CN112374972B - 一种生物化学芯片油封液 - Google Patents

一种生物化学芯片油封液 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物化学芯片油封液，用于油封式基因测序领域。本发明所公开的生物化学芯片油封液具备很高的油封效率，可以多轮重复油封，并且根据组分的分子式调整各组分配比，针对不同使用场景实现不同目的的油封。生物化学油封液主要是醚类的成分，包括8‑18个碳原子，包括1‑2个氧原子，碳原子上主要连接有氢和氟。

Description

一种生物化学芯片油封液
技术领域
本发明涉及一种生物化学芯片油封液，属于生物、化学检测领域。更具体的说，本发明涉及一种系统、设备或方法用于大规模的生物化学检测；特别是基因测序。
背景技术
生物化学芯片是一类可以在芯片上进行生物化学实验或者检测的芯片，常见的有基因测序芯片，微流控芯片等。基因测序芯片是生物化学芯片的一种。基因测序是一种新型基因检测技术，能够从血液或者人体附属物中分析测定基因序列，预测患多种疾病的可能性，如癌症或白血病等。基因测序相关产品和技术已由实验室研究演变到临床使用。基因芯片或者说测序芯片是基因测序用的芯片。目前已经有多种多样的基因测序芯片问世。基因芯片的原型是80年代中期提出的。基因芯片的测序原理是杂交测序方法，即通过与一组已知序列的核酸探针杂交进行核酸序列测定的方法，在一块基片表面固定了序列已知的靶核苷酸的探针。当溶液中带有荧光标记的核酸序列，与基因芯片上对应位置的核酸探针产生互补匹配时，通过确定荧光强度，获得一组序列完全互补的探针序列。据此可重组出待测核酸的序列。根据测序方法的不同，测序芯片的设计也完全不一样。比如illumina测序方法中，在综合计算其所需数据量、测序化学的基础上，其芯片是简单的多层结构。现有芯片的设计多种多样，主要的目的还是为满足各种测序反应的需求。在专利号为CN2017105741742的专利中公开了一种油封式的测序芯片，采用油等流体隔离的方式使得测序芯片的微反应室之间相互隔离，实现了微反应室的独立、高通量检测，提高了测序芯片的检测质量。本发明公开了一种生物化学芯片油封液，具备很高的油封效率，可以多轮重复油封，并且根据组分的分子式调整各组分配比，针对不同使用场景实现不同目的的油封。
发明内容
本发明提供一种生物化学芯片油封液，其特征在于具备以下分子式
A-O-B
其中基团A为具有1-12个碳原子的烷基，并且其碳原子上直接相连的为氟或氢；
其中基团B为具有1-12个碳原子的烷基，并且其碳原子上直接相连的为氟或氢；
基团A和基团B通过氧原子连接在一起，并且基团A和基团B的碳原子总数为8-18个。
根据优选的实施方式，所述的基团A或基团B为碳、氟、氢三种元素组成的基团。基团A或基团B与氧直接相连，基团A或基团B由碳链组成，碳链的碳原子上连接氟或氢原子。
根据优选的实施方式，所述基团A的碳原子上相连的氟数目超过氢。
根据优选的实施方式，所述基团B的碳原子上相连的氟数目超过氢。
根据优选的实施方式，所述基团A的碳原子上相连的氢数目小于等于5，优选小于等于4，更优选小于等于3。
根据优选的实施方式，所述基团B的碳原子上相连的氢数目小于等于5，优选小于等于4，更优选小于等于3。
一种生物化学芯片油封液组合物，其特征在于包含前面任一项所述的油封液，并且包含符合前面任一项所述分子式的多种不同基团A和/或基团B的组合。
根据优选的实施方式，所述基团A的碳原子数目大于等于2小于等于10。
根据优选的实施方式，所述基团B的碳原子数目大于等于2小于等于10。
根据优选的实施方式，所述基团A的碳原子数目大于等于2小于等于8。
根据优选的实施方式，所述基团B的碳原子数目大于等于2小于等于8。
