CN218879907U - 一种用于制备两亲性薄膜的流体池装置及基因测序仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于生物基因测序芯片领域，尤其涉及一种用于制备两亲性薄膜的流体池装置及基因测序仪，该流体池装置包括流体池本体，所述流体池本体内设置有至少一个流体流道；所述流体池本体包括允许外部的流体流入和/或流出流体流道的一个或多个流动通路，所述流体流道包括进液区与反应池，所述进液区用于向反应池输入反应液体，所述反应池底部通过电极连接测序芯片，所述电极的上方设置有质子交换膜；所述反应池的宽度为3～5mm，所述反应池的深度为1～1.5mm，所述进液区的宽度为1～2mm。本实用新型能够制备厚度均一且稳定的两亲性薄膜，且能够进行稳定的蛋白嵌孔，产品的合格率较高。

Description

一种用于制备两亲性薄膜的流体池装置及基因测序仪

技术领域

本实用新型属于生物基因测序芯片领域，尤其涉及一种用于制备两亲性薄膜的流体池装置及基因测序仪。

背景技术

纳米孔测序的概念最早出现于20世纪80年代，纳米孔测序技术依赖于纳米级的蛋白质孔，即“纳米孔”，纳米孔作为一个生物传感器，被嵌在一个由一组连接到传感器芯片上的微支架支撑的膜结构中，形成测序芯片，每个流体池包含多个通道，每个通道中设置有多个位于相应膜结构的纳米孔，每个通道与传感器芯片中的一个单独电极相关联，在使用时，向流体池中注入电解质，施加恒定电压通过纳米孔产生离子电流，使得带负电荷的单链DNA或RNA分子从纳米孔通过，DNA或RNA分子的易位速度由马达蛋白控制。

纳米孔蛋白和马达蛋白是纳米孔测序的核心组成，第一个用于纳米孔测序的纳米孔蛋白是α-溶血素，其内径为1.4nm～2.4nm，α-溶血素可区分寡核苷酸分子上的四个DNA碱基，是生物纳米孔单分子检测的标志；使用另一种具有相似通道直径(～1.2nm)的工程纳米孔MspA，也获得了类似的结果且提高了DNA单碱基的检测灵敏度。

2012年，有研究小组通过将马达蛋白(phi29 DNA聚合酶)和纳米孔(α-溶血素24和MspA25)相结合用于纳米孔测序，通过电流变化，将单链DNA分子解析为来自单个核苷酸的信号，同时，马达蛋白的加入减缓了DNA在纳米孔中的迁移速度，提高了信噪比，可捕获更准确的序列信息。

在制备时，测序芯片中的膜结构通常采用如下方法制备：设置含多个结构单元的成膜区，向成膜区依次通入极性溶剂、两亲性材料的非极性溶剂和极性溶剂，两亲性材料的非极性溶剂夹在两层极性溶剂之间形成薄膜，进而完成在各结构单元上形成两亲性薄膜。

目前常用的两亲性薄膜通过膜脂形成，膜脂以脂类和胆固醇为主，并含糖脂，膜脂为兼性分子，包括一个亲水极的头部和一个疏水极的尾部，亲水极的头部由胆碱、乙醇胺等形成，疏水极的尾部由两条脂肪酸链形成，膜脂在水溶液中能自动形成双分子层结构，使疏水的尾部埋藏在里面，即膜的中央，亲水的头部露在外面。

两亲性薄膜结构的制备是制备测序装置的关键步骤，膜结构的均一性和稳定性，对嵌孔蛋白以及DNA过孔影响极大，稳定可靠的成膜，是蛋白嵌孔和DNA测序的基础。

但是，目前制备的两亲性薄膜存在厚度不均、厚度过厚、稳定性较差、成膜时间较长的缺点，过厚的两亲性薄膜功能性丧失，影响测试效率和测试结果；在嵌孔环节，由于膜的厚度不均一，稳定性差，导致蛋白嵌孔成功率低，嵌孔数量较少，最终产品的合格率较低，不仅直接导致产出量较少，且会造成测序成本较高，对纳米孔测序技术的推广和应用限制极大。

实用新型内容

为改善现有技术的不足，本实用新型提供一种用于制备两亲性薄膜的流体池装置，能够制备厚度均一且稳定的两亲性薄膜，且能够进行稳定的蛋白嵌孔，产品的合格率较高。

为实现上述目的，本实用新型提供一种用于制备两亲性薄膜的流体池装置，包括流体池本体，所述流体池本体内设置有至少一个流体流道；所述流体池本体包括允许外部的流体流入和/或流出流体流道的一个或多个流动通路，所述流体流道包括进液区与反应池，所述进液区用于向反应池输入反应液体，所述反应池底部通过电极连接测序芯片，所述电极的上方设置有质子交换膜；所述反应池的宽度为3～5mm，所述反应池的深度为1～1.5mm，所述进液区的宽度为1～2mm。

