CN1675356A - 杂交检测器、传感器芯片及杂交方法 - Google Patents

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Abstract

一种杂交检测部件(1a)，用于通过对齐和固定伸长状态的检测核苷酸链的设计来提高杂交效率。反应区(R)用作检测核苷酸链(X)和具有与检测核苷酸链(X)互补的碱基序列的目标核苷酸链(Y)的杂交区域，可以在通过电场伸长检测核苷酸链(X)时通过介电泳将检测核苷酸链(X)固定在扫描电极(C)的端部(E)上。还公开了一种具有该杂交检测部件(1a)的传感器芯片以及使用它们的杂交方法。

Description

杂交检测器、传感器芯片及杂交方法
技术领域
本发明涉及一种在适于传感器芯片如DNA芯片的杂交检测器中使用的技术。具体地说，本发明涉及通过在进行杂交的反应区内的预定电极部分上以拉伸的形式排列和固定核苷酸探针来提高杂交效率。
背景技术
现在将描述与本发明相关的主要传统技术。目前，通过微阵列技术在其上精细排列选定DNA的、称作DNA芯片或DNA微阵列的载片(slide)(下面统称作“DNA芯片”)用于生物鉴定以分析基因变异、单核苷酸多态性(SNP)、基因表达频率等。DNA芯片广泛用于药物发现、临床诊断、基因组药理学、法医学等。
通过在玻璃基板或硅基板上排列各种和很多低聚DNA、互补DNA(cDNA)等而形成的DNA芯片在特性上能够彻底分析通过杂交的分子相互作用。
使用DNA芯片的分析的简要说明如下：使用从细胞、组织等提取的mRNA以由聚合酶链反应(PCR)如包括荧光标记dNTP的反转录PCR进行放大；将所得到的cDNA与固定在玻璃基板或硅基板上的DNA探针进行杂交；然后通过预定检测装置测量基板上的荧光。
DNA芯片分成两种类型。第一类型通过使用与用于制造半导体的曝光过程相结合的照相平版印刷技术在预定基板上直接合成低聚核苷酸来制备。Affymetrix Inc.是该技术的先驱(例如，参见PCT日本翻译专利出版物No.4-505763)。在被分类在该类型中的DNA芯片中，DNA被密集排列，但是在基板上合成的DNA的长度受限于几十个碱基的范围。
称作“史坦福样式”的第二类型通过采用分裂管脚(split pin)在基板上分配和固定预合成的DNA来制备(例如，参见PCT日本翻译专利出版物No.10-503841)。该类型的DNA芯片具有密度比第一类型的DNA芯片低的所排列DNA，但是可以固定多达1kb的DNA片断。
IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS，VOL.31，No.3，MAY/JUNE 1995，p.451公开了一种用于通过由在反电极之间对齐的浮动电位电极产生的电场在电极表面上固定DNA的技术(DNA固定方法)。
通过上述传统DNA芯片制造的固定在检测表面(有斑点部分)上的核苷酸探针，即DNA探针，通过布朗运动随机盘绕或褶皱，并且不均匀地排列在检测表面上。
因此，目标核苷酸序列在空间上被阻止杂交。结果，杂交显示了下面技术缺点：低效率，较长的杂交时间，以及假正性或假负性的可能性。
为了提高杂交效率，在IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRYAPPLICATIONS，VOL.31，No.3，MAY/JUNE 1995，p.451中描述的DNA固定方法可应用于在已知DNA芯片的检测表面(有斑点部分)上以拉伸的形式固定DNA，这将降低位阻现象(steric hindrance)。也就是，在DNA芯片的检测表面上布置反电极和在反电极之间对齐的浮动电位电极，并且将电场施加于核苷酸溶液，以便在浮动电位电极的表面上固定DNA。然而，根据该DNA固定方法，由于在反电极之间仅仅对齐具有与反电极相同长度的浮动电位电极，因此在浮动电位电极的表面上产生的非均匀电场的幅度和密度低。因此，所固定DNA的数量是不足的。从而，可以预见，杂交效率未被足够地提高。
本发明的主要目的是通过在进行杂交的反应区内的检测表面上以拉伸的形式排列和固定核苷酸探针来改善杂交效率。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种杂交检测器和包括该杂交检测器的传感器芯片，并且还提供了一种使用该杂交检测器或该传感器芯片的杂交方法。杂交检测器包括用于在核苷酸探针和具有与核苷酸探针互补的碱基序列的目标核苷酸序列之间杂交的反应区。该反应区具有用于通过电场拉伸核苷酸探针、并且将通过介电泳吸引的核苷酸探针固定在排列于反应区内的扫描电极上的配置。
本发明提供了以下效果：可以通过在反应区内产生的电场来拉伸核苷酸探针；在排列在反应区内的扫描电极的端部的附近处产生非均匀电场(其电力线被部分集中的电场)；反应区内的所拉伸核苷酸探针可以通过由于非均匀电场的介电泳而向扫描电极的端部迁移；并且可以在扫描电极上固定拉伸形式的核苷酸探针，以便在这些电极之间桥接。
适当地确定用于产生电场以拉伸核苷酸序列的电极(包括反电极和公共电极)的配置，以便提供上述效果，并且还适当地确定用于固定所拉伸的核苷酸探针的扫描电极的配置，以便提供上述效果。关于包括适当数目电极的扫描电极，通过导通和关断设置在芯片的预定位置的开关，顺序地对电极通电，被通电的电极(即被施加了电压的电极)附近的核苷酸探针(拉伸的形式)通过介电泳而向这些电极迁移，并且可以一个接一个地固定核苷酸探针，以便桥接相邻扫描电极的每个端部。
逐滴地添加到反应区且分散在其中的核苷酸探针通过布朗运动以随机盘绕的形式缠绕(这不适于杂交)。将核苷酸探针排列成适于杂交的拉伸形式，然后通过上述装置或方法以拉伸的形式将其排列和固定在扫描电极上。因此，可以使核苷酸探针的密度在反应区内变得均匀。
随后添加到反应区的目标核苷酸序列可以以与核苷酸探针相同的方式被拉伸，并且向扫描电极迁移，并且可以与排列并固定在反应区内的核苷酸探针杂交。由于在拉伸的核苷酸探针和拉伸的目标核苷酸序列中碱基都不被褶皱，因此可以顺利地进行杂交而无位阻现象。
核苷酸序列根据以下原理被拉伸：当向核苷酸序列(包括大量极化向量，其具有核苷酸序列的磷酸盐离子等的负电荷以及离子化氢原子的正电荷)施加约1MV/m的高频电场时，在核苷酸序列中发生电介质极化。结果，核苷酸分子与电场平行地被拉伸。
而且，为了解决上述技术问题，本发明提供了一种杂交检测器，其包括用于在核苷酸探针和具有与核苷酸探针互补的碱基序列的目标核苷酸序列之间杂交的反应区、设置在反应区内的反电极、以及分布在反电极之间的多个浮动电位电极。
