CN108795732A - 一种基因检测芯片、其检测方法及微流控芯片系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基因检测芯片、其检测方法及微流控芯片系统，该基因检测芯片的上基板设置有至少一对进样口和出样口；下基板面向上基板的一面设置有至少一个反应池和至少一个微通道；通过进样口、微通道、反应池、出样口组成一个基因检测通道，无需对目标基因进行荧光标记，只需要将待测样品与完全淬灭的带有荧光标记的适配体加入到反应池内进行杂交反应，就可以实现目标基因的检测，既简化了基因检测的过程，也可以防止基因检测结果中未杂交的目标基因的荧光信号对杂交基因的影响；同时本发明的基因检测芯片结构简单、操作方便、检测结果准确率较高。另外，本发明的基因检测芯片可以设置多个检测通道，同时检测多种不同基因，检测效率较高。

Description

一种基因检测芯片、其检测方法及微流控芯片系统
技术领域
本发明涉及基因检测技术领域，尤其涉及一种基因检测芯片、其检测方法及微流控芯片系统。
背景技术
现有技术中，基因检测的主要方法有直接测序法、荧光聚合酶链式反应法和基因芯片法。其中，基因芯片由于其体积小、快速简便并且可同时检测多种基因，在基因检测方面受到广泛青睐。基因检测芯片的测序原理是杂交测序，通过对样品中的基因靶序列和固定有基因探针的基因芯片进行杂交进行检测。然而，基因芯片检测需要对目标基因进行标记，技术繁琐，而且未杂交基因分子的荧光信号也会对检测结果造成干扰和影响。
因此，如何简化基因检测技术，且改善基因检测结果中未杂交的基因的荧光信号对杂交基因的影响，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种基因检测芯片、其检测方法及微流控芯片系统，用以解决现有技术中存在的基因芯片检测基因技术繁琐，且未杂交基因分子的荧光信号对检测结果造成干扰和影响的问题。
本发明实施例提供了一种基因检测芯片，包括：相对设置的上基板和下基板；其中，
所述上基板设置有至少一对进样口和出样口；所述进样口和所述出样口分别位于所述上基板相对的两端；
所述下基板面向所述上基板的一面设置有至少一个反应池和至少一个微通道；所述反应池通过所述微通道分别与所述进样口和所述出样口相连；其中，所述反应池用于为样品溶液和完全淬灭的带有荧光标记的适配体进行杂交反应提供反应场所。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述基因检测芯片中，还包括：与所述进样口相连的第一塑胶软管和与所述出样口相连的第二塑胶软管；
所述第一塑胶软管用于将溶液通过所述进样口导入；
所述第二塑胶软管用于通过所述出样口将溶液导出。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述基因检测芯片中，所述反应池的形状为圆形。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述基因检测芯片中，所述下基板的材料为玻璃。
本发明实施例提供了一种微流控芯片系统，包括：本发明实施例提供的上述基因检测芯片以及动力模块；其中，
所述动力模块用于为所述样品溶液导入或导出所述基因检测芯片提供动力。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述微流控芯片系统中，所述动力模块为注射泵。
本发明实施例提供了一种本发明实施例提供的上述基因检测芯片的检测方法，包括：
将带有荧光标记的适配体键合到所述反应池的内表面；
将氧化石墨烯溶液通过进样口导入反应池；
待所述荧光标记完全淬灭后，将待测样品溶液通过所述进样口导入所述反应池；
确定所述样品溶液与淬灭后的所述适配体杂交反应后是否恢复荧光，是则所述样品溶液存在目标基因，否则所述样品溶液不存在目标基因。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述检测方法中，确定所述样品溶液与淬灭后的所述适配体杂交反应后是否恢复荧光之前，还包括：