根据本实用新型的实施方案，所述反应池的宽度为3.5～4.5mm。

根据本实用新型的实施方案，所述反应池的深度为1.2～1.4mm。

根据本实用新型的实施方案，所述进液区的宽度为1.2～1.6mm。根据本实用新型的实施方案，所述反应池与进液区之间设置有连接通道，所述连接通道的宽度自进液区向反应池逐渐变大，例如进液通道的宽度自进液区向反应池呈喇叭形。

根据本实用新型的实施方案，所述反应池远离进液区的一端设置有出液端，所述出液端的高度高于所述反应池，例如所述出液端的高度与进液区的高度相同。

根据本实用新型的实施方案，所述反应池相对的两侧呈斜坡结构，所述斜坡结构的倾斜角度为30°～60°，优选所述倾斜角度为40°～50°，例如为30°、35°、45°、55°、60°。

根据本实用新型的实施方案，所述电极选自金属电极，例如为金电极、铜电极或银电极。

根据本实用新型的实施方案，所述流体池本体包括至少两个流体入口和至少一个流体出口。

根据本实用新型的实施方案，所述流体入口包括极性溶剂入口和非极性溶剂入口，例如，所述流体池本体上设置有两个极性溶剂入口、一个非极性溶剂入口和一个液体出口。

根据本实用新型的实施方案，所述极性溶剂入口、非极性溶剂入口位于进液区上方，所述液体出口位于出液端上方。

根据本实用新型的实施方案，所述液体流道上还设置有极性溶液存储区，所述极性溶液存储区位于极性溶液入口的下方，优选所述极性溶液存储区的数量根据极性溶液入口的数量确定，可以为一个或多个。

根据本实用新型的实施方案，所述极性溶液存储区分布于进液区的外侧并与进液区相连通，例如所述极性溶液存储区与进液区之间设置有液体通道，所述极性溶液存储区与液体通道对应之处设置有极性溶液流出的开口，所述进液区与液体通道对应之处设置有极性溶液流出的开口。

根据本实用新型的实施方案，所述极性溶液存储区内底的高度高于所述进液区内底的高度。

根据本实用新型的实施方案，所述流体出口位于出液端上方，优选所述流体出口的底部靠近出液端的顶部，但不与出液端的顶部接触，例如所述流体出口与出液端顶部之间的距离为0.3～0.5mm。

根据本实用新型的实施方案，所述流体池本体包括相对设置的盖板和底板，所述极性溶剂入口、非极性溶剂入口和流体出口设置在盖板上，所述液体流道设置在底板上。

根据本实用新型的实施方案，所述流体入口通过管道与外部流体存储器连接，优选所述管道上设置有泵。

根据本实用新型的实施方案，所述流体出口通过管道与外部流体存放器连接，优选所述管道上设置有泵。

根据本实用新型的实施方案，所述盖板上设置有用于观察液体流道的观察窗，所述观察窗位于反应池的上方，优选所述观察窗的尺寸大于等于所述反应池的尺寸。

根据本实用新型的实施方案，所述观察窗位于盖板与底板之间，所述盖板与观察窗对应之处设置有开口或透明结构。

根据本实用新型的实施方案，所述观察窗设置在观察板上，所述观察板固定在盖板内部。

根据本实用新型的实施方案，所述盖板与底板固定连接，例如所述盖板上设置有若干连接孔，所述底板上与盖板相应之处设置有连接孔，所述连接件穿过连接孔将盖板与底板固定。

根据本实用新型的实施方案，所述流体池本体的底部还设置有基因测序芯片组件。

根据本实用新型的实施方案，所述基因测序芯片组件包括固定组件和测序芯片，所述电极与测序芯片电连接。

根据本实用新型的实施方案，所述固定组件包括固定板和设置在固定板上的密封件，所述密封件用于包绕所述反应池的下部并形成密封的反应腔室。

根据本实用新型的实施方案，所述固定组件还包括固位件，所述固位件设置在固定板和反应池之间，所述固位件上设置有用于反应池通过的开口，所述密封件的横截面积大于所述开口。

本实用新型的另一个目的在于提供一种具有流体池装置的基因测序仪，其包括上述流体池装置，所述流体池装置的反应池底部设置有两亲性薄膜，所述两亲性薄膜上设置有若干纳米孔。

