RU97373U1

RU97373U1 - CELL BIOCHIP

Info

Publication number: RU97373U1
Application number: RU2010114648/10U
Authority: RU
Inventors: Александр Валентинович Шишкин
Original assignee: Александр Валентинович Шишкин
Priority date: 2010-04-12
Filing date: 2010-04-12
Publication date: 2010-09-10

Abstract

1. Биочип для исследования клеток, содержащий подложку, на которой размещены тестовые участки с иммобилизованными молекулами веществ, способных связываться с поверхностными молекулами клеток, отличающийся тем, что подложка представляет собой капилляр, на внутренней поверхности стенки которого расположены тестовые участки. ! 2. Биочип по п.1, отличающийся тем, что капилляр состоит из секций, герметично соединяемых между собой. ! 3. Биочип по п.1, отличающийся тем, что снабжен приводящей трубкой. ! 4. Биочип по п.1, отличающийся тем, что снабжен отводящей трубкой. ! 5. Биочип по п.1, отличающийся тем, что капилляр имеет, по крайней мере, одну плоскую стенку, на которой расположены тестовые участки. ! 6. Биочип по п.1, отличающийся тем, что снабжен платформой, к которой крепится капилляр. ! 7. Биочип по п.6, отличающийся тем, что платформа является съемной. ! 8. Биочип по п.1, отличающийся тем, что содержит контрольный участок, обеспечивающий прочность связывания клеток, заведомо меньшую, чем прочность их специфического связывания в области любого из тестовых участков, но заведомо большую, чем прочность неспецифического связывания клеток с подложкой. ! 9. Биочип по п.1, отличающийся тем, что имеет разметку. ! 10. Биочип по п.1, отличающийся тем, что снабжен приспособлением для улавливания пузырей воздуха. 1. A biochip for cell research, containing a substrate on which test sites are placed with immobilized molecules of substances capable of binding to surface cell molecules, characterized in that the substrate is a capillary, on the inner surface of the wall of which test sites are located. ! 2. The biochip according to claim 1, characterized in that the capillary consists of sections hermetically connected to each other. ! 3. The biochip according to claim 1, characterized in that it is equipped with a lead tube. ! 4. The biochip according to claim 1, characterized in that it is equipped with a discharge tube. ! 5. The biochip according to claim 1, characterized in that the capillary has at least one flat wall on which the test sections are located. ! 6. The biochip according to claim 1, characterized in that it is equipped with a platform to which the capillary is attached. ! 7. The biochip according to claim 6, characterized in that the platform is removable. ! 8. The biochip according to claim 1, characterized in that it contains a control section that provides the binding strength of the cells, obviously less than the strength of their specific binding in the field of any of the test sites, but certainly greater than the strength of non-specific binding of cells to the substrate. ! 9. The biochip according to claim 1, characterized in that it has a markup. ! 10. The biochip according to claim 1, characterized in that it is equipped with a device for trapping air bubbles.

Description

Полезная модель относится к области медицины, но также может быть использована в ветеринарии и биологии.The utility model relates to medicine, but can also be used in veterinary medicine and biology.

Известен биочип, позволяющий определять поверхностные антигены клеток (см. А.В.Шишкин, И.И.Шмырев, С.А.Кузнецова, Н.Г.Овчинина, А.А.Бутылин, Ф.И.Атауллаханов, А.И.Воробьев «Иммунологические биочипы для исследования эритроцитов человека» «Биологические мембраны». - 2008. - том 25 - №4 - С.267-276.), взятый в качестве прототипа. Биочип, представляет собой твердую, плоскую и прозрачную подложку, на которой в строго определенных тестовых участках (пятнах) иммобилизованы антитела, специфичные к поверхностным антигенам клеток. Пятна биочипа отделены друг от друга фоновыми участками, в которых иммобилизованные антитела отсутствуют.A biochip is known that allows one to determine surface cell antigens (see A.V. Shishkin, I.I. Shmyrev, S.A. Kuznetsova, N.G. Ovchinina, A.A. Butylin, F.I. Ataullakhanov, A.I. . Vorobyov “Immunological biochips for the study of human red blood cells” “Biological membranes.” - 2008. - Volume 25 - No. 4 - S.267-276.), Taken as a prototype. The biochip is a solid, flat and transparent substrate on which antibodies specific to cell surface antigens are immobilized in strictly defined test sites (spots). The biochip spots are separated from each other by background areas in which there are no immobilized antibodies.

