TWI396740B - Biological wafer - Google Patents

Description

生物晶片

本發明係關於一種生物晶片，尤其是關於一種利用於核酸雜交反應(Hybridization)之生物晶片。

利用探針(probe)核酸與待分析核酸進行雜交配對，係一般用以確認樣本DNA是否具有所欲基因或核酸片段最常使用之方法之一。習知雜交反應分析主要利用印漬法與轉漬法將待分析核酸移轉至一例如薄膜之基質上，而後以具專一性(specificity)的探針核酸進行雜交配對反應，再進一步藉由探針核酸所標記之顯示分子，以呈色、冷光或放射顯影等顯示方式呈現出雜交反應結果。

雜交反應所欲分析之待分析核酸若係由電泳膠體轉印至薄膜上，再與探針進行雜交反應者，稱之為南方轉漬法(Southern blotting)，若係對轉印之RNA進行雜交反應者，則稱之為北方轉漬法(Northern blotting)。其他直接將待分析核酸滴放於薄膜者，以其滴放之範圍而分別稱之為點狀、細紋狀與塊狀印漬法(dot－/slot－/spot blotting)。其中，點狀、細紋狀與塊狀等印漬法，因待分析核酸無須經過電泳之分離，可直接進行轉印之步驟，故可縮短操作分析所需之時間，且因其無須利用到電泳與相關的溶液試劑，在實驗成本上亦較為經濟，故常用在一般定性分析或大批次的檢測分析上。

習知印漬分析方法，係在一薄膜表面滴放以待分析核酸後，利用加熱或是紫外光照射，使待分析核酸穩固交聯(crosslink)於薄膜表面，藉以於後續與探針核酸反應後之清洗反應時，不會被沖刷下來。於習知反應條件下，由於待分析核酸係滴放於一濕潤之薄膜表面，使其於此濕潤表面上進行擴散作用而吸附於該表面上，因此，大部分的待分析核酸多係固定附著於薄膜表面以及表面鄰近之孔洞中，使其所得固定之待分析核酸分子數係有限，則所產生之雜交訊號強度亦將較為微弱，如此對於樣本量較少或分子較長之待分析核酸而言，其反應靈敏度將大幅降低。此外，當加入習知含有阻斷劑(blocking reagent)之探針核酸溶液進行雜交配對反應時，探針核酸亦如同待分析核酸，僅能於薄膜表面進行擴散作用，而以布朗運動方式移動尋找可相配對之待分析核酸。因此，習知核酸雜交反應需經歷較多之操作流程，並需耗費長達十數小時以上之反應時間，對於許多急於知曉檢測結果的試驗，即無法於短時間內完成。此外，對於一些較簡單的核酸定性檢測，若仍須花費相當多時間與試劑去試驗，亦是相當不經濟。因此，研究一快速，能夠簡化印漬分析所需步驟與時間，並同時兼顧低背景雜訊之印漬分析裝置或方法，對於一般簡易檢測或是大批次檢測，都可有效縮短試驗所需時間，並同時大幅降低所需耗費之材料成本。

為改善習知進行雜交反應時，待分析核酸或探針核酸分子僅得藉由自然之布朗運動方式進行移動與鹼基配對，使雜交反應所需時間長達十數小時以上所帶來之耗時問題，同時使更多的待分析核酸能夠附著固定於基質表面與內部，使增加配對分子之數目而增加反應靈敏度，本發明於此提供一種可進行雜交反應之生物晶片，藉由生物晶片內部空間之限制，使進行雜交反應之溶液得進入基質內部，使待分析核酸或探針核酸分子能夠在極短時間內於基質孔洞內完全擴散並完成鹼基配對之雜交反應。此外，於流體加壓之情形下，待分析核酸或探針核酸分子並能夠迅速移動，且因其能流入基質內部，擴增其附著或反應面積，故而一方面可增加配對核酸分子之數目而提升檢測靈敏度，一方面則可藉由流動之移動方式，加速完成鹼基配對，同時使清洗溶液亦得深入基質內部，沖洗掉基質內部未配對之探針核酸，進而改善清洗反應之清潔度，同時降低反應背景值。

