CN104593871A - 线阵组合喷头动态制备生物芯片的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种线阵喷头动态制备生物芯片的方法,其采用阵列式组合喷头,实现对生物芯片上样点的动态点样,其中，该阵列式组合喷头为将多个压电喷头在喷头运动方向上以线性阵列形式组合起来，喷嘴排列方向与喷头阵列方向垂直；该方法包括：通过横向多拍移动组合喷头,单拍中，喷头上的同一组喷嘴连续对多列样点依次点样；单拍结束之后，喷头反向移动，重复单拍动作；以此类推，重复足够多拍，当样点中样品容积达到标准之后停止该样品点样。

Description

线阵组合喷头动态制备生物芯片的方法及装置

技术领域：

本发明方法涉及一种线阵组合喷头动态制备生物芯片的方法及装置。

背景技术：

生物芯片以样品点的有序排列方阵存在形式为主要特征，样点密度从几十到上万点每平方厘米,一块生物芯片上有多个方阵,方阵内的样品点不同,有的样品点需复制几次。目前生物芯片的制备方法主要采用生物芯片点样仪(或亦可称作“点样装置”)把所要研究或检验用的DNA、RNA、多肽、蛋白质及其他生物成分按所希望的矩阵点以高密度和高精度的方式固定在硅片、玻璃片或陶片等固相密质载体上，从而形成生物分子点阵。

非接触式点样法是点样设备的主要发展方向，但目前的点样方式均局限在以单喷头(针)或多喷头(针)组合进行喷印样品制备生物芯片。该种方式不仅点样工艺繁琐，同时由于单次喷嘴喷出的样品液滴容积过小，无法满足样点需求，故多采用静止、喷射多次的方式达到要求，但该方式的点样速度较低；为提高点样速度，一些企业采用多喷头(针)组合提升点样速度，但由于加工精度，导致每个喷嘴孔径不一，采用这种点样方式易造成误差累积，造成所制备的生物芯片样点均一性较低；再者多喷头(针)组合造成点样设备工作空间较大、制作成本较高，以至于大多数科研机构难以接受。

发明内容：

本发明方法是提供一种线性阵列式组合喷头动态制备生物芯片的方法以缩短点样时间，提高生物芯片的制备效率。

本发明提供一种线阵组合喷墨式喷头(以下简称组合喷头)动态制备生物芯片的方法，实现生物样品的动态点样，大幅提高点样效率，缩短生物芯片的制备周期。通过横向多拍移动组合喷头，高速动态地完成生物芯片样点。单拍中，喷头上的同一组喷嘴连续对多列样点依次点样，单拍结束之后，喷头反向移动，重复单拍动作，当样点中样品容积达到标准之后停止该样品点样；节省了传统点样设备中喷嘴因喷射液滴容积较小，而需在样点处静止、喷射多次的停滞时间，实现在点样过程中动态点样，缩短生物芯片的制备周期；所采用的喷头上，有多喷嘴线性排列，在一个点样点处，喷头的喷嘴可同时覆盖同一列样点上的若干个样点，每次喷射都可同时喷射多个样点，进一步提高点样效率，缩短生物芯片制备时间；传统点样设备中，点完一个样品的所有样点后，需清洗喷嘴、换上其它样品、蘸干，再继续点样。而本发明中，采用横向的线性阵列组合喷头，不同喷头添加不同样品，则不需进行如上操作，节省了大量时间，进一步缩短生物芯片制备时间。

根据本发明的生物芯片点样方法包括以下步骤：

将生物芯片基质固定在托盘上，基质上有多个生物芯片有序阵列分布；

通过多压电喷头线性阵列组合，按照下面叙述方式将样品喷印至生物芯片基质上生物芯片的相应样点上；

以规定的点样路径，控制组合喷头同时取样、同时喷射、同时清洗、同时干燥等环节并重复执行上述步骤，完成点样过程；

在本发明的一个优选实施例中，通过横向移动组合喷头的方式，由位置检测装置检测检测组合喷头移动的距离并反馈至控制器，当达到上位机设定距离时，控制器控制喷头喷射样品。

通过该方法实现单拍中，喷头上的同一组喷嘴连续对多列样点依次点样，足够多拍后，满足生物芯片上样点容积要求；避免传统点样设备为满足样点容积要求，需在样点处静止、喷射多次的状态，大幅度缩短点样时间，提高生物芯片的制备效率。

在本发明的另一个优选实施例中，喷头上喷嘴可覆盖多个样点，在一次喷射中，喷头可同时对该列多行样点同时喷射，进一步提高生物芯片制备效率。

在本发明的另一个优选实施例中，组合喷头是由多喷头线性阵列组合而成，可在不同喷头中添加不同的样品，从而节省了传统单喷头点样过程中清洗和换样品的时间，从而再次缩短生物芯片的加工时间，提高生物芯片的制备效率。

