CN111197002A

CN111197002A - 高通量杂交识读一体机

Info

Publication number: CN111197002A
Application number: CN201811521464.1A
Authority: CN
Inventors: 孙悦; 李秀星; 刘丹
Original assignee: Wuhan Feisite Biotechnology Co ltd
Current assignee: Wuhan Feisite Biotechnology Co ltd
Priority date: 2018-11-19
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2020-05-26

Abstract

本发明公开了一种高通量杂交识读一体机，包括反应区和识读区，所述识读区用于识别并读取反应区的杂交结果；所述杂交反应为杂交显色反应或者杂交荧光反应；其中：所述反应区包括多个反应单元和一加液组件，所述加液组件独立地为每一反应单元加液；所述识读区包括检测模块和读取模块，所述检测模块用于独立地获取每一反应单元的反应结果，所述读取模块用于独立地判读所述检测模块获得的每一反应结果；所述一体机还包括控制部，所述控制部用于控制杂件显色反应或杂交荧光反应。本发明的高通量杂交识读一体机，能够在一个封闭的系统内以很短的时间完成从原始样品到获取所需分析结果的全套操作。

Description

高通量杂交识读一体机

技术领域

本发明涉及一种基因杂交技术领域，尤其涉及高通量杂交识读一体机。

背景技术

一、基因诊断技术

基因是遗传的基本单元，携带有遗传信息的DNA或RNA序列，通过复制，把遗传信息传递给下一代，指导蛋白质的合成来表达自己所携带的遗传信息，从而控制生物个体的性状表达。基因检测是通过血液、其他体液、或细胞对DNA进行检测的技术，是取被检测者外周静脉血或其他组织细胞，扩增其基因信息后，通过特定设备对被检测者细胞中的DNA分子信息作检测，分析它所含有的基因类型和基因缺陷及其表达功能是否正常的一种方法，从而使人们能了解自己的基因信息，明确病因或预知身体患某种疾病的风险。

基因检测可以诊断疾病，也可以用于疾病风险的预测。疾病诊断是用基因检测技术检测引起遗传性疾病的突变基因。目前应用最广泛的基因检测是新生儿遗传性疾病的检测、遗传疾病的诊断和某些常见病的辅助诊断。

生物芯片技术可以对生命科学与医学中的各种生物化学反应过程进行集成，从而实现对基因、配体、抗原等生物活性物质进行高效快捷的测试和分析。它的出现给生命科学、医学、化学、新药开发、生物武器战争、司法鉴定、食品与环境监督等众多领域带来巨大的革新甚至革命。

二、印迹杂交

印迹杂交，是基因诊断技术的一种，有多种方式，第一种是Northern印迹杂交，是一种将RNA从琼脂糖凝胶中转印到硝酸纤维素膜上的方法。第二种是Southern印迹杂交，是由凝胶电离经限制性内切酶消化的DNA片段。第三种是Western印迹杂交，是将蛋白样本通过聚丙烯酰胺电泳按分子量大小分离，再转移到杂交膜(blot)上，然后通过一抗/二抗复合物对靶蛋白进行特异性检测的方法。

分析对象：Northern杂交用于分析RNA；Southern杂交用于分析DNA；Western杂交用于分析蛋白质。

杂交大致过程如下：

(1)酶切DNA，凝胶电泳分离各酶切片段，然后使DNA原位变性。

(2)将DNA片段转移到固体支持物(硝酸纤维素滤膜或尼龙膜)上。

(3)预杂交滤膜，掩盖滤膜上非特异性位点。

(4)让探针与同源DNA片段杂交，然后漂洗除去非特异性结合的探针。

(5)通过显影检查目的DNA所在的位置。

三、检测仪器

以杂交为基础的分析已广泛用于基因突变的检测、多态性分析、基因作图等方面的研究与应用，杂交仪则是专门用来完成对生物芯片进行杂交过程的设备，通过其完成对生物芯片：预杂交、杂交、洗涤、封闭、酶联、显色、终止显色等操作。

