CN113981546B - 一种封装的生物芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供了一种封装的生物芯片，包括生物芯片和芯片支架，其中，生物芯片包括基片和固定在基片上的探针，探针用于捕获待测样品中靶标生物分子，被激发后形成可识别的荧光信号；芯片支架包括底板、内侧壁和外侧壁；将生物芯片固定有探针的一面朝下置于芯片支架的内侧壁上，形成由生物芯片和芯片支架围成的封闭的杂交空间。其中芯片支架的底板上还设置有2个对称的液孔，及与液孔配套的密封塞。该发明的封装的生物芯片，结构简单、成本低，可以直接用于芯片的杂交、清洗、荧光激发和成像检测等过程，使用操作方便，还可以将生物芯片应用于POCT领域，具有显著的经济意义和社会效益。

Description

一种封装的生物芯片
技术领域
本发明涉及检测仪器设备领域，具体的涉及到体外诊断检测及分子诊断检测技术领域，尤其是涉及到一种封装的生物芯片，更具体的说是一种即时检测的中低密度的基因芯片和蛋白芯片。
背景技术
生物芯片（biochip），早期文献中与基因芯片的概念是一致的，随着技术的深入研究，生物芯片广义上是指根据生物分子间特异相互作用的原理，将生化分析过程集成于芯片表面，从而实现对DNA、RNA、多肽、蛋白质以及其他生物成分的高通量快速检测。根据芯片表面固定的探针类型的不同，生物芯片分为基因芯片、蛋白芯片、组织芯片和细胞芯片等。中国生物芯片研究始于1997-1998年间，但发展迅速，2011年，博奥生物研发的遗传性致聋基因芯片上市，这是我国生物芯片产业化道路上第一个自主研制的商业化产品。生物芯片尤其适合在感染性疾病检测、疫情监控、肿瘤标志物检测和药物滥用等多因素筛查中，其中，中低密度生物芯片的探针数目在几十到几千之间，区别于探针几万至上百万的专业性更高、成本更高、操作更复杂的高密度生物芯片，更适合用于采样现场、ICU监护室、手术室、急诊室等现场检测或病人床边的即时检测(point-of-care testing，POCT)领域。
然而，当前市场上的中低密度生物芯片常常以无封装的裸基因芯片为主，使用时一般需要加围栏、加盖片后进行杂交，杂交后的清洗也需要特殊的支架与容器，造成生物芯片检测过程较为复杂，达不到方便快捷的POCT使用要求，在一定程度上限制了生物芯片在POCT领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单，操作简单、低成本、适用于中低密度的封装的生物芯片。
本发明的目的还在于提供一种封装的基因芯片和封装的蛋白芯片。
为达到上述目的或目的之一，本发明提供了如下技术方案：
一种封装的生物芯片，包括生物芯片和芯片支架，其中，该生物芯片包括基片和基片的一面上固定的探针,该基片为透光的固相片状结构；该芯片支架包括底板、内侧壁和外侧壁；该生物芯片置于芯片支架的内侧壁上，形成由生物芯片和芯片支架围成的封闭的杂交空间，基片上固定有探针的一面朝下置于芯片支架的内侧壁上，使探针置于该杂交空间内，用于捕获待测样品中靶标生物分子，被激发后形成可识别的荧光信号。
根据本发明的一个优选实施例，该芯片支架的底板上设置有液孔，该液孔的内沿与该杂交空间的端部相切。
根据本发明的一个优选实施例，该芯片支架的内侧壁低于外侧壁且紧贴外侧壁的内侧。
根据本发明的一个优选实施例，该内侧壁的厚度不均匀。
根据本发明的一个优选实施例，该底板上的液孔为对称设置的2个，还包括与液孔大小契合的密封塞，用于封闭液孔。
根据本发明的一个优选实施例，该底板与基片之间相距0.1-2毫米。
根据本发明的一个优选实施例，该生物芯片为中低密度的基因芯片或蛋白芯片。
