CN104562216A - 连续制备生物芯片的方法及装置 - Google Patents

Abstract

连续制备生物芯片的方法及装置，该制备方法包括步骤：基质膜固定在滚筒表面，通过滚筒匀速转动，圆周阵列式组合喷头以很小的速度一边移动一边在点样的位置处喷射样品液滴。在第一种样点的起始点位，装有该种样品液的喷头的一个喷嘴开始对该周向位置基质膜上所有生物芯片里这种样点进行喷射液滴，当滚筒转一整圈再次转到该种样点的起始点位时，后面相隔的喷嘴正好移动到该种样点的起始点位的正上方，进行该种样点的第二轮喷射液滴，直到该种样点的容积到达要求，该种样点的点样完成。利用本发明提供的续制备生物芯片的方法及装置，能够实现生物样品的续点样，大幅度提高点样效率，缩短生物芯片的制备时间。

Description

连续制备生物芯片的方法及装置

技术领域

本发明涉及连续制备生物芯片的方法及装置。

背景技术

生物芯片技术是目前医学、生物领域前端产品，主要以生物样品微阵列的形式存在。通过采用生物芯片点样仪(或亦可称作“点样装置”)将生物样品如DNA，RNA，蛋白质及其他生物成分以高密度和高精度的方式按矩阵点形式固定在硅片、玻璃片或陶片等固相密质载体上，形成生物微阵列。

现有点样仪大多采用压电喷头进行喷印样品静态制备生物芯片。压电喷头上存在许多喷嘴，每一个喷嘴均是由相应压电晶体独立控制以实现按需喷射。由于压电喷头单个喷嘴喷射出的液滴容积相当小(5～80pL级)，而生物芯片上样点的容积较大(10～15nL级)，因此一般采用的方式是静止喷样，即喷嘴移动到点样的位置后静止、喷射液滴数次、完成该批样点的制备。制备完毕后，喷头再移至下一批样点处，由相应喷嘴喷射数次制备。该种方式严重制约了生物芯片的点样效率。另外，由于加工问题，压电喷头上喷嘴孔径不一，因此采用上述静态喷印方式，易造成制备样点一致性下降，影响后期研究工作。

发明内容

本发明的目的是提供连续点样的方法及装置，以大幅度缩短生物芯片制备时间，以及在一定程度上提高样点的一致性。

根据本发明的第一方面，提供一种连续制备生物芯片的方法，包括以下步骤：

(1)将生物芯片基质膜固定在滚筒表面，其中生物芯片基质膜上分布有多个样点，其中每个喷头具有沿滚筒轴向直线排布的多个喷嘴；一个样点所需容积为V_样点，单个喷嘴一次喷射出的样品液滴容积为V_喷点，在单个样点处需要喷射的次数n，则n＝V_样点/V_喷点，四舍五入取整；

(2)第i号喷嘴喷射对准一种样点的起始点位，滚筒匀速转动，圆周阵列喷头沿滚筒的轴向移动，其中1≤i≤s,s为单个喷头上喷嘴的总数量，s≥n；滚筒在转一整圈过程中，第i号喷嘴对该种样点所在周向上的生物芯片基质膜上的所有该种样点喷射液滴，当滚筒转一整圈再次转到该种样点的起始点位时，第i+j号喷嘴正好移动到该种样点的起始点位的正上方，其中j为大于或等于1的整数，进行该种样点的第二轮喷射液滴，直到该种样点的喷射总次数等于n；重复上述过程，完成生物芯片基质膜沿滚筒轴向上所有该种样点的点样。

在本发明的一个优选实施例中，喷头为多个，多个喷头沿滚筒周向排列形成圆周阵列喷头，相邻喷头之间距离P_喷头为样点之间距离P_样点的整数倍；多个喷头同时对多个样点进行点样。优选情况下，各个喷头载有不同的样品液，多个喷头同时对多种样点进行点样。可以实现多个喷头同时对多个样点进行喷射液滴，大幅度提高点样效率，缩短生物芯片的制备时间。

