CN103703144A - 有效捕获核酸的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在微阵列上有效结合核酸的装置，包括一个含有微阵列的反应区，和一个含有多孔膜基质的捕获区，其中所述捕获区能够特异性捕捉目标分子的正义链，而互补的反义链则在反应区中被捕获，或反之。本发明进一步涉及在装置中具有温度调节单元，使得捕获物具有或保持在一个不允许核酸和捕获分子杂交或结合的温度下，或达到适合核酸杂交的温度。本发明还涉及在微阵列上有效结合核酸分子的方法，包括向本发明装置的捕获区引入含有一种或多种变性形式的目标分子的介质，在所述捕获区中使目标分子和固定化捕获分子之间进行交互式反应，将非结合目标分子链运输到含有微阵列的反应区，因此使得微阵列上发生目标分子链和固定化捕获分子之间的相互作用。进一步的，本发明涉及所述装置用于富集目标分子，尤其是选择目标分子、表达分析、比较基因组杂交、检测SNPs，或基于微阵列的基于基因组选择的测序的用途。

Description

有效捕获核酸的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种在微阵列上有效结合核酸的装置，包括一个含有微阵列的反应区，和一个含有多孔膜基质的捕获区，其中所述捕获区能够特异性捕捉目标分子的正义链，而互补的反义链则在反应区中被捕获，或反之亦然。本发明进一步设想在装置中具有温度调节单元，使得捕获物具有或保持在一个不允许核酸和捕获分子杂交或结合的温度下，或达到适合核酸杂交的温度。本发明还涉及在微阵列上有效结合核酸分子的方法，包括向本发明装置的捕获区引入含有一种或多种变性形式的目标分子的介质，在所述捕获区中使目标分子和固定化捕获分子之间进行相互作用反应，将非结合目标分子链运输到含有微阵列的反应区，因此使得微阵列上发生目标分子链和固定化捕获分子之间的相互作用。进一步的，本发明涉及将所述装置用于富集目标分子，尤其是选择目标分子、表达分析、比较基因组杂交、检测SNPs，或基于微阵列的基于基因组选择的测序。

背景技术

从20世纪90年代末启动人类全基因组测序的NIH项目开始，测序技术迅速发展。尤其是在2005年引进了第二代测序仪后，测序成本已经降低了10倍，在2008年初达到每个人类基因组1百万美元。目前的测序工业将目标锁定在进一步降低DNA测序的成本，目标是在不远的将来每个人类基因组的测序成本为大约1000美元。基于这样的展望和预期，DNA测序，尤其是基因组DNA的测序，也包括DNA序列的多通道检测和定量被视为重要的检测和研究工具，其可用于遗传变异的分析、疾病的检测或疾病患病倾向的确证。所有这些方法的先决条件是有效分离或捕获目标DNA。

结合目标DNA可通过与具有与目标序列互补序列的捕获探针杂交进行。典型的，捕获探针被附着或固定于合适的基质表面。通过杂交进行捕获的效率取决于多个参数，最终要的是目标物的浓度。在许多实例中，目标物质的量和/或浓度相当有限，或者扩增相当困难或不如所愿。在这种情况下，结合效率更加重要，决定着检测的限度、动态范围和分析的准确性。

由于复杂的真核基因组如人类基因组太庞大而不能直接探测，需要降低复杂性的方法。这些方法是，例如，基于特定序列的PCR法直接扩增、构建质粒文库、TAR克隆，或通过基于微阵列的基因组选择(MGS)，该方法的开发是用于从复杂真核基因组中分离用户定义的独特基因组序列(WO2008/097887)。该方法包括了将基因组DNA进行物理剪切以产生平均大小约300bp的随机片段、片段的末端修复、用互补T核苷酸突出端连接到独特的接头上，以及将片段与从参照基因组序列中鉴定出的互补序列的高密度寡核苷酸微阵列杂交，随后洗脱片段并使用接头序列通过PCR进行扩增(WO2008/097887)。但是，使用目前的MGS方案，只能回收到大约80-90％的目标区域。因此，大于10％到20％的目标序列丢失，并且几个其他的区域只被低水平的覆盖，这将阻碍发现变异的可靠性，例如，在重测序的方法中。这一发现可通过下列事实解释：在典型的杂交混合物中，两条互补链都以高拷贝数存在，因此易于形成与互补链的重新杂交，而不与捕获探针相结合。

因此，需要改进有效捕获目标核酸分子，尤其是诸如基因组核酸的目标DNA分子的方法，以使得目标分子可靠和定量的回收。

发明概述

本发明解决了此需求并提供了方式和方法，使得可以在微阵列上有效捕获目标核酸分子。特别的，本发明的目的是通过用于在微阵列上有效结合核酸的装置实现的，包括：

一种用于在微阵列上有效结合核酸的装置，包含：

(a)至少一个含有微阵列的反应区，其中所述微阵列包含一种基质，所述基质上固定有一种或多种捕获分子，和

(b)至少一个含有多孔膜基质的捕获区，所述捕获区上固定有一种或多种捕获分子，并与所述反应区流体连接；

其中，所述捕获区能够特异性的捕获标分子的正义链或正义链的一部分，而所述目标分子的互补反义链或反义链的一部分可在所述反应区被捕获；或者，其中所述捕获区能够特异性捕获所述目标分子的反义链或反义链的一部分，而所述目标分子的互补正义链或正义链的一部分可在所述反应区被捕获。

该装置形式及其用途带来的好处是可以通过核酸链的分离大大提高核酸的捕获效率。因此，如果目标分子的一条链在装置的捕获区中被特异性捕获，对应的链可以自由结合到相邻反应区微阵列上的特异性互补分子上。因此，可以避免反应区的杂交溶液中核酸分子的链和对应链之间的重新杂交。因此，单链目标分子的有效浓度大大提高，相应的增加了杂交和总的捕获率。杂交步骤可相应的成数量级的加快。特别的，由于在捕获区中具有与样品紧密接触的较大比表面积，并具有过量的捕获探针，可以使达到结合平衡的时间变得很短。因此杂交溶液可在溶液中发生重新杂交之前耗尽。因为在多孔膜基质上捕获的核酸链在溶液中迅速耗尽，反应区内对应链与微阵列的杂交不会被溶液中竞争性的杂交所阻碍。这种类型的反应不可能发生在微阵列上，由于捕获探针的浓度很低并且可及性被限制在一个小区域中。因此，通过将多孔膜基质上的有效捕获与微阵列上的高分辨率捕获相结合，建立了一种新而非常高效的捕获和分离方法。随后捕获的分子可用于不同的目的，尤其是用于扩增反应、标记反应、连接、碱基延长的实施或者用于测序活动。

在本发明进一步的优选实施方式中，上述装置包含至少两个捕获区，其中一个捕获区能够特异性捕获目标分子的正义链或正义链的一部分，另一个捕获区能够特异性捕获目标分子的互补反义链或反义链的一部分。

在本发明的又一个优选实施方式中，所述装置包括至少一个温度控制和/或调节单元，用以控制和/或调节装置中的温度。在特别优选的实施方式中，所述用以控制和/或调节温度的温度控制和/或调节单元位于捕获区，以控制和/或调节所述捕获区内的温度。在进一步的优选实施方式中，所述用以控制和/或调节温度的温度控制和/或调节单元位于捕获区和反应区中，以分别控制和/或调节所述捕获区或反应区内的温度。

在本发明进一步的优选实施方式中，所述装置包含至少两个捕获区，所述两个捕获区中的一个保持在或调节到解链温度或不允许核酸与捕获分子杂交或结合的温度，而使另一个捕获区保持在或调节到允许核酸与捕获分子杂交或结合的温度。在尤其优选的实施方式中，所述解链温度或不允许核酸与捕获分子杂交或结合的温度是大约85℃到98℃。在另一个尤其优选的实施方式中，所述允许核酸与捕获分子杂交或结合的温度是大约45℃到65℃。

在本发明另一个优选的实施方式中，所述反应区包括与目标分子正义和反义链或其一部分互补的捕获分子。可选的，所述反应区包括只与目标分子的正义链或正义链的一部分互补的捕获分子。在进一步可选的实施方式中，所述反应区可包括只与目标分子的反义链或反义链的一部分互补的捕获分子。

在本发明又一个优选的实施方式中，所述捕获区至少包括与所述反应区中的捕获分子或其一部分互补的捕获分子。可选的，所述捕获区可包含与所述反应区中的捕获分子或其一部分互补的捕获分子的子集。在另一个优选实施方式中，所述捕获区可包括或额外包括能与干扰序列结合的捕获分子。在另一个优选实施方式中，根据本发明的装置，尤其如说明书前文所述，可包括至少两个反应区，其中一个反应区能够特异性结合目标分子的正义链或正义链的一部分，另一个反应区能够特异性结合目标分子的互补反义链或反义链的一部分。

在本发明进一步优选的实施方式中，本发明前述的所述反应区和所述捕获区被布置在闭合的环路中。在尤其优选的实施方式中，本发明前述的所述反应区和所述捕获区被布置在一种集成装置中，所述反应区和所述捕获区位于相连的微流体系统中。在本发明一个可选的实施方式中，所述装置可包括两个反应区和两个捕获区，其中一个反应区和一个捕获区的组合与第二个反应区和第二个捕获区的结合之间不通过流体连接，其中每个反应区和每个捕获区包括与其他反应区或捕获区的捕获分子互补的捕获分子。

在本发明又一个优选的实施方式中，前文所述的捕获分子的长度是大约20到80个核苷酸。在一个尤其优选的实施方式中，所述捕获分子的长度是大约40到65个核苷酸。在另一个尤其优选的实施方式中，所述捕获分子的长度是大约60个核苷酸。

在本发明进一步优选的实施方式中，前文所述的多孔膜基质是一种织物或毡。在进一步的实施方式中，其可以包括或额外包括一种随机多孔的结构。一种优选的随机多孔结构可以是尼龙。在进一步可选的实施方式中，所述多孔膜基质可以包括一种规则多孔结构。在进一步的实施方式中，所述多孔膜基质可包括三维和/或二维孔结构。特别优选的是各向异性蚀刻的氧化铝，或电纺纤维。在另一个优选实施方式中，所述多孔膜基质可在原位构建。特别优选的是通过聚合诱导的相分离进行的原位生成过程。

本发明进一步涉及一种在微阵列上有效结合核酸分子的方法，包括以下步骤：

(a)将一种含有一种或多种变性形式的目标分子的介质引入前文所述装置的捕获区；

(b)在所述捕获区中使所述目标分子或其一部分和固定化的捕获分子间进行相互作用反应，其中目标分子的正义链或正义链的一部分结合到所述捕获分子上，而所述目标分子的互补反义链或反义链的一部分不被所述捕获区捕获；或者其中所述目标分子的反义链或反义链的一部分结合到所述捕获分子上，而所述目标分子的互补正义链或正义链的一部分不在所述捕获区中被捕获；和

(c)将非结合目标分子链转运到含有微阵列的反应区，因此使得在微阵列上发生所述目标分子链或其一部分和固定化捕获分子之间的相互作用。

在本发明的优选实施方式中，所述方法额外包括步骤(d)检测微阵列上所述目标分子链或其一部分与固定化捕获分子之间的相互作用。在特别优选的实施方式中，所述相互作用的检测通过或基于使用光学读出系统进行。

在本发明进一步优选的实施方式中，在前文所述目标分子和固定化捕获分子之间发生的所述相互作用反应在至少两个捕获区进行，其中一个捕获区能够特异性捕获目标分子的正义链或正义链的一部分，另一个捕获区能够特异性捕获目标分子的互补反义链或反义链的一部分，并且其中一个捕获区保持在或调节到解链温度或不允许核酸与捕获分子结合或杂交的温度，而另一个捕获区保持在或调节到允许核酸与捕获分子杂交或结合的温度。在本发明特别优选的实施方式中，所述解链温度或不允许核酸与捕获分子结合或杂交的温度是大约85℃到98℃。在另一个特别优选的实施方式中，所述允许核酸与捕获分子杂交或结合的温度是大约45℃到65℃。

在本发明另一个优选实施方式中，上文描述的方法额外包括使温度在所述至少两个捕获区之间切换的步骤，其中将具有不允许核酸与捕获分子结合或杂交温度的捕获区的温度降低到允许核酸与捕获分子杂交或结合的温度，优选的温度是45℃到65℃，其中将具有允许核酸与捕获分子杂交或结合温度的捕获区的温度升高到不允许核酸与捕获分子结合或杂交的温度，优选的温度是85℃到98℃。

在本发明另一个优选的实施方式中，上文所述的方法额外包括选自下组行为的步骤，包括：

(1)扩增结合于所述反应区内捕获分子的目标分子；

(2)标记结合于所述反应区内捕获分子的目标分子；

(3)将结合于所述反应区内捕获分子的目标分子与另一个核酸连接；

(4)用结合于所述反应区内捕获分子的目标分子进行单碱基延长；和

(5)由结合于所述反应区内捕获分子的目标分子到另一个核酸进行测序。

本发明的另一方面涉及将上文所定义的装置用于在微阵列上有效结合目标分子、富集目标分子、或用于特异性选择目标分子，优选用于对DNA或RNA分子进行定量和/或多通道检测，或用于表达分析、比较基因组学杂交、单核苷酸多态性的检测，或用于基于微阵列并基于基因组选择的测序。

