CN1448719A - 新型生物芯片 - Google Patents

Abstract

本发明新型生物芯片，涉及一种可以在96孔酶标板操作系统中进行加样、反应、清洗等处理的生物芯片及其制备方法。一种新型生物芯片由固相载体、带隔栅橡胶薄膜、与96孔酶标板的长、宽、高一致的框架组成，所述带隔栅橡胶薄膜是一种粘贴于固相载体表面且其尺寸配合固相载体、有圆形或方形腔室隔栅的橡胶薄膜。本发明可多指标同时检测，灵活地检测样品；利用框架拆卸、拼装的灵活性，可以按需随时进行检测与诊断，以最快的速度得到结果；节省待测样品量；降低成本，由于该生物芯片反应模式与现有的临床设备匹配，无需再添置昂贵仪器设备，对于商品化的市场推广带来便利。

Description

新型生物芯片

技术领域

本发明新型生物芯片，涉及一种可以在96孔酶标板操作系统中进行加样、反应、清洗等处理的生物芯片系统。生物芯片是同时将大量不同的核酸片段、蛋白、或多肽分子以预先设计的方式固定在玻片、硅片、聚丙烯酰胺凝胶、尼龙膜等载体上组成密集分子排列，其中每个分子的位置及序列为已知，当荧光标记的靶分子与芯片上的探针分子结合后，通过激光共聚焦荧光扫描或电荷偶联摄影像机(CCD)对荧光信号的强度进行检测，从而对杂交结果进行量化分析。它广泛应用于人类基因研究、医学诊断、环保、农业研究方面。

背景技术

生物芯片的研究、开发已经成为国内外生物学和医学研究的热点课题，如何能够实现高度集成化、并行化、自动化、微量化地完成生物反应是这一课题中尤其引起关注的问题。

目前开发和应用比较多的生物芯片主要是直接在固态支持物上进行点样、处理，一个芯片只能与一个非固态样品反应；多样品微阵列生物芯片一次虽能与数个甚至数十个样品反应，但目前一个芯片上实际可并行操作的最多为三十多个。更为重要的是，多样品微阵列生物芯片虽然比单个操作大大提高了效率，但是从样品的准备到加样、反应、清洗，、仍需要大量的重复操作，不仅消耗时间，还有人为因素造成的误差。美国的Affymetrics公司虽然开发了反应工作站，但是仅限于该公司开发的基因芯片，此芯片一个仅可测一个样品，样品的制备同样需要完全手工操作，且芯片及操作系统的代价昂贵。

目前制作芯片的载体有玻片、硅片、聚丙烯酰胺凝胶、尼龙膜等。在选择载体时，应该考虑其荧光背景的大小、化学稳定性、结构复杂性，载体对化学修饰作用的反应，载体表面积及其承载能力以及非特异吸附的程度等因素。其中，玻璃片为目前最常用的载体，其原因之一是玻璃片来源方便，有很多公司(如：S&S，TeleChem，CEL，DAKO等)提供经过表面处理的玻璃片，另外一个原因是生物芯片采用了发光检测的方法，而玻璃片能有效地适应透射或反射光的测量。

目前很多实验室，尤其是医院的检验中心，都有96孔酶标板的操作系统，具备自动化、并行化的优点，如果能够结合生物芯片本身具有的集成化、微量化的优势，便可大大推进实验的效率和准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以在96孔酶标板操作系统中进行操作处理的生物芯片，以进一步实现集成化、并行化、自动化、微量化地完成生物反应。

本发明目的可通过下述技术方案实现：一种新型生物芯片，有固相载体、框架结构，特点是由固相载体、带隔栅橡胶薄膜、与96孔酶标板的长、宽、高一致的框架组成，从而可以实现在96孔酶标板操作系统中进行操作处理的生物芯片，所述固相载体是经过醛基化或氨基化、生物素、链亲和素等活性基团处理并可结合生物分子或生物组织块的玻璃片、醋酸纤维薄膜、硝酸纤维薄膜、尼龙膜、硅片、钢片、陶瓷片、塑料片或它们的相互结合物中的一种；所述带隔栅橡胶薄膜是一种粘贴于固相载体表面且其尺寸配合固相载体、有圆形或方形腔室隔栅的橡胶薄膜。

在上述方案基础上，本发明所述的固相载体可以具体为为110mm×74mm×1mm玻璃片或为76mm×25mm×1mm载玻片。

本发明所述的橡胶薄膜结构可以具体为110mm×74mm×3mm带有与96孔酶标板尺寸一致的圆孔或方孔的橡胶薄膜，或76mm×25mm×3mm带有16孔的橡胶薄膜中的一种，橡胶薄膜的单面具有可以和固相载体紧密粘贴的粘结层。