根据本发明的第二方面，提供一种连续制备生物芯片的装置，包括：

滚筒，用来承载生物芯片基质膜，其中生物芯片基质膜上分布有多个样点；

滚筒驱动机构，与滚筒连接，用来驱动滚筒转动；

喷头，喷头具有多个呈直线排列的喷嘴，每个喷嘴对应设置一个压电晶体开关，通过压电晶体开关控制喷嘴喷射液体；

喷头驱动机构，与喷头连接，用来驱动喷头按直线移动；

电容传感器，用于检测喷头里样品液的液位检测，当样品液很少时报警；以及

控制器，与滚筒驱动机构和喷头驱动机构连接，能够控制滚筒和喷头按预定的速度相对运动。

在本发明的一个优选实施例中，其中喷头为多个，多个喷头能够沿滚筒周向排列形成圆周阵列喷头，相邻喷头之间距离P_喷头为样点之间距离P_样点的整数倍；多个喷头能够同时对多个样点进行点样。

根据本发明的点样方法和装置能够避免传统点样仪为满足样点容积要求，需在点样的位置处静止、喷射多次的状态，节省了时间；进一步提高点样效率，缩短生物芯片的制备时间。并且，由于加工问题，喷头上不同喷嘴孔径不一，造成所喷射出的液滴容积大小不一,导致制备的生物芯片样点一致性不高。采用横向移动喷头进行喷印点样的方式，使得生物芯片上的样点均是由多个喷嘴制备而成，即使有个别喷嘴的喷射量不一致，总的样品量具有误差平均效应，提高样点质量。

附图说明

图1为生物芯片基质膜示意图；

图2为圆周阵列喷头与滚筒的位置关系侧视图；

图3为圆周阵列喷头与滚筒的位置关系正视图；

图4为连续点样方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的连续制备生物芯片的方法及装置，本领域技术人员应当理解，下面描述的实施例仅是对本发明的示例性说明，而非用于对其做出任何限制。

根据本发明的连续制备生物芯片的装置，主要包括滚筒、滚筒驱动机构、喷头、喷头驱动机构、控制器以及电容传感器。滚筒用来承载生物芯片基质膜，其中生物芯片基质膜上分布有多个样点。滚筒驱动机构与滚筒连接，用来驱动滚筒转动。喷头具有多个呈直线排列的喷嘴，相邻喷嘴之间的间距非常小(μm级)。每个喷嘴对应设置一个压电晶体开关，通过压电晶体开关控制喷嘴喷射液体。喷头驱动机构与喷头连接，用来驱动喷头按直线移动。以及控制器，与滚筒驱动机构和喷头驱动机构连接，能够控制滚筒和喷头按预定的速度相对运动。电容传感器用于检测喷头里样品液的液位检测，当样品液很少时报警。

在图2和图3示出的实施例中，喷头为多个，多个喷头能够沿滚筒周向排列形成圆周阵列组合式喷头，相邻喷头之间距离P_喷头为样点之间距离P_样点的整数倍。多个喷头能够同时对多个样点进行点样。

下面具体描述本发明的连续制备生物芯片的方法。为方便说明，以组合式点样喷头阵列中的单个喷头制备样点为例，其他形式均类似。

首先将生物芯片基质膜固定在滚筒表面，启动点样装置，预点样确认喷头各个喷嘴喷射情况良好，无堵塞。参见图1，生物芯片基质膜上生物芯片以阵列形式有序排列而成；每个生物芯片又是由多个微阵列以阵列有序排列而成；单个微阵列又是由不同样品的样点以阵列形式有序排列而成。每个喷头具有沿滚筒轴向直线排布的多个喷嘴；一个样点所需容积为V_样点，单个喷嘴一次喷射出的样品液滴容积为V_喷点，在单个样点处需要喷射的次数n，则n＝V_样点/V_喷点，四舍五入取整。