高通量测序被广泛应用到小分子RNA或非编码RNA的研究。测序方法能轻易的解决芯片技术在检测小分子时遇到的技术难题，而且小分子RNA的短序列正好配合了高通量测序的长度，使得数据“不浪费”，同时测序方法还能在实验中发现新的小分子RNA。

高通量测序中利用Taqman探针进行SNP分型时，探针与待测SNP片段杂交形成复合物，通过杂交温度的变化使荧光被检测到。目前使用Taqman探针检测SNP时，采用两种荧光染料标记两条探针，可以与待测位点完全配对的探针会发出荧光被检测到。两条探针由于仅有一个位点的不同，因此杂交时对于温度的要求非常严苛，导致在一次PCR反应中仅能完成对单个SNP位点的基因型判断。但该检测方法只适用于中低通量的SNP检测，这是由于Taqman探针具有严格的退火温度的限制，在确定的温度范围内，不能够同时检测多个SNP位点。这种检测方法检测效率较低且检测成本高，不能够满足目前个性化医疗对于SNP检测的要求。因此，随着SNP检测的需求增多，需要一种可以高通量检测SNP的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种高通量杂交识读一体机，能够在一个封闭的系统内以很短的时间完成从原始样品到获取所需分析结果的全套操作。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种高通量杂交识读一体机，包括反应区和识读区，所述识读区用于识别并读取反应区的杂交结果；所述杂交反应为杂交显色反应或者杂交荧光反应；其中：

所述反应区包括多个反应单元和一加液组件，所述加液组件独立地为每一反应单元加液；

所述识读区包括检测模块和读取模块，所述检测模块用于独立地获取每一反应单元的反应结果，所述读取模块用于独立地判读所述检测模块获得的每一反应结果；

所述一体机还包括控制部，所述控制部用于控制杂件显色反应或杂交荧光反应。

作为上述技术方案的进一步改进为：

所述反应区还设有一旋转支撑件，所有反应单元置于所述旋转支撑件上。

所述旋转支撑件开有用于放置各反应单元的反应槽，以实现各反应单元随旋转支撑件共同旋转。扩增后的DNA双链分离，保留标有生物素的DNA单链作为待测DNA链，根据待测DNA链设计不同的探针，每个反应单元上有多个探针。

所述旋转支撑件转速不固定，以实现所述反应单元在不同转速下的离心或振荡反应。

所述旋转支撑件为一圆盘。

所述反应槽分布于圆盘的外圆周上。

所述旋转支撑件为电驱动，并与控制部电连接，所述控制部控制旋转支撑件的旋转方向和旋转速度。

所述反应单元设有出水孔。

所述反应槽设有排液孔。

所述加液组件通过一加液针进行加液。

所述加液针为空心针。

所述加液组件包括试剂管和控制阀，所述试剂管为至少一个，每个所述试剂管通过管道与加液针连通，每个所述管道通过控制阀控制与加液针连通或者断开。

所述试剂管设有至少三个，所述管道通过控制阀控制开启或者闭合。

所述控制阀为旋转阀，所述旋转阀与控制部电连接，所述控制部控制旋转阀的转动。

所述试剂管包括杂交液管、显色液管和清洗液管。

所述加液组件还包括控制加液针移动的升降件。升降件驱动加液针上下移动，加液针下降挂于针尖处的液体接触到反应单元，使液体全部落入反应单元上，加液针上升继续给下一个反应单元加液。这样避免了液体挂设于针尖处，提高了检测的精确度。

所述一体机还包括壳体。

所述壳体上设有控制键。

所述壳体上设有可旋转的舱盖，打开舱盖放置或者更换反应单元。

所述反应区还包括废液槽。

所述检测模块为对杂交显色反应或者杂交荧光反应结果拍照的检测装置，所述检测装置与控制部电连接，所述控制部控制检测装置的启动和关闭。

所述读取模块与检测装置电连接，用于处理分析检测装置获取的图像。

所述读取模块包括处理模块和显示模块，所述处理模块用于接收检测装置的图像，并将图像转换为生物信息；所述显示模块用于显现处理模块的信息。

检测装置为一高精度光学相机。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明提供的高通量杂交识读一体机，根据碱基互补配对原理，用自动化的方式实现了探针与DNA样品的杂交显色反应，通过将杂交后的样品扫描成图像，并用配套软件对其进行识别和分析。可同时对多个样本进行检测，检测准确性高，时间短。

