CN1316040C - 加快生物芯片微流体反应的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种加快生物芯片微流体反应的装置和方法，提供一倾斜放置的温控平台；将生物芯片置于温控平台上；将顶部开有两个小孔的微量反应舱粘贴在生物芯片上；将平板覆盖在微量反应舱上并固定于温控平台，平板上具有位置与微量反应舱上的小孔相对应两个通孔；将两根外径与通孔直径相当的毛细管粘接在平板的两个小孔上；其中一根毛细管连接到可双向转动的蠕动泵，另一毛细管连接到试剂管；将两个O型密封圈放置于微量反应舱和平板之间对应一组小孔和通孔的位置；蠕动泵首先正向转动使试剂管中的试剂注满微量反应舱，之后以预定间隔反复进行正向、反向的交替转动。本发明可增加微量样品、试剂中生物分子与芯片的接触几率，使反应速度加快并改善芯片检测的信噪比。

Description

加快生物芯片微流体反应的装置及方法

技术领域

本发明涉及生物芯片领域，更具体地说，涉及一种加快生物芯片微流体反应的装置及方法。

背景技术

生物芯片是近几年在高科技领域内出现的最具时代特征的重大科技进展之一。它是将能反映样本中大量生物信息的基因探针(寡核苷酸探针、cDNA克隆、PCR产物等)、抗原抗体等，有序固定在固相支持物(如醛基、氨基、巯基、羧基等活性基团修饰的载玻片或硅片、尼龙膜、硝酸纤维素膜)上形成阵列，通过与实际样本(或扩增产物)进行杂交反应，只需一次实验，就可高通量获得所有待检基因、蛋白等方面的信息。这种平行检测、高信息通量的特点使其在基因检测、药物检测、临床化学等方面的应用受到广泛的重视。关于生物芯片的应用和发展的相关资料可参考马立人、蒋中华主编的《生物芯片》，1-130页，由化学工业出版社2000年出版。

在生物芯片进行反应时，由于样品的来源十分珍贵，对样品的用量要求是极小的，通常为几十微升。为实现微量试剂与芯片的反应，目前普遍采用的方法是将微量样品或试剂滴加在芯片上，上置盖玻片，微量样品或试剂在盖玻片和芯片之间形成液膜层，液膜层中的生物分子(如DNA或抗原、抗体分子)依靠热运动扩散到芯片表面与固定在芯片上的生物分子(如探针或抗体、抗原分子)发生反应。由于液膜层中的生物分子扩散速度较慢，反应时间通常很长，有时需要过夜。关于生物芯片反应速度的相关数据可参考王申五主编的《基因诊断技术-非放射性操作手册》、以及J.萨姆布鲁克，E.F.弗里奇，T.曼尼阿蒂斯主编的《分子克隆实验指南》，由科学出版社1995年出版。

进一步分析涉及液体的化学或生物反应的反应速度，可知其取决于参与反应的反应物分子单位时间内发生有效碰撞的分子数目。因此，对于反应速度较慢的反应可以通过搅拌等方法加快。当反应是发生在液体和固体的相界面上时，对液体进行搅拌也可加快相界面上的反应，可参考庞贻慧主编的《物理化学》第一版，人民卫生出版社1990年出版。但是，当液体的量很微小时，由于没有合适的器具，搅拌常常无法进行。以生物芯片为例，就存在上述问题。

于是，就需要一种能够加快反应速度的技术。

发明内容

针对现有技术中生物芯片反应速度慢的缺陷，本发明的目的是提供一种能够加快生物芯片微流体反应速度的装置和方法。

按照本发明的一个方面，提供一种加快生物芯片微流体反应的装置，该装置包括：一温控平台，该温控平台倾斜；一生物芯片，置于所述温控平台上；一微量反应舱，粘贴在所述生物芯片上，所述微量反应舱的顶部开有两个小孔；一平板，覆盖在所述微量反应舱上并固定于所述温控平台，所述平板上具有两个通孔，所述通孔的位置与所述微量反应舱上的小孔相对应；两根毛细管，粘接在所述平板的两个通孔上，所述毛细管的外径与所述通孔的直径相当；其中一根毛细管连接到一蠕动泵，另一毛细管连接到试剂管；两个O型密封圈，位于所述微量反应舱和所述平板之间，每一个O型密封圈对应一组小孔和通孔的位置；所述蠕动泵可双向转动，首先正向转动使所述试剂管中的试剂注满所述微量反应舱，之后以预定间隔反复进行正向、反向的交替转动。