基於上述的目的，本發明提供一種生物晶片，包括：該生物晶片內所設呈空腔狀之一雜交室，該雜交室內夾設有一具孔洞之基質，該雜交室分別連通設置有至少一第一流通口與至少一第二流通口，藉以使反應溶液由其中至少一流通口注入後流經該基質內部而由其餘至少一流通口流出。其中，該生物晶片更可由一上基板與一下基板所組構，該上基板與該下基板係上下相疊合連接，該二者間形成有該雜交室，該雜交室內夾設有具孔洞之該基質，該雜交室向該上基板連通有至少一該第一流通口，該雜交室於側邊則連通有至少一該第二流通口。

雜交室所設形狀與厚度並未設有特別的限制，可配合基質之構型調整製作，基質與雜交室之一側壁間可留有一預定寬度之空隙，使反應溶液得由基質之側邊進入基質中。此外，第一流通口可連通開設於該雜交室中心點處之上方，但其開設位置與數目並不僅限於此。另，第一流通口、第二流通口與雜交室間可進一步連通設置一微流道，藉以透過微流道施壓於反應溶液，使反應溶液快速通過基質內部，以促進反應速率。基質於反應前可呈乾燥狀，使於溶液注入時得同時藉由毛細現象之吸引力，迅速進入基質內部。基質之孔洞直徑約係0.1至50 μm，使核酸得通透其中，但其規格並不僅限於此，而其材質則可為尼龍膜(nylon membrane)或硝化纖維紙(nitrocellulose membrane)，但並不以此為限。

藉由本發明之生物晶片，待分析核酸溶液可由任一或數個流通口送入雜交室中為基質所吸附，由於待分析核酸可進入基質內部，因而可增加所得固定之待分析核酸分子數，而增加其測試靈敏度。待分析核酸固定後，亦可由任一或數個流通口送入探針核酸溶液，使探針核酸進入雜交室之基質中，並與待分析核酸進行鹼基配對。由於探針核酸可輕易在基質微小孔洞中移動，因此可迅速完成配對步驟。其後進一步可由任一或數個流通口注入清洗溶液進行清洗反應，基於探針核酸可輕易在基質微小孔洞中移動的相同理由，清洗溶液可將未配對結合之探針核酸輕易地由基質內部沖洗出來，因此可快速、徹底地完成清洗反應，縮短所需反應時間，並降低其背景雜訊值。

本發明同時提供一種生物晶片，其包括一上基板與一下基板，該上基板與該下基板係上下相疊合連接，該二者間形成有一雜交室，該雜交室內上下夾設有一具孔洞之基質，該上基板底緣於與該雜交室相接處突出有複數個小凸柱，該些小凸柱端部係與裝設於該雜交室內之該基質表面相觸接，此外，該雜交室向該上基板連通有至少一第一流通口，該雜交室於側邊則連通有至少一第二流通口，該第二流通口係與該些小凸柱間所間隔之空間相連通。藉由第二流通口與該些小凸柱間所間隔空間之相連通，使由第二流通口注入之溶液得經由小凸柱間之空間進入基質之中，而擴大溶液得進入基質之面積，進而增加該溶液穿透基質之效率與速度，使反應更為迅速而完全。

前述生物晶片，除為雙層之上基板與下基板外，亦可由上基板以及頂基板與底基板所構成之下基板所組構。單層下基板或由頂基板與底基板所組構之雙層下基板，可由雜交室連通設置一第三流通口，該第三流通口並可連通有一第二微流道，第二微流道並連接以一第四流通口，使反應溶液亦得由基質下方進入，而得利用於不同反應流程之試驗中。

以下將配合圖式進一步說明本發明的實施方式，下述所列舉的實施例係用以闡明本發明，並非用以限定本發明之範圍，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

請參閱第一A圖，該圖係本發明實施例之立體分解示意圖。本發明實施例中之生物晶片，包括一上基板10、一下基板20與一基質30。上基板10與下基板20係上下相疊合連接，而基質30則係裝設於上基板10所設之雜交室11中。

請同時參閱第一A圖至第一C圖，上基板10，其設置有一呈圓盤腔狀之雜交室11，雜交室11所設形狀大小與厚度，並未設有特別的限制，其亦可為四邊體空腔狀。雜交室11中心點處穿設有一第一流通口12，第一流通口12開設之位置並未設有特別的限制，其可依據另一流通口設置之位置加以調整，使反應溶液之流徑能遍及整個基質30內部，因此，第一流通口12所設數目亦未設有特別的限制。第一流通口12可進一步連通接設一微流道或流通口(圖中未示)，而方便溶液之注入或各微流道間之配置。

