專利名稱：一種生物芯片點樣平臺的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及微陣列生物芯片的制備，更確切的說，涉及一種多指標、多人份并行檢 測用微陣列生物芯片的快速點樣平臺。
背景技術：
現(xiàn)有的幾種生物芯片制備的方法，基本上可分為兩大類 一類是原位合成(即在支持物 表面直接原位合成寡核苷酸探針)； 一類是預合成后直接點樣，將微量DNA溶液直接以微陣 列的形式點放并固化在芯片載體上。由于原位合成方法非常復雜，所以大多數(shù)的DNA微陣列 芯片都是采用合成點樣法。而蛋白芯片的制備，由于方法的限制，都是采用先合成后點樣的 方法制備。合成點樣法是將預先通過液相化學合成好的探針經(jīng)純化、定量分析后，通過微陣 列點樣平臺，準辨、快速地將不同探針樣品定量點樣于帶正電荷的尼龍膜或硅片等相應位置 上，固化后即得到DNA微陣列或蛋白芯片。點樣的方式分兩種，其一為接觸式點樣，即點樣 針直接與固相支持物表面接觸，將樣品留在固相支持物上；其二為非接觸式點樣，即噴點， 它是以壓電原理或微量電磁閥通斷原理將樣品通過毛細管直接噴至固相支持物表面。國內外 的很多公司和科研機構先后開發(fā)出了各種具有各自特色的生物芯片點樣儀?，F(xiàn)有的生物芯片點樣儀，主要分為兩種 一種是面向個人、實驗室和醫(yī)院的小型點樣儀， 其操作靈活，可滿足各種個性化的點樣要求，且價格低廉，但是點樣效率較低，精度和工作 穩(wěn)定性較差，適用于科學研究與其他簡單的應用。另一種是提供給生物芯片制造商或者專業(yè) 研究機構的大型工作站，這些設備多采用精密的電控平臺組成機械手，運動精度、點樣效率、 和工作穩(wěn)定性都有明顯提高，但是其價格高昂，所以該類設備適用于具有一定實力的生物芯 片制造商或者專業(yè)研究機構進行深入研究和生產(chǎn)，且該類設備多為國外進口設備，由于其價 格昂貴，耗材成本高，不適合在國內進行推廣。另外，目前大多生物芯片點樣設備都是設計 為將探針點在玻片等剛性載體上，很少有點在膜等軟性載體上，面向點樣基質比較單一。但是隨著生物芯片技術的發(fā)展，生物芯片的需求增加，對生物芯片點樣儀的要求也進一 步提高，向精度更高、速度更快、效率更高、適用性更廣的方向發(fā)展，而目前現(xiàn)有的生物芯 片點樣儀已經(jīng)無法滿足這種快速大型化生產(chǎn)的需要。與此同時，隨著科學技術的進步，其它 相關技術的迅速發(fā)展，卻為生物芯片制備提供了更好的技術支持，比如運動控制技術中更高 速、精度更高的精密線性電機的實用新型，必然會帶來生物芯片點樣技術中的革命。發(fā)明內容本實用新型的目的是提供一種微陣列生物芯片快速制備平臺，可以克服上述技術的不足， 提供一種高精度、快速高效、模塊化、功能齊全、結構緊湊、可以應用于多指標、多人份檢 測用微陣列生物芯片的生產(chǎn)制備。本實用新型具有操作簡便、速度快、效率高、精度高、適 用性廣等特點，不僅適用于實驗室和醫(yī)院研究用生物芯片的制備，而且適用于生物芯片制造 商的生物芯片大規(guī)模生產(chǎn)，能加快生物芯片技術產(chǎn)業(yè)在國內的廣泛推廣及發(fā)展。 本實用新型的技術方案如下-一種生物芯斤點枰平臺，由工作平臺、三維分配機械手、點樣頭、芯片固定平臺、樣品 盒平臺、點樣針清洗干燥裝置、電控箱、計算機組成；其中三維分配機械手、芯片固定平臺、 樣品盒平臺、點樣針超聲清洗干燥裝置都固定在工作平臺上，點樣頭固定或連接在三維分配 機械手上；三維分配機械手、點樣頭、點樣針清洗干燥裝置、電控箱和計算機之間由數(shù)據(jù)線 連接并受計算機軟件控制。所述的三維分配機械手由X軸、Y軸和Z軸組合而成，作為本實用新型的一種改進，其 中X軸、Y軸由精密線性電機(或稱線性馬達)組合，而其中Z軸運動平臺可以為線性電機， 也可以為普通電控平移臺。