具体的，请参阅图7至图10，显示为本实施例的微流控dna合成芯片的dna合成电致酸过程示意图，具体步骤如下：如图7所示，从进液口21向微流控层注入电解质溶液充满整个微流控层；如图8所示，然后从进液口21向微流控层中通入空气或保护气体；如图9所示，排出通道中的电解质溶液，使得电解质溶液仅留存在微腔中，形成彼此相互独立的液滴。在外围电路的操控下选定任意指定多个金属电极并且在规定时间段内产生0.1v～10v稳定电压，使电解质溶液中的成分发生电解反应生成氢离子，从而促使溶液中发生脱保护反应。反应持续一段时间后，停止通电；如图10所示，从出液口25向微流控层中通入气体，按次序先后排出液滴。之后，从进液口21向芯片持续注入乙腈，冲洗整个微流控层，再通入其他反应溶液进行偶联、盖帽、氧化反应。
161.本发明的微流控dna合成芯片，基于微流控结构限域与集成电路层控制电势以实现高通量，主要通过集成电路调控芯片的寻址译码电路实现在任意多个合成金属电极上产生所需电压(电压范围是0.1v～10v)，使溶液中的成分发生电解反应生成氢离子，从而使溶液中发生脱保护反应及偶联反应。在该过程中，采用微流控层中的结构对各位点产生的氢离子进行限域，在通液时，通入保护气排出通路中的反应溶液，由于毛细阀存在，使得微腔中的反应溶液保留下来形成独立液滴，从而将反应溶液中发生电解反应溶液生成的氢离子限制在液滴内，不会对其他位点造成干扰。在换液时，可从出液口通入保护气，将微腔中的反应溶液液滴排入通道中，并依次从进液口排出，避免氢离子在芯片中扩散干扰其他位点。本发明的微流控dna合成芯片能够应用于但不限于dna数据存储、基因组学以及转录组学等的dna合成装置。与现有技术相比，本发明中通过微流控结构对氢离子进行限域，在发生电解反应及换液的过程中，液滴间相互独立，完全避免了氢离子的扩散；不需要在反应溶液中加入碱性成分或者在集成电路调控芯片加入额外的阴极来中和(还原)氢离子，简化了集成电路的复杂程度，降低了设备成本，且可以进一步提升合成密度与通量。
162.实施例二
163.本实施例提供一种微流控dna合成芯片的制作方法，可用于制作实施例一中所述的微流控dna合成芯片，包括以下步骤：
164.s1：提供一复合层结构，所述复合层结构包括微流控层及位于所述微流控层上的顶层；
165.s2：提供一集成电路层；
166.s3：将所述复合层结构具有所述微流控层的一面与所述集成电路层键合；
167.其中，所述微流控层包括依次连通的进液口、进液总道、毛细阀通道、出液总道及出液口，所述进液总道与所述出液总道均往y方向延伸并在x方向上间隔设置，所述毛细阀通道往x方向延伸，所述毛细阀通道的数量为多个，多个所述毛细阀通道在y方向上间隔排列，所述y方向垂直于所述x方向；所述毛细阀通道包括在x方向上交替连通的第一毛细阀单元及第二毛细阀单元，所述第一毛细阀单元与所述第二毛细阀单元均包括主路、微腔、毛细阀及旁路，在每个毛细阀单元内，所述微腔的入口与所述主路的出口相接，所述微腔的出口与所述毛细阀的入口相接，所述旁路的入口与所述主路的侧壁相接；所述第一毛细阀单元的旁路的出口与所述第二毛细阀单元的主路的入口相接，所述第一毛细阀单元的毛细阀的出口与所述第二毛细阀单元的旁路的侧壁相接；
168.所述集成电路层包括晶体管阵列及与所述晶体管阵列连接的寻址译码电路，所述晶体管阵列包括呈阵列排布的多个晶体管单元，每一所述晶体管单元具有一金属电极，所述金属电极与所述微腔一一对应，每一所述金属电极裸露于对应的所述微腔内。
169.所述顶层遮盖所述进液总道、所述毛细阀通道及所述出液总道并包括进液通孔及出液通孔，所述进液通孔与所述进液口连通，所述出液通孔与所述出液口连通。
170.首先，执行步骤s1，提供一复合层结构，所述复合层结构包括微流控层2及位于所述微流控层2上的顶层1。
