CN104630901B - 一种线阵喷头动态制备生物芯片的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种线阵喷头动态制备生物芯片的方法，实现生物芯片的动态点样，缩短样点制备时间，保证制备样点一致性。通过纵向移动线阵喷头实现多喷嘴依次对同一样点动态喷印，高速完成样点制备。改变因点样喷嘴喷射样品容积小，需静止、多次喷射的传统点样方式；纵向移动线阵喷头使多个相同喷嘴依次对每个样点喷印点样，避免因喷嘴孔径不一带来的喷射液滴容积差异，保证制备的生物样点容积一致；线阵喷头纵向移动依次动态点样，有效降低喷嘴数量，减少点样设备工作空间，降低点样设备制作成本。

Description

一种线阵喷头动态制备生物芯片的方法和系统

技术领域：

本发明涉及一种线阵喷头动态制备生物芯片的方法和系统。

背景技术：

生物芯片以样品点的微阵列存在形式为主要特征，微阵列的密度为从几十到上万点每平方厘米,一块芯片上有多个方阵,方阵内的样品点不同,有的样品点需复制几次。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，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，进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：

本发明方法的之一是提供线阵喷头制备生物芯片的方法以改善点样效率，提高生物芯片的加工效率。

根据本发明的生物芯片点样方法包括步骤：

将生物芯片基质固定在托盘上，基质上存在有多个生物芯片有序阵列分布；

通过线阵喷头(压电喷头线性排列组合)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，通过系统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，通过纵向移动组合喷头的方式，由位移传感器检测组合喷头移动的距离，达到设定距离后，将反馈信号传送给控制装置；继而控制装置发出脉冲信号控制喷嘴处的压电晶体变形，迫使样品从喷嘴喷射出。

通过该方法实现喷头所有喷嘴在纵向移动的过程中对同一样点的依次连续喷印，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，大幅度提高点样效率，缩短生物芯片的制备时间。

在本发明的另一个优选实施例中，该线阵喷头中每个喷嘴由各自压电晶体独立控制，可使得在移动过程中的多喷嘴多路喷射。若喷头的有效打印宽度大于生物芯片样点间距，可实现多路喷射制备多个样点，进一步缩短生物芯片的制备时间。

在本发明的另一个优选实施例中，因为采用喷头纵向移动完成样点逐一制备有效降低对所需喷嘴数量，减少设备工作空间，降低点样设备制作成本。

在本发明的另一个优选实施例中，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。采用纵向移动喷头进行喷印点样的方式，使得所制备的生物芯片样点均是多个相同喷嘴制备而成，保证制备样点的一致性。

在本发明的另一个优选实施例中，该生物芯片制备方式采用的是线阵喷头的形式。可对组合喷头中的不同喷头添加不同的样品，从而实现多样品的同时喷射点样，进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，其特征在于：

采用线阵式组合喷头即将多个压电喷头以线性排列起来的喷头形式，对生物芯片上样点的动态点样；

通过纵向移动组合喷头，实现喷头上多个喷嘴对生物芯片上同一样点进行依次连续喷射，以达到样点容积要求。

如上所述的一种线阵喷头制备生物芯片的方法，其中点样过程线阵喷头的移动喷印方式如下：

喷头中的第i号喷嘴对准该行样点中的第k号样点，控制装置发出脉冲信号控制该喷嘴完成对第k号样点的第1次喷样；喷头移动md即每移动喷嘴间距d的m倍喷射一次，此时第i+m号喷嘴对准第k号样点，完成对第k号样点的第2次喷样，以此类推，第i+(n-1)×m号喷嘴完成对第k号样点的第n次喷样，此时该样点制备完成。