Недостатком данного биочипа является невозможность выполнения без использования проточной камеры его инкубации с клеточной суспензией в условиях подачи ее потока с заданной скоростью, а также выполнения отмывки от не связавшихся клеток потоком жидкости с заданной скоростью. Закрепление биочипа в проточной камере требует выполнения точных манипуляций. При неаккуратном их осуществлении возможно повреждение поверхности биочипа.The disadvantage of this biochip is the impossibility of performing, without using a flow chamber, its incubation with a cell suspension under the conditions of supplying its flow at a given speed, as well as washing from unbound cells with a fluid flow at a given speed. Securing the biochip in the flow chamber requires precise manipulation. Inaccurate implementation may damage the surface of the biochip.

Задачей заявленной полезной модели является возможность выполнения без использования проточной камеры исследований, требующих подачи потока жидкостей с заданной скоростью, а также исключение риска повреждения поверхности биочипа.The objective of the claimed utility model is the ability to perform studies without using a flow chamber that require the flow of fluids at a given speed, as well as eliminating the risk of damage to the surface of the biochip.

Поставленная задача решается за счет того, у биочипа для исследования клеток, содержащего подложку, на которой размещены тестовые участки с иммобилизованными молекулами веществ, способных связываться с поверхностными молекулами клеток, подложка представляет собой капилляр, на внутренней поверхности стенки которого расположены тестовые участки.The problem is solved due to the fact that the biochip for the study of cells containing a substrate, on which test sites with immobilized molecules of substances are placed, capable of binding to surface cell molecules, the substrate is a capillary, on the inner surface of the wall of which test sites are located.

Капилляр состоит из секций, герметично соединяемых между собой.The capillary consists of sections hermetically connected to each other.

Биочип снабжен приводящей трубкой.The biochip is equipped with a lead tube.

Биочип снабжен отводящей трубкой.The biochip is equipped with a discharge tube.

Капилляр имеет, по крайней мере, одну плоскую стенку, на которой расположены тестовые участки.The capillary has at least one flat wall on which test sections are located.

Биочип снабжен платформой, к которой крепится капилляр.The biochip is equipped with a platform to which the capillary is attached.

Платформа является съемнойThe platform is removable

Биочип содержит контрольный участок, обеспечивающий прочность связывания клеток, заведомо меньшую, чем прочность их специфического связывания в области любого из тестовых участков, но заведомо большую, чем прочность неспецифического связывания клеток с подложкой.The biochip contains a control site that provides the binding strength of the cells, obviously less than the strength of their specific binding in the field of any of the test sites, but certainly greater than the strength of non-specific binding of cells to the substrate.

Биочип имеет разметку.The biochip has a markup.

Биочип снабжен приспособлением для улавливания пузырей воздухаThe biochip is equipped with a device for trapping air bubbles

Использование полезной модели позволяет без использования проточной камеры осуществлять проведение исследований, требующих подачи потока жидкостей с заданной скоростью. При этом исключается риск повреждения поверхности биочипа. Благодаря наличию дополнительного контрольного участка, позволяющего определить максимально допустимую скорость потока отмывающей жидкости, повышается точность анализа и исключаются возможные ошибки. Наличие разметки облегчает нахождение и идентификацию тестовых участков при неавтоматизированной оценке качества отмывки и результатов анализа. Разметка также может указывать на порядок считывания результата. Наличие приспособления для улавливания пузырей воздуха исключает попадание последних в капилляр.Using the utility model allows, without using a flow chamber, to carry out studies that require the flow of fluids at a given speed. This eliminates the risk of damage to the surface of the biochip. Due to the presence of an additional control section, which allows to determine the maximum allowable flow rate of the washing liquid, the analysis accuracy is increased and possible errors are eliminated. The presence of the markup facilitates the finding and identification of test sites in the automated assessment of washing quality and analysis results. The markup may also indicate the reading order of the result. The presence of a device for trapping air bubbles prevents the latter from entering the capillary.

