CN1347329A - 使用精细颗粒生产生物材料的探针列阵的方法 - Google Patents

使用精细颗粒生产生物材料的探针列阵的方法 Download PDF

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Abstract

其中诸如DNA的各种生物物质的探针被固定在一种固体的表面上的探针列阵的使用,作为一种有效的高速筛选的工具正在获得公认。诸如DNA的不同类型探针不是被固定在单个固体的表面上,而是被固定在诸如珠子的大量的可以独立处理的精细颗粒的表面上,并将所产生的珠子按照一个指定的次序排列在一支毛细管或一个单元中。在一个探针被固定之处区域的大小被减少了。此珠子探针列阵的特征在于使用一种有空穴的片层,这样的小珠子被按照指定的次序一个接一个地排列,并且一个数量或多个数量的珠子被容纳在这些空穴中,并在此后被转运到诸如一支毛细管的一种探针列阵容器。

Description

使用精细颗粒生产生物材料的探针列阵的方法
发明背景
发明领域
本发明涉及在检测肽、蛋白质和DNA，诊断和分析包括DNA的生物材料中使用的探针列阵；和生产同样的探针列阵的方法和装置。
相关技术的描述
对于DNA分析或者DNA测试或诊断，小量DNA的扩增、被扩增的DNA片段的分离和鉴定、以及其他的过程是必需的。PCR(聚合酶链式反应)被广泛地用于DNA扩增，其中极小量的DNA可以被扩增数个数量级从而可以被检测。在另一方面，为了不同DNA的分离和检测，在其他的方法当中，使用了一种DNA测序仪和片段分析仪，其中联合了凝胶电泳和荧光检测。然而，因为样品或测试项目的数量增加，电泳变得非常地劳动密集。因此，一种使用DNA探针的简单方法正引起人们的注意，特别是一种DNA芯片，其中许多种探针被固定在一种固体的表面上从而制造一种与样品进行杂交，此后只有特异的DNA被俘获在此固体的表面上并被检测的探针列阵(Nature Medicine 2，753，1996)。
此探针检测方法还被用于蛋白质或多肽或各种与它们相互作用的生物材料的分析，并且一种对应于DNA芯片的肽芯片现在正在被使用。在其中一种肽或DNA被固定在一种固体的表面上并在此肽或DNA与一种样品之间进行杂交的这种分离和检测方法，长久以来被称为一种印迹方法，其中靶DNA或同类的东西通过一种被固定在膜上的探针使用放射性标记而被检测。然而，在DNA芯片上大量的探针可以被固定在一种诸如玻璃或硅氧烷的固体的表面的一小块区域(1cm2)上，DNA芯片具有只需要小量的样品，并且可以同时使用大量不同探针的优势。生产DNA芯片的方法大致被分成两组。在第一组中，DNA探针是合成的一种基片，每次是通过在一种固体的小节段(0.05mm2到0.2mm2)上的一种光化学反应，使用相同于用于半导体或同类的东西的光学掩蔽技术(Science 251，767，1991)合成的。在第二组中，对于个体探针的每一个节段，一种被合成的DNA，PCR-扩增的DNA，或者通过克隆获得的DNA被固定在一种固体的表面的一个小节段上(Nature Biotech 16，27，1998)。后者拥有具有所需要的探针的肽芯片或DNA芯片可以相对容易地制造的优势，并且是许多启动公司选择的方法。
发明概述
一种生物材料的探针芯片，包括DNA，被高度期望用作一种测试工具。然而，就实际而言，以下条件必须满足：(A)可以低成本地制造小量的大量不同的芯片，(B)一种探针可以被均匀地固定；(C)数据是高度可重复的，并且此芯片是可以再用的；并且(D)此芯片可以被加热，从而去除被非特异性吸附的物质。然而，问题依然存在：例如，(a)探针从一个节段到另一个节段是不一致的，(b)生产是劳动密集的，(c)固定化非常精细的分段是不可能的，以及(d)探针不均匀；因为(i)它们是作为液滴被固定在一种固体的表面上的，并且(ii)探针同时被安置和固定。而且，(d)与此固体的表面微弱地结合并且一旦加热即可被移去，因为(iii)许多探针芯片通过吸附或同类的作用被固定。
为了解决上述的问题，探针在固体表面上的固定和这些探针的排列可以被分成两个或更多不同的步骤，从而能够在此固体表面上生产均匀的DNA探针。探针可以经由对热稳定的共价键被固定，因此，被非特异性吸附的物质可以通过加热被适当地去除。排列被用作在其之上固定探针的固体的精细颗粒，从而生产一种具有适当尺寸的节段的探针列阵。任何想要的探针列阵可以通过交换被排列的具有这些探针的精细颗粒而容易地生产。镊子可被用来排列具有大约0.3mm的直径的精细颗粒，但是这个方法对于具有小于0.1mm的直径的颗粒将会是困难的。因此，在一个实施方案中，本发明提供一种方法和一种生产一种探针列阵的装置，其中每一个都被容纳于在一种片层之上的一个精细空穴中的精细颗粒被转运并排列在一支毛细管，一块平板上的一个沟槽或者同类的东西中。在一个备择的方法中，控制精细颗粒，使其作为个体颗粒流进一种液体以转运到一支毛细管中，从而生产一种探针列阵。而且，为了改进测量的重复性，为每一种探针排列了具有多个探针的多个精细颗粒，从而检查测试结果的任何变化以获得高度可靠的数据。