雜交室11之側邊則可連通有一第一微流道14，第一微流道14則連通接設第二流通口13。第一微流道14所設數目與位置亦未設有特別的限制，同樣可依反應溶液之流徑加以調整配置。此外，基質30與雜交室11側壁間並係留有一預定寬度之空隙15，空隙15約在0.05至0.2 mm之間，其中以0.1 mm為較佳。

請繼續參閱第一A圖與第一B圖，雜交室11、第一微流道14與第二流通口13，最終係形成於生物晶片之上基板10與下基板20之間。因此，所述雜交室11、第一微流道14與第二流通口13設置位置並不僅限於上基板10上，其亦可設置於下基板20，或分別於上基板10與下基板20上形成相對應之腔室、微流道或流通口，則上基板10與下基板20連接後，即可形成前述所欲之構型。上基板10與下基板20除如前述分開製作外，其亦可為單片之一體成型，而於製作時於其內部形成前述之雜交室11、第一微流道14與第二流通口13。

生物晶片於本實施例中係一微流體晶片，但並不僅限於此，其亦可包括流道尺寸更微小之奈米流體晶片，或其他可形成本發明構型之晶片。本實施例中微流體晶片之製作可利用習知之材料(例如：石英或玻璃等)作為基材，以濕式蝕刻(wet etching)方式蝕刻出類似毛細管之微流道，而後在其上方覆蓋一層石英或玻璃，即可完成具有封閉微流道或腔室之晶片。其亦可利用硬性高分子，例如聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，以下簡稱PMMA)、聚碳酸酯(polycarbonate，以下簡稱PC)，先以濕式蝕刻在石英材質上製作母模，再以熱壓(embossing)方式於PMMA或PC上形成微流道，最後再蓋以相同材質之下基板。另外，本發明生物晶片亦可藉由軟性高分子來加以製備，屬於軟性高分子之聚二甲基矽氧烷(polydimethyl siloxane，以下簡稱PDMS)，因具有流動性佳之特質，在製作過程中無須加壓母模，因此可減少傷害母模之機會，而使其使用壽命增加，且同時可大量製作，故PDMS係一較佳之基材材質，但並不僅限於此。

基質30，其可為尼龍膜(nylon membrane)或硝化纖維紙(nitrocellulose membrane)等薄膜，但並不以此為限。尼龍膜可帶有正電荷或不帶電，尼龍膜與硝化纖維紙之孔洞直徑可為0.1至50 μm之間，其係依待分析核酸分子量大小而選擇適用之孔徑大小，核酸愈大時所使用之孔徑也愈大，其中以0.2 μm與0.45 μm為較佳。此外，薄膜可呈乾燥狀，使將來注入待分析核酸時可迅速使其吸附於該薄膜上。

請參閱第一D圖，該圖係本發明實施例進行雜交反應時溶液流向之示意圖。進行雜交反前，可由第一流通口12注入待分析核酸溶液T，待分析核酸溶液T進入雜交室11後，由基質30中心點進入基質30內部，並往基質30外緣流動擴散，最後流出於環繞基質30側邊之空隙15內集中，之後經第一微流道14而由第二流通口13排出。若基質30呈乾燥狀，則待分析核酸溶液T得更迅速為基質30微細孔洞所產生之毛細現象所吸引，而更快進入基質30內部之孔洞中。其後，可利用烘乾方式或照射以紫外光之方式，將待分析核酸固定於基質30外露之表面與其內部。

其後，由第一流通口12注入探針核酸溶液P以進行雜交配對反應。探針核酸上標記有顯示分子，藉以檢測雜交反應之結果，該顯示分子可為呈色物質、酵素、螢光物、放射線元素，但並不僅限於此。加入後之探針核酸溶液P，如同前述待分析核酸溶液T之流徑，可佈滿整個基質30中。倘基質於加入探針核酸溶液P前亦屬乾燥狀態，則同樣可使探針核酸溶液P迅速進入基質30內部。加入探針核酸溶液P後，將生物晶片置於適當溫度下(例如：40~48℃)約數分鐘，使探針核酸尋找得相配對之待分析核酸進行配對(annealing)，即可完成鹼基配對之雜交反應步驟。

雜交配對反應之後，必須將未完成配對之探針核酸洗去。沖洗時，可由第二流通口13注入清洗溶液W，清洗溶液W得經過第一微流道14進入雜交室11中，其進入雜交室11後首先充滿整個空隙15，再由基質30之側邊逐漸擴散往基質30中心流動，最後由第一流通口12排出。由於清洗時，清洗溶液W係由整個基質30外側進入內部沖刷，因此能夠迅速、輕易地將較小分子之探針核酸由基質30之孔洞中沖出，因此可降低其背景雜訊值，並縮短沖洗所需時間。最後對探針核酸所標記之顯示分子進行偵測，即可獲致雜交反應之結果。