Заявленная полезная модель поясняется чертежом, где:The claimed utility model is illustrated in the drawing, where:

на фиг.1 представлен биочип (вид сверху)figure 1 shows the biochip (top view)

на фиг.2 представлен разрез А-А на фиг.1figure 2 presents a section aa in figure 1

на фиг.3 представлен биочип, закрепленный на платформе (вид сверху)figure 3 presents the biochip mounted on the platform (top view)

на фиг.4 представлен разрез В-В на фиг.3.figure 4 presents a section bb in figure 3.

Биочип содержит подложку 1 (фиг.1), которая может состоять из одного материала, образующего один слой, либо из нескольких материалов, образующих несколько слоев. Подложка биочипа представляет собой капилляр 2 (фиг.2), состоящий из секций 3 и 4 герметично соединенных друг с другом. Секции 3 и 4 изготовлены из прозрачного материала. На поверхности секции 3, обращенной в просвет капилляра 2, расположены тестовые участки 5 (пятна биочипа) (фиг.1, 2), где иммобилизованы молекулы веществ, способных связываться с молекулами, находящимися на поверхности исследуемых клеток, например, антитела, способные связываться с поверхностными антигенами клеток. При этом в разных тестовых участках 5 биочипа находятся молекулы веществ, способные связываться с разными типами молекул, находящихся на поверхности клеток. Но в каждом отдельно взятом тестовом участке 5 иммобилизованы молекулы, способные связываться с каким-либо одним определенным видом молекул, находящихся на поверхности клеток. Часть тестовых участков 5 может дублироваться, кроме того, могут присутствовать один или несколько контрольных тестовых участков. Поверхность секции 3 (фиг.2), на которой расположены тестовые участки 5, имеет покрытие 6, обеспечивающее высокую прочность иммобилизации молекул за счет ковалентного или неко валентного связывания. Тестовые участки 5 (фиг.1) отделены друг от друга фоновыми участками 7, не содержащими иммобилизованных молекул, способных специфически связываться с поверхностными молекулами исследуемых клеток. Поверхность фоновых участков 7 может быть покрыта иммобилизованными молекулами одного или нескольких веществ, блокирующих сайты неспецифического связывания. Эти молекулы, могут быть иммобилизованы на подложке биочипа при его изготовлении, либо могут наноситься уже в процессе проведения анализа на этапе, предшествующем инкубации биочипа с клеточной суспензией. Для этих целей может быть использован, например, бычий сывороточный альбумин или обезжиренное сухое молоко.The biochip contains a substrate 1 (Fig. 1), which may consist of one material forming one layer, or of several materials forming several layers. The substrate of the biochip is a capillary 2 (figure 2), consisting of sections 3 and 4 hermetically connected to each other. Sections 3 and 4 are made of transparent material. On the surface of section 3, facing the lumen of capillary 2, test sections 5 (biochip spots) are located (Figs. 1, 2), where molecules of substances capable of binding to molecules located on the surface of the studied cells are immobilized, for example, antibodies capable of binding to cell surface antigens. Moreover, in different test sites 5 of the biochip, there are molecules of substances that can bind to different types of molecules located on the surface of the cells. But in each individual test site 5, molecules capable of binding to any one particular type of molecule located on the surface of the cells are immobilized. A portion of the test plots 5 may be duplicated, in addition, one or more control test plots may be present. The surface of section 3 (Fig. 2), on which test sections 5 are located, has a coating 6 providing high strength of immobilization of molecules due to covalent or non-covalent binding. Test sections 5 (Fig. 1) are separated from each other by background sections 7 that do not contain immobilized molecules capable of specifically binding to surface molecules of the studied cells. The surface of the background regions 7 can be coated with immobilized molecules of one or more substances that block nonspecific binding sites. These molecules can be immobilized on the substrate of the biochip during its manufacture, or can be applied already during the analysis at the stage prior to the incubation of the biochip with a cell suspension. For this purpose, for example, bovine serum albumin or skimmed milk powder can be used.

