CN102161967A - 一种基于微流控的核酸杂交反应平台及杂交分析方法 - Google Patents

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秦建华
黄术强
李春宇
姜雷
林炳承
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Abstract

本发明提供了一种基于微流控核酸杂交反应平台及杂交分析方法，该平台由上下两层组成，上层为微泵微阀控制的微流控芯片，下层为固定寡核苷酸探针的基片，上下两层通过不可逆封接形成流体通道或腔室；该杂交分析方法以程序控制的正压和负压为驱动力促使液流在杂交通道中自动地往复穿梭流动：样品进入废液室后，通过毛细管力或者负压力使样品灌入微通道中，通过控制液路通道两端两个阀座的下压和弹起(正压和负压)，促使液体在微通道内进行往复穿梭流动；本发明具有物质传质快，杂交时间短，样品消耗少，可对样品杂交信号进行实时检测，以及易于集成，可以同时对多个样品进行平行分析等优点。

Description

一种基于微流控的核酸杂交反应平台及杂交分析方法
技术领域
本发明涉及核酸杂交分析，具体涉及一种基于微流控核酸杂交反应平台及杂交分析方法。
背景技术
DNA微阵列(microarray)技术目前已经成为药物筛选、基因表达分析和临床诊断等一种非常有效的工具。微阵列杂交技术的基本原理是样品溶液中的DNA靶分子与固定于固相载体上的DNA探针分子根据碱基互补原则发生配对杂交。但该技术主要依赖于DNA靶分子在溶液的扩散，而由于DNA分子的扩散系数较小和扩散距离较长等原因，导致完成杂交的时间很长(6-12h)。
为了缩短杂交时间，多种主动或者被动的液体混合方式被应用的DNA杂交，如磁力搅拌、电场、声波等，但是这些方法的样品消耗量依然较大。集成的微流控技术用于DNA分子杂交则具有多方面的优势，例如减少了样品消耗、缩短了杂交反应时间以及实现了样品的自动化可控性传输等。基于微流控技术的DNA杂交主要可以分为连续式和往复式。连续式DNA杂交主要是采用蠕动泵或者离心力等外接驱动设备使靶分子溶液连续不断的流过探针载体表面以实现快速杂交，该方法的一个突出缺点是实际消耗相对于往复式依然较大；而往复式则是使一定体积(通常为uL或者nL)的靶分子溶液往复多次流过探针分子实现快速杂交。虽然多种方法均实现了低消耗的快速DNA杂交，但是目前没有一种方法能同时实现如下功能和特点：1.采用微泵微阀结构，可以实现杂交过程的自动化控制。2.杂交时间大大缩短。3.样品消耗仅为1uL。4.针对杂交过程可以实现实时监测。5.检测通量达到至少48个不同样品的同时杂交分析。
本发明设计了一种基于微泵微阀控制的微流控核酸杂交平台。该平台以程序控制的正压和负压作为驱动力促使样品在杂交通道中自动地往复穿梭流动，杂交过程通过程序控制，无须人工操作，这种核酸杂交平台不仅加快了物质传质，缩短杂交时间至90s，而且样品消耗量少，仅需1uL样品，且易于集成DNA杂交分析的其他功能分析单元。同时，由于基片采用透明基质，荧光信号可进行实时检测。此外，该平台可以同时对多个样品进行平行分析。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于微流控核酸杂交反应平台及杂交分析方法，以程序控制的正压和负压作为驱动力促使样品在杂交通道中自动地往复穿梭流动，从而加快核酸杂交反应速率，缩短杂交反应时间，同时具有样品消耗少、实时监测杂交信号和高通量等优点。
本发明提供了一种基于微流控核酸杂交反应平台，该平台由上下两层组成，上层为微泵微阀控制的微流控芯片，下层为固定寡核苷酸探针的基片，上下两层通过不可逆封接形成流体通道或腔室。
本发明提供的基于微流控核酸杂交反应平台，所述微流控芯片由多个杂交分析功能单元组成；每个杂交分析功能单元由样品室、控制气路、杂交通道、废液室组成。
本发明提供的基于微流控核酸杂交反应平台，所述微流控芯片的材料PDMS(聚二甲基硅氧烷)或者其他弹性硅橡胶材料等。