为了概述本发明和所获得的优于在先技术的优势起见，本发明的特定目的和优势已经在上文中被描述。当然，要理解，不一定根据本发明的任何特定实施方案可以获得全部这样的目的或优势。因此，例如，本领域的技术人员将会承认，本发明可以在获得或优化如同这里所教导的一种优势或优势集合的意义上被具体化或者说被实施，而不一定获得在这里可能被教导或被暗示的其他目的或优势。
从以下的优选实施方案的详细描述中，本发明的进一步的方面，特征和优势将会变得显而易见。
附图简述
参照意在说明而不是限制本发明的优选实施方案的附图，本发明的这些和其他特征现在将被描述。
图1是一种包括被排列在一支毛细管中的具有探针的珠子的探针列阵芯片的理论图。
图2是一种测量一种被保留在一支毛细管或同类的东西中的具有探针的珠子列阵的检测系统的理论图。
图3a-3g是一种排列珠子的装置的分段剖视图。图3a是以离线状态传入珠子的理论图。图3b是其中一个珠子被俘获在一个空穴中的理论图。图3c是其中一个珠子正在移进一支毛细管或同类的东西中的理论图。图3d-3g说明此连续步骤。
图4a和4b是一种沟槽型的排列珠子的装置的理论图。图4a是透视图。图4b是剖视图。
图5a，5b和5c是一种使用沟槽和一种可以移动的阀生产一种珠子列阵的方法的理论图。图5c是横截面局部视图。
图6是一种圆盘型的转运探针珠子的系统的理论图。
图7是一种液流型的珠子列阵生产方法的理论图。
图8是在其中用标记珠子分隔大量珠子的一种珠子列阵的理论图。
图9a和9b是一种使用一种具有空穴的片层排列探针珠子的方法的理论图。
图10a，10b和10c是一种微量滴定板型的珠子列阵容器的理论图。
图10a是全视图。图10b是剖视图。图10c是测量的理论图。
优选实施方案的详细描述
本发明包括数个方面和实施方案。在一个方面，一种生产一种探针列阵的方法包括下列步骤：(a)选择感兴趣的数种类型探针；(b)分别将此数种类型探针固定在不同固体物件的表面上；并且(c)按照一种指定的次序排列这些固定了探针的固体物件，从而获得分析通过它的一种样品溶液的一种探针列阵。在上文中，探针可以是多聚核苷酸，肽或蛋白质。在一个实施方案中，这些固体物件是可能是精细颗粒的珠子。进一步地，这些固体物件的排列可以是一种一维排列或一种二维排列。在另一个实施方案中，此方法还包括将作为标记物的固体物件按照指定的间隔放置在此排列中。这些标记可以具有不同于具有探针的固体物件的尺寸。在一个实施方案中，每一个固体物件有一种类型探针被固定在其上，并且为每一种类型探针制备了一个指定数量的固体物件。此外，这些固体物件的排列可以在一种选自毛细管，沟槽和光学单元的列阵中进行。
在本方法的一个实施方案中，固体物件的排列可以如下进行：(i)将固定了探针的固体物件放置在一种空穴的片层上，所述空穴中可以通过一个固体物件，所说的片层被放置在一个可以移动的具有一个通向此列阵内部的直通空穴的基底上，所说的可以移动的基底被放置在此片层的空穴与此可以移动的基底的直通空穴不相通的地方；(ii)在此片层的空穴中俘获这些固体物件中的一个；(iii)从此片层去除剩余的固体物件；(iii)将此可以移动的基底移动到此片层的空穴与此可以移动的基底的直通空穴相通的一个地方；(iv)经由此直通空穴将此被俘获的固体物件转运到此列阵；并且(v)重复步骤(i)到(iv)直至固定了探针的固体物件被按照指定的次序排列在此列阵中。
在本方法的另一个实施方案中，排列可以如下进行：(i)将固定了探针的固体物件放置在一种具有空穴的片层上，所述空穴中可以通过一个固体物件，所说的空穴通向此列阵的内部，所说的空穴被用一个阀关闭；(ii)在此片层的空穴中俘获这些固体物件中的一个；(iii)打开此阀从而将被俘获的固体物件转运到此列阵；和(iv)重复步骤(i)到(iii)，直至固定了探针的固体物件被按照指定的次序排列在毛细管，沟槽或光学单元中。