請參閱第二A圖，該圖係本發明第二實施例之立體分解示意圖。本發明實施例中之生物晶片，包括一上基板40、一下基板20與一基質30。上基板40與下基板20係上下相疊合連接，而基質30則係裝設於上基板40所設之雜交室41中。

請同時參閱第二A圖至第二C圖，上基板40，其設置有一呈圓盤腔狀之雜交室41，雜交室41所設形狀大小，並未設有特別的限制，其亦可為四邊體空腔狀。雜交室41穿設有一第一流通口42，第一流通口42所設數目與開設之位置並未設有特別的限制，其可依據另一流通口設置之位置加以調整，使反應溶液之流徑能遍及整個基質30內部，此外，第一流通口42可進一步連通接設一微流道或流通口(圖中未示)，而方便溶液之注入或各微流道間之配置。

上基板40底緣於與雜交室41相接處突出有複數個小凸柱411，該些小凸柱411端部於生物晶片組設後，係與裝設於雜交室41內之基質30表面相觸接。

雜交室41之側邊則可連通有二第一微流道44，第一微流道44則分別連通接設一第二流通口43。第一微流道44所設數目與位置亦未設有特別的限制，同樣可依反應溶液之流徑加以調整配置。第二流通口43與第一微流道44係與該些小凸柱411間所間隔之空間相連通。此外，基質30與雜交室41側壁間並係留有一預定寬度之空隙45，空隙45約在0.05至0.2 mm之間，其中以0.1 mm為較佳。

請繼續參閱第二A圖與第二B圖，雜交室41、第一微流道44與第二流通口43，最終係形成於生物晶片之上基板40與下基板20之間。因此，所述雜交室41、第一微流道44與第二流通口13設置位置並不僅限於上基板40上，其亦可設置於下基板20，或分別於上基板40與下基板20上形成相對應之腔室、微流道或流通口，則上基板40與下基板20連接後，即可形成前述所欲之構型。

生物晶片之製作，可利用前述習知方式製得，但並不以此為限。基質30之材質、形狀與孔洞大小同樣可如前述，並未設有特別的限制。

請參閱第二D圖，該圖係本發明第二實施例進行雜交反應時溶液流向之示意圖。進行雜交反前，可由左側第二流通口43注入待分析核酸溶液T，待分析核酸溶液T流經第一微流道44進入雜交室41。在雜交室41中，待分析核酸溶液T一方面充滿整個空隙45，由基質30側邊進入基質30內部，另一方面則流至小凸柱411間之空間中，而由基質30之上表面進入，往基質30底部流動擴散，最後經第一微流道44由右側之第二流通口43與第一流通口42排出。若基質30呈乾燥狀，則待分析核酸溶液T得更迅速為基質30微細孔洞所產生之毛細現象所吸引，而更快進入基質30內部之孔洞中。其後，可利用烘乾方式或照射以紫外光之方式，將待分析核酸固定於基質30外露之表面與其內部。

其後，由第一流通口42注入探針核酸溶液P以進行雜交配對反應。加入後之探針核酸溶液P，如同第一實施例中待分析核酸溶液T之流徑，可佈滿整個基質30中。倘基質於加入探針核酸溶液P前亦屬乾燥狀態，則同樣可使探針核酸溶液P迅速進入基質30內部。加入探針核酸溶液P後，將生物晶片置於適當溫度下(例如：40~48℃)約數分鐘，使探針核酸尋找得相配對之待分析核酸進行配對，即可完成鹼基配對之雜交反應步驟。

雜交配對反應之後，可由左側之第二流通口43注入清洗溶液W，清洗溶液W經過第一微流道44流入雜交室41中，如前所述由基質30之側邊與上表面進往基質30中心與底部流動，最後由第一流通口42與右側之第二流通口43排出。由於清洗時，清洗溶液W係由整個基質30側邊以及上表面進入內部沖刷，因此能夠更迅速、更輕易地將較小分子之探針核酸由基質30之孔洞中沖出，因此可降低其背景雜訊值，並縮短沖洗所需時間。

請參閱第三A圖，該圖係本發明第三實施例之立體分解示意圖。本發明實施例中之生物晶片，包括一上基板50、一由頂基板201與底基板202所組構之下基板20與一基質30。上基板50與頂基板201、底基板202係上下相疊合連接，而基質30則係裝設於上基板50所設之雜交室51中。