附图简述

图1描绘了结合捕获分子(Cp)的单链核酸(T)通过zipping反应被互补单链核酸(Tc)所取代的情形。

图2显示了一种可被用于在通过膜表面的固定化捕获探针建立起来的流径中捕获核酸的尼龙膜。

图3描绘了根据本发明一个具体实施方式的装置的俯视图和剖面图。下面显示了基质下方的具有实施例所示的温度的加热元件。附图标记(1)显示了基质，附图标记(2)描绘了捕获阵列，附图标记(3)显示了用于核酸链A的膜，附图标记(4)显示了用于捕获核酸对应链的膜，附图标记(5)显示了样品池、流体驱动和用于闭合环流的通道。

图4描绘了根据本发明一个具体实施方式的与图3所显示装置类似的装置的俯视图和剖面图，但膜的温度设定相反。

图5显示了样品在变性和注射到微阵列中之间的贮存时间对阵列的斑点上的捕获目标分子浓度的影响。

具体实施方式

本发明发明人开发了能在微阵列上有效捕获目标核酸分子的工具和方法，尤其是通过在微阵列上有效结合核酸的装置。

虽然本发明将描述相关的特定实施方式，不能对本发明说明书作限制性的理解。

在详细描述本发明示例性实施方式之前，给出对理解本发明重要的定义。

如本说明书及其附带的权利要求书所用，单数形式的“一个”也包括其各自的复数形式，除非在上下文中另有明确规定。

在本发明的上下文中，术语“约”和“大约”表示本领域技术人员将可以理解的保证所讨论的技术特征的技术效果能够实现的精确范围。该术语典型的表示相比指示的数值具有±20％，优选±15％，更优选±10％，且更优选±5％的偏差。

可以理解的是，术语“包含”并不是限制性的。为本发明的目的，术语“由...组成”可被认为是术语“包含”的优选实施方式。如果下文中的一组被定义为包含至少特定数量的实施方式，这意味着也涵盖优选只由这些实施方式组成的情况。

并且，说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”或“(a)”“(b)”“(c)”“(d)”等，是用于区分类似的元件，并不必然用于描述次序或时间顺序。也可以理解的是，如此使用的术语可在适当的场合下互换使用，并且本发明在此描述的具体实施方式能适用于除本发明描述或阐明的顺序之外的其他顺序。

如果术语“第一”、“第二”、“第三”或“(a)”“(b)”“(c)”“(d)”等涉及一种方法或用途的步骤，则在连贯的步骤之间没有时间或时间间隔，也就是说，步骤可以同时进行，或者在这些步骤之间具有数秒、数分钟、数小时、数天、数星期、数月或甚至数年的时间间隔，除非本发明在上文或下文中另有指示。

可以理解的是，本发明并不限于此处描述的特定的参数、方法、方案，试剂等等，因为这些都是可以变化的。也可以理解的是，本发明使用的术语只是用于描述特定的具体实施方式，并不意图限制本发明的保护范围，所述范围只由附加的权利要求所限定。除非另有定义，本发明使用的任何技术和科学术语具有与本领域普通技术人员的通常理解一致的含义。

如上文指出，本发明一方面涉及一种用于在微阵列上有效结合核酸的装置，包括：

(a)至少一个含有微阵列的反应区，其中所述微阵列包含一种基质，所述基质上固定有一种或多种捕获分子，和

(b)至少一个含有多孔膜基质的捕获区，所述捕获区上固定有一种或多种捕获分子，并与所述反应区流体连接；

其中，所述捕获区能够特异性捕获目标分子的正义链或正义链的一部分，而所述目标分子的互补反义链或反义链的一部分可在所述反应区中被捕获；或者，其中所述捕获区能够特异性捕获所述目标分子的反义链或反义链的一部分，而所述目标分子的互补正义链或正义链的一部分可在所述反应区中被捕获。

本发明所用术语“装置”是指一种结构，例如一种贮器、室或容器或这些结构的集合，或一种仪器，容许或适用于分子反应或相互作用的进行，尤其适用于结合或捕获相互作用以及随后的相关或有联系的分子反应。该装置可相应的配备一个或多个入口和/或出口元件，其可包含一个或更多表面，例如反应表面或具有特定功能的表面，其可包含一个或更多功能性部分，例如反应或结合部分、洗涤部分、混合部分、等待部分、测量部分、废料部分、存储部分，或任何亚部分或其组合。其可进一步包含这些元件的连接，例如，管路或接头；和/或其可包含液体、流体、化学物质、成分、样品或任何其他装置中使用的实体的存储器和贮藏室。

根据本发明的一种装置包含一个反应区。该“反应区”可以是只包含与该区域的尺寸相比较小的入口和/或出口结构的封闭实体，或者其是可与装置中存在的其他实体自由连接的开放式结构。

该反应区典型的包含一个微阵列。本发明所用术语“微阵列”是指一种用于阵列中捕获分子和周围环境中可能相互反应的物质之间相互反应的有序或随机阵列，周围环境例如介质、反应溶液，优选杂交溶液。微阵列可包括任何二维或三维排布的可寻址区域，优选二维排布。典型的微阵列可含有多重斑点、特征、特征固定化区域或独特分子特性的区域。例如，阵列可含有大于2、5、10、50、100、500、750、1000、1500、3000、5000、10.000、20.000、40.000、50.000、70.000、100.000、200.000、300.000、400.000、500.000、750.000、800.000、1.000.000、1.200.000、1.500.000、1.750.000、2.000.000或2.100.000的斑点、特征、独特固定化区域或独特分子特性区域。这些区域可包含在小于约20cm2，小于约10cm2，小于约5cm2，小于约1cm2，小于约1mm2，小于约100μm2的面积里。在进一步的实施方式中，微阵列中的斑点尺寸范围可以是约1到300μm，例如尺寸是10、50、100、150、200或250μm，或是在提到的数值之间的任何合适值。在进一步的实施方式中，探针密度可根据需求而有所不同。例如探针密度是1000到100,000个探针/μm2。例如探针密度是2000、10,000、50,000或75,000个探针/μm2。

在特定的实施方式中，这些斑点、特征或具有独特固定化性质的区域可以含有任何合适的覆盖范围，例如，覆盖范围是1、1.5、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多的一条或多条特定序列、基因组或基因组的一部分。因此，一个微阵列可包含，例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多相同捕获分子的拷贝。可选或附加地，其可包含捕获分子的变体，例如错配变体、具有单或多核苷酸多态性的变体，单或多核苷酸多态性的不同形式，具有不同起始或终止序列例如标签、引物结合位点、内切酶识别位点等，但具有相同核心部分的捕获分子。

本发明所用术语“介质”是指任何适合于捕获分子和根据本发明即如下文所述的目标分子之间相互作用的液体。优选的，介质是允许一种核酸复制或与另一种诸如捕获探针的特定核酸在严谨条件下杂交的溶液或液体。例如，介质可包含，或组成基本上是，或组成是一种含有50％甲酰胺、5xSSC，和1％SDS的缓冲液，或一种含有5xSSC和1％SDS的缓冲液，或一种含有40％甲酰胺、1M NaCl和1％SDS的缓冲液，或一种含有0.5M NaHPO₄、4.7％SDS，和1mM EDTA的溶液，或一种3xSSC(450mM氯化钠/45mM柠檬酸钠)缓冲液，或一种含有30％甲酰胺、1MNaCl、0.5％肌氨酸钠，和50mM MES，pH6.5的溶液。在特定实施方式中，如本发明所用的介质也包含洗涤反应区或捕获区所必须的成分。例如，该介质的盐浓度可以是pH7下约0.02摩尔；或者盐浓度是约0.15MNaCl；或盐浓度是约0.2xSSC；或盐浓度是约2xSSC并含有0.1％SDS；或盐浓度是约0.1xSSC并含有0.1％SDS。可选的，洗涤介质可包含0.1xSSC/0.1％SDS或0.2xSSC/0.1％SDS。并且，可以将任何商业可接受的杂交和/或洗涤和/或培养缓冲液等作为本发明装置中的介质使用。

本发明装置中所使用的介质可进一步包含特定的盐类，例如羧基盐，或氨基基团分子的酸式盐。羧基盐可通过本领域已知的方法形成，并且包括无机盐，例如钠盐、钙盐、铵盐、铁盐或锌盐等等，也包括具有有机基团而形成的盐，例如胺类，如三乙醇胺、精氨酸或赖氨酸、哌啶、普鲁卡因等等。酸式盐包括，例如具有矿物酸的盐，如盐酸或硫酸，以及具有有机酸的盐，如醋酸或草酸。

微阵列典型的包含一种基质，一种或多种捕获分子固定于其上。本发明所用术语“基质”是指任何本领域技术人员已知的基质。基质可具有任何合适的形态或形式，例如，可以是平坦的、弯曲的，如中凸或中凹的弯曲，其可以是卷曲的或包含波浪状的形式。其也可以呈圆形结构排布，以珠状元件、小珠或微载体的形式存在，并可以例如被排布在阵列内。小珠周身是基质表面或通过诸如连杆等的接头元件被安装在反应区内。阵列可进一步由含有捕获分子的磁性颗粒组成。

典型的，反应区的基质是一种固体支持物，也就是说，含有支撑材料，其基本上具有非流动性的稠度，因此使得支撑材料上的捕获分子定位准确并可示踪。这样的基质的例子是一种固体材料或基质，含有功能性化学基团，例如氨基或氨基官能化的基团。一种相应的支撑材料或基质可以是，例如无孔基质。优选的无孔基质是玻璃、硅树脂、石英玻璃，包被有硅烷层(具有诸如聚乙二醇、胺、环氧化物、异硫氰酸盐等官能团)，聚-L-赖氨酸包被的材料、硝化纤维、聚苯乙烯、环烯烃共聚物(COCs)、环烯烃聚合物(COPs)、聚丙烯、聚乙烯和聚碳酸酯。例如，可使用玻璃或聚苯乙烯。除用多聚-L-赖氨酸进行包被或表面处理以外，可以对大体积的材料，尤其是玻璃进行硅烷化处理，例如，使用环氧硅烷或氨基硅烷或通过硅烷化或使用聚丙烯酰胺进行处理。特别优选的是使用硅烷。

除本发明定义的反应区外，根据本发明的装置还包含捕获区。该“捕获区”可以是只包含与该区域的尺寸相比较小的入口和出口结构的封闭实体，或者其是可与装置中存在的其他实体自由连接的开放式结构，优选本发明所述反应区自由连接。

该捕获区典型的包含一种多孔膜基质，其上固定有一种或多种捕获分子。本发明所用术语“多孔膜基质”是指一种固态柔性膜支持物，即包含基本上无水的、柔性稠度的支撑材料，并且包含相当数量或很大比例的孔、洞或三维不规则表面。多孔基质典型的具有与非多孔基质相比更强化的表面。本发明设想任何合适形式和厚度的多孔膜基质，或包含任何合适尺寸的孔。例如多孔膜基质可以是平坦的、弯曲的，如中凸或中凹的弯曲，其可以是卷曲的或包含波浪状的形式。其也可以呈圆形结构排布，以珠状元件的形式存在，并可以例如被排布在阵列内。小珠周身是基质表面或通过诸如连杆等的接头元件被安装在反应区内。优选的膜厚度是约100到1000μm，更优选约50到150μm。在本发明的上下文中，也就是，为有效捕获并为了增加捕获分子的浓度或量，优选使用一种包含高比表面积的膜。相应的，优选使用具有小孔的膜。在特定实施方式中，孔的尺寸在0.1到10μm之间，更优选0.5到5μm之间。

在本发明的一个特定优选实施方式中，多孔膜基质是织物或毡。在进一步的特定优选实施方式中，多孔膜基质包括一种随机多孔的结构。可选的，其可包括一种规则多孔结构。也设想存在三维孔结构和/或二维孔结构或两者的组合。

一种特别优选的随机多孔结构可以是尼龙。合适的尼龙膜的例子包括，但不限于，

和

本领域技术人员已知生产这些膜的技术。优选的实例是生产各向异性蚀刻的氧化铝或生产电纺纤维。相应的，获得的产品，即各向异性蚀刻的氧化铝或电纺纤维可用于本发明上下文中的多孔膜基质。

在本发明进一步的特定实施方式中，多孔膜基质可在原位构建。该原位构建的例子是使用聚合物-单体混合物(例如丙烯酸酯-PMMA)等进行的聚合诱导的相分离或聚合物-溶剂混合物的热诱导相分离。

