本发明属于生物及半导体集成电路制造，特别是涉及一种空间组学检测工具及其制备方法和空间组学检测方法。
背景技术：
1、空间转录组和基因组学等空间组学技术能够在单细胞甚至亚细胞分辨率上实施无目标的基因(突变信息)及其表达特征检测，并在分子层面精准获取基因表达的空间分布特征，用以准确描述细胞组成的异质性以及空间细胞相互作用、分子相互作用等，从而在更高精度和更多数据维度上解析个体药物的敏感性及副作用等差异。近年来，空间组学技术在免疫、发育、神经、脑科学的基础生命科学研究与重大疾病研究中的应用均取得了众多重量级成果，体现出了空间转录组和基因组学等空间组学技术的巨大发展潜力。
2、空间位置信息的获取是空间组学技术的核心。现有技术中，空间转录组和基因组学技术的空间信息获取方式可以分为显微切割、成像和空间条形码等方式。其中，显微切割的方式结合ngs(next generation sequencing，二代测序)能够进行全转录组的高分辨率深入分析，但显微切割所使用的设备成本很高，并且受显微切割的操作设备等因素影响导致其测序通量仍较低；通过成像获取空间信息的方法包括原位杂交(如seqfish、merfish等)和原位测序(starmap、barseq等)，二者通过荧光探针与基因或转录本进行原位互补杂交并采集图像来获取序列和位置信息，但由于光谱带宽限制需要进行多轮杂交操作，这使得操作相对复杂且图像数据量巨大、效率低，且需要昂贵的高分辨率显微镜与分子探针；相比之下，空间条形码技术不再依赖成像，而是通过核苷酸编码阵列捕获基因/转录本，再结合ngs测序技术获得序列和位置信息，可以降低设备成本，引起业界的广泛关注。
3、空间条形码技术通过喷墨打印微珠阵列(hdst、slide-seq)、微流控辅助(dbit-seq、decoder-seq)等方法形成空间条形码阵列，空间分辨精度也从55μm缩小到接近单细胞级别，然而受限于喷墨、微珠等结构自身的结构密度限制，这些方法对空间组学分析的空间分辨精度的提高也受到限制。2022年我国华大基因研究团队报道的stereo-seq将空间组学分析的分辨率推进至亚微米级别，然而其设备成本和操作复杂度均有增加。
4、因此，亟需一种能够提高空间组学分析的空间分辨精度同时降低设备成本、提高操作效率的结构或方法。
5、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。
技术实现思路
1、鉴于以上现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种空间组学检测工具及其制备方法和空间组学检测方法，用于解决现有技术中的问题。
2、为实现上述目的，本发明提供一种空间组学检测工具，所述空间组学检测工具包括：微流控换液系统、微电极阵列、位点上电结构和控制系统；
3、所述微流控换液系统包括通断状态可控的换液微通道，所述微电极阵列中包含n个呈阵列排布的检测位点电极，n为大于等于1的整数；所述换液微通道与各个所述检测位点电极连通，以从所述换液微通道向所述检测位点电极通入标签原材料，所述检测位点电极用于通电后对通入所述检测位点电极的所述标签原材料进行电化学合成标签核酸序列，所述标签核酸序列用于空间组学技术中对dna的捕获和文库制备；
4、所述位点上电结构与各个所述检测位点电极电连接，所述控制系统与所述位点上电结构电连接，所述控制系统通过所述位点上电结构对各个所述检测位点电极的通电状态进行控制；
5、所述微流控换液系统、所述微电极阵列和所述位点上电结构为mems结构。
6、可选地，所述空间组学检测工具包括n个所述位点上电结构，每个所述位点上电结构包括电连接的连接导线与外接焊盘，所述外接焊盘与所述控制系统电连接；每个所述检测位点电极对应与一个所述位点上电结构的所述连接导线电连接，所述控制系统通过所述连接导线和所述外接焊盘控制各个所述检测位点电极的通电状态。