其中：d为单个喷头中喷嘴的间距；D为生物芯片样点间距；n为单个样点需要单个喷嘴喷射的次数；单个样点所需容积为V_样点；单个喷嘴一次喷射出的样品液滴容积为V_喷点，故有：

n＝V_样点/V_喷点；n不能整除则四舍五入取整。

当位移传感器检测喷头生物芯片样点间距D，第i号喷头对准该行样点中的第k+1号样点，该喷嘴完成对此样点的第1次喷样，移动D+md距离时，第i+m号喷头对准该行样点中的第k+1号样点，该喷嘴完成对此样点的第2次喷样，以此类推，第i+(n-1)×m号喷嘴对准该行样点中的第k+1号样点,该喷嘴完成对该样点的第n次喷样，此时该样点制备完成；

喷头移至下一行，重复上述喷样方式，直至点样基质上所有样点制备完成。

如上所述的一种线阵喷头动态制备生物芯片的方法，其中采用的线阵喷头喷嘴数N为：

N≥n。

一种线阵喷头系统，包括线阵喷头，控制装置和位移传感器，其中：

线阵喷头采用将多个压电喷头以线性排列起来的线阵式组合喷头形式，对生物芯片上的样点动态点样；

控制装置根据位移传感器反馈的线阵喷头的位置信息通过纵向移动组合喷头，实现喷头上多个喷嘴对生物芯片上同一样点进行依次连续喷射，以达到样点容积要求。

如上所述的一种线阵喷头系统，其中点样过程线阵喷头的移动喷印方式如下：

喷头中的第i号喷嘴对准该行样点中的第k号样点，控制装置发出脉冲信号控制该喷嘴完成对第k号样点的第1次喷样；喷头移动md即每移动喷嘴间距d的m倍喷射一次，此时第i+m号喷嘴对准第k号样点，完成对第k号样点的第2次喷样，以此类推，第i+(n-1)×m号喷嘴完成对第k号样点的第n次喷样，此时该样点制备完成。

其中：d为单个喷头中喷嘴的间距；D为生物芯片样点间距；n为单个样点需要单个喷嘴喷射的次数；m取值为正整数；

单个样点所需容积为V_样点；单个喷嘴一次喷射出的样品液滴容积为V_喷点，故有：

n＝V_样点/V_喷点；

当位移传感器检测喷头生物芯片样点间距D，使第i号喷嘴对准该行样点中的第k+1号样点，该喷嘴完成对此样点的第1次喷样，移动D+md距离时，第i+m号喷嘴对准该行样点中的第k+1号样点，该喷嘴完成对此样点的第2次喷样，以此类推，第i+(n-1)×m号喷嘴对准该行样点中的第k+1号样点,该喷嘴完成对该样点的第n次喷样，此时该样点制备完成；

喷头移至下一行，重复上述喷样方式，直至点样基质上所有样点制备完成。

如上所述的一种线阵喷头系统，其中采用的线阵喷头喷嘴数N为：

N≥n。

如上所述的一种线阵喷头系统，其中纵向移动线阵喷头使多个相同喷嘴依次对某个样点喷印点样，使得生物芯片中的每一个样点均是由多个相同喷嘴制备，避免因喷嘴孔径不一带来的喷射液滴容积差异，保证制备的生物样点一致性。

如上所述的一种线阵喷头动态制备生物芯片的方法，其中纵向移动线阵喷头使多个相同喷嘴依次对某个样点喷印点样，使得生物芯片中的每一个样点均是由多个相同喷嘴制备，避免因喷嘴孔径不一带来的喷射液滴容积差异，保证制备的生物样点一致性。

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

图4线阵喷头系统示意图

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微阵列以阵列(a行b列)有序排列而成，如图1所示；

其中单个微阵列上又是由不同样品的样点以阵列(p行q列)形式有序排列而成，如图2所示；为方便说明，以组合式点样喷头阵列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。如图3所示实现动态点样。

单个喷头中喷嘴的间距为d；样点直径为D；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。因此，在单个样点处需要一个喷嘴喷射的次数n：

n＝V_样点/V_喷点

启动点样装置，在预点样确认喷头各个喷嘴喷射情况良好，无堵塞。将喷头开始移动，使得压电喷头以一定速度做纵向运动，期间由位移传感器将喷头移动的距离实时反馈给控制装置，实现对喷头喷嘴喷射的精确控制。