請同時參閱第三A圖至第三C圖，上基板50，其設置有一呈圓盤腔狀之雜交室51，雜交室51所設形狀大小，並未設有特別的限制，其亦可為四邊體空腔狀。雜交室51穿設有一第一流通口52，第一流通口52所設數目與開設之位置並未設有特別的限制，其可依據另一流通口設置之位置加以調整，使反應溶液之流徑能遍及整個基質30內部，此外，第一流通口52可進一步連通接設一微流道或流通口(圖中未示)，而方便溶液之注入或各微流道間之配置。

上基板50底緣於與雜交室51相接處突出有複數個小凸柱511，該些小凸柱511端部於生物晶片組設後，係與裝設於雜交室51內之基質30表面相觸接。

雜交室51之側邊則可連通有二第一微流道54，第一微流道54則分別連通接設一第二流通口53。第一微流道54所設數目與位置亦未設有特別的限制，同樣可依反應溶液之流徑加以調整配置。第二流通口53與第一微流道54係與該些小凸柱511間所間隔之空間相連通。此外，基質30與雜交室51側壁間並係留有一預定寬度之空隙55，空隙55約在0.05至0.2 mm之間，其中以0.1 mm為較佳。

下基板20於本施例中係由頂基板201與底基板202上下相疊合所組構。頂基板201貫通有一第三流通口2011，底基板202上則設有一與第三流通口2011相對應之第三流通口2021。第三流通口2011或2021可僅設置於單層之下基板20中，抑或如本實施例設置於頂基板201與底基板202之雙層下基板20中。第三流通口2021可連通接設一第二微流道2022，再由第二微流道2022接設一第四流通口2023。

請繼續參閱第三A圖與第三B圖，雜交室51、第一微流道54與第二流通口53，最終係形成於生物晶片之上基板50與下基板20之間。因此，所述雜交室51、第一微流道54與第二流通口53設置位置並不僅限於上基板50上，其亦可設置於下基板20，或分別於上基板50與下基板20上形成相對應之腔室、微流道或流通口，則上基板50與下基板20連接後，即可形成前述所欲之構型。同樣之狀況下，第三流通口2011、2021、第二微流道2022與第四流通口2023，亦可僅設置於頂基板201或底基板202上，或相對應之頂基板201、底基板202間。

生物晶片之製作，可利用前述習知方式製得，但並不以此為限。基質30之材質、形狀與孔洞大小同樣可如前述，並未設有特別的限制。

請參閱第三D圖，該圖係本發明第三實施例進行雜交反應時溶液流向之示意圖。進行雜交反前，可由第四流通口2023注入待分析核酸溶液T，待分析核酸溶液T並經第二微流道2022、第三流通口2021與2011進入雜交室51。在雜交室51中，待分析核酸溶液T由基質30底部中心點進入基質30內部，並往基質30外緣流動擴散，其中有些則是從該些小凸柱511間之空間流出，最後集中於環繞基質30側邊之空隙55內，而分別由上下兩側之第一微流道54與第二流通口53以及第一流通口52排出。若基質30呈乾燥狀，則待分析核酸溶液T得更迅速為基質30微細孔洞所產生之毛細現象所吸引，而更快進入基質30內部之孔洞中。其後，可利用烘乾方式或照射以紫外光之方式，將待分析核酸固定於基質30外露之表面與其內部。

其後，由第一流通口52注入探針核酸溶液P以進行雜交配對反應。加入後之探針核酸溶液P，如同第一實施例中待分析核酸溶液T之流徑，可佈滿整個基質30中。倘基質於加入探針核酸溶液P前亦屬乾燥狀態，則同樣可使探針核酸溶液P迅速進入基質30內部。加入探針核酸溶液P後，將生物晶片置於適當溫度下(例如：40~48℃)約數分鐘，使探針核酸尋找得相配對之待分析核酸進行配對，即可完成鹼基配對之雜交反應步驟。

雜交配對反應之後，可由第四流通口2023注入清洗溶液W，清洗溶液W經過第二微流道54、第三流通口2021與2011，進入雜交室51中，如前所述清洗溶液W可由基質30底部中心點進入基質30內部，並往基質30外緣流動擴散，其中有些則是從該些小凸柱511間之空間流出，最後集中於環繞基質30側邊之空隙55內，而分別由上下兩側之第一微流道54與第二流通口53以及第一流通口52排出。由於清洗時，清洗溶液W係由整個基質30下表面進入內部沖刷，透過向外之擴散以及小凸柱511間空間之導引流動，因此能夠輕易地將較小分子之探針核酸由基質30之孔洞中沖出，進而降低其背景雜訊值，並縮短沖洗所需時間。