反电极的对齐不受限制。优选地，在反应区内相互平行地对齐反电极，因为这样的对齐可以在反电极之间的整个反应区上产生均匀的高密度电场。结果，反应区内的每个核苷酸序列可以沿着电力线被拉伸。
核苷酸序列根据以下原理被拉伸：当向核苷酸序列(包括大量极化向量，其具有核苷酸序列的磷酸盐离子等的负电荷以及离子化氢原子的正电荷)施加约1MV/m的高频电场时，在核苷酸序列中发生电介质极化。结果，核苷酸分子与电场平行地被拉伸。
可以容易地杂交在拉伸的核苷酸探针和拉伸的目标核苷酸序列中都未被褶皱的碱基而无位阻。因此，可以增大互补碱基对之间的结合(氢键)的概率，并且可以顺利地进行相互邻近的核苷酸序列之间的杂交。
在本发明中，浮动电位电极可以产生大量在反应区内部分集中电力线的区域，并且将核苷酸探针(的端部)固定到这些区域。分布在反电极之间的反应区域内的浮动电位电极可以均匀地产生在反应区内以高密度集中电力线的区域。此外，包括分布浮动电位电极的反应区允许核苷酸序列在反应区内自由地迁移。
浮动电位电极的形状不受限制，然而，从容易集中电场(电力线)和容易固定核苷酸序列的角度来看，圆形或多边形的形状是优选的。形成为圆形或多边形形状的浮动电位电极对于产生非均匀电场是有益的。浮动电位电极的表面优选地小于反电极的表面，因为这样，电场可以容易地向浮动电位电极的电极表面集中。因此，可以容易地产生非均匀电场。此外，通过处理浮动电位电极的表面以便固定核苷酸探针，可以稳妥地固定核苷酸探针。
本发明提供了一种包括上述杂交检测器的传感器芯片。更具体地说，本发明提供了一种传感器芯片，其包括用于在核苷酸探针和具有与核苷酸探针互补的碱基序列的目标核苷酸序列之间杂交的反应区、设置在反应区的反电极，以及在反电极之间对齐的多个浮动电位电极。传感器芯片可以通过向反电极施加电压来拉伸反应区内的核苷酸探针，并且通过在反电极处和在浮动电位电极的部分表面处产生的非均匀电场中的介电泳，在反电极和浮动电位电极的表面上固定拉伸的核苷酸探针。
传感器芯片使得逐滴添加到反应区且分散在其中、并且在布朗运动下以随机盘绕形式缠绕(这不适于杂交)的核苷酸探针能够排列成适于杂交的拉伸形式，并且使得能够在浮动电位电极的表面上以拉伸的形式固定核苷酸探针。
反应区内的目标核苷酸探针可以通过向反电极施加电场而被拉伸，并且与固定在反电极和浮动电位电极的表面上的核苷酸探针杂交。优选地，根据本发明的传感器芯片的反电极所产生的电场为交流电场。
本发明提供了一种杂交方法。该方法使用检测表面，其包括用于在核苷酸探针和具有与核苷酸探针互补的碱基序列的目标核苷酸序列之间杂交的反应区、设置在反应区的反电极，以及在反电极之间对齐的多个浮动电位电极。
该方法包括以下步骤：通过向反电极施加电压来拉伸反应区内的核苷酸探针，并且通过在反电极处和在浮动电位电极的部分表面处产生的非均匀电场中所拉伸核苷酸探针的介电泳，在浮动电位电极的表面上固定(第一步骤)核苷酸探针；以及通过向反电极施加电压来拉伸反应区内的目标核苷酸序列，将目标核苷酸序列与以拉伸的形式固定在浮动电位电极的表面上的核苷酸探针进行杂交(第二步骤)。
在该方法中，向反电极施加的电压在反应区内产生电场，即在反应区内对齐的浮动电位电极的表面处和反电极的表面处产生非均匀电场。在第一步骤中，通过非均匀电场中的介电泳，以拉伸的形式在这些电极的表面上固定核苷酸探针。
在第二步骤中，随后将目标核苷酸序列添加到反应区。目标核苷酸序列以上述相同方式通过介电泳被拉伸，并且向以拉伸的形式固定在表面上的核苷酸探针迁移。可以高效地在拉伸形式的核苷酸探针和拉伸形式的目标核苷酸序列之间进行杂交。
本发明在药物发现、临床诊断、基因组药理学、法医学和其他相关产业的领域内具有技术优点。也就是，本发明提供了一种杂交检测器和包括该检测器的传感器芯片如DNA芯片，其可以高效地检测分析基因变异、单核苷酸多态性(SNP)、基因表达频率等所需的杂交。
下面将描述本发明中的主要技术术语的定义。在本发明中，“核苷酸序列”是指作为嘌呤或嘧啶基的核苷磷酸酯与糖进行配糖键合的聚合物。包括DNA探针的低聚核苷酸、多聚核苷酸、作为嘌呤核苷酸和嘧啶核苷酸的聚合形式的DNA(完全长度或部分长度)，反转录所得到的cDNA(cDNA探针)、RNA和聚酰胺核苷酸类似物(PNA)被包括。
“核苷酸探针”是直接或间接地固定在检测表面上的核苷酸序列。“目标核苷酸序列”是具有与核苷酸探针互补的碱基序列的核苷酸序列，并且在某种情况下以荧光材料等标记。
“杂交”是指具有互补碱基序列的核苷酸序列之间的双联(双链)形成反应。
“反应区”是核苷酸溶液的蓄积处，并且是用于液相杂交反应的区域。在反应区内，除了单链核苷酸相互作用或杂交之外，还可以进行其他相互作用：肽(或蛋白质)与根据核苷酸探针形成的双链核苷酸之间的相互作用，以及分子相互作用，如酶反应。例如，当使用双链核苷酸时，可以分析担当转录因子的受体分子，如荷尔蒙受体，与对应DNA序列之间的键联。
“位阻”是指分子的反应中心附近的巨大取代基或反应分子的构象或空间结构(更高阶结构)抑制反应对方靠近的现象。因此，阻碍了期望反应(本发明中的杂交)。
“介电泳”是分子向非均匀电场中的较高电场迁移的现象。即使当施加交流电时，由于极化的极性根据电压极性的反转而反转，因此迁移也以与施加直流电相同的方式进行(参见由Teru Hayashi编辑的“Maikuromashine toZairyo Gijutsu(Micro-machine and Material Technology)”，CMC books，pp.37-46，Chapter 5：Manipulation of Cells and DNA)。
“反电极”由反应区内的至少一对相对电极形成。当向其施加电压时，反电极在反应区内产生电场。
“公共电极”是指从其向多个电极施加电压的电极。“扫描电极”是指可以通过导通和关断而顺序地向其施加电压的一组排列电极。
“浮动电位电极”是指导电且不连接到外部电源的孤立电极。
“传感器芯片”是指由石英玻璃、合成树脂等组成的基板，其包括反应区和用于检测分子相互作用的检测表面。传感器芯片的典型例子是DNA芯片。
附图说明
图1示出本发明的杂交检测器或传感器芯片的主要配置(1a)。
图2A示出沿着线I-I获得且从箭头I的方向观看的图1所示的检测器(1a)的截面图。图2B示出沿着线I-I获得且从箭头I的方向观看的图2A所示的检测器(1a)的变型(1’a)的截面图。
