CN1690692A - 一种悬浮式生物芯片及其阅读方法和阅读仪 - Google Patents

Abstract

一种悬浮式生物芯片，包括作为载体的高分子微球、使微球维持悬浮状态的悬浮介质、生物探针以及用来装盛所述生物芯片的容器，所述各种包被有探针的微球在悬浮介质中按一定比例混合，采用不同大小的微球作为不同生物探针的载体，微球的大小与探针的种类一一对应。本发明的悬浮式生物芯片，使得阅读仪在阅读时，仅仅通过探测微球的大小即可辨别出探针或抗原、抗体的种类，相对于探测微球的标记颜色的方法来说，不仅简单可靠，而且对设备的要求大为减低，从而也减低了加工和检测成本。

Description

一种悬浮式生物芯片及其阅读方法和阅读仪

技术领域

本发明涉及新一代的生物技术领域，尤其涉及一种新型的悬浮式生物芯片及该生物芯片的阅读方法和阅读仪器。

背景技术

生物芯片是用来检测生物样品的，该技术诞生于上世纪80年代初，通过微加工工艺在芯片中集成有成千上万个与生命相关的信息分子，它可以对生命科学与医学中的各种生物化学反应过程进行集成。相比较于传统的生化检测技术，其优点是理论上能够同时测试和分析几种甚至几千、几万种不同的生物指标。广泛应用于基因序列分析、基因突变检测及多态性分析、基因组文库图形分析、疾病的基因诊断和抗原、抗体检测等领域。被认为是新世纪最有前途的生物技术领域之一。

生物芯片按载体不同分为微阵列式和悬浮式(又称流式)两种。微阵列式生物芯片，简单地说就是在一块指甲大小的有多聚赖氨酸包被的硅片上将生物分子探针以大规模阵列的形式排布，形成可与目的分子相互作用，交行反应的固相表面，在激光的顺序激发下标记荧光根据实际反应情况分别呈现不同的荧光发射谱征，CCD相机或激光共聚焦显微镜根据其波长及波幅特征收集信号，计算机分析数据结果。目前最成功的胩形成一定商业市场的是DNA芯片，即将无数预先设计好的寡核苷酸或cDNA在芯片上做成点阵，与样品中同源核酸分子杂交[3]。其实理论上允许几乎所有种类的生物分子作芯片上的探针，比如蛋白、糖、脂类和其它小分子。理论上能够同时测量多达几万个指标，但芯片的制备比较复杂，制备成本高，样品的标记过程繁琐，信号灵敏度低，测试的重复性差。使得该技术只能用于科研，难以在临床诊断中普及。

悬浮式生物芯片技术又称为流式技术，是对微阵列技术的重大改进。现有技术中，它的技术特点是：用不同颜色的微球作为不同生物探针的载体，微球的颜色和生物探针的种类一一对应，将微球做上不同强度的双色荧光标记，检测时通过液体流场使得微球在确定的轨迹上排成一条线，顺序通过探测区。两束激光交叉照射在探测区，一束用来探测微球的标记颜色，另一束用来测定待测成分的荧光强度。该技术与微阵列式技术相比，优点是易于大批量生产，测量重复性好，灵敏度高。缺点是微球制备复杂，反应体系繁复，背景要经多次洗涤，操作不易，同时，用于探测微球的颜色的设备要求高。

发明内容

为了克服现有生物芯片及阅读技术的不足，本发明的一个目的在于：提供一种新型的悬浮式生物芯片，不但易于大批量生产，测量重复性好，灵敏度高，而且微球制备过程得到简化。

本发明的另一个目的在于：提供一种生物芯片的阅读方法，背景不需要经多次洗涤，操作简单。

本发明的第三个目的在于：提供一种生物芯片的阅读仪器，可方便地探测出不同生物探针的种类，并判断标本中是否含有某种待测成分及其浓度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种悬浮式生物芯片，包括作为载体的高分子微球、使微球维持悬浮状态的悬浮介质、生物探针以及用来装盛所述生物芯片的容器，所述各种包被有探针的微球在悬浮介质中按一定比例混合，其特征在于：采用不同大小的微球作为不同生物探针的载体，微球的大小与探针的种类一一对应。

一种悬浮式生物芯片的阅读方法，其特征在于：采用小孔电阻原理方法实现。

一种悬浮式生物芯片的阅读方法，其特征在于：采用光阻原理方法实现。

一种悬浮式生物芯片的阅读方法，其特征在于：采用光散射(衍射)原理方法实现。

一种悬浮式生物芯片的阅读方法，其特征在于：所述生物芯片与从样品中分离到的蛋白、DNA或RNA样品发生生化反应，加入荧光标记物，还包括如下步骤：

1)将反应后的混合液移入稀释池；

2)冲进足量的电解液，使混合液充分稀释；

3)微球随着电解液流进废液瓶；

4)通过测定微球的大小判定探针的种类；

5)微球经过荧光测量区时，判断标本中是否含有某种待测成分及其浓度。

一种悬浮式生物芯片的阅读仪，其特征在于：所述阅读仪包括用于稀释所述生物芯片的稀释池；产生低压并用于盛装废液的废液瓶；用于产生强光的激发光源；用于连接所述稀释池1和废液瓶的导管以及用于支撑所述导管的检测箱。