一种线阵喷头动态制备生物芯片的方法,其采用阵列式组合喷头,实现对生物芯片上样点的动态点样,其中，该阵列式组合喷头将多个压电喷头在喷头运动方向上以线性阵列形式组合起来，喷嘴排列方向与喷头阵列方向垂直；

该方法包括：

通过横向多拍移动组合喷头,单拍中，喷头上的同一组喷嘴连续对多列样点依次点样；

单拍结束之后，喷头反向移动，重复单拍动作；

以此类推，重复足够多拍，当样点中样品容积达到标准之后停止该样品点样。

如上所述的一种线阵喷头动态制备生物芯片的方法，其中在点样过程中，阵列式组合喷头中单个喷头的移动喷印方式为：

阵列式组合喷头中单个喷头的喷嘴覆盖长度为L；相邻喷嘴间距为e；基质上样点间纵向间距为d，横向距离为D；

因基质上样点的密度小于喷头上喷嘴的密度，故基质上相邻的样点对应喷头上喷嘴间距为p*e,其中p＝d/e；

喷头在横向移动的过程中，第i号喷嘴正对第m行的第k个样点；同时第i+p号喷嘴正对着第m+1行的第k个样点；以此类推，第i+x*p号喷嘴正对着第m+x-1行的第k个样点，其中x＝L/d+1；此时，控制器控制喷头上的第i+n*p(0≤n≤x)号喷嘴完成喷射，实现在第k列处，喷头同时对该列的x行同时喷射；

继续移动D后，重复上述喷射动作，直至所有列喷射完成；

至此结束一次单拍动作，完成了对m行到m+x-1行这x行中所有样点的一次喷射；

因一次喷射容积远远达不到样点所需容积，故喷头需来回多拍喷射，直至满足样点所需容积为止；

若N为单个样点需要单个喷嘴喷射的次数，单个喷嘴一次喷射出的样品液滴容积为V_喷点，单个样点所需容积为V_样点，则有：

N＝V_样点/V_喷点

N四舍五入后即为喷头所需移动拍数；

N拍结束后，喷头向下移动x*d距离，继续下一个x行的点样；以此类推，直至基质上所有该样品点点样完成。

如上所述一种线阵喷头动态制备生物芯片的方法，其中，因喷头上喷嘴可覆盖多个样点，故一次喷射可同时对同列多行样点喷射。

如上所述的一种线阵喷头动态制备生物芯片的方法，其中，多喷头线阵组合中，不同喷头中添加不同样品，一种样品点样结束后，直接用其他喷头继续点样。

如上所述的一种线阵喷头动态制备生物芯片的方法，其中，由于喷射过程迅速，喷头不需要在样点处停留。

如上所述的一种线阵喷头动态制备生物芯片的方法，其中，除了换拍之外，其他时间喷头均处于运动状态，实现了生物芯片的动态点样。

一种线阵喷头装置,包括阵列式组合喷头,实现对生物芯片上样点的动态点样,其中，该阵列式组合喷头将多个压电喷头在喷头运动方向上以线性阵列形式组合起来，喷嘴排列方向与喷头阵列方向垂直；

通过横向多拍移动组合喷头,单拍中，喷头上的同一组喷嘴连续对多列样点依次点样；

单拍结束之后，喷头反向移动，重复单拍动作；

以此类推，重复足够多拍，当样点中样品容积达到标准之后停止该样品点样。

如上所述的一种线阵喷头装置，其中，

阵列式组合喷头中单个喷头的喷嘴覆盖长度为L；相邻喷嘴间距为e；基质上样点间纵向间距为d，横向距离为D；

因基质上样点的密度小于喷头上喷嘴的密度，故基质上相邻的样点对应喷头上喷嘴间距为p*e,其中p＝d/e；

在点样过程中，阵列式组合喷头中单个喷头的移动喷印方式为：

喷头在横向移动的过程中，第i号喷嘴正对第m行的第k个样点；同时第i+p号喷嘴正对着第m+1行的第k个样点；以此类推，第i+x*p号喷嘴正对着第m+x-1行的第k个样点，其中x＝L/d+1；此时，控制器控制喷头上的第i+n*p(0≤n≤x)号喷嘴完成喷射，实现在第k列处，喷头同时对该列的x行同时喷射；