图3示出通过在反电极A和B之间、第二反电极G和Cx之间以及第二反电极G和Cy之间施加电压而在检测器1a(或检测器1’a)的扫描电极Cx和Cy的附近产生的非均匀电场L2。
图4示出根据本发明第二实施例的检测器或传感器芯片的主要配置(附图标记：1b)。
图5示出根据本发明第三实施例的检测器或传感器芯片的主要配置(附图标记：1c)。
图6示出根据本发明第四实施例的检测器或传感器芯片的主要配置(附图标记：1d)。
图7A到7C示出检测器1a的电压施加操作(三个例子)。
图8A到8C示出检测器1b的电压施加操作的例子(三个例子)。
图9示出根据本发明第五实施例的检测器或传感器芯片的主要配置(附图标记：1e)。
图10示出根据本发明第六实施例的检测器或传感器芯片的主要配置(附图标记：1f)。
图11示出根据本发明第七实施例的检测器或传感器芯片的主要配置(附图标记：1g)。
图12A示出在图9中沿着线II-II获得且从箭头II的方向观看的截面图。图12B示出沿着线II-II获得且从箭头II的方向观看的检测器(1e)的变型(1’e)的截面图。
图13A示出检测器(1e)的电压施加操作的例子，图13B示出检测器(1f)的电压施加操作，并且图13C示出检测器(1g)的电压施加操作的例子。
图14示出电压施加操作的另一个例子。
图15示出根据本发明第八实施例的检测器或传感器芯片的主要配置(附图标记：1h)。
图16示出根据本发明第九实施例的检测器或传感器芯片的主要配置(附图标记：1i)。
图17示出根据第九实施例的主要配置(附图标记：1i)。
图18A示出在图16和17中沿着线III-III获得且从箭头III的方向观看的截面图，并且图18B示出沿着线III-III获得且从箭头III的方向观看的图18A所示的检测器1i的变型(1’i)的截面图。
图19A示出具有矩形端部(Ea)的扫描电极，图19B示出具有三角形端部(Eb)的扫描电极，并且图19C示出具有圆形端部(Ec)的扫描电极。
图20示出根据本发明第十实施例的检测器或传感器芯片的主要配置(附图标记：10a)。
图21示出在检测器中产生的非均匀电场(L)。
图22示出根据本发明第十一实施例的检测器或传感器芯片的主要配置(附图标记：10b)。
图23是示出本发明的杂交方法的过程的简要流程图。
具体实施方式
现在将参照附图详细描述本发明的优选实施例。
[第一实施例]
图1示出根据本发明第一实施例的杂交检测器(以下缩写为“检测器”)或传感器芯片的主要配置(附图标记：1a)。
根据第一实施例的检测器1a具有反应区R。反应区R安设在用于添加包含核苷酸探针X或目标核苷酸序列Y的核苷酸溶液的储蓄槽内，并且反应区R是进行杂交的部分或空间。
反电极A和B设置在反应区R处，并且连接到电源V1。优选地，反电极A和B相互平行地对齐。当通过导通该图所示的开关s，从电源V1施加高频电压时，在反电极A和B之间的反应区R内产生均匀电场(电力线未被集中在一部分中的电场)(参见图1中的附图标记L1所表示的线)。
优选地，反电极A和B之间的电场的参数为约1×106V/m和约1MHz(参见Masao Washizu and Osamu Kurosawa：“Electrostatic Manipulation of DNAin Microfabricated Structures”，IEEE Transaction On Industry Application Vol.26，No.26，p.1165-1172(1990))。由于下述电场的所有参数相同于这些参数，因此以下将省略该说明。
均匀电场L1沿着均匀电场L1将以随机盘绕状态等分散在反应区R内的核苷酸探针X拉伸成拉伸形式(其原理已被描述过)。
第二反电极G和C(包括C1、C2、C3、...、Cx、Cy和Cz)设置在反电极A和B之间，使得其与反电极A和B正交。第二反电极的每一个连接或者可连接到该图所示的电源V2。
在检测器1a中，电极G是单矩形电极，并且电极C是扫描电极。扫描电极的每一个被对齐成以预定距离与电极G相对。在扫描电极C中，通过逐一导通和关断开关S1、S2、S3、...、Sx、Sy和Sz一个接一个地施加电压到一对相邻扫描电极C。在扫描电极之间(例如，G与Cx之间和G与Cy之间)，电连接产生非均匀电场L2。在非均匀电场中，电力线如图3所示被部分集中(尤其是在扫描电极C的端部的附近)。
扫描电极C中的电极C1、C2、...、和Cz之间的每个间隔小于核苷酸探针X’的分子长度，使得扫描电极由拉伸形式的核苷酸探针X’桥接(这也适用于以下所有实施例)。
图2A示出在图1中沿着线I-I获得且从箭头I的方向观看的截面图。图2B示出沿着线I-I获得且从箭头I的方向观看的图2A所示的检测器1a的变型(附图标记：1’a)的截面图。
如图2A和2B所示，检测器1a和变型检测器1’a设置在由石英玻璃、硅或合成树脂如聚碳酸酯或聚苯乙烯组成的基板M1和M2之间的窄间隙内。在检测器1a中，反应区R的深度(或宽度)与电极如反电极A和B的厚度相同。
在由图2B所示的检测器1’a所代表的某些情况下，可以设置电介质层U以使反电极A和B以及其余部分夹在中间。在该配置中，基板M1和M2之间的间隙增大，并且反应区R的容量也增大。在反应区R内，扫描电极C可以在反应区R的深度方向(未示出)上设置在多条线上。
图3示出通过在反电极A和B之间、第二反电极G和Cx之间以及第二反电极G和Cy之间施加电压而在检测器1a(或检测器1’a)的扫描电极Cx和Cy的附近产生的非均匀电场L2。在图3中，目标核苷酸序列Y已经被添加到反应区R内。在反电极A和B之间产生的电场(L1)未被示出。
如图3所示，通过在反电极A和B之间产生的均匀电场拉伸的核苷酸探针X通过介电泳向相邻扫描电极C1和C2、C2和C3、...、Cx和Cy、...之间的间隙迁移，以固定在电极C的端部d上，并且桥接端部d和d。
图3中的附图标记X’表示固定在相邻扫描电极C之间的核苷酸探针(这也适用于其他附图)。在图3中，开关Sx和Sy导通，并且在电极G和Cx之间和在G和Cy之间产生非均匀电场L2。
以与核苷酸探针X相同的方式，通过反电极A和B之间的均匀电场拉伸随后添加到反应区R内的目标核苷酸序列Y。拉伸的目标核苷酸序列Y向(以拉伸的形式)固定在相邻电极C之间的核苷酸探针X’迁移，并且高效地将目标核苷酸序列的互补序列部分与核苷酸探针进行杂交而无位阻现象。
[第二实施例]
图4示出根据本发明第二实施例的检测器或传感器芯片的主要配置(附图标记：1b)。