在本方法的又一个实施方案中，排列可如下进行：(i)将这些固定了探针的固体物件放置在孔中，每一个孔含有单一类型的固定了探针的固体物件，每一个孔具有一个可以为一个固体物件所通过的空穴，所说的空穴被关闭；(ii)在每一个孔的每一个空穴中俘获这些固体物件中的一个；(iii)在按照一个指定的次序移动这些孔之后打开和关闭每一个空穴，从而将每一个被俘获固体物件转运到一种列阵中；(iv)移动这些孔，从而在下一个列阵中排列这些固定了探针的固体物件；和(v)重复步骤(i)到(iv)，直至用排列在其中的固定了探针的固体物件填充一个指定数量的列阵。
在本方法的再一个实施方案中，此排列可以如下进行：(i)将固定了探针的固体物件放置在一个狭窄的管子中；(ii)用一种沿着此狭窄的管子流动的溶液一个接一个地移动此固体物件，从而将此固体物件转运到此列阵中，和(iii)重复步骤(i)和(ii)，直至固定了探针的固体物件被按照指定的次序排列在此列阵中。
此外，在一个实施方案中，排列可以如下进行：(i)将固定了探针的固体物件放置在节中，每一节含有单一类型的固定了探针的固体物件，每一个节具有一个可以为一个固体物件所通过的空穴，所说的空穴被关闭；(ii)在每一个节的每一个空穴中俘获这些固体物件中的一个；(iii)在按照一个指定的次序移动这些节之后打开和关闭每一个空穴，从而将被俘获的固体物件转运到一种沟槽中；(iv)重复步骤(i)到(iii)，直到固定了探针的固体物件被按照次序排列在此沟槽中；和(v)将被排列的固定了探针的固体物件转运到一种列阵中，在该列阵中这些固体物件被紧密地排列在一起。
在上文中，每一个实施方案可以展示上述优势效应之至少一种。
本发明可以被应用于其他方面，包括一种分析一种通过它的样品溶液的探针列阵，和各种生产一种探针列阵的装置。
本发明将用以下实施例说明。本发明的一种探针列阵可以一般地用DNA，蛋白质，肽或其他生物材料说明。因此，在以下实施例中用DNA进行说明。
在根据本发明的一种DNA探针列阵中，固体探针被一维地容纳在一支毛细管中，或者二维地容纳在一个光学单元的一个小区域中。为了说明的方便，在实施例中主要地使用了毛细管。虽然在实施例中，圆珠子被用作精细颗粒，但是任何具有立方形或其他形状的颗粒都可以被使用。可以使用具有1-300微米直径的珠子；然而，在实施例中主要地使用了具有20微米直径的珠子。进一步地，通常使用玻璃和塑料珠子；然而，诸如金的金属材料也可以被使用。在这里使用塑料珠子。[实施例1]
图1说明了根据本发明的一种探针列阵的一个实例，其中数字101是一个溶液和样品的入口，102是一个出口，103是一支容纳探针列阵的毛细管，104是标记珠子，105是一个具有探针的珠子，而106是假珠子。具有被固定的探针的珠子的直径是20微米，此毛细管103的内径是25微米。在这个实施例中，在两端排列了大约20个假珠子106，并在它们之间排列了999个珠子105。对于总共99个标记珠子和900个探针珠子，每隔10个珠子是一个黑色珠子104，并且每隔100个珠子是一个红色珠子，即，900个不同种类的探针可以同时被用于测试。如果被密集地装配，这些珠子可以被排列在2mm的长度内；然而，在这个实施例中，出于杂交和其他的考虑，这些珠子被更松散地装配，并被容纳在5mm的长度内。保留长度可以比上文描述的范围更长或更短(例如，在每1000个珠子2-10mm的范围内)。然而，虽然一个过长的长度增加了所需要的样品的量，但是一个过短的长度引起处理的问题。而且，样品的杂交可能不充分。反应区域的体积是大约2.3nL。塞子被放置在两端，从而防止珠子流出。样品和洗涤液经由入口101和出口102引进和排放。因为多达10,000个探针可以被容纳在一个长度为20-30mm的区域内，该探针列阵紧密排列并且易于处理是有利的。
照射激光光束206和容纳探针的毛细管202被相对地扫描，并且使用一种荧光检测装置，例如，如同图2中所说明的一样，测量了所产生的荧光。在图2中，数字201是一种具有探针的珠子，202是一支容纳探针列阵的毛细管，203是一块移动探针列阵的平板，204是一个照射及发射点，205是一个透镜，206是一个照射激光光束，207是一个滤光器，208是一个透镜，209是一个激光光源，210是一个检测器，211是一个数据处理和检测器控制器，而212是一个指示器。通过每10个珠子201放一个标记珠子的方式可很容易地识别不同的探针。可将标记珠子染成不同的颜色，以识别不同的探针，或可选择地，将具有探针的10个珠子的每一组染成不同的颜色。当然，在这种情况下，将选择颜色，使其不具有影响荧光检测的波长。[实施例2]