对所述反应池进行清洗。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述检测方法中，对所述反应池进行清洗，具体包括：
将清洗液通过所述进样口导入所述反应池，并通过所述出样口将所述清洗液导出。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述检测方法中，将带有荧光标记的适配体键合到所述反应池的内表面，具体包括：
对所述反应池的内表面进行硅烷化处理；其中，所述下基板的材料为玻璃；
采用点样机将带有荧光标记的所述适配体键合到所述反应池的内表面。
本发明实施例的有益效果包括：
本发明实施例提供了一种基因检测芯片、其检测方法及微流控芯片系统，该基因检测芯片包括：相对设置的上基板和下基板；其中，上基板设置有至少一对进样口和出样口；进样口和出样口分别位于上基板相对的两端；下基板面向上基板的一面设置有至少一个反应池和至少一个微通道；反应池通过微通道分别与进样口和出样口相连；其中，反应池用于为样品溶液和完全淬灭的带有荧光标记的适配体进行杂交反应提供反应场所。这样通过进样口、微通道、反应池、出样口组成一个基因检测通道，无需对目标基因进行荧光标记，只需要将待测样品与完全淬灭的带有荧光标记的适配体加入到反应池内进行杂交反应，就可以实现目标基因的检测，既简化了基因检测的过程，也可以防止基因检测结果中未杂交的目标基因的荧光信号对杂交基因的影响；同时本发明的基因检测芯片结构简单、操作方便、检测结果准确率较高。另外，本发明的基因检测芯片可以设置多个检测通道，同时检测多种不同基因，检测效率较高。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基因检测芯片的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的基因检测方法流程图；
图3为本发明实施例提供的基因检测过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明实施例提供的基因检测芯片、其检测方法及微流控芯片系统的具体实施方式进行详细的说明。
本发明实施例提供了一种基因检测芯片，如图1所示，可以包括：相对设置的上基板01和下基板02；其中，上基板01设置有至少一对进样口03和出样口04；进样口03和出样口04分别位于上基板01相对的两端；下基板02面向上基板01的一面设置有至少一个反应池05和至少一个微通道06；反应池05通过微通道06分别与进样口03和出样口04相连；其中，反应池05用于为样品溶液和完全淬灭的带有荧光标记的适配体进行杂交反应提供反应场所。
本发明实施例提供的上述基因检测芯片中，通过进样口、微通道、反应池、出样口组成一个基因检测通道，无需对目标基因进行荧光标记，只需要将待测样品与完全淬灭的带有荧光标记的适配体加入到反应池内进行杂交反应，就可以实现目标基因的检测，既简化了基因检测的过程，也可以防止基因检测结果中未杂交的目标基因的荧光信号对杂交基因的影响；同时本发明的基因检测芯片结构简单、操作方便、检测结果准确率较高。另外，本发明的基因检测芯片可以设置多个检测通道，同时检测多种不同基因，检测效率较高。
在具体实施时，本发明实施例提供的上述基因检测芯片中，如图1所示，还可以包括：与进样口03相连的第一塑胶软管031和与出样口04相连的第二塑胶软管041；第一塑胶软管031用于将溶液通过进样口03导入；第二塑胶软管041用于通过出样口04将溶液导出。具体地，基因检测芯片还可以通过分别与进样口和出样口相连的塑胶软管，向基因检测芯片内导入液体和将基因芯片内的溶液导出，从而方便溶液的导入和导出。另外，通过塑胶软管可以对进样口、微通道、反应池、出样口组成的基因检测通道进行清洗，即在进行杂交反应之后，确认是否存在目标基因之前，还可以通过塑胶软管从进样口和出样口分别注入和导出清洗液，从而实现基因检测通道的清洗，进而将未杂交的基因去除，方便观察杂交后的基因，提高检测准确率。