7、可选地，所述微电极阵列和所述位点上电结构为mems集成电路；所述位点上电结构包括n个电容器、n个呈a行b列阵列排布的相同的场效应管、a个行控制线、b个列控制线和n个外接焊盘，a、b均为大于等于1的整数；
8、每行所述场效应管中的各个栅极均与一个行控制线共同连接，每列所述场效应管中的各个源极均与一个列控制线共同连接，各个所述行控制线和所述列控制线不与所述场效应管连接的一端均各自与1个所述外接焊盘电连接；
9、每个所述电容器与1个对应的所述场效应管、1个所述检测位点电极连接；每个所述电容器包括第一电极、第二电极和绝缘介质，所述第一电极与对应的所述检测位点电极电连接，所述第二电极与对应的所述场效应管的漏极电连接，所述绝缘介质位于所述第一电极和所述第二电极之间；所述控制系统通过控制所述场效应管的行控制线和列控制线的输入电信号以控制对应的所述检测位点电极的通电状态。
10、可选地，所述第一电极为所述电容器对应连接的所述漏极周围预设位置的多晶硅区，所述第二电极为所述电容器对应连接的所述漏极，所述绝缘介质为位于所述第一电极和所述第二电极之间的二氧化硅层。
11、可选地，所述场效应管为nmos管。
12、可选地，所述空间组学检测工具还包括探针卡，所述探针卡用于封装所述微电极阵列和所述位点上电结构；所述探针卡包括n个探针和pcb电路；每个所述探针的一端与一个所述检测位点电极对应的所述外接焊盘电连接，每个所述探针的另一端通过所述pcb电路将所述外接焊盘的电连接引出至外表面的封装排针，所述控制系统与所述封装排针电连接以控制所述检测位点电极的通电状态。
13、可选地，n大于等于5000。
14、可选地，相邻两个所述检测位点电极之间的间距小于等于10微米，或相邻两个所述检测位点电极之间的间距小于等于5微米。
15、本发明还提供一种空间组学检测方法，所述检测方法采用上述任意一种所述的空间组学检测工具进行，所述检测方法包括：
16、控制微流控换液系统中的换液微通道向微电极阵列中的检测位点电极通入标签原材料；通过控制系统控制通入标签原材料的所述检测位点电极进行通电，以将所述检测位点电极的标签原材料进行电化学合成标签核酸序列；
17、通过所述控制系统控制所述检测位点电极断电；对待检测组织切片进行细胞膜通孔化后将所述待检测组织切片转移到所述检测位点电极上；
18、对转移到所述检测位点电极上的所述待检测组织切片进行dna解绑和dna切割得到多个dna片段，使切割后得到的每个dna片段分别被对应所述检测位点电极内的所述标签核酸序列捕获；
19、将所述检测位点电极捕获dna片段的所述标签核酸序列进行文库制备，以使被所述标签核酸序列捕获的dna片段复制对应的所述标签核酸序列的标签结构，并将带有所述标签结构的所述dna片段收集处理为可进行测序的结构，得到转录本；
20、对文库制备收集处理得到的转录本中带有所述标签结构的所述dna片段进行高通量测序，得到所述dna片段在所述待检测组织切片中的空间位置信息。
21、本发明还提供一种空间组学检测工具的制备方法，所述制备方法用于制备前述的空间组学检测工具，所述制备方法包括：
22、提供上表面设置有第一氧化层的衬底；
23、于所述第一氧化层上设置第一金属层；
24、对所述第一金属层进行图形化；
25、于图形化的所述第一金属层之间的间隙及上表面覆盖第二氧化层；
26、对图形化的所述第一金属层上方的所述第二氧化层进行图形化，显露出部分下方的所述第一金属层；对图形化的所述第二氧化层之间的间隙设置第二金属层，所述第二金属层与下方的所述第一金属层形成对应的电连接；
27、于所述第二金属层的表面设置第三金属层，所述第三金属层覆盖表面显露的所述第二金属层和所述第二氧化层；
