本發(fā)明涉及基因測序領(lǐng)域，尤其是涉及一種基因測序芯片、基因測序設(shè)備及基因測序方法。

背景技術(shù)：

基因測序技術(shù)是現(xiàn)代分子生物學研究中最常用的技術(shù)，從1977第一代基因測序發(fā)展至今，基因測序技術(shù)已經(jīng)取得了相當大的發(fā)展，主要包括第一代sanger測序技術(shù)、第二代高通量測序技術(shù)、第三代單分子測序技術(shù)和第四代納米孔測序技術(shù)。而目前市場主流的測序技術(shù)仍以第二代高通量測序為主。

第二代高通量測序技術(shù)主要包括Illumina的邊合成邊測序技術(shù)、ThermoFisher的離子半導體測序技術(shù)、連接法測序技術(shù)和Roche的焦磷酸測序技術(shù)等。其中Illumina的邊合成邊測序法和Thermo Fisher的連接法測序都需要進行熒光標記，還需要有激光光源和光學系統(tǒng)。Roche的焦磷酸測序雖然沒有激光光源和光學系統(tǒng)，但是也需要進行熒光標記。離子半導體測序法需要采用CMOS工藝制作一個離子傳感器和兩個場效應晶體管。

由于Illumina的邊合成邊測序法和Thermo Fisher的連接法測序都需要進行熒光標記，還需要有激光光源和光學系統(tǒng)，這樣使得測序變的復雜，增加了測序時間和成本。而離子半導體測序法由于要采用CMOS工藝制作一個離子傳感器和兩個場效應晶體管，因此工藝復雜，制作困難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的技術(shù)問題

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本發(fā)明提供一種基因測序芯片，該基因測序芯片不需要激光光源和光學系統(tǒng)，也不需要任何場效應管，制造工藝簡單，能夠大大降低制造難度和成本。本發(fā)明還涉及包括該基因測序芯片的基因測序設(shè)備。

此外，本發(fā)明還提供一種基因測序方法，該基因測序方法應用本發(fā)明的基因測序芯片，不需要對脫氧核糖核苷酸進行熒光標記，能夠簡單方便地進行基因測序。

發(fā)明的技術(shù)方案

本發(fā)明提供一種基因測序芯片，包括：透明的第一基板；第二基板，所述第二基板與所述第一基板相對設(shè)置；第一電極和/或第二電極，其中，所述第一電極設(shè)置在所述第一基板上并且是透明電極，所述第二電極設(shè)置在所述第二基板上；電子墨水層，所述電子墨水層設(shè)置在所述第一基板和所述第二基板之間；微孔層，所述微孔層設(shè)置在所述第二基板遠離所述第一基板的一側(cè)，在所述微孔層上與所述第一電極或所述第二電極相對應的位置設(shè)置有微孔。其中，所述電子墨水層包括多個微膠囊，每個所述微膠囊中包括帶正電的白色顆粒和帶負電的黑色顆粒。

優(yōu)選地，所述微孔中在靠近所述第二基板的一側(cè)設(shè)置有離子敏感膜，所述離子敏感膜可使所述電子墨水層的顏色變化更加明顯。

優(yōu)選地，所述離子敏感膜由四氮化三硅制成，由四氮化三硅制成的離子敏感膜對氫離子更加敏感。

優(yōu)選地，所述第一電極設(shè)置在所述第一基板面向所述第二基板的一側(cè)，和/或，所述第二電極設(shè)置在所述第二基板面向所述第一基板的一側(cè)。

優(yōu)選地，所述第一電極與所述第二電極均為塊狀電極，并且所述第一電極與所述第二電極在所述第一基板或所述第二基板上的投影相互重合。

優(yōu)選地，所述第一電極、所述第二電極和所述微孔在所述第一基板或所述第二基板上的投影相互重合。

優(yōu)選地，所述第一電極為鋪滿所述第一基板的面狀電極，所述第二電極為塊狀電極；

或者所述第二電極為鋪滿所述第二基板的面狀電極，所述第一電極為塊狀電極，有助于進一步降低制造難度和成本。

優(yōu)選地，所述第一基板上設(shè)置有向所述第一電極施加電壓的第一信號引線，和/或所述第二基板上設(shè)置有向所述第二電極施加電壓的第二信號引線。

優(yōu)選地，所述第一電極由氧化銦錫(Indium Tin Oxide，ITO)制成，所述第二電極、所述第一信號引線和所述第二信號引線由ITO、鉬、鋁、銅等制成，所述微孔層由氮化硅或氧化硅制成。

