CN200965529Y

CN200965529Y - 一种用于多核酸样品分析的微流控芯片

Info

Publication number: CN200965529Y
Application number: CN 200620093789
Authority: CN
Inventors: 林炳承; 钟润涛; 戴忠鹏
Original assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Current assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2006-10-25
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2016-10-25

Abstract

本实用新型涉及微流控芯片，具体地说是一种用于多核酸样品分析的微流控芯片，芯片由上、下两层玻璃基片高温键合而成，上层基片含有二个或二个以上的微通道反应池和一个与反应池相连的电泳分离通道，在反应池与电泳分离通道之间设有样品出口，在反应池的另一端设有样品入口，在样品出口与电泳分离通道之间设有样品废液池；在电泳分离通道的两端分别设有缓冲液池和废液池；在下层基片与上层基片中的每一个反应池的对应位置处均设有一独立的控温单元，芯片封接后形成二个或二个以上的可独立控温的微反应池，且控温单元位于反应池内部。本实用新型的优点为：集成度高、分析速度快，所需样品量少，应用灵活、适用范围广。

Description

一种用于多核酸样品分析的微流控芯片

技术领域

本实用新型涉及微流控芯片，具体地说是一种用于多核酸样品分析的微流控芯片。

背景技术

在后基因组时代，核酸分析特别是基因分型和基因突变检测，是生物医学研究的重要组成部分，也是进行基因诊断和遗传学研究的重要途径。在微流控芯片研究中，核酸分析一直是一个相对比较活跃的领域[1 LagallyE T，Mathies R A.J.Phys.D：Appl.Phys.2004，37：R245-R261。2Lee T M H，Hsing I M.Anal.Chim.Acta 2006，556：26-37。]，从核酸的芯片电泳[3 Ashton R，Padalay C，Kanez R S.Current Opinion inBiotechn.2003，14：497-504。]、测序[4 Liu S，Shi Y，Ja W W，et al..Anal.Chem.1999，71：566-573。]到芯片聚合酶链反应(PCR)[5 KrickaL J，Wilding P.Anal.Bioanal.Chem.2003，377：820-825。6 RoperM G，Easley C J，Landers J P.Anal.Chem.2005，77：3887-3894。]以及多分析单元的集成[7 Lagally E T，Scherer J R，Blazej R G，et al..Anal.Chem.2004，76：3162-3170。8 Ferrance J P，Wu Q，Giordano B，et al..Anal.Chim.Acta 2003，500：223-236。]等，都取得了较大的进展。由于生物样品的多样性和复杂性，单一核酸样品的分析往往不能提供足够和有效的信息，因此，实际应用中常常涉及多核酸样品的分析问题；同时，由于核酸分析经常会遇到控温反应，比如PCR扩增、DNA杂交、DNA酶连/酶解、DNA变性等，因而用于核酸分析的微流控芯片常常含有反应区或控温单元[9 Zhou X，Liu D，Zhong R，et al..Electrophoresis 2004，25：3032-3039。10 Khandurina J，McKnight T E，Jacobson S C，et al..Anal.Chem.2000，72：2995-3000。11 Lagally E T，Emrich C A，MathiesR A.Lab Chip 2001，1：102-107。]，正因为如此，高通量电泳芯片[12Emrich C A，Tian H，Medintz I L，et al..Anal.Chem.2002，74：5076-5083。13 Aborn J H，El-Difrawy S A，Novotny M，et al..LabChip 2005，5：669-674。]在实际应用中往往会受到一定的限制。虽然出现了可同时扩增多个核酸样品的PCR芯片[14 Nagai H，Murakami Y，MoritaY，et al..Anal Chem.2001，73：1043-1047。15 Yu X，Zhang D Y，LiT，et al..Sens.Actuators A 2003，108：103-107。16 Liao C S，LeeG B，Wu J J，et al..Biosens.Bioelectron.2005，20：1341-1348。17Zou Q，Miao Y，Chen Y，et al..Sens.Actuators A 2002，102：114-121。]，但它们大多并未与芯片电泳分离/检测单元集成，因而可能影响分析速度和分析结果的准确性。

集成多个芯片反应单元和芯片电泳单元的微流控芯片则能很好的满足核酸分析的基本要求，也能充分体现微流控芯片平台集成化的优势。文献[18 Waters L C，Jacobson S C，Kroutchinina N，et al..Anal.Chem.1998，70：5172-5176。]提出一种能进行多核酸样品扩增和电泳分析的芯片，但这种方法利用芯片储液池作为PCR反应池，不仅难以控制溶液蒸发，而且较大的体积和较小的比表面积也降低了反应速率和反应效率；同时，采用外部控温系统同时控制多个反应池，不但极大降低了传热效率和测温的准确性，而且限制了这种方法在同时分析多个不同反应条件的样品以及同时优化不同反应条件等方面的应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于多核酸样品分析的微流控芯片，它含有二个或二个以上的可独立控温的微通道反应池和电泳分离通道，以及集成的微加热器/温度传感器控温单元，可较好的应用于多核酸样品的分析和检测中。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种用于多核酸样品分析的微流控芯片，芯片由上、下两层玻璃基片高温键合而成，上层基片含有二个或二个以上的微通道反应池和一个与反应池相连的电泳分离通道，在反应池与电泳分离通道之间设有样品出口，在反应池的另一端设置有样品入口，在样品出口与电泳分离通道之间设有样品废液池；在电泳分离通道的两端分别设有缓冲液池和废液池；

