CN107164466B - 芯片基板及其制作工艺、基因测序芯片及基因测序方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了芯片基板及其制作工艺、基因测序芯片及基因测序方法。所述芯片基板包括：基板；形成于所述基板上的阵列下板电极；图案化形成的绝缘层，所述绝缘层覆盖相邻两下板电极之间的间隙，并部分覆盖所述相邻两下板电极；形成于所述下板电极上及所述绝缘层之间的电容介电层；图案化形成的阵列上板电极及阵列测试点，所述上板电极部分覆盖所述电容介电层，所述测试点通过引线贯穿所述绝缘层的引线孔与所述下板电极连接；磁珠，所述磁珠设置于所述上板电极未覆盖所述电容介电层的区域并与所述电容介电层接触，用于接收含有DNA的样本。本发明提供的芯片基板将测序过程中的化学信号转变为电信号，无需对各种碱基进行如荧光探针等特殊标记，试剂成本低；芯片结构简单，工艺复杂程度较低，有利于基因测序在医学等领域的普及和推广。

Description

芯片基板及其制作工艺、基因测序芯片及基因测序方法
技术领域
本发明涉及生物芯片领域，特别是涉及芯片基板及其制作工艺、基因测序芯片及基因测序方法。
背景技术
基因测序技术是现代分子生物学研究中最常用的技术，从1977第一代基因测序发展至今，基因测序技术已经取得了相当大的发展，主要包括第一代sanger测序技术、第二代高通量测序技术、第三代单分子测序技术和***纳米孔测序技术。
现有的基因测序方法通常采用的是荧光检测方法，各大测序公司如Illumina、Roche 454、ABI等均是采用荧光检测方法所进行的基因测序。荧光检测方法是通过对各种碱基进行不通的荧光基团修饰，进而在这些碱基与待测基因片段配对时，会导致荧光基团释放，通过通过光学***检测荧光颜色，即可确定碱基种类，最终得到待测基因片段序列。
上述基因测序方法检测具有检测结果直观，测序精度高的效果，但是此种基因测序方法需要对四种碱基进行不同颜色的荧光标记，而在测序过程中也需要进行上千轮的碱基配对，进而需要大量的测试试剂，造成测试试剂成本的大幅提高，不利于基因测序在医学等领域的普及和推广。
发明内容
本发明提供芯片基板及其制作工艺、基因测序芯片及基因测序方法，以解决现有的基因测序方法造成的测试试剂成本高的问题。
为了解决上述问题，本发明公开了一种芯片基板，包括：
基板；
形成于所述基板上的阵列下板电极；
图案化形成的绝缘层，所述绝缘层覆盖相邻两下板电极之间的间隙，并部分覆盖所述相邻两下板电极；
形成于所述下板电极上及所述绝缘层之间的电容介电层；
图案化形成的阵列上板电极及阵列测试点，所述上板电极部分覆盖所述电容介电层，所述测试点通过引线贯穿所述绝缘层的引线孔与所述下板电极连接；
磁珠，所述磁珠设置于所述上板电极未覆盖所述电容介电层的区域并与所述电容介电层接触，用于接收含有DNA的样本。
优选地，所述电容介电层为PH敏感水凝胶材料。
优选地，所述芯片基板还包括：
图案化形成的保护层，所述保护层形成于所述上板电极与所述电容介电层之间并覆盖所述绝缘层及所述电容介电层。
优选地，所述保护层为具有柔性的聚合物材料。
为了解决上述问题，本发明还公开了一种基因测序芯片，包括对合设置的上基板及上述任一项所述的芯片基板。
优选地，所述上基板上设有采样口和出样口。
优选地，所述上基板和所述基板之间设置有环绕所述基因测序芯片边缘的流道侧壁层；所述流道侧壁层与所述上基板、所述上板电极共同形成用于存储测序试剂的流道。
优选地，所述流道侧壁层由氧化硅、氮化硅、聚合物材料中的任一种材料制成。
优选地，所述上基板由玻璃、硅和聚合物材料中的任一种材料制成。
为了解决上述问题，本发明还公开了一种芯片基板的制作工艺，包括：
在基板上图案化形成阵列的下板电极；
图案化形成绝缘层；所述绝缘层覆盖相邻两下板电极之间的间隙，并部分覆盖所述相邻两下板电极；
形成电容介电层，所述电容介电层形成于所述下板电极上及所述绝缘层之间；