171.作为示例，请参阅图11至图18，所述复合层结构的形成包括步骤a1至步骤a3：
172.执行步骤a1，提供一基材4，所述基材4包括相对设置的上表面与下表面。所述基材4的材料包括玻璃及其他合适的材料。
173.执行步骤a2，从所述基材4的上表面图形化所述基材4以得到所述进液口21、所述进液总道22、所述毛细阀通道23、所述出液总道24及所述出液口25。具体过程如下：如图11所示，在所述基材4的上表面(所述基材4的其中一面)匀胶形成第一光刻胶层51后前烘；如图12所示，基于所述微流控层2的掩膜版进行曝光显影以图形化所述第一光刻胶层51形成所述微流控层2的图案；如图13所示，进行第一次刻蚀去除预设区域的基材形成所述微流控层2；如图14所示，形成所述微流控层2后去除所述第一光刻胶层51。
174.执行步骤a3，从所述基材4的下表面图形化所述基材4以得到所述进液通孔11及所述出液通孔12。具体过程如下：如图15所示，在所述基材4的下表面(即所述基材4的另一面)进行匀胶形成第二光刻胶层52后前烘；如图16所示，基于所述顶层1的掩膜版进行曝光显影以图形化所述第二光刻胶层52形成所述顶层1的图案；如图17所示，进行第二次刻蚀去除预设区域的基材形成所述顶层1；如图18所示，形成所述顶层1后去除所述第二光刻胶层52。
175.其中，所述基材4具有所述进液口21、所述进液总道22、所述毛细阀通道23、所述出液总道24及所述出液口25的层作为所述微流控层2，所述基材4具有所述进液通孔11及所述出液通孔12的层作为所述顶层1。
176.请参阅图19，执行步骤s2，提供一集成电路层3。所述集成电路层3采用常规半导体制作方法制备得到。
177.请参阅图20，执行步骤s3，将所述复合层结构具有所述微流控层2的一面与所述集成电路层3键合。
178.本实施例的微流控dna合成芯片的制作方法，制作工艺相对成熟，并且能够以相对
较低的制作成本实现微流控dna合成芯片的高密度高通量技术效果。本实施例中由于在同一基材的基础上采用一体成型加工方法形成微流控层和顶层，保证了良好的密闭性，能够确保制作得到的微流控dna合成芯片在dna合成过程中的数据可靠性及稳定性。
179.实施例三
180.本实施例提供一种微流控dna合成芯片的制作方法，与实施例二中制作方法的区别在于，本实施例中主要采用倒模法制作顶层及微流控层，包括以下步骤：
181.s1：提供一复合层结构，所述复合层结构包括微流控层及位于所述微流控层上的顶层；
182.s2：提供一集成电路层；
183.s3：将所述复合层结构具有所述微流控层的一面与所述集成电路层键合；
184.首先，执行步骤s1，提供一复合层结构，所述复合层结构包括微流控层2及位于所述微流控层2上的顶层1。
185.作为示例，请参阅图21至图25，所述复合层结构的形成包括步骤b1至步骤b5：
186.执行步骤b1，如图21所示，提供一承载基板6，形成光刻胶层53于所述承载基板6上；如图22所示，图形化所述光刻胶层53以得到预设形状的开口(预设形状根据微流控层的图案设置)。所述承载基板6的材质包括但不限于硅、玻璃，本实施例中所述承载基板6的材质为硅，光刻胶的型号为su-8。所述承载基板6及图形化后的所述光刻胶层53所构成的结构可作为用以制作微流控层2的模具，模具加工完成后可重复使用，降低制作成本。
187.执行步骤b2，如图23所示，采用倒模法形成模塑层7，所述模塑层7覆盖所述光刻胶层53并填充进所述开口中，所述模塑层7的材料包括但不限于聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷或其他合适的材料，本实施例中所述模塑层7的材料为聚二甲基硅氧烷。
188.执行步骤b3，平坦化所述模塑层7的上表面并加热固化所述模塑层7。