按照本发明的另一个方面，提供一种加快生物芯片微流体反应的方法，该方法包括：提供一倾斜放置的温控平台；将一生物芯片置于所述温控平台上；将一微量反应舱粘贴在所述生物芯片上，所述微量反应舱的顶部开有两个小孔；将一平板覆盖在所述微量反应舱上并固定于所述温控平台，所述平板上具有两个通孔，所述通孔的位置与所述微量反应舱上的小孔相对应；将两根毛细管粘接在所述平板的两个通孔上，所述毛细管的外径与所述通孔的直径相当；其中一根毛细管连接到一可双向转动的蠕动泵，另一毛细管连接到试剂管；将两个O型密封圈放置于所述微量反应舱和所述平板之间，每一个O型密封圈对应一组小孔和通孔的位置，所述蠕动泵首先正向转动使所述试剂管中的试剂注满所述微量反应舱，之后以预定间隔反复进行正向、反向的交替转动。

采用了上述的技术方案，可增加微量样品、试剂中生物分子与芯片的接触几率，使反应速度加快并改善芯片检测的信噪比。

附图说明

本发明的上述以及其他的特征、本质和优势将通过下面结合附图对实施例的说明而变得更加明显，在附图中相同的附图标记表示相同的特征，其中：

图1是按照本发明的加快生物芯片微流体反应的装置的主要结构的分解图；

图2是按照本发明的加快生物芯片微流体反应的装置的整体结构图；

图3是按照本发明的加快生物芯片微流体反应的方法的流程图；

图4是采用本发明的方法和装置进行反应的一实施例的效果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步描述本发明的技术方案。

图1示出了一种加快生物芯片微流体反应的装置100的主要结构的分解图，而图2示出了该种装置100的整体结构图，如图1和图2所示，该装置100包括：

一温控平台102，该温控平台倾斜；在该实施例中，倾斜的角度为5-60°。温控平台必须要有一定的倾斜角度，否则会影响反应的进行，这在后面会详细的解释。

一生物芯片104，置于温控平台102上。

一微量反应舱106，粘贴在生物芯片104上，微量反应舱106的顶部开有两个小孔108和110。反应舱类似于一无盖的盒子，底部有两个小孔，盒子顶部四周涂胶，使用时反扣粘贴在生物芯片上，形成一个只有两个小孔与外界相通的反应空间。

一平板112，覆盖在微量反应舱106上并固定于温控平台102，平板112上具有两个通孔，通孔的位置与微量反应舱106上的小孔108和110相对应。

两根毛细管114和116，粘接在平板112的两个通孔上，毛细管114和116的外径与通孔的直径相当；其中一根毛细管116连接到一蠕动泵122，此后称之为出液毛细管；另一毛细管114连接到试剂管124，此后称之为进液毛细管。

两个O型密封圈118和120，位于微量反应舱106和平板112之间，每一个O型密封圈118和120对应一组小孔和通孔的位置。在该实施例中，平板112和微量反应舱106之间是相互压紧，通过O型密封圈118和120实现小孔108、110和通孔的密封连接。并且，平板112采用两个螺丝126和128固定在温控平台102上。

蠕动泵122可双向转动，此处定义：液体吸入毛细管入口时蠕动泵转动的方向为正向，液体流出毛细管入口时蠕动泵转动的方向为反向。蠕动泵122首先正向转动使试剂管124中的试剂注满微量反应舱106，之后以预定间隔，在该实施例中为1-10秒钟反复进行正向、反向的交替转动，间隔时间一般为1-10秒钟内的一数值，转动持续时间取决于微量反应舱106的容量，每一次转动持续时间应该要移动反应舱中5％-10％的液体体积。蠕动泵122如此反复直至杂交反应完成。

现在在说明一下温控平台102的倾斜角，由于微量反应舱106的宽度远远大于毛细管108和110的直径，要借助蠕动泵122正反转从流路中排出或压入空气使反应舱中的液体往复运动，则反应舱106的入口与出口连线必须有一定角度，否则空气不能推动液体移动，只会在反应舱106中产生大量气泡，从而影响反应进行。

本发明还提供一种加快生物芯片微流体反应的方法，图3是该方法300的一个流程图，包括下述的步骤：

S302.提供一倾斜放置的温控平台，温控平台的倾斜角为5-60°，温控平台需要有倾斜角度的原因已经在上面说明。

S304.将一生物芯片置于温控平台上。

S306.将一微量反应舱粘贴在生物芯片上，微量反应舱的顶部开有两个小孔。

S308.将一平板覆盖在微量反应舱上并固定于温控平台，平板上具有两个通孔，通孔的位置与微量反应舱上的小孔相对应。

S310.将两根毛细管粘接在平板的两个小孔上，毛细管的外径与通孔的直径相当；其中一根毛细管连接到一可双向转动的蠕动泵，另一毛细管连接到试剂管。连接到一蠕动泵的毛细管称之为出液毛细管，连接到试剂管的毛细管称之为进液毛细管。