捕获区和反应区可单一的存在于本发明的装置中，或者捕获区或反应区或两者均不止一次出现在本发明的装置中。例如，本发明的装置可包含一个捕获区和一个反应区，或包含两个捕获区和一个反应区，或包含两个捕获区和两个反应区，或其可包含1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个捕获区和1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个反应区等。捕获区和反应区可根据任何合适的方案进一步设置在本发明的一个装置中。例如，两者可彼此流体连接，如装置中唯一的反应区可与装置中唯一的捕获区流体连接。可选的，装置可包含不只一个捕获区和不只一个反应区，其中至少一个捕获区和一个反应区流体连接。但是，另一个捕获区和另一个反应区可不与所述的一个捕获区和所述的一个反应区流体连接。例如，装置可包含一个捕获区和一个反应区所组合的双重、三重或多重设置，彼此流体连接，并且不与另一套捕获区和反应区流体连接。在进一步的实施方式中，这些区域可整合成如本发明所定义的微流装置的形式。

本发明所用术语“流体连接”是指在提到的元件或区域之间存在的允许液体流动和/或交换的连接，液体例如杂交溶液，或其他任何所述元件或区域间的介质。流体连接可以是直接连接，例如区域之间的并置，或包括存在管路、接头或允许此类功能的连接。这些结构元件可具有任何合适的长度、直径、包衣，或结构。更为详细的例子为本领域技术人员所知晓。此外，为运输或移动流体或液体，可具有如本发明定义的运输工具。

本发明也设想装置中的独立或可分的和/或可移动的反应区和/或捕获区。例如，装置中可在捕获区和反应区和/或其他可能的区域或元件之间包含连接，其可以拆分以去除装置中的反应区或捕获区或两者或所有区域或元件。该选择进一步或可选的在连接点包括合适的密封设施、合适的机械连接元件等。在特定实施方式中，一个捕获区可被其他或不同的捕获区所取代，或一个反应区可被其他或不同的反应区所取代。这样去除的装置的元件或区域可用于例如不同的装置或用于不同的环境，例如用于绑定元件的后续分析步骤。相应的，本发明的装置在首次使用之后是可回收的或可再利用的，例如通过替换本发明所述的一个或多个区域或元件。进一步的，为有效操作，优选使用较小的体积。

本发明所用“捕获分子”可以是任何能够与目标分子发生特异性相互作用的合适分子，尤其是核酸目标分子，如上文所述其在本发明的装置中形成环境或介质。能选择目标分子并在装置中形成环境、介质或反应溶液的捕获分子的例子有任何样式或形式的核酸、蛋白质、肽、配体、抗体、有机或无机结构，例如碳水化合物或糖类、聚合物，或任何衍生物、修饰物、类似物或上述的组合。特别优选的捕获分子是核酸。

本发明所用术语“核酸”是指任何本领域技术人员已知的核酸，优选DNA、RNA、PNA、CNA、HNA、LNA或ANA。DNA的形式可以是例如A-DNA、B-DNA或Z-DNA。RNA的形式可以是例如p-RNA，即pyranosysl-RNA或类似发夹RNA或茎环RNA的结构修饰形式。术语“PNA”是指一种肽核酸，即类似DNA或RNA但已知其并不天然存在的人工合成聚合物，用于生物学研究和医疗。PNA骨架典型的由通过肽键连接的N-(2-氨乙基)-甘氨酸重复单元组成。不同的嘌呤和嘧啶碱基通过亚甲基羰基键连接到骨架上。PNAs通常如描述肽一样描述，N-末端在起始(左)位点而C-末端在右。术语“CNA”是指氨基环己基乙烷酸(a分钟ocyclohexylethane acid)核酸。进一步的，该术语是指环戊烷核酸，即包含例如2′-脱氧碳鸟嘌呤核苷(2′-deoxycarbaguanosine)的核酸分子。术语“HNA”是指己糖醇核酸，即由标准核酸碱基和一种磷酸化的1，5-脱水己糖醇骨架构建的DNA类似物。术语“LNA”是指锁核酸。典型的，锁核酸是一种修饰的从而不可进入的RNA核苷酸。LNA核苷酸的核糖部分可被一种连接2′和4′碳的附加桥所修饰。该桥将核糖锁在3′-内部结构构象中。锁定的核糖构象加强了碱基堆集和骨架的预组织。这可以显著增加热稳定性，即寡核苷酸的解链温度。术语“ANA”是指阿拉伯糖核酸(arabinoic nucleic acids)或其衍生物。本发明上下文中优选的ANA衍生物是2′-脱氧-2′-氟-β-D-阿糖苷(2′F-ANA)。核酸分子可包含DNA、RNA、PNA、CNA、HNA、LNA和ANA中任何一种的组合，例如LNA核苷酸和DNA或RNA碱基的混合物。本发明前文定义的核酸分子可以是短寡核苷酸、长寡核苷酸或多核苷酸的形式。

在本发明的特定实施方式中，核酸可以双链形式存在，即包含核酸分子的一条链和一条根据链间碱基配对而关联的互补或反向平行的对应链，或一种核酸分子的正义或反义链。此处所用术语“正义链”是指含有与被或可以被翻译成蛋白质的信使RNA拷贝相同的序列的分子。该术语在本发明的语境中，也可以是指含有双重核酸分子的一条链的分子，其与互补的对应链不完全相同，不考虑信使RNA拷贝或其表达成蛋白的存在。根据本发明的正义链可由此被定义为与遗传单元相一致，例如，编码衍生的转录本或蛋白质序列的基因是已知的，或正义链可以根据基因组序列信息定义为基因组序列的链1或链A，它与其对应链(链2或链B)不完全等同。对于基因组序列，正义链的精确同一性，即与转录的mRNA的同一性问题，是不相关的，只要将正义链理解为反义链的互补序列，反之亦然。对于核酸片段或基因组的亚基因组部分，由于无法获得功能信息或遗传单元或表达单元的信息，双链核酸分子的正义链可以是两条链中的任一条，反义链是其相反或互补的链。相应的，此处所用术语“反义链”是指包含与上文定义的正义链互补或相反的链的分子。

本发明所用术语“互补的”是指在对应的核酸链中存在与核酸链匹配的碱基对。例如，对于正义链中的一个核苷酸或碱基A，互补或反义链通过一个核苷酸或碱基T与之结合，或反之亦然。同样的对于正义链中的一个核苷酸或碱基G，互补或反义通过一个核苷酸或碱基C与之结合，或反之亦然。在本发明特定实施方式中，这种完全或完美的互补性机制可由于在正义和/或反义链中存在单个或多个非互补碱基或核苷酸的伸张而改变。因此，为落入一对正义和反义链的范畴中，两条链可以完全互补或可以只有部分互补，例如，在两条链的所有核苷酸间显示出约60％、70％、75％、80％、85％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％，或100％的互补性。非互补碱基可包含核苷酸A、T、G、C中的一种，即在例如A和G或T和C之间显示错配，或可包含任何修饰的核苷酸碱基，包括例如如WIPO标准ST.25(1998)附录2、表2所描述的修饰碱基。进一步的，本发明也设想在非等同核酸分子之间的互补性，例如在DNA链和RNA链之间，DNA链和PNA链之间，DNA链和CAN链之间等等，或在核酸分子和有机聚合物之间的互补性。

在其他实施方式中，核酸分子可以以单链的形式存在。此处所用术语“单链形式”是指在两个核酸分子之间未显示出核酸分子的碱基配对。单链形式的核酸可通过双链核酸分子的解链或变性获得，例如，通过将所述分子加热到约85℃到98℃，优选加热到95℃。温度环境可进一步根据核酸的序列、其长度或介质属性，例如盐、去污剂等的存在来决定。可选的，核酸的单链形式可通过核酸分子的从头合成途径获得，例如根据本领域技术人员已知的合适合成方法，或通过合适的过滤或富集工艺，包括本发明所设想的方法。

本发明语境中的术语“肽”是指任何种类的氨基酸序列，包含大于1个氨基酸，尤其是多达40或50个氨基酸长度的短序列。在特定实施方式中，该术语也可以指其蛋白质结构或其功能性衍生物。进一步的，该肽可与其他化学实体或官能团组合。此处所用术语“多肽”是指中等或长氨基酸序列，优选包含40或50个氨基酸。在特定实施方式中，该术语也可指蛋白质结构或其功能性衍生物。进一步的，该多肽可与其他化学实体或官能团组合。此处所用术语“碳水化合物”是指一种具有经验式Cm(H2O)n的有机化合物，即只由碳、氢和氧组成，并且氢原子和氧原子的比例是2∶1。该组包含单糖、二糖、寡糖和多糖。优选使用糖类，即使用单糖和二糖。根据本发明，多肽、蛋白质或肽的“修饰”可以是乙酰化、聚乙二醇化、甲酰化、磷酸化、酰胺化，通过已知的保护/破坏基团的衍生作用，特异性化学裂解、溶蛋白性裂解，连接到细胞配体或其他蛋白质，即与富含甘氨酸的同氨基酸多聚体(homo-amino-acid polymer，HAP)等融合。这样的修饰可通过本领域技术人员已知的适当技术进行。此外，多肽、肽或变体可含有一个或多个非经典氨基酸。

本发明包含的一种或多种其定义捕获分子的捕获区能够典型的特异性捕获或结合目标分子，尤其是单链目标分子，即如本发明上文所述核酸分子的正义链或反义链。相应的，根据本发明的包含一种或多种其定义的捕获分子的反应区能够典型的特异性捕获或结合目标分子，尤其是单链，即如本发明上文所述的核酸分子的正义链或反义链。因此，本发明典型的实施方式中，在本发明装置的语境中，所提到的捕获区能捕获所述双链核酸目标分子的一条链，而提到的反应区能捕获所述双链核酸目标分子的相应对应链。例如，如果捕获区能够特异性捕获或结合上文所定义的目标核酸分子的正义链，相应的反应区能够特异性捕获或结合所述目标核酸分子的反义链。可选的，如果捕获区能够特异性捕获上文定义的目标核酸分子的反义链，相应的反应区能够特异性捕获所述目标核酸分子的正义链。

在本发明进一步的实施方式中，根据本发明的包含一种或多种其定义的捕获分子的捕获区能够典型的特异性捕获或结合目标分子的一部分，特别是单链目标分子的一部分，即上文所定义的核酸分子的正义或反义链的一部分。相应的，根据本发明的包含一种或多种其定义的捕获分子的反应区能够典型的特异性捕获或结合目标分子的一部分，特别是单链目标分子的一部分，即上文所定义的核酸分子的正义或反义链的一部分。本发明所使用术语“目标分子的一部分”、“单链目标分子的一部分”和“核酸分子的正义或反义链的一部分”是指并非整个目标分子，典型的整个单链分子，结合到捕获分子或与之互补，而只是其一部分与之互补和/或能结合的情形。所述目标分子的一部分或部分的最小长度可以是至少10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59或60个核苷酸。进一步的，只结合目标分子一部分的捕获分子的最小长度可以是至少10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59或60个核苷酸。在进一步的附加或可选实施方式中，相互作用的分子，即上文定义的捕获分子和上文定义的目标分子，可以在其全长范围内显示约30％、33％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、70％、75％、80％、85％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或99.5％的互补性。非互补区域或部分可包括接头序列、人工引物结合位点、人工内切酶识别位点、标签、识别目的的条码序列(bar-coded sequences)等等。这种非互补性部分的存在可通过结合参数的调整进行考虑，例如，温度、杂交溶液成分的浓度、装置中的流速或流率、相互作用时间等。这些参数及其设定为本领域技术人员所知晓。本发明也设想了在装置包含至少两个捕获区和/或至少两个反应区的情况下，具有结合正义和反义链能力的互斥混合物。

典型的，捕获分子尤其是核酸，被以例如微阵列的形式固定在上文所述基质上，或固定在本发明定义的多孔膜基质上。此处所用术语“固定”是指一个或多个捕获分子与支持基质通过分子间相互作用而连接，从而将分子定位在基质的特定区域，随之阻碍了捕获分子在例如洗涤、冲洗或相互作用等阶段的分离。典型的，这些分子相互作用是基于支持材料的结构元件或官能团和待固定化的捕获分子之间的共价化学键，例如本领域技术人员已知的核酸的相应官能团。固定化作用可通过例如用热或光使捕获分子交联而进行，即通过在诸如热或光的能源提供的能量的影响或驱动下形成将两个结构元件连接在一起的分子相互作用或键，或通过化学固定化。

在相互吸附作用的语境中，术语“捕获分子的尺寸”是指存在的结合位点数。尽管原则上任何一个结合位点可在任何时间与基质表面分离，大量结合位点的作用在于捕获分子将作为整体保留键合。通过应用热能形式的能量，例如温度在约40到150℃，优选50到120℃，更优选60到110℃，捕获分子在支持材料上的物理吸附可得到增强，并且有效固定化所需的时间将缩短。通过热进行的交联可在本领域技术人员已知的任何合适时长内进行，例如2分钟到12小时，优选10分钟到8小时，更优选30分钟到6小时，更优选45分钟到4小时，甚至更优选1小时至3小时，并且最优选2小时。通过热或烘焙的交联可用本领域技术人员已知的任何合适工具进行，例如在烘干室或烤箱。除温度外，像湿度、通气或通风的其他参数可调节到本领域技术人员已知的合适值。通过热或烘焙进行的交联也可以与其他形式的固定化作用结合，像通过光或化学固定化进行的交联。