在具体实施时，本发明实施例提供的上述基因检测芯片中，反应池的形状可以为圆形，也可以为其他满足设计的形状，在此不做限定。优选地，将反应池的形状设计为圆形，可以方便在显微镜下进行观察。
在具体实施时，本发明实施例提供的上述基因检测芯片中，下基板的材料为玻璃。具体地，本发明实施例提供的上述基因检测芯片中，下基板的材料为玻璃，用于进行硅烷化处理，使得带有荧光标记的适配体键合到反应池的内表面，从而进行杂交反应后，带有目标基因的样品溶液与适配体进行杂交反应后键合到反应池的表面，在进行清洗时就可以将未杂交的基因与杂交的基因分离，避免检测结果中未杂交的基因影响杂交基因，有利于提高基因检测的准确率。另外，基因检测芯片的上基板的材料可以是玻璃或者聚合物例如聚二甲基硅氧烷。上基板通过加工通孔可以形成进样口和出样口，下基板通过光刻技术刻蚀出微通道和反应池，在反应池样品溶液可以与芯片表面修饰的适配体进行杂交反应，上、下基板可以通过低温粘接剂键合。
基于同一发明思想，本发明实施例提供了一种微流控芯片系统，包括：本发明实施例提供的上述基因检测芯片以及动力模块；其中，动力模块用于为样品溶液导入或导出基因检测芯片提供动力。由于该微流控芯片系统解决问题的原理与基因检测芯片相似，因此该微流控芯片系统的实施可以参见上述基因检测芯片的实施，重复之处不再赘述。
在具体实施时，本发明实施例提供的上述微流控芯片系统中，动力模块可以为注射泵。具体地，本发明实施例提供的上述微流控芯片系统中，可以通过注射泵为基因检测芯片导入和导出液体提供动力，当然也可以采用其他动力，在此不做限定。
基于同一发明思想，本发明实施例提供了一种本发明实施例提供的上述基因检测芯片的检测方法，如图2所示，可以具体包括：
S101、将带有荧光标记的适配体键合到反应池的内表面；
S102、将氧化石墨烯溶液通过进样口导入反应池；
S103、待荧光标记完全淬灭后，将待测样品溶液通过进样口导入反应池；
S104、确定样品溶液与淬灭后的适配体杂交反应后是否恢复荧光，是则样品溶液存在目标基因，否则样品溶液不存在目标基因。
本发明实施例提供的上述检测方法中，无需对目标基因进行标记，只需要将待测样品与完全淬灭的带有荧光标记的适配体在反应池内进行杂交反应，就可以实现目标基因的检测，该基因检测方法操作方便、检测结果准确率较高。
具体地，氧化石墨烯是石墨烯的衍生物，氧化石墨烯在石墨烯的基础上引入了羟基和羧基基团，较石墨烯相比有了更强的亲水性和生物相容性，可以作为一种淬灭剂能够淬灭大部分有机染料、量子点的荧光，氧化石墨烯能够吸附单链核酸适配体，然后淬灭其标记物的荧光，因此将氧化石墨烯加入到反应池与带有荧光标记的适配体进行混合完成淬灭。当适配体与键合在反应池内表面的互补DNA相结合形成双链DNA分子后，由于空间位阻变大，氧化石墨烯的吸附能力减弱，导致荧光恢复，从而实现目标基因的检测。因此，检测时将样品溶液从进样口进入，与芯片内修饰的适配体/氧化石墨烯复合物发生反应，当待测样品中目标基因存在时，基因和适配体结合从氧化石墨烯上脱落，就会得到相对应的荧光信号，相反，当目标基因不存在时，所有的适配体处于淬灭状态，没有荧光信号。综上，本发明的基因检测方法免去了对目标基因的繁琐标记，简化了基因检测技术，且将微流控芯片技术与基因检测相结合，利用微流控技术在微米级的芯片上操控连续的微流体来实现基因检测，具有试剂消耗量小、体积便携、反应快速效率高且易于集成的特点。
在具体实施时，本发明实施例提供的上述检测方法中，确定样品溶液与淬灭后的适配体杂交反应后是否恢复荧光之前，还可以包括：对反应池进行清洗。具体地，通过清洗作用可以清洗掉未杂交的荧光探针，防止干扰。具体的清洗过程为将清洗液通过进样口导入反应池，并通过出样口将清洗液导出。
在具体实施时，本发明实施例提供的上述检测方法中，步骤S101可以具体包括：对反应池的内表面进行硅烷化处理；其中，下基板的材料为玻璃；采用点样机将带有荧光标记的适配体键合到反应池的内表面。具体地，通过硅烷化处理，使得带有荧光标记的适配体键合到反应池的内表面，从而进行杂交反应后，带有目标基因的样品溶液与适配体进行杂交反应后键合到反应池的表面，在进行清洗时就可以将未杂交的基因与杂交的基因分离，避免检测结果中未杂交的基因影响杂交基因，有利于提高基因检测的准确率。