請參閱第四A圖，該圖係本發明第四實施例之立體分解示意圖。本發明實施例中之生物晶片，包括一上基板60、一由頂基板201與底基板202所組構之下基板20與一基質30。上基板60與頂基板201、底基板202係上下相疊合連接，而基質30則係裝設於上基板60所設之雜交室61中。

請同時參閱第四A圖至第四C圖，上基板60，其設置有一呈圓盤腔狀之雜交室61，雜交室61所設形狀大小，並未設有特別的限制，其亦可為四邊體空腔狀。雜交室61穿設有一第一流通口62，第一流通口62所設數目與開設之位置並未設有特別的限制，其可依據另一流通口設置之位置加以調整，使反應溶液之流徑能遍及整個基質30內部。此外，第一流通口62可進一步連通接設一微流道或流通口(圖中未示)，而方便溶液之注入或各微流道間之配置。

雜交室61之側邊則可連通有二第一微流道64，第一微流道64則分別連通接設一第二流通口63。第一微流道64所設數目與位置亦未設有特別的限制，同樣可依反應溶液之流徑加以調整配置。此外，基質30與雜交室61側壁間並係留有一預定寬度之空隙65，空隙65約在0.05至0.2 mm之間，其中以0.1 mm為較佳。

下基板20於本施例中係由頂基板201與底基板202上下相疊合所組構。頂基板201貫通有一第三流通口2011，底基板202上則設有一與第三流通口2011相對應之第三流通口2021。第三流通口2011或2021可僅設置於單層之下基板20中，抑或如本實施例設置於頂基板201與底基板202之雙層下基板20中。第三流通口2021可連通接設一第二微流道2022，再由第二微流道2022接設一第四流通口2023。

請繼續參閱第四A圖與第四B圖，雜交室61、第一微流道64與第二流通口63，最終係形成於生物晶片之上基板60與下基板20之間。因此，所述雜交室61、第一微流道64與第二流通口63設置位置並不僅限於上基板60上，其亦可設置於下基板20，或分別於上基板60與下基板20上形成相對應之腔室、微流道或流通口，則上基板60與下基板20連接後，即可形成前述所欲之構型。同樣之狀況下，第三流通口2011、2021、第二微流道2022與第四流通口2023，亦可僅設置於頂基板201或底基板202上，或相對應之頂基板201、底基板202間。

生物晶片之製作，可利用前述習知方式製得，但並不以此為限。基質30之材質、形狀與孔洞大小同樣可如前述，並未設有特別的限制。

請參閱第四D圖，該圖係本發明第四實施例進行雜交反應時溶液流向之示意圖。進行雜交反前，可由第四流通口2023注入待分析核酸溶液T，待分析核酸溶液T並經第二微流道2022、第三流通口2021與2011進入雜交室61。在雜交室61中，待分析核酸溶液T由基質30底部中心點進入基質30內部，並往基質30外緣流動擴散，最後集中於環繞基質30側邊之空隙65內，而分別由上下兩側之第一微流道64與第二流通口63以及第一流通口62排出。若基質30呈乾燥狀，則待分析核酸溶液T得更迅速為基質30微細孔洞所產生之毛細現象所吸引，而更快進入基質30內部之孔洞中。其後，可利用烘乾方式或照射以紫外光之方式，將待分析核酸固定於基質30外露之表面與其內部。

其後，由第一流通口62注入探針核酸溶液P以進行雜交配對反應。加入後之探針核酸溶液P，如同第一實施例中待分析核酸溶液T之流徑，可佈滿整個基質30中。倘基質於加入探針核酸溶液P前亦屬乾燥狀態，則同樣可使探針核酸溶液P迅速進入基質30內部。加入探針核酸溶液P後，將生物晶片置於適當溫度下(例如：40~48℃)約數分鐘，使探針核酸尋找得相配對之待分析核酸進行配對，即可完成鹼基配對之雜交反應步驟。

