CN104630902B - 微阵列式制备生物芯片的方法和设备 - Google Patents

Abstract

微阵列式制备生物芯片的方法，包括：以单个样点为例，移动多排喷嘴式喷头到指定位置；控制由哪些喷嘴进行工作；控制工作喷嘴在每相隔微小距离处喷射溶液；点出一个圆形或多边形的微阵列的样点。其中，一个样点容积为V_样点；一个喷嘴单次喷射出的样品液滴容积为V_喷点；则单个芯片样点需要喷射的微阵列网格总数n:n＝V_样点/V_喷点。

Description

微阵列式制备生物芯片的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种微阵列式制备生物芯片的方法和设备。

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，多肤，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。

其中，采用非接触式点样法具有点样速度快、喷点量准确、重现性好、使用寿命长等优点成为了点样仪发展的主要趋势。特别是基于喷印技术生物芯片的制作已经成为研究热点，采用压电式喷头进行喷印样品制备生物芯片，喷头上有许多喷嘴，且喷嘴每次喷射出的液滴容积相当小(约5～40pL)，为了满足生物芯片单个芯片样点的容积(约为10～15nL)要求，需要喷头移动到样品点位置处，静止不动，多次喷射，使沉积在点样基质上的液滴容积达到预期标准后才移动至下一点。但是由于喷嘴尺寸不可能做到完全一样，总会有一点误差，如果喷射一次，误差可以忽略不计，可单个芯片样点需要喷嘴多次喷射(几十或几百次)，累计的误差比较大，不可以忽略不计；且由于样点是由喷嘴在同一位置多次喷射的液滴沉积扩散形成，在微观上造成扩散后的样点物质分布不均匀，不利于后续生物芯片充分反应。

由于上述原因降低了生物芯片上样点的质量，在一定程度上影响研究或检验的结果。

发明内容

本发明是提供一种微阵列点样的方法和设备以改善样点质量。

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，基质上存在有多列生物芯片有序分布；

通过多排喷嘴式喷头(类似于现有的喷墨打印喷头，喷头中相邻两排喷嘴水平方向上的距离是d，垂直方向上错开的距离为e，e≥0，每排喷嘴中相邻喷嘴的距离为D)按照下面叙述方式将样品喷印至生物芯片基质的相应位置上；

以规定的点样路径，在每相隔微小距离的喷射位置处，控制喷头上喷嘴工作的数量以完成一个圆形或多边形的微阵列，重复点样以完成同一种样品的点样；然后清洗、干燥、取样，进行另一种样品的点样，重复执行以上动作以完成生物芯片的制作。

一种微阵列制备生物芯片的方法：横向移动多排喷嘴式喷头(类似于喷墨打印头，喷头上有多排喷嘴，每排喷嘴间距非常小)，喷头在每相隔微小距离处喷射溶液，通过控制每个喷射位置处工作喷嘴的数量，点出一个圆形或多边形的微阵列，代替传统的单个样点；

根据以上所述的一种微阵列式制备生物芯片的方法，其中生物芯片的单个芯片样点容积远远大于喷嘴单次喷射出液滴容积。故一个样点容积为V_样点；一个喷嘴单次喷射出的样品液滴容积为V_喷点；则单个芯片样点需要喷射的微阵列网格总数n:n＝V_样点/V_喷点。

根据以上所述的一种微阵列制备生物芯片的方法，其中，因为生物芯片的样点容积远远大于单次喷射出液滴容积(几十或几百倍)，所以样点划分的微阵列网格数很多，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；且在微观上样点里物质分布均匀，样点的质量较高。