继续移动D后，重复上述喷射动作，直至所有列喷射完成；

至此结束一次单拍动作，完成了对m行到m+x-1行这x行中所有样点的一次喷射；

因一次喷射容积远远达不到样点所需容积，故喷头需来回多拍喷射，直至满足样点所需容积为止；

若N为单个样点需要单个喷嘴喷射的次数，单个喷嘴一次喷射出的样品液滴容积为V_喷点，单个样点所需容积为V_样点，则有：

N＝V_样点/V_喷点

N四舍五入后即为喷头所需移动拍数；

N拍结束后，喷头向下移动x*d距离，继续下一个x行的点样；以此类推，直至基质上所有该样品点点样完成。

如上所述一种线阵喷头装置，其中，因喷头上喷嘴可覆盖多个样点，故一次喷射可同时对同列多行样点喷射。

如上所述的一种线阵喷头装置，其中，除了换拍之外，其他时间喷头均处于运动状态，实现了生物芯片的动态点样。

附图说明：

图1生物芯片基质示意图

图2生物芯片微阵列示意图

图3动态点样方式示意图

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的一种线阵喷头动态制备生物芯片的方法流程，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，而非用于对其作出任何限制。

在每一张生物芯片基质上存在多个生物芯片以阵列(A行B列)形式有序排列而成；其中每个芯片又是由多个以阵列(a行b列)有序排列而成，如图1所示；

其中单个阵列上又是由不同样品的样点以微阵列(p行q列)形式有序排列而成，如图2所示；为方便说明，以单个喷头制备单个样点为例，其他形式均类似，而非用于对其作出任何限制。

启动点样装置，在预点样处确认喷头各个喷嘴喷射情况良好，无堵塞。确认无误后，开始移动喷头，使得喷头以一定速度做横向运动，期间由位置检测装置将喷头移动的距离实时反馈给控制器，实现对喷头喷嘴喷射的精确位置控制。

如图3所示，线阵组合喷头中单个喷头的喷嘴覆盖长度为L；相邻喷嘴间距为e；基质上样点间纵向间距为d，横向距离为D。因基质上样点的密度小于喷头上喷嘴的密度，故基质上相邻的样点对应喷头上喷嘴间距为p*e,其中p＝d/e(在设计基质上样点排列方式时，通常设定基质上样点纵向间距d为喷嘴间距e的整数倍)。喷头在横向移动的过程中，第i号喷嘴正对第m行的第k个样点；同时第i+p号喷嘴正对着第m+1行的第k个样点；以此类推，第i+x*p号喷嘴正对着第m+x-1行的第k个样点，其中x＝L/d+1。此时，控制器发出脉冲信号控制喷头上的第i+n*p(0≤n≤x)号喷嘴完成喷射，实现在第k列处，喷头同时对该列的x行同时喷射。因喷射过程非常迅速，故喷射时喷头不需停下。继续移动D至下一列，重复上述喷射动作，直至所有列喷射完成。至此结束一次单拍动作，完成了对m行到m+x-1行这x行中所有样点的一次喷射。因一次喷射容积远远达不到样点所需容积，故喷头需来回多拍喷射，直至满足样点所需容积为止。若N为单个样点需要单个喷嘴喷射的次数，单个喷嘴一次喷射出的样品液滴容积为V_喷点，单个样点所需容积为V_样点，则有：

N＝V_样点/V_喷点

N四舍五入后即为喷头所需移动拍数。

N拍结束后，喷头向下移动x*d距离，继续下一个x行的点样。以此类推，直至基质上所有该样品点点样完成。不需清洗喷头，用添加了另一种样品的喷头继续完成如上所述喷射过程，直至所有样品完成基质上所有样点的制备。

此外，因为组合喷头以保持持续横向运动，点样的过程中没有静止过程。故在液滴喷射出后所呈的飞行路线为抛物线形式。但是，因为样点尺寸范围较大；且实际运行过程中为保证液滴落入点样基质不出现飞溅的情况，喷头与基质的垂直距离很小；再加上喷嘴喷射出的液滴飞行速度远大于喷头移动速度。故，因喷头移动所带来的喷射液滴的飞行偏移仍在样点范围之内，在实际操作过程中是不会产生误差。

Claims (10)

1.一种线阵喷头动态制备生物芯片的方法,其采用阵列式组合喷头,实现对生物芯片上样点的动态点样,其中，该阵列式组合喷头将多个压电喷头在喷头运动方向上以线性阵列形式组合起来，喷嘴排列方向与喷头阵列方向垂直；