雜交配對反應之後，可由第四流通口2023注入清洗溶液W，清洗溶液W經過第二微流道64、第三流通口2021與2011，進入雜交室61中，如前所述清洗溶液W可由基質30底部中心點進入基質30內部，並往基質30外緣流動擴散，最後集中於環繞基質30側邊之空隙65內，而分別由上下兩側之第一微流道64與第二流通口63排出，部分則由第一流通口62排出。由於清洗時，清洗溶液W係由整個基質30下表面進入內部沖刷，因此能夠輕易地將較小分子之探針核酸由基質30之孔洞中沖出，進而降低其背景雜訊值，並縮短沖洗所需時間。

依據眾所周知之聚合酶連鎖反應(Polymerase chain reaction，PCR)，引子(primer)與待分析核酸之配對(annealing)時間僅需不到1分鐘即可完成。因此，於本發明之結構下，探針核酸進入或碰觸基質後，能夠在相當短的時間內於基質內部或部分表面擴散完全，並與相配對之待分析核酸完成鹼基配對，因而能夠大幅縮短習知雜交反應所需花費十數小時之時間，而於數分鐘內完成。另一方面，由於探針核酸與待分析核酸之配對係相當迅速，故該探針核酸於極短之雜加反應時間內並不易附著於基質上，且清洗溶液沖洗時，清洗溶液得沖入基質內部，因而可輕易清洗掉與基質非專一性結合且分子較小之探針核酸，而呈現出低背景雜訊之雜交反應結果。此外，前述各種生物晶片實施例應用於雜交反應時，待分析核酸溶液T、探針核酸溶液P與清洗溶液W所選擇之注入口或流出口僅係例示，其亦可由其他流通口注入，而於其餘流通口排出。

10．．．上基板

11．．．雜交室

12．．．第一流通口

13．．．第二流通口

14．．．第一微流道

15．．．空隙

20．．．下基板

201．．．頂基板

2011．．．第三流通口

202．．．底基板

2021．．．第三流通口

2022．．．第二微流道

2023．．．第四流通口

30．．．基質

40．．．上基板

41．．．雜交室

411．．．小凸柱

42．．．第一流通口

43．．．第二流通口

44．．．第一微流道

45．．．空隙

50．．．上基板

51．．．雜交室

511．．．小凸柱

52．．．第一流通口

53．．．第二流通口

54．．．第一微流道

55．．．空隙

60．．．上基板

61．．．雜交室

62．．．第一流通口

63．．．第二流通口

64．．．第一微流道

65．．．空隙

T．．．待分析核酸溶液

P．．．探針核酸溶液

W．．．清洗溶液

第一A圖係本發明實施例之立體分解示意圖。

第一B圖係本發明實施例組設後之剖面示意圖。

第一C圖係本發明實施例組設後之俯視示意圖。

第一D圖係本發明實施例進行雜交反應時溶液流向之示意圖。

第二A圖係本發明第二實施例之立體分解示意圖。

第二B圖係本發明第二實施例組設後之剖面示意圖。

第二C圖係本發明第二實施例組設後之俯視示意圖。

第二D圖係本發明第二實施例進行雜交反應時溶液流向之示意圖。

第三A圖係本發明第三實施例之立體分解示意圖。

第三B圖係本發明第三實施例組設後之剖面示意圖。

第三C圖係本發明第三實施例組設後之俯視示意圖。

第三D圖係本發明第三實施例進行雜交反應時溶液流向之示意圖。

第四A圖係本發明第四實施例之立體分解示意圖。

第四B圖係本發明第四實施例組設後之剖面示意圖。

第四C圖係本發明第四實施例組設後之俯視示意圖。

第四D圖係本發明第四實施例進行雜交反應時溶液流向之示意圖。

10．．．上基板

11．．．雜交室

12．．．第一流通口

13．．．第二流通口

14．．．第一微流道

20．．．下基板

30．．．基質

Claims (25)

