CN1403816A - 微阵列芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种微阵列芯片。该微阵列芯片通过高速喷射模塑法形成。一芯片体具有1毫米的厚度，且每个井具有1.2微升的厚度和壁厚为250微米的底部。每个井的开口由环形凸出部环绕，该凸出部自芯片体表面升高200微米。井的开口用铝或树脂制造的密封片封闭。微阵列芯片的总体形状为矩形，且是具有水平底表面的平板。因此，微阵列芯片可以使用呈平板形式的加热块，该加热块与诸如井数量及其形状的芯片细节无关。

Description

微阵列芯片
技术领域
本发明涉及一种具有用于反应容器的井的微阵列芯片，在该容器中，活体样本经受酶处理、衍生物形成、PCR(聚合酶链式反应)、桑格反应(Sanger’s reaction)等，更具体地，涉及用于小容量反应容器的微阵列芯片。
背景技术
当对小量样品进行聚合酶链式反应(以下称作PCR)和其它反应时，传统上将具有96或384个井的微滴定板用作反应容器。
为了用微滴定板进行反应，所需样品量对96个井的板为20至40微升，对384个井的板为5至10微升。
随着近来DNA测序器和其它设备的性能的提高，可以分析小量样品。结果，现在可以对小样品量进行诸如PCR和桑格反应的预处理。
当对使用传统微滴定板的量进行反应时，试剂成本是一个巨大的负担。因此，优选地是处理更少量的样品。
微滴定板是一种互连单井的阵列，其底部呈井的形状。
在需要热处理的诸如PCR的反应的情形下，温度控制通过一个与微滴定板的底部接触的加热块(heat block)来进行。
因为微滴定板的底部形成得不平，此外，每个井的容量较大，所以制造加热块以与微滴定板的底部形状一致。因此，当使用不同井数量的微滴定板时，根据微滴定板来改变加热块是不方便的。
发明内容
本发明的目的是提供一种微阵列芯片，该芯片能在不改变加热块的情况下改变成具有不同井数量或形状的其它芯片。因此，该微阵列芯片可以方便并低成本地使用。
在本发明的第一方面中，微阵列芯片包括：
芯片体，该芯片体在芯片体上表面具有多个开口，并具有平板形状的底表面；以及
形成在该开口中的多个凹陷，每个凹陷具有几微升或更少的容量，
其中，凹陷底部和底表面之间的距离为300微米或更少。
在本发明的第二方面中，根据权利要求1的微阵列芯片，其中，芯片体具有第一组元，该第一组元具有带多个通孔的平板形状，且一薄膜具有300微米或更小的厚度，并且其中，凹陷通过用薄膜封闭通孔而形成。
根据本发明的第一和第二方面，通过具有多个凹陷的微阵列芯片可以获得一发明，该凹陷向呈平板形式的芯片体的表面开口，且具有小于几微升的容量和壁厚为300微米或更小的底部。
芯片体中的凹陷具有非常小的容量，因此，如果它们用作反应容器，则样品可以以更小的量进行处理。另外，多个反应容器可以彼此堆叠。
因为每个凹陷的底部具有300微米或更小的壁厚，所以自加热块到芯片体底部的热导效率高。因此，凹陷中液体的温度可以有效地控制，只要加热块接触每个凹陷的底部。
微滴定板需要与不同板中的井形状一致的加热块。在本发明中，没有必要使用不同类型的微阵列芯片的平坦加热块。
凹陷可以形成在芯片体中。可选地，由于凹陷的小容量，通孔可以形成在芯片体中，然后底部的开口用薄膜密闭，使得形成凹陷。这有利于使芯片制造变得容易。
在本发明的第三方面中，根据权利要求1的微阵列芯片，其中一些凹陷用作反应容器，另一些凹陷用于降低整个微阵列芯片的热容。
