專利名稱：用于生物分子芯片微量加樣和反應(yīng)的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物分子芯片的制備方法及其裝置，尤其涉及一種直接在生物分子芯片上進(jìn)行微量加樣和即時(shí)反應(yīng)的方法以及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。
背景技術(shù)：
生物分子芯片是近幾年才發(fā)展起來(lái)的一種集成并行生物檢測(cè)技術(shù)，在微小的幾何尺度上可以集成多種配基，這樣就可以同時(shí)對(duì)微量樣品的多種指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。由于生物分子樣品價(jià)格高，要求用量盡可能少，因此要求生物分子芯片所使用的生物分子試劑和樣品微量化，這也就要求芯片加樣和反應(yīng)裝置微型化。目前，生物芯片的加樣主要采用的是點(diǎn)樣儀。根據(jù)點(diǎn)樣方式的不同分為兩類，一類是接觸式，首先用點(diǎn)樣針蘸取待用的配基，然后通過(guò)接觸芯片表面把配基點(diǎn)在芯片上；一類是噴印式，先用空心點(diǎn)樣針吸取少量的待點(diǎn)的配基，然后通過(guò)類似噴墨打印機(jī)的方式把配基加到芯片表面上。這兩種方式的共同缺點(diǎn)是點(diǎn)樣量不均勻，單個(gè)點(diǎn)內(nèi)配基分子的面密度分布也不均勻，這將嚴(yán)重影響檢測(cè)結(jié)果的質(zhì)量。當(dāng)前，生物芯片反應(yīng)采用的大多是整體反應(yīng)方式，就是把芯片整個(gè)浸泡在待測(cè)樣品溶液中反應(yīng)。這種方法需要的待測(cè)樣品溶液量較多，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，靈敏度不高。
另外一種芯片加樣和反應(yīng)技術(shù)是微流道輸運(yùn)和微腔反應(yīng)器。目前，普遍使用的微流道技術(shù)的芯片是一體化的，即芯片與微流道是制作在同一塊材料上，如文獻(xiàn)1Dielectrophoretic cell separation and gene expression profiling onmicroelectronic chip arrays.July 15，2002 Huang Y，Joo S，Duhon M，Heller M，Wallace B，Xu X Anal Chem 2002 Jul 15；74(14)3362-71之中所述的。該方法所使用的微流道為一次性使用，該微流道制作復(fù)雜，且成本較高，使應(yīng)用受到限制。同時(shí)進(jìn)行生物分子固定和檢測(cè)反應(yīng)的操作是在兩種裝置中分2次進(jìn)行的，因此，制備工藝煩瑣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述已有技術(shù)的缺點(diǎn)；為了大幅度地降低生物芯片的制作成本和簡(jiǎn)化生物分子固定和檢測(cè)反應(yīng)的工藝，從而提供一種生物芯片制作、以及在這種生物芯片上即時(shí)直接進(jìn)行生物分子固定和檢測(cè)反應(yīng)的方法和裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供的生物芯片制備方法，包括按如下步驟順序進(jìn)行(1)將芯片的基底材料和微陣列模板緊密接觸，并通過(guò)外力壓緊微流道；(2)把配基分子通過(guò)微流道的微細(xì)管子輸送到芯片基底表面上的選定區(qū)域；等到配基分子固定在芯片基底上以后；(3)將步驟(2)制備得到的固定有生物分子的芯片基底用緩沖液沖洗，通過(guò)微流道將緩沖液輸送到芯片表面的不同區(qū)域內(nèi)；清洗掉沒(méi)有被固定在芯片表面上的配基分子；(4)通過(guò)一塊彈性膜片，使固定有配基分子的區(qū)域串聯(lián)起來(lái)；或者通過(guò)擠壓彈性膜片上的節(jié)點(diǎn)形成的開關(guān)使固定有配基分子的區(qū)域串聯(lián)起來(lái)；(5)把待檢測(cè)的生物樣品通過(guò)微流道再輸送到步驟(4)制備得到的芯片表面上的各個(gè)單元里，即時(shí)進(jìn)行檢測(cè)反應(yīng)；(6)取下步驟(5)制備而得到的載有檢測(cè)反應(yīng)結(jié)果的芯片，使用芯片檢測(cè)器檢測(cè)其反應(yīng)結(jié)果。