本发明的有益效果是，悬浮式生物芯片由于采用不同大小的微球作为不同生物探针或抗原、抗体的载体，微球的大小与探针或抗原、抗体的种类一一对应，使得阅读仪在阅读时，仅仅通过探测微球的大小即可辨别出探针或抗原、抗体的种类，相对于探测微球的标记颜色的方法来说，不仅简单可靠，而且对设备的要求大为减低，从而也减低了加工和检测成本。通过充分稀释混合液的方法代替了背景经多次洗涤的方法，同样使操作简单化，同时提高了检测效率。因此，可广泛用于血站对血液进行检验、医院对病人进行确诊以及其他各种生物技术领域。使用生物芯片分析人类基因组，可找出癌症、糖尿病由遗传基因缺陷引起疾病的致病的遗传基因，将会极大地提高人口素质和健康水平。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明悬浮式生物芯片的1号微球包被试剂A示意图；

图2是本发明悬浮式生物芯片的2号微球包被试剂B示意图；

图3是本发明悬浮式生物芯片的3号微球包被试剂C示意图；

图4是本发明悬浮式生物芯片的示意图；

图5是本发明悬浮式生物芯片阅读仪的结构示意图。

附图符号的说明：

21-1号微球；22-2号微球；23-3号微球；24-悬浮介质；1-稀释池；2-电极；3-光电倍增管；4聚光镜；5-激发光源；6-废液瓶；7-电极；8-待测微球；9-检测箱；10-小孔；11-搅拌桨。

具体实施方式

如图1、2、3所示，为1~3号微球包被试剂示意图，微球21、22、23直径互不相同，例如：微球21直径φD1，微球22直径φD2，微球23直径φD3。不同直径的微球分别包被不同种类的探针，例如：微球21包被A探针，微球22包被B探针；探针微球23包被C探针。通过对现有的不同大小混合在一起的微球进行分级，即可得到不同级别的微球，每一级别的微球其直径大小处于某范围内。因此，只要微球的级别确定了，微球的级别和探针或抗原、抗体的种类就可以一一对应。

优选地，所述微球直径大小处于2~300微米范围内。

所述探针可以为DNA、RNA、抗原、抗体、受体、配体等样本，例如：爱滋病、淋病、乙肝、甲肝等病菌。

如图4所示，为本发明公开的一种悬浮式生物芯片，包括作为载体的高分子微球21~23、使微球维持悬浮状态的悬浮介质24、生物探针或抗原、抗体以及用来装盛所述生物芯片的容器，所述各种包被有探针或抗原、抗体的微球在悬浮介质中按一定比例混合，本发明的发明点在于，采用不同大小的微球作为不同生物探针或抗原、抗体的载体，微球的大小与探针或抗原、抗体的种类一一对应。

所述悬浮式生物芯片中，可加入包被有不同探针或抗原、抗体的微球，也可以根据需要，仅仅加入包被有同种探针或抗原、抗体的微球。

如图5所示，本发明悬浮式生物芯片阅读仪包括但不限于结构：用于稀释所述生物芯片的稀释池1；产生低压并用于盛装废液的废液瓶6；用于产生强光的激发光源5；用于连接所述稀释池1和废液瓶6的导管12；用于支撑所述导管12的检测箱9。

所述稀释池1内放置有搅拌桨11和电极2，导管12一端接通稀释池1的下部，便于液体流出，另一端连接废液瓶6的顶部，便于液体流入废液瓶6。所述导管12中段设置有小孔10，小孔10的孔径大于微球的最大直径，优选地方案是，小孔10的孔径与微球的最大直径之比约为3∶2，当液体流经小孔10时，悬浮在液体中的微球只能是在确定的轨迹上排成一条线，顺序通过探测区，从而便于检测可精确地进行。所述导管12后段设置有电极7，由于液体的导电作用，电极2和7之间形成通路。激发光源5位于检测箱9的上侧，由激发光源5发出的强光通过聚光镜4，聚焦在导管12中，形成探测区。待测微球8将光线反射到光电倍增管3上。

检测时，将该芯片倒入反应皿，再加入待测样品和荧光标记物，在一定温度下反应一定时间。如果样品中含有某种待测成分，则会形成微球——待测成分——标记物的复合体。检测装置(阅读仪)的工作原理如下：测量微球的大小可以采用小孔电阻原理(又称“库尔特原理”)、光阻原理或者光散射(衍射)原理。