一种微阵列式制备生物芯片的方法，包括：

移动多排喷嘴式喷头到指定位置；

控制由哪些喷嘴进行工作；

控制工作喷嘴在每相隔微小距离处喷射溶液进行点样；

点出一个圆形或多边形的微阵列的样点。

根据上述的一种微阵列式制备生物芯片的方法，

其中，一个样点容积为V_样点；

一个喷嘴单次喷射出的样品液滴容积为V_喷点；

则单个芯片样点需要喷射的微阵列网格总数n:n＝V_样点/V_喷点。

根据上述的一种微阵列式制备生物芯片的方法，其中：

在每一张生物芯片基质上存在多个样品方阵，样品方阵又是由不同的样点有序组合而成，在完成一个样点的喷射点样后，继续控制喷嘴执行其他样点的点样。

根据上述的一种微阵列式制备生物芯片的方法，当喷头移动到指定位置，工作喷嘴同时喷射溶液。

如上所述的一种微阵列式制备生物芯片的方法，其中在完成一个样点的喷射点样后，控制喷嘴移动到另一个样点位置喷射点样。

一种制备生物芯片的设备，包括：

多排喷嘴式喷头、驱动装置和控制装置，其中，

驱动装置移动多排喷嘴式喷头到指定位置；

控制装置控制由哪些喷嘴进行工作；

控制装置控制工作喷嘴在每相隔微小距离处喷射溶液进行点样；

工作喷嘴点出一个圆形或多边形的微阵列的样点。

如上所述的一种制备生物芯片的设备，

其中，一个样点容积为V_样点；

一个喷嘴单次喷射出的样品液滴容积为V_喷点；

则单个芯片样点需要喷射的微阵列网格总数n:n＝V_样点/V_喷点。

如上所述的一种制备生物芯片的设备，其中：

在每一张生物芯片基质上存在多个样品方阵，样品方阵又是由不同的样点有序组合而成，在完成一个样点的喷射点样后，控制装置继续控制喷嘴执行其他样点的点样。

如上所述的一种制备生物芯片的设备，当喷头移动到指定位置，工作喷嘴同时喷射溶液。

如上所述的一种制备生物芯片的设备，其中在完成一个样点的喷射点样后，控制装置控制驱动装置使喷头移动到另一个样点位置喷射点样。

在本发明的优选实施例中，为了方便叙述，假定点出圆形的微阵列，且喷头中相邻两排喷嘴在垂直方向上错开的距离e为零(每排喷嘴齐平)。样点里每个喷射位置相应数量喷嘴同时喷射，通过移动多排喷嘴式喷头，以实现样品点的点样，以此避免因喷头上喷嘴尺寸的略微差异，在同一位置处累计喷射造成样点大小的不一和在微观上造成扩散后的样点物质分布不均匀。由于喷头多个喷嘴同时工作，提高了点样效率，缩短了生物芯片的制备时间。

本发明提供一种微阵列替代单个样点制备生物芯片的方法。喷头由一排或多排阵列喷嘴组成，喷嘴单次喷射的液滴容积相当小(为单个芯片样点的几十或几百分之一),传统的制备方法是喷头移至相应样品点位置静止不动，喷嘴多次喷射液滴以达到样点的容积要求，液滴沉积扩散形成一个圆形或者多边形生物样点。由于喷头上的喷嘴尺寸不可能做到完全一样，总会有一点误差，如果喷射一次，误差可以忽略不计，但是单个芯片样点需要喷嘴多次喷射(几十或几百次)，累计的误差比较大，不可以忽略不计；且由于样点是由喷嘴在同一位置多次喷射的液滴沉积扩散形成，在微观上造成扩散后的样点物质分布不均匀，不利于后续生物芯片充分反应。为了克服以上两个生物芯片的不足，本发明提出把传统上的单个样点划分为许多网格，在每个网格里喷射一个液滴，形成微阵列。这样形成的样点大小与传统的单个样点相同，样点内的物质分布均匀，且由于样点由多个微阵列组成，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，有利于后续生物芯片充分反应，可以大幅度提高样点质量。