(2)本发明提供的高通量杂交识读一体机，反应单元位于壳体内，能在同一温度下进行杂交，实现了同一样品上不同位点的杂交检测，满足了个性化医疗的多位点快速检测要求，检测实现了高通量和系统化。

(3)本发明的高通量杂交识读一体机，检测结果可视化程度强、准确性高，对不同杂交温度的位点进行同时检测，检测结果均一性好重复性高，提高了样品检测的检测效率和利用率。

附图说明

图1是本发明的外部结构示意图。

图2是本发明应用实施结构示意图。

图中标号说明：

1、壳体；11、试剂挂架；12、舱盖；2、圆盘；21、反应槽；3、加液针；4、试剂管；5、控制阀；6、废液槽；7、高精度光学相机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1和图2示出了本发明高通量杂交识读一体机的一种实施方式，该一体机包括壳体1、反应区、识读区和控制部，反应区和控制部位于壳体1内。识读区用于识别并读取反应区的杂交结果；杂交反应为杂交显色反应或者杂交荧光反应。

本实施例中，反应区包括多个反应单元、加液组件、旋转支撑件和振动离心驱动件，旋转支撑件为圆盘2。圆盘2设有多个反应槽21，反应槽21沿圆盘2外圆周均匀分布。反应单元卡紧于反应槽21内，圆盘2对每个反应单元设有不同的编号。反应单元设有出水孔，反应槽21设有排液孔。加液组件独立地为各反应单元加液。振动离心驱动件带动圆盘2做振动或者离心动作，振动离心件为电机，电机的转轴与圆盘2的圆心固定连接，各反应单元随旋转支撑件共同旋转，旋转支撑件转速不固定，以实现所述反应单元在不同转速下的离心或振荡反应。控制部与振动离心驱动件电连接，控制部控制旋转支撑件的旋转方向和旋转速度。振动离心驱动件一般选用电机。

本实施例中，加液组件通过一加液针3对反应单元进行加液，加液针3为空心针，加样针3位于反应槽21上方。加液组件还包括控制加液针3移动的升降件。升降件采用机械结构中常用的直线电机，直线电机驱动加液针3上下移动，加液针3下降挂于针尖处的液体接触到反应单元，使液体全部落入反应单元上，加液针3上升继续给下一个反应单元加液。这样避免了液体挂设于针尖处，提高了检测的精确度。

本实施例中，加液组件包括试剂管4和控制阀5。控制阀5可以采用旋转阀，旋转阀与控制部电连接，控制部控制旋转阀的转动。试剂管4为三个，分别为杂交液管、显色液管和清洗液管，壳体1的外侧设有试剂挂架11，试剂管4挂于试剂挂架11上。每个试剂管4分别通过两个管道与加液针3连通，向加液针3输送液体。管道一端连接试剂管4，一端连接旋转阀的一个进液口，旋转阀与一控制泵连接，加液针3通过管道与旋转阀的出液口连接。管道通过旋转阀的转动来控制其中一个试剂管4与加液针3连通或者闭合，控制泵对旋转阀内有一个吸力，使其中一个试剂管4与加液针3连通，以控制加液针3与何种试剂连通，对反应单元加入杂交液或者显色液或者清洗液。

本实施例中，一体机还包括废液槽6，废液槽6设于壳体1下端，位于圆盘2的下方，废液槽6的边缘大于圆盘2的边缘。

本实施例中，壳体1上设有控制键，用于开始或者停止杂交显色反应。壳体1上还设有可旋转的舱盖12，舱盖12位透明塑料制成。打开舱盖12能够卡紧或者更换反应单元，便于更换样品。