所述的步驟(2)中所使用的配基分子濃度為0.001-1mg/ml；所述的配基分子在微流道中的流速為0.1-100微升/分鐘。
所述的步驟(5)中生物樣品通過(guò)微流道的流速為1-100微升/分鐘。
所述的芯片基底材料包括硅、玻璃、金屬、塑料等材料或上述幾種的復(fù)合材料，優(yōu)選硅。
該方法把微流道與微陣列組合在一起。微陣列是指制作在具有彈性的固體材料上的微型凹槽，微陣列中凹槽的數(shù)目根據(jù)檢測(cè)的指標(biāo)來(lái)定，從一個(gè)到幾百個(gè)或更多。微流道是指與微型凹槽相連接的微小內(nèi)徑的管道。
在外壓力的作用下微陣列可以與光滑的芯片表面緊密接觸形成一個(gè)個(gè)密封的空腔。需要固定的生物配基分子可以通過(guò)微流道進(jìn)入空腔與芯片表面進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的配基分子再通過(guò)微流道排出。這樣就實(shí)現(xiàn)了在芯片表面上的不同區(qū)域內(nèi)進(jìn)行微量加樣。然后，待檢測(cè)的生物樣品也是通過(guò)微流道進(jìn)入各個(gè)空腔，與芯片表面上已固定的生物配基分子反應(yīng)后，再通過(guò)出口排出。生物芯片是用來(lái)同時(shí)檢測(cè)待測(cè)生物樣品中多種生物分子的。該方法中設(shè)計(jì)了流動(dòng)控制部分，使同一份待測(cè)生物樣品依次與芯片上預(yù)固定的多種生物配基分子反應(yīng)，有效地降低了樣品用量。通過(guò)流動(dòng)控制部分可以實(shí)現(xiàn)任意數(shù)目凹槽間串聯(lián)。芯片上配基分子固定的區(qū)域是嚴(yán)格限定的，固定和反應(yīng)后的表面再經(jīng)過(guò)緩沖液沖洗，可以使表面上生物分子的固定和反應(yīng)均勻一致，有效地提高了檢測(cè)的質(zhì)量。芯片反應(yīng)被限定在微小區(qū)域內(nèi)，并且在流動(dòng)狀態(tài)下，加速了生物分子的傳質(zhì)速率，有效地縮短了反應(yīng)時(shí)間，提高了靈敏度。生物分子固定和反應(yīng)后的芯片與微陣列模板分離后，使用芯片檢測(cè)器檢測(cè)反應(yīng)結(jié)果。與芯片材料分離后的微陣列模板可以重復(fù)使用，以多次進(jìn)行芯片上生物分子固定與反應(yīng)。
本發(fā)明提供的生物芯片制備方法的專用裝置根據(jù)構(gòu)成微流道的方式不同，該裝置包括兩種。
首先敘述第一種，該裝置包括一塊表面上刻有凹槽2的彈性材料片3，其凹槽2按列陣式排列，凹槽2兩端分別開有第一通孔10；其中每個(gè)凹槽的通孔包括一進(jìn)一出兩條微流道；一塊剛性固體材料塊4的一表面上也刻有凹槽2’，凹槽2’的兩端分別開有第二通孔11，彈性材料片3的刻有凹槽一面與剛性固體材料塊4不帶凹槽一面相對(duì)固定在一起；該剛性固體材料塊4上的通孔與彈性材料片3上的通孔錯(cuò)開一個(gè)對(duì)應(yīng)并孔相通，即第一凹槽2的一個(gè)通孔作為溶液出口與凹槽2’的一個(gè)通孔作為溶液進(jìn)口相通，凹槽2’的出口與下一個(gè)凹槽2的進(jìn)口相通；固體材料塊4兩側(cè)面分別開有一個(gè)待測(cè)液體進(jìn)口7和一個(gè)待測(cè)液體出口8，進(jìn)口上安裝一開關(guān)；芯片1緊密接觸在彈性材料片3上，在固體材料塊4的通孔中插裝直徑相近的管子12，微流道是通過(guò)管子12同微陣列模板上的通孔相連接形成。
在外壓力的作用下微陣列模板上的凹槽與光滑的芯片表面緊密接觸形成一個(gè)個(gè)密封的空腔。需要固定的配基分子可以在泵浦的驅(qū)動(dòng)下，通過(guò)微流道進(jìn)入空腔與芯片表面進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的樣品再通過(guò)微流道排出。這樣就實(shí)現(xiàn)了在芯片上的不同區(qū)域上進(jìn)行微量加樣。加樣后的芯片不必從裝置上取下，可以直接進(jìn)行檢測(cè)反應(yīng)。從微陣列上取下微細(xì)的管子，使用彈性膜封閉凹槽2’，把凹槽2串聯(lián)起來(lái)，留下一個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口。待檢測(cè)的生物樣品通過(guò)進(jìn)口依次進(jìn)入每個(gè)空腔，與芯片表面上已固定的配基分子反應(yīng)后再通過(guò)出口排出。反應(yīng)后的芯片可以從裝置上取下，通過(guò)檢測(cè)器對(duì)芯片上配基和受體的反應(yīng)結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)。
