CN1936581A - 生物芯片以及用于分析该生物芯片的分析设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种生物芯片(1)以及用于分析该生物芯片的分析设备。在所提供的生物芯片(1)上设有多个分别与靶分子结合的探针位点(2)，并设有分别与已知数量的荧光分子(6)结合的标记位点(3)。在制造生物芯片(1)时，使用与各个探针位点(2)所用的生物聚合物同样种类的生物聚合物来形成各个标记位点(3)，并使提供给各个标记位点(3)的生物聚合物的量与提供给各个探针位点(2)的生物聚合物的量相等。由于与各个标记位点(3)结合的荧光分子的量是已知的，所以，通过将各个探针位点(2)的荧光强度与标记位点(3)的荧光强度进行比较，可以定量地把握在各个探针位点(2)的杂交效率。

Description

生物芯片以及用于分析该生物芯片的分析设备
技术领域
本发明涉及利用杂交原理的生物芯片以及用于分析该生物芯片的分析设备。
背景技术
利用杂交(互补的碱基彼此特异性地结合)原理的生物芯片是已知的。在该生物芯片上设有探针DNA分别与靶DNA结合的探针位点，并且通过杂交，靶DNA分别与其相应的探针位点形成氢键。杂交效率，即，被结合的靶DNA的量可利用荧光标记进行测量(参见，例如，专利文献1)。
[专利文献1]JP2001-78766
发明内容
与探针位点偶联的靶DNA的量是根据探针位点上的探针DNA的量而变化的。然而，使用传统的生物芯片存在的问题是：由于在各个探针位点的探针DNA的量是未知的，所以不能定量的把握杂交效率。
作为对杂交效率进行定量的方法，可以使用的是Code LinkExpression Bioarray System(商标名)方法。根据该方法，在通过点样形成探针位点后，通过测量嵌入剂的相对荧光强度可以把握各个探针位点的点样量，并在出售时，附上测量值的数据。
但是，根据这种方法，在杂交处理过程中被洗掉的探针DNA的比率是未知的，结果，不能精确地计算杂交效率。
因此，本发明的目的是提供能够定量地把握杂交效率的生物芯片，和适用于该芯片的分析设备。
根据本发明的一个方面，提供一种生物芯片，该生物芯片包括分别与靶分子结合的多个探针位点，并且该探针位点被设于该生物芯片上；其中，该生物芯片上还设有标记位点，并且该标记位点上结合有已知数量的由荧光团修饰的分子。
根据该生物芯片，由于荧光团修饰的分子(与各个标记位点结合)的数量是已知的，所以通过将各个探针位点的荧光强度与标记位点的荧光强度相比较，就可以定量地把握各个探针位点的杂交效率。可在制造生物芯片时，将荧光团修饰的分子与各个标记位点结合，或者可通过对生物芯片实施预定的处理，使具有预定分子量的、由荧光团修饰的分子与标记位点结合，由此制成各个标记位点。
通过使用与各个探针位点所用生物聚合物相同种类的生物聚合物来形成各个标记位点。
在这种情况下，由于使用与各个探针位点所用生物聚合物相同种类的生物聚合物来形成各个标记位点，所以在制造生物芯片时，可以使供给各个标记位点的生物聚合物的量与供给各个探针位点的生物聚合物的量相等。因此，荧光强度比率总是正确地表示杂交效率，而与制造生物芯片时的条件无关。此外，对生物芯片实施处理会导致一些生物聚合物被洗掉，因为在各个标记位点和各个探针位点上生物聚合物被洗掉的比率彼此相等，所以，荧光强度的比率总是正确地表示杂交效率，而与处理的阶段无关。
通过使用其分子量与各个探针位点所用生物聚合物的分子量相等的生物聚合物来形成各个标记位点。
在这种情况下，由于使用其分子量与各个探针位点所用生物聚合物的分子量相等的生物聚合物来形成各个标记位点，所以在制造生物芯片时，可以使供给各个标记位点的生物聚合物的量与供给各个探针位点的生物聚合物的量相等。因此，荧光强度比率总是正确地表示杂交效率，而与制造生物芯片时的条件无关。此外，对生物芯片实施处理会导致一些生物聚合物被洗掉，因为在各个标记位点和各个探针位点上生物聚合物被洗掉的比率彼此相等，所以荧光强度的比率总是正确地表示杂交效率，而与处理的阶段无关。