光交联典型的通过对捕获分子应用光进行以诱导捕获分子和支持材料之间的相互作用，典型的光波长例如在150到550nm的范围内，优选在200到500nm范围内。典型的，捕获分子和支撑材料之间诱导的相互作用是核酸和材料之间的共价结合。光交联可通过用UV光进行。UV交联是保证支撑材料与探针共价结合的最简单方法。以核酸为例，连接贯穿整个核酸分子的碱基而进行，例如，为本领域技术人员所知，胸腺嘧啶、鸟嘌呤、腺嘌呤、胞嘧啶或尿嘧啶残基，其与相应的适当功能性化学基团在支撑材料上反应。功能性化学基团在支撑材料上或内部的存在和数量可通过适当的化学激活过程进行控制和调节。这类激活过程提供例如在支撑材料上或内部的特异性定位的官能团，从而促进捕获分子和含有这些定位官能团的材料之间的特异性相互作用。官能团在支撑材料上或内部的存在和数量也会影响固定化捕获分子的定向和自由度。例如，存在更大数量的官能团将导致在捕获分子内的不同位点产生固定化。并且，存在与捕获分子发生相应反应的元件可用于控制支撑材料上捕获分子定向的控制。

本发明提到的“化学固定化”可以是支撑材料和捕获分子之间的一种基于化学反应的相互作用。该化学反应并不典型的依靠热或光的能量输入，但可以通过利用诸如某一化学反应的特定最适温度的热或特定波长的光得到加强。例如，一种化学固定化可发生在支撑材料上的官能团和捕获分子上的相应功能元件之间。这些捕获分子中的相应功能元件可以是一个分子的化学库存中的一部分，也可以是额外引入的。这样的官能团实例如胺基。典型的，将要固定化的捕获分子，例如核酸，包含一种功能性胺基，或其被化学修饰以包含功能性的胺基。这样的化学修饰的工具方法为本领域技术人员熟知，并且可以从例如有机化学课本(如Organische Chemie，Hart等，2007，Wiley-Vch，或者Organische Chemie，Vollhardt等，2005，Wiley-Vch)中得到。所述官能团在将要固定化的捕获分子中的定位可被用于控制并形成捕获分子的结合行为和/或定向，例如，可以将官能团置于捕获分子的末端或尾区，或置于捕获分子中央。用于待固定化的捕获分子的典型反应参与物包含可结合到该捕获分子的部分，例如结合到诸如胺基功能化的核酸上。该支撑材料的例子有乙醛、环氧树脂或NHS基质。本领域技术人员熟知这些材料。使通过引入胺基而具备化学反应性的捕获分子和支撑材料之间产生连接反应的官能团为本领域技术人员所熟知。将要被固定化的捕获分子的一种可选反应对象可以是被化学激活的，例如通过官能团的激活，使得在支撑材料上有效。术语“激活的支撑材料”是指如本领域技术人员所知可以建立相互作用的或反应性的化学官能团的材料或通过化学修饰步骤激活的材料。例如，含有羧基的基质在使用之前需要激活。进一步的，有可得到的含有能与已存在于核酸中的特定部分发生反应的官能团的基质。这些反应中的一些可通过热或UV增强。一个实例是基质表面上的胺基，其可以结合到DNA中的特异性碱基上。

可选的，捕获探针可以原位合成或直接在基质表面合成。本领域技术人员已知实施该途径的适当方法。例如，Agilent Inc.，Affymetrix Inc.，Nimblegen Inc.或Flexgen BV开发的制造技术。典型的，使用激光和一组反光镜来特异性激活发生核苷酸添加的位点。这样的一种方法可提供，例如30μm左右或更大的斑点尺寸。相应的，捕获探针的长度可达约80个核苷酸。在一种不同的设想技术中，捕获探针可使用非接触喷墨印刷工艺进行排布，其中寡核苷酸单体均匀的排布到专门制作的载玻片上。这种原位合成过程可典型的逐个碱基的例如由数字序列文件产生60-mer长度的寡核苷酸探针。

对于如文发明定义的含有微阵列的反应区中的基质，优选使用基于原位合成的固定化技术或化学固定化技术。对于本发明所定义的反应区中的多孔膜基质，优选使用化学固定化技术或通过热或光交联尤其是使用UV进行交联的固定化。

此处提到的反应区和/或捕获区可包含“一种或多种”捕获分子，即在微阵列内或多孔膜基质上可出现一种或多种不同类型的分子，例如核酸和蛋白质，核酸和碳水化合物等。可选的，术语“一种或多种”也指相同种类或具有相同形式或格式的捕获分子，例如核酸，但在分子同一性上不完全相同或相似，例如核酸序列的情况。因此，根据本发明的反应区或捕获区可包含不同的核酸，或不同的蛋白质，或不同的碳水化合物，或不同的抗体，或不同的配体等，或任何不同的核酸和不同的蛋白质等的组合，优选不同的核酸。如果具有不同分子同一性的捕获分子，尤其是核酸，存在于本发明的反应区或捕获区中，这些捕获分子可以是部分相同或部分相似的，即尤其是对于核酸的情况，在序列上具有重叠或没有重叠。根据本发明的核酸捕获分子，包含、覆盖或代表例如基因组中任何合适的区域或比例的序列，例如在基因组的约0.00001％到约30％之间，例如生物体基因组的至少约0.00001、0.00005、0.0001、0.0005、0.001、0,005、0.01、0.02、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.2、0.3、0.4、0.5、0.75、0.8、0.9、1、1.5、2、3、4、5、10、15、20，或30％，优选哺乳动物基因组，更优选人类基因组和/或与这些区域互补。这些区域或比例可包含，例如一组约2到5000个基因，例如2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、50、100、150、200、350、500、750、1000、1200、1500、2000、2500、3000、4000、5000或大于5000个基因。这些基因可以定位在相邻基因组范围或区域或可选的遍布整个基因组。也设想基因的亚组群、组合、模式，例如衍生自表达数据的模式等。

本发明提到的“捕获”是指在本发明的装置中的捕获分子与核酸目标分子之间的相互作用，目标分子例如存在于介质、样品溶液中或在杂交溶液中提供的分子等。此种相互作用可以是任何本领域技术人员已知的合适分子，亚分子或巨分子的相互作用，例如亲和力相互作用、基于范德华力的相互作用、基于氢键的相互作用和/或基于电荷的相互作用，例如在不同带电分子之间的相互作用。典型并优选的此种相互作用的例子是涉及核酸的杂交反应。进一步设想的是，例如，核酸和碳水化合物间的相互作用。基于相互作用，相互作用的对象可与一个或多个本发明装置中的捕获分子结合，因而被从周围环境、样品溶液或杂交或反应溶液中去除。目标分子的捕获优选是特异性的。如本发明装置的语境中所用，术语“特异性捕获”具有不同的含义，这主要取决于目标分子的同一性和/或相互作用类型，并符合本领域已知的通常适用规则和定义。例如，如果完全或部分彼此互补或者彼此之间在其全长或全长一部分上至少有约30％到99％互补性的核酸目标分子可相互作用，则核酸-核酸相互作用可被看成特异性的。根据本领域已知的标准，核酸和碳水化合物之间的相互作用可被看成是特异性的。

本发明所用的“目标分子”可以是任何合适的分子，特别是核酸分子，其可以允许目标分子和捕获分子之间或在本文描述的捕获区或反应区之内的特异性相互作用。典型的目标分子可以是上文定义的核酸，例如以基因组DNA、cDNA、mRNA或扩增的DNA/RNA产品、或合成产生的核酸，如寡核苷酸，或其任意的分组或组合的形式。进一步的，目标分子可以是这些分子的特定等位基因变体，例如突变体或疾病相伴形式，或在法医学鉴定方面有用的等位基因变体。在本发明的背景中尤其是在本文定义的装置中使用的目标分子可以是单一形式的目标分子(例如具有特定核苷酸序列的核酸)，或其可以包含一类分子(例如具有不同长度的核酸，包括或包含一种特定核苷酸序列，或根据特定基因的不同等位基因的核酸，或含有特异性序列和接头序列或共同引物结合位点序列的核酸等)。

目标分子可获得于或衍生于样品。本发明相应的设想任何样品，包括本文定义的目标分子。例如，这些样品包括来源于或包含粪便、全血、血清、血浆、眼泪、唾液、鼻液、痰、耳液、生殖器液、乳汁、奶、初乳、胎盘液、羊水、汗液、滑液、腹水、脑脊液、胆汁、胃液、眼房水、玻璃体液、胃肠道液、分泌液、渗出液、胸膜液、心包液、精液、上呼吸道液、腹水、由免疫反应部位收集的液体、从淤积部位收集的液体、支气管灌洗液、尿液、来自例如所有适当器官的活检材料，如肺、肌肉、大脑、肝脏、皮肤、胰腺、胃等等，有核细胞样品，与粘膜表面、头发或皮肤有关的液体。此外，环境来源的样本，如水样、肉类或家禽样品、来自可能的污染源的样品等，均可使用。

在某些实施方式中，目标分子可以直接获得自样品。在其他情况下，样品可经过样品制备技术处理，例如基于标准的方案，包括如使得目标分子与结合对象更易接近的部分纯化。

例如，血样可通过离心分离成小部分，包括全细胞或来自血清的细胞膜，可通过生理可接受的缓冲液和去污剂将粪便样品分成小部分并均质化，可对痰液进行液化和分馏。进一步的，可向样品中加入抗生素或杀菌剂以阻止任何存在的生物体的进一步生长。也可以将全细胞去除或分解以释放其内含物。

优选的，对于含有样品的核酸的制备，可加入DNA和RNA降解酶和蛋白酶的抑制剂。进一步的，也可在检测之前对核酸目标分子进行扩增，例如通过本领域技术人员已知的合适的PCR反应或连接酶链反应。

在进一步的实施方式中，样品中的核酸可被修剪或剪切成小片段(例如通过机械剪切或限制性酶的消化)。优选的剪切工艺使得核酸分子尺寸为50到500个核苷酸，优选200个核苷酸。典型的，可使用通过聚焦超声波的剪切技术，例如基于诸如Covaris所销售装置的任何合适装置。为在样品载入装置前大量地去除所有的非核酸分子，可对非均质的样品进行进一步的纯化。此外，或可选的，可通过诸如毛细管电泳的分离技术对非均质样品进行处理，以例如筛除期望长度范围以外的分子，优选筛除尺寸在50到500个核苷酸以外的分子。

在本发明特定的实施方式中，目标分子尤其是核酸分子以单链的形式提供，例如以双链分子的正义或反义链的形式，或以诸如合成的寡核苷酸的合成单链分子的形式。在进一步的实施方式中，目标分子也可以部分单链的形式提供，例如以10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％或99％或之间的任意值的比例为单链。在进一步的实施方式中，目标分子可以是双链。在目标分子以双链或部分单链的形式提供的情况下，可能需要传递目标分子或使其在本发明定义的变性区域或部分保留一段时间。在本发明的一个具体实施方式中，目标分子以变性的形式提供。此处所用术语“变性的形式”是指单链形式或基本上呈单链的形式，例如核酸目标分子包含至少约75％单链分子。可以通过例如核酸解链或变性工艺获得单链形式。在优选的实施方式中，所述工艺包括在约85℃到98℃并优选95℃的温度下对本文定义的样品探针加热适当时间的步骤，例如加热约5分钟、10分钟、15分钟、20分钟或这些数值之间的任意时长。相应的，装置中可提供这样的变性样品，以允许与装置的捕获区或反应区内结合的捕获分子发生相互作用。在本发明进一步的实施方式中，可在装置自身内获得样品目标分子的变性形式，例如在与本文定义的捕获和/或反应区相连的变性区域或部分内。相应的，可将双链样品或目标分子引入所述变性区域或部分并转化为单链或基本上是单链的分子。在特定实施方式中，所述变性区域可位于一个或多个反应区或捕获区内，或在装置的其他部分内。

在本发明特定实施方式中，根据本发明的装置包含至少两个捕获区，其中一个捕获区能够特异性捕获目标分子的正义链或正义链的一部分，而另一个捕获区能够特异性捕获目标分子的互补性反义链或反义链的一部分，反之亦然。也设想在至少两个捕获区域中存在对正义链和反义链结合能力互斥的混合物。在这些实施方式中，双链目标分子的两条链都可被上文定义的捕获区所捕获。这些捕获区具有更适宜的排列，使得在第一个捕获区之后，将上文定义的反应区置于或定位在装置内的液体或介质流径当中。相应的，在第一个所述捕获区中发生正义链分子结合后，剩余的相对链将被移动或移动到具有与剩余相对链互补的捕获分子的反应区。因此，结合到第一捕获区的正义链分子的单链相对链与反应区的结合可得到增强。在反应区之后，第二捕获区可类似的捕获所述未结合到反应区的相对链。通过随后允许最初结合到第一捕获区的正义链在装置介质或环境中变得可得，可诱导这些链与反应区的结合，在特定实施方式中反应区可包含与目标分子的正义链互补的捕获分子。本发明也展望这一设置的进一步变形，包括例如第二个或更多的反应区，包括一个或更多其它捕获区，或与其他功能的结合等。在本发明的特定实施方式中，如果一个反应区包含目标分子两条链的捕获分子，反应区可以与两个捕获区组合，一个捕获区特异性捕获目标分子的正义链，另一个捕获区特异性捕获目标分子的反义链。图3和4中描述了该优选装置形式的具体结构。