一种封装的生物芯片的制备方法，包括以下步骤：1）生物芯片的制备：选用透光的固相片状结构的基片，在基片的一面固定探针；2）芯片支架的制备：根据设计的尺寸，选用底板、内侧壁和外侧壁，该底板和外侧壁组合成芯片支架的外部框架，该内侧壁固定在外侧壁的内侧面，且内侧壁比外侧壁低；该底板上设有液孔；3）封装的基因芯片的组装：利用胶粘剂将步骤1）所得的生物芯片固定在步骤2）所得芯片支架的内侧壁的顶部，使基片上固定有探针的一面朝下，置于由生物芯片和芯片支架围成的杂交空间内，既得封装的生物芯片。
一种封装的生物芯片的应用，使用时，封装的生物芯片竖立放置，一个液孔用于液体的进出，该液孔置于下部，控制芯片杂交过程中液体的进入和排出，另一个液孔置于上部，用于气体进出。
根据本发明的一个优选实施例，该封装的生物芯片在使用时，液体的进入和排出可以是自动控制，也可以是手动控制。
本发明的有益效果：
根据本发明所述的封装的生物芯片，主要包括生物芯片和芯片支架，芯片支架包括底板、内侧壁和外侧壁，其中，内侧壁低于外侧壁并紧贴于外侧壁内侧，形成一个刚好容纳生物芯片的内陷平台，生物芯片上固定有探针的一面朝下置于芯片支架的内侧壁上，这样就形成了由生物芯片和芯片支架围成的封闭的杂交空间。具体地，底板上还包括密封塞，该密封塞与液孔大小契合，塞在液孔处，这样形成的杂交空间仍然能够保证封闭；具体使用时，可以根据情况取下密封塞，通过底板的两个液孔与外部实现液体和气体的进出交互，从而保证生物芯片上探针能够与进入杂交空间的液体接触，并与其中的目标分子进行特异性结合、清洗、杂交结果识别等过程，最终完成整个杂交过程。
本发明所述生物芯片包括基因芯片或蛋白芯片，尤其适合探针数目为几十至几千的中低密度的生物芯片，更加适合将生物芯片普及到POCT领域。此外，保证生物芯片杂交的条件的前提下，封装的生物芯片，更加能够保证生物芯片的质量和稳定性，同时也提高了生物芯片检测的操作简便性，成本也大大降低，更加符合POCT产品的本质需求。本发明利用芯片支架包裹生物芯片形成杂交空间的方式使生物芯片的检测过程不需要额外的容器与设备，不再需要小心地粘围栏，不再担心围栏漏液，因此使用方便、操作快捷，后续检测过程的操作还能够实现自动化，进一步增加了生物芯片进入POCT领域的可能性。因此，即可将中低密度的基因芯片推广应用于POCT领域，也可以推动蛋白芯片在POCT领域的应用，这样基因芯片和蛋白芯片都可以走近使用者，走入千家万户，有效为老百姓服务，扩大了生物芯片技术在大健康产业中的应用范围。
本发明所述中低密度的基因芯片或蛋白芯片，俯视角度看到的剖面中，一般情况下基片长（L）和基片宽（W）为固定值，比如L=75毫米，W=25毫米，内侧壁的厚度（T）一般根据所设计的形状可以设置成不同的尺寸，比如当内侧壁的厚度（T）的最薄处为2毫米，及所形成的杂交空间的两端弧形面的半径（R）为12毫米的条件下，所形成的杂交空间的底面积是固定的，上述数值情况下，通过面积计算公式算得为1675. 85平方毫米，此时，杂交反应所容纳的杂交反应液的体积（即杂交空间的容积）与底板与基片之间的距离（H）有关，底板与基片的距离（H）设置主要通过设置芯片支架的内侧壁的高度完成，因此，可以依据生物芯片上探针标记荧光物质的类型及待检物质的杂交空间中所需要的液体量设置底板与基片的距离。底板与基片之间的距离（H），即内侧壁高度(H)一般可以设置为0.1-2毫米，通过内侧壁高度的调整，可以设置杂交空间不同容积的一系列封装的生物芯片，即杂交空间内需要填充的杂交反应的液体量随着底板与基片之间的距离（H）的改变而改变，从而形成一系列容纳不同量杂交反应液的生物芯片，满足不同生物芯片反应条件多样性的需求。比如，上述固定底面积1675. 85平方毫米的情况下，底板与基片之间的距离（H）最小0.1毫米时，杂交空间的容积为1675. 85平方毫米×0.1毫米=167.59微升=0.168毫升；底板与基片之间的距离（H）最大为2毫米时，杂交空间的容积为1675. 85平方毫米×2毫米=3351.69 微升=3.352毫升；即在底面积固定为1675. 85平方毫米的情况下，杂交空间的容积为0.168毫升-3.352毫升。此外，杂交空间底面积的形状和内侧壁的厚度（T）都是可以进行不同调整的，因此，所形成的杂交空间的容积具有更多的多样性，可以满足不同杂交反应液量的多样性反应需求。