189.执行步骤b4，如图24所示，将所述模塑层7自所述承载基板6及所述光刻胶层53表面剥离，其中，所述模塑层7面向所述光刻胶层53的一面形成有所述进液口21、所述进液总道22、所述毛细阀通道23、所述出液总道24及所述出液口25。
190.执行步骤b5，如图25所示，对所述模塑层7进行打孔以得到所述进液通孔11及所述出液通孔12。
191.其中，所述模塑层7具有所述进液口21、所述进液总道22、所述毛细阀通道23、所述出液总道24及所述出液口25的层作为所述微流控层2，所述模塑层7具有所述进液通孔11及所述出液通孔12的层作为所述顶层1。
192.请参阅图19，执行步骤s2，提供一集成电路层3。所述集成电路层3采用常规半导体制作方法制备得到。
193.请参阅图26，执行步骤s3，将所述复合层结构具有所述微流控层2的一面与所述集成电路层3键合。
194.本实施例的微流控dna合成芯片的制作方法，制作工艺相对成熟，并且能够以相对较低的制作成本实现微流控dna合成芯片的高密度高通量技术效果。本实施例中由于采用倒模法一体成型形成微流控及顶层，保证了良好的密闭性，能够确保制作得到的微流控dna合成芯片在dna合成过程中的数据可靠性及稳定性；并且，加工过程仅需一次倒模并且倒模过程中无需多余的对准光刻步骤，制作工艺简单、成品率高。
195.实施例四
196.本实施例提供一种微流控dna合成芯片的制作方法，与实施例二及实施例三中制作方法的区别在于，本实施例中的制作方法可以制作不同材料组成的顶层及微流控层，包括以下步骤：
197.s1：提供一复合层结构，所述复合层结构包括微流控层及位于所述微流控层上的顶层；
198.s2：提供一集成电路层；
199.s3：将所述复合层结构具有所述微流控层的一面与所述集成电路层键合；
200.首先，执行步骤s1，提供一复合层结构，所述复合层结构包括微流控层2及位于所述微流控层2上的顶层1。
201.作为示例，请参阅图27至图31，所述复合层结构的形成包括步骤c1至步骤c3：
202.执行步骤c1，如图27所示，提供一基材8，所述基材包括叠置的第一基材层81及第二基材层82。所述第一基材层81的材质与所述第二基材层82的材质可以相同或者不同，材质包括但不限于聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、玻璃等。本实施例中所述第一基材层81的材质与所述第二基材层82的材质不同，其中，所述第一基材层81的材质为硅，所述第二基材层82的材质为玻璃，也就是，所述第一基材层81为硅片，所述第二基材层82为玻璃片。
203.执行步骤c2，从所述第一基材层81的远离所述第二基材层82的表面图形化所述第一基材层81以得到所述进液口21、所述进液总道22、所述毛细阀通道23、所述出液总道24及所述出液口25。具体过程如下：如图28所示，在所述第一基材层81的远离所述第二基材层82的表面(即所述基材8中所述第一基材层81所在的表面)匀胶形成第一光刻胶层54后前烘，如图29所示，基于所述微流控层2掩膜版进行曝光显影以图形化所述第一光刻胶层54形成所述微流控层2的图案；如图30所示，进行第一次刻蚀去除预设区域的第一基材层81形成所述微流控层2；如图31所示，形成所述微流控层2后去除所述第一光刻胶层81。
204.执行步骤c3，从所述第二基材层82的远离所述第一基材层81的表面图形化所述第二基材层82以得到所述进液通孔11及所述出液通孔12。
205.具体过程如下：如图32所示，在所述第二基材层82的远离所述第一基材层81的表面(即所述基材8中所述第二基材层82所在的表面)进行匀胶形成第二光刻胶层55后前烘；如图33所示，基于所述顶层1掩膜版进行曝光显影以图形化所述第二光刻胶层55形成所述顶层1的图案；如图34所示，进行第二次刻蚀去除预设区域的所述第二基材层82形成顶层1；如图35所示，形成顶层1后去除所述第二光刻胶层55。其中，所述第一基材层81作为所述微流控层2，所述第二基材层82作为所述顶层1。