在本发明优选的实施方式中，上文定义的装置包含至少一个温度控制和/或调节单元，用于控制和/或调节装置中的温度。此处所用的术语“温度控制和/或调节单元”是指机械的、电子的(电阻式的)、辐射、微波或其他任何合适的加热装置或元件，其能够提供和/或保持约0.5℃到120℃的温度范围，优选在约20℃到100℃之间的范围，更优选在35℃和95℃之间的范围。因此，如果装置中或装置的一个区域或部分的环境温度在某个预设值以下，温度控制和/或调节单元即可作为加热器；如果装置中或装置的一个区域或部分的环境温度高于特定预设值，其也可作为冷却器。温度控制和/或调节单元可相应的包含用于测量环境温度的传感器以及如果测得的温度不是预设值则使冷却或加热行为启动的元件。预设的值可以是任何合适的值，优选的温度值在约0.5℃到120℃之间，更优选在约20℃到100℃的范围之间，更优选在约35℃到95℃的范围之间。温度控制和/或调节单元可以是独立放置的，例如通过其自身界面来使用，或被整合到类似单元的网络中，或连接到调节电子装置等。该装置优选包含1到15个温度控制和/或调节单元。如果该单元不只一个，其温度可与其他单元的温度不同，或可以相同或接近。通过将装置中或装置的一个区域中的这些单元设置成不同温度，可以在所述部分内产生例如一种温度梯度。优选的，反应区的温度可设定成适合核酸分子的解链，或适合捕获区和反应区中目标分子和捕获分子之间的相互作用。在本发明特别优选的实施方式中，所述温度控制和/或调节单元可以是金属块中的电阻加热器，附着于诸如铁、或高导电玻璃的热良导体的电阻加热器，或玻璃基质上的薄膜电阻加热器。可选的，其可以是整合在装置基质之内例如在微阵列部分下面的薄膜加热器。

在本发明的特定优选实施方式中，所述温度控制和/或调节单元可位于如本文所定义的装置捕获区中。在该方案中，捕获区的温度被调节到或保持在允许捕获分子和目标分子的互补链发生相互作用的程度。在该方案中，双链目标分子的单链可结合到捕获区，使得互补链经过捕获区并进入反应区，使两个实体均发生相互作用。可选的，捕获区的温度被调节到或保持在捕获分子和目标分子的互补链可能不发生相互作用的程度，因此释放先前结合的单链分子或使得目标分子的所述链离开捕获区并进入反应区，使两个实体均发生相互作用。

在本发明进一步的实施方式中，所述温度控制和/或调节单元可额外位于本文定义的反应区中。在该方案中，可以设定反应区的温度以允许目标分子与捕获分子在例如微阵列中定量、半定量或特异性结合、或高特异性结合。

在本发明进一步的实施方式中，所述温度控制和/或调节单元可位于本发明装置的任何其他特定位点、区域或部分。

装置

在本发明进一步的优选实施方式中，将至少两个，例如2、3、4、5、6个或更多捕获区中的一个调节到或保持在核酸解链温度或不允许核酸目标分子与捕获分子杂交或结合的温度，而将1、2、3、4、5、6个或更多其他捕获区调节到或保持在允许核酸和捕获分子杂交或结合的温度。在本发明进一步的特定实施方式中，将至少两个，例如2、3、4、5、6或更多捕获区中的一个的温度保持在或达到约85℃到98℃，而1、2、3、4、5、6或更多其他捕获区的温度保持在或达到45℃到65℃。在特定实施方式中，在装置的非杂交部分中的温度可以是85℃、86℃、87℃、88℃、89℃、90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃、97℃、98℃或更高或所列温度值之间的任意值。在进一步的实施方式中，装置的杂交部分中的温度，例如在捕获区或反应区中的温度可以是45℃、46℃、47℃、48℃、49℃、50℃、5F℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃、60℃、61℃、62℃、63℃、64℃、65℃或更高或所列温度值之间的任意值。在进一步的实施方式中，装置中的温度可以根据适当的方案进行调整，例如可在允许核酸和捕获分子杂交或结合的捕获区与不允许核酸目标分子和捕获分子之间杂交或结合的捕获区之间存在温度梯度。在进一步的实施方式中，设想了所述捕获区和装置中其他部分之间的温度梯度，其他部分例如反应区、可选的洗涤、变性、存储区或部分等。在进一步的实施方式中，当使用多于两个捕获区时，在允许核酸和捕获分子的杂交或结合的捕获区之间和/或在不允许核酸目标分子和捕获分子杂交或结合的捕获区之间可存在温度差异。温度和/或任何温度梯度可以有依据的确定并且其控制依赖于最近捕获区、或待捕获的分子、待捕获分子的长度、待捕获分子的数量、样品的复杂性、捕获分子和目标分子之间错配或推测错配的存在等。

在本发明优选的实施方式中，上文描述的装置的反应区中可包含不同的种类、数量、浓度或形式的捕获分子。例如，反应区可包含捕获分子或与上文定义的目标分子的正义链互补的捕获分子，同时包含与上文定义的目标分子的反义链互补的捕获分子。在该方案中，反应区能够结合双链核酸目标分子的两条链。

在进一步的实施方式中，反应区可包含捕获分子或与上文定义的目标分子的正义链互补的捕获分子，同时包含与上文定义的目标分子的反义链互补的捕获分子。在该方案中，反应区能够结合双链核酸目标分子的两条链或基本上结合双链核酸目标分子的两条链，或双链核酸目标分子的至少约60％、70％、80％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％，或99.5％。

在进一步的实施方式中，反应区可额外或可选的包含一种捕获分子或与上文定义的目标分子的正义链的一部分互补的捕获分子，同时包含与上文定义的目标分子的反义链的一部分互补的捕获分子。该部分或比例的捕获分子与目标分子的所述正义链或目标分子的所述反义链互补，并其最小长度是至少10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59或60个核苷酸。进一步的，只与正义或反义链结合的捕获分子的最小长度是至少10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59或60个核苷酸。在进一步的附加或可选实施方式中，相互作用的分子，例如上文定义的捕获分子和上文定义的目标分子的正义或反义链，可在其全长范围内显示约30％、33％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、70％、75％、80％、85％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％或99.5％或其间的任意值的互补性。非互补性区域或部分可包括接头序列、人工引入结合位点、人工内切酶识别位点、标签、识别目的的条码识别序列(bar-coded sequences)。该非互补部分的存在可作为调节诸如温度、杂交溶液成分的浓度、装置中的流速等结合参数的考虑因素。这些参数及其设定都是本领域技术人员已知的。在该方案中，反应区能够结合双链核酸目标分子的两条链或基本上结合双链核酸目标分子的两条链，或双链核酸目标分子的约50％、55％、60％、65％、70％、80％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％。

在进一步的实施方式中，反应区可包含一种捕获分子或只与上文定义的目标分子的正义链互补的捕获分子。额外的或可选的，反应区可包含一种捕获分子或与上文定义的目标分子的正义链的一部分互补的捕获分子。在该方案中，反应区能结合上文定义的双链核酸目标分子的正义链或基本上结合双链核酸目标分子的正义链，或双链核酸目标分子的正义链的约30％、33％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、70％、80％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％或99.5％。

在进一步的实施方式中，反应区可包含一种捕获分子或只与上文定义的目标分子的反义链互补的捕获分子。额外的或可选的，反应区可包含一种捕获分子或与上文定义的目标分子的反义链的一部分互补的捕获分子。在该方案中，反应区能结合双链核酸目标分子的反义链或基本上结合双链核酸目标分子的反义链，或双链核酸目标分子的反义链的约60％、70％、80％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％或99.5％。

在本发明进一步的实施方式中，如上文所述的装置可包含一个在所述捕获区中含有至少与捕获分子或其一部分互补的捕获分子的捕获区。相应的，如果捕获分子存在于本文定义的捕获区，则互补的捕获分子存在于本文定义的反应区。类似的，如果多于一个捕获分子存在于本文定义的反应区中，则同样数量的互补捕获分子存在于本文定义的反应区中。在进一步的实施方式中，捕获区内的捕获分子与其在反应区中相应的互补捕获分子可具有相同的长度，要么基本上具有相同长度，要么在长度上具有70％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％或更多的同一性。捕获区或反应区中，优选是在捕获区中的捕获分子可以更长。捕获分子的非重叠性区域，例如不出现在各自其他区域的捕获分子部分，可优选位于该分子一个或两个末端。在特定实施方式中，它们也可位于分子中央或分散于整个分子之中。这些区域可以作为一个或更多单元存在，优选作为分子末端的一个单元。

在另一个实施方式中，在反应区和捕获区中，诸如正义和反义链等相应捕获分子的数量和/或长度，可额外或可选的相同，或者基本上相同。例如，捕获区中可包含任何合适的覆盖范围，例如覆盖范围是1、2、3、4、5、6、7、8、9或10或更多拷贝的捕获分子。这些拷贝可具有不同长度或相同长度。一个反应区可相应的含有任何覆盖范围，例如覆盖范围是1、2、3、4、5、6、7、8、9或10或更多拷贝的所述捕获分子的相应互补链。这些拷贝可具有不同长度或相同长度。可选的，反应区或捕获区中诸如正义和反义链等相应捕获分子的数量可以不同。因此，反应区中捕获分子的覆盖范围可以是一个或更多或所有捕获区中的互补捕获分子覆盖范围的至少约10％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％，或90％。在进一步的实施方式中，一个或更多或所有捕获区中的捕获分子覆盖范围可以是反应区中互补捕获分子覆盖范围的至少约10％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％。在特定实施方式中，覆盖范围可取决于固定化类型、固定分子所用的材料、应用的类型、设想的用途等。优选在捕获区中具有高的、超高的或至少比较高的覆盖范围。在本发明特别优选的实施方式中，捕获分子池可位于捕获区的特定区域，并以与多孔捕获区膜材料混合物的形式被固定其中。这些区域中捕获分子的总量可取决于应用并可相应的调整。进一步优选在本文定义的一个或更多捕获区中具有局部过量的捕获分子。

在进一步的实施方式中，多于一个反应区和多于一个捕获区之间的长度和覆盖范围参数可以是不同的或变化的，即，装置中的覆盖范围相关参数可以增加，或覆盖范围可以根据合适的参数和/或依赖于其他诸如温度条件的特征的存在而急剧增加或减少。

在本发明进一步的实施方式中，上文描述的装置可包含一种含有与反应区中的捕获分子或其一部分互补的捕获分子子集的捕获区。相应的，如果捕获分子存在于本文定义的捕获区中，则与之互补的捕获分子存在于本文定义的反应区中。但是，如果捕获分子存在于本文定义的反应区中，与之互补的捕获分子可以不存在于本文定义的捕获区中。在本发明另一个具体实施方式中，本文定义的装置可包含一个含有与捕获区中的捕获分子或其一部分互补的捕获分子子集的反应区。相应的，如果捕获分子存在于本文定义的反应区中，则与之互补的捕获分子存在于本文定义的捕获区中。但是，如果捕获分子存在于本文定义的捕获区中，与之互补的捕获分子可以不存在于本文定义的反应区中。

此处所用术语“捕获分子子集”是指10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、99.6％、99.7％或99.8％的本文定义的相应正义或反义捕获分子。两个区域中存在的捕获分子，以及只在一个区域存在的捕获分子可以以任何合适的覆盖范围或任何合适的拷贝数存在，例如1、2、3、4、5、6、7、8、9或10或更多个拷贝。并且，捕获分子可包含上文提到的变化或长度或序列的不同。

在另一个实施方式中，捕获区包含能结合干扰序列的捕获分子。此处所用术语“干扰序列”是基因组中的短重复序列，例如转座子反向重复序列，Alu或类Alu序列，转座子残余等。

在特定优选实施方式中，根据本发明的装置包含至少两个反应区，其中一个反应区能够特异性结合目标分子的正义链或正义链的一部分，而另一个反应区能够特异性结合目标分子的互补性反义链或反义链的一部分。在该方案中，至少两个反应区可在一个流径中提供，或在装置两个独立的部分提供。一个含有本文定义的两个反应区的装置可提供一个、两个或多个捕获区，优选具有至少两个捕获区。在设想一个捕获区的实施方式中，捕获区可移除或被其他或不同的捕获区所取代，以捕获与第一捕获区互补或不同的序列。在至少存在两个捕获区的实施方式中，这些捕获区能够结合互补性目标核酸链。并且，该捕获区可配备温度控制和/或调节单元以允许差温加热或目标核酸链的解链。