根据优选的实施方式，所述基团A的碳原子数目大于等于2小于等于6。
根据优选的实施方式，所述基团B的碳原子数目大于等于2小于等于6。
根据优选的实施方式，以碳原子总数计，所述的油封液组合物中，碳原子大于等于8的组分占总组分的50％以上，优选60％以上，更优选70％以上，更优选80％以上，更优选90％以上。
根据优选的实施方式，以碳原子总数计，所述的油封液组合物中，碳原子大于等于7的组分占总组分的50％以上，优选60％以上，更优选70％以上，更优选80％以上，更优选90％以上。
根据优选的实施方式，以碳原子总数计，所述的油封液组合物中，碳原子数目7-10的组分占总组分的50％以上，优选60％以上，更优选70％以上，更优选80％以上，更优选90％以上。
本发明提供一种生物化学芯片油封液，其特征在于具有以下分子式
A-O-B-O-C
其中基团A为具有1-12个碳原子的烷基，并且其碳原子上直接相连的为氟或氢；
其中基团B为具有1-12个碳原子的烷基，并且其碳原子上直接相连的为氟或氢；
其中基团C为具有1-12个碳原子的烷基，并且其碳原子上直接相连的为氟或氢；
基团A、B、C之间通过氧原子连接，并且基团A、基团B和基团C的碳原子总数为8-18个。
根据优选的实施方式，所述基团A的碳原子上相连的氟数目超过氢。
根据优选的实施方式，所述基团B的碳原子上相连的氟数目超过氢。
根据优选的实施方式，所述基团BC的碳原子上相连的氟数目超过氢。
根据优选的实施方式，所述基团A的碳原子数目大于等于2小于等于10。
根据优选的实施方式，所述基团B的碳原子数目大于等于2小于等于10。
根据优选的实施方式，所述基团A的碳原子数目大于等于2小于等于8。
根据优选的实施方式，所述基团B的碳原子数目大于等于2小于等于8。
根据优选的实施方式，所述基团A的碳原子数目大于等于2小于等于6。
根据优选的实施方式，所述基团B的碳原子数目大于等于2小于等于6。
根据优选的实施方式，以碳原子总数计，所述的油封液组合物中，碳原子大于等于8的组分占总组分的50％以上，优选60％以上，更优选70％以上，更优选80％以上，更优选90％以上。
根据优选的实施方式，以碳原子总数计，所述的油封液组合物中，碳原子大于等于7的组分占总组分的50％以上，优选60％以上，更优选70％以上，更优选80％以上，更优选90％以上。
根据优选的实施方式，以碳原子总数计，所述的油封液组合物中，碳原子数目7-10的组分占总组分的50％以上，优选60％以上，更优选70％以上，更优选80％以上，更优选90％以上。
一种生物化学芯片油封液组合物，其特征在于包含前面任一项所述的油封液，并且包含符合前面所述分子式的多种不同基团A，和/或基团B，和/或基团C的组合。
一种生物化学芯片油封液组合物，其特征在于包含前面任一项所述的油封液。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种油封液的组合，适用于油封的高通量生物化学检测芯片。该油封液的组合与(测序)反应液不互溶，在向芯片内加入测序反应液后再加入该油封液，可以有效地将测序反应液从芯片反应室空间中推出，从而达到将芯片微反应室空间中的反应液油封的效果。利用该生物化学检测芯片进行测序，可以提高检测的通量，并且可以有效避免微反应室空间之间的污染。同时，本发明提供了一种油封液的使用方法，包括进液、油封、解封、再进液的循环，流程简单且重复性好，满足多轮次高通量测序的反应需求。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：
图1为芯片油封示意图，测序反应液101流入芯片的反应室空间102和微反应室空间103，再加入油封液104，将测序反应液推出反应室空间，然后进行反应和成像，最后再加入解封液105，同时将油封液104和微反应室空间中的反应液101冲出芯片。然后再向芯片内注入下一轮反应所需的测序反应液，如此循环；
