CN1749746A - 依赖双向电泳的杂交检测单元，配备该检测单元的传感器芯片，和杂交检测的方法 - Google Patents

Abstract

一种杂交检测单元，它包括产生杂交的反应区域；所述反应区域中设置的多个位点(例如，电极表面)，其中用于检测的核酸固定其上；以及用于根据固定检测核酸的所述位点的排列次序通过双向电泳顺序移动被引入所述反应区域的靶核酸的装置。具备所述杂交检测单元的传感器芯片。检测单元强制将靶核酸移入存在检测探针核酸的区域，从而增加杂交产生概率。

Description

依赖双向电泳的杂交检测单元，配备该检测单元的传感器芯片，和杂交检测 的方法

发明背景

本发明涉及检测杂交的技术。本发明尤其涉及检测杂交的技术，其被设计成通过双向电泳将靶核酸移动到固定用于检测的核酸的位置。

近来，普遍使用集成基片用于生物鉴定，该集成基片上借助微阵列技术排列了指定种类的DNA分子。称作DNA芯片或DNA微阵列(本发明中使用前一个术语)的集成基片用于分析基因突变、SNP(单核苷多态性)和基因表达频率。将发现在较宽领域中的使用，包括药物开发、临床诊断、药物遗传学、进化研究和法医学。

DNA芯片是玻璃基片或硅基片，其上集成了多种和许多DNA寡链或cDNA(互补DNA)。因此，本发明的DNA芯片允许杂交的综合分析。以下将描述本发明的背景和相关技术。

JP-A02001-507441揭示了一种微小的电泳芯片，它被设计成通过基片中形成的通道移动或分离诸如核酸的带电分子，该通道内设置了微小电极，其产生电场以便移动或分离通道中的带电分子。该相关领域技术提出：电泳一般用于移动或分离诸如核酸的带电分子。

日本专利特许公开No.2003-75302(特别是权利要求1和段落0027)揭示了一种用于用极性移动带电物质的装置。该装置包括基片和指定方向上排列的多个电极。将具有带电物质相反极性的电压施加到电极的一部分上。对相邻部分依次地重复该步骤，以使带电物质在排列电极的方向上移动。此外，还揭示了其中用绝缘膜涂覆要使用的电极表面的配置。

日本专利特许公开No.2004-135512揭示了一种在反应区域中设置了扫描电极的装置，从而在相邻电极上施加电压时，核酸分子被吸引和固定到电极边缘，好像它们从一个电极横跨到另一个。

发明内容

迄今已提出的DNA芯片技术被设计成分析在用于基片上形成杂交的反应区域中检测核酸和与之互补的靶核酸之间产生的杂交，反应区域中固定了用于检测的核酸(诸如探针DNA)。

常规DNA芯片技术的缺点在于：在自然条件(即，布朗运动是唯一驱动力)下靶核酸遇到其互补的检测核酸的概率非常低。在滴入反应区域的样品溶液中靶核酸的量很小的情况下尤其如此。在造成了检测靶核酸的困难或者即使有可能检测靶核酸的情况下也造成精确确定靶核酸量的困难。

因此，本发明的目的在于提供一种通过迫使靶核酸移入检测核酸(或探针核酸)所在区域而提高杂交发生概率的技术。

本发明针对一种杂交检测单元和具备其的传感器芯片。该杂交检测单元包括产生杂交的反应区域；所述反应区域中设置的多个位点，其中用于检测的核酸固定其上；以及用于根据固定检测核酸的所述位点的排列次序通过双向电泳顺序移动被引入所述反应区域的目标核酸的装置。

根据本发明，杂交检测单元(以下简称“检测单元”)的特点在于：被引入反应区域的靶核酸是由产生电动力学作用的双向电泳驱动的。“双向电泳”是施加电场的现象且其产生的极化矢量(电偶极子)通过相互作用将力施加到物质(本发明中为核酸分子)。因此，双向电泳将物质移向反应区域中电力线会聚的部分(诸如微小的电极)，在反应区域中电极被排列成形成不均匀电场。核酸分子上的双向电泳作用在非专利文献1(Seiichi Suzuki，Takeshi Yamanashi，Shin-ichi Tazawa，Osamu Kurosawa和Masao Washizu：“Quantitative analysis on Electrostaticorientation of DNA in stationary AC electric field using fluorescenceanisotropy”，IEEE Transaction on Industrial Applications，vol.34，No.1，p.75到83(1998))和非专利文献2(Masao Washizu：”DNA Handling under visualobservation”，Visualized Information，vol.20，No.76(2000年1月)中提及。这些文件有助于完整地理解本发明。