形成贯穿所述绝缘层并暴露所述下板电极的引线孔；
图案化形成阵列上板电极及阵列测试点，其中，所述上板电极部分覆盖所述电容介电层，所述测试点通过形成于所述引线孔的引线与所述下板电极连接；
在所述上板电极未覆盖所述电容介电层的区域设置磁珠，所述磁珠与所述电容介电层接触，以接收含有DNA的样本。
优选地，所述在形成贯穿所述绝缘层并暴露所述下板电极的引线孔之前，还包括：
在所述绝缘层及所述电容介电层上图案化形成保护层；
所述形成贯穿所述绝缘层并暴露所述下板电极的引线孔，包括：
形成依次贯穿所述保护层及所述绝缘层并暴露所述下板电极的引线孔。
为了解决上述问题，本发明还公开一种基因测序方法，包括：
在对第一测序单元进行基因测序之前，获取所述第一测序单元上板电极与下板电极之间的第一间距及电容介电层的第一介电常数；
根据所述第一间距和所述第一介电常数获取所述第一测序单元的第一电容值；
在对所述第一测序单元基因测序完成之后，获取所述第一测序单元上板电极与下板电极之间的第二间距及电容介电层的第二介电常数；
根据所述第二间距和所述第二介电常数获取所述第一测序单元的第二电容值；
利用所述第二电容值与所述第一电容值的差值，获取所述第一测序单元所对应的基因片段序列。
与现有技术相比，本发明包括以下优点：
通过本发明实施例提供的芯片基板，通过磁珠与电容介电层接触，在基因测序时，磁珠接收含有DNA的样本，在基因测序的过程中，DNA在测序反应下产生的氢离子进入电容介电层，使得电容介电层溶胀，导致电容器的极板间距以及介质层介电常数发生变化，最终导致芯片基板电容值发生改变，通过连续监测每个测序过程中每个测序单元电容值变化情况，即可得到最终的基因片段序列，该方法是将测序过程中的化学信号转变为电信号，无需对各种碱基进行如荧光探针等特殊标记，试剂成本低；芯片结构简单，工艺复杂程度较低，与一般光刻工艺相同，有利于基因测序在医学等领域的普及和推广。
附图说明
图1是本发明实施例一的一种芯片基板的结构示意图；
图2是本发明实施例一的一种制备好的芯片基板俯视图；
图3是本发明实施例二的一种基因测序芯片的结构示意图；
图4是本发明实施例二的一种基因测序芯片截面的结构示意图；
图5是本发明实施例三的一种芯片基板的制作工艺流程图；
图5a是本发明实施例三中芯片基板制作过程中的结构示意图；
图5b是本发明实施例三中芯片基板制作过程中的结构示意图；
图5c是本发明实施例三中芯片基板制作过程中的结构示意图；
图5d是本发明实施例三中芯片基板制作过程中的结构示意图；
图5e是本发明实施例三中芯片基板制作过程中的结构示意图；
图5f是本发明实施例三中芯片基板制作过程中的结构示意图；
图5g是本发明实施例三中芯片基板制作过程中的结构示意图；
图5h是本发明实施例三中芯片基板制作过程中的结构示意图；
图5i是本发明实施例三中芯片基板制作过程中的结构示意图；
图5j是本发明实施例三中芯片基板制作过程中的结构示意图；
图5k是本发明实施例三中芯片基板制作过程中的结构示意图；及
图6是本发明实施例四的一种基因测序方法的步骤流程图。
附图标记说明
1-基板，2-下板电极，3-绝缘层，4-电容介电层，5-上板电极，6-测试点，7-磁珠，8-保护层，9-上基板，10-采样口，11-出样口，12-流道侧壁层，13-流道。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
图1示出了本发明实施例一的一种芯片基板的结构示意图。图2示出了本发明实施例一的一种制备好的芯片基板俯视图。
如图1和图2所示，芯片基板可以包括：基板1、下板电极2、绝缘层3、电容介电层4、上板电极5、测试点6、磁珠7、保护层8。
下板电极2阵列形成于基板1上，可以通过在基板1上沉积一层金属膜，通过对金属膜进行刻蚀以形成阵列下板电极2，而对于下板电极2的形成方式将在下述实施例中详细说明，在此不加以赘述。