206.需要说明的是本实施例中现将第一基材层81与所述第二基材层82形成所述基材8后再依次于所述基材8的上表面和下表面分别进行图形化刻蚀形成所述顶层1及所述微流控层2，在其他实施例中，可以先基于第一基材层81形成所述微流控层2、基于所述第二基材82形成所述顶层1，再将所述第一基材层81与所述第二基材层82键合。
207.请参阅图19，执行步骤s2，提供一集成电路层3。所述集成电路层3采用常规半导体制作方法制备得到。
208.请参阅图36，执行步骤s3，将所述复合层结构具有所述微流控层2的一面与所述集成电路层3键合。
209.本实施例的微流控dna合成芯片的制作方法，制作工艺相对成熟，并且能够以相对较低的制作成本实现微流控dna合成芯片的高密度高通量技术效果。本实施例可实现不同材质的顶层和微流控层的制作，材料的选择范围更广，可进一步降低制作成本。
210.实施例五
211.本实施例提供一种实施例一中所述结构的微流控dna合成芯片的其中一种尺寸规格的微流控层2，具体形状及尺寸信息如下：
212.所述微流控层2为长方体薄层，高度为60μm。所述微流控层2具有贯通所述微流控层2的一个进液口21和一个出液口25，所述进液口21及所述出液口25均为圆形，所述进液口21和所述出液口25的直径为480μm。
213.请参阅图2，所述进液总道22和所述出液总道24分别从所述进液口21和所述出液口25沿y方向延伸，所述进液总道22和所述出液总道24的长度均为1000μm，所述进液总道22和所述出液总道24的宽度均为240μm。在所述进液总道22和所述出液总道24之间，平行等距分布16行毛细阀通道23，每一所述毛细阀通道23由8组交替连通第一毛细阀单元231及第二毛细阀单元231构成，一共16个毛细阀单元231，其中所述第一毛细阀单元231和所述第二毛细阀单元231的形状关于x方向镜像对称(由于第一毛细阀单元231与第二毛细阀单元231是交替连通的，因此并不是严格意义上的关于x方向镜像对称，这里的镜像对称仅指形状)。位于所述毛细阀通道23头部的毛细阀单元231(即所述毛细阀通道23中最接近所述进液总道22的毛细阀单元231)的主路2311朝向所述进液总道22延伸并与所述进液总道22相接，位于所述毛细阀通道23尾部的毛细阀单元231(即所述毛细阀通道23中最接近所述出液总道24的毛细阀单元231)通过所述旁路2312的延伸部与所述出液总道24相接。
214.每一个毛细阀单元231均由主路2311，旁路2312，微腔2313及毛细阀2314四个部分组成，所述毛细阀单元231的俯视示意图如图3所示，本实施例中的所述微腔2313为正方形结构，所述旁路2312包括相互连通的垂直部23121及水平部23122，所述垂直部23121与所述水平部23122呈“l型”，其中，所述主路2311的宽度(w1)与所述旁路2312的宽度(w2或w3)相等，均为15μm，所述主路2311的长度(l1)为30μm，所述垂直部23121的长度(l2)为30μm，所述垂直部23121的宽度与所述水平部23122的宽度相等，均为15μm，所述水平部23122的长度(l3)为60μm，所述微腔2313的长度(l4)及宽度(w4)为30μm，所述毛细阀2314的宽度(w5)为1μm，所述毛细阀2314的长度(l5)为15μm。
215.需要说明的是，图2中所示的毛细阀通道23的数量及每一毛细阀通道23中的毛细阀单元231的数量与本实施例中并不相同，这里参阅图2主要是指参阅图2所示的微流控层2的结构及结构间的连接关系以作示例。
216.实施例六
217.本实施例提供一种微流控dna合成芯片中集成电路层的具体结构，所述集成电路层的结构为类dram集成电路，请参阅图4至图6，具体结构如下：