本发明所用的芯片支架具有支撑、固定、封闭生物芯片的作用，侧壁由外铡壁与内侧壁两部分组合构成，内侧壁比外侧壁低一个基片的厚度，保证生物芯片能镶嵌并固定到外侧壁内部并落于内侧壁之上；生物芯片上固定有探针的一面朝下置于芯片支架的内侧壁上，可以保证探针与杂交空间中的液体充分接触。芯片支架和生物芯片是封装为一体的结构，形成封装的生物芯片，即克服了生物芯片存放不便的困难，还极大的降低了生物芯片检测过程的复杂性，使得封装的生物芯片摆脱实验容器的限制，使用更加方便快捷。
芯片支架的底板的内侧壁与生物芯片共同围成杂交空间，所述杂交空间可以根据杂交反应的条件设置成封闭的空间，也可以通过底板上密封塞的开合实现与外部的连通，从而形成能够与外界进行气、液交互的可调控的半封闭的空间。本发明所述内侧壁，形成杂交空间端部的顶点，底板上与杂交空间的两个端部顶点相切的位置上设置有两个液孔，且液孔的内沿与杂交空间的端部顶点相切，液孔方便了杂交空间内液体的有效排出，相切又可以进一步保证杂交空间内液体的有效排净。此外，液孔的设置可以满足检测过程中进液与排液操作即可手动，也可实现自动化。
本发明所述封装的生物芯片使用时，可以竖立放置，保证底板的一个液孔在上部，另一个液孔在下部，上部的液孔用于气体进出，下部的液孔用于液体进出。进液时，液体从下部的液孔进入，杂交空间内的空气从上部的液孔排出，保证所有的杂交空间都由溶液充满；排液时，从上部液孔注入空气，杂交空间的所有液体均从下部液孔流出；液体的进出可以通过液孔与液体泵等自动进出液装置连接后实现自动控制液体进出速率、进出量等，也可以是手动方式实现液体的加入和倾倒去除；由于液孔内沿与杂交空间的端部顶点相切，可以保证所有的溶液均从下部的液孔排净，避免了残留液体导致的干扰。
本发明所述封装的生物芯片的基片为透光的固相片状结构，其中重点在于本发明所述生物芯片为一体封装的结构，其中，基片是透光的，既可以保证激发光线能够通过基片照射到基片上固定的探针上，又能够保证探针上激发后形成荧光信号，可以通过透光的基片直接被识别到，免去传统裸生物芯片还需要将围栏、盖片去除后进行荧光信号判读的过程，操作更简便易行。
此外，本发明所述封装的生物芯片，包括了一系列的优化设计，比如生物芯片通过外侧壁与内侧壁一体封装的设计，杂交空间的端部顶点优化设计，液孔与杂交空间端部顶点相切的设计等等，即保证了液体能够充分排出而避免交叉干扰，又降低了生物芯片的制造和使用成本，还能最大程度地保证了封装的生物芯片输出结果的灵敏度，非常适合将该生物芯片向POCT领域的进行应用、推广和普及。
附图说明
图1为本发明的封装的生物芯片的俯视透视图；
图2为本发明的封装的生物芯片的正视剖视图；
图3为本发明的封装的生物芯片中的芯片支架正视剖视图及局部放大图；
图4本发明的封装的生物芯片中的液孔与杂交空间相切关系的俯视示意图；
图5为本发明的封装的生物芯片的实施例的检测结果对比图；
图中，1、底板；2、内侧壁；3、外侧壁；4、液孔；5、组合侧壁；6、基片；7、探针；8、杂交空间。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的示例性的实施例，其中相同或相似的标号表示相同或相似的元件。另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