下面以小孔电阻原理为例作说明，如图5所示。将反应后的混合液移入稀释池1，再往池中冲进足量的电解液，使混合液被充分稀释，这样单位体积稀释液中自由的荧光标记物的浓度就足够低。让搅拌桨11保持转动，使微球维持悬浮状态。让废液瓶6处于低气压状态，即低于大气压，则微球将随着电解液流进废液瓶。当微球经过小孔10时，由于挡住了部分导电截面，两个电极2和7之间的电阻将增大。电阻法粒度测量原理告诉我们，电阻升高的峰值正比于颗粒的体积。因此通过测量电阻的变化可以判定流过小孔的微球的种类。微球继续往前经过荧光测量区时，微球被来自激发光源5的强光照射，从而产生荧光辐射。荧光被光电倍增管3接受。通过荧光强度可以判断标本中是否含有某以待测成分及其浓度。

由于每种微球的数量有成百上千个，因此每个项目的测量值都是成百上千次测量的平均值，测量结果的可靠性非常高。其次，每种小球均可大批量生产，分别包被上某一种探针或抗原、抗体后再混合，因此易于大批量生产，且成本低廉。第三，芯片与标本和标记物反应后，不需洗涤背景，只需稀释就可测量，大大方便了使用。

综上，本发明的悬浮式生物芯片，与从样品中分离到的蛋白、DNA或RNA样品发生生化反应，通过荧光标记法对该生物芯片实施检测和分析，对于发生生化反应后的生物芯片的阅读方法，包括如下步骤：

1)反应后的混合液移入稀释池；

2)冲进足量的电解液，使混合液充分稀释；

3)微球随着电解液流进废液瓶；

4)通过测定微球的大小判定探针的种类；

5)微球经过荧光测量区时，判断标本中是否含有某种待测成分及其浓度。

Claims (16)

1、一种悬浮式生物芯片，包括作为载体的高分子微球、使微球维持悬浮状态的悬浮介质、生物探针以及用来装盛所述生物芯片的容器，所述各种包被有探针的微球在悬浮介质中按一定比例混合，其特征在于：采用不同大小的微球作为不同生物探针的载体，微球的大小与探针的种类一一对应。

2、根据权利要求1所述的悬浮式生物芯片，其特征在于：所述探针为DNA、RNA、抗原、抗体、受体、配体等样本。

3、根据权利要求1或2所述的悬浮式生物芯片，其特征在于：所述悬浮式生物芯片中，所述微球包被有不同种类的探针。

4、根据权利要求1或2所述的悬浮式生物芯片，其特征在于：所述悬浮式生物芯片中，所述微球包被有相同种类的探针。

5、一种悬浮式生物芯片的阅读仪，其特征在于：所述阅读仪包括用于稀释所述生物芯片的稀释池；产生低压并用于盛装废液的废液瓶；用于产生强光的激发光源；用于连接所述稀释池1和废液瓶的导管以及用于支撑所述导管的检测箱。

6、根据权利要求5所述的悬浮式生物芯片的阅读仪，其特征在于：所述稀释池内放置有搅拌桨。

7、根据权利要求5或6所述的悬浮式生物芯片的阅读仪，其特征在于：所述稀释池内放置有电极，所述导管后段同样设置有电极，所述液体具有导电性能，两电极之间形成通路。

8、根据权利要求7所述的悬浮式生物芯片的阅读仪，其特征在于：导管一端接通稀释池的下部，另一端连接废液瓶的顶部，液体从稀释池通过所述导管流入废液瓶。

9、根据权利要求8所述的悬浮式生物芯片的阅读仪，其特征在于：所述导管中段设置有小孔，小孔的孔径与微球的最大直径之比约为3∶2。

10、根据权利要求8或9所述的悬浮式生物芯片的阅读仪，其特征在于：激发光源位于检测箱的上侧，由激发光源发出的强光通过聚光镜，聚焦在导管中。

11、一种悬浮式生物芯片的阅读方法，其特征在于：采用小孔电阻原理(又称库尔特原理)方法实现。

12、一种悬浮式生物芯片的阅读方法，其特征在于：采用光阻原理方法实现。

13、一种悬浮式生物芯片的阅读方法，其特征在于：采用光散射(衍射)原理方法实现。

14、根据权利要求11所述的悬浮式生物芯片的阅读方法，其特征在于：所述生物芯片与从样品中分离到的蛋白、DNA或RNA样品发生生化反应，加入荧光标记物，还包括如下步骤：

1)将反应后的混合液移入稀释池；

2)冲进足量的电解液，使混合液充分稀释；

3)微球随着电解液流进废液瓶；

4)通过测定微球的大小判定探针的种类；

5)微球经过荧光测量区时，判断标本中是否含有某种待测成分及其浓度。

15、根据权利要求14所述的悬浮式生物芯片的阅读方法，其特征在于：所述搅拌桨保持转动，使微球维持悬浮状态。

16、根据权利要求14所述的悬浮式生物芯片的阅读方法，其特征在于：所述废液瓶处于低气压状态，即低于大气压力。

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