这个实施例涉及将珠子被按照预先确定的次序排列在一支毛细管中的一种方法和一种装置。图3a-3g说明一种制造此珠子列阵的装置的实例。在这些图中，数字301是一个溶液和珠子出口，302是一个溶液入口，303是一块覆盖平板，304是一个具有探针的珠子，305是俘获珠子的空穴，306是一支排列珠子的毛细管，307是一个支撑毛细管的基底，308是一个被俘获的珠子，309是一个供应珠子的管嘴，而310是一个塞子。为了说明的方便，在此实施例中珠子被排列在一支毛细管中；然而，为了实际使用，使用了在一种片层之上的多个空穴和多个毛细管。步骤1(图3a)：用一种溶剂将具有第一种探针的珠子(探针珠子#1，304)引进单元303中，单元303在底部具有一个带空穴的片层311。这些珠子被沉淀，并且前后和左右移动溶剂，从而使这些珠子305中的一个落入此空穴中。步骤2(图3b)：用此溶剂302经由出口301去除剩余的珠子并洗涤之。只有落入此空穴的珠子仍然在此单元中。在这个情形下，此溶剂可以被以直角吹出通道口外到达片层，从而去除这些接近通道口的珠子，并将一个珠子保留在此片层空穴中，从而在步骤3中被引进毛细管中。此空穴的底部被滑块307封锁。排列珠子的毛细管被固定到此滑块上，但是在步骤1和2中，毛细管的轴306和空穴不排成一行以致珠子305被保留在空穴中。步骤3(图3c)：滑块307和片层311被相对彼此地移动，从而将毛细管的轴和空穴排成一行。通过从另一端吸入或者从溶液注射的一方施加压力将探针珠子#1(305)引进此毛细管中。在这个情形下，此滑块与此片层的相对运动是与此空穴的直径大约相同的数量级，对其成功地使用了一个压电元件。步骤4(图3d)：此滑块307和此片层311被相对地移动，以致此毛细管的轴306和此空穴308又脱离一条直线。步骤5(图3e)：将具有第二种探针的珠子(探针珠子#2，320)引进单元303中，并且321中的一个落入此空穴中。步骤6(图3f)：按照与步骤2同样的方式，从此单元中去除除了在此空穴中的珠子以外的多余珠子。步骤7(图3g)：此滑块和此片层被相对移动，从而将此毛细管的轴与此空穴排成一行，以致探针珠子#2(321)可以被引进此毛细管中。结果，具有探针1的珠子(探针珠子1)和具有探针2的珠子(探针珠子2)在毛细管中被排成一行。通过重复这些步骤，可以生产一种带有所需次序的探针的珠子列阵。
在测量期间，在这里使用的毛细管可以被取出，并用作一种探针列阵容器，或者可以单独地制造一种将珠子列阵向其转运的探针容器并且将其连接到此毛细管的底部。在这个实施例中，使用了在图4a和4b中说明的探针列阵容器。在这些图中，数字401是一个具有容纳一个珠子列阵的沟槽的基底，402是一个溶液出口毛细管，403是一个珠子及各种溶液的入口，404是一个排列珠子的沟槽，405是一个具有探针的珠子，406是一个塞子，而407是一个上部的窗口。从此图的左边(403)注射一种样品溶液，在充分杂交之后，从右边(402)注射一种洗涤液体，从而去除没有反应的样品部份。在将此探针列阵容器装配到一种测量装置之后，用一个激光光束照射每一个珠子并检测发射的荧光。当然，除了激光光束照射所发射的荧光，还可以检测化学发光试剂所产生的发射光。可以使用任何能够检测杂交存在或不存在的检测方法。
在这个实施例中，只用一支固定在此滑块上的毛细管来说明本发明；然而，可同时使用多根毛细管来生产大量探针列阵。在这个情形下，自然可理解，此片层上的空穴的数量必须随毛细管数量增加一起增加。[实施例3]
这个实施例为了说明一种装置，其中珠子递送装置504具有分别保存各种珠子的空穴(或孔)，从而将它们转运到一个在上面具有沟槽507的排列珠子的平板512上，或转移到一支根据预先确定的次序将珠子排列成一种探针珠子列阵的毛细管中。首先，将被放置在一块微量滴定板的孔中的含有不同种类探针珠子的溶液，按照预先确定的次序一个接一个地转运到珠子递送装置的指定的孔(空穴)中，从而将珠子排列于在一块平板中产生的一个沟槽中或一支毛细管中(图5a，5b，5c)。在这些图中，数字501是一支吸液管/注射管，502是一块具有容纳探针珠子的孔503的滴定板，504是一种具有空穴的珠子递送装置，505是一个容纳被递送到一个沟槽的探针珠子的空穴，506是被排列的探针珠子，507是一个在其中各种探针珠子被排成一行的沟槽，508是一个探针珠子，509是被俘获在一个空穴中的一个探针珠子，510是一个压电元件，511是一个可以移动的阀，而512是一个支撑基底。珠子被用吸液管501从滴定板502中的孔吸出，并移进一个转运孔505。俘获珠子的空穴520在孔的底部是开放的。这些被注射进孔505的珠子509中的一个(多个珠子，如果提供了多个空穴)落入空穴520中，并在光学上确认了所落入的珠子的存在。