在下层基片与上层基片中的每一个微通道反应池的对应位置处均设有一独立的控温单元，芯片封接后形成二个或二个以上的可独立控温的微反应池，且控温单元位于反应池内部。

所述控温单元由薄膜式电阻微加热器和温度传感器组成，它们分别通过设置于下层基片上的引线焊脚与外电路相连；所述芯片由耐热的光学玻璃制成；控温单元由沉积在玻璃表面的金属钛/铂制成，并采用光刻/化学刻蚀法制作所需的微加热器/温度传感器结构；所述微通道宽度可为60～100μm、深度可为20～40μm，微通道反应池的宽度可为1～4mm、体积可为200～600纳升。

本实用新型具有如下优点：

1.本实用新型提供的用于多核酸样品分析的微流控芯片，可同时分析多个相同或不同反应条件的样品，并可同时优化不同的反应条件(反应温度、时间等)；若与标准样品同时检测，还可进行准确的定性、定量分析。

2.本实用新型提供一种用于多核酸样品分析的微流控芯片，芯片由两层玻璃基片高温键合而成，其中上层基片含有四个微通道反应池和一个电泳分离通道(图2)，下层基片含有四个独立的控温单元(图3)，芯片封接后形成四个可独立控温的微反应池，且控温单元位于反应池内部(图1、图4)。本实用新型集成度高、分析速度快，所需样品量少，应用灵活、适用范围广。

附图说明

图1为本实用新型提供的用于多核酸样品分析的微流控芯片结构示意图；

图2为上层微通道芯片示意图，其中1、2分别为样品入口和出口，3为PCR微通道反应池，4为缓冲液池，5为电泳分离通道，6为缓冲液废液池，9为样品废液池；

图3为下层控温芯片示意图，包括四个相同的控温单元，其中7为薄膜式电阻微加热器/温度传感器单元，8为引线焊脚；

具体实施方式

实施例

一种用于多核酸样品分析的微流控芯片，芯片由上、下两层玻璃基片高温键合而成，上层基片含有二个或二个以上的微通道反应池3和一个与反应池3相连的电泳分离通道5，在反应池3与电泳分离通道5之间设有样品出口2，在反应池3的另一端设置有样品入口1，在样品出口2与电泳分离通道5之间设有样品废液池9；在电泳分离通道5的两端分别设有缓冲液池4和废液池6；在下层基片与上层基片中的每一个微通道反应池3的对应位置处均设有一独立的控温单元，芯片封接后形成二个或二个以上的可独立控温的微反应池，且控温单元位于反应池内部；

控温单元7由薄膜式电阻微加热器和温度传感器组成，它们分别通过设置于下层基片上的引线焊脚8与外电路相连。

芯片制作步骤如下：

(1)设计微通道芯片(如图2所示)及相应的控温芯片(如图3所示)，并制成掩膜；

(2)按照标准的玻璃光刻/湿法刻蚀工艺得到所需深度的微通道结构；

(3)制作控温芯片：用气相沉积法在玻璃表面制作钛/铂薄膜(10nm/100nm)，并用相应掩膜(如图3所示)进行光刻/化学刻蚀，得到所需微加热器/温度传感器结构；

(4)在控温芯片的金属结构表面沉积一层氧化硅(300nm)；

(5)将微通道芯片上将刻有通道的一面与控温芯片上镀有金属的一面对准、贴合，并进行高温键合，即可得到所需的微流控芯片(如图1所示)。

本实用新型提供的用于多核酸样品分析的微流控芯片的特点为：

①采用微通道反应池3，容易封闭，有效避免热反应时溶液蒸发；

②微通道反应池3体积小(纳升级)、比表面积大，样品/试剂消耗少，传热快，反应速率快、效率高；

③采用集成式微加热器/温度传感器并位于反应池内部，进一步提高传热效率和测温的准确性，同时提高反应速率并降低能耗；

④可独立控温的多个反应池，可同时进行多个相同或不同条件的反应，也可同时进行不同反应条件(反应温度、时间等)的优化，从而快速优化复杂体系的反应条件；

⑤多个反应池可同时分析多个样品以提高分析的通量和速度，也可与标准样品同时分析，以提供定性、定量的结果；

⑥芯片微反应与芯片电泳在线集成，可得到快速、准确的分析结果；

⑦本实用新型提供的集成式芯片适用于多种基于核酸的的控温反应(比如PCR扩增、DNA杂交、DNA酶连/酶切、DNA变性等)及其反应产物的在线分析。

Claims

1.一种用于多核酸样品分析的微流控芯片，芯片由上、下两层玻璃基片高温键合而成，其特征在于：

上层基片含有二个或二个以上的微通道反应池(3)和一个与反应池(3)相连的电泳分离通道(5)，在反应池(3)与电泳分离通道(5)之间设有样品出口(2)，在反应池(3)的另一端设有样品入口(1)，在样品出口(2)与电泳分离通道(5)之间设有样品废液池(9)；在电泳分离通道(5)的两端分别设有缓冲液池(4)和废液池(6)；

在下层基片与上层基片中的每一个微通道反应池(3)的对应位置处均设有一独立的控温单元，芯片封接后形成二个或二个以上的可独立控温的微反应池，且控温单元位于反应池内部。

2、按照权利要求1所述用于多核酸样品分析的微流控芯片，其特征在于：所述控温单元(7)由薄膜式电阻微加热器和温度传感器组成，它们分别通过设置于下层基片上的引线焊脚(8)与外电路相连。

3、按照权利要求1所述用于多核酸样品分析的微流控芯片，其特征在于：所述芯片由耐热的光学玻璃制成；控温单元由沉积在玻璃表面的金属钛/铂制成。

4.按照权利要求1所述用于多核酸样品分析的微流控芯片，其特征在于：所述微通道宽度为60～100μm、深度为20～40μm，微通道反应池的宽度为1～4mm、体积为200～600纳升。