检测器1b不同于第一实施例的检测器1a和1’a之处在于检测器1b没有与扫描电极C1、C2、C3、...、Cx、Cy和Cz相对的电极(在图1和3中以附图标记G表示)。该图所示的电源V3通过按照预定规程导通和关断该图所示的对应开关S，一个接一个地在相邻扫描电极C1和C2、C2和C3、...、Cx和Cy、...之间施加电压。
在图4中，在反电极A和B之间和在扫描电极Cx和Cy之间施加电压，以在扫描电极Cx和Cy之间产生非均匀电场L2。目标核苷酸序列Y向固定在扫描电极Cx和Cy之间的核苷酸探针X’迁移(参见以箭头表示的区域)。
[第三实施例]
图5示出根据本发明第三实施例的检测器或传感器芯片的主要配置(附图标记：1c)。
图5所示的检测器1c在反电极A和B之间具有扫描电极C和扫描电极D。扫描电极C由电源V3通电，而扫描电极D由电源V4通电。扫描电极C和扫描电极D彼此相对。具体地说，并行设置的扫描电极C1、C2、C3、...、Cx、Cy和Cz被对齐成分别与扫描电极D1、D2、D3、...、Dx、Dy和Dz相对。
在图5中，在反电极A和B之间、在扫描电极Cx和Cy之间、以及在扫描电极Dx和DY之间施加电压。目标核苷酸序列Y通过非均匀电场L2向固定在扫描电极Cx和Cy之间和扫描电极Dx和Dy之间的核苷酸探针X’迁移(参见以箭头表示的区域)。
[第四实施例]
图6示出根据本发明第四实施例的检测器或传感器芯片的主要配置(附图标记：1d)。
检测器1d相同于根据第三实施例的检测器1c之处在于并行设置的扫描电极C1、C2、C3、...、Cx、Cy和Cz被对齐成分别与扫描电极D1、D2、D3、...、Dx、Dy和Dz相对。然而，在检测器1d中，公共电源V5向扫描电极C和扫描电极D施加电压。
在图6中，在反电极A和B之间、在扫描电极Cx和Dx之间、以及在扫描电极Cy和Dy之间施加电压。目标核苷酸序列Y通过非均匀电场L2向固定的核苷酸探针X’迁移(参见以箭头表示的区域)。
将参照图7A、7B和7C以及图8A、8B和8C说明电压施加操作。图7A到7C示出检测器1a的电压施加操作的例子(三个例子)，而图8A到8C示出检测器1b的电压施加操作的例子(三个例子)。
例如，在图1所示的检测器1a中，如图7A所示，当按照顺序次序((G和C1)和(G和C2)→(G和C2)和(G和C3)→...)导通扫描电极时，可以在反电极A和B之间恒定地施加电压。
如图7B所示，每当一个接一个地导通每个扫描电极时，可以中止在反电极A和B之间施加的电压。
如图7C所示，在向扫描电极施加电压时，可以中止在反电极A和B之间施加的电压。该电压施加操作的重复允许核苷酸探针X安全地固定在扫描电极上。
在图4所示的检测器1b中，如图8A所示，当一个接一个地(C1和C2→C2和C3→...)导通扫描电极时，可以在反电极A和B之间恒定地施加电压。
如图8B所示，每当一个接一个地导通每个扫描电极时，可以中止在反电极A和B之间施加的电压。
如图8C所示，在向扫描电极施加电压时，可以中止在反电极A和B之间施加的电压。该电压施加操作的重复允许核苷酸探针X安全地固定在扫描电极上。该电压施加操作也可实施于检测器1c和检测器1d。
如图7B、7C、8B和8C所示，在反电极A和B之间施加断续电压具有以下优点：反应区R内的目标核苷酸序列Y可以逐步向固定的核苷酸探针X’迁移，目标核苷酸序列Y可以后向和前向迁移，并且可以控制反应定时。
当反电极A和B之间的电压施加被中止时，拉伸形式的目标核苷酸序列Y和拉伸形式的核苷酸探针X’之间的双联形成反应(duplex-formationreaction)，即杂交，仅在布朗运动下进行。
上述电压施加操作允许高效地形成以拉伸的形式固定在扫描电极D上的核苷酸探针X’与以相同于核苷酸探针的方式处于拉伸形式的目标核苷酸序列Y的互补碱基之间的氢键结合而无位阻现象。
也就是，高效地杂交核苷酸探针X’和目标核苷酸序列Y。结果，杂交时间可以减少，并且假正性或假负性的概率降低。
[第五实施例]
图9示出根据本发明第五实施例的检测器或传感器芯片的主要配置(附图标记：1e)。
以附图标记1e表示的检测器具有反应区R。在反应区R内，设置了公共电极G和与公共电极G平行对齐的扫描电极C(包括C1到Cz)。
公共电极G连接到电源V1。在一条线上对齐的扫描电极C的每个电极C1到Cz通过一个接一个地导通开关S1到Sz而连接到电源V1。图9示出这样的状态(阶段)：开关Sy导通，在电极G和Cy之间施加电压以在扫描电极Cy的附近产生非均匀电场L2。
通过一个接一个地导通和关断开关S1到Sz，以在公共电极G与扫描电极C的电极C1到Cz之间逐个施加高频电压，在反应区R内的电极G和每一个电极C1到Cz之间产生非均匀电场L2。
电场拉伸以随机盘绕状态等分散在反应区R内的核苷酸探针X，以使其沿着电场直线排列，并且同时，拉伸的核苷酸探针X通过由于在被通电电极C1到Cz的端部E的附近产生的非均匀电场L2的介电泳而向电极C1到Cz的端部E迁移。核苷酸探针X被固定，以便桥接相邻电极(C1和C2、C2和C3、...、Cy和Cz)。
更具体地说，在反应区R内，拉伸形式的核苷酸探针X的第一端部通过由于非均匀电场的介电泳向电极C1的端部E1迁移，并且附在其上，然后，核苷酸探针X的第二端向在电极C1之后通电的相邻电极C2的端部E2迁移，并且附在其上。这样，核苷酸探针X被固定，以便桥接相邻电极(C1和C2、C2和C3、...、Cy和Cz)。图9中的附图标记X’表示固定在电极的端部上的核苷酸探针。
[第六实施例]
图10示出根据本发明第六实施例的检测器或传感器芯片的主要配置(附图标记：1f)。
如同检测器1e一样，检测器1f在反应区R内具有公共电极G。在检测器1f中，包括电极C1、C2、C3、...、Cx、Cy、...、和Cz的扫描电极C和包括电极D1、D2、D3、...、Dx、Dy、...、和Dz的扫描电极D设置在两条线上。扫描电极C的端部E与扫描电极D的相应端部e相对。
扫描电极C的电极C1到Cz通过逐一地导通相应的开关S1到Sz而连接到电源V1。扫描电极D的电极D1到Dz通过逐一地导通相应的开关s1到sz而连接到电源V1。也就是，当开关S1和s1导通时，在公共电极G和电极C1之间以及在公共电极G和电极D1之间施加电压。当开关S2和s2导通时，在公共电极G和电极C2之间以及在公共电极G和电极D2之间施加电压。图10示出开关Sy和sy导通并且在电极G和Cy之间以及在电极G与Dy之间施加电压的状态。
[第七实施例]
图11示出根据本发明第七实施例的检测器或传感器芯片的主要配置(附图标记：1g)。