還包括一塊彈性膜，和在固體材料塊兩側(cè)面分別開有一個(gè)進(jìn)口和一個(gè)出口，或者在固體材料塊一側(cè)面開有一個(gè)進(jìn)口，再在彈性材料塊一側(cè)面開有一個(gè)出口；其進(jìn)口上安裝一開關(guān)；加樣后的芯片不必從裝置上取下，可以直接進(jìn)行檢測(cè)反應(yīng)。從微陣列上取下微細(xì)的管子，使用一塊彈性膜蓋在固體材料塊上，封閉凹槽2，把彈性材料片上的凹槽串聯(lián)起來(lái)，與溶液進(jìn)口相對(duì)的在彈性膜處開一孔，作為檢測(cè)液進(jìn)口，和把固體材料塊側(cè)面開的孔作為檢測(cè)溶液出口。待檢測(cè)的生物樣品通過(guò)溶液進(jìn)口依次進(jìn)入每個(gè)空腔，與芯片表面上已固定的生物樣品反應(yīng)后再通過(guò)溶液出口排出。反應(yīng)后的芯片可以從裝置上取下，通過(guò)檢測(cè)器對(duì)結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)。
本發(fā)明的直接制備生物芯片和即時(shí)進(jìn)行檢測(cè)反應(yīng)的裝置的第二種結(jié)構(gòu)包括微流道5，還包括與其相匹配的微陣列模板；其中微陣列模板包括一表面上刻有至少2個(gè)凹槽2的彈性材料片3，彈性材料片3有凹槽2的面朝上，每個(gè)凹槽2的兩端分別開一通孔10，彈性材料片3的另一面與芯片1表面緊密接觸；微流道包括一彈性材料膜片13，在彈性材料膜片13上制有凹溝14，其凹溝14的一端對(duì)應(yīng)微陣列上凹槽2的通孔10位置上制作出的，另一端口6與外界聯(lián)通；每個(gè)凹槽的通孔10對(duì)應(yīng)一條凹溝14；并且把彈性材料膜片13上相對(duì)應(yīng)的微陣列彈性材料膜片13通孔處的膜打通成孔，在再帶凹溝14彈性材料膜片13上面再覆蓋一層彈性材料膜，并把兩層膜周邊粘合在一起，由凹溝14形成了微流道5，微流道5之間互相連通，在節(jié)點(diǎn)位置，通過(guò)外力擠壓的方法形成第一、第二開關(guān)15、17。
還包括一剛性固體材料塊4，該固體材料塊4固定在彈性材料膜片3帶凹槽2的面上，彈性材料膜塊3凹槽2的兩端開的通孔10貫穿剛性固體材料塊4，彈性材料膜片16不帶有凹溝的彈性材料膜與微陣列的固體材料塊4上表面粘合在一起。
在外壓力的作用下微陣列上的凹槽可以與光滑的芯片表面緊密接觸形成一個(gè)個(gè)密封的空腔。加樣時(shí)，通過(guò)外力擠壓使微流道間的通道關(guān)閉，也就是關(guān)閉第二開關(guān)。每個(gè)凹槽都有獨(dú)立的進(jìn)出流道。在泵浦的驅(qū)動(dòng)下，不同的配基蛋白質(zhì)溶液進(jìn)入到空腔中與芯片表面反應(yīng)，從而固定在表面上。然后使用緩沖液清洗，去除未固定在表面上的蛋白質(zhì)。這樣就實(shí)現(xiàn)了在芯片上的不同區(qū)域內(nèi)進(jìn)行微量加樣的目的。進(jìn)行檢測(cè)反應(yīng)時(shí)，打開微流道間的第二開關(guān)，關(guān)閉微流道上的第一開關(guān)，這樣就把多個(gè)空腔串聯(lián)在一起，只留下一個(gè)進(jìn)口，一個(gè)出口。待測(cè)的蛋白質(zhì)溶液沿進(jìn)口依次進(jìn)入各個(gè)空腔與已固定在表面上的配基蛋白質(zhì)反應(yīng)；反應(yīng)后，使用緩沖液清洗，硅片從裝置上取下檢測(cè)。
所述的彈性材料片包括硅膠、橡膠、塑料、玻璃或其它具有彈性的材料。
所述的固體材料塊包括硅膠、橡膠、塑料、金屬、玻璃等材料，其厚度1mm到10mm。
所述的凹槽為條形凹槽，其條形凹槽面積從0.01mm2-1mm2；深度從10μm-1mm；其條形凹槽的數(shù)目至少2個(gè)，例如可以從2-1000個(gè)。