根据本发明的上述检测单元在固定检测核酸的反应区域中排列的多个位点(这种位点可以是电极表面)。固定位点按它们排列次序顺序地被激励，从而产生的电动力顺序地驱动靶核酸朝向固定位点附近，从而增加靶核酸在固定位点上遇到检测核酸的概率。附带地，在电极表面用作固定检测核酸的位点的情况下，期望用绝缘膜涂覆电极表面。覆盖物保护电极不受反应区域中可能残留的离子溶液的电化学反应。

检测单元可具有电极表面(经过反应区域彼此面对)，其任一个或两者用作固定检测核酸的位点。

相对电极可构成为使它们中的任一个是单个共用电极或一组分开的共用电极。或者，它们可以由对称排列的超过一对的相对电极构成。它们应设置成在第一对相对电极上施加电场，随后在第二对相对电极上施加电场，等等，按它们排列的次序。

根据本发明，用于杂交的化验系统可按以下三种方式中的任一种构成。

(A)所有固定位点都用于固定相同种类的检测核酸。

(B)每个固定位点都用于固定不同种类的检测核酸。

(C)固定位点被分成预定数量的组且每个组都用于固定不同种类的检测核酸。

在反应区域包含超过一种靶核酸的情况下，就希望具有第二和第三种构成。在这种情况中，杂交开始于靠近入口的位点(或位点组)并顺序传播。

本发明中使用的“双向电泳”优选应是通过将AC电场(特别的高频的)施加到反应区域中保留或保存的媒介而产生的电动力学作用。与DC电场不同，由于电解，AC电场不产生任何反作用。

本发明还针对用于检测杂交的方法，它包括将一种或超过一种检测核酸固定到产生杂交的反应区域中的多个固定位点的第一步骤，将靶核酸引入反应区域中的第二步骤，以及在通过双向电泳将靶核酸顺序地移向选定固定位点时允许处理杂交的第三步骤。

第一步骤旨在化学键合检测核酸的末端(作为探针)到指定固定位点。不特别限制用于固定的化学键。如必要可以通过接头分子实现固定。在电极表面用作固定位点的情况下，可以通过施加电场用于双向电泳将检测核酸吸引到电极边缘来增强固定。

第二步骤旨在将靶核酸(或其媒介)引入反应区域。引入的步骤和装置无特别限制。可以根据反应区域的构造和媒介的物理属性而适当选择。

第三步骤旨在在反应区域中排列的固定位点处顺序地进行杂交。在第三步骤中，允许靶核酸移向产生杂交的指定固定位点的附近。重复该步骤直到在所有固定位点都出现杂交。靶核酸的移动是由双向电泳引起的。

本发明使用的技术术语如下定义。

“核酸”表示由嘌呤或嘧啶碱基和通过糖苷键结合在一起的糖构成的核苷的磷酸酯(该聚合物是核苷链)。从广义上来说，它包括寡核苷酸(包括探针DNA)、多核苷酸、由嘌呤核苷和嘧啶核苷聚合形成的DNA(及其片段)、通过逆转录获得的cDNA(或c-探针DNA)、RNA以及聚酰胺核苷衍生物(PNA)。

“检测核酸”表示作为探针来检测与核酸特异性反应的具有互补碱基序列的靶核酸的核酸。这种核酸可以固定状态或游离状态存在于保持或保留在反应区域的介质中。这种核酸通常被称为探针。其典型的例子有寡核苷酸(探针DNA)和多核苷酸。

“靶核酸”表示具有与检测核酸互补的碱基序列的核酸。

“杂交”表示从具有互补碱基序列的链形成互补链(双链)的反应。顺便说一下，“错杂交(mishybridization)”表示形成异常互补链的反应。

“反应区域”表示发生杂交反应的地方。例如，反应区域能够将液体或凝胶保留在那里。

“检测核酸的固定位点”表示其表面被构建成使该位点和检测核酸的末端之间能够发生直接或间接化学结合的位点。

“相对电极”表示至少一对以表面相对的方式排列的电极。在本发明中，所述电极之一作为共用电极。它可被称为“共用电极”，表示在众多电极中构成相对电极的电极。

“嵌入剂”表示能够插入双链核酸的荧光物质。这种物质被用来检测杂交。例如，它包括POPO-1、和SYBR(注册商标)Green I。

“位阻”表示由于反应中心存在的庞大的取代基或由于参与反应的分子的姿势或立体结构(高序结构)而使一个分子难以靠近其它分子的现象。位阻能防止所需反应(或本发明的杂交反应)过早发生。