如同检测器1e和1f一样，图11所示的检测器1g具有反应区R内的公共电极G，包括电极D1、D2、D3、...、Dx、Dy、...、和Dz的扫描电极D，以及包括电极F1、F2、F3、...、Fx、Fy、...、和Fz的扫描电极F。扫描电极D和扫描电极F在两条线上被对齐，使得扫描电极D的每个端部E与扫描电极F的对应端部e相对。
扫描电极D的每一个电极D1到Dz通过逐一地导通相应开关S1到Sz而连接到电源V1，并且扫描电极F的每一个电极F1到Fz通过逐一地导通相应开关s1到sz而连接到电源V1。也就是，当开关S1和s1导通时，在公共电极G和电极D1之间以及在公共电极G和电极F1之间施加电压。当开关S2和s2导通时，在公共电极G和电极D2之间以及在公共电极G和电极F2之间施加电压。图11示出开关Sy和sy导通并且在电极G和Dy之间以及在电极G与Fy之间施加电压的状态。
如图11所示，在第七实施例中，电极D2和F2之间的距离H大于电极D1和F1之间的距离，同样地，电极D3和F3之间的距离H大于电极D2和F2之间的距离，并且电极Dz和Fz之间的距离H最大。采用这样的配置，电极之间的反应场随着相对扫描电极D和F之间的每个距离H逐步增大而逐步增大。结果，核苷酸探针X可以通过介电泳自由地迁移到反应区R内的被通电电极(的端部)，因为核苷酸探针X没有未被施加电压的相邻电极的物理位阻。目标核苷酸序列Y可以在介电泳期间受到相同的作用。
图12A示出在图9中沿着线II-II获得且从箭头II的方向观看的截面图。图12B示出沿着线II-II获得且从箭头II的方向观看的检测器1e的变型(1’e)的截面图。
如图12A和12B所示，检测器1e和1’e设置在由石英玻璃、硅或合成树脂如聚碳酸酯或聚苯乙烯组成的基板M1和M2之间的窄间隙中。在检测器1e中，反应区R的深度(或宽度)与公共电极G和扫描电极C的厚度相同。
可选地，在图12B所示的检测器1’e中，可以设置电介质层U，以使公共电极G和扫描电极C夹在中间。在该配置中，基板M1和M2之间的间隙增大，并且反应区R的容量也增大。在反应区R内，扫描电极C可以在反应区R的深度方向(未示出)上设置在多条线上。这也可以适用于检测器1f和1g。
在检测器1e、1f和1g中，通过在电极G和C(C1到Cz)之间、在电极G和D(D1到Dz)之间、以及在电极G和F(F1到Fz)之间产生的非均匀电场L2，以与核苷酸探针X相同的方式，拉伸添加到反应区R内的目标核苷酸序列Y。拉伸的目标核苷酸序列Y向(以拉伸的形式)固定在电极C、电极D和电极F上的核苷酸探针X’迁移，并且进行高效的杂交而无位阻现象。
图9示意性地示出拉伸的目标核苷酸序列Y与固定在扫描电极Cx和Cy之间的核苷酸探针X’杂交的状态。图10示意性地示出拉伸的目标核苷酸序列Y与固定在扫描电极Cx和Cy之间以及扫描电极Dx和Dy之间的核苷酸探针X’杂交的状态。图11示意性地示出拉伸的目标核苷酸序列Y与固定在扫描电极Dx和Dy之间以及扫描电极Fx和Fy之间的核苷酸探针X’杂交的状态。
现在将参照图13A、13B和13C说明电压施加操作。图13A示出检测器1e的示例性电压施加操作，图13B示出检测器1f的示例性电压施加操作，并且图13C示出检测器1g的示例性电压施加操作。
在图9所示的检测器1e中，如图13A所示，在电极G和C1之间、然后在电极G与C2之间、...一个接一个地施加电压。在图10所示的检测器1f中，如图13B所示，在电极G与C1之间以及在电极G与D1之间、然后在电极G与C2之间以及在电极G与D2之间、...一个接一个地施加电压。在图11所示的检测器1g中，如图13C所示，在电极G与D1之间以及在电极G与F1之间、然后在电极G与D2之间以及在电极G与F2之间、...一个接一个地施加电压。适当地确定每一次电压施加的时长。
必要时，一系列电压施加操作可被重复若干次。一系列电压施加操作的重复允许核苷酸探针X紧紧地固定在扫描电极上。
如图14所示，当向检测器1e、1f和1g的电极的断续电压施加被重复期望次数时，可以控制以下项：固定核苷酸探针X的定时、反应区R内的目标核苷酸序列Y向固定的核苷酸探针X’的逐步迁移、目标核苷酸序列Y的后向和前向迁移、以及反应定时。
通过提供电极之间的电压施加被中止的持续时间T(参见图14)，拉伸形式的目标核苷酸序列Y与拉伸形式的核苷酸探针X’之间的双联形成反应，即杂交，仅在布朗运动下进行。
通过上述电压施加操作，核苷酸探针X’被拉伸且固定在检测器1e、1f和1g的扫描电极C、电极D和电极F上，并且目标核苷酸序列Y以类似于核苷酸探针X’的方式被拉伸。因此，在核苷酸探针X’的碱基与目标核苷酸序列Y的互补碱基之间高效地形成氢键结合而无位阻现象。也就是，目标核苷酸序列Y高效地与核苷酸探针X’杂交。结果，可以减少杂交时间，并且减少假正性或假负性的概率。
[第八实施例]
图15示出根据本发明第八实施例的检测器或传感器芯片的主要配置(附图标记：1h)。
检测器1h具有用于在核苷酸探针X和具有与核苷酸探针X互补的碱基序列的目标核苷酸序列Y之间杂交的反应区R。在反应区R内，第一扫描电极C和第二扫描电极D被设置成使第二扫描电极D的每个端部与第一扫描电极C的对应端部相对。
在第一扫描电极C的相邻电极之间以及在第二扫描电极D的相邻电极之间一个接一个地施加电压。这样，逐一地产生电场。核苷酸探针在电场中被拉伸，并且通过介电泳向施加了电压的电极迁移，然后，核苷酸探针X’以拉伸的形式固定在扫描电极上，以便桥接相邻扫描电极。
图15示出由电源V4在扫描电极Cx和Cy之间施加电压并且由电源V5在扫描电极Dx和Dy之间施加电压、并由此产生非均匀电场L2的状态。
[第九实施例]
图16示出根据本发明第九实施例的检测器或传感器芯片的主要配置(附图标记：1i)。
检测器1i具有其中设置了反电极G和C(包括电极C1、C2、C3、...、Cx、Cy和Cz)的反应区R。这些电极可以连接到该图所示的电源V1和V2。
在检测器1i中，电极G是单矩形电极，并且电极C是扫描电极。扫描电极被对齐成以预定距离与电极G相对。通过一个接一个地导通和关断开关S、开关S1、S2、S3、...、Sx、Sy和Sz以及开关W1、W2、W3、...、Wx、Wy和Wz，逐一地在电极G与电极C1、C2、C3、...、Cx、Cy和Cz之间施加电压。