图1和图2分别示出了本发明的封装的生物芯片的俯视透视图和正视剖视图。根据本发明的总体构思，提供了一种封装的生物芯片，包括生物芯片和芯片支架，其中，生物芯片包括基片6和固定在基片6上的探针7，探针7用于捕获待测样品中荧光标记的靶标生物分子，被激发后形成可识别的荧光信号；芯片支架包括底板1、内侧壁2和外侧壁3；内侧壁2和外侧壁3共同构成组合侧壁5，将生物芯片固定有探针7的一面朝下置于芯片支架的内侧壁2上，形成由生物芯片和芯片支架围成的封闭的杂交空间8。其中芯片支架的底板1上还设置有2个对称的液孔4，及与液孔4配套的密封塞。该发明的封装的生物芯片，基片6选用透光的固相片状结构，比如光学玻璃、石英玻璃、有机玻璃、聚酯等，因此，透明的基片6可以直接用于芯片的杂交、清洗、荧光激发和成像检测等过程，避免了传统芯片检测需要粘围栏、加盖片，需要专用的支架与容器对芯片进行放进、取出等繁琐的操作流程和步骤，该封装的生物芯片操作简单、成本低，还可以将生物芯片应用于POCT领域，具有显著的经济意义和社会效益。
实施例1：封装的基因芯片A的制备、自动加液和检测流程如下：
1）中低密度的基因芯片的制备：设计并合成5＇端有氨基修饰的寡核苷酸的探针7（委托上海生工合成、昆山普诺普和公司合成），点样仪（进口设备：GESIM Nano-PlotterNP2.1/E）通过压电喷点到基片6（厂家：博奥晶典，类型：玻璃基片，规格：长75mm、宽25mm、厚1mm，），制得中低密度的基因芯片为10×10列阵重复的基因芯片（点位面积：长60mm，宽18mm），该制得的中低密度的基因芯片，简称基因芯片A。
2）芯片支架的制备：芯片支架包括底板1、内侧壁2和外侧壁3（委托辽宁沈阳深港塑料有限公司按上述条件定制），通过注塑方式一体合成，其中，外侧壁3厚1.2mm、高2mm，内侧壁2最薄处厚度为2mm，内侧壁2高1mm，内侧壁2的顶部用于承载生物芯片，底板1厚度为1.2mm，外侧壁3与内侧壁2均固定在底板1的上表面，液孔4直径2mm，制得芯片支架。
3）封装的基因芯片A的组装：利用胶枪将环氧树脂胶粘剂（3M公司，型号：DP420）均匀涂布在内侧壁2的顶部，取步骤1）所得的基因芯片A，使固定有探针7的一面朝向底板1方向，将基因芯片A放置在步骤2）所得的芯片支架的内侧壁2的带胶粘剂的顶部，压紧并于60℃固定10分钟，底板1与基因芯片的基片6的距离为1mm，得到封装的基因芯片A。该封装的基因芯片A的杂交空间8中可容纳的杂交溶液的体积为1.676毫升。
4）封装的基因芯片A的清洗：将封装的基因芯片A竖立，用注射泵通过下方液孔4将清洗液注入到封装的基因芯片中，并从上方的液孔4流出，保证封装的基因芯片能够按设定的流速、设定的用量完成封装的基因芯片清洗过程，清洗液汇集到回收器中；完成清洗后，将下方液孔4连接回收器，在重力作用下，封装的基因芯片中的清洗液自动流入到回收器中，再将无菌空气从上方的液孔4通入，并从下方液孔4排出，完成封装的基因芯片A的吹干。
5）封装的基因芯片A的杂交：继续保持封装的基因芯片A呈竖立状态，将CY3标记的待检核酸样品液1.676ml通过下方液孔4注入杂交空间8中，37℃杂交反应30min；杂交后自动泵入清洗液清洗，清洗后泵出并排净清洗液，待检。
6）封装的基因芯片A的结果检测：将步骤5）中完成杂交反应的封装的基因芯片A放入基因芯片检测仪中，激发光源的波长为535nm，利用发射波长570nm进行检测，CMOS相机获得的检测结果的图像，并利用配套的分析软件进行芯片杂交结果分析。
