CN102162807B - 一种基于微流控芯片的核酸阵列分析平台及分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于微流控芯片的核酸阵列分析平台及分析方法，该平台由两部分组成，上部分为反应-电泳芯片，下部分为温控芯片，两部分通过导热胶粘接在一起；所述的微流控芯片平台的核酸阵列分析方法为预先在分离检测通道中填充分离胶，反应液添加入反应池中，其它各池添加分离缓冲液或分离胶，所有池加入矿物油覆盖以防止溶液挥发；反应结束后，直接进行产物的芯片阵列电泳检测；本发明可以同时对多个样品进行平行分析；可进行PCR、酶连/酶切、变性等温控反应及产物的在线检测分析；减少样品的消耗，缩短反应检测时间。

Description

一种基于微流控芯片的核酸阵列分析平台及分析方法

技术领域

本发明属于微流控芯片平台及其分析方法领域，具体涉及一种基于微流控芯片的核酸阵列分析平台及分析方法，多个样本在不同的样本池中进行反应，而后进行阵列电泳分析，从而缩短核酸分析的时间，提高核酸检测的通量。

背景技术

在后基因组时代，核酸分析是进行基因诊断和遗传学研究的重要途径，也是生物医学研究的重要组成部分。其中，很多的核酸分析需要控温反应以及产物的电泳分析，如PCR、酶连/酶解、变性等。常规的核酸分析方法存在着反应时间长、耗试剂量大等缺点。以PCR反应为例，单次反应所需溶液25-100微升，耗时2-3小时。产物进行凝胶电泳检测耗时0.5小时左右。

目前，不少基于微流控技术的核酸检测芯片已经被研制，目的在于缩短反应时间和降低样品的消耗。其中，集成多个核酸分析功能单元如SPE、PCR、CE等的微流控芯片是近年的研究热点之一，并取得了重大的进展。但目前的研究主要局限在单通道核酸样本分析，不能满足临床及生物研究实验室的需要，在实际应用中受到一定的限制。目前已有极少量文献报道的集成多个反应单元及检测单元微流控芯片则能解决这一问题，但存在着以下缺点：每个反应检测单元单独进行反应，不能进行产物的同时检测；微加热器集成在反应检测芯片上，增加了反应检测芯片的成本和加工的难度，不适于将来产业化的发展。

本发明设计了一种基于微流控芯片的核酸阵列分析平台。该平台采用非集成式加热方式，由温控芯片和反应-检测芯片组成。温控芯片为微刻蚀的阵列电极芯片，其上粘贴导热性能好的金属以提供均匀的温度场。反应检测芯片集成多个反应池和阵列电泳通道。这种核酸检测平台可缩短反应检测时间，减少样品消耗量。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芯片的核酸阵列分析平台及分析方法，可同时进行多个样本芯片在线反应和阵列电泳分析。

本发明提供了一种基于微流控芯片的核酸阵列分析平台，该平台由两部分组成，上部分为反应-电泳芯片，下部分为温控芯片，两部分通过导热胶粘接在一起。

本发明提供的基于微流控芯片的核酸阵列分析平台，所述反应-电泳芯片由多个核酸分析功能单元组成，其功能单元数为2-384个；每个分析功能单元由样品反应池(3)、样品废液池(4)、缓冲液池(5)、分离检测通道(6)、公用废液池(7)组成。

本发明提供的基于微流控芯片的核酸阵列分析平台，所述反应-电泳芯片的材料为玻璃、PDMS(聚二甲基硅氧烷)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)或者PC(聚碳酸酯)等。

本发明提供的基于微流控芯片的核酸阵列分析平台，所述温控芯片由加热单元和测温单元组成。

本发明提供的基于微流控芯片的核酸阵列分析平台，所述反应-电泳芯片的功能单元数为2-384个。

本发明提供的基于微流控芯片的核酸阵列分析平台，所述温控芯片中，加热单元由阵列电极芯片通过不导电胶粘贴金属片组成；测温单元为薄膜铂电阻。

本发明提供的基于微流控芯片的核酸阵列分析平台，所述温控芯片中阵列电极芯片为微刻蚀的铂(Pt)、钛(Ti)、铬(Cr)、氧化铟锡(ITO)阵列电极中至少一种。

本发明提供的基于微流控芯片的核酸阵列分析平台，所述温控芯片中阵列电极芯片基片为玻璃、石英或硅。

本发明提供的基于微流控芯片的核酸阵列分析平台，所述温控芯片中使用的不导电胶为负性光刻胶(SU8)或者热固型聚合物(PDMS)。

本发明还提供了一种基于微流控芯片平台的核酸阵列分析方法，预先在分离检测通道中填充电泳分离胶，反应液添加入反应池中，其它各液池添加电泳缓冲液或分离胶，所有池加入商品化PCR用矿物油覆盖以防止溶液挥发；由于分离胶的阻隔作用，反应时反应液局限在反应池中；反应结束后，直接进行产物的芯片阵列电泳检测；所述电泳分离胶为甲基纤维素(MC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、羟乙基甲基纤维素(HEMC)中的一种，溶解于电泳缓冲液；所述电泳缓冲液为Tris-硼酸-EDTA缓冲液(TBE)、Tris-硼酸缓冲液(TB)、Tris-EDTA缓冲液(TE)中的一种。