参见图4，将第i号喷嘴喷射对准一种样点的起始点位(第k个样点)，其中1≤i≤s,s为单个喷头上喷嘴的总数量，s≥n。滚筒匀速转动，圆周阵列喷头沿滚筒的轴向移动，滚筒在转一整圈过程中，第i号喷嘴对该种样点所在周向上的生物芯片基质膜上的所有该种样点(从k到k+m)喷射液滴，当滚筒转一整圈再次转到该种样点的起始点位时，第i+j号喷嘴正好移动到该种样点的起始点位的正上方，其中j为大于或等于1的整数，进行该种样点的第二轮喷射液滴，直到第i+n-1号喷嘴对该种样点进行第n次喷射，该种样点制备完成。喷头移动到水平方向上下一个微阵列的该种样品的起始点位，重复上述喷样方式，直至生物基质膜上沿滚筒轴向上的所有样点制备完成。

理论上在同一周向位置基质膜上的样点实际上不在同一周向位置。喷头上相邻喷嘴之间的距离为d(单位为μm)，第一个样点和最后一个样点在滚筒轴向上错开的距离为δ，则：

δ＝j×d

由于后面裁剪成一个个生物芯片，则应计算生物芯片上的误差为δ₂，基质膜沿滚筒周向上的长度为L(单位为mm),一个生物芯片在基质膜长度方向的大小为L1(为L的几分之一)。则：

δ₂＝j×d×L₁/L

δ₂非常非常小，完全可以忽略不计，其中L＝πD₂,D₂为滚筒的直径(单位为mm)。其中，δ₂必须小于精度要求U，则：

t＝U×L/(d×L₁)

t向下取整，则j≤t。

当滚筒转一整圈时，喷头正好移动j(j≥1)个喷嘴间距。则滚筒的转速N1(r/min)，喷头移动的速度为N2(mm/min)。则两者之间必须满足如下关系：

N₁＝j×d×N₂。

Claims (5)

1.一种连续制备生物芯片的方法，包括以下步骤：

(1)将生物芯片基质膜固定在滚筒表面，其中生物芯片基质膜上分布有多个样点，其中每个喷头具有沿滚筒轴向直线排布的多个喷嘴；一个样点所需容积为V_样点，单个喷嘴一次喷射出的样品液滴容积为V_喷点，在单个样点处需要喷射的次数n，则n＝V_样点/V_喷点，四舍五入取整；

(2)第i号喷嘴喷射对准一种样点的起始点位，滚筒匀速转动，圆周阵列喷头沿滚筒的轴向移动，其中1≤i≤s,s为单个喷头上喷嘴的总数量，s≥n；滚筒在转一整圈过程中，第i号喷嘴对该种样点所在周向上的生物芯片基质膜上的所有该种样点喷射液滴，当滚筒转一整圈再次转到该种样点的起始点位时，第i+j号喷嘴正好移动到该种样点的起始点位的正上方，其中j为大于或等于1的整数，进行该种样点的第二轮喷射液滴，直到该种样点的喷射总次数等于n；重复上述过程，完成生物芯片基质膜沿滚筒轴向上所有该种样点的点样。

2.根据权利要求1所述的一种连续制备生物芯片的方法，喷头为多个，多个喷头沿滚筒周向排列形成圆周阵列喷头，相邻喷头之间距离P_喷头为样点之间距离P_样点的整数倍；多个喷头同时对多个样点进行点样。

3.根据权利要求2所述的一种连续制备生物芯片的方法，各个喷头载有不同的样品液，多个喷头同时对多种样点进行点样。

4.一种连续制备生物芯片的装置，包括：

滚筒，用来承载生物芯片基质膜，其中生物芯片基质膜上分布有多个样点；

滚筒驱动机构，与滚筒连接，用来驱动滚筒转动；

喷头，喷头具有多个呈直线排列的喷嘴，每个喷嘴对应设置一个压电晶体开关，通过压电晶体开关控制喷嘴喷射液体；

喷头驱动机构，与喷头连接，用来驱动喷头按直线移动；

电容传感器，用于检测喷头里样品液的液位检测，当样品液很少时报警；以及

控制器，与滚筒驱动机构和喷头驱动机构连接，能够控制滚筒和喷头按预定的速度相对运动。

5.根据权利要求4所述的连续制备生物芯片的装置，其中喷头为多个，多个喷头能够沿滚筒周向排列形成圆周阵列喷头，相邻喷头之间距离P_喷头为样点之间距离P_样点的整数倍；多个喷头能够同时对多个样点进行点样。