精密線性電機(或稱線性馬達)具有精密編碼器進行反饋，形成 閉環(huán)式控制。所述的三維分配機械手可以為龍門式結構——即X軸線性電機直接安裝在底座 上，包括相互平行的兩條導軌和驅動電機，Y軸線性電機呈門字形安裝在X軸上，Z軸運動平 臺連接在Y軸線性電機上，點樣頭安裝在Z軸之上；也可以為倒垂式——即X軸線性電機通 過支柱架在底座上空，Y軸線性電機直接安裝在X軸上，然后Z軸運動平臺連接在Y軸線性 電機上，點樣頭安裝在Z軸之上。作為本實用新型的另一種改進，芯片固定平臺包括玻片固定平臺、標準多孔板固定平臺 和膜芯片固定平臺三種平臺，玻片固定平臺由載玻片托板、裝卡手輪、玻片壓簧片等組成， 玻片裝卡槽在載玻片托板上，配合玻片壓簧片用來裝卡玻片，而標準多孔板固定平臺和膜芯 片固定平臺為具有一定數(shù)量凹槽的平行板，可以裝卡標準多孔板、膜芯片等。所述的玻片固 定平臺、標準多孔板固定平臺和膜芯片固定平臺設計為多個安裝尺寸相同的可以相互替換的 模塊，通過卡槽或螺釘?shù)瓤煞奖悴鹦兜姆绞焦潭ㄔ诠ぷ髌脚_上，可以方便的從工作平臺上取 下和擺放，通過工作平臺上的定位塊進行定位。操作時可以從點樣平臺中取出，在設備外擺 放所有的玻片后再放入點樣平臺中。作為本實用新型的另一種改進，所述的點樣針清洗干燥裝置包括粗洗槽、精洗槽和風千 槽，粗洗槽和精洗槽放有流動的清洗液，粗洗槽和精洗槽底部裝有超聲波發(fā)生器，利用其"空 化"效應加強清洗，點樣針先放入粗洗槽、洗除大部分殘留樣品，然后再放入精洗槽，進一 步清洗掉頑固的殘留物，接著到風干槽風干點樣針，干燥過程通過快速經(jīng)過點樣針針尖附近 的強空氣流來完成。所述的工作平臺為高度平整的平板，平板中有中空的迂回密閉管路，管路中充滿流動的 冷卻液，并通過2 8個接口以及連接管連接到冷卻箱，由冷卻箱對管路中的冷卻液進行溫度 控制。所述的計算機控制程序的設計模型是控制XYZ三維機械手、控制點樣管路系統(tǒng)的點樣動 作、控制點樣的數(shù)目和能在相同的點上重復。作為本實用新型的改進之一，使用了線性電機作為三維分配機械手的組件，所以也就引 入了很多線性電機的優(yōu)勢小型化設計，所需空間小高加速度，高移動速度；精確性高而 且定位快速運動平順；可靠度高；無摩擦損耗；耐久使用不需要校正；維護簡單。與目前已有的產(chǎn)品相比，本實用新型的主要優(yōu)點在于1)速度快。由于線性電機的加速度可以高達50m/V,所以在瞬時就可以將速度提升到設 定速度，而且其本身最高的速度就可以高達3m/s,是現(xiàn)有點樣儀中傳統(tǒng)使用的滾珠 螺桿傳動方式所無法達到的。2) 效率高。由于微陣列生物芯片點樣的過程中絕大部分的時間用在分配機械手的位置移 動中，而線性電機的高加速度和可達高速性能使得其位置移動相同距離的時間大大縮 短，點樣效率大大提高。便于取放的芯片固定平臺可以在點樣設備外進行玻片擺放再 放入點樣平臺中，打破了原有設備在工作平臺中依次擺放玻片的操作模式，即使在點 樣設備工作時還可以在設備外擺放玻片再放入點樣平臺中，避免了擺放玻片占用點樣 設備工作時間的問題。3) 精度高?，F(xiàn)有點樣儀中傳統(tǒng)使用的滾珠螺桿傳動方式的重復定位精度一般都大于 lOum，而線性電機的重復定位精度可以高達2um，再配合高精度的數(shù)字式光學尺，可 以達到更高的精度。而且其運行過程中無摩擦損耗，避免了由于長時間運行過程中機 械磨損帶來的誤差。4) 結構緊湊。由于線性電機采用直接驅動的方式，可以減少定位系統(tǒng)的零件數(shù)目，將三 維分配機械手小型化，這樣可以節(jié)約更多的空間給工作平臺，而且芯片固定平臺為可 以更換的模塊化設計，不僅適用更多的芯片基質，也使工作平臺的利用率更高。5) 適用性廣。