本发明所述框架可以由聚苯乙烯制成、外形与96孔酶标板一致的塑料框架。有三种塑料框架。

第一种框架(chip holder)是带孔的框架，孔可以为圆形或方形，孔间距以及孔中心距离边缘的距离都和96孔酶标板尺寸一致，孔深约8mm，无底。带孔框架底部可以和1片110mm×74mm×1mm玻璃片紧密粘贴，如胶合剂和玻璃片胶合，并且保证在实验过程中无渗漏；

第二种框架类似于一镂空的96孔酶标板，在它的内里距离顶部8mm处有一支撑平台，可以放置1片110mm×74mm×1mm玻璃片，并且在玻璃片表面粘合1块带96圆孔或方孔，3mm厚的橡胶薄膜，组装以后各孔的大小尺寸以及间隔的大小尺寸与标准的96孔酶标板一致；

第三种框架的外形也类似于96孔酶标板，它的内里距离顶部5mm处有4块并列的支撑平台，可以放置4片76mm×25mm×1mm载玻片，载玻片之间的中心距是27mm，并且每片玻璃片表面粘合1块带16方孔3mm厚的橡胶薄膜，其尺寸分布可以运用于96孔酶标板操作系统的自动化操作。

本发明新型生物芯片的制备方法：将框架翻转过来，置于洁净平面，覆盖一双面胶材，使双面胶材上的小孔和框架上的小孔对准，然后再将双面胶材的另一面与经过表面处理的载玻片粘接；制作好的整个框架置于点样平台，根据所需检测的项目进行程序设计，并且使用点样机器人点样于固定在框架上的载玻片上，或者先根据所需检测的项目进行程序设计，使用点样机器人点样于固相载体上，再将载玻片粘贴于框架上；将整个芯片装置直接置于96孔酶标板的加样、反应、洗板等自动化操作系统中进行操作，操作结束后，将载玻片撕下置于芯片扫描系统读取结果并进行分析，或者将整个芯片装置置于芯片扫描系统进行数据处理。

本发明优越性在于：第一，多指标同时检测，将几种不同的抗原(或抗体)点阵于固相载体plate(or slide)上的每一个小孔中，所以每孔可以同时检测几种不同的指标；第二，灵活地检测样品。利用框架(chip holder)拆卸、拼装的灵活性，可以按需随时进行检测与诊断，以最快的速度得到结果；第三，节省待测样品量，由于能同时进行几种不同指标的检测，不许用几种不同的试剂盒几次检测，可以大大节省待侧样品的量；第四，降低成本，因本发明橡胶薄膜(rubber frame)、固相载体(plate(or slide)和框架(chip holder)都可以找到合作厂家批量生产，而且，由于该生物芯片反应模式与现有的临床设备匹配，无需再添置昂贵仪器设备，对于商品化的市场推广带来便利。

本发明在玻片上经过点样后，可直接置于96孔酶标板的加样、反应、洗板等自动化操作系统中操作，操作结束后将整个芯片系统置于特殊的扫描系统中读取结果并进行分析，或者将玻璃片或载玻片分离出来后置于专业的芯片扫描系统中读取结果并进行分析。

附图说明

附图1，实施例一之110mm×74mm×1mm玻璃片与第一种96圆孔框架组合图。

附图2，实施例例一之110mm×74mm×1mm玻璃片和第一种96方孔框架配合图。

附图3，实施例二之110mm×74mm×1mm玻璃片、96圆孔橡胶薄膜和第二种框架配合图。

附图4，实施例二之110mm×74mm×1mm玻璃片、96方孔橡胶薄膜和第二种框架配合图。

附图5，实施例三之76mm×25mm×1mm载玻片、16方孔橡胶薄膜和第三种框架配合图。

具体实施方式

实施例一：

如附图1实施例一之110mm×74mm×1mm玻璃片与第一种96圆孔框架组合图和附图2实施例例一之110mm×74mm×1mm玻璃片和第一种96方孔框架组合图所示，本发明新型生物芯片由一片玻璃片1、带隔栅橡胶薄膜2、与96孔酶标板的长、宽、高一致的带圆孔或方孔的框架3组成，所述玻璃片1是经过醛基化或氨基化、生物素、链亲和素等活性基团处理，可结合生物分子或生物组织块的玻璃片；所述带孔框架3与96孔酶标板的长、宽、高、孔间距以及孔中心距离边缘的距离一致。玻璃片和框架通过胶材粘合后共同形成相互分隔但互不渗漏的圆孔或方孔空间。