S312.将两个O型密封圈放置于微量反应舱和平板之间，每一个O型密封圈对应一组小孔和通孔的位置，在该实施例中，将平板和微量反应舱相互压紧，通过O型密封圈实现小孔和通孔的密封连接。并且，将平板采用两个螺丝固定在温控平台上。

S314.蠕动泵首先正向转动使试剂管中的试剂注满微量反应舱，之后以预定间隔，在该实施例中为1-10秒钟反复进行正向、反向的交替转动，间隔时间一般为1-10秒钟内的一数值，转动持续时间取决于微量反应舱106的容量，每一次转动持续时间应该要移动反应舱中5％-10％的液体体积。蠕动泵如此反复直至杂交反应完成。此处使用的正向转动和反向转动的定义和上述的是相同的。

下面介绍一个使用本发明的方法和装置的具体示例。

取BaiO心血管疾病相关基因型检测芯片试剂盒(上海百傲科技有限公司，12人份/盒，产品编号：BSK02071)，取出2张芯片，分别标以x和y。将x芯片上的反应舱揭除。另取健康人EDTA抗凝血200ul。

按照试剂盒说明书将血样进行抽提、扩增，将扩增产物变性，按照说明书要求取出一部分加入到杂交缓冲液中，混匀，取50ul滴加在x芯片的点样位置，然后加盖盖玻片，置湿盒中于43℃反应30分钟，其他操作尊说明书。

再将上述变性的扩增产物按照说明书的要求取出一部分加入到杂交缓冲液中，混匀。用本发明所述的装置将杂交液吸入到基因芯片y的反应舱中，此时温控器的温度应为43℃。然后调整蠕动泵使流速为300ul/min，并保持蠕动泵正转4秒，间隔8秒，反转4秒的方式运转20分钟，其他操作尊说明书。

图4为实验的结果图，其中左侧为x芯片杂交检测结果，右为y芯片杂交检测结果。实验结果说明本发明所述方法有利于提高反应速度，增加检测灵敏度，改善信躁比。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (10)

1.一种加快生物芯片微流体反应的装置，其特征在于，包括：

一温控平台，该温控平台倾斜；

一生物芯片，置于所述温控平台上；

一微量反应舱，粘贴在所述生物芯片上，所述微量反应舱的顶部开有两个小孔；

一平板，覆盖在所述微量反应舱上并固定于所述温控平台，所述平板上具有两个通孔，所述通孔的位置与所述微量反应舱上的小孔相对应；

两根毛细管，粘接在所述平板的两个通孔上，所述毛细管的外径与所述通孔的直径相当；其中一根毛细管连接到一蠕动泵，另一毛细管连接到试剂管；

两个O型密封圈，位于所述微量反应舱和所述平板之间，每一个O型密封圈对应一组小孔和通孔的位置；

所述蠕动泵是双向转动的蠕动泵，首先正向转动使所述试剂管中的试剂注满所述微量反应舱，之后以预定间隔反复进行正向、反向的交替转动。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述温控平台的倾斜角为5-60°。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述平板和所述微量反应舱之间是相互压紧，通过所述O型密封圈实现所述小孔和所述通孔的密封连接。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述平板采用两个螺丝固定在所述温控平台上。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述预定间隔为1-10秒钟。

6.一种加快生物芯片微流体反应的方法，包括：

提供一倾斜放置的温控平台；

将一生物芯片置于所述温控平台上；

将一微量反应舱粘贴在所述生物芯片上，所述微量反应舱的顶部开有两个小孔；

将一平板覆盖在所述微量反应舱上并固定于所述温控平台，所述平板上具有两个通孔，所述通孔的位置与所述微量反应舱上的小孔相对应；

将两根毛细管粘接在所述平板的两个通孔上，所述毛细管的外径与所述通孔的直径相当；其中一根毛细管连接到一双向转动的蠕动泵，另一毛细管连接到试剂管；

将两个O型密封圈放置于所述微量反应舱和所述平板之间，每一个O型密封圈对应一组小孔和通孔的位置，

所述蠕动泵首先正向转动使所述试剂管中的试剂注满所述微量反应舱，之后以预定间隔反复进行正向、反向的交替转动。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述温控平台的倾斜角为5-60°。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述平板和所述微量反应舱之间是相互压紧，通过所述O型密封圈实现所述小孔和所述通孔的密封连接。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述平板采用两个螺丝固定在所述温控平台上。

10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预定间隔为1-10秒钟。

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