本點樣平臺中的芯片固定平臺包括膜芯f固定平臺、標準多孔板固定平臺 和玻片固定平臺兩種可以相互替換的平臺，可適用多種點樣基質，可以是一張或多張 尼龍膜或者硝酸纖維膜等膜基質，也可以是一個或多個玻片等剛性基質，還可以是一 塊或多塊標準多孔板。6) 交叉污染少。本實用新型中所述的點樣針清洗干燥裝置包括粗洗槽、精洗槽和風干槽， 不僅全過程采用超聲清洗，而且兩次清洗都是采用流動的洗滌液進行清洗，再配合風 干去除殘液，大大提高了清洗的效率，減少了交叉污染。7) 儀器本身的成本低。國外的一套儀器價格一般為幾十萬芙元，而本設備的成本僅幾十 萬元人民幣，但其點樣效率卻是相當于多套國外設備，其性價比明顯高出許多?？傊?，該點樣平臺具有結構緊湊、操作簡便、速度快、效率高、精度高、交叉污染少、 適用性廣等特點，不僅適用于實驗室和醫(yī)院研究用生物芯片的制備，而且適用于生物芯片制 造商的生物芯片大規(guī)模生產(chǎn)。


圖.1為本實用新型所述生物芯片點樣平臺的一個實施例的三維示意圖；圖.2為本實用新型中所述生物芯片點樣平臺的一個實施例的上視方向示意圖；圖.3為本實用新型實施例中玻片固定平臺安裝好玻片并壓緊玻片時上視方向的示意圖；圖.4為本實用新型實施例中玻片固定平臺安裝好玻片并松開可以取放玻片時的三維示意圖；圖.5為本實用新型實施例中96孔標準板固定平臺安裝好96孔標準板時的三維示意圖； 圖.6為本實用新型實施例中48孔膜芯片固定平臺安裝好48孔膜芯片時的三維示意圖； 圖.7為本實用新型實施例中點樣針清洗干燥裝置的上視方向示意圖。其中，(1)為X軸精密線性電機；(2)為冷卻箱；(3)為Y軸精密線性電機；(4)為Z軸精密電控移動平臺，也可以為精密線性電機；(5)為可以安裝1 48跟點樣針的點樣頭；(6)為玻片固定平臺；(7)為一號緩沖液槽；(8)為二號緩沖液槽(9)為點樣針 清洗干燥裝置；(10)為樣品盒平臺；(11)為樣品板(12)為工作平臺；(13)為評審拍攝裝置；(14)為點樣儀底座；(15)為電控箱；(16)為可調滑輪腳組；(17)為標準 玻片；(18)為玻片托板；(19)為裝卡手輪、(20)為玻片壓簧片；(21)為標準多孔板； (22)為標準多孔板固定平臺；(23)為48孔膜芯片；(24)為48孔膜芯片固定平臺；(25) 為點樣針清洗干燥裝置的負壓出口； (26)為點樣針清洗干燥裝置的一號進液口； (27)為 點樣針清洗干燥裝置的二號進液口； (28)為點樣針清洗干燥裝置的風干隔板；(29)為點 樣針清洗千燥裝置的精洗槽，(30)為點樣針清洗干燥裝置的粗洗槽；(31)點樣針清洗干 燥裝置的超聲波發(fā)生器；(3) 2為點樣針清洗干燥裝置的出液口。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明如圖1和圖2所示，本實用新型所述的一種生物芯片點樣平臺，包括底座(14)，安裝 在底座(14)上的工作平臺(12)，用精密線性電機(1)和(3)以及精密電控平移臺(4) 組合成的三維分配機械手，具有1 48根點樣針的點樣頭(5)。所述的底座(14)可以直接 通過可調支撐腳擺放在桌面上，也可以通過支架以及可調滑輪腳組(16)放在地面上。所述 的工作平臺(12)上設有芯片固定平臺(6)、緩沖液槽(7)和(8)、樣品盒平臺(10)、 點樣針清洗干燥裝置(9)、以及評審拍攝裝置(13)。其中，所述的三維分配機械手由X軸(1) 、 Y軸(3)和Z軸(4)組合而成，作為本實 用新型的一種改進，其中X軸(1) 、 Y軸(3)由精密線性電機(或稱線性馬達)組合，而 其中Z軸運動平臺(4)可以為線性電機，也可以為常用精密電控平移臺。精密線性電機(或 稱線性馬達)(1) (3)具有精密編碼器進行反饋，形成閉環(huán)式控制。