CN100406887C - 管式生物芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生物芯片，其包括介质和介质支架；所说的介质是固定有不同识别物质的多孔微珠和若干个定位微珠，所说的介质支架是若干根长度相同或不同的透明管，或设有凹槽的平板；其中，在每一根透明管或凹槽中置有若干个固定有不同识别物质的多孔微珠，固定有不同识别物质的多孔微珠间置有定位微珠。与现有的生物芯片相比，本发明具有检测速度快、灵敏度高、成本低及无污染等优点。

Description

管式生物芯片
技术领域
本发明涉及一种生物芯片，具体地说，涉及一种由介质和介质支架组成的管式生物芯片。
背景技术
生物芯片技术是二十世纪九十年代中期兴起的一种新型生物学技术，是多学科交叉综合发展的产物。它的实质是通过微电子、微加工技术，将识别物质以可寻址的方式固定在平方厘米大小的基片表面上，使其与生物样本中的靶分子发生特异性反应，通过信号收集设备(如荧光显微镜、激光共聚焦显微镜、芯片扫描仪等)对反应结果进行读取，再经过计算机软件分析，便得到相关的生物信息。生物芯片上固定的识别物质种类很多，包括：各种DNA、RNA、蛋白质、多肽、组织、各种细胞、各种细胞器、病毒和药物成分等。
这一技术的成熟和应用将为分子生物学、生命科学、新物种的鉴定、生物医学、新药开发和鉴定、疾病的诊断和治疗、农作物育种、司法鉴定、食品卫生监督、生化武器监测、环境保护等领域带来一场革命。
现有的生物芯片的识别物质是通过原位合成或点样(如打印或喷点法等)的方式固定在载体上。其缺点是：原位合成要求的仪器设备成本高，打印法定量准确性及重现性不好，而喷印法则由于所得的喷印斑点过大导致密度降低。因此，研发一种新型的生物芯片(换而言之，避免采用现有生物芯片的识别物质寻址方式)成为本发明专利需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种高检测通量、高灵敏度、低成本和易操作的生物芯片。
本发明所说的生物芯片，其特征在于，所说的生物芯片包括介质和介质支架；所说的介质是固定有不同识别物质的多孔微珠和若干个定位微珠，所说的介质支架是若干根长度相同或不同的透明管，或设有凹槽的平板；
其中，在每一根透明管或凹槽中置有若干个固定有不同识别物质的多孔微珠，固定有不同识别物质的多孔微珠间置有定位微珠。
在本发明中，对所用的透明管的材质及尺寸无特别限制，推荐使用管径为0.1～1.2mm的玻璃管或塑料管；对所用的多孔微珠同样无材质、尺寸(以能负载识别物质且不与识别物反应和能放入透明管或凹槽为前提)及形状的限制，推荐使用直径为1mm的球型多孔玻璃(CPG)；所说的凹槽可以通过软刻蚀、光刻、湿刻、模塑、热压或激光切蚀等方法获得；所述定位微珠的基质内可以固定荧光素(如荧光素Cy3、荧光素Cy5或两种的混合物)。此外，多孔微珠所固定的物质可根据实际检测需要，固定现有用于生物芯片的识别物(如抗体、抗原、多糖、寡核苷酸探针等)，用1-(3-二甲氨丙基)-3-乙基-碳二亚肢(EDC)使介质载体表面的羧基活化转变成酸酣，然后与带有氨基的识别物(如氨基修饰的寡核苷酸或蛋白质的氨基)反应连接固定。同样，氨基修饰的荧光物质也可固定于定位微珠。
本发明具有如下优点：
(1)检测速度快：由于杂交反应是在多孔微珠中的微流路中进行，可以通过加大杂交液的量，减缓流动速度，这样可以提高待测组分到达识别物质的时间，提高反应速度，而且操作连续化和自动化，极大的缩短检测时间。
(2)灵敏度高：由于采用多孔微球作为反应载体，其吸附表面积与普通阵列芯片相比，增大了许多，提高了检测的灵敏度，能够检测到低浓度的待测组分。
(3)高通量检测：每个透明管中可以依次放入固定不同识别分子的多孔微珠，同时若干个透明管并联，或者在平板上刻蚀多条微通道，从而可以实现高通量检测。
(4)无污染，自动化检测：现有的阵列芯片技术中很多操作过程都是分开来单独进行的，造成了操作上的复杂，繁琐，增加了污染的机会，降低了试验结果的可信度。本发明提供的管式流动生物芯片系统能够很好的解决以上问题，实现无污染，自动化，高可靠性的检测。
(5)生产和使用成本低：普通阵列芯片的制备过程需要专门的点样、信号收集等设备和技术，成本比较高。本发明中管式流动生物芯片系统只需要多孔微珠、透明管或平板，激光共扼聚焦(CCD)摄像机等，其构造简单，制造容易，操作简易，生产成本和使用成本都很低。
附图说明
图1为本发明所说生物芯片的一种构成方式的示意图。
图2为本发明所说生物芯片的第二种构成方式的示意图。
图3为图2中某单元示意图。
图4为本发明所说生物芯片的第三种构成方式的示意图。
图5为本发明所说生物芯片的第四种构成方式的示意图。
图6为本发明的信号收集仪器示意图。
图7为使用本发明所说的生物芯片的流程示意图。