“双向电泳”表示不均匀电场中分子被驱向电场较强的不均匀电场部分的现象。如同DC电压，AC电压产生这种作用，因为AC电压的相反极性颠倒了极化极性(参见Teru Hayashi编辑的“Micromachine and Material Technology”，由C.M.C.出版，p37到46，Chapter 5“Cells and DNA manipulation”)。

“传感器芯片”广泛表示用于杂交检测的基片，其上固定和微排列了靶核酸(诸如DNA探针)。其包含DNA微阵列的概念。

本发明被设计成通过双向电泳强迫移动靶核酸到固定检测核酸的区域。这种方式的移动增加了出现杂交的概率。此外，双向电泳拉长了核酸分子，从而降低了对杂交有害的位阻或者降低了错杂交。

附图说明

图1是示出根据本发明第一实施例的检测单元的垂直剖视图；

图2是示出根据本发明第二实施例的检测单元的垂直剖视图；

图3是示出根据本发明第三实施例的检测单元的垂直剖视图；

图4是示出根据本发明第四实施例的检测单元的垂直剖视图；

图5是示出根据本发明第五实施例的检测单元的垂直剖视图；

图6是示出根据本发明第六实施例的检测单元的垂直剖视图；

图7A是示出根据本发明第七实施例的检测单元的示图，且它是其开态下反应区域的平面图；

图7B是在图7A的箭头方向上沿线A-A获得的垂直剖视图；

图8是示出根据本发明第八实施例的检测单元结构的示图，且它是其打开状态下反应区域的平面图；

图9是示出根据本发明第九实施例的检测单元结构的示图，且它是其打开状态下反应区域的平面图；

图10是示出根据本发明第十实施例的检测单元结构的示图，且它是其打开状态下反应区域的平面图；

图11是示出如何通过用荧光物质标注靶核酸检测杂交的概念图；以及

图12是示出如何借助荧光嵌入剂检测杂交的概念图。

具体实施方式

将参考附图更详细地描述本发明的较佳实施例，其仅仅是实例而不应构成本

发明范围的限制。

图1到10是示出属于本发明较佳实施例的的检测单元的示图。将参考图1描述所有实施例共有的基片结构，图1是示出根据本发明第一实施例的检测单元的垂直剖视图。

本发明中可使用的基片由与光信息记录媒体(诸如CD(紧致盘)、DVD(数字通用盘)和MD(迷你盘))所使用的材料相同的材料构成。此外，本发明中使用的基片不特别限制其形状；可根据使用目标假定任何形状，诸如盘和矩形。

图1所示的下基片11(最低层)由透明氧化硅玻璃或透明合成树脂(诸如硅酮、聚碳酸酯和聚苯乙烯)构成。能注模的合成树脂是期望的。廉价合成树脂的下基片11比常规玻璃芯片更经济。

图1所示的下基片11对于特定波长的光是透明的。因此，它便于反应区域(R)中通过来自下部(或通过背面)的光辐射的荧光检测。它还允许荧光激励光和激励荧光的传送以及检测反应区域位置的光和用于聚焦的光的传送。

透明的下基片11可以是双层结构的(未示出)。在这种情况中，上层应具有比下层和媒介更高的折射率，以便精确和快速地完成聚焦伺服控制和定位伺服控制。

当装置绕检测单元设置时，如上所述构成以便通过来自下部的光辐射检测反应区域(R)中的荧光的下基片11提供以下优点。即，基片上的空间可分配给装置，用滴入或注入样品溶液，且基片下的空间分配给用于检测(或读取)的光学装置。

在下基片11之上的是反应区域限定层12，它通过任何已知的光盘制作技术由合成树脂(诸如，光敏聚酰亚胺)构成。反应区域限定层12限定产生杂交的井状反应区域(R)。附带地，反应区域(R)的形状不限于“井”状。