所述的通孔內(nèi)徑可以從10μm到1mm。
所述的微流道的內(nèi)徑可以從10μm到1mm。
所述的凹溝的內(nèi)徑可以從10μm到1mm。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于由于本發(fā)明的用于直接制備生物分子芯片和即時(shí)進(jìn)行檢測(cè)反應(yīng)的方法可以將制備生物芯片和即時(shí)進(jìn)行檢測(cè)反應(yīng)在同一裝置中進(jìn)行，而該芯片上配基生物分子固定的區(qū)域是嚴(yán)格限定的，固定和反應(yīng)后的表面再經(jīng)過(guò)緩沖液沖洗，可以使表面上生物分子的固定和反應(yīng)均勻一致，有效地提高了檢測(cè)的質(zhì)量。芯片反應(yīng)被限定在微小區(qū)域內(nèi)，并且在流動(dòng)狀態(tài)下，加速了生物分子的傳質(zhì)速率，有效地縮短了反應(yīng)時(shí)間，提高了靈敏度。與制作好的芯片分離后的微陣列模板可以重復(fù)使用，進(jìn)行芯片上生物分子固定與反應(yīng)。


圖1a是本發(fā)明第一種裝置中的微陣列模板平面示意1b是本發(fā)明第一種裝置中的微陣列模板側(cè)視2是本發(fā)明的第一種裝置用于直接制備生物分子芯片時(shí)的結(jié)構(gòu)圖(微陣列模板凹槽兩端的通孔與剛性固體材料塊凹槽兩端的通孔錯(cuò)開對(duì)應(yīng)相通形成微流道配合示意圖)圖3是本發(fā)明的第一種裝置用于即時(shí)進(jìn)行檢測(cè)反應(yīng)時(shí)的裝置結(jié)構(gòu)4a是本發(fā)明第二種裝置中的微陣列(彈性材料片)模板平面示意4b是圖4a的微陣列模板側(cè)視5是本發(fā)明的第二種裝置的結(jié)構(gòu)示意6是本發(fā)明第二種裝置另一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意7是本發(fā)明的第二種裝置中的微流道俯視面說(shuō)明如下1-芯片 2第一凹槽 3-彈性材料塊或膜片4-固體材料塊5-微流道 6-液體進(jìn)出口7-待測(cè)液體進(jìn)口 8-待測(cè)液體出口9-封閉用彈性膜10-第一通孔 11-第二通孔(在圖中未示出) 2’-第二凹槽12-管子 13-帶凹溝的彈性膜片 14-凹溝15-第一開關(guān) 16-彈性材料膜(在圖中未示出) 17-第二開關(guān)
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明實(shí)施例1制作第一種的裝置，并在其上進(jìn)行十二種蛋白質(zhì)的固定和檢測(cè)的方法。本裝置包括十二個(gè)凹槽。凹槽面積為1mm2，深為0.1mm，微流道內(nèi)徑0.5mm。彈性材料為橡膠，固體材料為有機(jī)玻璃，管子為聚四氟乙烯，用于封閉的彈性材料膜為硅膠。芯片材料為硅。
按圖1-2制作一微陣列模板；采用厚度為1mm的橡膠做彈性材料塊3，其上列陣式排列有十二個(gè)凹槽2，該凹槽2面積為1mm2，深為0.1mm；該凹槽2兩端開一內(nèi)徑0.5mm的第一通孔10作為微流道5(如圖1所示)。采用厚度為5mm的有機(jī)玻璃做固體材料塊4，在有機(jī)玻璃塊4上列陣式排列有十二個(gè)凹槽2’，該凹槽2’面積為1mm2，深為0.1mm；該凹槽2’兩端開一內(nèi)徑0.5mm的第二通孔11；其中每凹槽的通孔包括一進(jìn)一出兩條微流道5；該橡膠片3帶凹槽的面與有機(jī)玻璃塊4不帶凹槽的面相對(duì)固定在一起；該有機(jī)玻璃塊4上的第二通孔11與橡膠片3上的第一通孔10相通，并且橡膠片3表面上的凹槽2兩端的第一通孔10與有機(jī)玻璃塊4凹槽2’兩端的通孔11錯(cuò)開對(duì)應(yīng)，即凹槽2’的第二通孔11中的一個(gè)作為溶液出口與凹槽2的第一通孔10作為溶液進(jìn)口相通，凹槽2’的出口與凹槽1的進(jìn)口相通；有機(jī)玻璃塊4兩側(cè)面分別開有2個(gè)孔，其中一個(gè)孔作為檢測(cè)時(shí)檢測(cè)液的進(jìn)口7，并且該進(jìn)口7安裝一開關(guān)，另一個(gè)孔作為檢測(cè)液的出口8；芯片1緊密接觸在橡膠片3上，在有機(jī)玻璃塊4的第二通孔11中安有微細(xì)管子12，微流道5是通過(guò)微細(xì)管子12同有機(jī)玻璃塊4上的第二通孔11相連接形成(如圖2所示)。本實(shí)施例的微流道5用的管子12為聚四氟乙烯，用于封閉的彈性材料膜9為硅膠。芯片1材料為硅。