1. 一種核酸雜交反應用之生物晶片，包括：該生物晶片內所設呈空腔狀之一雜交室，該雜交室內夾設有一具孔洞之基質，該雜交室分別連通設置有至少一第一流通口與至少一第二流通口，藉以使反應溶液由其中至少一流通口注入後流經該基質內部而由其餘至少一流通口流出，其中該基質與該雜交室之一側壁間係留有一預定寬度之空隙。
2. 如申請專利範圍第1項所述之核酸雜交反應用之生物晶片，該生物晶片包括一上基板與一下基板，該上基板與該下基板係上下相疊合連接，該二者間形成有該雜交室，該雜交室內夾設有具孔洞之該基質，該雜交室向該上基板連通有至少一該第一流通口，該雜交室於側邊則連通有至少一該第二流通口。
3. 如申請專利範圍第2項所述之核酸雜交反應用之生物晶片，其中該雜交室係呈圓盤空腔狀，而該第一流通口係連通開設於該雜交室中心點處之上方。
4. 如申請專利範圍第2項所述之核酸雜交反應用之生物晶片，其中該雜交室係呈四邊體空腔狀，而該第一流通口係連通開設於該雜交室中心點處之上方。
5. 如申請專利範圍第2項所述之核酸雜交反應用之生物晶片，其中該第二流通口與該雜交室間進一步連通接設有一第一微流道。
6. 如申請專利範圍第2項所述之核酸雜交反應用之生物晶片，其中該基質之孔洞直徑係0.1至50 μm。
7. 如申請專利範圍第2項所述之核酸雜交反應用之生物晶片，其中該基質係呈乾燥狀。
8. 如申請專利範圍第2或6項所述之核酸雜交反應用之生物晶片，其中該基質係一尼龍膜(nylon membrane)。
9. 如申請專利範圍第2或6項所述之核酸雜交反應用之生物晶片，其中該基質係一硝化纖維紙(nitrocellulose membrane)。
10. 如申請專利範圍第2項所述之核酸雜交反應用之生物晶片，其中該雜交室向該下基板進一步連通有至少一第三流通口。
11. 如申請專利範圍第10項所述之核酸雜交反應用之生物晶片，其中該下基板進一步係由一頂基板與一底基板上下相疊合連接所組構，該第三流通口則係形成於該頂基板與該底基板之間。
12. 如申請專利範圍第10或11項所述之核酸雜交反應用之生物晶片，其中該第三流通口進一步延伸連接有一第二微流道，該第二微流道並連通設置有一第四流通口。
13. 如申請專利範圍第2項所述之核酸雜交反應用之生物晶片，其中該第一流通口與該雜交室間進一步連通接設有一第三微流道。
14. 一種核酸雜交反應用之生物晶片，包括： 一上基板與一下基板，該上基板與該下基板係上下相疊合連接，該二者間形成有一雜交室，該雜交室內上下夾設有一具孔洞之基質，該上基板底緣於與該雜交室相接處突出有複數個小凸柱，該些小凸柱端部係與裝設於該雜交室內之該基質表面直接接觸，此外，該雜交室向該上基板連通有至少一第一流通口，該雜交室於側邊則連通有至少一第二流通口，該第二流通口係與該些小凸柱間所間隔之空間相連通，其中該基質與該雜交室之一側壁間係留有一預定寬度之空隙。
15. 如申請專利範圍第14項所述之核酸雜交反應用之生物晶片，其中該第二流通口與該雜交室間進一步連通接設有一第一微流道。
16. 如申請專利範圍第14項所述之核酸雜交反應用之生物晶片，其中該雜交室向該下基板進一步連通至少有一第三流通口。
17. 如申請專利範圍第16項所述之核酸雜交反應用之生物晶片，其中該下基板進一步係由一頂基板與一底基板上下相疊合連接所組構，該第三流通口則係形成於該頂基板與該底基板之間。
18. 如申請專利範圍第16或17項所述之核酸雜交反應用之生物晶片，其中該第三流通口進一步延伸連接有一第二微流道，該第二微流道並連通設置有一第四流通口。
19. 如申請專利範圍第16或17項所述之核酸雜交反應用之生物晶片，其中該雜交室係呈圓盤空腔狀，而該第三流通口係連通開設於該雜交室中心點處之下方。
20. 如申請專利範圍第16或17項所述之核酸雜交反應用之生物晶片，其中該雜交室係呈四邊體空腔狀，而該第三流通口係連通開設於該雜交室中心點處之下方。
21. 如申請專利範圍第14項所述之核酸雜交反應用之生物晶片，其中該第一流通口與該雜交室間進一步連通接設有一第三微流道。
22. 如申請專利範圍第14項所述之核酸雜交反應用之生物晶片，其中該基質之孔洞直徑係0.1至50 μm。
23. 如申請專利範圍第14或22項所述之核酸雜交反應用之生物晶片，其中該基質係呈乾燥狀。
24. 如申請專利範圍第14或22項所述之核酸雜交反應用之生物晶片，其中該基質係一尼龍膜。
25. 如申請專利範圍第14或22項所述之核酸雜交反應用之生物晶片，其中該基質係一硝化纖維紙。