在反应区域限定层12之上的是上层13，它至少具有光反射层或薄膜(未示出)，厚度几纳米到十几纳米。期望本发明中使用的基片应先前用药剂进行表面处理，所述药剂使得表面(包括反应区域(R)中的表面)与媒介相适合。换句话说，表面应被分成亲水部分和疏水部分，从而所关心的活性物质可以平滑地引入反应区域(R)。基片的上述层结构可应用于以下所述的所有实施例。

参考附图，如下所述地构成根据本发明的检测单元。如下构成图1所示的第一实施例。

图1是示出根据本发明第一实施例的检测单元(符号1a)的垂直剖视图。检测单元1a由指定形状的基片上设置的一个微小的检测区域或多个微小的检测区域构成。(这可应用于其它检测单元)。检测单元1a具有用于发生杂交的反应区域(R)，其保持含样品或保存凝胶(诸如琼脂糖凝胶)的水溶液(诸如缓冲溶液)。

许多检测单元1a可设置于基片上，以使它们可以根据化验对象被方便地分组。例如，可以根据样品物质的种类和基因的类型将它们分组。

不特别地限制检测单元1a中形成的反应区域(R)的形状和尺寸。它在长度、宽度和高度上测量几个微米到几百微米。根据激励光的斑点直径和可滴入的样品溶液(包含检测核酸和靶核酸)的最小量来确定实际尺寸(这可应用于其它检测单元)。此外，检测单元可构成为使多个反应区域彼此连通(未示出)。

图1中示出了开口21和22。其中之一用作含靶核酸(T)或嵌入剂的媒介的入口。另一个用作气孔。可借助毛细管作用引入媒介。

在构成检测单元1a的反应区域(R)中设置了检测核酸(D)的末端(诸如DNA探针)所要固定到的位点。以下，它们将被简称为“固定位点”。固定位点的数量和面积越大，杂交的量就越大。

固定位点应具有表面结构，其允许检测核酸分子(D)的末端被固定。期望将电极表面用作固定位点，如图1中符号E1到En所指出的，因为该构造允许在检测核酸(D)被固定时使用电场(特别是双向电泳)。图1示意性示出了在反应区域(R)的下表面上以特定间隔排列的固定位点E1到En，每隔位点都具有固定其上的预定量的检测核酸(D)。

将检测核酸(D)的末端固定其上的固定位点E1到En应先前用包含氨基的硅烷耦合剂溶液或者聚赖氨酸溶液进行表面处理。在合成树脂基片的情况下，等离子体处理先于表面处理，用深紫外射线或远红外射线辐射。

可以由通过溅射使用铜、银、铝或金的表面涂覆代替上述表面处理，且所形成的金属膜进一步由具有氨基、硫醇基或羧基的物质或者由半胱胺或链霉抗生物素蛋白涂覆。使用链霉抗生物素蛋白的表面处理适合于要固定的生物素化的DNA探针的末端。在诸如硫醇修饰的探针DNA的检测物质(D)将通过二硫键(-S-S-键)固定的情况下，使用硫醇基(SH)的表面处理很有用。

期望防止检测核酸(D)粘住检测位点紫外的检测表面部分。这是通过用它们之间插入的接头分子或间隔分子将检测核酸(D)固定到每个固定位点(E1到En)来实现的。插入的分子在固定位点和检测核酸之间提供特定距离。此外，长度变化的插入分子防止固定到固定位点E1到En的检测核酸分子(D)彼此干扰。应根据检测核酸(D)或靶核酸(T)的长度(碱基数)或者根据检测核酸(D)的相邻分子之间的距离适当确定插入分子的长度。

如上所述，检测单元1a中电极E1到En的表面用作检测核酸D的固定位点。设置电极E1到En，以使它们面向置于它们之上的共用电极Ea，其中反应区域(R)插入其间。参见图1。换句话说，在反应区域中存在n个相对的电极E1-Ea到En-Ea。

电极E1到En优选应由诸如铝和金的金属或者诸如ITO(氧化铟锡)的透明导电材料构成。后者便于通过来自下部并透过下基片11的背部的光进行检测。

电极E1到En优选应由绝缘膜14涂覆，绝缘膜14由SiO₂、SiC、SiN、SiOC、SiOF和TiO₂中的任一个构成。同样，共用电极Ea也应由与上述相同的材料的绝缘膜15涂覆。绝缘膜避免了由于反应区域(R)中保持的离子溶液引起的电化学反应。