在本发明进一步的优选实施方式中，可将上文所定义的一个或多个反应区和一个或多个捕获区布置在装置的闭合环路中。此处所用术语“闭合环路”是指所提及区域的一种布置，使得诸如液体的物料发生单向流动，由一个区域流向下一个并相应的使物料返回初始区域。这种布置使得诸如一个或更多反应区的等同区域内产生连续循环的物料运转，例如通过使物料重复或通过特定区域2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多次。该重复尤其使得通过反复给予目标分子和捕获分子之间的接近机会增加了这些分子之间的相互作用次数。所述连接可以是任何适当的连接，例如通过导管、管道、管线等。在该设置中，装置不同部分的流速可根据需要调整。例如，流速可以在捕获区和/或反应区中降低，或只在捕获区或只在反应区中降低，以例如使目标分子相互作用的窗口得到延长或个性化调整。闭合环路可进一步具有一个或多个入口和出口点或端口，例如1、2、3、4或5个入口或出口。在这些端口中，包含要结合至捕获分子的目标分子的介质或样品液体可以被引入或去除。在一个具体实施方式中，所述含有目标分子的介质或样品可包含上文定义的变性或解链形式的目标分子。在进一步的实施方式中，这些端口或入口可被连接到一个或多个制备或变性区或室上，其中将样品液体或目标分子加热到约85℃到98℃并优选95℃的温度，以提供单链核酸分子。在具体实施方式中，闭合环路也可包含使特定区域例如一个或多个反应区或捕获区切断的被截短结构。并且，该装置可包含额外的出口，以添加诸如更多捕获和/或反应区的其他区域。在进一步的实施方式中，可存在环路结构的特殊布置。

在本发明另一个具体实施方式，如上文所述的一个或多个反应区和一个或多个捕获区可以单一流径的形式布置在装置中。此处所用术语“单一流径”是指区域的不存在循环元素的线性排布。连接可以是上文定义的一种连接，例如通过导管、管道、管线等。在该排布中，设想物料或介质在整个反应区和捕获区和/或在上文定义的一个或更多温度控制和/或调节单元的反复运输。可选的，这些区域可按任何其他组合方式排布，只要保持其线性排列。如果使用单一流径，诸如杂交溶液的介质的流速可进行调节，例如降低以允许捕获和目标分子或链之间适当的相互结合作用。

在本发明的一个具体实施方式中，上文定义的装置可包含一种或多种运输工具。此处所用术语“运输工具”是指任何适当元件、装置或单元，其可允许诸如杂交溶液的介质或样品或样品部分由装置的一个区域向另一个区域运动和/或运输，或反之亦然，即由至少一个捕获区向至少一个反应区的运动和/或运输。该运输工具的一个例子是泵，例如3阀泵，蠕动泵或毛细泵。但是，也设想其他任何类型或形式的能适当整合到本发明装置中的泵。该运输工具可位于捕获区和反应区之间和/或位于装置的末端。并且，运输工具可整合到装置的一个或多个区域当中。运输工具可优选调节装置中的液体流动。该调节可通过设置和/或调节液体的流量或流速到特定值来实现。该值可根据或依赖于待运输的物料、使用的温度、目标分子或捕获分子、目标分子和捕获分子之间发生的相互作用类型等来进行设定。运输工具可进一步以不同的功能化间隔进行使用。例如，可以在特定的一段时间内使用运输工具，例如使用约10秒、20秒、30秒、1分钟、2分钟、3分钟、5分钟、7分钟、10分钟、15分钟、30分钟、40分钟、60分钟等，随后关闭特定的一段时间，例如关闭约10秒、20秒、30秒、1分钟、2分钟、3分钟、5分钟、7分钟、10分钟、15分钟、30分钟、40分钟、60分钟等，随后再次开启例如约10秒、20秒、30秒、1分钟、2分钟、3分钟、5分钟、7分钟、10分钟、15分钟、30分钟、40分钟、60分钟等。间隔可根据在先的间隔或相互作用反应的阶段进行改变或修改，例如可在随后的步骤中变得更长或更短。如果在一个装置中存在多于一个运输工具，要么所有运输工具均工作，要么只有其一部分工作。活跃的运输工具的数量和位置可根据反应区和/或第二个区域的存在和位置来决定和设置。

在特定的实施方式中，反应区可在一边与诸如泵区域或室的运输工具组合，并且在另一边与捕获区相连，该捕获区反过来在其后面设有诸如泵区域或室的运输工具，反之亦然。在进一步的选择当中，可使用含有运输工具或上文定义的一个区域的分为两部分的末端分支。图3和4中描述了一种优选设想的运输工具的位置和形式的具体版本。

在本发明进一步优选的实施方式中，上文提到的装置是一种微流装置或以微流装置的形式实施，其中所述反应区和捕获区优选连接于闭合环路中，或者通过上文所述的一种单一流径连接。此处所用术语“微流装置”是指一种允许液体的精确控制和操纵并将流量限制到很小的装置，优选限制到亚毫米范围。典型的，一种微流装置执行很小的体积，例如在nl、pl或fl的范围内，和/或其可执行很小的总尺寸。并且，根据本发明的微流装置可耗费的能量更低。在微流装置中，可以执行的效果诸如层流、特异性表面张力、电润湿、快速热弛豫、电动表面电荷的存在和扩散效应。在特定实施方式中，微流装置可与外部资源或内部元件连接。例如以重复使用为目的的分离或存储器或容器均是可能的。进一步的，微流装置可包含电子的或计算机的界面，以允许装置中动作的控制和操纵，和/或反应结果或产品的检测或测定。

在本发明另一个具体实施方式中，所述微流装置可以是整合的微流弹射筒(microfluidic cartridge)。此处所用术语“微流弹射筒”是指微流体的压缩和复原，例如包括所有必要的连接、区域和可选的也包括必要的成分以及类似室或容器的形式。该弹射筒可例如是完全闭合的，或部分封闭且允许样品、成分等通过可重新封口的入口进入。该弹射筒可进一步配备队列结构用于扫描或检测装置，例如识别指示所提供成分、生产日期等的扫描仪的O部分，条形码或矩阵码，或配备连接允许电动或光学检测例如上文提到的装置反应区中的目标分子和捕获分子之间相互作用的检测单元的界面。在进一步的优选实施方式中，所述弹射筒可包含机载试剂溶液，例如用于临床应用中用于避免交叉污染的一次性使用目的。

在根据本发明的微流装置中，可存在特定的运输工具。例如，一种运输工具可实现蠕动驱动。相应的，装置中可与存在活动连接和管路，或者可向装置提供一个或多个活动的或可移动的边或隔板，以允许蠕动性的运动。该蠕动动作可通过任何合适的方法进行，例如在所述活动管路或隔板上的旋转装置或促动器，通过两个这样的管或隔板以反向的方式组合，通过在所述管路或隔板上应用流体介导的压力，例如提供装满水的管路，直接与根据本发明的所述管路或隔板连接，和/或通过使用蠕动泵。该技术的进一步细节或改变形式是本领域技术人员已知的或可以来源于适当的教科书。在进一步的实施方式中，运输工具可以实现活塞和运动膜的驱动，例如通过使用至少一种装置或所述装置的一个特定区域的可移动表面。相应的，可移动表面可以是弹性膜的形式，并用作降低所述装置或在所述装置的所述区域中的体积的活塞，使得在所述区域或范围外的相邻物料得到运送。可移动表面或活塞结构可与合适的膨胀存储器或区域组合，使得装置内部的液体移动。该技术的进一步细节或改变形式是本领域技术人员已知的或可以来源于适当的教科书。一种合适运输工具的进一步例子实现了一种矢量真空，例如通过使用适当的矢量真空泵将液体吸入本发明装置的一个或多个区域，或吸入特定方向，使介质例如装置中的杂交溶液运动。在本发明特定实施方式中，优选平均剪切率为约1s-1或更多，其可用于提高结合率。本领域技术人员已知，该剪切率可通过合适的运输或抽吸装置实现。该技术的进一步细节或改变形式是本领域技术人员已知的或可以来源于适当的教科书。

在本发明优选的特定实施方式中，上文定义的装置包含两个反应区和两个捕获区，其中一个反应区和一个捕获区的组合不是与第二个反应区和第二个捕获区的组合进行液体连接，并且其中每个反应区和每个捕获区包含与其他反应区或捕获区的捕获分子互补的捕获分子。在该方案中，装置A部分的捕获区中可存在一套相应的正义链捕获分子，其反应区中可存在反义链捕获分子，而装置的B部分在捕获区包含一套反义链捕获分子并在反应区包含正义链捕获分子。这种A、B部分的装置形式可设计成单一流径装置或在闭合环路中。典型的，装置可装载含有或包含核酸目标分子的样品，并被按比例分成基本相等的部分，或任何其他合适的比例。并且，样品可以是已经变性的或以单链的形式存在。可选的，该装置可包含额外加热和可选的分离室，以使核酸样品解链或变性或可选的使其分离成基本上等同的部分。如上文描述的装置A部分和B部分彼此之间可以不是流体连接。

在本发明的另一个优选实施方式中，上文定义的捕获分子，即捕获区和/或反应区中的捕获分子的长度可以是约20到80个核苷酸，例如长度为20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80或更多个核苷酸。在更为优选的实施方式中，捕获分子的长度是约40到65个核苷酸。具有设想长度的捕获分子的实例包括长度为20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79或80个核苷酸的捕获分子。特别优选长度为约60个核苷酸，例如59、60或61个核苷酸。反应区和捕获区中捕获分子及其互补物的长度可以相同、基本上相同或不同，例如根据上文定义的参数和细节。长度的不同可根据目标分子的性质、形式和长度等或其序列决定。

在进一步的方面，本发明涉及一种在微阵列上有效结合核酸的方法，包括如下步骤：

(a)将含有一种或多种变性形式的目标分子的基质引入前文所述的装置的捕获区；

(b)在所述捕获区中使所述目标分子或其一部分和固定化的捕获分子间进行相互作用反应，其中所述目标分子的正义链或正义链的一部分结合到所述捕获分子上，而所述目标分子的互补反义链或反义链的一部分不被所述捕获区捕获；或者其中所述目标分子的反义链或反义链的一部分结合到所述捕获分子上，而所述目标分子的互补正义链或正义链的一部分不被所述捕获区捕获；和

(c)将非结合目标分子链转运到含有微阵列的反应区，因此使得微阵列上发生目标分子链或其一部分和固定化捕获分子之间的相互作用。

在本发明的特定实施方式中，在本发明的方法的语境中，反应区、捕获区、微阵列、捕获分子、正义链、反义链、目标分子、其一部分、介质、或捕获分子的固定，与在描述本发明装置的语境的前文中这些术语的定义一致。相应的，可以理解，所有提及的实施方式、变体、改变形式或使用，如本发明装置的语境中所描述，将同样适用于本文前后文中对本发明方法的描述。

本发明所用术语“将介质引入捕获区”是指在上文提及的装置捕获区中提供一种如上文定义的介质。该供给可通过将所述介质注入装置而实现。例如，介质可由外部或内部的存储器或从注射器或任何其他合适的容器注入装置的捕获区本身或相邻的混合区。本文所用术语“以变性形式引入”是指如上文所述将基本上单链形式的核酸目标分子引入捕获区。相应的，可将介质温度调节为解链或变性温度，因而产生高比例的单链分子。在进一步优选的实施方式中，引入本发明装置的介质可以不是变性形式。在这些实施方式中，含有目标分子的介质在引入捕获区之前，可预先加热，例如在如上文所述的装置中进行变性或解链，例如在上文提到的特定解链或加热室或变性区域或部分中进行。可选的，加热也可以在捕获区自身内部进行，例如，通过使用上文所述的温度控制和/或调节单元。

在本发明进一步的可选实施方式中，含有一种或更多目标分子的介质可进一步引入本发明描述的装置的另一个不同区域，例如，引入反应区。相应的，通过在所述区域或在不同的区域中施加适当的温度，介质可转化为包含变性形式目标分子的介质。

本文所用术语“在所述捕获区中的所述目标分子或其一部分和固定化的捕获分子之间进行相互作用反应”是指进行杂交反应，优选特异性杂交反应。此处所用术语“特异性杂交”是指一种核酸与其他诸如捕获探针的特定核酸在严谨条件下的结合、双链化或杂交。在核酸杂交的语境中，术语“严谨条件”是依赖于序列和序列长度的，如本领域技术人员所知，在不同的试验参数下有所不同。本发明语境中使用严谨杂交条件的实例是在42℃含有50％甲酰胺、5xSSC，和1％SDS的缓冲液中的杂交，或在65℃下含有5x SSC和1％SDS的缓冲液中的杂交。示例性的严谨杂交条件也可包括在37℃下含有40％甲酰胺、1M NaCl，和1％SDS的缓冲液中的杂交。可选的，杂交可在65℃下于0.5M NaHPO₄、4.7％SDS、1mM EDTA中进行。进一步额外的严谨杂交条件包括60℃或更高温度下3x SSC(450mM氯化钠/45mM柠檬酸钠)中的杂交或42℃在含有30％甲酰胺、1M NaCl、0.5％肌氨酸钠、50mM MES，pH6.5的溶液中培养。