本实施例中，玻璃片规格为110mm×74mm×1mm，带孔框架由聚苯乙烯构成，外形与96孔酶标板一致，孔深8mm，无底，圆孔或方孔个数为12×8共96个。带孔框架底部通过粘合剂和玻璃片紧密粘合，所述粘合在实验操作结束时可撕除或不可撕除。

本实施例的制作和使用过程如下：

一，将带孔框架翻转过来，置于洁净平面，使用镊子将定制的覆盖于双面胶材上的一面纸轻轻剥离，将双面胶材粘性的一面仔细粘贴于带孔框架上，使双面胶材上的小孔和带孔框架上的小孔对准，然后再将双面胶材的另一面纸轻轻剥离，最后将经过表面处理的玻璃片仔细粘贴上去。此双面胶材浸泡在水中不会溶解，还可以承受一定的水流冲击，因此粘贴于玻璃片和带孔框架后，能经受水流的清洗而不会变形、渗漏。

二，将制作好的整个带孔框架置于点样平台，根据所需检测的项目进行程序设计，并且使用点样机器人点样于粘贴在带孔框架的玻璃片之上。或者先根据所需检测的项目进行程序设计，使用点样机器人点样于玻璃片上后，再将玻璃片粘贴于带孔框架上。

三，整个带孔框架直接置于96孔酶标板的加样、反应、洗板等自动化操作系统中进行操作，操作结束后，将玻璃片撕下置于特殊芯片扫描系统读取结果并进行分析，或者将整个新型生物芯片置于特殊芯片扫描系统进行数据处理。

实施例二：

如附图3实施例二之110mm×74mm×1mm玻璃片、96圆孔橡胶薄膜和第二种框架配合图和附图4实施例二之110mm×74m×1mm玻璃片、96方孔橡胶薄膜和第二种框架配合图所示，本实施例由1片玻璃片1’、1块带圆孔或方孔橡胶薄膜2’和1块框架3’组成，所述玻璃片1’是经过醛基化或氨基化、生物素、链亲和素等活性基团处理，可结合生物分子或生物组织块；所述带孔橡胶薄膜2’与96孔酶标板孔间距以及孔中心距离边缘的距离一致；所述带孔框架3’类似于一镂空96孔酶标板，并且与96孔酶标板的长、宽、高尺寸一致。玻璃片1’和橡胶薄膜2’通过胶材粘合后共同形成相互分隔但互不渗漏的圆孔或方孔腔室。

本实施例中，玻璃片1’规格为110mm×74mm×1mm；橡胶薄膜由具有单面胶材、厚度为3mm、上有12×8共96个圆孔或方孔；带孔框架3’由聚苯乙烯构成，外形与96孔酶标板一致，无孔无底，沿着内里有一宽2mm的支撑平台31’，深8mm。橡胶薄膜2’一面通过胶材和玻璃片1’紧密粘合，所述粘合胶材在实验操作结束时可撕除。

本实施例的制作和使用过程如下：一，使用镊子将定制的覆盖于橡胶薄膜单面胶材上的纸轻轻剥离，将单面胶材带有粘性的一面仔细粘贴于玻璃片上，粘贴时注意保持玻璃片的洁净干燥，戴上无粉橡胶手套轻轻按拈橡胶薄膜和玻璃片，使之紧密粘合。二，制作好的整个玻璃片置于点样平台，根据所需检测的项目进行程序设计，并且使用点样机器人点样。三，将粘贴有橡胶薄膜的玻璃片置于带孔框架的支撑平台上，然后将整个带孔框架直接置于96孔酶标板的加样、反应、洗板等自动化操作系统中进行操作。四，操作结束后，将玻璃片上面的橡胶薄膜轻轻撕除，并把玻璃片置于特殊芯片扫描系统读取结果并进行分析。

实施例三

如附图5实施例三之76mm×25mm×1mm载玻片、16方孔橡胶薄膜和第三种框架配合图。本实施例新型生物芯片由4片载玻片11、12、13、14，4块带方孔橡胶薄膜21、22、23、24和1块带孔框架3”组成，所述载玻片是经过醛基化或氨基化、生物素、链亲和素等活性基团处理，可结合生物分子或生物组织块；所述带孔橡胶薄膜与96孔酶标板孔间距以及孔中心距离边缘的距离一致；所述带孔框架与96孔酶标板的长、宽、高尺寸一致。载玻片和橡胶薄膜共同形成相互分隔但互不渗漏的方孔腔室。