7）检测结果对比：图5中A为封装的基因芯片A的检测结果图，图5中B为步骤1）直接制得的基因芯片A的同步杂交的检测结果图。通过对比可见：图5中的A阳性探针7结果呈现为边界圆滑、图像清晰的光斑，阴性结果与阳性结果区分明显，与未进行封装的基因芯片A检测结果（即图5中B）无明显差别，即因此，封装的基因芯片A和未经封装的基因芯片A的检测结果一致。
关于杂交空间8所容纳溶液容积的计算如下：从图1的俯视透视图所示的俯视角度看到：本发明所述中低密度的基因芯片或蛋白芯片，基片6长（L）一般为75毫米，基片6宽（W）一般为25毫米，当内侧壁2的厚度（T）为2毫米的条件下，所形成的杂交空间8的两端弧形侧面的半径（R）为12毫米，因此，在上述尺寸固定的情况下，杂交空间8的底面积通过面积计算公式算得为1675. 85平方毫米（mm2）。在底面积固定的情况下，杂交反应所容纳的液体量（即体积）还与底板1与基片6之间的距离（H）有关，底板1与基片6的距离设置主要通过设置芯片支架的内侧壁2的高度完成，依据生物芯片上探针7标记荧光物质的类型及待检物质的杂交空间8中所需要的液体量设置底板1与基片6的距离。底板1与基片6之间的距离（H），即内侧壁2高度(H)一般为0.1-2毫米，通过内侧壁2高度的调整，可以设置杂交空间8容积不同的一系列封装的生物芯片，即杂交空间8内需要填充的杂交反应的液体量随着底板1与基片6之间的距离（H）的改变而改变，从而形成一系列容纳不同量杂交反应液的生物芯片，满足不同生物芯片反应条件多样性的需求。如果以上述内侧壁2的厚度（T）为2毫米（对应的底面积为1675. 85mm2）为系列设计的基础，底板1与基片6之间的距离（H）不同所容纳的杂交反应液的体积如下表：
底板与基片之间的距离（H）（毫米） 体积（微升）
0.1 167.58
0.2 335.17
0.3 502.75
0.4 670.34
0.5 837.92
0.6 1005.51
0.7 1173.09
0.8 1340.68
0.9 1508.26
1 1675.85
2 3351.69
由此可知，在杂交空间8的底面积固定的情况下，底板1与基片6之间的距离（H）与杂交空间8可以容纳杂交反应液的容积密切相关，从上表1可以查得：如果底板1与基片6之间的距离（H）为0.5毫米，体积为837.92微升=0.838毫升；如果底板1与基片6之间的距离（H）为1毫米，体积为1675.85微升=1.676毫升。
关于液孔4的内沿与杂交空间8的端部相切，具体含义解释如下：首先，说明一下图1中由生物芯片和芯片支架围成的封闭的杂交空间8中，与芯片支架上液孔4的内沿相切的杂交空间8的端部，从俯视图可见圆弧结构，但是实际应用中，不限定于圆弧结构，也可以是三角形等，即如图4上方2种组合侧壁5所围成的俯视图所示例的2种形状；其次，封闭的杂交空间8上端为固定的生物芯片的基片6，四周为由外侧壁3和内侧壁2组合形成的组合侧壁5，杂交空间8与组合侧壁5中的内侧壁2相邻接，下端邻接地是芯片支架的底板1，其中组合侧壁5是固定在底板1上的，且底板1上还设置有液孔4，一般情况下液孔4对称设置2个，当液孔4被契合的密封塞封闭后即可形成封闭的杂交空间8；再次，图1和图4所示底板1上液孔4的形状为圆形，但圆形液孔4所在位置仅仅代表从底板1上所切出的液孔4的圆形位置，圆形线段的粗细不代表液孔4有侧壁之类的结构，仅仅代表液孔4的位置，且圆形内部为空，所述圆形位置的空洞可以被大小契合的密封塞塞住形成封闭的结构；最后，相切一般表示圆形与另一个几何形状无限相近，趋于重合的位置关系，本发明中相切是指芯片支架的底板1上的圆形液孔4与杂交空间8的端部相切，即图4中所示的组合侧壁5固定在底板1上时，不仅杂交空间8的下端和侧壁相邻接的顶点与底板1上液孔4所在位置的邻接点处是无限相近，趋于重合的相切关系，而且组合侧壁5中的内侧壁2最薄处的内沿与底板1上液孔4所在位置也是相切；因此，液孔4的内沿与所述杂交空间8的端部相切能够保证杂交空间8的每一次加入的杂交反应液（包括清洗液）在杂交过程中能够排净，减少对下一步反应的干扰。