下面以一个具体实施例详细说明本发明实施例提供的上述基因检测过程，具体如下：
如图3所示，基因检测芯片内通过化学表面处理结合了修饰有荧光染料的适配体，之后向芯片内导入1mg/ml的氧化石墨烯溶液，可用荧光共聚焦显微镜观察淬灭情况，完全淬灭后；向芯片内加入待测样品，若有目标基因存在，则目标基因会与玻璃表面的适配体结合从而使荧光恢复；若无目标基因存在，则无法与适配体结合而保持淬灭状态。本发明实施例提供的上述检测方法可以达到基因检测的目的，并且适配体的专一性高，检测结果准确。同时本发明的基因检测芯片可以由多个平行通道，例如图1所示有四个平行通道，可以同时检测四种不同基因，检测效率快速高效。
本发明实施例提供了一种基因检测芯片、其检测方法及微流控芯片系统，该基因检测芯片包括：相对设置的上基板和下基板；其中，上基板设置有至少一对进样口和出样口；进样口和出样口分别位于上基板相对的两端；下基板面向上基板的一面设置有至少一个反应池和至少一个微通道；反应池通过微通道分别与进样口和出样口相连；其中，反应池用于为样品溶液和完全淬灭的带有荧光标记的适配体进行杂交反应提供反应场所。这样通过进样口、微通道、反应池、出样口组成一个基因检测通道，无需对目标基因进行荧光标记，只需要将待测样品与完全淬灭的带有荧光标记的适配体加入到反应池内进行杂交反应，就可以实现目标基因的检测，既简化了基因检测的过程，也可以防止基因检测结果中未杂交的目标基因的荧光信号对杂交基因的影响；同时本发明的基因检测芯片结构简单、操作方便、检测结果准确率较高。另外，本发明的基因检测芯片可以设置多个检测通道，同时检测多种不同基因，检测效率较高。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基因检测芯片，其特征在于，包括：相对设置的上基板和下基板；其中，
所述上基板设置有至少一对进样口和出样口；所述进样口和所述出样口分别位于所述上基板相对的两端；
所述下基板面向所述上基板的一面设置有至少一个反应池和至少一个微通道；所述反应池通过所述微通道分别与所述进样口和所述出样口相连；其中，所述反应池用于为样品溶液和完全淬灭的带有荧光标记的适配体进行杂交反应提供反应场所。
2.如权利要求1所述的基因检测芯片，其特征在于，还包括：与所述进样口相连的第一塑胶软管和与所述出样口相连的第二塑胶软管；
所述第一塑胶软管用于将溶液通过所述进样口导入；
所述第二塑胶软管用于通过所述出样口将溶液导出。
3.如权利要求1所述的基因检测芯片，其特征在于，所述反应池的形状为圆形。
4.如权利要求1-3任一项所述的基因检测芯片，其特征在于，所述下基板的材料为玻璃。
5.一种微流控芯片系统，其特征在于，包括：如权利要求1-4任一项所述基因检测芯片以及动力模块；其中，
所述动力模块用于为所述样品溶液导入或导出所述基因检测芯片提供动力。
6.如权利要求5所述的微流控芯片系统，其特征在于，所述动力模块为注射泵。
7.一种如权利要求1-4任一项所述基因检测芯片的检测方法，其特征在于，包括：
将带有荧光标记的适配体键合到所述反应池的内表面；
将氧化石墨烯溶液通过进样口导入反应池；
待所述荧光标记完全淬灭后，将待测样品溶液通过所述进样口导入所述反应池；
确定所述样品溶液与淬灭后的所述适配体杂交反应后是否恢复荧光，是则所述样品溶液存在目标基因，否则所述样品溶液不存在目标基因。
8.如权利要求7所述的检测方法，其特征在于，确定所述样品溶液与淬灭后的所述适配体杂交反应后是否恢复荧光之前，还包括：
对所述反应池进行清洗。
9.如权利要求8所述的检测方法，其特征在于，对所述反应池进行清洗，具体包括：
将清洗液通过所述进样口导入所述反应池，并通过所述出样口将所述清洗液导出。
10.如权利要求7所述的检测方法，其特征在于，将带有荧光标记的适配体键合到所述反应池的内表面，具体包括：
对所述反应池的内表面进行硅烷化处理；其中，所述下基板的材料为玻璃；
采用点样机将带有荧光标记的所述适配体键合到所述反应池的内表面。
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