图2为1H,1H,5H-八氟戊基-1,1,2,2-四氟乙基醚结构式；
图3为实施例1的油封结果图；
图4为实施例2的油封结果图；
图5为实施例3的油封结果图；
图6为实施例4的油封结果图；
图7为实施例5的油封结果图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然描述了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
油封液化学组成：
油封液是一种与测序反应液不互溶的溶液，由含C、H、F、O几种元素或其中部分元素的组合组成。按照化学组成来说，常见的油封液主要种类有：烷烃混合物、全氟烷混合物、寡聚全氟烯烃、含酮的全氟烷混合物、氟代烷基醚、全氟胺类等。
油封液的物理性质：
油封液封闭性能还受如下性质影响。
1沸点。油封液的沸点要高于测序反应液的使用温度，才能达到有效密封的目的。一般地，油封液的沸点要高于100℃，更优选地，要高于110℃。
2含水率。油封液在使用过程中要将测序反应液推出芯片的反应室空间，因此含水率不能过高，否则会导致反应液残留，影响油封效果。一般地，油封液的含水率要低于50ppmw，更优选地，要低于10ppmw。
3粘度。油封液的粘度要高于测序反应液，但粘度过大会导致解封液冲洗不彻底，影响解封效果，因此一般地，油封液的粘度要在1～5cP范围内，优选地，在2～4cP范围内。
油封液的密封效果是受化学组成和物理性质共同作用的结果，因此在筛选油封液时需要综合考虑。
密封原理
微反应室芯片具备大量的相互独立的微反应室。当测序反应的时候，通过一定的手段，将本来通过反应室空间相互连通的各个微反应室隔离，从而将各个微反应室之间的流体流通切断。
油封液推出测序反应液时，利用油-水界面与油-反应室界面的表面张力差，将各个微反应室以外的测序反应液推走。其中微反应室芯片的外表面修饰氟代碳链结构的化合物将更有利于油封。
使用方法：
油封液的使用过程至少包括：进液、油封、解封、再进液的循环，更具体地，包括吸取测序反应液注入芯片、吸取油封液注入芯片、吸取解封液注入芯片。在上述过程以外，还可以包括加入冲洗试剂等辅助试剂。当测序反应液注入芯片后，充满整个芯片的微反应室空间、反应室空间，通入油封液，将前面的试剂推出反应室空间，同时可以将各个微反应室空间分隔开来。由于微坑的存在，微反应室空间在通入密封油以后，还会存留反应液。密封的反应液在一定条件下参加反应，释放出可检测的信息，供仪器检测。检测完成后，再向芯片内注入解封液，同时将油封液和微反应室空间中的反应液冲出芯片。然后再向芯片内注入下一轮反应所需的测序反应液，如此循环。
本发明提供一种生物化学芯片油封液，其特征在于具备以下分子式
A-O-B，
其中基团A为具有1-12个碳原子的烷基，并且其碳原子上直接相连的为氟或氢；
其中基团B为具有1-12个碳原子的烷基，并且其碳原子上直接相连的为氟或氢；
基团A和基团B通过氧原子连接在一起，并且基团A和基团B的碳原子总数为8-18个。
根据优选的实施方式，基团A为烷基链，并且其碳原子上面氟多于氢；优选的，氟大于等于氢数目的2倍。优选的，当碳原子数目大于等于5的时候，其氢原子数目小于等于5。
烷基B具有同A相同的要求，同上。
分子式中碳原子的总数要求小于等于18。经过实验证实，这种要求下，其沸点等更加适合于基因测序的传统温度，例如最高温度60-110度。
分子式中碳原子的总数要求大于等于8。其粘度更加合适，不会太大或太小。
其中所述生物化学芯片指的是密封的生物化学芯片，其至少一个内表面有预先加工好的凹陷微坑。所述油封指的是，油性液体将水性液体密封在预先加工好的微结构或者微坑中。