此后，过量的珠子被回收或通过用洗涤液冲洗将珠子从孔中去除。可为压电元件510所驱动的阀511或同类的东西被放置在俘获珠子的空穴520与沟槽507或此毛细管之间。通过移动此阀，可以将一个珠子转运到沟槽或毛细管一边。实际的珠子运动被一个液流所控制。当然，还可以通过移动平板504转运珠子，从而将此空穴与此沟槽或此毛细管的中心排成一行。一旦此珠子被完全转运，将此阀移动回去，或者改变此空穴和此毛细管的相对位置，从而将此珠子俘获在此空穴中。使用吸液管将具有下一个探针的珠子引进俘获位点。重复上面的步骤，从而生产一种珠子列阵。所产生的珠子列阵506如同现在一样使用，或者将其转运到另一个容器中而同时保持此排列并用作一种探针列阵。
可在一个具有多个空穴的系统中实施以上步骤，从而节约列阵生产的时间，或者同时生产多个相同的列阵。[实施例4]
在实施例2中，使用一种具有一个空穴的珠子递送装置，一次排列一种探针珠子。在这个实施例中，使用在一种珠子递送装置的多个孔分段地容纳多个种类的探针珠子，从而改善生产率。如图6中所示，将多个矩形孔603放置在旋转的圆盘601上。在图6中，数字601是递送珠子的一种圆盘型的容纳珠子的平板，602是一个旋转的轴，603是一种容纳珠子的沟槽，而604是一个容纳珠子的空穴。如同在实施例1的最后所描述的一样，每一个孔的底部与一个具有空穴的片层安装在一起。具有这些片层的旋转圆盘的下面的部分与一种支撑毛细管的滑块有接触，以免被俘获在这些空穴中的珠子落下。当旋转圆盘被移动，并且，这些空穴与这些毛细管的轴被排成一行时，探针珠子被按照与在上文的实施例中所描述的相同的方式转运进毛细管。这些空穴的数量对应于这些毛细管的数量。这些空穴和这些毛细管被对应地安置；然而，为了预防一旦旋转产生扭曲，提供了一种控制机制，其此机制中使用一种与CD-ROMs所使用的相似的定位技术，按照此圆盘的轴602方向移动此具有毛细管的滑块。在这个实施例中，使用了一块具有16cm直径的转板。孔603(1mm宽，30mm长)被定位在离此圆盘的轴5cm的位置。孔的间距是2mm，可以将大约150个孔放射状地安置在此圆盘上。具有空穴的片层铺展在这些孔下面，而这些空穴的间距是2mm。在这个实施例中，排列了总共10个空穴，从而可以在10个毛细管中制造探针珠子列阵。当然，一次可以生产的毛细管的数量和探针列阵的数量可以按要求改变。
旋转平板按两种旋转方式旋转；一种高速旋转模式和一种低速但高度精确的旋转模式。用一种溶液将珠子引进孔中。通过移动圆盘并使溶液流出这些空穴，使这些珠子落入这些空穴中。下一步，通过高速旋转模式旋转此圆盘，通过离心力并通过水流将过量的珠子移动到位于这些孔的末端的珠子容器中。停止此圆盘，此后，将此圆盘旋转设定到高度精确的模式，从而将这些毛细管和探针珠子#1排成一行。在此圆盘底部的一个活门被打开，并且使支撑毛细管的滑块与此旋转的平板接触，从而将携带探针珠子#2的孔移动到这些毛细管的位置。这些珠子被按顺序地转运进这些毛细管，从而按照指定的次序生产探针珠子列阵。通过交换此圆盘或要被放置在这些孔中的探针珠子，以及重复以上所描述的步骤，可以排列大量的探针珠子并将其容纳在毛细管中。通过每隔10个珠子即改变此列阵中珠子的颜色，可以常规地确定一个特定探针在一个所产生的探针珠子列阵中的位置。[实施例5]
这个实施例涉及使用一种液流将探针珠子一个接一个地按照指定的次序排列进一支毛细管中的一种方法和一种装置。图7所示为这个实施例的理论图。在这张图中，数字701是一种珠子溶液储存器，702是一种具有探针的珠子，703是一种转运管，704是一个鞘形流动池，705是一种转移液体，706是一个用于转移的毛细管，707是一种用于珠阵列排列的毛细管；708是一种支撑基体，和709是一种溶液出口管。具有探针的珠子702被泵入转移毛细管707。该毛细管的端部被插入到用转移液体705在鞘形流动池704中形成的液流中，并且这些珠子被一个接一个地释放进液流中，并且其间隔基本上恒定。但是，为了使释放稳定，对装有这些珠子的毛细管部分使用超声波，从而沿着毛细管的轴形成结节。通过控制诸如超声波强度等条件使这些珠子一个接一个地以指定的间隔释放进液流中。[实施例6]
在上述实施例中，一个珠子相应于一种探针。但是，为了检查杂交反应的均一性或者为了改善检测灵敏度，对于一种探针可使用多个珠子。但不需要所有的探针使用同等数目的珠子。但是，如果在毛细管中用于制作探针阵列的数目不同，在具有不同的探针作为标记的珠子组之间必须插入彩色的珠子或者不同大小的珠子。该实施例示于图8。在该图中，数字801是一个大尺寸假珠，802是一个探针珠子，803是一个大尺寸标记珠子，804是一个用于容纳探针的毛细管，并且805是一个样品流径。用于生产的设备基本上与上述相同，只是孔的大小比珠子802的尺寸大几倍，从而使多个珠子802可陷于该孔中。随后的步骤与上述相同。