本發(fā)明還提供一種基因測序設(shè)備，包括一種基因測序芯片，所述基因測序芯片包括：第一基板；第二基板，所述第二基板與所述第一基板相對設(shè)置；電子墨水層，所述電子墨水層設(shè)置在所述第一基板和所述第二基板之間；第一電極，所述第一電極設(shè)置于所述第一基板上，或者所述第一電極設(shè)置于所述第二基板上；絕緣層，所述絕緣層設(shè)置在所述第二基板遠離所述第一基板的一側(cè)，在所述絕緣層上與所述第一電極相對應的位置設(shè)置有微孔。其中，所述電子墨水層包括多個微膠囊，每個所述微膠囊中包括帶正電的白色顆粒和帶負電的黑色顆粒。

本發(fā)明還提供一種基因測序方法，所述基因測序方法包括以下步驟：

將包含DNA鏈的DNA微珠加入所述微孔中進行PCR擴增；

向所述第一電極施加電壓，和/或向所述第二電極施加電壓，使得在所述第一基板與所述第二基板之間形成電場方向由所述第一基板指向所述第二基板的電場；

依次向所述微孔中加入四種脫氧核糖核苷三磷酸，并檢測所述第一基板一側(cè)的所述電子墨水層的顏色是否發(fā)生變化；

根據(jù)所述第一基板一側(cè)的所述電子墨水層的顏色發(fā)生變化時加入的脫氧核糖核苷三磷酸確定DNA鏈上的堿基類型。

優(yōu)選地，所述脫氧核糖核苷三磷酸為可逆終止脫氧核糖核苷三磷酸，所述基因測序方法還包括：清洗掉向所述微孔中加入的可逆終止脫氧核糖核苷三磷酸，并加入疏基試劑。

發(fā)明的有益效果

本發(fā)明中的基因測序芯片不需要激光光源和光學系統(tǒng)，也不需要任何場效應管，制造工藝簡單，能夠大大降低制造難度和成本。本發(fā)明還涉及包括該基因測序芯片的基因測序設(shè)備。

本發(fā)明中的基因測序方法應用本發(fā)明的基因測序芯片，不需要對脫氧核糖核苷酸進行熒光標記，能夠簡單方便地進行基因測序。

附圖說明

圖1示出本發(fā)明的一種基因測序芯片的剖視圖，剖切線為圖2和圖3中A-A’線；

圖2示出圖1中基因測序芯片的第一基板的平面圖；

圖3示出圖1中基因測序芯片的第二基板的平面圖；

圖4示出圖1中基因測序芯片在發(fā)生堿基配對反應時的剖視圖；

圖5-1示出圖1中基因測序芯片在未發(fā)生堿基配對反應時第一基板一側(cè)的電子墨水層的顏色；

圖5-2示出圖1中基因測序芯片在發(fā)生堿基配對反應時第一基板一側(cè)的電子墨水層的顏色。

附圖標記說明

1第一基板，2第二基板，3第一電極，4第二電極，5電子墨水層，6微孔層，7微孔，8離子敏感膜，90微膠囊，91帶正電的白色顆粒，92帶負電的黑色顆粒，10第一信號引線，11第二信號引線

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例的附圖，對本發(fā)明實施例的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；谒枋龅谋景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

除非另作定義，此處使用的技術(shù)術(shù)語或者科學術(shù)語應當為本發(fā)明所屬領(lǐng)域內(nèi)具有一般技能的人士所理解的通常意義。本發(fā)明專利申請說明書以及權(quán)利要求書中使用的“第一”、“第二”以及類似的詞語并不表示任何順序、數(shù)量或者重要性，而只是用來區(qū)分不同的組成部分。同樣，“一個”或者“一”等類似詞語也不表示數(shù)量限制，而是表示存在至少一個?！斑B接”或者“相連”等類似的詞語并非限定于物理的或者機械的連接，而是可以包括電性的連接，不管是直接的還是間接的?！吧稀薄ⅰ跋隆?、“左”、“右”等僅用于表示相對位置關(guān)系，當被描述對象的絕對位置改變后，則該相對位置關(guān)系也相應地改變。