本发明提供的基于微流控核酸杂交反应平台，所述固定寡核苷酸探针的基片的材料为玻璃、PDMS(聚二甲基硅氧烷)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)、硅片或者其他透明基质等。
本发明提供的基于微流控核酸杂交反应平台，所述杂交分析功能单元的个数为6-384个。
本发明提供的基于微流控核酸杂交反应平台，控制气路通过单片机或者蠕动泵等可控装置实现。
本发明提供的基于微流控核酸杂交反应平台，通过单片机等程控装置，促使液流可以在杂交通道内自动地往复穿梭流动。
本发明提供的基于微流控核酸杂交反应平台，所述上下两层的封接方式为等离子体封接或者使用粘性胶涂覆PDMS芯片与基片之间的不可逆封接方式。
本发明提供了一种基微流控平台的核酸杂交分析方法，以程序控制的正压和负压作为驱动力促使液流在杂交反应通道中自动地往复穿梭流动：样品通过毛细管力或者负压进入样品室，通过程序控制的单片机或者蠕动泵等装置对控制气路施加正压和负压促使液流在杂交通道内不断的自动来回流动，直至程序控制单片机等程控装置停止。
本发明提供的基于微流控平台的核酸杂交分析方法，杂交反应结束后，样品流通过负压作用下排到废液室。
本发明提供的基于微流控平台的核酸杂交分析方法，所述芯片的气路控制液流穿梭时间为1-300s，液流往复穿梭频率为0.1-10Hz。
本发明的优点在于：物质传质快，杂交时间短，样品消耗少，可对样品杂交信号进行实时检测，以及易于集成，可以同时对多个样品进行平行分析。
附图说明
图1基于微泵微阀控制的微流控核酸杂交平台示意图，其中：3为液体流路、4为控制气路、5为样品室、6为液路杂交区域、7为废液室；
图2基于微泵微阀控制的微流控技术核酸杂交平台的8通道功能单元平面示意图，其中：1为液路、2为控制气路、3为杂交区域；
图3基于微泵微阀控制的微流控技术核酸杂交平台的两种不同流体的混合效果；
图4不同浓度的DNA样品对微泵微阀控制往复穿梭流杂交的影响；
图5不同频率对微泵微阀控制往复穿梭流杂交的影响；
图6基于微泵微阀控制的微流控技术核酸杂交平台分子杂交特异性考察，其中：亚型I～IV代表登革热病毒的不同亚型；
图7基于微泵微阀控制的微流控技术核酸杂交平台用于48个样品的检测结果图。
具体实施方式
下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。
实施例1
基于微泵微阀控制的微流控核酸杂交平台的芯片装置整体图见图1，其8通道的杂交分析功能单元的示意图见图2。首先1uL DNA样品预先加入样品室。通过毛细管力或者负压作用使样品进入杂交通道中，程序控制上层气路在杂交区域的两端不断反复施加正压和负压作用，液流在压力作用下于通道内来回往复穿梭流动，持续时间为90-300s。杂交反应结束后，负压作用下，将样品室和通道中的废液抽出至废液室。然后于样品室中加入洗涤液，毛细管力或者负压作用使洗涤液进入通道，程序控制上层气路不断施加正压和负压，促使洗涤液来回流动进行洗涤。如图3所示，用0.5％的溴甲基酚绿和水来验证了基于微泵微阀控制的微流控核酸杂交平台的液体混合效果，相对于静态600s混合效果，该发明在30s时即可实现同样的结果，时间缩为1/20；如图4所示，在考察的DNA样品浓度范围中，杂交达到平衡的时间只需90s；如图5所示，在考察的程序控制气路响应频率范围内，杂交达到平衡的时间均为90s；如图6所示，在该平台上用8通道和4种不同亚型的登革热分子验证了杂交特异性，杂交90s及洗涤30s后，不同亚型的分子实现了明显的区分，表明该发明平台具有良好的特异性。
实施例2
在上述功能单元的基础上，进行了48个样品的同时快速检测。每条微流控通道中均固定有4种不同的探针分子，整块芯片共有48根微流控通道组成。首先，在正压作用下，微阀关闭，在各个样品室中加入不同的DNA样品；然后微阀打开，通过毛细管力或者负压作用使样品进入微流控杂交通道中，程序控制杂交通道两端的微泵不断反复施加正压和负压作用，液流在压力作用下于通道内来回往复穿梭流动，持续时间90s；杂交反应结束后，抽出反应液，在微泵微阀作用下，用洗涤液对杂交点进行30s洗涤，并于荧光显微镜下进行信号检测。如图7所示，即为在该发明平台上了实现了48个样品的同时检测。

Claims (9)