进一步地，如果使用在实施例5中所描述的液体流动系统，可以容易地制造本实施例中的珠子列阵。用一个吸液管从一个珠子储存器吸出少量的珠子，并将其注射进此液流。虽然该数目无法证实，可以将所注射的珠子顺序地放进此毛细管804中。在注射另一种珠子之前，注射作为标记物的一个有色珠子或一个不同大小(801)的珠子，从而可以确定个体珠子的位置和探针的类型。[实施例7]
前面的实施例是一种生产在其中探针珠子被排列在一支毛细管中的一种探针列阵的方法。正如在图9a和9b中所说明的一样，这个实施例公开了一种方法和一种装置，在其中首先将珠子排列于一个在一块平板表面上产生的沟槽中，此后将其聚集成一个探针列阵或者将其转运进一支毛细管，从而生产一种探针列阵。在图9a和9b中，数字901是一块具有孔的平板，902是一个珠子储存器的一个孔。903是一个容纳珠子的空穴，904是一个具有空穴的片层并且通常连接到平板901，905是一个具有排列珠子的沟槽的基础列阵生产支持物，906是一个排列探针珠子的精细沟槽，907是一个具有探针的珠子，908是一个珠子列阵的毛细管。首先，制备一种在一块平板表面上具有多个沟槽906的珠子列阵生产支持物905。在每一个沟槽中排列具有探针的珠子907，并将它们转运进一种毛细管908或者同类的东西，同时维持它们的排列，此后，将排列在多个沟槽中的珠子引进不同的毛细管中，并用作一种探针列阵。将一块与一种具有空穴(901，904)的片层连接在一起的平板放置在珠子列阵生产支持物的顶部，其中这些珠子被俘获在这些空穴中，并将其转运进上文描述的沟槽中。正如图9中所说明的一样，这个具有一种片层的平板具有正交于在珠子列阵生产支持物上的沟槽的孔(珠子储存器902)，并且容纳珠子的空穴903是直通空穴，并对此精细沟槽打开。此装置的确具有多个沟槽，但是具有不同探针的珠子被注射进此平板上不同的孔中，并被容纳在不同的空穴中。使用此与一种片层连接在一起的平板和此具有沟槽的平板，它们紧密接触，但可以彼此滑动。在开始的时候，此片层的空穴903和珠子列阵生产支持物的沟槽906不排成一行。将具有探针的珠子供应到在具有每一种探针的空穴的片层之上的平板的不同的孔902中。一个珠子落进一个空穴中并被保留在那里，因为在这个状态，此空穴的底部被关闭。当此片层的空穴和此珠子列阵生产支持物的沟槽被排成一行时，珠子一个接一个地从个体空穴落入沟槽906中。因为不同的珠子列阵从不同的位置落入一个沟槽中，所以各种珠子被保留在一个沟槽中。实际上这些珠子被按照与珠子储存器902内的那些珠子相同的间隔放置在具有空穴的片层上。在这个实施例中，此间隔是2mm。在这个实施例中，将总共50个珠子落入此珠子列阵生产支持物的每一个沟槽中。同样，在这个实施例中可以同时生产10珠子列阵，但是这个数目可以按需要增加。在落下这些珠子之后，移动此具有空穴903的片层的位置和此珠子列阵生产支持物的沟槽906，从而密封这些沟槽，此后用一种液流将这些珠子引进此毛细管908中。通过重复以上描述的步骤，可以排列不同种类的探针的数量。
在这个实施例中，公开了一个一维排列的探针珠子列阵；然而，自然地，通过安排多个数量的这些列阵或通过二维排列这些列阵，可以生产具有更多种探针的探针列阵。[实施例8]
在这个实施例中，一种探针珠子列阵支持物包括这些由一块具有一维或二维分布空穴的平板和一个盖玻片组成的单元。在图10a，10b和10c中，数字1001是一块微量滴定板型的珠子列阵支持物，1002是一个间隔物，1003是制造一种具有一块盖玻片的珠子列阵单元的一个空穴，1004是一个具有探针的珠子，1005是一块盖玻片，1006是一个溶液出口，1007是一个溶液入口，1008是一个激光光束，1009是一个透镜，而1010是一个检测器。这类似一块微量滴定板。从在其中容纳探针珠子的一块滴定板吸入小量的珠子，并将它们分配到平板1001的空穴(单元)1003中。根据探针的种类将珠子1004分配到位于指定位置的空穴中，从而生产一种微量滴定板型的具有探针珠子的珠子列阵。在珠子被分配之后，将光学透明并且不干扰荧光或化学发光的测量的盖玻片1005放置在顶部，从而生产一种单元列阵。在盖玻片与壁之间分割微量滴定板型单元列阵的单元的间隔，小于珠子的尺寸，以致珠子不能够向外移出。反应溶液或同类的东西可以自由地流过这些单元。为了使用，将这些单元颠倒，从而使此玻璃侧向下。在这个情形下，在玻璃表面上的珠子不依赖于这些单元的深度与反应溶液充分地接触，而这些探针与靶进行杂交。[发明效果]