喷头中的第i号喷嘴对准该行样点中的第k号样点，控制装置发出脉冲信号控制该喷嘴完成对第k号样点的第1次喷样；喷头移动md(即每移动喷嘴间距d的m倍喷射一次)，此时第i+m号喷嘴对准第k号样点，完成对第k号样点的第2次喷样，以此类推，第i+(n-1)×m号喷嘴完成对第k号样点的第n次喷样，此时该样点制备完成。

当位移传感器检测喷头生物芯片样点间距D，第i号喷嘴对准该行样点中的第k+1号样点，该喷嘴完成对此样点的第1次喷样。移动D+md距离时，第i+m号喷嘴对准该行样点中的第k+1号样点，该喷嘴完成对此样点的第2次喷样，以此类推，第i+(n-1)×m号喷嘴对准该行样点中的第k+1号样点,该喷嘴完成对该样点的第n次喷样，此时该样点制备完成。

喷头移至下一行，重复上述喷样方式，直至点样基质上所有样点制备完成。

如图4所示，线阵喷头系统包括线阵喷头，控制装置和位移传感器，其中：线阵喷头采用将多个压电喷头以线性排列起来的线阵式组合喷头形式，对生物芯片上的样点动态点样；控制装置根据位移传感器反馈的线阵喷头的位置信息通过纵向移动组合喷头，实现喷头上多个喷嘴对生物芯片上同一样点进行依次连续喷射，以达到样点容积要求。

其中点样过程线阵喷头的移动喷印方式如下：喷头中的第i号喷嘴对准该行样点中的第k号样点，控制装置发出脉冲信号控制该喷嘴完成对第k号样点的第1次喷样；喷头移动md即每移动喷嘴间距d的m倍喷射一次，此时第i+m号喷嘴对准第k号样点，完成对第k号样点的第2次喷样，以此类推，第i+(n-1)×m号喷嘴完成对第k号样点的第n次喷样，此时该样点制备完成，d为单个喷头中喷嘴的间距；D为生物芯片样点间距；n为单个样点需要单个喷嘴喷射的次数；m取值为正整数；

单个样点所需容积为V_样点；单个喷嘴一次喷射出的样品液滴容积为V_喷点，故有：

n＝V_样点/V_喷点；

当位移传感器检测喷头生物芯片样点间距D，使第i号喷嘴对准该行样点中的第k+1号样点，该喷嘴完成对此样点的第1次喷样，移动D+md距离时，第i+m号喷嘴对准该行样点中的第k+1号样点，该喷嘴完成对此样点的第2次喷样，以此类推，第i+(n-1)×m号喷嘴对准该行样点中的第k+1号样点,该喷嘴完成对该样点的第n次喷样，此时该样点制备完成；

喷头移至下一行，重复上述喷样方式，直至点样基质上所有样点制备完成。线阵喷头喷嘴数N为：N≥n。

纵向移动线阵喷头使多个相同喷嘴依次对某个样点喷印点样，使得生物芯片中的每一个样点均是由多个相同喷嘴制备，避免因喷嘴孔径不一带来的喷射液滴容积差异，保证制备的生物样点一致性。纵向移动线阵喷头使多个相同喷嘴依次对某个样点喷印点样，使得生物芯片中的每一个样点均是由多个相同喷嘴制备，避免因喷嘴孔径不一带来的喷射液滴容积差异，保证制备的生物样点一致性。

Claims (6)

1.一种线阵喷头动态制备生物芯片的方法，包括：

采用将多个压电喷头以线性排列起来的线阵式组合喷头，对生物芯片上的样点动态点样；

通过纵向移动组合喷头，实现喷头上多个喷嘴对生物芯片上同一

样点进行依次连续喷射，以达到样点容积要求；其中点样过程线阵喷头的移动喷印方式如下：

喷头中的第i号喷嘴对准某行样点中的第k号样点，控制装置发出脉冲信号控制该喷嘴完成对第k号样点的第1次喷样；喷头移动md即每移动喷嘴间距d的m倍喷射一次，此时第i+m号喷嘴对准第k号样点，完成对第k号样点的第2次喷样，以此类推，第i+(n-1)×m号喷嘴完成对第k号样点的第n次喷样，此时该样点制备完成，