根据本发明的第三方面，通孔或凹陷可以形成在芯片体的那些区域中，在那些区域中，没有凹陷形成来提供反应空间。这有利于降低微阵列芯片作为整体的热容，并有利于提高每个反应空间中的温度控制效率。
在本发明的第四方面中，根据权利要求1的微阵列芯片，其中，凹陷的内表面得以处理以抵抗活体样品的粘附。
根据本发明的第四方面，因为非常小量的样品得以处理，所以凹陷的内表面优选地得以处理以抵抗活体样品的粘附。这有利于提高反应效率。
在本发明的第五方面，根据权利要求1的微阵列芯片，还包括：覆盖开口以在每个凹陷中形成封闭空间的密封元件。
根据本发明的第五方面，在反应容器中利用非常小量的样品进行反应的情形下，微阵列芯片中的凹陷优选地得以密封。可以避免试剂浓度不因蒸发而改变，并可避免反应因混合不充分而不停止。为此，微阵列芯片优选地具有安装在凹陷开口顶部的密封元件，以在每个凹陷中提供密闭的空间。
在反应试剂注入芯片中的凹陷内后，密封元件用于芯片的开口顶部，使得反应试剂限制在每个凹陷内。
在本发明的第六方面中，根据权利要求5的微阵列芯片，其中芯片体在每个开口周围具有一凸出部分，该凸出部分与密封元件接触，以可靠地密封凹陷。
将每个凹陷开口顶部的周边自芯片体表面升高对确保开口用密封元件密封后开口中的更高水平的气密的目的有利。
通过来自芯片横向侧的热传导来加热井中的液体是困难的，所以优选的是通过帕狄效应(Pettier effect)控制芯片上和下表面两者的温度，从而允许对芯片上表面的温度控制。
附图说明
图1A是根据本发明一实施例的微阵列芯片1的平面视图；
图1B是微阵列芯片1的前视图；
图1C是显示微阵列芯片1中的单一井和附近区域的放大平面视图；
图1D是显示微阵列芯片1中的单一井和附近区域的放大横截面；
图2是根据本发明另一实施例的微阵列芯片的部分横截面；以及
图3是显示用图1A至1D所示微阵列芯片1制备的DNA样品的电泳图案视图。
具体实施方式
图1A至1D示出了根据本发明第一实施例的微阵列芯片1，其用作96个井的PCR芯片。
图1A是一平面视图；图1B是前视图；图1C是显示一单独井和附近区域的放大平面视图；图1D是显示一单独井和附近区域的放大横截面。
微阵列芯片1是一通过高速喷射模塑法由树脂(聚丙烯)制造的成形物品。
芯片体2具有1mm的厚度。芯片体2具有形成为圆柱凹陷的井4，该凹陷向芯片体表面开口。每个井具有1.2微升的容量，且其底部6具有250微米的壁厚。
微阵列芯片1的总体形状为54.5mm长和36.5mm宽的矩形，且其为具有水平底面的平板。芯片具有96个井的阵列。
微阵列芯片1浸入BSA(牛血清白蛋白)(250μg/mL)30分钟，使得井4的内表面得以保护而不粘附活体样本。
芯片体2的组成材料不限于聚丙烯。它可以由聚乙烯、聚碳酸酯、或其它具有化学抵抗力且可模塑成形的树脂制造。
每个井4的开口由环形凸起部分8环绕，该凸起部分自芯片体2的表面升高200微米高度。当由铝或树脂(例如聚酯)制造的密封层片10放置在井4的开口上时，升高的环形凸起部分8有利于提供更好的密封，或有利于提高每个井4的密闭空间的气密性。
密封层10涂敷有粘结剂，以确保井4每个均得以密闭而提供密闭的空间。密封层10可以容易地从芯片体2剥离，以将样品注入到凹陷内，或在反应结束后回收反应混合物。
传统的微滴定板要求多至5微升的样品，即使它由384个井组成。相反，微阵列芯片1使得其体积小至0.5微升的样品的PCR铺展成为可能。