在其开关S1到Sn被适当地接通和断开时，相对电极E1-Ea到En-Ea将电场连续或间歇地施加域反应区域R(或者其中的媒介)。

将电场顺序地施加到相对电极E1-Ea到En-Ea上会连续或间歇地通过每个电极E1到En(其小于共用电极Ea)附近的不均匀电场产生的双向电泳作用在箭头x的方向上移动从开口21引入的靶核酸T(所述不均匀电场包括其中电场强度具有陡坡的一种)。附带地，图1示意性示出了电通量线(Z)，其表示利用接通的开关S2，在相对电极E2-Ea之间形成电场。

结果，靶核酸(T)移动，顺序地经过电极E1到En附近。在该过程中，在靶核酸(T)和固定到电极E1到En的检测核酸(D)之间顺序地产生杂交。如必要，可重复施加电场以移动靶核酸(T)，用于完全杂交。

附带地，AC电场的施加(特别是，特定条件下高频AC电场的施加)引起双向电泳，由于其电动力学影响，使得核酸分子(检测核酸D和靶核酸T)线性增加同时在反应区域(R)中移动它们。

电场的施加放松核酸分子的高序(high-order)结构并使核酸分子伸展，并将核酸分子移动到期望的区域，从而增加核酸分子彼此会合的概率。在没有电场的情况下，在随机盘绕或缠绕的单链核酸分子之间出现杂交。由于位阻和无效互补结合，这种条件下的核酸分子经受错杂交。

由于双向电泳活动，电场的施加伸展固定的核酸分子，从而降低位阻影响并大大改善杂交效率和准确度。这导致杂交的快速检测。连续施加电场不总是必要的。允许间歇地关闭电场，从而作为自然布朗运动的结果进行核酸分子的杂交。

何时接通和断开开关S1到Sn取决于杂交的对象和期望效果。顺序地接通开关S1到Sn使得靶核酸(T)从一个电极持续移动到其相邻电极。顺序地接通和断开开关S1到Sn使得靶核酸(T)间歇地从一个电极移动到其相邻电极。

检测单元优选应构成为使得可以单独地为相对电极E1-Ea到En-Ea选择电场强度，可以从AC和DC中选择电源，以及可以从高频电场和低频电场中选择电场(这可应用于其它实施例)。这种构造可适合于各种杂交和电场条件。

以下将参考图2描述根据本发明第二实施例的检测单元。

图2中的检测单元(由符号1b表示)在构造上与根据第一实施例的检测单元1a不同，使得符号F1到Fn指示的固定位点不是电极且反应区域(R)在其右和左侧处具备相对电极Ex-Ey(比较图1和图2)，

在将电场施加到相对电极Ex-Ey上时，检测单元1b产生沿着固定位点F1到Fn从左到右延伸的电场。如果使相对电极中的任一个小于另一个，则在较小电极(在本例中，Ey)附近产生不均匀电场。附带地，图2中的符号Z示意性地示出由于这种不均匀电场形成的电力线。

通过双向电泳的作用，反应区域(R)中以自由状态存在的靶核酸T向不均匀电场移动。在其移动期间，其经历与固定到每个固定位点F1到Fn的检测核酸D的杂交。附带地，图2所示的开关Sm可以连续或间歇地被接通。

以下将参考图3描述根据本发明第三实施例的检测单元。

图3所示的检测单元1c的特点在于，它具有在反应区域(R)的上方和下方排列的相对电极E1-Ea到En-Ea，以及反应区域(R)的左右处设置的相对电极Ex-Ey。可以说，检测单元1c是图1所示的检测单元1a和图2所示的检测单元1b的组合。

检测单元1c的优点在于：通过将电场施加到相对电极Ex-Ey，靶核酸T移动到期望位置附近，随后通过将电场施加到相对电极E1-Ea到En-Ea，而被吸引到电极E1到En附近。另一个优点在于：相对电极Ex-Ey可用于从反应区域中消除对杂交有效的任何物质以及经过错杂交的核酸分子。

以下将参考垂直剖视图4描述根据本发明第四实施例的检测单元。

图4所示的检测单元1d的特点在于：它具有超过一组相对电极(在本例中为两组，一组由E1-Ea、E2-Ea和E3-Ea构成，另一种由E4-Eb、E5-Eb和E6-Eb构成)。每组相对电极连接到分开的电源V1和V2，从而可以向它们独立地施加电场。