该方法包括：

通过横向多拍移动组合喷头,单拍中，喷头上的同一组喷嘴连续对多列样点依次点样；

单拍结束之后，喷头反向移动，重复单拍动作；

以此类推，重复足够多拍，当样点中样品容积达到标准之后停止该样品点样。

2.根据权利要求1所述的一种线阵喷头动态制备生物芯片的方法，其中在点样过程中，阵列式组合喷头中单个喷头的移动喷印方式为：

阵列式组合喷头中单个喷头的喷嘴覆盖长度为L；相邻喷嘴间距为e；基质上样点间纵向间距为d，横向距离为D；

因基质上样点的密度小于喷头上喷嘴的密度，故基质上相邻的样点对应喷头上喷嘴间距为p*e,其中p＝d/e；

喷头在横向移动的过程中，第i号喷嘴正对第m行的第k个样点；同时第i+p号喷嘴正对着第m+1行的第k个样点；以此类推，第i+x*p号喷嘴正对着第m+x-1行的第k个样点，其中x＝L/d+1；此时，控制器控制喷头上的第i+n*p(0≤n≤x)号喷嘴完成喷射，实现在第k列处，喷头同时对该列的x行同时喷射；

继续移动D后，重复上述喷射动作，直至所有列喷射完成；

至此结束一次单拍动作，完成了对m行到m+x-1行这x行中所有样点的一次喷射；

因一次喷射容积远远达不到样点所需容积，故喷头需来回多拍喷射，直至满足样点所需容积为止；

若N为单个样点需要单个喷嘴喷射的次数，单个喷嘴一次喷射出的样品液滴容积为V_喷点，单个样点所需容积为V_样点，则有：

N＝V_样点/V_喷点

N四舍五入后即为喷头所需移动拍数；

N拍结束后，喷头向下移动x*d距离，继续下一个x行的点样；以此类推，直至基质上所有该样品点点样完成。

3.根据权利要求1所述一种线阵喷头动态制备生物芯片的方法，其中，因喷头上喷嘴可覆盖多个样点，故一次喷射可同时对同列多行样点喷射。

4.根据权利要求1所述的一种线阵喷头动态制备生物芯片的方法，其中，多喷头线阵组合中，不同喷头中添加不同样品，一种样品点样结束后，直接用其他喷头继续点样。

5.根据权利要求1-4之一所述的一种线阵喷头动态制备生物芯片的方法，其中，由于喷射过程迅速，喷头不需要在样点处停留。

6.根据权利要求1-4之一所述的一种线阵喷头动态制备生物芯片的方法，其中，除了换拍之外，其他时间喷头均处于运动状态，实现了生物芯片的动态点样。

7.一种线阵喷头装置,包括阵列式组合喷头,实现对生物芯片上样点的动态点样,其中，该阵列式组合喷头将多个压电喷头在喷头运动方向上以线性阵列形式组合起来，喷嘴排列方向与喷头阵列方向垂直；

通过横向多拍移动组合喷头,单拍中，喷头上的同一组喷嘴连续对多列样点依次点样；

单拍结束之后，喷头反向移动，重复单拍动作；

以此类推，重复足够多拍，当样点中样品容积达到标准之后停止该样品点样。

8.根据权利要求7所述的一种线阵喷头装置，其中，

阵列式组合喷头中单个喷头的喷嘴覆盖长度为L；相邻喷嘴间距为e；基质上样点间纵向间距为d，横向距离为D；

因基质上样点的密度小于喷头上喷嘴的密度，故基质上相邻的样点对应喷头上喷嘴间距为p*e,其中p＝d/e；

在点样过程中，阵列式组合喷头中单个喷头的移动喷印方式为：

喷头在横向移动的过程中，第i号喷嘴正对第m行的第k个样点；同时第i+p号喷嘴正对着第m+1行的第k个样点；以此类推，第i+x*p号喷嘴正对着第m+x-1行的第k个样点，其中x＝L/d+1；此时，控制器控制喷头上的第i+n*p(0≤n≤x)号喷嘴完成喷射，实现在第k列处，喷头同时对该列的x行同时喷射；

继续移动D后，重复上述喷射动作，直至所有列喷射完成；

至此结束一次单拍动作，完成了对m行到m+x-1行这x行中所有样点的一次喷射；

因一次喷射容积远远达不到样点所需容积，故喷头需来回多拍喷射，直至满足样点所需容积为止；

若N为单个样点需要单个喷嘴喷射的次数，单个喷嘴一次喷射出的样品液滴容积为V_喷点，单个样点所需容积为V_样点，则有：

N＝V_样点/V_喷点

N四舍五入后即为喷头所需移动拍数；

N拍结束后，喷头向下移动x*d距离，继续下一个x行的点样；以此类推，直至基质上所有该样品点点样完成。

9.根据权利要求7所述一种线阵喷头装置，其中，因喷头上喷嘴可覆盖多个样点，故一次喷射可同时对同列多行样点喷射。

10.根据权利要求7-9之一所述的一种线阵喷头装置，其中，除了换拍之外，其他时间喷头均处于运动状态，实现了生物芯片的动态点样。