CN1186635C - 一种可装拆使用的生物芯片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仅用一个固相载体可对多个样品进行分析的可装拆使用的生物芯片，特征是它由底板、装在其上的探针板、装放在探针板上、板面打有与探针板各探针阵列区位相对应的成孔板，使芯片定位的插销机构，以及使探针板与成孔板之间的接触面形成不泄漏密封的不可逆密封机构所组成，包括多个探针阵列，每个阵列都能进行多项分析的探针板，及可装拆的密封机构；此生物芯片在扫描前，各区位由于此密封机构而使液体介质互不越位，扫描时可拆下隔离密封机构进行近距扫描，其优点是在使用过程中可根据需要进行装拆，既扩大了分析范围又提高了分析速度，同时在保证质量扫描基础上，实现较低成本的生物芯片分析。

Description

一种可装拆使用的生物芯片

技术领域

本发明涉及一种生物芯片，特别是一种多阵列生物芯片。

背景技术

生物芯片，是指含有包被在固相载体上的具有生物活性物质的微点阵(包括DNA，抗原，抗体，细胞，药物等生物活性微点阵)，并可以对其进行孵育，洗涤等亲和反应和纯化操作，可以通过扫描仪等装置对标记物进行识别的一种分析产品。按照包被在固相材料上的具有生物活性的亲和物质的探针阵列数目的不同，生物芯片可分为单阵列芯片和多阵列芯片。单阵列芯片在设计上只能对一分样品进行分析，多阵列芯片在设计上能够对一分以上的M分样品进行分析。按照芯片表面结构的不同，生物芯片有平面芯片及凹面芯片。目前，平面芯片只用于单阵列芯片，凹面芯片主要用于多阵列芯片。平面芯片仅有一个平面，探针阵列所在区域及其边界面处于同一平面。其生产方法为，直接将生物探针固定于此一平面板上形成探针阵列，无需再作成型处理即可使用。凹面芯片有二个以上平面，其探针阵列所在区域低于该区域的边界面，从而形成一反应池。所有的加样，孵育，洗涤等操作均在反应池内进行。现有的凹面生物芯片的生产方法有两种。第一种方法是先成型后固定探针，即通过模压，磨孔等工艺在芯片材料上形成凹面，然后将生物探针固定于每一已成型的凹面上形成一个独立的探针阵列。第二种方法为先固定探针后成型，即将生物探针首先固定于一平板上形成M个探针阵列，然后再用粘合或嵌合等工艺制成一个复合凹面，以作反应池用。现有的凹面芯片的生产方法，只能生产带永久性凹面的芯片。平面芯片的优点在于对扫描仪的限制少，可对标记物进行近乎零距离的扫描，缺点是只有一个探针阵列，只能处理一个样品。而现在的凹面芯片虽可包被多个探针阵列且每个探针阵列均处于一个凹型反应池中，易于加样，孵育，洗涤等反应的操作，但缺点是在扫描时，由于具有永久性反应池高度及凸出的界面，比之平面芯片对扫描仪要有较多的特殊要求，因而大大地限制了其应用。

发明内容

本发明的目的旨在克服上述现有芯片的缺点，为用户提供一种在反应时具有凹面结构，而在扫描时具有平面结构的可装拆使用的生物芯片。这种芯片在完成反应需要足够高的反应池高度时，用两层或两层以上的材料，经接触面的可逆密封而成；在进行扫描不需要反应池高度时，仅需将含有探针阵列的探针板与提供反应池高度的其它材料，以物理方式分离开来即可。

本发明的目的是这样实现的：

一种可装拆使用的生物芯片，其特征在于：它由底板，探针板，成孔板，定位销及可逆密封机构组成；底板上装有外表面印刷有M个探针阵列的探针板，成孔板上打有与探针板上的探针阵列区域相对应、赋予反应池以高度的M个孔眼，成孔板放置在探针板上，通过设置在成孔板与底板上的销孔与销组成的销连接，成孔板定位于底板上，通过可逆密封机构使探针板与成孔板之间的接触面形成不泄漏密封面；且在需要同一芯片上各探针阵列区位互相隔离时，装配成互相隔离的结构，在不需要隔离时将隔离结构拆除。