使用本發(fā)明的方法，在上述實(shí)施例的裝置中進(jìn)行十二種蛋白質(zhì)的固定和檢測(cè)，其步驟如下(1)工作時(shí)在外壓力的作用下(如圖2所示)，硅片1與微陣列緊密接觸，這樣硅片1與凹槽2之間形成12個(gè)獨(dú)立的密封的空腔，每個(gè)空腔有一進(jìn)一出兩根微流道5；(2)在微量柱塞泵的推動(dòng)下，例如將12種蛋白質(zhì)溶液，或者將乙肝表面抗原、乙肝e抗原、乙肝核心抗原、乙肝表面抗體、乙肝e抗體溶液10微升(濃度為0.1mg/ml)分別通過(guò)微流道輸送到硅片上不同區(qū)域，流速控制在1微升/分鐘，等配基分子固定在芯片1上之后；(3)然后，通過(guò)微流道輸送磷酸緩沖液到上述步驟(2)制備的芯片1表面上，清洗掉沒(méi)有被固定在硅片表面上的生物分子；(4)取下微流道5用的管子12，使用一塊封閉的硅膠膜9蓋在微流道5上，使固定有配基分子的區(qū)域串聯(lián)起來(lái)；(5)通過(guò)向待測(cè)液體進(jìn)口7注入100微升待檢患者血清，以流速為10微升/分鐘通過(guò)一條微流道注入反應(yīng)后，經(jīng)待測(cè)液體出口8流出，再使用磷酸緩沖液沖洗(如圖3所示)；(6)取下芯片1，使用檢測(cè)器檢測(cè)反應(yīng)結(jié)果。
通過(guò)微流道進(jìn)入空腔與硅片表面接觸反應(yīng)，從而把蛋白質(zhì)固定在硅片表面上。再使用緩沖液清洗硅片表面、空腔和微流道，把未固定在硅片表面上的蛋白質(zhì)排出。
實(shí)施例2制備一有100個(gè)獨(dú)立的密封的空腔的本發(fā)明的裝置。
本實(shí)施例的彈性材料塊3為硅膠，其上包括刻有100個(gè)凹槽2。該凹槽2面積為0.1mm2或0.01mm2；深為0.1mm；凹槽2兩端開有內(nèi)徑為0.2mm的第一通孔10，一塊固體材料4為鋁，其上包括刻有100個(gè)凹槽2’。該凹槽2’面積為0.1mm2，深為0.1mm；凹槽2’兩端開有內(nèi)徑為0.2mm的第二通孔11。彈性材料塊3有凹槽面與固體材料4沒(méi)有凹槽面相對(duì)固定，其中第一通孔10、第二通孔11錯(cuò)位相通，形成微流道5，其微流道5內(nèi)徑0.2mm，微流道5的上口插有不銹鋼管子12，不銹鋼管子12的上口為液體進(jìn)口6，其余結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1。
當(dāng)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)還包括一用于封閉用的硅膠膜9，該硅膠膜9蓋在有機(jī)玻璃4的凹槽2’上，鍍金的玻璃材料做為芯片1，其余結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1。
使用本實(shí)施例的裝置，進(jìn)行1000種基因的固定和檢測(cè)，其步驟如下(1)當(dāng)進(jìn)行制備基因芯片時(shí)，在外壓力的作用下，硅片與微陣列模板緊密接觸，這樣硅片與凹槽之間就形成了1000個(gè)獨(dú)立的密封的空腔，每個(gè)空腔有一進(jìn)一出兩根微流道；(2)在微量柱塞泵的推動(dòng)下，通過(guò)微流道分別把1000種不同序列的DNA分子溶液10微升(濃度為0.1μg/ml)輸送到硅片上不同區(qū)域，流速控制在1微升/分鐘，等DNA分子固定后；(3)然后，使用磷酸緩沖液沖洗，清洗掉沒(méi)有被固定在硅片表面上的分子；(4)取下微流道5用的管子12，使用一塊封閉的硅膠膜9蓋在微流道5上，1000個(gè)凹槽串聯(lián)起來(lái)，使固定有DNA分子的區(qū)域串聯(lián)起來(lái)；
(5)通過(guò)向待測(cè)液體進(jìn)口7注入100微升經(jīng)過(guò)變性處理的待測(cè)DNA樣品，以流速為10微升/分鐘注入，經(jīng)一條微流道流經(jīng)步驟(4)制得的芯片上各個(gè)區(qū)域反應(yīng)后，從待測(cè)液體出口8流出；使用磷酸緩沖液沖洗；(7)取下硅片，使用檢測(cè)器檢測(cè)反應(yīng)結(jié)果。