实施例2：封装的基因芯片B的制备、手动加液和检测流程如下：
1)中低密度的基因芯片的制备：设计并合成5＇端有氨基修饰的寡核苷酸的探针7（上海生工合成），点样仪（进口设备：GESIM Nano-Plotter NP2.1/E）通过压电喷点到基片6（厂家：博奥晶典，类型：玻璃基片，规格：长75mm、宽25mm、厚1mm），制得中低密度的基因芯片为10×10列阵重复的基因芯片（点位面积：长60mm，宽18mm），该制得的中低密度的基因芯片，简称基因芯片B。
2）芯片支架的制备：芯片支架包括底板1、内侧壁2和外侧壁3，（委托辽宁沈阳深港塑料有限公司按上述条件定制），通过注塑方式一体合成，其中，外侧壁3厚1mm、高3mm，内侧壁2最薄处厚度为2.5mm、内侧壁2高2mm，底板1厚度为1.5mm，液孔4直径2mm，制得芯片支架。
3）封装的基因芯片B的组装：利用胶枪将环氧树脂胶粘剂（3M公司，型号：DP420）均匀涂布在内侧壁2的顶部，取步骤1）所得的基因芯片B，使固定有探针7的一面朝向底板1方向，将基因芯片A放置在步骤2）所得的芯片支架的内侧壁2的带胶粘剂的顶部，压紧并于60℃固定10分钟，底板1与基因芯片的基片6的距离为2mm，得到封装的基因芯片B。
4）封装的基因芯片B的清洗：将封装的基因芯片A竖立，直接通过下方的液孔4手动加入清洗液3.352ml后塞紧密封塞封闭底板1上方的液孔4；再将底板1下方的液孔4塞紧，清洗液室温清洗2min，将清洗液从杂交空间8中向外排净。
5）封装的基因芯片B的杂交：保持封装的基因芯片竖立状态，将CY5标记的待检核酸样品液3.352ml 通过下方的液孔4手动注入到杂交空间8中，塞紧两个液孔42℃反应30min，排净样品液，再次注入清洗液3.352ml 室温清洗2min后排净清洗液，清洗5次待检。
6）封装的基因芯片B的结果检测：将步骤5）中完成杂交反应的封装的基因芯片B放入基因芯片检测仪中，激发光源的波长为630nm，利用发射波长670nm进行检测，CMOS相机获得的检测结果的图像，并利用配套的分析软件进行芯片杂交结果分析。
7)检测结果对比：图5中C为封装的基因芯片B的检测结果图，图5中D为步骤1）直接制得的基因芯片B的同步杂交的检测结果图。通过对比可见：图5中的C阳性探针7结果呈现为边界圆滑、图像清晰的光斑，阴性结果与阳性结果区分明显，与未进行封装的基因芯片B的检测结果（即图5中D）无明显差别，因此，封装的基因芯片B和未经封装的基因芯片B的检测结果一致。
实施例3：封装的基因芯片C的制备、手动加液和检测流程如下：
1）中低密度的基因芯片的制备：设计并合成5＇端有氨基修饰的寡核苷酸的探针7（委托上海生工合成、昆山普诺普和公司合成），点样仪（进口设备：GESIM Nano-PlotterNP2.1/E）通过压电喷点到基片6（厂家：博奥晶典，类型：玻璃基片，规格：长75mm、宽25mm、厚1mm，），制得中低密度的基因芯片为10×10列阵重复的基因芯片（点位面积：长60mm，宽18mm），该制得的中低密度的基因芯片，简称基因芯片C。
2）芯片支架的制备：芯片支架包括底板1、内侧壁2和外侧壁3（委托辽宁沈阳深港塑料有限公司按上述条件定制），通过注塑方式一体合成，其中，外侧壁3厚1.2mm、高1.5mm，内侧壁2最薄处厚度为2mm，内侧壁2高0.5mm，内侧壁2的顶部用于承载生物芯片，底板1厚度为1.2mm，外侧壁3与内侧壁2均固定在底板1的上表面，液孔4直径2mm，制得芯片支架。