本发明可根据需要在使用时进行装拆，即在需要同一芯片上各探针阵列互相隔离时，装配成可互相隔离的结构，在不需要隔离时将隔离结构拆除。这种芯片的核心为一个固定有M个探针阵列的平板即探针板，这种芯片的基本结构由探针板、底板、以及在需要时用以将反应液与成孔板相隔离的隔离套，成孔板，定位销及可逆密封机构组成(基本结构如图1所示)；底板上放置外表面印刷有M个探针阵列的探针板，探针板的板面上放置成孔板，成孔板上打有与探针板上M个探针阵列相对应的赋予反应池以高度的M个孔眼，放置在探针板的成孔板上，通过设置在其板面上与底板上的定位销孔与销组成的销连接，成孔板定位于底板上进而使整个芯片定位，通过可逆密封机构使探针板与成孔板之间或探针板、隔离膜、成孔板之间的接触面形成不泄漏密封。

这种可装拆使用的生物芯片，其生产方法亦与目前生物芯片的生产方法大不相同：1)它可以分部件独立生产，仅在使用时再组合安装，2)可直接将生物探针固定在平面基片上形成M个阵列，不再进行其它形成永久性凹凸结构的工艺处理，即可与其它部件直接使用，3)除探针板外，所生产的其它部件可以是一次性使用的，也可以是反复使用的。

本发明中的探针板，其特征为：一个平板上有M(M≥1)个独立的探针阵列，探针阵列所在区域及其边界均处于同一平面上(高差小于0.2mm)，每一个探针阵列，在使用中可处理一个样品。该探针板的材料可以是玻璃，塑料，胶片及其它可用于生物芯片基片制作的材料。本发明中探针板的生产，与目前生物芯片的生产可以完全区别开来：由于它在一个板上可固定多个探针阵列而同现有的平面芯片生产区别开来，由于它是在一个平板上固定多个探针阵列后再无其它生成凹面的生产工艺加工，就可直接供给用户而同现有的凹面芯片区别开来。

本发明中的成孔板，其特征为：板上有与上述探针板上M个探针阵列所在局部区域对应的M个孔，这些孔有足够的高度，以保证其与上述探针板区域形成的M个反应池有足够的高度，能保证加样、孵育、清洗等与实验有关的反应在各反应池中独立进行；该成孔板可以是一种材料，如含铁或不含铁的塑料，玻璃，陶瓷，不锈钢，也可以是由这些材料复合而成，例如在不锈钢的底面加一层橡胶膜以增加密封性能及保护探针板。成孔板可以是一次性使用的，也可以是多次使用的。其生产，可以与探针板配套进行，也可以独立进行，还可以作为生物芯片设备的一个部件来生产。

本发明的隔离套，其特征为：含有M个由橡胶或塑料或橡胶/塑料复合物(例如塑料空心柱加橡胶垫膜)制成的腔内中空的柱形套，在需用时将它们放置在探针板上，分别把各探针阵列区位隔离密封起来并嵌入成孔板的孔眼中，用以将反应液与成孔板隔离开，确保成孔板在使用过程中不会污染而可重复使用。本发明的隔离套，为一次性使用部件。其生产，可以与探针板配套进行，也可以独立进行，还可以作为生物芯片设备的一个部件来生产。

本发明中的可逆密封机构，其特征为：1)在探针板与成孔板之间的所有接触面(在不使用隔离套时仅为成孔板/探针板一个接触面，使用隔离套时有成孔板/隔离套/探针板二个接触面)上形成密封，避免反应介质透过此接触面泄漏，出现反应池间的污染；2)上述密封是可逆的，即在需要反应池有足够高度时，上述接触面必须处于密封状态，而在不需要反应池高度时，上述接触面是可以分离的。此一密封机构的具体形式包括有：①成孔板在自身重力作用下足够紧密地压合在探针板上，形成M个独立互不渗透的反应池；②成孔板上的橡胶凹面在抽真空作用下紧密地附着在探针板上，形成M个独立互不渗透的反应池；③成孔板在螺钉拧紧力作用下紧密地压合在探针板上，形成M个独立互不渗透的反应池；④成孔板在外界压力作用于下紧密地压合在探针板上，形成M个独立互不渗透的反应池；⑤成孔板在卡头和卡槽之间的卡紧力作用下紧密地卡合在探针板上，形成M个独立互不渗透的反应池；⑥成孔板在磁铁(永磁铁或电磁铁)磁力作用下紧密地压合在探针板上形成M个独立互不渗透的反应池。