可以设置多个标记位点，该多个标记位点上所结合的由荧光团修饰的分子的数量彼此不同。在这种情况下，可以在一个宽的范围内稳定地把握杂交效率。
靶分子可以选自：DNA、RNA、蛋白质、糖链以及代谢体(metabolome)
根据本发明的另一方面，提供了用于分析生物芯片的分析设备。所述的生物芯片上设有可与靶分子结合的多个探针位点，以及荧光强度(取决于分子数量)已知的标记位点。所述分析设备包括辐射装置、获取装置以及测量装置。所述辐射装置用于以激发光对生物芯片进行辐射。所述获取装置用于在以激发光辐射生物芯片时，获取由各个杂交位点发射的荧光强度以及各个标记位点发射的荧光强度。所述测量装置用于通过将所获取的各个探针位点发射的荧光强度与所获取的各个标记位点发射的荧光强度进行比较，从而定量地测量各个探针位点的杂交效率。
根据所述分析设备，由于与标记位点结合的荧光分子的数量已经已知，所以通过将各个探针位点发射的荧光强度与标记位点发射的荧光强度相比较，可以定量地把握各个探针位点的杂交效率。
所述分析设备还包括定位装置，用于根据来自各个标记位点的荧光来确定由获取装置所获取的区域。
根据本发明的生物芯片，由于与各个标记位点结合的、由荧光团修饰的分子的数量是已知的，所以通过将各个探针位点的荧光强度与标记位点的荧光强度进行比较，可以定量地把握在各个探针位点上的杂交效率。
此外，根据本发明的分析设备，由于与各个标记位点结合的荧光分子的数量已经已知，所以通过将各个探针位点的荧光强度与标记位点的荧光强度进行比较，可以定量地把握在各个探针位点上的杂交效率。
附图说明
图1是显示根据本发明一个实施方案的生物芯片构造的图，其中图1(A)是显示根据本发明该实施方案的生物芯片构造的立体图；图1(B)是示意图，显示了牢固地结合到探针位点上的DNA以及牢固地结合到标记位点上的由荧光团修饰的DNA；图1(C)是显示被识别的标记位点的图；
图2是大致地显示杂交后生物芯片状态的图，其中，图2(A)是杂交后的生物芯片状态的示意图；图2(B)是扫描图，显示了在使用激发光进行辐射时，在各个位点上的发光状态；
图3是显示标记位点3的光强度和各个探针位点2的光强度的图；以及
图4是显示根据本发明，在杂交后用于分析生物芯片的分析设备的一个实施方案的结构框图。
具体实施方式
参见图1到3，以下将描述根据本发明的生物芯片的一个实施方案。
图1A是显示根据本实施方案的生物芯片构造的立体图。
如图1A所示，根据本实施方案的生物芯片包括一组设置于基板1上、用于检测靶DNA的探针位点2，以及设置于基板1上、与标记物牢固地结合的标记位点3。在图1A中，标记位点3分别设置于基板1的四个角处，并且探针位点2以矩阵的方式分别设置于其它位置。
图1B是示意图，显示了分别牢固地结合于探针位点2和标记位点3上的DNA。
如图1B所示，探针DNA21(用于检测特定靶DNA)牢固地结合于各个探针位点2。
此外，被一个荧光团6修饰的DNA31牢固地结合于标记位点3。
如图1A所示，根据本发明的生物芯片，使其上附有预定DNA溶液的点样针4依次与将被点样的基板1接触，由此形成探针位点2和标记位点3。在此情况下，通过在将基板1保持固定不动的状态下不断地形成探针位点2和标记位点3，可以确保各个探针位点2和各个标记位点3之间的精确的位置关系。
如图1C所示，通常不可能靠目视确定探针位点2。但是，根据本实施方案，可以通过荧光分子6发射的光来确定各个标记位点3的位置，使得可以基于各个标记位点3的位置来把握各个探针位点2的位置。