圖1示出本發(fā)明的一種基因測序芯片的剖視圖，剖切線為圖2和圖3中A-A’線。如圖1所示，本發(fā)明的一種基因測序芯片包括透明的第一基板1，與第一基板1相對設(shè)置有第二基板2，第一電極3設(shè)置在第一基板1上，并且第一電極3是透明電極，第二電極4設(shè)置在第二基板2上。在第一基板1和第二基板2之間設(shè)置有電子墨水層5，電子墨水層5包括多個微膠囊90，每個微膠囊90中包括帶正電的白色顆粒91和帶負電的黑色顆粒92。在第二基板2遠離第一基板1的一側(cè)設(shè)置有微孔層6，微孔層6中與所述第一電極3或所述第二電極4相對應的位置設(shè)置有微孔7。第一電極3、第二電極4和微孔7在第一基板1或者第二基板2上的投影相互重合。

微孔7中靠近第二基板2的一側(cè)設(shè)置有離子敏感膜8，優(yōu)選地，離子敏感膜8由四氮化三硅制成。當微孔7中發(fā)生堿基互補配對時，會釋放氫離子，這樣就會在離子敏感膜8表面感應出能斯特電位，進而對第一基板1和第二基板2之間的電場造成影響，改變帶電顆粒的分布。

圖2示出圖1中基因測序芯片的第一基板的平面圖，圖3示出圖1中基因測序芯片的第二基板的平面圖。如圖2所示，第一電極3為塊狀電極，其設(shè)置在第一基板1上，并且由第一基板1上的向其施加電壓的第一信號引線10連接。如圖3所示，第二電極4同樣為塊狀電極，其設(shè)置在第二基板2上，并且由第二基板2上的向其施加電壓的第二信號引線11連接。

如圖1至圖3所示，第一電極3和第二電極4為塊狀電極，并且第一電極3設(shè)置在第一基板1面向第二基板2的一側(cè)，第二電極4設(shè)置在第二基板2面向第一基板1的一側(cè)。需要說明的是，上述為一個優(yōu)選的實施例，本發(fā)明中對第一電極3和第二電極4的形狀和位置并不做限定。具體的，第一電極3既可以是塊狀電極，也可以是面狀電極。第二電極4既可以是塊狀電極，也可以是面狀電極。第一電極3既可以設(shè)置在第一基板1靠近第二基板2的一側(cè)，也可以設(shè)置在第一基板1遠離第二基板2的一側(cè)。第二電極4既可以設(shè)置在第二基板2靠近第一基板1的一側(cè)，也可以設(shè)置在第二基板2遠離第一基板1的一側(cè)。其中，第一電極3由氧化銦錫(Indium Tin Oxide，ITO)制成，第二電極4、第一信號引線10和所述第二信號引線11由ITO、鉬、鋁、銅等制成，所述微孔層由氮化硅或氧化硅制成。

同樣的，本發(fā)明中的第一電極3和第二電極4既可以同時存在，也可以只存在第一電極3或者第二電極4。

另外還需要說明的是，離子敏感膜8并不是必須的，當不存在離子敏感膜8時，微孔7中發(fā)生堿基互補配對產(chǎn)生的氫離子同樣會對第一電極1和第二電極2之間的電場造成影響，進而改變帶電顆粒的分布。

