CN209673716U - 一种用于飞行时间质谱核酸检测的一次性芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于飞行时间质谱核酸检测的一次性芯片，涉及质谱检测技术领域，包括芯片基底和样品靶点阵列，所述芯片基底为石英材料制成，所述芯片基底的横截面为矩形结构，且芯片基底的一端设置有劈角边，所述样品靶点阵列位于在芯片基底的上端面，所述样品靶点阵列上等间距地分布有靶点，所述芯片基底的上端面设置有靶点阵列标识，所述靶点上设置有核酸检测基质层，所述芯片基底的上端面还设置有质谱仪识别码区，所述质谱仪识别码区为矩形的凹槽结构。本实用新型投入使用能够有效节约成本，提高了检测效率，并且避免了使用金属靶板重复清洁引起的易残留、易损伤等问题。

Description

一种用于飞行时间质谱核酸检测的一次性芯片

技术领域

本实用新型涉及质谱检测技术领域，特别涉及一种用于飞行时间质谱核酸检测的一次性芯片。

背景技术

MALDI-TOF-MS(Matrix Assisted Laser Desorption Ionization Time ofFlight Mass Spectrometry)，即基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱技术，是20世纪80年代发展起来的一种新型软电离有机质谱技术。

该技术具有高灵敏度、高准确度、样本用量少、检测速度快、高分辨率、高通量检测等特点，目前已被广泛应用于核酸、蛋白质、多糖等生物大分子的分子质量及纯度的检测，核酸与蛋白质的测序，以及高分子聚合物的分子质量分布等诸多生化分析领域。

MALDI-TOF-MS检测的基本原理为：待测样本散布在基质中形成共结晶，当用激光照射时，基质从激光中吸收能量跃迁至激发态，激发态基质不稳定将能量传递给样本分子后回归基态，样本分子吸收能量发生电离并气化，形成带电荷的离子。离子在经过强电场加速后，通过质量分析器分离带电离子，最终进入检测器。根据离子的质荷比不同检测出大量具体峰值信息，形成质谱图。由于核酸、蛋白质和多糖等生物分子与其分子量存在着对应关系，质谱图经软件处理分析后，能够得到样本中各种核酸、蛋白质、多糖等物质的分子量及结构等信息。

而在MALDI-TOF-MS核酸检测领域，目前常用的有机基质存在着与样品共结晶不均匀，核酸分子易产生碎片干扰检测等问题，且由于核酸样品的复杂性，其离子化效率受基质影响很大。因此有必要开发一种能与样品形成均匀共结晶，核酸分子离子化效率高，分子碎片化程度低的新型基质，应用于MALDI-TOF-MS的大规模核酸检测。

MALDI-TOF-MS主要由进样系统、离子源、质量分析器和检测器四部分组成，其中进样系统为芯片或者靶板直接进样。目前国内MALDI-TOF-MS检测常用靶板为金属靶板，要实现靶板的重复使用需通过手工清洗，但存在以下问题：(1)手工清洗靶板，耗时长，不易洗净，有残留；(2)长期反复擦洗，易划伤靶板，影响样本与基质形成均匀的共结晶；(3)金属靶板规格一般为24、48、96个样本靶点，靶点较少，难以实现大样本量检测。因此，设计384个样本靶点的质谱芯片更能够满足大样本量的质谱检测需求。

常见的质谱芯片多为一次性使用，但价格约1万元左右，大大增加检测成本，且由于芯片和质谱仪是相互匹配的，所以难以做到不同公司质谱仪和芯片的相互兼容，其高昂的成本和严格的适配性限制了其在科学研究和临床诊断上的广泛应用。目前急需一种免清洗、价格便宜、检测效果好、兼容性高的一次性芯片，以能够实现大样本量的质谱检测，满足研究工作以及临床疾病诊断的需要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种用于飞行时间质谱核酸检测的一次性芯片。

本实用新型的技术方案：一种用于飞行时间质谱核酸检测的一次性芯片，包括芯片基底和样品靶点阵列，所述芯片基底为石英材料制成，所述芯片基底的横截面为矩形结构，且芯片基底的一端设置有劈角边，所述样品靶点阵列位于在芯片基底的上端面，所述样品靶点阵列上等间距地分布有靶点，所述芯片基底的上端面设置有靶点阵列标识，所述靶点上设置有核酸检测基质层，所述芯片基底的上端面还设置有质谱仪识别码区，所述质谱仪识别码区为矩形的框状结构。

上述的一种用于飞行时间质谱核酸检测的一次性芯片中，所述劈角边设置有相互对称的两个，所述劈角边与芯片基底的棱边呈45°角。

前述的一种用于飞行时间质谱核酸检测的一次性芯片中，所述核酸检测基质层的厚度在1-5μm之间。

前述的一种用于飞行时间质谱核酸检测的一次性芯片中，所述靶点为直径在50-1000μm之间的圆形圈状结构。

与现有技术相比，实用新型省去了MALDI-TOF-MS检测中基质添加和靶板清洗两个环节，提高了检测效率，避免金属靶板重复清洁引起的易残留、易损伤等问题。同时设计了24、96、384多种样本靶点，适用不同机型，不同需求量的核酸样品的质谱检测。本实用新型的芯片还采用特殊化轮廓设计以方便进样，且样本靶点、芯片长宽度均可根据不同品牌型号的MALDI-TOF-MS进行更改，并设置了质谱仪识别码区，提高了兼容性，扩大了应用范围。