绝缘层3图案化形成于下板电极2和基板1之上，可以通过在下板电极2和基板1上沉积一层绝缘层3，绝缘层3覆盖于相邻两下板电极2之间的间隙，并部分覆盖相邻两下板电极2。绝缘层3的材料通常为氧化硅或氮化硅等材料，而对于绝缘层3具体选用何种材料，本发明实施例不加以限制。
电容介电层4形成于下板电极2上及绝缘层3之间，电容介电层4可以是由PH敏感水凝胶材料制成的，PH敏感水凝胶遇到氢离子会发生溶胀现象，进而可以使得上板电极5和下板电极2的间距增大，进而导致上板电极5和下板电极2的介电常数发生变化，最终导致芯片基板的电容值发生改变。
可以理解地，本发明实施例中的电容介电层4可以采用其他遇到氢离子会发生溶胀现象的材料制成，而对于具体的电容介电层4的材料本发明实施例不加以限制。
图案化的上板电极5和测试点6阵列的形成于电容介电层4和绝缘层3之上，上板电极5部分覆盖于电容介电层4，测试点6通过引线贯穿绝缘层3的引线孔与下板电极2连接。
在本发明实施例中，每个上板电极5上均可以设置一个或者多个测试点6，本发明实施例对此不加以限制。
测试点6可以与下板电极2连通，通过测试测试点6与下板电极2之间的电容，也就可以获知上板电极5与下板电极2之间的电容，进而实现基因测序。
磁珠7设置于上板电极5未覆盖电容介电层4的区域，并与电容介电层4接触，磁珠7可以用于接收含有DNA的样本，磁珠7与上板电极5契合的覆盖电容介电层4及绝缘层。
在进行基因测序时，磁珠7接收的含有DNA的样本上的DNA会发生测序反应产生氢离子，氢离子进入电容介电层4可以使电容介电层4产生溶胀反应，从而可以使上板电极5和下板电极2的间距发生改变，也可以使电容介电层4的介电常数发生变化，进而导致芯片基板间的电容值发生改变，以此确定出相应的基因片段序列。
优选地，本发明实施例中的芯片基板还可以包括：图案化形成的保护层8，保护层8形成于上板电极5与电容介电层4之间并覆盖绝缘层3及电容介电层4。
保护层8可以在刻蚀过程中保护电容介电层4不受各种刻蚀液侵蚀，而为了电容介电层4与上板电极5良好接触，保护层8可以是由具有柔性的聚合物材料制成，而本发明实施例中对于制成保护层8的具体的材料不加以限制。
本发明实施例通过磁珠与电容介电层接触，在基因测序时，磁珠接收含有DNA的样本，在基因测序的过程中，DNA在测序反应下产生的氢离子进入电容介电层，使得电容介电层溶胀，导致电容器的极板间距以及介质层介电常数发生变化，最终导致芯片基板电容值发生改变，通过连续监测每个测序过程中每个测序单元电容值变化情况，即可得到最终的基因片段序列，该方法是将测序过程中的化学信号转变为电信号，无需对各种碱基进行如荧光探针等特殊标记，试剂成本低；芯片结构简单，工艺复杂程度较低，与一般光刻工艺相同，有利于基因测序在医学等领域的普及和推广。
实施例二
参照图3，示出了本发明实施例二的一种基因测序芯片的结构示意图。图4示出了本发明实施例二的一种基因测序芯片截面的结构示意图。
如图3和图4所示，基因测序芯片可以包括：对合设置的上基板9以及上述实施例一中所描述的芯片基板。
优选地，上基板9上设置有采样口10和出样口11。
在本发明实施例中，在对应于上板电极5之上的上基板9上均设置有采样口10和出样口11，其中，采样口10可以用于在进行基因测序时向磁珠7提供含有DNA的样本，出样口11可以用于在基因测序完成时，通过出样口11排出使用过的测序试剂。
优选地，上基板9和基板1之间设置有环绕基因测序芯片边缘的流道侧壁层12，流道侧壁层12与上基板9、上板电极5共同形成用于存储测序试剂的流道13。
其中，流道侧壁层12可以由氧化硅、氮化硅、聚合物材料等中的任一种材料制成，上基板9可以由玻璃、硅和聚合物材料等中的任一种材料制成。
在实际应用中，本领域技术人员可以根据实际需要自行选择制成流道侧壁层12和上基板9的材料，本发明实施例对此不加以限制。