3）封装的基因芯片C的组装：利用胶枪将环氧树脂胶粘剂（3M公司，型号：DP420）均匀涂布在内侧壁2的顶部，取步骤1）所得的基因芯片C，使固定有探针7的一面朝向底板1方向，将基因芯片C放置在步骤2）所得的芯片支架的内侧壁2的带胶粘剂的顶部，压紧并于60℃固定10分钟，底板1与基因芯片的基片6的距离为0.5mm，得到封装的基因芯片C。该封装的基因芯片C的杂交空间8中可容纳的杂交溶液的体积为0.838毫升。
4）封装的基因芯片C的清洗：将封装的基因芯片C倾斜放置，用移液器从下方的液孔4注入0.838毫升清洗液，清洗液充满杂交空间8；将封装的基因芯片C平放，清洗液覆盖杂交空间8，静止10分钟，利用连接移液器枪头的吸耳球从上方的液孔4将封装的基因芯片C内清洗液全部吹出；
5)重复以上操作2次，并使清洗液全部排出；
6）封装的基因芯片C的杂交：将封装的基因芯片C倾斜放置，用移液器将CY5标记的待检核酸样品液0.838毫升，通过下方液孔4注入杂交空间8中，平放后，用堵头将两个液孔4封闭；56℃反应30min后，取下堵头，利用移液枪将封装的基因芯片C的杂交空间8中的杂交液取出；重复清洗过程，保证封装的基因芯片C清洗液全部排出；
7）封装的基因芯片C的结果检测：将步骤6）中完成杂交反应的封装的基因芯片C放入基因芯片检测仪中，激发光源的波长为630nm，利用发射波长670nm进行检测，CMOS相机获得的检测结果的图像，并利用配套的分析软件进行芯片杂交结果分析。
8）检测结果对比：图5中E为封装的基因芯片C的检测结果图，图5中F为步骤1）直接制得的基因芯片C的同步杂交的检测结果图。通过对比可见：图5中的E阳性探针7结果呈现为边界圆滑、图像清晰的光斑，阴性结果与阳性结果区分明显，与未进行封装的基因芯片C检测结果（即图5中F）无明显差别，即因此，封装的基因芯片C和未经封装的基因芯片C的检测结果一致。
实施例4：封装的蛋白芯片的制备、自动加液和检测流程如下：
1)蛋白芯片的制备：在用多聚赖氨酸包被的基片中用移液枪加0.1微升一抗（单抗抗体），重复点样至3个，4℃保湿状态下固定18小时，用清洗液清洗6次，用BSA蛋白溶液进行封闭，清洗后得蛋白芯片。
2)芯片支架的制备：芯片支架包括底板1、内侧壁2和外侧壁3，（委托辽宁沈阳深港塑料有限公司按上述条件定制），通过注塑方式一体合成，其中，外侧壁3厚1.2mm、高1.5mm，内侧壁2最薄处厚度为2mm，内侧壁2高0.5mm，内侧壁2的顶部用于承载生物芯片、底板1厚度为1.2mm，外侧壁3与内侧壁2均固定在底板1的上表面，液孔4直径2mm，制得芯片支架。
3)封装的蛋白芯片的组装：利用胶枪将环氧树脂胶粘剂（3M公司，型号：DP420）均匀涂布在内侧壁2的顶部，取步骤1）所得的蛋白芯片，使固定有一抗的一面朝向底板1方向，将蛋白芯片放置在步骤2）所得的芯片支架的内侧壁2的带胶粘剂的顶部，压紧并于4℃固定12小时，底板1与生物芯片的基片6的距离为0.5mm，得到封装的蛋白芯片，计算杂交空间8的体积为0.838毫升。
4)封装的蛋白芯片的清洗：将封装的蛋白芯片竖立连接清洗管道，下方的液孔4连接进液管，上方的液孔4的连接排空管道，由泵自动输入20毫升清洗液，以5mL/分钟的流速进行清洗；清洗后切换管道，下方的液孔4的连接排空管道，上方的液孔4的连接管连接气体管道，由气泵将蛋白芯片中的清洗液全部排出，用于杂交；
5)封装的蛋白芯片的杂交：保持封装的蛋白芯片竖立状态，将待检靶标蛋白样品液0.838毫升通过下方液孔4注入杂交空间8中，室温下杂交反应60min后泵出样品液，按操作4的步骤完成蛋白芯片的清洗；用于后继的检测。
6)封装的蛋白芯片杂交结果的检测：将步骤5）中完成杂交反应的封装的蛋白芯片中加入检测用第二种一抗检测液，第二种一抗将与特定的靶标识别与结合，最终蛋白芯片上特异结合的靶标蛋白又结合上了特异的第二种一抗（夹心法），由此完成特定第二种一抗与蛋白芯片特定位置的对应；加入识别所有第二种一抗的荧光标记二抗，标记二抗上标记有荧光基团（CY5）；清洗去除未结合的标记二抗，将清洗后蛋白芯片放入芯片检测仪中，激发光源的波长为630nm，利用发射波长670nm进行检测，CMOS相机获得的检测结果的图像，并利用配套的分析软件进行芯片杂交结果分析。