根据本实施方案，探针位点2和标记位点3都是通过点样形成。此外，通过使所形成的各个DNA的分子数量彼此相等，而分别使点样在探针位点2和标记位点3的DNA溶液在流动特性和粘性方面彼此相同。因此，可以使点样在各个探针位点2的DNA溶液量与点样在标记位点3的DNA溶液量相等。在制造生物芯片时，提供给点样针4的DNA溶液的量通常会根据环境条件(例如：温度和湿度等)而发生变化。但是，根据本发明的实施方案，这种变化在探针位点2和标记位点3处产生联动，使得点样在各个探针位点2的DNA的量总能够与标记位点3的情况一致。
根据本实施方案的生物芯片，由于点样在各个探针位点2的DNA的量与标记位点3的情况一致，所以在生物芯片制成后，可以通过测量点样在标记位点3的DNA的量来把握点样在探针位点2的DNA的量。在使用对应于荧光分子6的波长的激发光进行辐射时，根据标记位点3的发光强度可以精确地测量点样在标记位点3的DNA的量。
此外，由于分子量相等的DNA在相同的条件下分别被点样在探针位点2和标记位点3处，所以在处理生物芯片时，分别从探针位点2和标记位点3被洗掉的DNA的比率彼此相等。由于这个原因，可基于在固定化处理、漂洗或者靶DNA的预杂交处理后那一时刻测量的点样在标记位点3的DNA的量，来把握在各个探针位点2的探针DNA21的量。
图2是大致地显示杂交后生物芯片状态的图。其中，图2A是显示生物芯片状态的示意图；图2B是扫描图，显示了在以激发光进行辐射时，在各个位点上的发光状态。
如图2A所示，其上连有荧光团6的靶DNA7由于杂交作用而与探针DNA21结合。当以激发光对杂交后的生物芯片进行辐射时，各个位点的荧光团6的发光情况如图2B所示。由于发光强度与荧光团6的量相对应，所以可以根据标记位点3的发光强度来评估各个探针位点2的荧光团6的量。
例如，如果荧光团6在所有的标记位点3均保持与DNA31结合，那么标记位点3的光强度相当于100％的杂交效率。因此，基于标记位点3的光强度，可以定量地评估出各个探针位点2的杂交效率。
图3是显示标记位点3的光强度和各个探针位点2的光强度的图。在图3中，标记位点3的光强度相当于100％的杂交效率，并且各个探针位点2的光强度，即，各个探针位点2的杂交效率以各个绝对值表示。
图4是显示根据本发明的在杂交后用于分析生物芯片的分析设备的一个实施方案的结构框图。
如图4所示，所述设备包括辐射装置101，扫描仪(获取装置)102，计算装置103，以及定位装置104。所述辐射装置101用于以激发光对生物芯片进行辐射。所述扫描仪102用于在以激发光辐射生物芯片时，获取由各个探针位点2发射的荧光强度和由各个标记位点3发射的荧光强度。所述计算装置103用于通过将由扫描仪102所获取的由各个探针位点2发出的荧光强度与由扫描仪102所获取的由各个标记位点3发出的荧光强度进行比较来定量地计算各个探针位点2的杂交效率。所述的定位装置104用于基于各个标记位点3的荧光来定位出扫描仪102的扫描区域。
通过使用扫描仪102对基板1的表面进行照相来获取各个探针位点2的光强度。此时，在确定扫描区域时，可以使用每一个标记位点3作为基准，从而通过定位装置104进行定位。此外，根据各个探针位点2的光强度，计算装置103计算出各个杂交效率的绝对值。该各个绝对值是基于标记位点3的光强度进行计算的。
根据如上所述的本实施方案，标记位点3(位于基板1的四个角上)的各个标记物浓度彼此相同。但是在多个标记位点中，标记物浓度可呈梯度变化。在这种情况下，通过将各个探针位点2的发光强度与各个标记位点3的发光强度进行比较，可以在一个从低发光强度到高发光强度的宽的范围内稳定地计算出探针位点2的光强度。可以通过(例如)改变由荧光团修饰的DNA与点样在各个标记位点3的DNA溶液的比率来控制标记物的浓度。
根据如上所述的本实施方案，所示的情况如下：在所有的标记位点3上每一个DNA31均与一个荧光分子6结合，但是，例如，其也可以与二个或更多的荧光团结合，只要能够控制荧光分子的分子数即可。
