CN1214241C - 组合式生物芯片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明组合式生物芯片及其制备方法属于一种低密度生物芯片及其制备方法，具体来说是一种采用一面带有粘合剂的薄膜来制备组合式生物芯片的方法。组合式生物芯片结构具有带孔薄膜的基片、在带孔薄膜的基片上有按一定顺序组合的固相载体单元按一定顺序组合，并粘附在带孔薄膜的基片上，在固相载体单元表面修饰并固定有生物分子。制备方法，包括(a)将数个等面积的固相载体单元紧密组合在含有粘合剂的薄膜表面上；(b)在固相载体的表面上进行修饰，并固定上一定功能的生物分子，在每张薄膜粘着的固相载体单元表面上固定的生物分子种类相同；(c)将不同薄膜上的固相载体单元按一定顺序重新组合，并粘附在带孔薄膜的基片上，形成组合式生物芯片。

Description

组合式生物芯片及其制备方法

技术领域

本发明组合式生物芯片及其制备方法属于一种低密度生物芯片及其制备方法，具体来说是一种采用一面带有粘合剂的薄膜来制备组合式生物芯片的方法。

背景技术

生物芯片是一种90年代初发展起来的新技术。目前生物芯片主要有三种类型：基因芯片、蛋白芯片和微缩芯片(或称为芯片实验室)。基因芯片是在载波片或其他固相载体上键合不同序列的DNA探针，当标记的样品与芯片进行杂交反应后，根据芯片表面的荧光信号判断杂交样品的性质。蛋白质芯片是将特定功能的蛋白质分子(如受体)固定在固相载体表面，然后与经标定的分子结合。芯片实验室是在芯片上完成常规实验工作。现在又发展了细胞芯片和组织芯片。生物芯片通常是指基因芯片和蛋白质芯片。

随着人类基因组计划的深入，功能基因和功能蛋白的研究结果已允许我们制造各种专用诊断芯片，如肝癌检测专用芯片，糖尿病检测专用芯片等。目前生物芯片还未扩大到临床应用中，主要是由于与疾病相关的标志物尚不是十分确切。因此科研者正在探索用生物芯片技术解决临床诊断难题的途径。但是市售生物芯片价格昂贵，不能满足科研工作的需要，实验室自行制备的难度大、成本高，一般实验室没有条件制作。这严重阻碍了生物芯片的发展和推广。

生物芯片的制作难度与芯片表面点的密度有关，点的密度越高越难制作。通常，如果芯片表面上的点在100以下，我们可称之为低密度生物芯片；如果芯片表面上的密度在1000以上，我们可称之为高密度生物芯片。对高密度生物芯片来说，已有比较成熟的制备方法。对于低密度生物芯片来说，由于点少，如果采用制备高密度生物芯片的同样方法来制备低密度生物芯片，则相对成本大幅提高，并且不适合实验室科研需要，因为科研工作者常需要自己的专用生物芯片，开发一种低密度生物芯片制作平台十分必要。用组合的方法制备生物芯片是低密度芯片制作的一个较好平台，但如何简便、低成本地将许多小的生物芯片单元组成大的生物芯片是建立这个平台的关键。因此，研制一种适合于组合式生物芯片制备的低价位方法和系统具有十分广泛的市场前景和社会效益。

发明内容

本发明针对上述不足之处提供一种简便、低成本的组合式生物芯片及其制备方法，为科研和临床应用提供一种低密度生物芯片的制作平台。

技术方案

一种组合式生物芯片，其特征在于：结构具有带孔薄膜的基片、在带孔薄膜的基片上有按一定顺序组合的固相载体单元按一定顺序组合，并粘附在带孔薄膜的基片上，在固相载体单元表面修饰并固定有生物分子。

组合式生物芯片制备方法，其特征在于(a)将数个等面积的固相载体单元紧密组合在含有粘合剂的薄膜表面上；(b)在固相载体的表面上进行修饰，并固定上一定功能的生物分子，在每张薄膜粘着的固相载体单元表面上固定的生物分子种类相同；(c)将不同薄膜上的固相载体单元按一定顺序重新组合，并粘附在新的带孔薄膜的基片上，形成组合式生物芯片。其关键技术为采用一面含有粘合剂的带孔薄膜将各固相载体单元粘在一起。