1.一种基于微流控核酸杂交反应平台，其特征在于：该平台由上下两层组成，上层为微泵微阀控制的微流控芯片，下层为固定寡核苷酸探针的基片，上下两层通过不可逆封接形成流体通道或腔室。
2.按照权利要求1所述基于微流控核酸杂交反应平台，其特征在于：所述微泵微阀控制的微流控芯片由杂交分析功能单元组成；每个杂交分析功能单元由液体流路(3)、控制气路(4)、样品室(5)、杂交通道(6)、废液室(7)。
3.按照权利要求1或2所述基于微流控核酸杂交反应平台，其特征在于：所述上层微流控芯片的材料为PDMS或者其它弹性硅橡胶材料。
4.按照权利要求1所述基于微流控核酸杂交反应平台，其特征在于：所述固定寡核苷酸探针的基片的材料为玻璃、PDMS、PMMA、PC一些透明质材料中一种。
5.按照权利要求2所述基于微流控核酸杂交反应平台，其特征在于：所述杂交分析功能单元的个数为6-384个。
6.按照权利要求2所述基于微流控核酸杂交反应平台，其特征在于：所述控制气路(4)的运行通过单片机程控装置实现。
7.按照权利要求7所述基于微流控核酸杂交反应平台，其特征在于：上层微流控芯片与下层固定寡核苷酸探针基片之间采用的不可逆封接方式为等离子封接或者胶涂覆封接。
8.一种基于权利要求1所述微流控平台的核酸杂交分析方法，其特征在于：通过控制气路施加正压和负压作为驱动力促使液流在杂交通道内自动进行往复穿梭流动：样品通过毛细管力或者负压进入样品室，通过单片机或者蠕动泵装置对控制气路施加正压和负压促使液流在杂交通道内不断的自动来回流动，直至程序控制单片机或者蠕动泵装置停止。
9.按照权利要求8所述核酸杂交分析方法，其特征在于：所述芯片的气路控制液流穿梭时间为1-300s，液流往复穿梭频率为0.02-5Hz。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102998472A (zh) * 2012-11-19 2013-03-27 浙江大学 一种用于非均相免疫快速分析的自动化装置及其使用方法
CN103257213A (zh) * 2012-02-20 2013-08-21 中国科学院大连化学物理研究所 一种全集成高通量细胞水平微流控芯片药物评价系统
CN104911098A (zh) * 2015-05-26 2015-09-16 大连理工大学 一种高通量流动式杂交检测微生物的微流控芯片及其制备方法
CN104415801B (zh) * 2013-08-28 2016-03-09 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种基于自供能真空微泵的便携式微液滴发生器
CN105707010A (zh) * 2014-12-05 2016-06-29 中国科学院大连化学物理研究所 基于微阀的双检测微流控芯片及糖尿病模型构建方法
CN113166705A (zh) * 2018-11-19 2021-07-23 赫兹利亚跨学科研究中心工程有限公司 生物流体系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1477400A (zh) * 2002-08-23 2004-02-25 汶 连 一种微流体系统及控制微流体在微流体系统中运动的方法
CN101495236A (zh) * 2006-01-19 2009-07-29 奇奥尼公司 微流体芯片及化验系统
CN101520034A (zh) * 2008-02-29 2009-09-02 中国科学院大连化学物理研究所 集成常闭pdms微阀及制备工艺和含有该微阀的微泵
CN101561448A (zh) * 2008-04-18 2009-10-21 中国科学院大连化学物理研究所 集成微泵阀的微流控芯片负压力夹流进样方法及专用芯片

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1477400A (zh) * 2002-08-23 2004-02-25 汶 连 一种微流体系统及控制微流体在微流体系统中运动的方法
CN101495236A (zh) * 2006-01-19 2009-07-29 奇奥尼公司 微流体芯片及化验系统
CN101520034A (zh) * 2008-02-29 2009-09-02 中国科学院大连化学物理研究所 集成常闭pdms微阀及制备工艺和含有该微阀的微泵
CN101561448A (zh) * 2008-04-18 2009-10-21 中国科学院大连化学物理研究所 集成微泵阀的微流控芯片负压力夹流进样方法及专用芯片

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GUANGYAO JIA等: "Dynamic automated DNA hybridization on a CD(compact disc) fluidic platform", 《SENSORS AND ACTUATORS B》 *
张宇等: "玻璃微流控通道中水凝胶固定", 《高等学校化学学报》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103257213A (zh) * 2012-02-20 2013-08-21 中国科学院大连化学物理研究所 一种全集成高通量细胞水平微流控芯片药物评价系统
CN103257213B (zh) * 2012-02-20 2015-11-18 中科信生物科技（大连）有限公司 一种全集成高通量细胞水平微流控芯片药物评价系统
CN102998472A (zh) * 2012-11-19 2013-03-27 浙江大学 一种用于非均相免疫快速分析的自动化装置及其使用方法
CN104415801B (zh) * 2013-08-28 2016-03-09 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种基于自供能真空微泵的便携式微液滴发生器
CN105707010A (zh) * 2014-12-05 2016-06-29 中国科学院大连化学物理研究所 基于微阀的双检测微流控芯片及糖尿病模型构建方法
CN104911098A (zh) * 2015-05-26 2015-09-16 大连理工大学 一种高通量流动式杂交检测微生物的微流控芯片及其制备方法
CN113166705A (zh) * 2018-11-19 2021-07-23 赫兹利亚跨学科研究中心工程有限公司 生物流体系统
CN113166705B (zh) * 2018-11-19 2024-06-07 赫兹利亚跨学科研究中心工程有限公司 生物流体系统

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