通过一个接一个地导通和关断开关S1、S2、S3、...、Sx、Sy和Sz以及开关W1、W2、W3、...、Wx、Wy和Wz，顺序地向一对相邻扫描电极C施加电压。电极G与扫描电极C之间的电连接在扫描电极C的端部产生非均匀电场L2(参见图16)。相邻扫描电极C之间(例如，电极C1与C2之间)的电连接在扫描电极C的每个端部产生非均匀电场L2(参见图17)。
在图16和17所示的第九实施例中，核苷酸探针X’的第一端部以拉伸的形式固定在扫描电极(例如，如图16所示的C1)上，然后核苷酸探针的第二端部固定在相邻扫描电极(例如，C2)上。这样，相邻扫描电极(例如，C1和C2)由核苷酸探针X’桥接。然后，将目标核苷酸序列(以拉伸的形式)与固定在相邻电极上并且桥接该相邻电极的核苷酸探针X’进行杂交。该过程可适用于任何具有扫描电极和与扫描电极相对的公共电极G的配置。
图18A示出在图16和17中沿着线III-III获得且从箭头III的方向观看的截面图。图18B示出沿着线III-III获得且从箭头III的方向观看的图18A所示的检测器1i的变型(附图标记：1’i)的截面图。
如图18A所示，检测器1i和1’i设置在由石英玻璃、硅或合成树脂如聚碳酸酯或聚苯乙烯组成的基板M1和M2之间的窄间隙内。在检测器1i中，反应区R的深度(或宽度)与电极C的厚度相同。
在由图18B所示的检测器1’i所代表的某些情况下，可以设置电介质层U，以使每个电极C夹在中间。在该配置中，基板M1和M2之间的间隙增大，并且反应区R的容量也增大。在反应区R内，扫描电极C可以设置在多条线上(未示出)。
图16示出检测器1i(或1’i)的状态，其中该图所示的开关S和S1导通，因此电源V1将高频电压施加在反电极G和C1之间。
将高频电压施加在电极G和C1之间在反应区R内产生非均匀电场L2。非均匀电场L2将随机分散在反应区R内的核苷酸探针X拉伸成沿着非均匀电场L2直线排列。然后，核苷酸探针X在非均匀电场L2中通过介电泳迁移，并且核苷酸探针X的第一端部以拉伸的形式固定在电极C1的具有高电场的端部上。
接下来，通过关断开关S，中止施加在反电极G和C1之间的高频电压。在关断开关S的同时或之后，通过导通开关S2和开关W2到Wz，从电源V2将电压施加在电极C1和C2之间。通过该过程，固定核苷酸探针X’的未固定第二端部沿着在电极C1和C2之间产生的非均匀电场中的电力线迁移，并且固定在电极C2的具有高电场的端部上。
类似地，通过导通开关S2、W1和S，并且关断开关S1和W2，将核苷酸探针X的每个端部固定在扫描电极C2的端部上，然后通过关断开关S和W2，并且导通开关S3、W1和W3到Wz，在扫描电极C2和C3之间固定拉伸形式的核苷酸探针X’。
如上所述，核苷酸探针X’通过向电极的顺序电压施加而固定在相邻扫描电极C的端部上，并且桥接它们。图17示出核苷酸探针X’固定在相邻扫描电极Cx和Cy上且桥接它们的状态。
可以将高频电压同时施加在电极G和多个电极C之间，以拉伸和对齐这些扫描电极C的端部上的核苷酸探针(未示出)。然后，将电压施加在相邻扫描电极C之间，以固定核苷酸探针X’，并且由核苷酸探针X’桥接相邻扫描电极C。
在公共电极G与电极C之间产生的非均匀电场中，以与核苷酸探针X相同的方式，拉伸添加到反应区R内的目标核苷酸序列。目标核苷酸序列Y通过介电泳向扫描电极B的端部迁移，并且高效地与固定在扫描电极B的端部上的核苷酸探针X’杂交而无位阻现象。
为了使目标核苷酸序列向扫描电极B介电泳，可以在公共电极G与电极C、顺序地C1到Cz之间施加电场，或者可以在电极G与具有相同电位的多个电极C之间同时施加电场。
图19A、19B和19C示出表示上述扫描电极的扫描电极C1到C3的端部E的典型例子(这也适用于其他扫描电极D和F)。图19A示出具有矩形端部Ea的扫描电极，图19B示出具有三角形端部Eb的扫描电极，而图19C示出具有圆形端部Ec的扫描电极。具有圆形端部Ec的扫描电极是优选的，因为它增强了非均匀电场L2的产生和核苷酸探针X的固定。
可以处理扫描电极的端部E(Ea、Eb和Ec)的表面，以便使核苷酸探针X的端部可以通过耦合反应等固定在表面上。例如，采用抗生蛋白链菌素(streptavidin)处理的检测表面适于固定具有生物素化(biotinized)端部的核苷酸序列。
通过公知方法来检测杂交。例如：采用特定地与诸如POPO-1和TOTO-3的核苷酸碱基对键联的荧光染料或荧光添加剂(intercalator)标记目标核苷酸序列Y；采用激励光的照射；以及采用公知检测装置检测荧光信号。
更具体地说，反应区R由激光(例如，蓝激光)激励，并且采用检测装置(未示出)测量荧光强度，因此确定与核苷酸探针X’杂交的目标核苷酸序列Y。每个反应区R内的荧光强度可以通过将模拟数据转换成数字数据并且在计算机显示器上显示所得到的键联比(binding ratios)的分布来可视化。
现在将参照附图描述本发明的优选实施例。图20示出根据本发明第十实施例的杂交检测器(以下缩写为“检测器”)或传感器芯片的主要配置(附图标记：10a)。
检测器10a具有反应区R。反应区R是用于添加包含以图20中的X表示的核苷酸探针X并且包含目标核苷酸序列Y(未示出)的溶液的储蓄处，并且反应区R是进行杂交的部分或空间。
反电极A和B设置在反应区R处，并且通过开关S连接到电源V(在该图中示出)。反电极A和B被对齐成使电极的端面相互平行。多个浮动电位电极C-1在长度和宽度方向上直线分布在反电极之间(参见图20)，并且不连接到电源V。虽然所示浮动电位电极C-1是圆形的，但是它们的形状不限于此。只要产生非均匀电场，就可以采用任何其他形状如多边形或椭圆设计浮动电位电极。
优选地，浮动电位电极C-1的每个表面的尺寸小于反电极A和B的表面尺寸。由于浮动电位电极C-1具有较窄的表面，因此可以向浮动电位电极C-1的表面集中电场，并且可以容易地产生非均匀电场。
图20示出通过导通开关S而在反电极A和B之间施加电压的状态。反应区R内所示的附图标记X表示仍然随机盘绕或褶皱的核苷酸探针，而附图标记X’表示被拉伸且固定在电极表面上的核苷酸探针。
检测器10a设置在由石英玻璃、硅或合成树脂如聚碳酸酯或聚苯乙烯组成的基板(未示出)之间的窄间隙内。在检测器10a中，反应区R的深度(或宽度)与诸如反电极A和B的电极的厚度相同。在某些情况下，可以设置电介质层，以使反电极A和B以及其余部分夹在中间。这样的配置增大了基板之间的间隙以及反应区R的容量(这也适用于下述第十一实施例)。
图21示出检测器10a的状态，其中通过导通该图所示的开关S，从电源V将高频电压施加在反电极A和B之间，以在反应区R内产生以电力线表示的电场L。在反电极A和B之间施加的高频电压在反应区R内产生以附图标记L表示的非均匀电场。