根据如上所述的本实施方案，通过实施例显示了检测DNA的情况，但是本发明还适用于检测各种靶分子，例如：RNA、蛋白质、糖链以及代谢体等。此外，本发明不限于在生物芯片的基板上实施检测的应用，本发明还适用于其上结合有探针的网眼结构或者三维凝胶等等结构的生物芯片。
根据如上所述的本实施方案，标记位点3的发光强度被设为相当于100％的杂交效率，但是标记位点3的发光强度也可被设定为相当于任选的一个值(例如：10％、1％等等)。
此外，本发明也适用于以下情况：与探针位点结合的靶分子是PCR(聚合酶链式反应)扩增的。在这种情况下，通过分别控制扩增时PCR的扩增因子，以及与荧光分子结合的DNA的比率，则可基于标记位点3的光强度来把握各个探针位点2的杂交效率。
此外，根据如上所述的本实施方案，荧光分子在杂交前被分别预先加到靶分子上，但是本发明还适用于以下的情况：荧光分子在杂交后被分别加到靶分子上。本发明还适用于以下操作：例如，使用生物素标记靶分子，以及在杂交后，将与抗生物素蛋白结合的荧光分子分别加到靶分子上。
此外，根据如上所述的本实施方案，荧光分子6分别被预先加到各个标记位点3上，但是，可以通过改变操作步骤，使得所述生物芯片的用户可以在预定的阶段使荧光分子结合到各个标记位点上。例如：在制造生物芯片的过程中，可将其上加有生物素的DNA设置于各个标记位点，而在使用生物芯片时，例如：在杂交后，再使其上加有抗生物素蛋白的荧光分子与各个标记位点结合。
本发明还适用于双色分析法(竞争性杂交方法)。在这种情况下，通过用DNA混合物进行点样而形成各个标记位点，所述DNA是分别经两种发射不同颜色荧光光线的荧光团修饰的。
此外，可以理解地是：本发明不限于前面所述实施方案的应用范围。本发明广泛地适用于利用杂交原理的生物芯片，以及用于分析该生物芯片的分析设备。

Claims (7)

1.一种包括多个分别与靶分子结合的探针位点(2)的生物芯片(1)，该探针位点(2)设在该生物芯片(1)上，其中该生物芯片上还设有与已知数量的荧光分子(6)结合的标记位点(3)。
2.根据权利要求1所述的生物芯片(1)，其中所述各个标记位点(3)是通过使用与各个探针位点(2)所用生物聚合物同样种类的生物聚合物来形成的。
3.根据权利要求2所述的生物芯片(1)，其中所述标记位点(3)是通过使用其分子量与各个探针位点(2)所用生物聚合物分子量相等的生物聚合物来形成的。
4.根据权利要求1到3中的任何一项所述的生物芯片(1)，其中设有荧光发射强度彼此不同的多个标记位点(3)。
5.根据权利要求1所述的生物芯片(1)，其中所述靶分子选自：DNA、RNA、蛋白质、糖链以及代谢体。
6.一种用于分析生物芯片(1)的分析设备，该生物芯片(1)上设有分别与靶分子结合的多个探针位点(2)以及其荧光发射强度已知的标记位点(3)；所述的分析设备包括：
辐射装置，用于以激发光辐射生物芯片(1)；获取装置(102)，用于在所述激发光辐射生物芯片(1)时，获取各个探针位点(2)发射的荧光强度以及各个标记位点(3)发射的荧光强度；测量装置，用于将所获取的各个探针位点(2)发射的荧光强度与所获取的各个标记位点(3)发射的荧光强度进行比较来定量地测量各个探针位点(2)的杂交效率。
7.根据权利要求6所述的分析设备，其中该分析设备还包括定位装置(104)，该装置基于各个标记位点(3)发射的荧光而定位出获取装置(102)的获取区域。
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Effective date of abandoning: 20070328

C20 Patent right or utility model deemed to be abandoned or is abandoned