本发明中所述的油封液可以是一种混合物。通常的，全氟化合物合成的过程中，不需要控制精确的分子量，只需要控制其范围即可。混合物中，不同分子量的组分由于其结构相近，是互溶的，并且常见的方法比较难以将其区分开。
实施例1,
选取一种芯片的结构如图1所示。测序反应液101流入芯片的反应室空间102和微反应室空间103，再加入油封液104，将测序反应液推出反应室空间，然后进行反应和成像，最后再加入解封液105，同时将油封液104和微反应室空间中的反应液101冲出芯片。然后再向芯片内注入下一轮反应所需的测序反应液，如此循环。向芯片内加入含有荧光染料FAM的水溶液模拟测序反应液，再选择一种C5-18全氟烷混合物类的油封液，加入到芯片中，把反应室空间中的FAM水溶液推出芯片外。然后将芯片置于测序仪中，聚焦在微反应室表面拍荧光图像。接下来向芯片内加入解封液乙醇，同时将C5-18全氟烷混合物类的油封液和微反应室空间中的FAM水溶液冲出芯片。然后再向芯片内注入下一轮FAM水溶液，再加入C5-18全氟烷混合物类的油封液，拍照后通入解封液解封，如此循环。
从加入FAM溶液到解封记为一个轮，一共测试50个轮，然后通过拼图软件将芯片全部位置的图片合并拼成一个完整的图像，同时分析在50个轮的循环过程中，整个芯片表面累计的不残水残油面积随轮数的变化趋势，再根据50轮累计不残水残油区域所占整个芯片表面区域的比例来评价油封液的使用效果。一般来说，不残水残油比例越高，油封液的使用效果越好；对于每种油封液，多次测量不残水残油比例CV大约为10％。本次测试结果如图3所示，结果显示，该C5-18全氟烷混合物类的油封液不残水残油比例为93.3％。
实施例2,
选取一种芯片的结构如图1所示。向芯片内加入含有荧光染料FAM的水溶液模拟测序反应液，再选择一种C8-C12全氟烷混合物类的油封液，加入到芯片中，把反应室空间中的FAM水溶液推出芯片外。然后将芯片置于测序仪中，聚焦在微反应室表面拍荧光图像。接下来向芯片内加入解封液乙醇，同时将C8-C12全氟烷混合物类的油封液和微反应室空间中的FAM水溶液冲出芯片。然后再向芯片内注入下一轮FAM水溶液，再加入C8-C12全氟烷混合物类的油封液，拍照后通入解封液解封，如此循环。
同样地，一共测试50个轮，然后同实施例1一样通过拼图软件将芯片全部位置的图片合并拼成一个完整的图像，同时分析在50个轮的循环过程中累计不残水残油区域所占整个芯片表面区域的比例，评价油封液的使用效果。本次测试结果如图4所示，结果显示，该C8-12全氟烷混合物类的油封液不残水残油比例为28.4％。怀疑该混合物纯度不够，有影响seal效果的杂质存在。
实施例3,
选取一种芯片的结构如图1所示。向芯片内加入含有荧光染料FAM的水溶液模拟测序反应液，再选择一种含酮类全氟烷混合物类的油封液，加入到芯片中，把反应室空间中的FAM水溶液推出芯片外。然后将芯片置于测序仪中，聚焦在微反应室表面拍荧光图像。接下来向芯片内加入解封液乙醇，同时将含酮全氟烷混合物类的油封液和微反应室空间中的FAM水溶液冲出芯片。然后再向芯片内注入下一轮FAM水溶液，再加入含酮全氟烷混合物类的油封液，拍照后通入解封液解封，如此循环。
同样地，一共测试50个轮，然后同实施例1一样通过拼图软件将芯片全部位置的图片合并拼成一个完整的图像，同时分析在50个轮的循环过程中累计不残水残油区域所占整个芯片表面区域的比例，评价油封液的使用效果。本次测试结果如图5所示，结果显示，该含酮全氟烷混合物类的油封液不残水残油比例为33.5％。
实施例4,