當(dāng)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)上述加樣后的芯片不必從裝置上取下，可以直接進(jìn)行檢測(cè)反應(yīng)。從微陣列模板上上取下微細(xì)的管子12，使用一塊硅膠膜9密封有機(jī)玻璃4上的凹槽2’，把彈性材料片3上100個(gè)凹槽串聯(lián)起來(lái)，與溶液進(jìn)口相對(duì)的在彈性膜處開一孔，作為檢測(cè)液進(jìn)口7，和把固體材料塊側(cè)面開的孔作為檢測(cè)溶液出口8，待檢測(cè)的生物樣品通過(guò)溶液進(jìn)口7依次進(jìn)入每個(gè)空腔，與芯片1表面上已固定的生物樣品反應(yīng)后再通過(guò)溶液出口8排出。反應(yīng)后的芯片1可以從裝置上取下，通過(guò)檢測(cè)器對(duì)結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)。
實(shí)施例3制作第一種的裝置，如圖1-3所示；采用本發(fā)明的方法進(jìn)行100種蛋白質(zhì)的固定和檢測(cè)。
本裝置包括100個(gè)凹槽。凹槽面積為0.06mm2，深為0.1mm，微流道內(nèi)徑0.2mm。彈性材料為硅膠，固體材料為鋁，管子為不銹鋼材料，用于封閉的彈性材料膜為硅膠。芯片材料為鍍金的玻璃，其余結(jié)構(gòu)同實(shí)施例1。
在外壓力的作用下，硅片與微陣列緊密接觸，這樣硅片與凹槽之間就形成了100個(gè)獨(dú)立的密封的空腔。每個(gè)空腔有一進(jìn)一出兩根微流道。在微量柱塞泵的推動(dòng)下，100種蛋白質(zhì)溶液通過(guò)微流道進(jìn)入空腔與硅片表面接觸反應(yīng)，從而把蛋白質(zhì)固定在硅片表面上。再使用緩沖液清洗硅片表面、空腔和微流道，把未固定在硅片表面上的蛋白質(zhì)排出。取下不銹鋼管子，使用硅膠膜密封有機(jī)玻璃上的凹槽，把100個(gè)凹槽串聯(lián)起來(lái)。在微量柱塞泵的推動(dòng)下，待測(cè)的溶液從有機(jī)玻璃塊側(cè)面的進(jìn)口進(jìn)入空腔與已固定在硅片表面上的蛋白質(zhì)反應(yīng)。待測(cè)的溶液依次流過(guò)100個(gè)空腔，最后從出口排出，然后使用緩沖液清洗。反應(yīng)完的硅片從微陣列上取下檢測(cè)。
實(shí)施例4制作第二種裝置(如圖4、5、7所示)，包括微流道5和與其相匹配的微陣列模板；其中微陣列模板包括一面積為20mm×20mm的橡膠片作為彈性材料塊3，其表面上刻有100個(gè)凹槽2的彈性材料塊3，每個(gè)條形凹槽2深度為0.01mm、截面積為0.1mm2。100個(gè)分為10排有規(guī)則地排列在橡膠片1上，一排有10個(gè)凹槽3。彈性材料塊3有凹槽2的面朝上，每個(gè)條形凹槽2的兩端分別開一通孔10，該通孔4內(nèi)徑為0.1mm，共200條。橡膠塊3的另一面與芯片1表面緊密接觸；微流道制作在硅膠膜13上，在硅膠膜13上制有寬0.1mm，深0.1mm的凹溝14，其凹溝14的一端對(duì)應(yīng)微陣列上凹槽2的通孔10位置上制作出的，凹溝14的另一端口6延長(zhǎng)至硅膠膜13邊緣與外界聯(lián)通；每個(gè)凹槽的通孔10對(duì)應(yīng)一條凹溝14；并且把硅膠膜13上相對(duì)應(yīng)的微陣列硅膠膜13通孔處的膜打通成孔，在再帶凹溝14硅膠膜13上面再覆蓋一層塑料膜16，并把硅膠膜13與塑料膜16兩層膜周邊粘合在一起，由凹溝14形成了微流道5，微流道5之間開有寬0.1mm，深0.1mm的凹溝，使其互相連通，在節(jié)點(diǎn)位置，通過(guò)外力擠壓的方法形成第一、第二開關(guān)15、17。
實(shí)施例5在實(shí)施例4的基礎(chǔ)上還包括一有機(jī)玻璃塊4上作為剛性固體快4，該固體材料塊4為25mm×25mm的有機(jī)玻璃塊；一面積為20mm×20mm的橡膠片3，該橡膠片3黏結(jié)在有機(jī)玻璃塊4上3在橡膠片1上刻有深度0.01mm的條形凹槽2，共100個(gè)，每個(gè)條形凹槽2截面積為0.1mm2。100個(gè)分為10排有規(guī)則地排列在橡膠片3上，一排有10個(gè)凹槽2。該基片的彈性材料片3上的100個(gè)凹槽2的兩端分別開一通孔10，該通孔4內(nèi)徑為0.1mm，共200條。微流道制作在硅膠膜13上，在硅膠膜13上開有寬0.1mm，深0.1mm凹溝14(如圖4、6、7所示)。