本发明实施例提供的基因测序芯片，除了具有实施例一中所示的芯片基板所具有的有益效果外，还可以设置流道侧壁层作为芯片基板的挡墙，可以更好的保护芯片基板，并且，通过流道侧壁层与上基板、上板电极所围成的流道可以方便存储测序试剂，从而能够节省单独存放测序试剂占用的额外空间。
实施例三
参照图5，示出了本发明实施例三的一种芯片基板的制作工艺流程图。
芯片基板的制作工艺具体可以包括如下步骤：
步骤S301：在基板上图案化形成阵列的下板电极。
在本发明实施例中，在基底上图案化形成阵列的下板电极可以如图5a所示，首先在基板上沉积一层金属膜，然后，如图5b所示，通过光刻工艺对沉积的金属膜进行刻蚀以形成阵列的下板电极。
可以理解地，上述示例仅是为了更好地理解本发明实施例的技术方案而列举的示例，并不作为对本发明实施例的唯一限制。
步骤S302：图案化形成绝缘层。
其中，绝缘层覆盖相邻两下板电极之间的间隙，并部分覆盖于相邻两下板电极之上。
步骤S303：形成电容介电层。
电容介电层形成于下板电极上及绝缘层之间。
步骤S304：形成贯穿所述绝缘层并暴露所述下板电极的引线孔。
在本发明实施例中，上述步骤S302、步骤S303、步骤S304可以如图5c所示，在上板电极及基板上沉积一层绝缘层，然后，如图5d所示，在绝缘层上采用光刻工艺刻蚀出用于沉积电容介电层的孔，然后，如图5e所示，在刻蚀的孔中沉积电容介电层，进而，如图5f所示，对电容介电层进行刻蚀，以使电容介电层的上表面与绝缘层的上表面平齐，再而，如图5g所示，在绝缘层中刻蚀出贯穿绝缘层的用于上板电极与下板电极连接的引线孔。
优选地，在步骤S304之前还可以包括：
步骤S3038：在所述绝缘层及所述电容介电层上图案化形成保护层；
上述步骤S3038可以采用如下方式执行，如图5h所示，在绝缘层和电容介电层之上沉积阵列保护层，保护层沉积于上板电极与电容介电层之间，并覆盖绝缘层及电容介电层。
步骤S305：图案化形成阵列上板电极及阵列测试点。
其中，上板电极部分覆盖于电容介电层之上，测试点可以与下板电极连通，通过测试测试点与下板电极之间的电容，也就可以获知上板电极与下板电极之间的电容，进而实现基因测序。
在本发明实施例中，上述步骤S305可以采用如下方式进行，如图5i所示，在上基板上沉积一层金属膜，然后，如图5j所示，采用光刻工艺对沉积的金属膜进行刻蚀以形成阵列的上板电极，并在上板电极上刻蚀出用于连接下板电极的测试点。
可以理解地，上述示例仅是为了更好地理解本发明实施例的技术方案而列举的示例，并不作为对本发明实施例的唯一限制。
在上述步骤完成之后，则可以对沉积的保护层进行如下操作，如图5k所示，对保护层进行刻蚀，以使得保护层与绝缘层和电容介电层及上板电极契合。
步骤S306：在所述上板电极未覆盖所述电容介电层的区域设置磁珠。
磁珠与电容介电层接触，在进行基因测序时，可以通过采样口接收含有DNA的样本。
实施例四
参照图6，示出了本发明实施例四的一种基因测序方法的步骤流程图，具体可以包括如下步骤：
步骤S401：在对第一测序单元进行基因测序之前，获取所述第一测序单元上板电极与下板电极之间的第一间距及电容介电层的第一介电常数。
在本发明实施例中，上板电极和下板电极之间形成有电容介电层，在对第一测序单元进行基因测序之前，可以预先获取第一测序单元上板电极与下板电极之间的第一间距，通过电容介电层的制成材料可以获取电容介电层的第一介电常数。
步骤S402：根据所述第一间距和所述第一介电常数获取所述第一测序单元的第一电容值。
通过第一间距和第一介电常数可以计算出该第一测序单元的第一电容值。
步骤S403：在对所述第一测序单元基因测序完成之后，获取所述第一测序单元上板电极与下板电极之间的第二间距及电容介电层的第二介电常数。
在测出第一电容值之后对第一测序单元进行基因测序，通过上基板上的采样口向磁珠提供含有DNA的样本及所需的测序试剂以进行基因测序，在基因测序的过程中，DNA会发生测序反应产生氢离子进入电容介电层，从而导致电容介电层发生溶胀现象，从而可以使上板电极和下板电极的间距增大，并且也会导致电容介质层的介电常数发生改变。