На поверхности секции 3, обращенной в просвет капилляра 2, расположен контрольный участок 8, обеспечивающий прочность связывания клеток заведомо меньшую, чем прочность специфического связывания в любом из тестовых участков 5, но большую, чем прочность неспецифического связывания клеток с подложкой в области фоновых участков 7. В случае, если биочип предназначен для исследования лейкоцитов, в контрольном участке 8 могут быть иммобилизованы, например, антитела, специфичные к антигену CD45, присутствующему на поверхности всех лейкоцитов. При этом для обеспечения низкой прочности связывания клеток в участке 8 количество молекул антител, иммобилизованных на единице площади поверхности должно быть малым, либо должны использоваться антитела с низкой аффинностью. Контрольный участок 8 также отделен от тестовых участков 5 фоновым участком 7.On the surface of section 3, facing the lumen of capillary 2, there is a control section 8, which provides the binding strength of the cells is obviously lower than the strength of specific binding in any of the test sections 5, but greater than the strength of nonspecific binding of cells to the substrate in the region of background sections 7. If the biochip is intended for the study of leukocytes, in the control area 8, for example, antibodies specific for the CD45 antigen present on the surface of all leukocytes can be immobilized. Moreover, to ensure low cell binding strength in region 8, the number of antibody molecules immobilized per unit surface area should be small, or antibodies with low affinity should be used. The control section 8 is also separated from the test sections 5 by the background section 7.

На стенке капилляра 2 (фиг.2), образованной секцией 3, нанесены линии разметки 9, обозначающие границы тестовых участков 5 и контрольного участка 8. Там же имеется участок 10 (фиг.1), указывающий на порядок считывания результата.On the wall of the capillary 2 (Fig. 2) formed by section 3, marking lines 9 are drawn that indicate the boundaries of the test sections 5 and the control section 8. There is also a section 10 (Fig. 1) indicating the reading order of the result.

Биочип имеет капилляр 2 прямоугольного сечения (фиг.2). Возможно исполнение биочипа с другой формой сечения капилляра 2. Но для того, чтобы можно было осуществлять микроскопическое исследование связавшихся клеток, стенка капилляра 2, на которой расположены участки 5, 8 (фиг.1) должна быть плоской.The biochip has a capillary 2 of rectangular cross section (figure 2). It is possible to implement a biochip with a different cross-sectional shape of capillary 2. But in order to be able to carry out microscopic examination of bound cells, the wall of the capillary 2, on which sections 5, 8 are located (Fig. 1), must be flat.

Биочип снабжен съемными секциями 11 и 12, которые герметично крепятся к капилляру 2. Внутренняя поверхность секций 11 и 12 имеет герметизирующее покрытие (на чертеже не показано). К съемным секциям 11 и 12 крепятся соответственно отводящая трубка 13 и приводящая трубка 14. Биочип крепится на съемной платформе 15 (фиг.3), обеспечивающей его горизонтальное расположение на предметном столике микроскопа при выполнении микроскопического исследования, а также облегчающей выполнение других манипуляций. Крепление биочипа на платформе 15 также исключает случайное отсоединение съемных секций 11 и 12. Платформа 15 снабжена поворотными прижимающими планками 16, закрепленными на осях 17, а также имеет сквозное отверстие 18 (фиг.4), находящееся в проекции капилляра 2 биочипа. Приводящая трубка 14 биочипа соединена с приспособлением 19, предназначенным для улавливания пузырей воздуха. Оно представляет собой емкость, закрытую эластичной резиновой пробкой 20.The biochip is equipped with removable sections 11 and 12, which are hermetically attached to the capillary 2. The inner surface of the sections 11 and 12 has a sealing coating (not shown in the drawing). To the removable sections 11 and 12 are attached, respectively, a discharge tube 13 and a lead tube 14. The biochip is mounted on a removable platform 15 (Fig. 3), ensuring its horizontal position on the microscope stage during microscopic examination, as well as facilitating other manipulations. The fastening of the biochip on the platform 15 also eliminates the accidental detachment of the removable sections 11 and 12. The platform 15 is equipped with rotary pressure bars 16 fixed to the axes 17, and also has a through hole 18 (Fig. 4) located in the projection of the biochip capillary 2. The biochip lead tube 14 is connected to a device 19 for collecting air bubbles. It is a container closed by an elastic rubber stopper 20.