其中1：多孔微珠，2：长透明管，3：定位微珠，4：短透明管，5：筛网，6：平板，7：微孔道，8：移动框，9：激光共扼聚焦(CCD)摄像机，10：暗箱，11：分析试剂，12：三通，13：阀门，14：样本预处理，15：蠕动泵，16：CCD探头照相，17：恒温箱，18：暗箱，19：管式芯片阵列，20：废液。
具体实施方式
下面结合附图(所附的图为本发明的优选例)对本发明作进一步的阐述：
本发明所说的一种生物芯片(参见图1)，其由若干个多孔微珠1(直径大于100μm)逐个依次装入一根长透明管2中，固定不同识别物质的多孔微珠排布在一起，且数量相同，通过放置定位微珠3对固定不同识别物质的多孔微珠进行定位。
本发明所说的第二种生物芯片(参见图2及图3)，将固定相同识别物质的多孔微珠1(直径小于100μm)装入一根短透明管4中，短透明管4两端用筛网5封闭起来。图2中多段短透明管4依次按照设计顺序逐个装入长透明管2中，每段短透明管4中装入的多孔微珠1所固定的识别物质是不相同的，它的区分可以通过不同定位微珠的位置而实现。
图4为本发明所说的第三种生物芯片示意图。
图5为本发明所说的第四种生物芯片示意图。
参见图6，是暗箱顶部10，由于定位微珠是带有指示染料，样本中待测组分和定位微珠带有荧光或其它物质，需要避光进行反应，防止荧光或染料的衰减，所以要使用暗箱装放芯片阵列。本发明对所需要的信号采集仪器，可以用激光共扼聚焦(CCD)照像机。标准载玻片(75mm×25mm×1mm)上刻蚀凹槽的管式芯片的信号采集可以用商业化的芯片扫描仪。
参照附图7是本发明的流程示意图，在进行特征反应前，系统先自动进行待测样本的预处理过程14，如基因的聚合链式反应(PCR)扩增、样本变性。然后样本与分析试剂按照设定的顺序依次用蠕动泵15输入到管式芯片中发生特异性反应或洗涤等操作，流出的液体介质，可以根据实验需要进行回收或丢弃。如果样本量少，需要以非流动方式在管式芯片中进行孵育，可关闭恒温箱两端管线上的阀门。如果反应需要特殊温度，可以通过调节恒温箱的温度来实现。反应结果通过激光共扼聚焦(CCD)照像机进行照相分析。
下面通过实施例对本发明进行说明。
实施例1
HLA-DRB寡核苷酸管式生物芯片的制备
1、材料的准备
准备一定量的多孔玻璃(φ1.0mm)、定位珠和玻璃管(φ1.1mm)。
2、多孔微珠的活化及探针固定
根据人类白细胞抗原HLA II类基因中DRB基因独特序列设计一定长度的寡核苷酸探针，多孔微珠通过1-(3-二甲氨丙基)-3-乙基-碳二亚肢(EDC)使介质载体表面的羧基活化转变成酸酣，浸泡在含有不同的氨基修饰的HLA-DRB探针的液体中反应固定，洗脱未反应的试剂，用甘氨酸屏蔽多孔玻璃上未反应的活性基团，然后取出备用。
3、管式芯片的组装
可以根据不同的设计方案选择不同的组装方式。将固定上不同探针的多孔微珠装入短中空透明管中，接着放入两端有筛网封闭的短中空透明管中，将短中空透明管放入长中空透明管中；或者直接放入长中空透明管中；固定不同探针的多孔微珠用定位珠进行区分。
4、样本预处理
在本发明中基因组DNA样本将自动进行混合、扩增、标记、预热等预处理过程，并在外力作用下进入管式芯片内，进行杂交反应。
5、杂交和洗涤
在蠕动泵作用下，待测样品的荧光标记PCR以连续或非连续的方式通过42℃的恒温箱中的管式芯片进行杂交反应4小时。反应结束后，洗涤液连续通入管式芯片阵列中进行洗涤。
6、信号扫描和图象处理
使用暗箱顶部可移动的激光共扼聚焦(CCD)摄像机对管式芯片阵列进行照相，分析其荧光信号，确定样本的HLA-DRB基因亚型。
实施例2
蛋白质管式生物芯片的制备
将通过上述活化处理的多孔微珠分别浸泡在含不同抗原的溶液中反应固定，洗脱未反应的试剂，用甘氨酸屏蔽多孔玻璃上未反应的活性基团，然后取出备用。分别装入不同的短中空透明管中，再按照设定的顺序逐段放入长中空透明管中。蠕动泵将样本输入到透明管中，通过抗体与相对应的抗原发生特异反应，用标记有荧光的二抗与其抗体结合，通入洗液洗脱未反应上的抗体分子，激光共扼聚焦(CCD)摄像机照相分析。此系统可用于临床诊断、环境检测及食品安全检测等方面。

Claims (3)

1.一种生物芯片，其特征在于，所说的生物芯片包括介质和介质支架；所说的介质是固定有不同识别物质的多孔微珠和若干个定位微珠，所说的介质支架是若干根长度相同或不同的透明管，或设有微孔道的平板；
其中，在每一根透明管或微孔道中置有若干个固定有不同识别物质的多孔微珠，固定有不同识别物质的多孔微珠间置有带有指示染料的定位微珠。
2.如权利要求1所述的生物芯片，其特征在于，其中所说的透明管为管径为0.1～1.2mm的玻璃管。
3.如权利要求1或2所述的生物芯片，其特征在于，其中所说多孔微珠是直径为1mm的球型多孔玻璃。
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