本发明提供的基于微流控芯片平台的核酸阵列分析方法，所述芯片阵列电泳场强为100-500V/cm，时间为0.5-10min。

本发明的优点在于：可以同时对多个样品进行平行分析；可进行PCR、酶连/酶切、变性等温控反应及产物的在线检测分析；减少样品的消耗，缩短反应检测时间。

附图说明

图1微流控芯片的核酸阵列分析平台示意图(俯视)，其中：1为温控芯片，2为反应-电泳芯片。

图2反应-电泳芯片局部放大示意图其中：3为样品反应池，4为样品废液池，5为缓冲液池，6为分离检测通道，7为公用废液池。

图3通道示意图，其中：8为液池，9为通道；

图4温控芯片示意图，其中：10为薄膜铂电阻，11为金属片，12为阵列电极玻璃芯片。

图5在线扩增检测临床血清样本乙肝病毒DNA的结果图。

图6在线扩增检测临床血清样本HLA-B27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

基于微流控芯片的核酸阵列分析平台的整体装置和分析功能单元的示意图见图1。分离胶预先加入各个分离检测通道，样品反应池加入3.8微升含乙肝病毒DNA样品的PCR反应液，其它各池添加电泳分离胶。各个池添加5微升矿物油以防止溶液挥发。所用电泳缓冲液为1xTBE缓冲液，电泳分离胶为在1xTBE缓冲液中加入0.5％HPMC(4000cps)、0.1％PVP(MW1300000)、6％甘露醇。启动PCR温控循环，由于分离胶的阻塞作用，样本被限制在反应池内。PCR反应结束后，将此平台插入阵列电泳仪中进行阵列电泳检测分析。施加分离场强110V/cm，检测距离3.5cm。图5所示为在线扩增检测临床血清样本乙肝病毒DNA的结果图，四个阳性样本在1.5小时内同时扩增检测出产物。

HLA-B27是强直性脊柱炎的重要诊断指标，94％的强直性脊柱炎患者表达HLA-B27而正常人仅9％表达HLA-B27。实验前预先查询HLA-B27检测相关的引物并配制PCR反应液。将上述基于微流控芯片的核酸阵列分析平台应用于基因分型HLA(人类白细胞抗原)-B27的检测，方法同上所述。图6所示为在线扩增检测四个血清样本HLA-B27表达的结果图。1、3和4通道检测出HLA-B27的产物，证明有HLA-B27的表达，而2通道没有检测出产物，则证明没有HLA-B27的表达。

Claims (6)

1.一种基于微流控芯片的核酸阵列分析平台，其特征在于，该平台由两部分组成，上部分为反应-电泳芯片，下部分为温控芯片，两部分通过导热胶粘接在一起；

所述反应-电泳芯片由多个核酸分析功能单元组成，其功能单元数为2-384个；每个分析功能单元由样品反应池（3）、样品废液池（4）、缓冲液池（5）、分离检测通道（6）、公用废液池（7）组成；所述公用废液池为多个分析功能单元公用；

所述温控芯片由加热单元和测温单元组成；

所述温控芯片中，加热单元由阵列电极芯片通过不导电胶粘贴金属片组成；测温单元为薄膜铂电阻；

所述温控芯片中阵列电极芯片为微刻蚀的铂、钛、铬或氧化铟锡阵列电极中至少一种。

2.按照权利要求1所述基于微流控芯片的核酸阵列分析平台，其特征在于：所述反应-电泳芯片的材料为玻璃、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯或者聚碳酸酯。

3.按照权利要求1所述基于微流控芯片的核酸阵列分析平台，其特征在于：所述温控芯片中阵列电极芯片基片为玻璃、石英或者硅。

4.按照权利要求1所述基于微流控芯片的核酸阵列分析平台，其特征在于：所述温控芯片中使用的不导电胶为负性光刻胶或者热固型聚合物。

5.使用权利要求1所述的基于微流控芯片片的核酸阵列分析平台的核酸阵列分析方法，其特征在于：预先在分离检测通道中填充电泳分离胶，反应液添加入反应池中，其它各液池添加电泳缓冲液或分离胶，所有池加入商品化PCR用矿物油覆盖以防止溶液挥发；反应结束后，直接进行产物的芯片阵列电泳检测；

其中：所述电泳分离胶为甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素中的一种，且溶解于电泳缓冲液；

所述电泳缓冲液为Tris-硼酸-EDTA缓冲液、Tris-硼酸缓冲液、Tris-EDTA缓冲液中的一种。

6.按照权利要求5所述的核酸阵列分析方法，其特征在于：所述芯片阵列电泳场强为100-500V/cm，时间为0.5-10min。

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