下面說明使用本發(fā)明的基因測序芯片的基因測序方法。該基因測序方法包括以下步驟：

將包含DNA鏈的DNA微珠加入所述微孔7中進行PCR擴增；

向第一電極3施加電壓，和/或向所述第二電極4施加電壓，使得在第一基板1與第二基板2之間形成電場方向由第一基板1指向第二基板2的電場；

依次向微孔7中加入四種脫氧核糖核苷三磷酸，并檢測第一基板1一側(cè)的電子墨水層5的顏色是否發(fā)生變化；

根據(jù)第一基板1一側(cè)的電子墨水層5的顏色發(fā)生變化時加入的脫氧核糖核苷三磷酸確定DNA鏈上的堿基類型。

優(yōu)選地，上述脫氧核糖核苷三磷酸為可逆終止脫氧核糖核苷三磷酸，具體包括可逆終止三磷酸腺嘌呤脫氧核糖核苷酸、可逆終止三磷酸胸腺嘧啶脫氧核糖核苷酸、可逆終止三磷酸胞嘧啶脫氧核糖核苷酸和可逆終止三磷酸鳥嘌呤脫氧核糖核苷酸。

在包含DNA鏈的DNA微珠加入所述微孔7中進行PCR擴增之后，通過第一信號引線10向第一電極3施加電壓信號，通過第二信號引線11向第二電極4施加電壓信號，使得在第一基板1和第二基板2之間存在一個由第一基板1指向第二基板2方向的電場，此時，微膠囊90中帶正電的白色顆粒91會聚集在第二基板2一側(cè)，帶負電的黑色顆粒92聚集在第一基板1一側(cè)，如圖1和圖5-1所示，在第一基板1一側(cè)觀察時，電子墨水層5的顏色為黑色。

當微孔7中的脫氧核糖核苷三磷酸被合成到DNA分子中時，會釋放氫離子，進而產(chǎn)生一個由第二基板2指向第一基板1方向的電場，此電場會使微膠囊90中的帶正電的白色顆粒91向第一基板1方向運動，帶負電的黑色顆粒92向第二基板2方向運動，此時，如圖4和圖5-2所示，在第一基板1一側(cè)觀察時，電子墨水層5的顏色為白色。

如果微孔7中設(shè)置有離子敏感膜8，那么氫離子會在離子敏感膜8的表面感應出能斯特電位，該電位同樣會產(chǎn)生一個由第二基板2指向第一基板1方向的電場，進而使微膠囊90中的帶正電的白色顆粒91向第一基板1方向運動，帶負電的黑色顆粒92向第二基板2方向運動，根據(jù)第一基板1一側(cè)的電子墨水層5的顏色發(fā)生變化時加入的脫氧核糖核苷三磷酸確定DNA鏈上的堿基類型。

具體的，第一基板1一側(cè)的電子墨水層5的顏色發(fā)生變化時，如果向微孔7中加入的脫氧核糖核苷三磷酸為三磷酸腺嘌呤脫氧核糖核苷酸，則此時待測DNA鏈上的堿基為胸腺嘧啶；如果向微孔7中加入的脫氧核糖核苷三磷酸為三磷酸胸腺嘧啶脫氧核糖核苷酸，則此時待測DNA鏈上的堿基為腺嘌呤；如果向微孔7中加入的脫氧核糖核苷三磷酸為三磷酸胞嘧啶脫氧核糖核苷酸，則此時待測DNA鏈上的堿基為鳥嘌呤；如果向微孔7中加入的脫氧核糖核苷三磷酸為三磷酸鳥嘌呤脫氧核糖核苷酸，則此時待測DNA鏈上的堿基為胞嘧啶。

在完成DNA一個位置的堿基類型檢測后，需要清洗掉向微孔7中加入的可逆終止脫氧核糖核苷三磷酸，并加入疏基試劑。與普通的脫氧核糖核苷三磷酸不同，可逆終止脫氧核糖核苷三磷酸的3′端連接一個疊氮基團，在DNA合成過程中不能形成磷酸二酯鍵，因而會中斷DNA的合成，如果加入疏基試劑，疊氮基團就會斷裂，并在原來位置形成一個羥基。在加入疏基試劑后可繼續(xù)進行后續(xù)位置的堿基類型檢測，檢測方法與上述方法相同，在此不再贅述。

優(yōu)選地，可以在第一基板1的一側(cè)設(shè)置有圖像采集裝置，該圖像采集裝置可用于捕捉第一基板1一側(cè)的電子墨水層5的顏色變化。

優(yōu)選地，上述圖像采集裝置為CCD照相機。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾。本發(fā)明的保護范圍以權(quán)利要求書為準。