也就是，向反电极A和B施加的电压在扫描电极A和B处、且在浮动电位电极C-1的电场集中部分表面产生非均匀电场L(参见图21)。随机分散在反应区R内的核苷酸探针X沿着非均匀电场L、由非均匀电场L拉伸和迁移。
然后，核苷酸探针X通过介电泳迁移到电极A、B和C-1的具有高电场的表面，并且以拉伸的形式固定核苷酸探针X的每个端部。图20和21示出拉伸形式的核苷酸探针X’固定在电极A、B和C-1的表面上的状态。
优选地，反电极A和B之间的电场的参数为约1×106V/m和约1MHz(参见Masao Washizu and Osamu Kurosawa：“Electrostatic Manipulation of DNA inMicrofabricated Structures”，IEEE Transaction On Industry Application Vol.26，No.26，p.1165-1172(1990))。
随后，将目标核苷酸序列Y添加到反应区R内。以与核苷酸探针X’相同的方式，目标核苷酸序列Y通过反电极A和B之间的非均匀电场L被拉伸，并且通过介电泳迁移到电极A、B和C-1的具有高电场的表面。
迁移的目标核苷酸序列高效地与已经以拉伸的形式固定在表面上的核苷酸探针X’杂交而无位阻现象。
可以处理反电极A和B以及浮动电位电极C-1的表面或端部，使得核苷酸探针X’的端部通过耦合反应等固定在表面或端部上。例如，采用抗生蛋白链菌素处理的电极表面适于固定具有生物素化端部的核苷酸序列。
参照图22，现在将说明本发明第十一实施例的检测器或传感器芯片的配置(附图标记：10b)。
检测器10b相同于检测器10a之处在于检测器10b具有矩形区域R，并且反电极A和B在反应区R内相互平行，并且可以连接到电源V。多个浮动电位电极D-1设置在反电极A和B之间，并且不连接到电源V。
第十一实施例的浮动电位电极D-1与第十实施例的浮动电位电极C-1的相同之处在于它们都分布在反应区R内，而不同之处在于检测器10b的浮动电位电极D-1交替排列(参见图22)，而检测器10a的浮动电位电极C-1在长度和宽度方向上直线排列(参见图20和21)。在图22中，虽然所示浮动电位电极D-1是圆形的，但是它们的形状不限于此。只要产生非均匀电场，就可以采用任何其他形状如多边形或椭圆来设计浮动电位电极。
在第十和第十一实施例中，浮动电位电极C-1和浮动电位电极D-1以一定的间隔，即以矩阵布局，排列在反应区R内。结果，可以在反应区R内产生大量集中电力线的区域，并且可以在反应区R内增强电场的非均匀性。
分布在反应区R内的浮动电位电极C-1允许在整个反应区R内进行杂交，而不限制核苷酸序列的自由迁移。因此，提高了检测灵敏性，因为杂交区域扩大到整个反应区R。
相邻浮动电位电极C-1之间和相邻浮动电位电极D-1之间的距离不受限制，但是优选地，每个距离大于拉伸形式的核苷酸探针X’的分子长度的两倍。在这样的配置中，核苷酸探针X’可以自由地在相邻浮动电位电极C-1和C-1或者相邻浮动电位电极D-1和D-1之间迁移，并且避免了固定核苷酸探针X’之间的干扰和位阻。
另一方面，当每一个浮动电位电极C-1之间的距离小于拉伸形式的核苷酸探针X’的长度时，可以固定核苷酸探针X’，以便桥接相邻浮动电位电极C-1和C-1。
参照图23，现在将描述本发明的杂交过程的实施例。图23示出该过程的简要流程图。
图23(A)示出紧邻在将核苷酸探针X添加到反应区R内之后的阶段，其中核苷酸探针X仍然处于褶皱形式。在此阶段，核苷酸探针未固定在浮动电位电极C-1(或D-1)上。
图23(B)和23(C)示出本发明的杂交过程的第一步骤P1。图23(B)示出在图20到22所示的反电极A和B之间施加电压，产生非均匀电场L，即在浮动电位电极C-1(或D-1)的表面集中电力线，沿着电力线拉伸核苷酸探针X，并且核苷酸探针X向浮动电位电极C-1(或D-1)迁移的阶段。图23(C)示出拉伸形式的核苷酸探针X’的第一端部固定在浮动电位电极C-1(或D-1)上的下一阶段。
图23(D)示出将目标核苷酸序列Y添加到反应区R内的阶段。在此阶段，中止向反电极A和B的电压供应，并且目标核苷酸序列Y发生褶皱。在将目标核苷酸序列Y添加到反应区R内的此阶段期间，可以继续向反电极A和B的电压供应。
图23(E)和23(F)示出本发明的杂交过程的第二步骤P2。图23(E)示出再次在反电极A和B之间施加电压以产生非均匀电场L即在浮动电位电极C-1(或D-1)的表面集中电力线，沿着电力线拉伸目标核苷酸序列Y，并且目标核苷酸序列Y向核苷酸探针X’迁移的阶段。
图23(F)示出不施加电压并且都被拉伸的目标核苷酸序列Y和核苷酸探针X’经受布朗运动并被杂交的阶段。
在本发明的杂交过程中，反电极A和B可以通过导通开关S，在图23(B)到23(E)所示的各个阶段期间持续地通电，或者可以通过导通和关断开关S来断续地通电。
被重复期望次数的断续性电压供应可以控制在电极上固定核苷酸探针X’的定时、反应区R内的目标核苷酸序列Y向固定核苷酸探针X’的逐步迁移、目标核苷酸序列Y的后向和前向迁移、以及反应定时。
中止向电极施加电压(尤其是在图23(F)所示的阶段中)允许拉伸形式的目标核苷酸序列Y和拉伸形式的核苷酸探针X’之间的双联形成反应，即杂交，仅在布朗运动下进行。
通过上述过程，在以拉伸的形式固定在电极上的核苷酸探针X’的碱基和以与核苷酸探针X’相同的方式拉伸的目标核苷酸序列Y的互补碱基之间形成氢键结合而无位阻，即高效地进行杂交。结果，可以减少杂交时间，并且降低假正性或假负性的概率。
通过公知方法来检测杂交。例如，采用特定地与诸如POPO-1和TOTO-3的核苷酸碱基对键联的荧光染料或荧光添加剂标记目标核苷酸序列Y；采用激励光的照射；以及采用公知检测装置检测荧光信号。
更具体地说，反应区R由激光(例如，蓝激光)激励，并且采用检测装置(未示出)测量荧光强度，因此确定目标核苷酸序列Y与核苷酸探针X’之间的杂交。每个反应区R内的荧光强度可以通过将模拟数据转换成数字数据并且在计算机显示器上显示所得到键联比的分布来可视化。在本发明中，用于检测杂交的方法不受限制。
根据本发明，核苷酸探针被拉伸，然后排列且固定在反应区内(扫描电极之间)，以在传感器芯片如DNA芯片的表面上杂交。结果，确保了提高杂交效率、减少反应时间、以及防止假正性和假负性。
根据本发明，核苷酸探针被拉伸，然后固定在整个反应区内，以在传感器芯片如DNA芯片的表面上杂交。结果，确保了提高杂交效率、减少反应时间、提高灵敏性以及防止假正性和假负性。