在外壓力的作用下，硅片與微陣列緊密接觸，形成100個(gè)空腔。加樣時(shí)，關(guān)閉微流道間的第二開關(guān)II，每個(gè)凹槽都有獨(dú)立的進(jìn)出流道。在柱塞泵的驅(qū)動(dòng)下，不同的蛋白質(zhì)溶液進(jìn)入到空腔中與硅片表面反應(yīng)，從而固定在表面上。然后使用緩沖液清洗，去除未固定在表面上的蛋白質(zhì)。打開微流道間的第二開關(guān)17，關(guān)閉微流道上的第一開關(guān)15，這樣就把100個(gè)空腔串聯(lián)在一起，只留下一個(gè)進(jìn)口6，一個(gè)出口。待測(cè)的蛋白質(zhì)溶液沿進(jìn)口6依次進(jìn)入各個(gè)空腔與已固定在表面上的蛋白質(zhì)反應(yīng)。反應(yīng)后，使用緩沖液清洗。硅片從裝置上取下檢測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種用于生物分子芯片微量加樣和反應(yīng)的方法，包括按如下步驟順序進(jìn)行(1)將芯片的基底材料和微陣列模板緊密接觸，并通過(guò)外力壓緊微流道；(2)把配基分子通過(guò)微流道的微細(xì)管子輸送到芯片基底表面上的選定區(qū)域；等到配基分子固定在芯片基底上以后；(3)將步驟(2)制備得到的固定有生物分子的芯片基底用緩沖液沖洗，通過(guò)微流道將緩沖液輸送到芯片表面的不同區(qū)域內(nèi)；清洗掉沒(méi)有被固定在芯片表面上的配基分子；(4)通過(guò)一塊彈性膜片，使固定有配基分子的區(qū)域串聯(lián)起來(lái)；或者通過(guò)擠壓彈性膜片上的節(jié)點(diǎn)形成的開關(guān)使固定有配基分子的區(qū)域串聯(lián)起來(lái)；(5)把待檢測(cè)的生物樣品通過(guò)微流道再輸送到步驟(4)制備得到的芯片表面上的各個(gè)單元里，即時(shí)進(jìn)行檢測(cè)反應(yīng)；(6)取下步驟(5)制備而得到的載有檢測(cè)反應(yīng)結(jié)果的芯片，使用芯片檢測(cè)器檢測(cè)其反應(yīng)結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的用于生物分子芯片微量加樣和反應(yīng)的方法，其特征在于所述的芯片基底材料包括硅片或鍍金膜的硅片。
3.如權(quán)利要求1所述的用于生物分子芯片微量加樣和反應(yīng)的方法，其特征在于所述的配基分子是蛋白質(zhì)，DNA，其配基分子濃度為0.001-1mg/ml。
4.如權(quán)利要求1所述的用于生物分子芯片微量加樣和反應(yīng)的方法，其特征在于步驟(3)中配基分子在微流道中的流速為0.1-100微升/分鐘。
5.一種權(quán)利要求1所述的用于生物分子芯片微量加樣和反應(yīng)的方法的專用裝置，包括微流道(5)；其特征在于還包括與其微流道(5)相匹配的微陣列模板；該微陣列模板包括一塊表面上刻有凹槽(2)的彈性材料片(3)，其凹槽(2)按列陣式排列，凹槽(2)兩端分別開有第一通孔(10)；一塊剛性固體材料塊(4)的一表面上也刻有凹槽(2’)，凹槽(2’)的兩端分別開有第二通孔(11)，彈性材料片(3)的刻有凹槽一面與剛性固體材料塊(4)不帶凹槽一面相對(duì)固定在一起；該剛性固體材料塊(4)上的通孔與彈性材料片(3)上的通孔錯(cuò)開一個(gè)對(duì)應(yīng)并相通，固體材料塊(4)兩側(cè)面分別開有一個(gè)待測(cè)液體進(jìn)口(7)和一個(gè)待測(cè)液體出口(8)，進(jìn)口上安裝一開關(guān)；芯片(1)緊密接觸在彈性材料片(3)上，在固體材料塊(4)的通孔中插裝直徑相近的管子(12)，微流道是通過(guò)管子(12)同微陣列模板上的通孔相連接形成。
6.按權(quán)利要求5所述的用于生物分子芯片微量加樣和反應(yīng)的方法的專用裝置；其特征在于還包括一塊封閉凹槽(2)的彈性膜(9)；該彈性膜(9)蓋在取下管子(12)的固體材料塊(4)上，在與溶液進(jìn)口相對(duì)的彈性材料塊(3)側(cè)壁處開一孔，作為檢測(cè)液進(jìn)口(7)，和把固體材料塊(4)側(cè)面開的孔作為檢測(cè)溶液出口(8)，或者在與溶液進(jìn)口相對(duì)的固體材料塊(4)兩側(cè)面分別開有一個(gè)作為檢測(cè)溶液出口(8)和進(jìn)口(7)的孔。