选取一种芯片的结构如图1所示。向芯片内加入含有荧光染料FAM的水溶液模拟测序反应液，再选择一种氟代烷基醚类的油封液(具体为1H,1H,5H-八氟戊基-1,1,2,2-四氟乙基醚，结构式如图2所示)，加入到芯片中，把反应室空间中的FAM水溶液推出芯片外。然后将芯片置于测序仪中，聚焦在微反应室表面拍荧光图像。接下来向芯片内加入解封液乙醇，同时将含氟代烷基醚类的油封液和微反应室空间中的FAM水溶液冲出芯片。然后再向芯片内注入下一轮FAM水溶液，再加入氟代烷基醚类的油封液，拍照后通入解封液解封，如此循环。
同样地，一共测试50个轮，然后同实施例1一样通过拼图软件将芯片全部位置的图片合并拼成一个完整的图像，同时分析在50个轮的循环过程中累计不残水残油区域所占整个芯片表面区域的比例，评价油封液的使用效果。本次测试结果如图6所示，结果显示，该氟代烷基醚类的油封液不残水残油比例为94.5％。
实施例5
选取一种芯片的结构如图1所示。向芯片内加入含有荧光染料FAM的水溶液模拟测序反应液，再选择一种全氟胺类的油封液(具体为全氟三戊胺)，加入到芯片中，把反应室空间中的FAM水溶液推出芯片外。然后将芯片置于测序仪中，聚焦在微反应室表面拍荧光图像。接下来向芯片内加入解封液乙醇，同时将含全氟胺类的油封液和微反应室空间中的FAM水溶液冲出芯片。然后再向芯片内注入下一轮FAM水溶液，再加入全氟胺类的油封液，拍照后通入解封液解封，如此循环。
同样地，一共测试50个轮，然后同实施例1一样通过拼图软件将芯片全部位置的图片合并拼成一个完整的图像，同时分析在50个轮的循环过程中累计不残水残油区域所占整个芯片表面区域的比例，评价油封液的使用效果。本次测试结果如图7所示，结果显示，该全氟胺类的油封液不残水残油比例为43.2％。
可以简单的同常见的油封液进行对比。例如下表1：
表1：常见油封液信息汇总
Figure BDA0002689539610000091
Figure BDA0002689539610000101
本发明列举了可能的油封液的典型例子，可以看出的是，在列举的例子中的油封效果更好。可以简单的说明的，简单的改变油封液的分子式，例如增加一两个碳原子，或者只添加极少的其它原子，并不会导致油封液性能的急剧下降。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种生物化学油封液在基因测序中的使用方法，其特征在于油封液具备以下分子式:
A-O-B,
其中基团A为具有1-12个碳原子的烷基，并且其碳原子上直接相连的为氟或氢；
其中基团B为具有1-12个碳原子的烷基，并且其碳原子上直接相连的为氟或氢；
基团A和基团B通过氧原子连接在一起，并且基团A和基团B的碳原子总数为8-18个；
测序反应液流入基因测序芯片的反应室空间和微反应室空间，再加入生物化学油封液，将测序反应液推出反应室空间，然后进行反应和成像，最后再加入解封液，同时将生物化学油封液和微反应室空间中的反应液冲出芯片；
其中，所述基团A烷基的碳原子上面氟多于氢；所述基团B烷基的碳原子上面氟多于氢。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基团A烷基碳原子上面氟大于等于氢数目的2倍。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当基团A烷基碳原子数目大于等于5的时候，其氢原子数目小于等于5。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基团B烷基碳原子上面氟大于等于氢数目的2倍。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当基团B烷基碳原子数目大于等于5的时候，其氢原子数目小于等于5。
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