如上所描述，根据本发明，通过一个简单的程序可以生产大量的肽或DNA探针列阵。在一种固体的表面固定探针的过程和排列探针的过程是分开的，从而这两个过程都可以被优化。结果，可以生产均一的并且不容易从此固体表面去除的被固定的探针，此后，通过将珠子按照指定的次序排列，可以容易地生产一种具有所需要种类的探针的列阵。同样，一种精细的探针列阵——这是难于通过常规方法制造的——可以通过减小这些珠子的大小生产。可以简单地通过制备所需要的DNA探针，将它们固定在珠子的表面上，并将这些探针珠子安装到一种生产装置上，生产一种具有新成分的探针列阵，这样，任何时间都可以提供使用者所要求的列阵。通过排列多个数量的携带相同探针的珠子，可以获得统计平均值以分析重复性和定量性，并可以进行可靠的测量。而且，此反应是快速而高度敏感的，因为反应的表面区域大于被保留在一块平板上的常规DNA芯片或同类的东西的表面。这些珠子的大小可以在1微米到30微米之间改变，从而，如果需要的话，可以容易地生产高密度探针列阵。例如，通过使用6-微米珠子，可以在一支毛细管中将1,500个探针排列在10-mm的长度上，或者如果使用二维探针列阵支持物，就可以将超过1,000,000个探针保留在一个1cm2的区域上。
通过一个极其简单的过程，可以生产多个数量的具有相同的探针排列的列阵，因此，这些列阵也适于批量生产。
本领域中的那些技术人员将会理解，可以做许多和各种修饰而不背离本发明的精神。因此，应该清楚地理解，本发明的各种形式仅仅是说明性的，而不是用来限制本发明的范围。

Claims (28)

1.一种生产一种探针列阵的方法，包括如下步骤：
选择多种类型的感兴趣的探针；
将此多种类型的探针固定在不同的固体物件表面上；和
将此固定了探针的固体物件按指定的顺序排列，从而获得一种分析通过它的样品溶液的探针列阵。
2.根据权利要求1的方法，其中探针是多核苷酸，肽，或蛋白质。
3.根据权利要求1的方法，其中固体物件是珠子。
4.根据权利要求3的方法，其中珠子是精细颗粒。
5.根据权利要求1的方法，其中固体物件的排列是一种一维排列或一种二维排列。
6.根据权利要求1的方法，进一步包括在此排列中的指定间隔的作为标记物的固体物件。
7.根据权利要求1的方法，其中每一个固体物件有一种类型的探针固定在其上，并且为每一种类型的探针制备指定数量的固体物件。
8.根据权利要求6的方法，其中标记物具有与具有探针的固体物件不同的尺寸。
9.根据权利要求1的方法，其中排列是在选自一种毛细管，一种沟槽以及一种光学单元的列阵中进行的。
10.根据权利要求9的方法，其中排列通过如下步骤进行的：(i)将固定了探针的固体物件放置在一种片层上的一个空穴中，该片层具有一种可以为一个固体物件所通过的孔，所说的片层被放置在一个可以移动的基底上，该可移动的基底具有通向此列阵支持物的直通空穴，所说的可以移动的基底被放置在此片层的空穴与此可移动的基底的直通空穴不相通处；(ii)在此片层的空穴中俘获这些固体物件中的一个；(iii)从此片层去除剩余的固体物件；(iii)将此可以移动的基底移动到此片层的空穴与此可以移动的基底的直通空穴相通的一个位置；(iv)经由此直通空穴将此被俘获的固体物件转运到此列阵；和(v)重复步骤(i)到(iv)，直到固定了探针的固体物件被按照指定的顺序排列在此列阵中。
11.根据权利要求9的方法，其中排列是通过如下步骤进行的：(i)将固定了探针的固体物件放置在一种片层上的一个孔中，所述片层具有一个可以为一个固体物件所通过的空穴，所说的空穴通向此列阵内部，所说的空穴用一个阀关闭；(ii)在此片层的空穴中或孔中俘获这些固体物件中的一个；(iii)打开阀，从而将被俘获的固体物件转运到此列阵中，和(iv)重复步骤(i)到(iii)，直到固定了探针的固体物件被按照指定的次序排列在此毛细管，沟槽或光学单元中。
12.根据权利要求7的方法，其中排列是通过如下步骤进行的：(i)将固定了探针的固体物件放置在孔中，每一个孔含有单一类型的固定了探针的固体物件，每一个孔具有一个可以为一个固体物件所通过的空穴，所说的空穴被关闭；(ii)在每一个孔的每一个空穴中俘获这些固体物件中的一个；(iii)按照指定的次序移动这些孔之后，打开和关闭每一个空穴，从而将每一个被俘获的固体物件转运到一个列阵中；(iv)移动这些孔，从而在下一个列阵中排列固定了探针的固体物件；并且(v)重复步骤(i)到(iv)，直到用其中固定了探针的固体物件填充了一个指定数量的列阵。