28、对所述第三金属层进行图形化，得到与所述第二金属层电连接的微电极阵列和外接焊盘，所述微电极阵列中包括n个呈阵列排布的检测位点电极，每个所述检测位点电极通过下方的所述第二金属层与所述第一金属层与一个对应的所述外接焊盘电连接；所述检测位点电极用于通过所述外接焊盘通电后对通入所述检测位点电极的标签原材料进行电化学合成标签核酸序列，所述标签核酸序列用于空间组学技术中对dna的捕获和文库制备。
29、如上，本发明的空间组学检测工具及其制备方法和空间组学检测方法，具有以下有益效果：
30、本发明通过采用mems器件得到可以电化学合成标签核酸序列进行dna捕获的检测位点电极，大大提高了检测位点电极的密度，从而将空间组学检测的空间分辨精度缩小至亚单细胞水平，可适应更大面积组织切片的空间组学分析，并且大大降低了进行空间组学检测的设备成本，有利于提高空间组学检测的效率；
31、本发明通过mems集成电路将微电极阵列与位点上电结构通过场效应管及电容器的结构进行集成制备，减少需要的导电焊盘数量，降低了封装难度，并有利于检测位点电极密度的进一步提高；
32、本发明通过将检测位点电极与外接焊盘从底部金属电连接，进一步提高检测位点电极的密度，从而提高空间组学检测的分辨率；
33、本发明通过设置可拆卸的探针卡作为封装结构，提高空间组学检测工具的更换效率。
1.一种空间组学检测工具，其特征在于，所述空间组学检测工具包括：微流控换液系统、微电极阵列、位点上电结构和控制系统；
2.根据权利要求1所述的空间组学检测工具，其特征在于，所述空间组学检测工具包括n个所述位点上电结构，每个所述位点上电结构包括电连接的连接导线与外接焊盘，所述外接焊盘与所述控制系统电连接；每个所述检测位点电极对应与一个所述位点上电结构的所述连接导线电连接，所述控制系统通过所述连接导线和所述外接焊盘控制各个所述检测位点电极的通电状态。
3.根据权利要求1所述的空间组学检测工具，其特征在于，所述微电极阵列和所述位点上电结构为mems集成电路；所述位点上电结构包括n个电容器、n个呈a行b列阵列排布的相同的场效应管、a个行控制线、b个列控制线和n个外接焊盘，a、b均为大于等于1的整数；
4.根据权利要求3所述的空间组学检测工具，其特征在于，所述第一电极为所述电容器对应连接的所述漏极周围预设位置的多晶硅区，所述第二电极为所述电容器对应连接的所述漏极，所述绝缘介质为位于所述第一电极和所述第二电极之间的二氧化硅层。
5.根据权利要求3所述的空间组学检测工具，其特征在于，所述场效应管为nmos管。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的空间组学检测工具，其特征在于，所述空间组学检测工具还包括探针卡，所述探针卡用于封装所述微电极阵列和所述位点上电结构；所述探针卡包括n个探针和pcb电路；每个所述探针的一端与一个所述检测位点电极对应的所述外接焊盘电连接，每个所述探针的另一端通过所述pcb电路将所述外接焊盘的电连接引出至外表面的封装排针，所述控制系统与所述封装排针电连接以控制所述检测位点电极的通电状态。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的空间组学检测工具，其特征在于，n大于等于5000。
8.根据权利要求1-5中任意一项所述的空间组学检测工具，其特征在于，相邻两个所述检测位点电极之间的间距小于等于10微米，或相邻两个所述检测位点电极之间的间距小于等于5微米。
9.一种空间组学检测方法，其特征在于，所述检测方法采用权利要求1-8中任意一项所述的空间组学检测工具进行，所述检测方法包括：
10.一种空间组学检测工具的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备权利要求2中所述的空间组学检测工具，所述制备方法包括：