有益效果

本实用新型中用于制备两亲性薄膜的流体池装置，包括流体池本体，流体池本体内设置有至少一个流体流道；流体池本体包括允许外部的流体流入和/或流出流体流道的一个或多个流动通路，流体流道包括进液区与反应池，进液区，用于向反应池输入反应液体，反应池底部通过电极连接测序芯片，电极的上方设置有质子交换膜；在使用时，通过流动通路向进液区依次导入极性溶剂、非极性溶剂和极性溶剂，且溶剂依次流入反应池中，在反应池的侧壁底部形成两亲性薄膜，发明人意外地发现，当反应池的宽度为3～5mm，反应池的深度为1～1.5mm，进液区的宽度为1～2mm时，能够获得厚薄适宜、厚度均一，一致性较高的两亲性薄膜，进而能够有效提高蛋白嵌孔成功率和最终产品的合格率较，能够有效降低制备成本；增加产出量较少，从而降低测序成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例1中用于制备两亲性薄膜的流体池装置的结构示意图；

图2为图1的爆炸图；

图3为本实用新型实施例1中盖板与观察窗配合的结构示意图；

图4为本实用新型实施例1中流体池本体与基因测序芯片组件配合的爆炸图；

图5为图4的爆炸图。

图中序号说明：

1-流体池本体，2-盖板，3-底板，4-流体流道，41-进液区，42-反应池，43-连接通道，44-出液端，5-流动通路，51-极性溶剂入口，52-非极性溶剂入口，53-液体出口，6-电极，7-连接件，8-观察窗，9-观察板，10-连接孔，11-基因测序芯片组件，12-固定组件，13-质子交换膜，14-固定板，15-密封件，16-固位件。

具体实施方式

下文将结合具体实施例对本实用新型的结构做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本实用新型，而不应被解释为对本实用新型保护范围的限制。凡基于本实用新型上述内容所实现的技术均涵盖在本实用新型旨在保护的范围内。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

参见图1-图3所示，一种用于制备两亲性薄膜的流体池装置，包括流体池本体1，包括流体池本体1，流体池本体1包括相对设置的盖板2和底板3，底板3上设置有至少一个流体流道4，流体流道4包括进液区41与反应池42，反应池42的底部通过电极6连接测序芯片，电极6的上方设置有质子交换膜13，盖板1上设置有允许外部的流体流入和/或流出流体流道4的一个或多个流动通路5。

反应池42与进液区41之间设置有连接通道43，连接通道43的宽度自进液区41向反应池42逐渐变大，例如进液通道43的宽度自进液区41向反应池42呈喇叭形；反应池42远离进液区41的一端设置有出液端44，出液端44的高度高于反应池42，例如出液端44的高度与进液区41的高度相同。

进液区41的宽度为1～2mm，深度为0.3～0.8mm；反应池42的宽度为3～5mm，深度为1～1.5mm，反应池42相对的两侧呈斜坡结构，斜坡结构的倾斜角度为30°～60°，倾斜角度可以根据实际需要设置，例如倾斜角度可以为40°～50°，倾斜角度的设置可以便于液体流入/流出反应池42。

流动通路5包括至少两个流入通路和至少一个流出通路，本实施例中，流入通路包括设置在盖板2上的两个极性溶剂入口51和一个非极性溶剂入口52，流出通路包括设置在盖板2上的液体出口53，极性溶剂入口51、非极性溶剂入口52通过管道与外部流体存储器连接，液体出口53通过管道与外部流体存放器连接，管道上可以设置蠕动泵。

极性溶剂入口51、非极性溶剂入口52位于进液区41的上方，液体出口53位于出液端44的上方，极性溶剂入口51、非极性溶剂入口52、液体出口53可以为开口结构或管状结构，管状结构底部位于流体通道4相应之处的上方。

液体流道41上还设置有极性溶液存储区44，极性溶液存储区44位于极性溶液入口51的下方，极性溶液存储区44分布于进液区41的外侧并与进液区41相连通，极性溶液存储区44的数量根据极性溶液入口51的数量确定，可以为一个或多个。

极性溶液存储区44与进液区41之间设置有液体通道45，极性溶液存储区44与液体通道45对应之处设置有极性溶液流出的开口，进液区41与液体通道45对应之处设置有极性溶液流入的开口，极性溶液存储区44内底的高度高于进液区41内底的高度。

参见图3所示，盖板2上设置有用于观察液体流道4的观察窗8，观察窗8位于反应池42的上方，观察窗8的尺寸大于等于反应池42的尺寸，本实施例中的观察窗8设置在盖板2与底板3之间，盖板2与观察窗8对应之处设置有开口或透明结构，观察窗8设置在观察板9上，观察板9固定在盖板2内部，例如通过螺栓固定在盖板2的底部。

盖板2与底板3固定连接，本实施例中，盖板2上设置有若干连接孔10，底板3上与盖板2相应之处设置有连接孔10，连接件7穿过所述连接孔10将盖板2与底板3固定。

流体池本体2的底部还设置有基因测序芯片组件11，基因测序芯片组件11包括固定组件12和测序芯片(未示出)，电极5与测序芯片电连接。

固定组件12包括固定板14和设置在固定板14上的密封件15，密封件15用于包绕反应池42的下部并形成密封的反应腔室，固定板14和反应池42之间设置有固位件16，固位件16上设置有用于反应池42通过的开口，密封件15的横截面积大于开口。