如果它用于进行如微量化验初处理的反应，诸如芯片电泳，试剂的成本和废液的体积可以有效减少。
因为芯片体2呈平板形式，所以它可以与呈平板形式的加热块一起使用，该加热块与诸如井数量及其形状的芯片细节无关。
随着每个井的底部具有更小的壁厚，可以通过加热块实现更有效的温度控制。
另一方面，通过喷射模塑法成形微阵列芯片具有更大的难度。通过喷射模塑法形成微阵列芯片且依然减小每个井的底部壁厚的一种方法是，在芯片体中形成通孔并用薄膜在底部封闭开口。
图2示出了本发明的第二个示例，其中，凹陷以上述方式形成。如图1所示第一实施例中那样，第二实施例中的微阵列芯片通常形成为平板。不同在于在第二实施例中，井形通孔14通过喷射模塑法在芯片体12中形成，且底部开口用薄膜16封闭。
薄膜16至多300微米厚。它优选地由聚乙烯或聚苯乙烯制造，更优选地由与芯片体12相同的材料制造。薄膜16可以热融合到芯片体12背侧，从而通孔底部上的开口得以封闭以形成如小凹陷的井14。
如图1所示第一实施例中那样，根据第二实施例的微阵列芯片的开口顶部可以用密封膜10密封，在每个井14中形成封闭空间。
使用根据图1所示第一实施例的微阵列芯片1，部分λ噬菌体媒介(～500bp)通过18个94℃→55℃→72℃的热循环而增大。增大的样本在混合有插入剂SYBR-Green(分子探针(Molecular Probes)商标)的8％聚丙烯酰胺中得以进行电泳，并用荧光DNA测序器检测。结果示于图3。
图3中，#3000和#3500间的六个粗条是样品的电泳条。符号#后的电泳数是通过DNA测序器的探测扫描数，并且表示了电泳开始后的时间。
七个短条表示分子量标记。样品和分子量标记实际上具有相同的条宽度。因此，六个粗条中的每一个均是一个与三个样品相应的三个条的链。
图3所示结果通过改变微阵列芯片1的井中待处理的样品的量而获得。
#3000与#3500之间，六个粗条中左侧的两个粗条的样品量为0.5微升。#3000与#3500之间，中心的两个粗条的样品量为0.7微升。#3000与#3500′之间，右侧的两个粗条的样品量为1.0微升。显然，对于数量小至0.5微升的样品，获得了清楚的电泳图案。
本发明的微阵列芯片具有多个凹陷，该凹陷向呈平板形式的芯片体的表面开口，并具有几微升或更小的容量、以及壁厚不超过300微米的底部。
本发明的微芯片可以改成不同井数量或形状的其它芯片，而不改变加热块。因此，可以方便地并低成本地使用微芯片。

Claims (6)

1.一种微阵列芯片，包括：
芯片体，该芯片体在芯片体上表面具有多个开口，并具有平板形底表面；以及
形成在该开口中的多个凹陷，每个凹陷具有几微升或更小的容量，
其中，凹陷底部与底表面之间的距离为300微米或更小。
2.如权利要求1所述的微阵列芯片，其中，芯片体具有第一组元，该第一组元具有带多个通孔的平板形状，且一薄膜具有300微米或更小的厚度，并且其中，凹陷通过用薄膜封闭通孔而形成。
3.如权利要求1所述的微阵列芯片，其中，一些凹陷用作反应容器，另一些用于降低整个微阵列芯片的热容。
4.如权利要求1所述的微阵列芯片，其中，凹陷的内表面得以处理以抵抗活体样品的粘附。
5.如权利要求1所述的微阵列芯片，还包括：
覆盖开口以在每个凹陷中形成封闭空间的密封元件。
6.如权利要求5所述的微阵列芯片，其中，芯片体在每个开口周围具有一凸出部分，该凸出部分与密封元件接触，以可靠地密封凹陷。
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