附图说明

图1生物芯片基质示意图

图2点样喷头的示意图

图3生物芯片圆形样点网格划分示意图

图4动态点样的示意图

图5六边形样点网格划分示意图

图6传统方法制备生物芯片单个样点及单个样点内物质浓度分布示意

图7微阵列制备生物芯片设备示意图

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的微阵列替代单个样点制备生物芯片方法流程，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，而非用于对其做出任何限制。如图6为传统方法制备生物芯片单个样点及单个样点内物质浓度分布示意。

本发明中，在每一张生物芯片基质上存在多个样品方阵，样品方阵又是由不同的样点有序组合而成，如图1，方阵的左上方设有mark点作为定位原点，用于点样过程中点样喷头的定位。为方便说明，点样喷头中喷嘴的排数为m,相邻两排喷嘴水平方向上的距离是d，垂直方向上错开的距离e为零，即每排喷头在垂直方向并齐，每排喷嘴中相邻喷嘴的距离为D,如图2所示。

一个样点所需容积为V_样点；喷头的一个喷嘴单次喷射出的样品液滴容积为V_喷点。

因此，在单个芯片样点处需要喷嘴喷射的微阵列网格总数n：

n＝V_样点/V_喷点其中n四舍五入取整。

根据上面的喷嘴排数m，相邻排喷嘴之间的距离d，每排相邻喷嘴间距离D，和单个芯片样点需要喷射的次数n，可对圆形样点进行微阵列网格划分：划分的网格总数是喷射的次数n,在移动方向上，每个网格的长为x(相邻排网格的距离)，每个网格的宽为D，网格的竖排数为a，样点面积为S_样点，样点直径为D_样点,如图3。微阵列里相邻样点之间的距离为H，样点间空白间距为h。

H为固定值，根据后续检测要求设定合适的h值。则：

D_样点＝H-h

样点面积S_样点:S_样点＝πD_样点 ²/4＝π(H-h)²/4

每个网格的长度x:x＝S/Dn＝π(H-h)²/(4Dn)；

由网格的竖排数a乘以网格的长等于圆形样点的直径，则：

a×x＝D_样点

网格的竖排数a:a＝S/Dn＝(4Dn)/[π(H-h)]，若不为整数取整。

随后启动点样装置，多排喷嘴式喷头完成清洗、蘸干，移动至第一种样品的第一个样点。在微阵列网格中，在第一次喷射位置处控制相应数量的喷嘴喷射液滴，移动喷头，在第二个喷射位置处控制相应数量的喷嘴喷射液滴，如图4，以此重复下去，点出一个圆形的微阵列。

如此循环，直至该样品在生物芯片上的所有样点的点样全部完成后，再移至清洗处进行清洗、干燥、取另一种样品，移至相应位置处进行再次点样，完成该种样品在生物芯片中所有样点的制备。重复以上动作，直至所有样品在生物芯片上点样完成，即一个生物芯片的制备完成。

对于一个样点来说，除圆形方阵外，其他可允许的形状的方阵也是可行的，如四边形、正方形等多边形，可以通过圆形、四边形、正方形等多边形来构成样点，在上述形状中划分微阵列网格。现以正六边形为例进行网格划分，如图5。

如图7，制备生物芯片的设备，包括：多排喷嘴式喷头、驱动装置和控制装置，点样时，控制装置控制驱动装置移动多排喷嘴式喷头到指定位置；控制装置控制由哪些喷嘴进行工作；控制装置控制工作喷嘴在每相隔微小距离处喷射溶液进行点样；工作喷嘴点出一个圆形或多边形的微阵列的样点。

其中，一个样点容积为V_样点；一个喷嘴单次喷射出的样品液滴容积为V_喷点；则单个芯片样点需要喷射的微阵列网格总数n:n＝V_样点/V_喷点。在每一张生物芯片基质上存在多个样品方阵，样品方阵又是由不同的样点有序组合而成，在完成一个样点的喷射点样后，控制装置继续控制喷嘴执行其他样点的点样。