本实施例中，载玻片规格为76mm×25mm×1mm。橡胶薄膜由具有单面胶材的橡胶薄膜制成，厚度为3mm，上有2×8共16个方孔。带孔框架由聚苯乙烯构成，外形与96孔酶标板一致，无孔无底，沿着内里有4块并列的宽2mm的支撑平台31”、32”、33”、34”、，深5mm，可以同时放置4块载玻片。橡胶薄膜一面通过胶材和载玻片紧密粘合，所述粘合胶材在实验操作结束时可撕除。

本新型生物芯片的制作和使用过程如下：

一，用镊子将定制的覆盖于橡胶薄膜单面胶材上的纸轻轻剥离，将单面胶材带有粘性的一面仔细粘贴于载玻片上，粘贴时注意保持载玻片的洁净干燥，戴上无粉橡胶手套轻轻按拈橡胶薄膜和载玻片，使之紧密粘合。

二，将制作好的载玻片置于点样平台，根据所需检测的项目进行程序设计，并且使用点样机器人点样。

三，将粘贴有橡胶薄膜的载玻片置于带孔框架的支撑平台上，然后将整个带孔框架直接置于96孔酶标板的加样、反应、洗板等自动化操作系统中进行操作。

四，操作结束后，将载玻片上面的橡胶薄膜撕除，并把载玻片置于专业芯片扫描分析系统读取结果并进行分析。

Claims (8)

1，一种新型生物芯片，有固相载体、框架结构，其特征在于：由固相载体、带隔栅橡胶薄膜、与96孔酶标板的长、宽、高一致的框架组成，所述固相载体是经过醛基化或氨基化、生物素、链亲和素等活性基团处理并可结合生物分子或生物组织块的玻璃片、醋酸纤维薄膜、硝酸纤维薄膜、尼龙膜、硅片、钢片、陶瓷片、塑料片或它们的相互结合物中的一种；所述带隔栅橡胶薄膜是一种粘贴于固相载体表面且其尺寸配合固相载体、有圆形或方形腔室隔栅的橡胶薄膜。

2，根据权利要求1所述的新型生物芯片，其特征在于：所述固相载体为110mm×74mm×1mm玻璃片或为76mm×25mm×1mm载玻片。

3，根据权利要求1或2所述的新型生物芯片，其特征在于：所述橡胶薄膜结构为110mm×74mm×3mm带有与96孔酶标板尺寸一致的圆孔或方孔的橡胶薄膜，或76mm×25mm×3mm带有16孔的橡胶薄膜中的一种，橡胶薄膜的单面具有可以和固相载体紧密粘贴的粘结层。

4，根据权利要求1或2所述的新型生物芯片，其特征在于：所述框架由聚苯乙烯制成、外形与96孔酶标板一致的塑料框架。

5，根据权利要求4所述的新型生物芯片，其特征在于：所述塑料框架为带孔的框架，孔可以为圆形或方形，孔间距以及孔中心距离边缘的距离都和96孔酶标板尺寸一致，无底，带孔框架底部可以和1片110mm×74mm×1mm玻璃片紧密粘贴。

6，根据权利要求4所述的新型生物芯片，其特征在于：所述塑料框架类似于一镂空的96孔酶标板，在它的内里距离顶部一定距离处有一支撑平台，用于放置1片110mm×74mm×1mm玻璃片，在玻璃片表面粘合1块带96圆孔或方孔的橡胶薄膜，组装以后各孔的大小尺寸以及间隔的大小尺寸与标准的96孔酶标板一致。

7，根据权利要求4所述的新型生物芯片，其特征在于：所述塑料框架外形与96孔酶标板一致，在框架内里距离顶部一定距离处有4个并列的支撑平台，用于放置4片76mm×25mm×1mm载玻片，载玻片之间的中心距是27mm，并且每片玻璃片表面粘合1块带16方孔的橡胶薄膜。

8，根据权利要求4所述的新型生物芯片的制备方法，其特征在于：将框架翻转过来，置于洁净平面，覆盖一双面胶材，使双面胶材上的小孔和框架上的小孔对准，然后再将双面胶材的另一面与经过表面处理的载玻片粘接；制作好的整个框架置于点样平台，根据所需检测的项目进行程序设计，并且使用点样机器人点样于固定在框架上的载玻片上，或者先根据所需检测的项目进行程序设计，使用点样机器人点样于固相载体上，再将载玻片粘贴于框架上；将整个芯片装置直接置于96孔酶标板的加样、反应、洗板等自动化操作系统中进行操作，操作结束后，将载玻片撕下置于芯片扫描系统读取结果并进行分析，或者将整个芯片装置置于芯片扫描系统进行数据处理。

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