Биочип может быть снабжен зажимами или кранами (на чертеже не показаны), устанавливаемыми на приводящую трубку 14 и отводящую трубку 13.The biochip can be equipped with clamps or taps (not shown in the drawing) installed on the drive tube 14 and the discharge tube 13.

Анализ с помощью биочипа осуществляют следующим образом. Капилляр 2 биочипа соединяют со съемными секциями 11 и 12, которые соединяют соответственно с отводящей трубкой 13 и приводящей трубкой 14. Биочип размещают на платформе 15 и фиксируют прижимающими планками 16. Отводящую трубку 13 соединяют со шприцевым насосом, работающим на всасывание. Приводящую трубку 14 соединяют с емкостью, в которой находится необходимая жидкость. При этом в процессе анализа используют разные жидкости, для чего приводящую трубку 14 соединяют с разными емкостями. В процессе проведения исследования поток всех растворов через капилляр 2 создается шприцевым насосом.Analysis using a biochip is as follows. The biochip capillary 2 is connected to removable sections 11 and 12, which are connected respectively to the discharge tube 13 and the lead tube 14. The biochip is placed on the platform 15 and fixed by pressing bars 16. The discharge tube 13 is connected to a suction syringe pump. The drive tube 14 is connected to a container in which the necessary fluid is located. At the same time, different liquids are used in the analysis process, for which purpose the lead tube 14 is connected to different containers. During the study, the flow of all solutions through capillary 2 is created by a syringe pump.

Биочип заполняют жидкостью следующим образом. Создавая шприцевым насосом разряжение, заполняют жидкостью капилляр 2, секции 11 и 12 и трубки 13 и 14 биочипа. Через пробку 20 в емкость приспособления 19, предназначенного для улавливания пузырей воздуха, вводят иглу шприца. С помощью данного шприца создают разряжение. В результате происходит полное заполнение приспособления 19 жидкостью. При этом приводящую трубку 14 пережимают на участке между капилляром 2 и приспособлением для улавливания пузырей воздуха 19. После удаления воздуха из приспособления 19 использованный для этого шприц удаляют, а проходимость приводящей трубки 14 для жидкости восстанавливают.The biochip is filled with liquid as follows. Creating a vacuum with a syringe pump, the capillary 2, sections 11 and 12, and the biochip tubes 13 and 14 are filled with liquid. Through the plug 20, a syringe needle is inserted into the container of the device 19 for collecting air bubbles. Using this syringe create a vacuum. As a result, the device 19 is completely filled with liquid. In this case, the lead tube 14 is squeezed in the area between the capillary 2 and the device for trapping air bubbles 19. After removing air from the device 19, the syringe used for this is removed, and the patency of the lead tube 14 for liquid is restored.

В процессе проведения анализа в приспособлении 19 будут задерживаться пузыри воздуха, которые могут попадать в трубку 14 при ее соединении с различными емкостями с жидкостями. В случае накопления значительного количества воздуха, он может быть удален таким же образом.During the analysis, air bubbles will be retained in the device 19, which can enter the tube 14 when it is connected to various containers with liquids. If a significant amount of air has accumulated, it can be removed in the same way.