7.一種權(quán)利要求1所述的用于生物分子芯片微量加樣和反應(yīng)的方法的專用裝置，包括微流道(5)，其特征在于還包括與其相匹配的微陣列模板；其中微陣列模板包括一表面上刻有至少2個(gè)凹槽(2)的彈性材料片(3)，彈性材料片(3)有凹槽(2)的面朝上，每個(gè)凹槽(2)的兩端分別開一通孔(10)，彈性材料片(3)的另一面與芯片(1)表面緊密接觸；微流道包括一彈性材料膜片(13)，在彈性材料膜片(13)上制有凹溝(14)，其凹溝(14)的一端對(duì)應(yīng)微陣列上凹槽(2)的通孔(10)位置上制作出的，另一端口(6)與外界聯(lián)通；每個(gè)凹槽的通孔(10)對(duì)應(yīng)一條凹溝(14)；并且把彈性材料膜片(13)上相對(duì)應(yīng)的微陣列彈性材料膜片(13)通孔處的膜打通成孔，在再帶凹溝(14)彈性材料膜片(13)上面再覆蓋一層彈性材料膜，并把兩層膜周邊粘合在一起，由凹溝(14)形成了微流道(5)，微流道(5)之間互相連通，在節(jié)點(diǎn)位置，通過(guò)外力擠壓的方法形成第一、第二開關(guān)(15)、(17)。
8.按權(quán)利要求7所述的用于生物分子芯片微量加樣和反應(yīng)的方法的專用裝置；其特征在于還包括一剛性固體材料塊(4)，該固體材料塊(4)固定在彈性材料膜片(3)帶凹槽(2)的面上，彈性材料膜塊(3)凹槽(2)的兩端開的通孔(10)貫穿剛性固體材料塊(4)，彈性材料膜片(16)不帶有凹溝的彈性材料膜與微陣列的固體材料塊(4)上表面粘合在一起。
9.按權(quán)利要求5、6、7或8所述的用于生物分子芯片微量加樣和反應(yīng)的方法的專用裝置；其特征在于所述的彈性材料片(3)包括硅膠、橡膠、塑料或其它具有彈性的材料。
10.按權(quán)利要求5、6、7或8所述的用于直接制備生物分子芯片和即時(shí)進(jìn)行檢測(cè)反應(yīng)的裝置；其特征在于所述的固體材料塊(4)包括硅膠、橡膠、塑料、金屬、玻璃等材料，其厚度1mm到10mm。
11.按權(quán)利要求5、6、7或8所述的用于生物分子芯片微量加樣和反應(yīng)的方法的專用裝置；其特征在于所述的凹槽(2)或(2’)為條形凹槽，條形凹槽為2-1000個(gè)；其條形凹槽面積從0.01mm2-1mm2；深度從10μm-1mm。
12.按權(quán)利要求5或7所述的用于直接制備生物分子芯片和即時(shí)進(jìn)行檢測(cè)反應(yīng)的裝置；其特征在于所述的通孔(10)或(11)的內(nèi)徑從10μm到1mm。
13.按權(quán)利要求7所述的用于直接制備生物分子芯片和即時(shí)進(jìn)行檢測(cè)反應(yīng)的裝置；其特征在于所述的凹溝(14)的內(nèi)徑從10μm到1mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及直接在生物分子芯片上進(jìn)行微量加樣和即時(shí)反應(yīng)的方法以及裝置。該方法包括在外壓力的作用下微陣列與光滑的芯片表面緊密接觸形成密封的空腔。需要固定的生物配基分子通過(guò)微流道進(jìn)入空腔與芯片表面進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的配基分子再通過(guò)微流道排出。該裝置包括彈性材料片刻有凹槽，凹槽按陣列式排列微陣列，和與其相匹配的微流道；微陣列或微流道基片兩側(cè)開有液體進(jìn)出口，以及在微流道上覆蓋的彈性材料膜片。由于本發(fā)明的方法將制備生物芯片和即時(shí)進(jìn)行檢測(cè)反應(yīng)在同一裝置中進(jìn)行，而該芯片上配基生物分子固定的區(qū)域是嚴(yán)格限定的，固定和反應(yīng)后的表面再經(jīng)過(guò)緩沖液沖洗，使表面上生物分子的固定和反應(yīng)均勻一致，有效地提高了檢測(cè)的質(zhì)量。
文檔編號(hào)B01L99/00GK1523354SQ03102659
公開日2004年8月25日 申請(qǐng)日期2003年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月17日
發(fā)明者王戰(zhàn)會(huì), 靳剛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所