本发明中的底板，是上述可逆密封机构及对位装置的一个部件，其特征为：是可逆密封机构中不可缺的部分及固定有对位装置，其制作材料可以是含铁或不含铁的塑料，橡胶，陶瓷，玻璃，钢材，磁铁等材料及它们的复合物，例如在钢材表面附一层橡胶以保护探针板。其生产，可以与探针板配套进行，也可以独立进行，还可以作为生物芯片设备的一个部件来生产。

本发明的优点在于：以极小的生产成本，实现了生物芯片在反应时(包括加样、孵育、洗涤等操作)具有较高自由度的反应条件(例如：反应池高度，体积等)，在扫描时具有较高自由度的扫描条件(例如：整个芯片在扫描时处于同一平面，整个芯片的高度可最小化)，从而以极小的成本实现了较高自由度多阵列生物芯片的生产，为在同一探针板上进行多样品的多种分析，提供一个经济可行的方案。

附图说明

图1为本发明芯片结构纵剖示意图

图2为本发明探针板示意图

图3为本发明依靠成孔板重力实现可逆密封例子的芯片结构纵剖示意图

图4为本发明依靠成孔板与探针板接触面处抽真空实现可逆密封例子的芯片结构纵剖示意图

图5为本发明依靠螺纹连接力实现可逆密封例子的剖芯片结构纵剖示意图

图6为本发明依靠外界机械压力实现可逆密封例子的芯片结构纵剖示意图

图7为本发明依靠卡式联接实现可逆密封例子的芯片结构纵剖示意图

图8为本发明依靠永磁铁吸力实现可逆密封例子的芯片结构纵剖示意图

图9为本发明依靠电磁铁吸力实现可逆密封例子的芯片结构纵剖示意图

图中标记：1为成孔板，2为隔离套，3为探针板，4为底板，5为抽真空管路，6为螺纹孔，7为螺钉，8为外力，9为卡头，10为卡槽，11为永磁铁，12为电磁铁，13为定位销，14为定位销孔，15为成孔板自身配重，16为成孔板上的孔眼，17为探针板安装槽。

具体实施方式

下面结合实施例附图，对本发明作进一步祥细说明：

本发明可装拆使用的生物芯片的基本结构如图1所示，它由成孔板1，探针板3，底板4，定位销13组成；探针板3放置于底板4的凹槽17内，在需隔离时隔离套2嵌入成孔板1的孔眼16中，并位于成孔板1与探针板3之间，定位销13将整个生物芯片定位。在物理作用下实现密封作用，成孔板1上的孔眼与探针板3之间(在有隔离套的情况下，为隔离套的柱孔与探针板3之间)形成M个密封的反应池。

例1：多阵列探针板的生产

利用现在的点样机(本实验使用美国Microarray printerXMM47.832型手动点样机)，丙肝抗原(北京儿童医院肝病研究所)，丙肝肽抗原P21(法国SEDAC公司)，丙肝NS4区肽抗原(法国SEDAC公司)及丙肝NS3区蛋白质抗原(北京儿童医院肝病研究所)，共四种探针，以1mg/me的浓度，点到一(宽×长×厚)尺寸为25×75×1mm的已经作了活化处理的玻片上(法国SEDAC)，其点样方式为：每一种抗原有四个探针，四种抗原的十六个探针形成一个4×4阵列，每一个探针阵列的尺寸为4×4mm，每一玻片上有2列14个探针阵列，每列有7个。点样后用封闭液封闭，然后清洗，吹干，即制成备用的14个阵列的4抗原探针板(图2)。

例2：由重力进行可逆密封的例子(图3)

在本发明中，成孔板1在自身的重力作用下，紧密地压在探针板3上，依靠成孔板1自身的重力，配合隔离套2的作用，实现成孔板1与探针板3之间形成M个密封的反应池。在吹干后不需要反应池时，仅需将嵌入有隔离套的重力成孔板撤去，便可获得供扫描的多探针阵列平板芯片。