在本发明进一步的实施方式中，所述相互作用可额外包括洗涤或润洗步骤。该步骤可在本文所用特定洗涤条件下进行，包括例如盐浓度为约0.02摩尔，pH7，温度至少约50℃或约55℃到约60℃，进行约15分钟；或盐浓度为约0.15M NaCl，70℃下进行约15分钟；或盐浓度为0.2x SSC，温度至少约50℃或约55℃到约60℃，进行约15到20分钟。在进一步的可选方案中，杂交混合物可用盐浓度为约2x SSC的含有0.1％SDS的溶液在室温下洗涤15分钟，进行两次，随后用含有0.1％SDS的0.1x SSC在68℃下洗涤15分钟，进行两次，或等效的条件。可选的，洗涤可在0.1x SSC/0.1％SDS中于68℃下进行15分钟。用于洗涤的严谨条件也可以是，例如42℃下0.2x SSC/0.1％SDS。

在上文定义的相互反应步骤(b)之后，非结合目标分子，优选单链目标分子，更优选在介质中没有互补链的单链目标分子，可被运输到上文所定义的反应区。典型的，反应区含有本发明定义的微阵列。非结合目标分子的“运输”可在上文定义的运输工具的帮助下进行。例如，如上文所定义的泵可在装置内产生液体流动，使得介质及其含有的非结合目标分子产生连续或不连续流动。例如，运输行为可包含在高度约0.2mm的通道或管路中以约0.1至0.3mm/s的速度连续的液体流动。相应的，流速可根据装置区域、通道、管路或部分的尺寸而改变或修改，尺寸例如高度、直径等。可选的，运输行为可由液体移动阶段以及随后的非移动阶段组成，例如5、10、15、20、30、40、50分钟或更长的移动阶段，随后是1、2、3、4、5、6、7、8、9、10分钟或更长的非移动阶段。并且，在该方法实施过程中，流速可以改变或修改，例如减少或增加。尤其优选的是缓流运输过程。进一步的，尤其优选平均剪切率为约1至3s^-1或更多。该剪切率可通过本文所述或本领域技术人员已知的适当的运输或泵设施来实现。

随后，本发明装置反应区中的所述非结合目标分子可被允许与本发明定义的固定化捕获分子发生相互作用，即与上文所述互补分子或其一部分发生相互作用。术语“允许相互作用”是指相互作用的条件，优选本文所用的杂交条件。该术语也指对目标分子和捕获分子在本发明反应区内相互作用有影响的其他参数。这些参数包括上文定义的流量或流速，反应区的温度、上文提到的盐或缓冲液成分的浓度、可获得捕获分子的量、溶液中干扰分子的存在、以及相互作用的时间等。在本发明进一步特别优选的实施方式中，相互作用，即与微阵列的结合可伴随流动驱动来进行，例如通过任何种类的抽吸或液体移动或运输，例如通过本发明定义的运输工具。

在特别优选的实施方式中，相互作用步骤进行的时间可以是一次约30分钟到5小时，更优选一次1小时到3小时，例如一次30分钟、60分钟、1.5小时、2小时、2.5小时、3小时、3.5小时。需要强调的是，与典型的杂交方法相比，本发明提供的优势包括在微阵列上有效结合核酸分子的方法的进行时间可以减少。特别的，本发明要求保护的方法避免了用大于5、10、15或24小时的时间实现相互作用，例如过夜杂交或结合程序。

在本发明进一步优选的实施方式中，上文提到的方法包含至少一个额外的检测所述目标分子链或其一部分和固定化捕获分子之间在微阵列上相互作用的步骤(d)。检测微阵列上的相互作用可根据任何本领域技术人员已知的方法或程序进行。例如，可包括标记步骤，并可测量标记或非标记分子的存在、溶液中颜色或染料的存在或消失、pH的改变、以及随后的核酸浓度。可选的，可以测量电导率或其他任何适当的参数。该测量可在上文描述的装置反应区中进行。可选的，所述检测可在本发明装置的特定测量或检测室或区域进行，例如在将上文描述的可去除的反应区运输到的部分中进行。测量的位置，取决于例如反应类型，例如，反应是否发生在基质上固定化实体的里面或表面将导致可检测到的改变，或其是否发生在试剂溶液中将导致可检测的改变。特别优选的是原位检测。在特别优选的实施方式中，所述检测可在第一杂交阶段之后进行，即在第二捕获区被加热以释放本发明上下文定义的目标分子互补链之前进行。在特别优选的实施方式中，所述检测可在第二捕获区被加热以释放所述互补链后包括进一步额外检测行为，额外的或可选的，将第一和第二检测步骤的结果进行对比，也就是将第一次杂交后获得的结果和第二次杂交后获得的结果进行对比。

一种相应的检测或测量可通过光学方法进行，例如通过光学读出系统。例如，CCD照相机或其他适当的光学装置可用于检测溶液中或基质上的光学变化，例如在反应区中，或在微阵列中，和/或确定该光学变化的性质。可选的或额外的，相应的测量可通过电气工具进行，例如基于导电性、电容或离子强度、pH的确定，和/或在根据本发明的装置的一个位点或区域的电泳参数。相应的测量模块可连接到一个集成站，例如允许评估结合阶段、结合核酸浓度、结合特异性、与特异性序列或分子的结合等的电脑、电脑模块或微电子装置。该集成站可进一步配备允许任何控制行为和评估的适当软件或程序。该评估可进一步用于实施校正步骤，例如增加或减少速度或流动参数，引入其他试剂溶液成分、增加或减少反应温度、增加或减少分配给结合步骤的时长等等。

在本发明方法的进一步特定优选实施方式中，在装置捕获区中的所述目标分子和固定化捕获分子之间的所述相互作用反应在至少两个捕获区中进行，其中一个捕获区能够特异性捕获目标分子的正义链或正义链的一部分，另一个捕获区能够特异性捕获目标分子的互补性反义链或反义链的一部分。一种方法可相应的在如上文所定义的装置子类型或变化形式中进行，即在含有两个捕获区的装置中进行。

为具有可操作性，相应方法应包括有差异的杂交/结合和变性/解链步骤。优选的，该方法包括一个步骤，其中一个捕获区的温度调节到解链温度或不允许核酸与捕获分子杂交或结合的温度，而另一个捕获区的温度调节到允许核酸与捕获分子杂交或结合的温度。在本发明特定实施方式中，该方法额外或可选的包括一个步骤，其中一个捕获区的温度保持在解链温度或不允许核酸与捕获分子杂交或结合的温度，而另一个捕获区达到或保持在允许核酸与捕获分子杂交或结合的温度。在本发明进一步的具体实施方式中，该方法额外的或可选的包括一个步骤，其中一个捕获区保持在或调节到解链温度或不允许核酸与捕获分子杂交或结合的温度，而另一个捕获区的温度保持在允许核酸与捕获分子杂交或结合的温度。在本发明进一步的具体实施方式中，该方法额外的或可选的包含一个步骤，其中一个捕获区保持在解链温度或不允许核酸与捕获分子杂交或结合的温度，而另一个捕获区保持在允许核酸与捕获分子杂交或结合的温度。温度可在任何适当工具的辅助下设定，例如通过装置实施方式上下文中定义的温度控制和/或调节单元。保持或调节捕获区达到所述温度的时长可根据目标分子、使用的介质、使用捕获分子的长度、微阵列的尺寸和类型等而有所不同。进一步的细节和参数是本领域技术人员已知的和/或可以适应已知方法学和可来源于课本或限定文献中的适当信息。

重要的是，指示的温度基本上同时到达或出现在装置的上述区域，也就是说，基本上同时以避免互补性单链核酸分子的再次杂交。

在本发明特定优选实施方式中，一个捕获区保持或达到解链温度或不允许核酸与捕获分子杂交或结合的温度，该温度是约85℃到98℃，更优选为约95℃，而一个捕获区调节到或保持在允许核酸与捕获分子杂交或结合的温度，该温度是约45℃到65℃，更优选为约50℃。

如果使用多于两个捕获区，可以在所有捕获区中实施相应的行为。

上面指示的温度步骤可组合或嵌入到任何适于结合核酸分子的其他步骤或反应步骤队列中。例如，反应区可保持在或达到允许核酸与微阵列捕获分子杂交或结合的温度。一个本发明特别优选的方法设想了根据本发明所述合适的检测程序，在所述步骤之后检测反应区中即在本发明装置的微阵列上结合的核酸目标分子。

在另一个特别优选的实施方式中，本发明的方法包含在所述至少两个捕获区之间的额外温度转换步骤，该两个区域被保持在或达到上文提及的特定温度，其中将具有不允许核酸与捕获分子杂交或结合温度的捕获区的温度降低到允许核酸与捕获分子杂交或结合的温度，而其中将具有允许核酸与捕获分子杂交温度的捕获区的温度升高到不允许核酸与捕获分子杂交的温度。在一个具体实施方式中，本发明的方法包含在所述至少两个捕获区之间的额外温度转换步骤，该两个区域被保持在或达到上文提及的特定温度，其中将具有不允许核酸与捕获分子杂交或结合温度的捕获区的温度降低到允许核酸与捕获分子杂交或结合的温度，温度为约45℃到65℃，优选为50℃，而其中将具有允许核酸与捕获分子杂交温度的捕获区的温度升高到不允许核酸与捕获分子杂交的温度，温度为约85℃到98℃，优选为95℃。该温度转换优选导致当前结合的单链目标分子由捕获区释放，而互补性单链分子与其他捕获区结合。该行为可优选与上文所定义的运输步骤或本发明装置中的连续流动行为相关联，使得所述当前结合的单链目标分子与捕获分子在本发明的微阵列上相互作用。本发明也设想该转换行为的变化或改变，例如根据装置中存在的微阵列、反应区的性质和数量等。本发明一个特别优选的方法设想了根据本发明所述合适的检测程序，在所述步骤之后检测反应区中即在本发明的微阵列上结合的核酸目标分子。

在本发明一个具体实施方式中，按下列行动步骤的顺序进行：(1)将上文定义的第一捕获区的温度调节到如上所述的解链温度，(2)使一种单链目标分子与另一个如上文所定义的第二捕获区发生相互作用，(3)一种互补性单链目标分子与上文所定义的反应区相互作用，(4)将所述第一捕获区冷却，(5)将上文所定义的第二捕获区的温度调节到如上所述的解链温度，(6)先前相互作用的单链目标分子因而释放，(7)使步骤(3)的互补性单链目标分子与所述第一捕获区相互作用，和(8)使步骤(2)的所述单链目标分子与上文定义的反应区相互作用。

如上文所提及，描述的顺序可以变化或改变。例如，可以具有第二反应区，捕获区可被分开，步骤可以重复，其他步骤可以取消等。

在本发明另一种优选的实施方式中，一旦一种核酸已经有效结合到反应区，例如结合到根据本发明的微阵列上，则上文定义的一种方法可额外作为步骤(e)包含随后的或二级的行动。这样的行动包括例如，扩增结合于反应区中捕获分子的目标分子。该扩增可根据任何本领域技术人员已知的方法进行。例如，扩增可基于如从符合要求的课本或文献中得到的聚合酶链反应(PCR)程序实施。可选的，也可以使用等温扩增程序，例如NASBA或RCA。

一种进一步优选的行为是标记结合到所述反应区中捕获分子的目标分子。该标记行为可基于使用各种化学成分的连接反应，例如醛、羧酸、或胺反应。能连接到核酸目标分子的标记的实例包括荧光染料或金属(如荧光素、若丹明、藻红蛋白、荧光胺)，发色团燃料(如视紫红质)，化学发光化合物(如鲁米那、咪唑)和生物发光蛋白(如荧光素、荧光素酶)、半抗原(如生物素)。其他可用于本发明背景中的标记包括6-FAM、HEX、TET、ROX、Cy3、Cy5、德克萨斯红或若丹明、TAMRA、Dabcyl、黑洞猝灭剂(Black Hole Quencher)、BHQ-1或BHQ-2。目标分子也可以用放射性同位素标记，例如³H、¹⁴C、³²P、³³P、³⁵S、¹²⁵I、¹¹C、¹³N、¹⁵O、¹⁸F、⁶⁴Cu、⁶²Cu、¹²⁴I、⁷⁶Br、⁸²Rb、⁶⁸Ga或¹⁸F。

一种进一步优选的行动是结合所述反应区中捕获分子的目标分子的连接。该连接程序可在结合到捕获分子的目标分子和任何其他适当核酸分子之间进行，其他核酸分子例如适配分子、含有标签的核酸、含有标记的核酸、含有PCR结合位点的核酸、识别目的的条形码序列、含有限制性核酸酶识别位点的核酸、含有或编码酶、蛋白质功能的核酸等。对于连接程序，可进行结合目标分子的制备步骤，例如加入一种分子的互补性链以获得双链核酸分子和/或通过限制性核酸酶的限制。该连接可在诸如DNA连接酶的酶活性的帮助下进行，例如来源于原核或真核来源的DNA连接酶。