218.如图4及图6所示，dram集成电路层中，组成所述晶体管阵列的晶体管单元数量为1000万多个，通过3163行与3162列的二维矩形排布形成。每行分别与行寻址电路的每个输出端口单对单相连，行寻址电路的输入端口数为12，可以寻址控制3163个输出端口，每列分别与列寻址电路的每个输出端口单对单相连，列寻址电路的输入端口数为134，其中可以实现128路并行的输出控制。
219.具体晶体管单元模型，如图5所示，其中的金属电极采用圆形电极，厚度为几百纳米，半径为4μm，电容大小为100ff，在电容结构的两个极板中，采用二氧化硅作为电容极板间的介电质并且二氧化硅层的厚度采用10nm，在此参数条件下，晶体管单元的电容结构充电到指定电压的时间是79ns，整个阵列充电完成的时间是6ms，而在6ms期间，电容的放电量少于指定电压的5％，可以形成相对稳定的电压，保证电化学反应的进行。
220.需要说明的是，该段具体仿真使用的参数由芯片代工厂提供，并根据计算得到的参数绘制版图，版图设计流程采用目前最常用的设计流程，设计过程中分别通过前仿真与后仿真指导代码与版图设计确保可以实现实验的要求，制造则由芯片制造厂商负责。
221.实施例七
222.本实施例提供一种实施例三所述的微流控dna合成芯片制作方法的具体实施过程，具体过程如下：
223.(1)光刻掩膜版设计与制作
224.使用l-edit版图设计软件绘制出的微流控层2的图形，使用高精度打印输出为多张所述微流控层2的掩膜版，每张掩膜版具有透光和不透光的图案，用以在曝光步骤中形成所述微流控层2的图案。
225.(2)模具加工
226.通过在承载基板6上光刻加工光刻胶层53，制备得到制作所述微流控层2所需的模具，该模具加工完成可重复可用，并且倒模过程中无需多余对准式光刻步骤，制作过程更为简单。主要步骤为在所述承载基板6(本实施例中所述承载基板7为硅片)上依次经过匀胶(spin coating)、软烘烤(soft bake)、曝光(expose)、后烘烤(post expose bake)、显影(develop)、坚膜(hard bake)等步骤，得到形成有与光刻掩膜版图案互补的所述光刻胶层53，此时，所述光刻胶层5与所述承载基板6的组合即构成微流控层模具。本实施例中，形成所述光刻胶层53时采用的光刻胶的型号为su-8，微流控层模具中对应的所述微流控层2中各个结构的厚度均为40μm。
227.(3)微流控层及顶层的制作
228.从微流控层模具的形成有所述微流控层2图案的表面向模具中填充形成所述微流控层2的材料得到模塑层7，平坦化所述模塑层7的上表面并加热固化所述模塑层7。待所述模塑层7固化后，将所述模塑层7从微流控层模具上剥离，所述模塑层7面向所述光刻胶层53的一面形成有所述微流控层2的结构图形，包括所述进液口21、所述进液总道22、所述毛细阀通道23、所述出液总道24及所述出液口25，此时所述微流控层2基本形成。再基于所述进液口21和所述出液口25的位置对所述模塑层进行打孔以得到所述进液通孔11及所述出液通孔12，可以从所述进液口21和所述出液口25所在的面进行打孔，也可以在其相对的面进行打孔。本实施例中，填充材料由优选为聚二甲基硅氧烷，所述模塑层7的厚度为1cm。
229.(4)器件整体键合
230.将所述微流控层2所在的面与预先制作完成的集成电路层3键合，使用等离子清洗机将两层需要键合的表面进行等离子体处理，使所述微流控层2与所述集成电路层3键合在一起，本实施例中采用sio
2-pdms等离子键合。
231.(5)器件整体封装以及器件与外围电路的连接
232.实际应用时，将封装好的器件焊接在电路板上，并从芯片引脚上引出导线与电路
控制端相连，通过控制端向寻址译码电路32输出电平信号，进而控制dna合成过程。
233.实施例八
234.本实施例提供一种微流控dna合成芯片实际实施进行寡核苷酸合成的效果测试，该微流控dna合成芯片可由实施例一至实施例四中任一实施例提供，具体步骤如下：