7)检测结果对比：图5中G为封装的蛋白芯片的检测结果图，图5中H为步骤1）直接制得的蛋白芯片的同步杂交的检测结果图。通过对比可见：图5中G的阳性结果呈现为边界圆滑、图像清晰的光斑，阴性结果与阳性结果区分明显，与未进行封装的蛋白芯片检测结果（即图5中H）无明显差别，即因此，封装的蛋白芯片和未经封装的因芯片的自动加液操作的检测结果一致。
因此，通过本发明所述封装的生物芯片，具体结构包括生物芯片和芯片支架，该发明所述生物芯片是一体封装的结构，结构合理、简单，使用方便，主要应用于中低密度的基因芯片或蛋白芯片，尤其适合推广应用到POCT检测领域，使用范围更广，应用人群更多。本发明所述封装的生物芯片检测结果准确、稳定，与传统的生物芯片相比，一致性良好。
尽管具体实施方式中示出和描述了本发明所述的实施例为封装的基因芯片，但基于生物芯片领域的普通技术人员而言，可以容易的理解到本发明所述的生物芯片可以应用到蛋白芯片领域。在不脱离本发明公开的原理和发明内容描述的情况下，可以对所述实施例进行变化，本公开的适用范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种封装的生物芯片，其特征在于，包括：生物芯片和芯片支架，其中，
所述生物芯片包括基片和基片的一面上固定的探针,所述基片为透光的固相片状结构，所述生物芯片为中低密度的基因芯片或蛋白芯片；
所述芯片支架包括底板、内侧壁和外侧壁，所述芯片支架的底板上设置有液孔，以及与液孔大小契合的密封塞，所述液孔为对称设置的2个，所述密封塞用于封闭液孔；
所述生物芯片置于芯片支架的内侧壁上，形成由生物芯片和芯片支架围成的封闭的杂交空间，所述液孔的内沿与所述杂交空间的端部相切；基片上固定有探针的一面朝下置于芯片支架的内侧壁上，使探针置于所述杂交空间内，用于捕获待测样品中靶标生物分子，被激发后形成可识别的荧光信号。
2.根据权利要求1所述的封装的生物芯片，其特征在于，所述芯片支架的内侧壁低于外侧壁且紧贴外侧壁的内侧。
3.根据权利要求1所述的封装的生物芯片，其特征在于，所述内侧壁的厚度不均匀。
4.根据权利要求1所述的封装的生物芯片，其特征在于，所述底板与基片之间相距0.1-2毫米。
5.一种权利要求1-4任一项所述的封装的生物芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）生物芯片的制备：选用透光的固相片状结构的基片，在基片的一面固定探针；
2）芯片支架的制备：根据设计的尺寸，选用底板、内侧壁和外侧壁，所述底板和外侧壁组合成芯片支架的外部框架，所述内侧壁固定在外侧壁的内侧面，且内侧壁比外侧壁低；所述底板上设有液孔；
3）封装的基因芯片的组装：利用胶粘剂将步骤1）所得的生物芯片固定在步骤2）所得芯片支架的内侧壁的顶部，使基片上固定有探针的一面朝下，置于由生物芯片和芯片支架围成的杂交空间内，既得封装的生物芯片。
6.一种权利要求1-4任一项所述的封装的生物芯片的应用，其特征在于，使用时，封装的生物芯片竖立放置，一个液孔用于液体的进出，该液孔置于下部，控制芯片杂交过程中液体的进入和排出，另一个液孔置于上部，用于气体进出；并且，
所述应用不包括疾病的诊断和治疗方法。
7.根据权利要求6所述的封装的生物芯片的应用，其特征在于，所述液体的进入和排出可以是自动控制，也可以是手动控制。
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