一种进一步优选的行动是进行随结合到所述反应区中捕获分子的目标分子的单碱基延伸。单碱基延伸可用于确定沿核酸或目标核酸分子的核酸碱基在特定位置的一致性。该方法典型的用于鉴定单核苷酸多态性。单碱基延伸可通过使寡核苷酸引物与沿结合到捕获分子的核酸的互补性区域杂交并形成双链结构来进行，所述引物的3′末端直接与所要鉴定的核苷酸碱基相邻。寡核苷酸引物随后通过与所鉴定核苷酸互补的单碱基核苷酸终止子在酶的作用下延伸。在进一步的实施方式中，终止子的同一性可通过例如荧光标记、为质谱分析的质量标记、使用蛋白质实体测量酶活性、或同位素标记来确定。进一步的细节和适当的程序是本领域技术人员已知的，并且可以从适当教科书或限定的文献中得到。相应的方法或程序可相应用于确定结合目标分子中的单核苷酸多态性。

另一个优选的行为是与所述反应区中捕获分子结合的目标分子进行的测序反应。该测序反应可基于一种或多种在本领域技术人员已知的序列测定方法中使用的反应。该方法可包括结合目标分子的释放、双链核酸分子的制备、相应的特殊制备步骤，或可以可选的在原位进行。如本发明的方法所设想的测序反应尤其包括第二代测序方法或高通量测序方法，例如基于罗氏公司(Roche)提供技术的用于454基因组测序仪的焦磷酸测序。该方法扩增油溶液中的水滴内部的DNA，每个液滴含有一种附着于单引物包被的珠子的单链DNA模板并因此形成克隆群(clonalcolony)。焦磷酸测序使用荧光素酶产生用于测定添加到初期DNA中的单独核苷酸的光，其组合的数据用于产生序列读出结果。另一个实例是Illumina或Solexa测序的方法学，其是基于可逆的染料-终止剂(dye-terminators)。DNA分子典型的附着于载玻片上的引物并扩增，从而形成了局部的克隆群。随后一次可加入一种核苷酸，洗去未整合的核苷酸。随后，对荧光标记的核苷酸进行拍照，染料通过化学方法从DNA上去除，以便进行下一个循环。进一步的例子是应用生物系统公司(AppliedBiosystems)的SOLiD技术，其通过连接引入测序。该方法是基于使用具有固定长度的并根据测序位点进行标记的所有可能寡核苷酸的池。将这样的寡核苷酸退火并连接。随后，通过DNA连接酶对匹配序列的优先连接典型的产生可以报告该位置核苷酸的信号。因为DNA典型的通过微乳液PCR进行扩增，所产生的每个珠只含有数个相同DNA分子的拷贝，并可被放在载玻片上，产生与Illumina测序的数量和长度相当的序列。另一个实例是Helicos公司的Heliscope技术，其中片段通过系在阵列上的polyT寡聚体捕获。在每个测序循环中，将聚合酶和单荧光标记的核苷酸加入并对阵列拍照。随后去除荧光标记并重复循环。本发明包括的测序技术的进一步实例有微流体Sanger测序。本发明也设想这些技术的进一步改进，例如进一步提高序列测定的精度，或生物体基因组序列测定所需时间等。考虑到由于在进行反应期间增加酶和/或寡聚体和/或核苷酸的量可以实现，使得阅读长度飞速增加并且成本降低，这些测序方法可与前不久提供的方法学相适应。本领域技术人员已知该方法进一步的变化形式或细节，并可以从适当的出版物中获得，例如Metzger，2010，Nature Reviews，Genetics，Vol11。

在本发明的另一个方面涉及使用用于在微阵列上有效结合目标分子的如上文所定义的装置或如上文所定义的方法。该语境中使用的术语“有效结合”是指在反应区的捕获分子和本文定义的目标分子之间进行的相互作用反应。

可选的，上文定义的装置或方法可用于富集一种或多种目标分子。此处所用术语“富集”是指增加目标核酸的浓度。本发明进一步设想捕获多于一个拷贝的目标核酸。

进一步的，上文定义的装置或方法可用于特异性选择一种或多种目标分子。术语“特异性选择”是指在本发明装置的元件或实体与本发明定义的目标分子之间的相互作用，尤其是基于氢键结合的相互作用和/或诸如在不同带电分子之间的基于电荷的相互作用。通过特异性选择目标分子，可检测到捕获分子和目标分子之间的单个或多个错配或差异。该方法可用于检测单核苷酸多态性，或检测突变或修饰的核酸目标分子。

此外，上文定义的装置或方法可用于DNA或RNA分子的定量和/或多通道检测。本领域技术人员已知相应的程序，包括进行适当的扩增和/或标记步骤。在涉及RNA分子的情况下，设想存在核糖核酸酶抑制剂。并且，可添加产生DNA分子的扩增步骤。

本发明也设想使用上文所定义的装置或方法进行表达分析、比较基因组杂交、单核苷酸多态性的检测、或用于基于微阵列的基于基因组选择的测序。本领域技术人员已知相应的分子技术。这些技术可来源于适当的课本或符合要求的文献。这些程序可进一步适用于捕获分子的情形，也就是说可包括特异性释放或制备的步骤，或者该方法学可适用于本发明定义的微阵列上的原位实施。

本发明进一步设想将上文定义的装置用于如本文所提及或为本领域技术人员所知的任何其他类型的适当分子反应。

下列实例和附图作为说明性的目的而提供。因此可以理解的是，该实例和附图并不能理解为一种限制。本领域技术人员能够清晰的设想本文所提出原则的进一步改变形式。

实施例

实施例1-变性与注入到微阵列上之间的储存时间的影响

将人基因组的短序列经PCR扩增获得的样品在杂交溶液中稀释到1nM。将其在水浴中加热到95℃保持5分钟，随后置于冰上并在50℃下保存。经过表示为存储时间的一段时间，将溶液注入含有具有与PCR产物的两条互补链之一互补的捕获探针的微阵列的装置中。探针的长度是76bp。将捕获分子通过UV交联固定到表面。基质是具有一种氨基硅烷表面层的玻璃。将样品用注射泵以6μl/分钟的速率导入微流体通道并覆盖微阵列。通道的尺寸是1200x100μm。使流动以该速度持续30分钟。为实现杂交，将微阵列的温度设定为50℃。流动中断后，泵入洗涤缓冲液并以6μl/分钟的速率通过并保持5分钟。随后将微阵列置于共聚焦荧光扫描仪上，测量斑点的荧光强度。

图5显示了对于使用不同的存储时间的不同试验，测得的斑点的荧光强度。如图所示，由于存储，强度降低了10倍。这表明单链分子用于与微阵列杂交的有效浓度降低至少10倍(信号对于浓度的依赖性是亚线性的)。

由于在每次杂交试验中，即使是在变性之后直接注入，都会发生溶液中的再次杂交，捕获的效率因而受到影响。对于低浓度目标的捕获，通常实践中采用长杂交时间，典型的是过夜或多达3天(与图5中最右端的点相对应)。因此，如本发明上文描述的去除溶液中的互补性链可提高微阵列的捕获效率高达10倍。

Claims (15)

1.用于在微阵列上有效结合核酸的装置，包括：

(a)至少一个包含微阵列的反应区，其中所述微阵列包含基质，所述基质上固定化有一种或多种的捕获分子，和

(b)至少一个包含多孔膜基质的捕获区，所述捕获区上固定化有一种或多种的捕获分子，并与所述反应区流体连接；

其中，所述捕获区能够特异性捕获目标分子的正义链或正义链的一部分，而所述目标分子的互补性反义链或反义链的一部分能够在所述反应区中被捕获；或其中所述捕获区能特异性捕获所述目标分子的反义链或反义链的一部分，而所述目标分子的互补性正义链或正义链的一部分能够在所述反应区中被捕获。

2.权利要求1的装置，其中所述装置包含至少两个捕获区，其中一个捕获区能够特异性捕获目标分子的正义链或正义链的一部分，而另一个捕获区能特异性捕获目标分子的互补性反义链或反义链的一部分。

3.权利要求1或2的装置，其中所述装置包含至少一个用于控制和/或调节装置内温度的温度控制和/或调节单元，优选位于所述捕获区中，并任选地也位于所述反应区中。

4.权利要求3的装置，其中所述至少两个捕获区之一保持在或达到解链温度或不允许所述核酸与所述捕获分子杂交或结合的温度，优选约85℃到98℃的温度，而另一个捕获区保持在或达到允许所述核酸与所述捕获分子杂交或结合的温度，优选约45℃到65℃的温度。

5.权利要求1-4中任一项的装置，其中所述反应区包含与所述目标分子的正义和反义链或它们的一部分相互补的捕获分子，或只与所述目标分子正义链或正义链的一部分互补的捕获分子，或只与所述目标分子的反义链或反义链的一部分互补的捕获分子。

6.权利要求1-5中任一项的装置，其中所述捕获区至少包含与所述反应区中的捕获分子或其一部分互补的捕获分子；或包含与所述反应区中的捕获分子或其一部分互补的捕获分子的子集；和/或包含能够与干扰序列相结合的捕获分子，和/或其中所述装置包含至少两个反应区，其中一个反应区能够特异性结合目标分子的正义链或正义链的一部分，而另一个反应区能特异性结合目标分子的互补性反义链或反义链的一部分。

7.权利要求1-6中任一项的装置，其中将所述反应区和所述捕获区布置在闭合环路中，优选在连接的微流体系统中的具有所述反应区和所述捕获区的集成装置中，或其中所述装置包含两个反应区和两个捕获区，其中一个反应区和一个捕获区的组合不与第二个反应区和第二个捕获区的组合流体连接，并且其中每个反应区和每个捕获区包含与其他反应区或捕获区的捕获分子互补的捕获分子。

8.权利要求1-7中任一项的装置，其中所述捕获分子具有约20到80个核苷酸的长度，优选约40到65个核苷酸，更优选约60个核苷酸。

9.权利要求1-8中任一项的装置，其中所述多孔膜基质是织物或毡，和/或包含随机多孔结构，诸如尼龙，或包含规则多孔结构，优选三维和/或二维孔结构，例如各向异性蚀刻的氧化铝，或电纺纤维，或者其中所述多孔膜基质在原位产生，优选通过聚合诱导的相分离进行。

10.一种在微阵列上有效结合核酸的方法，包括如下步骤：

(a)将含有一种或多种变性形式的目标分子的介质引入权利要求1-9中任一项定义的装置的捕获区；

(b)在所述捕获区中使所述目标分子或其一部分和固定化的捕获分子间进行相互作用反应，其中目标分子的正义链或正义链的一部分结合到所述捕获分子，而所述目标分子的互补反义链或反义链的一部分没有在所述捕获区中被捕获；或者其中所述目标分子的反义链或反义链的一部分结合到所述捕获分子上，而所述目标分子的互补正义链或正义链的一部分没有在所述捕获区被捕获；和

(c)将非结合目标分子链转运到含有微阵列的反应区，由此允许所述目标分子链或其一部分和固定化捕获分子之间在所述微阵列上的相互作用。

11.权利要求10的方法，还包括步骤(d)检测所述目标分子链或其一部分和固定化的捕获分子在所述微阵列上的相互作用，优选通过光学读出系统进行。

12.权利要求10或11的方法，其中所述目标分子和固定化的捕获分子之间的所述相互作用反应在至少两个捕获区中进行，其中一个捕获区能够特异性捕获目标分子的正义链或正义链的一部分，且另一个捕获区能够特异性捕获目标分子的互补性反义链或反义链的一部分，并且其中一个捕获区保持在或达到解链温度或不允许核酸与捕获分子杂交或结合的温度，优选约85℃到98℃的温度，而另一个捕获区保持在或达到允许核酸与捕获分子杂交或结合的温度，优选约45℃到65℃的温度。

13.权利要求12的方法，还包含在所述至少两个捕获区之间进行温度转换的步骤，其中将具有不允许核酸与捕获分子杂交或结合温度的捕获区的温度降低到允许核酸与捕获分子杂交或结合的温度，优选约45℃到65℃的温度，并且其中将具有允许核酸和捕获分子杂交或结合温度的捕获区的温度升高到不允许核酸和捕获分子杂交或结合的温度，优选约85℃到98℃的温度。

14.权利要求10-13中任一项的方法，额外包括步骤(e)一种选自下组的活动：

(1)扩增结合于所述反应区中的捕获分子的目标分子；

(2)标记结合于所述反应区中的捕获分子的目标分子；

(3)将结合于所述反应区中的捕获分子的目标分子与另一个核酸连接；

(4)对结合于所述反应区中的捕获分子的目标分子进行单碱基延长；和

(5)从结合于所述反应区中的捕获分子的目标分子到另一个核酸进行测序。

15.权利要求1-9中任一项所述的用于在微阵列上有效结合目标分子的装置的用途，其用于富集目标分子，或用于特异性选择目标分子，优选用于DNA或RNA分子的定量和/或多重检测，或用于表达分析、比较基因组杂交、单核苷酸多态性的检测，或用于基于微阵列的基于基因组选择的测序。

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