13.根据权利要求9的方法，其中排列是通过如下步骤进行的：(i)将固定了探针的固体物件放置在一个狭窄的管子中；(ii)用一种溶液使固体物件一个接一个地沿着此狭窄的管子流动，从而将被排出的固体物件转运到列阵中，和(iii)重复步骤(i)和(ii)，直到固定了探针的固体物件按照被指定的次序排列在列阵中。
14.根据权利要求7的方法，其中排列是通过如下步骤进行的：(i)将固定了探针的固体物件放置在节中，每一个节含有单一类型的固定了探针的固体物件，每一个节具有一个可以为一个固体物件所通过的空穴，所说的空穴被关闭；(ii)在每一个节的每一个空穴中俘获这些固体物件中的一个；(iii)按照一个指定的次序移动这些节之后，打开和关闭每一个空穴，从而将每一个被俘获的固体物件转运到一个沟槽中；(iv)重复步骤(i)到(iii)，直到固定了探针的固体物件被按照次序排列在此沟槽中；和(v)将被排列的固定了探针的固体物件转运到一个在其中这些固体物件被紧密地放置在一起的列阵中。
15.分析一种通过其的样品溶液的探针列阵，包括：
多种类型的被固定在不同固体物件表面上的探针；和
一种在其中固定了探针的固体物件被按照一个指定的次序排列的列阵。
16.根据权利要求15的探针列阵，其中此探针是多核苷酸，肽或蛋白质。
17.根据权利要求15的探针列阵，其中固体物件是珠子。
18.根据权利要求17的探针列阵，其中珠子是精细颗粒。
19.根据权利要求15的探针列阵，其中固体物件的排列是一种一维排列或一种二维排列。
20.根据权利要求15的探针列阵，进一步包括在此排列中的指定间隔的作为标记物的固体物件。
21.根据权利要求15的探针列阵，其中每一个固体物件有一种类型的探针被固定在其上，并且为每一种类型的探针制备了指定数量的固体物件。
22.根据权利要求20的探针列阵，其中标记物具有与具有探针的固体物件不同的尺寸。
23.根据权利要求15的探针列阵，其中此列阵选自一种毛细管，一种沟槽或一种光学单元。
24.一种制造一种探针列阵的装置，包括：
一种支持固定了探针的固体物件的片层或孔，所说的片层或孔具有一个可以为一个固体物件所通过的空穴；
一种将此片层或孔放置于其上的可以移动的基底，所说的可以移动的基底具有一个通向一种列阵的直通空穴，所说的可以移动的基底在此空穴与此直通空穴不相通的一个位置——其中一个固定了探针的固体物件被俘获在此空穴中，与此空穴与此直通空穴相通的一个位置——其中此固定了探针的固体物件被排出——之间是可以移动的；和
一种可以分开地与此直通空穴相通的列阵，其中这些固定了探针的固体物件可以被按照一个指定的次序排列在此列阵中。
25.一种制造一种探针列阵的装置，包括：
一种支持固定了探针的固体物件的片层或单元，所说的片层或单元具有一个可以为一个固体物件所通过的空穴，所说的空穴通向一种列阵；
一种关闭此空穴的阀，其中当此空穴被关闭时，一个固定了探针的固体物件被俘获在此空穴中，并且当此空穴被打开时，此固定了探针的固体物件被排出；和
一种可以分开地与此空穴相通的列阵，其中固定了探针的固体物件可以按照一个指定的次序排列在此列阵中。
26.一种制造一种探针列阵的装置，包括：
一种具有多个支持其中固定了探针的固体物件的孔的平板，每一个孔对应于一种类型的固定了探针的固体物件，每一个孔具有一个可以为一个固体物件所通过的空穴；
关闭这些空穴的阀，其中当每一个空穴被关闭时，一个固定了探针的固体物件被俘获在此空穴中，并且当每一个空穴被打开时，此固定了探针的固体物件被排出，所说的阀被按照一个指定的次序操作；和
多个与这些空穴相通的列阵，其中固定了探针的固体物件可以按照一个指定的次序排列在每一个列阵中。
27.一种制造一种探针列阵的装置，包括：
一种用于支持其中固定了探针的固体物件的狭窄管子；
一种围绕此狭窄管子的出口管子，其中一种溶液按照一个接一个地排出这些固体物件的方向流动；和
一种接收从此狭窄管子排出的固体物件的列阵，其中固定了探针的固体物件可以被按照一个指定的次序排列在此列阵中。
28.一种制造一种探针列阵的装置，包括：
一种具有支持其中固定了探针的固体物件的节的平板。每一个节含有单一类型的固定了探针的固体物件，每一个节具有一个可以为一个固体物件所通过的空穴，所说的空穴具有一个阀；
一种具有接收按照指定次序通过这些空穴的固定了探针的固体物件的沟槽的第二种平板；和
一种接收从这些沟槽所转运的固体物件的列阵，其中固体物件被按照次序紧密地放置在一起。
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