组合式生物芯片是指将含有不同生物分子的固相载体按一定顺序组合成的芯片。固相载体单元是指玻璃基质，塑料基质或其他固相材料制成的微小方块或其他性状的小块。生物分子是指寡聚核苷酸分子、多肽分子、抗体、多糖或其他可用于制备生物芯片的功能分子。薄膜是指一面含有粘合剂的薄型塑料膜或在薄膜上涂上一层粘合剂。带孔薄膜是薄膜上开有若干小孔的薄膜，每一个小孔对应于一个固相载体单元，每个孔的面积应小于固相载体单元的面积。

技术效果

本发明利用组合方法制备生物芯片，具有成本低，易形成产业化，批间差异小等优点，有利于减少生物芯片检测误差，降低使用成本。

由于使用本发明的生物芯片制作方法，同时可生产多种同时合成的基因芯片，使用其中部分产品用于质量控制，可减少生物芯片生产时由于芯片制作带来的检测误差。

同时，由于在固相载体单元作为一个检测单元，在芯片生产中避免使用点样仪等高级精密设备，可大幅降低生物芯片生产的投资。

组合式生物芯片是一种简便、低成本的制备生物芯片方法，为科研和临床应用提供一种低密度生物芯片的制作平台。

附图说明

下面以组合三个不同功能小块成生物芯片为例，阐述组合式生物芯片及其制作方法

图1是组合式生物芯片结构及其制备原理图。

具体实施方式

如图1所示，首先将可用于固定具有一定生物学功能分子的载体切割成小块1，然后排列整齐，用一面带粘合剂的薄膜将小块粘成组合式空白芯片2，小块1的面积根据切割工艺和实际需要而定。芯片2中各固定载体的数目决定于1的面积。将2置于一反应容器内，按一定的反应步骤使2的表面固定上常规生物芯片表面相同的生物分子，如DNA、多肽或抗体等，反应完成后就形成芯片3。对不同的反应来说，可分别产生芯片4和5，芯片3、4和5的固相表面分别固定有不同功能的生物分子。将芯片3、4和5分别除去薄膜，并按一定顺序排列在一个平面上，使之成为单独的固相小块6、7和8。再分别从6、7和8中取出一小块置于一平面上，并使固定有生物分子的小块表面向上，紧密排列，然后用一面含有粘合剂、且带有小孔的带孔薄膜的基片粘住各小块，使之成为组合式生物芯片9，每个小孔对应于一个小固相单元。图1仅描述了密度为3的组合式生物芯片，按照相同的方法，可以在9中组合成更高密度的生物芯片，例如密度与普通96孔PCR反应板相同的芯片。

按照图1的方法制作的生物芯片，其制作过程简单，制造成本低，是科研工作者真正的芯片制作平台。本专利具有很多优点：首先采用带粘合剂的薄膜粘住各固相载体单元进行固定化反应的方法，与先用整块固相载体固定化反应的方法相比，具有简单和无需特殊切割设备的优点；采用带孔薄膜的基片粘合经过固定化反应的固相载体单元具有易于组合、易于检测和易于点样的优点，克服了各小块之间的缝隙会消耗样品的缺点；芯片上各点的大小由薄膜上的孔来决定，克服了组合式芯片点大消耗样品多及点面积由小块加工工艺来决定的缺点；同时，由于采用了带孔薄膜的基片，在芯片检测时，不会担心粘合剂和薄膜会对检测带来任何影响，也不必考虑薄膜的光学通透性能，相反，可以采用不透光的薄膜来防止芯片上各点发出的荧光产生相互影响。

实施例1  组合式DNA芯片的制备

在生物芯片的领域中，DNA芯片是研究最早、最为深入的一种。即在固相载体表面固定系列不同序列的寡聚核苷酸分子，然后用互补的目标靶分子与之杂交，据此进行基因多态性检测、基因差异表达分析等，并可用于病原微生物的分子诊断。目前，DNA芯片的制备方法主要有原位合成法和点样法两种，采用原位合成法可制成密度极高的芯片，但需要精密的液体移取装置将微量反应液体加入到芯片表面完成化学反应，通常的实验室无法完成，且制备专利已经被保护；采用点样法同样需要精密的点样装置将样品精确地点到芯片上。在本实施例中，利用了原位合成法的优点，但不采用任何精密液体移取装置来制备DNA芯片。