Если этого не было выполнено на этапе изготовления, биочип инкубируют с раствором вещества, блокирующего сайты неспецифического связывания на подложке 1. Для этого через биочип пропускают раствор данного вещества. Затем осуществляют отмывку, для чего через биочип пропускают раствор детергента. Затем устраняют детергент путем подачи потока буферного раствора. Далее заполняют биочип клеточной суспензией и осуществляют инкубацию. При этом возможна инкубация при пропускании потока клеточной суспензии с небольшой скоростью. Инкубация также может осуществляться без подачи потока. В этом случае капилляр заполняют клеточной суспензией, после чего поток жидкости останавливают на определенное время. В процессе инкубации происходит специфическое связывание в области тестовых участков 5 клеток, имеющих на своей поверхности определяемые молекулы. Клетки, не имеющие соответствующих молекул, неспецифически связываются с подложкой биочипа 1. Прочность неспецифического связывания клеток значительно меньше, чем прочность их специфического связывания.If this was not done at the manufacturing stage, the biochip is incubated with a solution of a substance that blocks nonspecific binding sites on the substrate 1. For this, a solution of this substance is passed through the biochip. Then, washing is carried out, for which a detergent solution is passed through the biochip. The detergent is then removed by supplying a stream of buffer solution. Next, the biochip is filled with a cell suspension and incubation is carried out. In this case, incubation is possible while passing the flow of the cell suspension at a low speed. Incubation can also be carried out without flow. In this case, the capillary is filled with a cell suspension, after which the fluid flow is stopped for a certain time. During the incubation process, specific binding takes place in the area of test sites of 5 cells having detectable molecules on their surface. Cells that do not have the corresponding molecules bind non-specifically to the biochip substrate 1. The strength of nonspecific cell binding is much less than the strength of their specific binding.

Затем осуществляют отмывку биочипа от клеток, неспецифически связавшихся с подложкой. Для этого через биочип пропускают поток изотонического буферного раствора. При этом скорость подаваемого потока жидкости постепенно увеличивают до тех пор, пока не начнется отрыв связавшихся клеток из контрольного участка 8. В результате отмывки происходит устранение неспецифически связавшихся клеток из фоновых участков 7. В тестовых участках 5 остаются только специфически связавшиеся клетки. Контроль качества отмывки осуществляют с помощью микроскопического исследования в проходящем свете, для чего платформу 15 с закрепленным в ней биочипом устанавливают а предметном столике микроскопа.Then, the biochip is washed from cells that are non-specifically bound to the substrate. To do this, a stream of isotonic buffer solution is passed through the biochip. In this case, the speed of the supplied fluid flow is gradually increased until the detachment of the bound cells from the control section 8 begins. As a result of washing, the non-specifically bound cells are removed from the background sections 7. In the test sections 5, only specifically bound cells remain. Quality control of washing is carried out using microscopic examination in transmitted light, for which platform 15 with a biochip fixed in it is installed on the microscope stage.

Далее путем микроскопического исследования осуществляют оценку результата. Наличие разметки 9 и участка 10 облегчает нахождение и идентификацию тестовых участков 5.Then, by microscopic examination, the result is evaluated. The presence of the marking 9 and section 10 facilitates the finding and identification of test sections 5.

Может быть выполнено микрофотографирование тестовых участков 5 и проведена обработка полученных изображений.Microphotography of test sections 5 can be performed and processing of the obtained images is carried out.

Все этапы работы могут быть автоматизированы.All stages of work can be automated.

В дальнейшем биочип может быть подвергнут различным видам дополнительных исследований. При этом в случае необходимости секция 4 может быть отделена от секции 3.In the future, the biochip can be subjected to various types of additional studies. In this case, if necessary, section 4 can be separated from section 3.

Claims

1. A biochip for cell research, containing a substrate on which test sites are placed with immobilized molecules of substances capable of binding to surface cell molecules, characterized in that the substrate is a capillary, on the inner surface of the wall of which test sites are located.

2. The biochip according to claim 1, characterized in that the capillary consists of sections hermetically connected to each other.

3. The biochip according to claim 1, characterized in that it is equipped with a lead tube.

4. The biochip according to claim 1, characterized in that it is equipped with a discharge tube.

5. The biochip according to claim 1, characterized in that the capillary has at least one flat wall on which the test sections are located.

6. The biochip according to claim 1, characterized in that it is equipped with a platform to which the capillary is attached.

7. The biochip according to claim 6, characterized in that the platform is removable.

8. The biochip according to claim 1, characterized in that it contains a control section that provides the binding strength of the cells, obviously less than the strength of their specific binding in the field of any of the test sites, but certainly greater than the strength of non-specific binding of cells to the substrate.

9. The biochip according to claim 1, characterized in that it has a markup.

10. The biochip according to claim 1, characterized in that it is equipped with a device for trapping air bubbles.