本实施例中，识读区包括检测模块和读取模块，检测模块用于独立地获取每一反应单元的反应结果，读取模块用于独立地判读检测模块获得的每一反应结果。

本实施例中，检测模块为对显色样品拍照的检测装置，一般采用高精度光学相机7。高精度光学相机7与加样组件位于圆盘2的两端，使反应单元有充分的反应时间。检测装置与控制部电连接，控制部控制检测装置的启动和关闭。

本实施例中的控制部采用本领域技术人员常用的控制系统，任何能够达到本发明一体机控制效果的控制系统都能够选用。

本实施例中，读取模块包括处理模块和显示模块，处理模块用于接收检测装置的图像，并将图像转换为生物信息；显示模块用于显现处理模块的信息。读取模块与高精度光学相机7电连接，用于处理分析高精度光学相机7获取的图像。

杂交反应后的样品上各个反应点的显色位置，或显色强弱经过扫描仪和相关软件分析图像，将成像信号转换成数据，即可以获得有关生物信息，通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息。从而实现在一个封闭的系统内以很短的时间完成从原始样品到获取所需分析结果的全套操作。

本发明的高通量杂交识读一体机，共有两大核心功能，分别是杂交反应和杂交结果的检测。杂交反应是根据碱基互补配对原理，用自动化的方式实现了固定于样品上的探针与DNA样品的杂交显色反应。

带荧光显色标记的DNA或其他样品分子(例如蛋白，因子或小分子)固定于反应单元上，打开舱盖，将反应单元固定于圆盘2，再盖上舱盖12。根据检测需求确定反应单元的数量。三个试剂管4分别加入所需用量的抗体液、显色液、洗涤液，将试剂管4安放于试剂挂架11上。设置杂交时间、抗体时间、显色时间，并设置洗涤次数。

启动控制泵和控制阀5，转动圆盘2，开始杂交。当加入的溶液中带有标记的核酸序列，与样品上对应位置的核酸探针产生互补匹配时，通过确定杂交信号强度最强的探针位置，获得一组序列完全互补的探针序列，据此测出待测靶核酸的序列，保存实验结果。

反应单元上固定有与多个探针配对的序列，分别与多个探针杂交检测。探针分别与固定在反应单元上的序列杂交，杂交后某一探针末端的识别片段即用于进行SNP位点分型检测。杂交后加抗体显色。由于信号探针仅与SNP位点的一种基因型完全配对，因此通过反应单元的显色情况可以准确获知该待测SNP位点的碱基类型。

本发明可同时对大量的核酸和蛋白质等生物分子进行检测和分析。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种高通量杂交识读一体机，其特征在于，包括反应区和识读区，所述识读区用于识别并读取反应区的杂交结果；所述杂交反应为杂交显色反应或者杂交荧光反应；其中：

2.根据权利要求1所述的高通量杂交识读一体机，其特征在于，所述反应区还设有一旋转支撑件，所有反应单元置于所述旋转支撑件上。

3.根据权利要求2所述的高通量杂交识读一体机，其特征在于，所述旋转支撑件开有用于放置各反应单元的反应槽。

4.根据权利要求3所述的高通量杂交识读一体机，其特征在于，所述旋转支撑件转速不固定。

5.根据权利要求3所述的高通量杂交识读一体机，其特征在于，所述旋转支撑件为一圆盘。

6.根据权利要求5所述的高通量杂交识读一体机，其特征在于，所述反应槽分布于圆盘的外圆周上。

7.根据权利要求5所述的高通量杂交识读一体机，其特征在于，所述旋转支撑件为电驱动，并与控制部电连接，所述控制部控制旋转支撑件的旋转方向和旋转速度。

8.根据权利要求7所述的高通量杂交识读一体机，其特征在于，所述反应单元设有出水孔。

9.根据权利要求8所述的高通量杂交识读一体机，其特征在于，所述反应槽设有排液孔。

10.根据权利要求1所述的高通量杂交识读一体机，其特征在于，所述加液组件通过一加液针进行加液。