在对第一测序单元基因测序完成之后，可以获取改变之后的第一测序单元上板电极和下板电极之间的第二间距，以及改变之后的电容介电层的第二介电常数。
步骤S404：根据所述第二间距和所述第二介电常数获取所述第一测序单元的第二电容值。
通过第二间距和第二介电常数可以计算出该第一测序单元的第二电容值。
步骤S405：利用所述第二电容值与所述第一电容值的差值，获取所述第一测序单元所对应的基因片段序列。
在测序完成之后，可以通过上基板上设置的出样口将含有DNA的样本及用过测序试剂排出基因测序芯片，而不会影响基因测序芯片进行下一次的基因测序流程。
利用基因测序前后第一测序单元的第一电容值和第二电容值可以计算出在基因测序前后的差值，利用该差值可以进一步确定该第一测序单元所测试的基因片段序列。
对于前述的各实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的芯片基板及其制作工艺、基因测序芯片及基因测序方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1.一种芯片基板，其特征在于，包括：
基板；
形成于所述基板上的阵列下板电极；
图案化形成的绝缘层，所述绝缘层覆盖相邻两下板电极之间的间隙，并部分覆盖所述相邻两下板电极；
形成于所述下板电极上及所述绝缘层之间的电容介电层；
图案化形成的阵列上板电极及阵列测试点，所述上板电极部分覆盖所述电容介电层，所述测试点通过引线贯穿所述绝缘层的引线孔与所述下板电极连接；
磁珠，所述磁珠设置于所述上板电极未覆盖所述电容介电层的区域并与所述电容介电层接触，用于接收含有DNA的样本。
2.根据权利要求1所述的芯片基板，其特征在于，所述电容介电层为PH敏感水凝胶材料。
3.根据权利要求1所述的芯片基板，其特征在于，还包括：
图案化形成的保护层，所述保护层形成于所述上板电极与所述电容介电层之间并覆盖所述绝缘层及所述电容介电层。
4.根据权利要求3所述的芯片基板，其特征在于，所述保护层为具有柔性的聚合物材料。
5.一种基因测序芯片，其特征在于，所述基因测序芯片包括对合设置的上基板及如权利要求1至4中任一项所述的芯片基板。
6.根据权利要求5所述的基因测序芯片，其特征在于，所述上基板上设有采样口和出样口。
7.根据权利要求5所述的基因测序芯片，其特征在于，所述上基板和所述基板之间设置有环绕所述基因测序芯片边缘的流道侧壁层；所述流道侧壁层与所述上基板、所述上板电极共同形成用于存储测序试剂的流道。
8.根据权利要求7所述的基因测序芯片，其特征在于，所述流道侧壁层由氧化硅、氮化硅、聚合物材料中的任一种材料制成。
9.根据权利要求5所述的基因测序芯片，其特征在于，所述上基板由玻璃、硅和聚合物材料中的任一种材料制成。
10.一种芯片基板的制作工艺，其特征在于，包括：
在基板上图案化形成阵列的下板电极；
图案化形成绝缘层；所述绝缘层覆盖相邻两下板电极之间的间隙，并部分覆盖所述相邻两下板电极；
形成电容介电层，所述电容介电层形成于所述下板电极上及所述绝缘层之间；
形成贯穿所述绝缘层并暴露所述下板电极的引线孔；
图案化形成阵列上板电极及阵列测试点，其中，所述上板电极部分覆盖所述电容介电层，所述测试点通过形成于所述引线孔的引线与所述下板电极连接；
在所述上板电极未覆盖所述电容介电层的区域设置磁珠，所述磁珠与所述电容介电层接触，以接收含有DNA的样本。
11.根据权利要求10所述的制作工艺，其特征在于，所述在形成贯穿所述绝缘层并暴露所述下板电极的引线孔之前，还包括：
在所述绝缘层及所述电容介电层上图案化形成保护层；
所述形成贯穿所述绝缘层并暴露所述下板电极的引线孔，包括：
形成依次贯穿所述保护层及所述绝缘层并暴露所述下板电极的引线孔。
12.一种使用权利要求1-4中任一项所述的芯片基板的基因测序方法，其特征在于，所述基因测序方法包括以下步骤：