Claims (31)

1.一种杂交检测器，包括用于在核苷酸探针和具有与核苷酸探针互补的碱基序列的目标核苷酸序列之间杂交的反应区，其中该反应区具有用于通过电场拉伸核苷酸探针、并且将通过介电泳吸引的核苷酸探针固定在排列于反应区内的扫描电极上的配置。
2.一种传感器芯片，包括根据权利要求1所述的杂交检测器。
3.一种传感器芯片，包括：
反应区，用于在核苷酸探针和具有与核苷酸探针互补的碱基序列的目标核苷酸序列之间杂交；
反电极，在反应区内产生用于拉伸核苷酸探针的电场；
扫描电极，排列在反应区内，这些电极能够被通电；以及
用于通过在相邻扫描电极之间施加电压而产生的非均匀电场使由反电极拉伸的核苷酸探针向一对相邻扫描电极介电泳、并且固定拉伸形式的核苷酸探针以便桥接相邻扫描电极的装置。
4.根据权利要求3所述的传感器芯片，其中通过在电场中拉伸的目标核苷酸序列向扫描电极的介电泳，目标核苷酸序列与固定在扫描电极之间的核苷酸探针杂交。
5.根据权利要求3所述的传感器芯片，其中扫描电极具有圆形或多边形端部。
6.根据权利要求3所述的传感器芯片，其中反电极被设置成彼此相对且平行。
7.根据权利要求2所述的传感器芯片，其中由反电极和扫描电极产生的电场为交流电。
8.一种传感器芯片，包括：
反应区，用于在核苷酸探针和具有与核苷酸探针互补的碱基序列的目标核苷酸序列之间杂交；
公共电极，设置在反应区内；
扫描电极，由多个平行对齐的电极形成；以及
用于通过顺序地在公共电极和每个扫描电极之间施加电压来产生电场，在核苷酸探针被电场拉伸时使反应区内的核苷酸探针向被通电的扫描电极介电泳，并且固定拉伸形式的核苷酸探针以便桥接扫描电极的装置。
9.根据权利要求8所述的传感器芯片，包括公共电极和扫描电极，其中扫描电极在两条线上对齐，以便扫描电极的每个端部彼此相对。
10.根据权利要求9所述的传感器芯片，其中扫描电极被设置成使相对扫描电极之间的距离在顺序施加电压的方向上逐步增大。
11.根据权利要求8所述的传感器芯片，其中通过顺序地在公共电极和扫描电极之间施加电压，并且在目标核苷酸序列被拉伸时使反应区内的目标核苷酸序列向被通电的扫描电极介电泳，拉伸形式的目标核苷酸序列与固定在扫描电极之间的核苷酸探针杂交。
12.根据权利要求8所述的传感器芯片，其中扫描电极具有圆形或多边形端部。
13.根据权利要求8所述的传感器芯片，其中由公共电极和扫描电极产生的电场为交流电。
14.一种传感器芯片，包括：
反应区，用于在核苷酸探针和具有与核苷酸探针互补的碱基序列的目标核苷酸序列之间杂交；
第一扫描电极，排列在反应区内；
第二扫描电极，排列成使第二扫描电极的端部与第一扫描电极的相应端部相对；以及
用于通过顺序地在第一扫描电极的相邻电极之间和第二扫描电极的相邻电极之间施加电压来产生电场，在核苷酸探针被电场拉伸时使核苷酸探针向被通电的扫描电极介电泳，并且固定拉伸形式的核苷酸探针以便桥接扫描电极的装置。
15.根据权利要求14所述的传感器芯片，其中通过拉伸的目标核苷酸序列向被通电的扫描电极的介电泳，以与核苷酸探针相同的方式拉伸的目标核苷酸序列与固定在扫描电极之间的核苷酸探针杂交。
16.根据权利要求14所述的传感器芯片，其中第一扫描电极和第二扫描电极具有圆形或多边形端部。
17.根据权利要求14所述的传感器芯片，其中由第一扫描电极产生或由第二扫描电极产生的电场为交流电。
18.一种传感器芯片，包括：
反应区，用于在核苷酸探针和具有与核苷酸探针互补的碱基序列的目标核苷酸序列之间杂交；
公共电极，设置在反应区内；
扫描电极，排列成使扫描电极的端部与公共电极相对；
用于通过顺序地在公共电极和扫描电极的每个电极之间施加电压来产生电场，并且在核苷酸探针被电场拉伸时使核苷酸探针向被通电的扫描电极介电泳的装置；以及
用于通过顺序地在相邻扫描电极之间施加电压来固定拉伸形式的核苷酸探针以便桥接扫描电极的装置。
19.根据权利要求18所述的传感器芯片，其中通过拉伸的目标核苷酸序列向被通电的扫描电极的介电泳，以与核苷酸探针相同的方式拉伸的目标核苷酸序列与固定在扫描电极之间的核苷酸探针杂交。
20.根据权利要求18所述的传感器芯片，其中扫描电极具有圆形或多边形端部。
21.根据权利要求18所述的传感器芯片，其中在公共电极与扫描电极之间和在扫描电极之间产生的电场为交流电。
22.一种使用杂交检测器的杂交方法，其中该杂交检测器包括用于在核苷酸探针和具有与核苷酸探针互补的碱基序列的目标核苷酸序列之间杂交的反应区、以及排列在反应区内的扫描电极，该方法包括以下步骤：
通过电场拉伸反应区内的核苷酸探针，并且通过介电泳将拉伸的核苷酸探针固定在扫描电极上；以及
将目标核苷酸序列与固定的核苷酸探针杂交。
23.根据权利要求22所述的杂交方法，该方法还包括以下步骤：
在选定的单个扫描电极上固定核苷酸探针的第一端部，随后在相邻扫描电极上固定核苷酸探针的第二端部，以便使核苷酸探针桥接相邻扫描电极。
24.一种杂交检测器，包括：
反应区，用于在核苷酸探针和具有与核苷酸探针互补的碱基序列的目标核苷酸序列之间杂交；
反电极，设置在反应区内；以及
浮动电位电极，分散在反电极之间。
25.根据权利要求24所述的杂交检测器，其中浮动电位电极具有能够产生非均匀电场的形状。
26.根据权利要求24所述的杂交检测器，其中浮动电位电极的每个表面小于反电极的表面。
27.根据权利要求24所述的杂交检测器，其中处理浮动电位电极的表面以固定核苷酸探针。
28.根据权利要求24所述的杂交检测器，其中反电极相互平行地对齐。
29.根据权利要求24所述的杂交检测器，其中由反电极产生的电场为交流电。
30.一种传感器芯片，至少包括根据权利要求24所述的杂交检测器。
31.一种使用杂交检测器的杂交方法，其中该杂交检测器包括用于在核苷酸探针和具有与核苷酸探针互补的碱基序列的目标核苷酸序列之间杂交的反应区、设置在反应区内的反电极、以及多个在反电极之间对齐的浮动电位电极，该方法包括以下步骤：
通过向反电极施加电压来拉伸反应区内的核苷酸探针，并且通过在反电极处和在浮动电位电极的部分表面产生的非均匀电场中的介电泳，在浮动电位电极的表面上固定拉伸的核苷酸探针；以及
通过向反电极施加电压来拉伸反应区内的目标核苷酸序列，并且将拉伸的目标核苷酸序列与固定在浮动电位电极的表面上的拉伸核苷酸探针进行杂交。
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