相比于现有的一次性芯片大大降低了制作成本，(现有的一次性芯片采用特殊金属材料制成而本实用新型采用石英材料)，适宜大规模使用。

附图说明

图1是本实用新型整体结构的主视图；

图2是本实用新型安装在质谱仪上时的结构示意图；

图3是本实用新型用于核酸检测后所得的效果图；

图4是现有的金属靶板用于核酸检测后所得的效果图。

图中：1-芯片基底；2-横排数字标识；3-竖排英文标识；4-样品靶点阵列；5-劈角边；6-质谱仪识别码区。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但并不作为对本实用新型限制的依据。

实施例：如图1-4所示，本实用新型的一种用于飞行时间质谱核酸检测的一次性芯片，包括芯片基底1和样品靶点阵列4，芯片基底1为石英材料制成。芯片基底1的横截面为矩形结构，且在芯片基底1的一端设置有的劈角边5，所述劈角边5与芯片基底1的棱边成45°角(如图1所示)。

样品靶点阵列4位于在芯片基底1上端面，样品靶点阵列4由等间距分布的靶点组成，靶点为直径在50-1000μm之间外凸的圆形圈状结构，靶点呈矩形阵列式分布(行数为16、列数为24，如图1所示)，每个靶点上均设置有核酸检测基质层，该核酸检测基质层通过现有的芯片压印仪压印在靶点上。核酸检测基质层均匀贴附在靶点上，且核酸检测基质层的厚度在1-5μm之间。

在芯片基底1的上端面设置有靶点阵列标识，分别是横排数字标识2以及竖排英文标识3，横排数字标识2位于样品靶点阵列4的上方，竖排英文标识3位于样品靶点阵列4的侧方(如图1所示)。

芯片基底1的上端面还设置有质谱仪识别码区6，质谱仪识别码区6为矩形外凸的框状结构，用以印刷质谱仪识别码。质谱仪识别码区6位于芯片基底1上靠近劈角边5的一侧。

在实际运用的过程中，芯片基底1的尺寸以及靶点阵列4上靶点的数量均可以根据实际情况进行定制(有24、96、384三种阵列数可供选择，对应小、中、大量的检测需求)，使用时，首先通过现有的微量移液器将一定量前处理得到的核酸样品直接点到本实用新型一次性芯片靶点上，等其自然干燥后与基质层形成共结晶，最后将芯片基底1置于现有的质谱仪样品槽7内进行检测(如图2所示)，检测完成后芯片即可丢弃，下批样品采用新的一次性芯片。

本实施例中，采用Pcr扩增(Pcr即聚合酶链式反应，该过程可通过现有的Pcr扩增仪实现)后的核酸样品溶液滴入本实用新型的一次性芯片的样品靶点上，最终获得的质谱检测效果如图3所示。

对照例：现有金属靶板的核酸样品点样及质谱检测，使用微量移液器将一定量无机纳米基质材料溶液点到金属靶板靶点上，等其自然干燥后，再将一定量有机基质3-HPA或2,4,6-THAP溶液点样到靶点上，等其自然干燥后，最后将前处理得到的核酸样品点样到相应靶点上，自然干燥后形成共结晶，将金属靶板置于MALDI-TOF-MS中进行检测。

检测完成后，使用专用靶板酒精清洗布将靶板表面的样品与基质共结晶擦洗清除，然后将靶板置于去离子水中超声清洗15min,再置于甲醇:乙酸(10％)＝1：1(v:v)溶液中超声清洗15min，再用超纯水超声清洗10min，最后用无尘纸擦拭晾干，待下一批样品检测。检测效果如图4所示。

综上所述，从图3以及图4中很明显的能够看出来，两个效果图内的峰值趋势近似，但是图3的分辨率明显高于图4。本实用新型的一次性芯片靶点阵列分布均匀，预设的基质层与靶点贴合度高，且基质层的厚度均匀，所以在使用中最后得出的检测效果图要优于使用金属靶板获得的检测效果图(本实用新型所得出的结果图分辨率更高)。

Claims (1)

1.一种用于飞行时间质谱核酸检测的一次性芯片，其特征在于：包括芯片基底(1)和样品靶点阵列(4)，所述芯片基底(1)为石英材料制成，所述芯片基底(1)的横截面为矩形结构，且芯片基底(1)的一端设置有劈角边(5)，所述样品靶点阵列(4)位于在芯片基底(1)的上端面，所述样品靶点阵列(4)上等间距地分布有靶点，所述芯片基底(1)的上端面设置有靶点阵列标识，所述靶点上设置有核酸检测基质层，所述芯片基底(1)的上端面还设置有质谱仪识别码区(6)，所述质谱仪识别码区(6)为矩形框状结构,所述劈角边(5)设置有相互对称的两个，所述劈角边(5)与芯片基底(1)的棱边呈45°角,所述核酸检测基质层的厚度在1-5μm之间,所述靶点为直径在50-1000μm之间的圆形圈状结构。