例3：通过抽真空实现可逆密封的例子

如图4所示，成孔板1上有真空管路5，当装了隔离套2的成孔板1压在探针板3上时，通过抽空管路5向外抽真空，在大气压力作用下将成孔板1、隔离套2、探针板3三者紧密地压在一起，形成M个密封的反应池。不需要反应池时，仅需打开抽真空管路使其充上空气，即可撤去隔离套及成孔板，只用探针板。

例4：通过螺纹结构实现可逆密封的例子

如图5所示，成孔板1和底板4上有相对应的螺纹孔6，使用螺钉7将成孔板1、隔离套2、探针板3、底板4紧密地结合在一起，形成M个密封的反应池，不需要反应池时，仅需扭开螺打7，即可撤去成孔板隔离套，留用探针板。

例5：通过外部机械重力实现可逆密封的例子

如图6所示，成孔板1、隔离套2、探针板3、底板4在外力8(如外加压力，钳力等)作用下，紧密地压合在一起，形成M个密封的反应池。不需要反应池时，仅需撤除外力将螺纹扭转，即可卸下成孔板及隔离套，取出探针板。

例6：通过卡式连接实现可逆密封的例子

如图7所示，成孔板1上有两个卡头9，底板4上有两个卡槽10，将探针板3放在底板4上，并将装了隔离套2的成孔板1放在探针板3上后，将两个卡头9压入卡槽10中，实现成孔板1、隔离套2、探针板3、底板4之间紧密结合，形成M个密封的反应池。不需要反应池时，仅需下压卡头9解除与卡槽10间的卡扣联接，即可卸下成孔板及隔离套，取出探针板。

例7：通过永久磁铁实现可逆密封的例子

如图8所示，在底板4中装有永久磁铁11，成孔板1的材料是不锈钢(在不使用隔离套时为不锈钢和一层橡胶的复合材料)，当将探针板3、隔离套2、成孔板1依次放在底板4上时，磁铁11对钢质成孔板1有较大的吸力，在此吸力作用下实现成孔板1、隔离套2、探针板3、底板4之间紧密结合，形成M个密封的反应池。

例8：通过电磁铁实现可逆密封的例子

如图9所示，在底板4中装有电磁铁12，成孔板1的材料是不锈钢(在不使用隔离套时为不锈钢和一层橡胶的复合材料)，将探针板3、隔离套2、成孔板1依次放在底板4上，当电磁铁12通电，对钢质成孔板1有较大的吸力，在此吸力作用下实现成孔板1、隔离套2、探针板3、底板4之间紧密结合，形成M个密封的反应池。

例9：反应与扫描的例子

通过例1制作的探针板，然后通过例2至例8获得的7个不同的装置芯片，在本例中经过亲和反应，纯化反应后，拆开隔离组件将带有标记物的探针板进行了扫描。其过程完全一样：

从丙肝标准品(购自中国生物制品与药检定所)中选择3个阴性样品(编号1^-，2^-，21^-)及9个阳性样品(编号1⁺，4⁺，7⁺，21⁺，24⁺，31⁺，35⁺，38⁺，39⁺，)，用封闭液对这些样品作20倍稀释，然后各取50ul稀释样品分别加到此7个芯片的反应池中。在37℃孵育1小时，再分别用50ul洗涤液洗涤四次。再分别取50ul用封闭液稀释的罗丹明标记IgG-A-M加入芯片的反应池中，37℃下孵育1小时.孵育出来后，用洗涤液对每个反应池洗涤四次，蒸馏水洗涤二次，无水乙醇洗片一次，室温晾干。至此反应已结束，然后根据芯片不同的可逆密封机构，拆出隔离密封组件取出探针板，分别放入扫描仪进行扫描及数据处理，所得结果如下：