图4所示的检测单元1d具有六个下电极；但是，电极数量和相对电极的组数可按需要进行选择。

检测核酸D1可以固定到相对电极E1-Ea、E2-Ea和E3-Ea的一组，且检测核酸D2可固定到E1-Eb、E2-Eb和E3-Eb的另一组。但是，可以将相同种类的检测核酸D固定到所有电极E1到E6。

以下参考垂直剖视图5描述根据本发明第五实施例的检测单元。

图5所示的检测单元1e的特点在于：检测核酸D1到Dn(它们在碱基顺序中不同)分别固定到用作固定位点的电极E1到En。

当开关S1到Sn被接通和断开以施加电场时，如上所述构成的检测单元1e在沿电极E1到En的方向上移动媒介M(通过开口21引入)中包含的不同种类的靶核酸(T)。在它们移动期间，靶核酸顺序地进行杂交。图5示意性地示出：检测核酸D1到Dn顺序地与它们的互补靶核酸T进行杂交(从左到右)。

以下将参考垂直剖视图6描述根据本发明第六实施例的检测单元。

图6所示的检测单元1f具有几对(在本例中为六对)相对电极E1-E7、E2-E8、E3-E9、E4-E10、E5-E11和E6-E12，它们对称地以规则间隔排列于反应区域(R)之上和之下。

为了操作检测单元1f，成对开关(S1-S7、S2-S8、S3-S9、S4-S10、S5-S11和S6-S12)按上升或下降顺序被接通和断开。按此方式施加电场将允许个别电极E1到En处的有效杂交。还可以在对角设置的电极(比方说，E1和E8)上施加电场。

以下将参考图7A和7B描述根据本发明第七实施例的检测单元。图7A是其开态的反应区域(R)的平面图。图7B是在图7A的箭头方向上沿线A-A获得的剖视图。

可以说，图7A和7B所示的检测单元1g是上述根据第六实施例的检测单元1f的修改。具体地，如同检测单元1f，检测单元1g对称设置了相对电极。它们之间的差别在于所有电极E1到E12都置于反应区域(R)的底部(Rb)，如图7B所示。

附带地，图7B中的符号17标注由SiO₂、SiC、SiN、SiOC、SiOF和TiO₂中的任一个构成的绝缘膜。图7A和7B示意性地示出了检测核酸D，其末端固定到相对电极的边缘。

为了操作检测单元1g，成对开关(S1-S7、S2-S8、S3-S9、S4-S10、S5-S11和S6-S12)按上升或下降的次序顺序地接通和断开。按这种方式施加电场允许在个别电极E1到En处的有效杂交。还可以在对角设置的电极(比如，E1和E8)上施加电场。

以下将参考图8描述根据本发明第八实施例的检测单元，图8是开态中的反应区域(R)的平面图。

可以说，图8所示的检测单元1h是上述根据第一实施例的检测单元1a的修改。具体地，检测单元1h具有一个共用电极Ea和面向该共用电极Ea的六个电极E1到E6。所有电极都置于反应区域(R)的底部Rb。

在图8所示的检测单元1h中，检测核酸D固定到电极E1到E6中的每一个，如同在图5所示的上述检测单元1e中。当顺序地接通开关S1到S6时，在固定到电极E1到E6的不同种类的检测核酸D和与它们互补的靶核酸T之间有效地进行杂交。

以下将参考图9描述根据本发明第九实施例的检测单元，图9是其开态中的反应区域(R)的平面图。

图9所示的检测单元1i具有六对相对电极E1-E7、E2-E8、E3-E9、E4-E10、E5-E11和E6-E12，它们以规则间隔设置于反应区域(R)的底部Rb。

检测单元1i还具有固定位点F1到F6，其独立于电极和电场施加。固定位点F1到F6分别保持于相对电极E1-E7、E2-E8、E3-E9、E4-E10、E5-E11和E6-E12之间。

为了操作检测单元1i，成对开关(S1-S7、S2-S8、S3-S9、S4-S10、S5-S11和S6-S12)按上升或下降次序顺序地被接通和断开。按该方式施加电场移动靶核酸T，因此允许个别固定位点F1到F6处的有效杂交。还可以在对角设置的电极(比如，E1和E8)上施加电场。