在对第一测序单元进行基因测序之前，获取所述第一测序单元上板电极与下板电极之间的第一间距及电容介电层的第一介电常数；
根据所述第一间距和所述第一介电常数获取所述第一测序单元的第一电容值；
在对所述第一测序单元基因测序完成之后，获取所述第一测序单元上板电极与下板电极之间的第二间距及电容介电层的第二介电常数；
根据所述第二间距和所述第二介电常数获取所述第一测序单元的第二电容值；
利用所述第二电容值与所述第一电容值的差值，获取所述第一测序单元所对应的基因片段序列。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107164466B (zh) * 2017-05-11 2019-03-26 京东方科技集团股份有限公司 芯片基板及其制作工艺、基因测序芯片及基因测序方法
CN112986357A (zh) * 2019-12-13 2021-06-18 成都今是科技有限公司 基因测序芯片的微电极及其制备方法、基因测序芯片
CN114045211A (zh) * 2021-11-18 2022-02-15 上海天马微电子有限公司 基因测序结构、基因测序装置及基因测序方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6495892B2 (en) * 1997-08-08 2002-12-17 California Institute Of Technology Techniques and systems for analyte detection
US6864692B1 (en) * 2002-06-20 2005-03-08 Xsilogy, Inc. Sensor having improved selectivity
US7551058B1 (en) * 2003-12-10 2009-06-23 Advanced Design Consulting Usa, Inc. Sensor for monitoring environmental parameters in concrete
CN101454659A (zh) * 2006-05-29 2009-06-10 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于感测应用的有机场效应晶体管
WO2010008480A2 (en) * 2008-06-25 2010-01-21 Ion Torrent Systems Incorporated Methods and apparatus for measuring analytes using large scale fet arrays
JP2015525077A (ja) * 2012-06-15 2015-09-03 ジェニア・テクノロジーズ・インコーポレイテッド チップの構成および高精度な核酸配列決定
US20160302729A1 (en) * 2013-12-11 2016-10-20 The Board Of Regents Of The University Of Texas System Devices and methods for parameter measurement
CN105543071A (zh) * 2015-12-10 2016-05-04 严媚 一种用于高通量基因测序的cmos isfet双模式图像化学传感器芯片
CN106497774A (zh) 2017-01-03 2017-03-15 京东方科技集团股份有限公司 基因测序芯片、基因测序设备及基因测序方法
CN107164466B (zh) * 2017-05-11 2019-03-26 京东方科技集团股份有限公司 芯片基板及其制作工艺、基因测序芯片及基因测序方法

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