表1(例4所获)：生物芯片在例8试验中的结果

血清样品	RIBA结果	生物芯片分析结果
						Anti-HCV	Core	NS3	NS4
		1-2-21-1+4+7+21+24+31+35+38+39+	NS3+NS3++NS3++++NS3++++NS3++++NS4+NS3++NS4+NS3++++NS3+Core++	545(45)657(63)589(59)13254(768)7453(879)12432(650)28547(3965)21784(2509)12461(1973)25423(1795)10568(798)39034(2543)	325(59)469(56)342(54)356(41)395(42)387(54)476(67)524(45)43985(3098)					352(49)5498(420)4563(654)13568(2904)481(65)5248(657)6830(597)8675(805)289(45)	348(52)505(42)324(29)367(41)7548(1241)21765(1534)501(67)596(60)286(67)
空白试验	5833(49)

以上数据均为统计平均数值，括号中的数值为标准差。

7种不同芯片所获得的结果一致(结果略)，这些结果同用目前标准的平面芯片所获得的结果(结果略)也是一致的。

本发明涉及的生物芯片，既能在反应时防止反应池之间的互相渗漏，又能在扫描时使芯片只有一个平面，从而大大减小了对M个样品进行分析时的技术难度，并使分析成本大大降低。

Claims (10)

1、一种可装拆使用的生物芯片，其特征在于：它由底板(4)，探针板(3)，成孔板(1)，定位销(13)及可逆密封机构组成；底板(4)上装有外表面印刷有M个探针阵列的探针板(3)，成孔板(1)上打有与探针板(3)上的探针阵列区域相对应、赋予反应池以高度的M个孔眼(16)，成孔板放置在探针板(3)上，通过设置在成孔板(1)与底板(4)上的销孔(14)与销(13)组成的销连接，成孔板(1)定位于底板(4)上，通过可逆密封机构使探针板(3)与成孔板(1)之间的接触面形成不泄漏密封面；且在需要同一芯片上各探针阵列区位互相隔离时，装配成互相隔离的结构，在不需要隔离时将隔离结构拆除。

2、按照权利要求1所述的生物芯片，其特征在于：探针板(3)上的探针阵列所在区域及其边界均处于同一平面上，有多个独立的探针阵列，处理多个样品，且探针板(3)上的探针阵列所在区域及其边界之间的高差小于0.2mm。

3、按照权利要求1所述的生物芯片，其特征在于：成孔板(1)上有与探针板(3)上的M个探针阵列所在活性区域对应的M个孔眼(16)，这些孔眼有足够的高度，以保证其与上述探针板(3)形成的M个反应池有足够的高度，保证加样、孵育、清洗等与实验有关的反应在各反应池中独立进行。

4、按照权利要求1所述的生物芯片，其特征在于：所述的成孔板(1)的孔眼(16)中设置有用以将反应液与成孔板(1)相隔离的隔离套(2)，隔离套(2)是M个由橡胶或塑料制成的具有密封性能的一个腔内中空的柱形套，放置在探针板(3)上，分别把各探针阵列区位隔离密封起来并嵌入在成孔板(1)的孔眼(16)中。

5、按照权利要求1所述的生物芯片，其特征在于：所述的可逆密封机构是由成孔板(1)在自身重力作用下，紧密地压合在探针板(3)上，形成M个独立互不渗透的反应池所构成的机构。

6、按照权利要求1所述的生物芯片，其特征在于：所述的可逆密封机构是由成孔板(1)在真空管(5)所抽真空的作用下，紧密地吸附在探针板(3)上，形成M个独立互不渗透的反应池所构成的机构。

7、按照权利要求1所述的生物芯片，其特征在于：所述的可逆密封机构是由成孔板(1)在螺钉(7)拧紧力作用下，紧密地压合在芯片(3)板上，形成M个独立互不渗透的反应池所构成的机构。

8、按照权利要求1所述的生物芯片，其特征在于：所述的可逆密封机构是由成孔板(1)在外界压力作用于下，紧密地压合在探针板(3)上，形成M个独立互不渗透的反应池所构成的机构。

9、按照权利要求1所述的生物芯片，其特征在于：所述的可逆密封机构是由成孔板(1)在卡头(9)和卡槽(10)之间的卡紧力作用下，紧密地压合在探针板(3)上，形成M个独立互不渗透的反应池所构成的机构。

10、按照权利要求1所述的生物芯片，其特征在于：所述的可逆密封机构是由成孔板(1)在永磁铁(11)或电磁铁(12)的磁力作用下，紧密地压合在探针板(3)上，形成M个独立互不渗透的反应池所构成的机构。

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