其中：d为单个喷头中喷嘴的间距；D为生物芯片样点间距；n为单个样点需要单个喷嘴喷射的次数；m取值为正整数；

单个样点所需容积为V_样点；单个喷嘴一次喷射出的样品液滴容积为V_喷点，故有：

n＝V_样点/V_喷点；

当位移传感器检测喷头生物芯片样点间距D，第i号喷嘴对准该行样点中的第k+1号样点，该喷嘴完成对此样点的第1次喷样，移动D+md距离时，第i+m号喷嘴对准该行样点中的第k+1号样点，该喷嘴完成对此样点的第2次喷样，以此类推，第i+(n-1)×m号喷嘴对准该行样点中的第k+1号样点,该喷嘴完成对该样点的第n次喷样，此时该样点制备完成；

喷头移至下一行，重复上述喷样方式，直至点样基质上所有样点制备完成。

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，其中采用的线阵喷头喷嘴数N为：

N≥n。

3.根据权利要求1或2所述的一种线阵喷头动态制备生物芯片的方法，其中纵向移动线阵喷头使多个相同喷嘴依次对某个样点喷印点样，使得生物芯片中的每一个样点均是由多个相同喷嘴制备，避免因喷嘴孔径不一带来的喷射液滴容积差异，保证制备的生物样点一致性。

4.一种线阵喷头系统，包括线阵喷头，控制装置和位移传感器，

其中：

线阵喷头采用将多个压电喷头以线性排列起来的线阵式组合喷头形式，对生物芯片上的样点动态点样；

控制装置根据位移传感器反馈的线阵喷头的位置信息通过纵向移动组合喷头，实现喷头上多个喷嘴对生物芯片上同一样点进行依次连续喷射，以达到样点容积要求；

其中点样过程线阵喷头的移动喷印方式如下：

喷头中的第i号喷嘴对准某行样点中的第k号样点，控制装置发出脉冲信号控制该喷嘴完成对第k号样点的第1次喷样；喷头移动md即每移动喷嘴间距d的m倍喷射一次，此时第i+m号喷嘴对准第k号样点，完成对第k号样点的第2次喷样，以此类推，第i+(n-1)×m号喷嘴完成对第k号样点的第n次喷样，此时该样点制备完成，

其中：d为单个喷头中喷嘴的间距；D为生物芯片样点间距；n为单个样点需要单个喷嘴喷射的次数；m取值为正整数；

单个样点所需容积为V_样点；单个喷嘴一次喷射出的样品液滴容积为V_喷点，故有：

n＝V_样点/V_喷点；

当位移传感器检测喷头生物芯片样点间距D，使第i号喷嘴对准该行样点中的第k+1号样点，该喷嘴完成对此样点的第1次喷样，移动D+md距离时，第i+m号喷嘴对准该行样点中的第k+1号样点，该喷嘴完成对此样点的第2次喷样，以此类推，第i+(n-1)×m号喷嘴对准该行样点中的第k+1号样点,该喷嘴完成对该样点的第n次喷样，此时该样点制备完成；

喷头移至下一行，重复上述喷样方式，直至点样基质上所有样点制备完成。

5.根据权利要求4所述的一种线阵喷头系统，其中采用的线阵喷头喷嘴数N为：

N≥n。

6.根据权利要求4或5所述的一种线阵喷头系统，其中纵向移动线阵喷头使多个相同喷嘴依次对某个样点喷印点样，使得生物芯片中的每一个样点均是由多个相同喷嘴制备，避免因喷嘴孔径不一带来的喷射液滴容积差异，保证制备的生物样点一致性。