本实施例中，测序芯片集成在固定板14上，固定板14可以选用电路板，例如PCB板，测序芯片通过金属线与芯片电极连接。

实施例2

采用实施例1的流体池装置制备两亲性薄膜的方法：

S1、检查测序芯片外观是否有破损，检测密封件15外观是否有破损，检测流体池本体2是否有破损。(此时质子交换膜13和铂金片电极7已经沾接在流体池本体2的底部)

S2、将流体池本体2，密封件15，测序芯片顺次固定。

S3、从极性溶液注入口51向流体流道4中注入极性溶液。(注满为止)

S4、用胶布将2个极性溶液注入口51粘上，防止漏液。

S5、从非极性溶液注入口52注入双亲性材料的非极性溶液，多余的溶液可从出液口53流出，静置5分钟。

S6、再次通过极性溶液注入口51向流体流道4中注入极性溶液。(注满为止)，静置2分钟，显微镜观察此时反应池42底部已经形成双亲性薄膜。

S7、从流体池本体的非极性溶液注入口52注入嵌孔蛋白。

S8、将测序芯片和流体池本体2安装到测序仪里，由仪器电路给测序芯片供电，在电场力作用下，嵌孔蛋白在双亲性薄膜上嵌孔形成纳米孔芯片，嵌孔完成。

S9、将测序芯片封闭，流体池本体1上的注液口、出液口封闭，冰箱保存。

实施例3

一种具有流体池装置的基因测序仪，其包括上述流体池装置，流体池装置的反应池底部具有实施例2制备的两亲性薄膜，两亲性薄膜上具有若干纳米孔。

以上通过实施例对本实用新型的具体实施方式进行了示例性的说明。但是，本实用新型的保护范围不拘囿于上述示例性的实施方式。凡在本实用新型的精神和原则之内，本领域技术人员所作出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于制备两亲性薄膜的流体池装置，包括流体池本体，其特征在于，所述流体池本体内设置有至少一个流体流道；所述流体池本体包括允许外部的流体流入和/或流出流体流道的一个或多个流动通路，所述流体流道包括进液区与反应池，所述进液区用于向反应池输入反应液体，所述反应池底部通过电极连接测序芯片，所述电极的上方设置有质子交换膜；所述反应池的宽度为3～5mm，所述反应池的深度为1～1.5mm，所述进液区的宽度为1～2mm。

2.根据权利要求1所述的用于制备两亲性薄膜的流体池装置，其特征在于，所述反应池与进液区之间设置有连接通道，所述连接通道的宽度自进液区向反应池逐渐变大；

所述反应池远离进液区的一端设置有出液端，所述出液端的高度高于所述反应池。

3.根据权利要求1所述的用于制备两亲性薄膜的流体池装置，其特征在于，所述反应池相对的两侧呈斜坡结构，所述斜坡结构的倾斜角度为30°～60°。

4.根据权利要求2所述的用于制备两亲性薄膜的流体池装置，其特征在于，所述流体池本体包括至少两个流体入口和至少一个流体出口；所述流体入口包括极性溶剂入口和非极性溶剂入口，所述极性溶剂入口、非极性溶剂入口位于进液区上方，所述流体出口位于出液端上方。

5.根据权利要求4所述的用于制备两亲性薄膜的流体池装置，其特征在于，所述流体流道上还设置有极性溶液存储区，所述极性溶液存储区位于极性溶液入口的下方。

6.根据权利要求5所述的用于制备两亲性薄膜的流体池装置，其特征在于，所述极性溶液存储区与进液区之间设置有液体通道，所述极性溶液存储区与液体通道对应之处设置有极性溶液流出的开口，所述进液区与液体通道对应之处设置有极性溶液流出的开口。

7.根据权利要求4所述的用于制备两亲性薄膜的流体池装置，其特征在于，所述流体出口位于出液端上方。

8.根据权利要求7所述的用于制备两亲性薄膜的流体池装置，其特征在于，所述流体出口与出液端顶部之间的距离为0.3～0.5mm。

9.根据权利要求1-3任一项所述的用于制备两亲性薄膜的流体池装置，其特征在于，所述流体池本体的底部还设置有基因测序芯片组件，所述基因测序芯片组件包括固定组件和测序芯片，所述电极与测序芯片电连接，所述固定组件包括固定板和设置在固定板上的密封件，所述密封件用于包绕所述反应池的下部并形成密封的反应腔室。

10.一种具有流体池装置的基因测序仪，其包括权利要求1-9任一项所述的流体池装置，其特征在于：所述流体池装置的反应池底部设置有两亲性薄膜，所述两亲性薄膜上设置有若干纳米孔。

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