当喷头移动到指定位置，工作喷嘴同时喷射溶液。其中在完成一个样点的喷射点样后，控制装置控制驱动装置将喷头移动到另一个样点位置喷射点样。

以上方式中，因为生物芯片的样点容积远远大于单次喷射出液滴容积(几十或几百倍)，所以样点划分的微阵列网格数很多，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；且在微观上样点里物质分布均匀，样点的质量较高。

Claims (2)

1.一种微阵列式制备生物芯片的方法，包括：

移动多排喷嘴式喷头到指定位置；

控制由哪些喷嘴进行工作；

控制工作喷嘴在每相隔微小距离处喷射溶液进行点样；

点出一个圆形的微阵列的样点；

当喷头移动到指定位置，工作喷嘴同时喷射溶液；

其中，一个样点容积为V_样点；

一个喷嘴单次喷射出的样品液滴容积为V_喷点；

则单个芯片样点需要喷射的微阵列网格总数n:n＝V_样点/V_喷点；

在每一张生物芯片基质上存在多个样品方阵，样品方阵又是由不同的样点有序组合而成，在完成一个样点的喷射点样后，继续控制喷嘴执行其他样点的点样；其特征在于：

所述喷嘴排数为m，相邻排喷嘴之间的距离为d，每排相邻喷嘴间距离D；

圆形样点按如下方式进行微阵列网格划分：划分的网格总数是喷射的次数n,在移动方向上，每个网格的长为x，每个网格的宽为D，网格的竖排数为a，样点面积为S_样点，样点直径为D_样点,微阵列里相邻样点之间的距离为H，样点间空白间距为h；

H为固定值，则：

D_样点＝H-h

样点面积S_样点:S_样点＝πD_样点 ²/4＝π(H-h)²/4

每个网格的长度x:x＝S/Dn＝π(H-h)²/(4Dn)；

由网格的竖排数a乘以网格的长等于圆形样点的直径，则：

a×x＝D_样点

网格的竖排数a:a＝S/Dn＝(4Dn)/[π(H-h)]，若不为整数取整；其中在完成一个样点的喷射点样后，控制喷嘴移动到另一个样点位置喷射点样。

2.一种制备生物芯片的设备，包括：

多排喷嘴式喷头、驱动装置和控制装置；其中，

驱动装置移动多排喷嘴式喷头到指定位置；

控制装置控制由哪些喷嘴进行工作；

控制装置控制工作喷嘴在每相隔微小距离处喷射溶液进行点样；

工作喷嘴点出一个圆形的微阵列的样点，其特征在于：

当喷头移动到指定位置，工作喷嘴同时喷射溶液；

其中，一个样点容积为V_样点；

一个喷嘴单次喷射出的样品液滴容积为V_喷点；

则单个芯片样点需要喷射的微阵列网格总数n:n＝V_样点/V_喷点；

在每一张生物芯片基质上存在多个样品方阵，样品方阵又是由不同的样点有序组合而成，在完成一个样点的喷射点样后，控制装置继续控制喷嘴执行其他样点的点样；其特征在于：

所述喷嘴排数为m，相邻排喷嘴之间的距离为d，每排相邻喷嘴间距离D；

圆形样点按如下方式进行微阵列网格划分：划分的网格总数是喷射的次数n,在移动方向上，每个网格的长为x，每个网格的宽为D，网格的竖排数为a，样点面积为S_样点，样点直径为D_样点,微阵列里相邻样点之间的距离为H，样点间空白间距为h；

H为固定值，则：

D_样点＝H-h

样点面积S_样点:S_样点＝πD_样点 ²/4＝π(H-h)²/4

每个网格的长度x:x＝S/Dn＝π(H-h)²/(4Dn)；

由网格的竖排数a乘以网格的长等于圆形样点的直径，则：

a×x＝D_样点

网格的竖排数a:a＝S/Dn＝(4Dn)/[π(H-h)]，若不为整数取整；其中在完成一个样点的喷射点样后，控制装置控制驱动装置使喷头移动到另一个样点位置喷射点样。