235.(1)连接电路
236.将封装好的芯片焊接在电路板上，从芯片引脚上引出导线，与arduino等控制端相连。编写单片机控制程序，将所需合成的信息转换为需要发生反应的位点地址，并输出电平信号给寻址译码电路。寻址译码电路控制需要合成的位点输出高电平，使晶体管单元中的电容结构充电，为电化学反应生成酸提供电势。在此过程中，高电平位点生成的氢离子会使得保护基团dmt脱落，完成脱保护。
237.例如，首先读取需要存储的信息，并将信息根据设计的集成电路物理地址分割，本实施例中将其分割为1000万个子序列片段或者以下；然后根据本轮所通入的碱基溶剂，选取子序列片段需要偶联相同碱基的编码地址输出电平，寻址译码电路会控制相应的物理地址位点输出高电平，对电容进行充电，为电致酸提供电势。
238.(2)制备合成寡核苷酸所需的各种溶液
239.合成寡核苷酸所需溶液包括：食人鱼溶液及20mm6-巯基-1-己醇的乙醇溶液，作为连接臂溶液；分别含有0.10m的a、t、c、g四种亚磷酰胺核苷酸和0.50m ett的乙腈溶液，作为激活偶联溶液；盖帽剂cap a/cap b；0.02m的碘-水-吡啶-四氢呋喃氧化剂溶液；含有25mm对苯二酚、25mm苯醌和25mm六氟磷酸铵的无水乙腈溶液，作为电致酸溶液；无水乙二胺和无水乙醇1:1的溶液作为氨解溶液。
240.(3)寡核苷酸合成
241.第一步，用食人鱼溶液处理集成电路层表面裸露的金属电极，从进液口通入连接臂溶液，使其充满整个芯片，孵育过夜后，再先后从进液口通入无水乙醇溶液及无水乙腈溶液进行冲洗。
242.第二步，从进液口通入含对应合成序列的亚磷酰胺核苷酸的激活偶联溶液，反应120s，从进液口通入无水乙腈溶液进行冲洗。
243.第三步，从进液口通入盖帽剂，反应40s，从进液口通入无水乙腈溶液进行冲洗。
244.第四步，从进液口通入氧化剂溶液，反应40s，通入无水乙腈溶液进行冲洗。
245.第五步，从进液口通入电致酸溶液，再从进液口通入氮气，排出芯片中出微腔内的电致酸溶液，在每个微腔中形成相互隔离的电致酸溶液的液滴，通过arduino选择芯片中相应位点的金属电极进行通电，电压为1.4v，反应10s后停止通电。
246.第六步，从出液口通入氮气，排出微腔中的液滴，再从进液口通入无水乙腈溶液进行冲洗。
247.重复上述第二步至第六步，直到所有的寡核苷酸序列合成完毕。
248.最后，从进液口通入氨解溶液，将寡核苷酸从金电极上切割，并在出液口进行收集。
249.综上所述，本发明的微流控dna合成芯片及其制作方法，包括集成电路层、微流控层及顶层，集成电路层上表面具有裸露的金属电极阵列，上层微流控dna合成芯片的合成腔室与金属电极一一对应，将金属电极包围在腔室中心，dna合成过程中，在外围电路的操控
下，通过集成电路调控芯片的寻址译码电路选定任意多个金属电极在规定时间段内产生所需的稳定电压，使微流控层中通入的溶液中的成分发生电解反应生成氢离子，从而使溶液中发生脱保护反应及偶联反应；微流控层的结构能够实现对各位点产生的氢离子进行限域，避免氢离子扩散导致位点间的相互干扰，不需要额外的阴极保护电路来还原氢离子防止扩散，或者在合成原料中加入碱性成分中和氢离子防止扩散，大幅度降低了合成芯片的复杂程度和制作成本，并且可以进一步提升合成密度与通量。本发明的微流控dna合成芯片制作方法能够进一步缩小器件尺寸，大幅度提高合成密度，提高溶液的使用效率，降低dna合成成本，实现高通量的dna合成，并且制作工艺步骤简单，可实现大规模生产。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
250.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。