用于制备DNA芯片的固相载体有玻片、硅片和聚丙烯酰胺膜等，在本例中以玻璃片为例来阐述密度为96的组合式DNA芯片的制备过程。

首先将载体玻璃片切割成4mm×4mm的小方块，紧密排列在一平面上，并使之成为12块×8块的形状，用一面含有粘合剂的塑料膜将其紧密粘合，再将该膜连同粘在其表面的玻璃小块一起进行原位合成反应，即将该膜按一定次序放入分别含有四种碱基之一种的反应容器中，反应完后在各玻璃小块的表面上就固定了序列相同的寡聚核苷酸，由于最终的组合芯片是由96个不同序列的点组成，所以要按照以上相同的方法制备96张含有玻璃小块的膜，每张膜代表一种DNA分子。

将上述粘有玻璃小块的膜反扣在一装置上，即玻璃表面向下，采用副压技术和升温的方法揭去膜，然后从96种玻璃小方块阵列中分别取一个小玻璃块按一定顺序组合成12×8的阵列，并使含有DNA分子的玻璃表面向上，用含有粘合剂的96孔(12×8)带孔薄膜的基片将各玻璃小块粘住，每个小孔对应于一块玻璃小块，小孔的直径为1mm。由于孔的面积比小块的面积小得多(约16分之一)，所以膜上小孔不会影响膜对玻璃小块的粘合。

通过上述方法制作的密度为96的DNA芯片就称之为DNA组合型生物芯片。不考虑各玻璃小块之间的间隙，芯片的大小为36mm×24mm，可以用市售芯片扫描仪进行检测。由于制备过程简单，且可根据使用者的要求设计芯片上各点的DNA序列，所以是一种真正量体裁衣式的生物芯片制作平台。

实施例2组合式蛋白质芯片的制备

本例描述了组合式蛋白质生物芯片的制备方法，其基本原理同实施例1

。首先将载体玻璃片切割成5mm×5mm的小方块，紧密排列在一平面上，并使之成为6块×4块的形状，用一面含有粘合剂的塑料膜将其紧密粘住，再用化学方法将玻璃表面修饰成straptinavidin偶合的表面，然后将整块玻璃小块的薄膜置于一反应容器中，使容器内经生物素标记的抗体蛋白质键合在各玻璃小块的表面，由于最终的蛋白质芯片是24个点，所以需按照以上相同的方法制备24张含有玻璃小块的膜，每张膜代表一种抗体分子种类。

除去玻璃表面的膜，并按一定顺序放置，然后从24种不同的玻璃小方块阵列中分别取一个小玻璃块按一定顺序组合成6×4的阵列，并使含有抗体分子的玻璃表面向上，用含有粘合剂的24孔(6×4)带孔薄膜的基片将各玻璃小块粘住，每个小孔对应于一块玻璃小块，小孔的直径为2mm。由此制成的密度为24的蛋白质抗体芯片就称之为组合型生物芯片。其特点是不需要点样装置，可根据用户需要设计芯片上点的类型，由于制备过程简单，实验者可以自行在实验室组装。

Claims (6)

1.一种组合式生物芯片，其特征在于：结构具有带孔薄膜的基片、在带孔薄膜的基片上有按一定顺序组合的固相载体单元按一定顺序组合，并粘附在带孔薄膜的基片上，在固相载体单元表面修饰并固定有生物分子，其中带孔薄膜是由薄膜上开有若干小孔的薄膜，每一个小孔对应于一个固相载体单元，每个孔的面积应小于固相载体单元的面积。

2.权利要求1所述的组合式生物芯片的制备方法，其特征在于(a)将数个等面积的固相载体单元紧密组合在含有粘合剂的薄膜表面上；(b)在固相载体的表面上进行修饰，并固定上一定功能的生物分子，在每张薄膜粘着的固相载体单元表面上固定的生物分子种类相同；(c)将不同薄膜上的固相载体单元按一定顺序重新组合，并粘附在带孔薄膜的基片上，形成组合式生物芯片，其中带孔薄膜是由薄膜上开有若干小孔的薄膜，每一个小孔对应于一个固相载体单元，每个孔的面积应小于固相载体单元的面积。

3.根据权利要求1所述的组合式生物芯片，其特征在于组合式生物芯片是指将含有不同生物分子的固相载体按一定顺序组合成的芯片。

4.根据权利要求1所述的组合式生物芯片，其特征在于固相载体单元是指玻璃基质，塑料基质或其他固相材料制成的微小方块或其他性状的小块。

5.根据权利要求1所述的组合式生物芯片，其特征在于生物分子是指寡聚核苷酸分子、多肽分子、抗体、多糖或其他可用于制备生物芯片的功能分子。

6.根据权利要求1所述的组合式生物芯片，其特征在于薄膜是指一面含有粘合剂的薄型塑料膜或在薄膜上涂上一层粘合剂。