以下将参考图10描述根据本发明第十实施例的检测单元，图10是开态中的反应区域(R)的平面图。

图10所示的检测单元1j具有一个共用电极Ea和面向共用电极Ea的六个电极E1到E6(电极数量不限于六)。固定位点F1到F6(不是电极)分别保持于相对电极E1-Ea、E2-Ea、E3-Ea、E4-Ea、E5-Ea和E6-Ea之间。电极和固定位点置于反应区域(R)的底部Rb上。

上述检测单元1a到1j具有共同的优点，即通过将电场顺序地施加到反应区域(R)中设置的相对电极上所引起的双向电泳作用，靶核酸T移动用于有效杂交。

根据本发明，期望将高频AC电场施加到反应区域(R)中的媒介上。高频电场优选应大于1MV/m和500kHz，例如约1×10⁶V/m和约1MHz。(参考Masao Washizu和Osamu Kurosawa：“Electrostatic Manipulation of DNA in MicrofabricatedStructures”，IEEE Transaction on Industrial Application，Vol.26，No.26，p.1165-1172(1990).)

附带地，包含用于化验的样品物质的媒介可借助毛细管作用安全地引入反应区域(R)。为便于媒介引入，反应区域(R)可具备开口21和气孔22。此外，可使开口21上部的表面疏水，以便其更好地与媒介亲和。

可通过指定形状的基片上设置的上述检测单元1a到1j中的任一个的一个或多个制备根据本发明的传感器芯片。

不具体限制将媒介滴入或注入传感器芯片的每个反应区域(R)中的方法。一种方法是通过墨水喷射印刷技术，它通过微小的喷嘴将媒介精确地注射到反应区域(R)，喷嘴的位置由XYZ压电致动器控制。

或者，媒介可通过微定位(microspotting)技术被引入反应区域(R)，该微定位技术使用具有镊子的微定位笔、毛细管或打印头，其位置由XYZ致动器控制。

上述定位方法允许含检测核酸D的微小滴剂或者含靶核酸D的微小滴剂精确地滴入基片1上的检测单元3。

附带地，可通过任何已知的光学装置读取荧光物质f(靶核酸T之前用该荧光物质标注，如图11所示)产生的荧光强度或者通过嵌入剂I(它特别地结合到双链核酸W的碱基对，如图12所示)检测杂交。也可利用分子束检测杂交。

通过经由反应区域(R)的上侧或下侧的观察来检测杂交。如上所述，根据本发明的检测单元可构成为上层11和电极E对于激光束P是透明的，以便读取从基片下引导到反应区域(R)的荧光(如图11和12所示)。

本发明可应用于允许杂交的精确和快速检测的传感器芯片、装置、系统和方法。

Claims (13)

1.一种杂交检测单元，它包括产生杂交的反应区域；所述反应区域中设置的多个位点，其中用于检测的核酸固定其上；以及用于根据固定检测核酸的所述位点的排列次序通过双向电泳顺序移动被引入所述反应区域的靶核酸的装置。

2.如权利要求1所述的杂交检测单元，其特征在于，固定检测核酸的位点是电极表面。

3.如权利要求2所述的杂交检测单元，其特征在于，所述电极表面由绝缘膜涂覆。

4.如权利要求2所述的杂交检测单元，其特征在于，所述电极表面是相对电极的一侧或两侧处的电极表面，它们之间插入了反应区域。

5.如权利要求4所述的杂交检测单元，其特征在于，相对电极的一侧处的电极构成一个或多个的共用电极。

6.如权利要求4所述的杂交检测单元，其特征在于，相对电极由超过一对电极构成。

7.如权利要求6所述的杂交检测单元，其特征在于，对称设置所述相对电极。

8.如权利要求6所述的杂交检测单元，其特征在于，在指定方向上顺序地将电场施加到相对电极上。

9.如权利要求1所述的杂交检测单元，其特征在于，相同种类的核酸分子被固定到用于固定检测核酸的所有位点。

10.如权利要求1所述的杂交检测单元，其特征在于，不同种类的核酸分子被个别地固定到用于固定检测核酸的每个位点。

11.如权利要求1所述的杂交检测单元，其特征在于，通过将AC电场施加到由反应区域保持或保存的媒介来产生双向电泳。

12.一种具备如权利要求1所述的杂交检测单元的传感器芯片。

13.一种用于检测杂交的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将一种或多种用于检测的核酸固定到产生杂交的反应区域中的多个固定位点；

将靶核酸引入反应区域；以及

在通过双向电泳将靶核酸顺序地移向选定固定位点时允许杂交进行。

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