所述的三維分配機械 手可以為龍門式結構——即X軸線性電機(1)直接安裝在底座(14)上，包括相互平行的兩 條導軌和驅動部分，Y軸線性電機(3)通過連接板呈"門"字形安裝在X軸(1)上，Z軸運 動平臺(4)通過連接板連接在Y軸線性電機(3)上，點樣頭(5)安裝在Z軸(4)之上， 點樣針安裝在點樣頭(5)上；也可以為倒垂式——即X軸線性電機(1)通過支柱架在底座 (14)上空，Y軸線性電機(3)直接安裝在X軸(1)上，然后Z軸運動平臺(4)連接在Y 軸線性電機(3)上，點樣頭(5)安裝在Z軸(4)之上。作為本實用新型的另一種改進，所述的芯片固定平臺包括玻片固定平臺(6)、標準多孔 板固定平臺(22)和膜芯片固定平臺(24)三種平臺。玻片固定平臺(6)由載玻片托板(18)、 裝卡手輪(19)、玻片壓簧片(20)等組成，玻片裝卡槽在載玻片托板(18)上，配合玻片 壓簧片(20)用來裝卡玻片(17)，裝卡手輪(19)則用于玻片壓簧片(20)的操作與定位； 而標準多孔板固定平臺(22)和膜芯片固定平臺(24)為具有一定數(shù)量凹槽的平板，可以裝 卡標準多孔板(21)、膜芯片(24)等。所述的玻片固定平臺(6)、標準多孔板固定平臺(22) '和膜芯片固定平臺(24)設計為多個安裝尺寸相同的可以相互替換的模塊，可以方便的從工 作平臺(12)上取下和擺放，通過工作平臺(12)上的定位塊進行定位。操作時可以從點樣 平臺(12)中取出，在設備外擺放所有的玻片(17)或者標準多孔板(21)或者膜芯片(24) 后再放入點樣平臺(12)中進行點樣。作為本實用新型的另一種改進，所述的點樣針清洗干燥裝置(9)包括粗洗槽(30)、精 洗槽(29)和風干槽(28)，粗洗槽(30)和精洗槽(29)均具有流動的清洗液，且粗洗槽 (30)和精洗槽(29)底部裝有超聲波發(fā)生器(31)，'利用其"空化"效應加強清洗，點樣針先放入粗洗槽(30)、洗除大部分殘留樣品，然后再放入精洗槽(29)，進一步清洗掉頑固的殘留物，接著到風干槽(28)風干點樣針，干燥過程通過快速經(jīng)過點樣針針尖附近的強 空氣流來完成。所述的工作平臺(12)為高度平整的平板，平板中有中空的迂回密閉管路，管路中充滿 流動的冷卻液，并通過2 8個接口以及連接管連接到冷卻箱(2)，由冷卻箱(2)對管路中 的冷卻液進行溫度控制。所述的計算機控制程序的設計模型是控制XYZ三維機械手(1) (3) (4)、控制點樣管 路系統(tǒng)的點樣動作、控制點樣的數(shù)目和能在相同的點上重復。下面結合其中一種點樣基質——玻片上的點樣來進一步介紹本實用新型的使用方法首先打開電控箱(15)電源，啟動計算機并打開電控箱控制軟件，將三維分配機械手的X 軸(1) 、 Y軸(3)和Z軸(4)分別歸零復位。將玻片固定平臺(6)擺放在工作的桌面上， 并通過裝卡手輪(19)將其玻片壓簧片(20)打開到放開狀態(tài)，將要進行點樣的玻片(17) 裝到載玻片托板(18)中對應的裝卡槽中，然后過裝卡手輪(19)將其玻片壓簧片(20)放 到壓緊玻片的狀態(tài)，再將玻片固定平臺(6)放入到點樣儀工作平臺(12)中對應的位置，將 需要點樣的樣品加入樣品板(11)中，并放入樣品固定平臺(10)中，然后設計點樣模板并 執(zhí)行點樣程序，在點樣之前以及每完成一種樣品的點樣，則進行1 10次的點樣針超聲清洗 程序，風干后再進行下一個樣品的點樣，直到完成所有芯片的點樣，點樣結束后再進行1 10次的點樣針超聲清洗程序。應理解，在閱讀本實用新型的上述內容之后，本領域技術人員可以對本實用新型作各種 增減或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
權利要求1. 一種生物芯片點樣平臺，其特征在于，它由工作平臺、三維分配機械手、點樣頭、芯片固定平臺、樣品盒平臺、點樣針清洗干燥裝置、電控箱、計算機組成；其中三維分配機械手、芯片固定平臺、樣品盒平臺、點樣針超聲清洗干燥裝置都固定在工作平臺上，點樣頭固定或連接在三維分配機械手上；三維分配機械手、點樣頭、點樣針清洗干燥裝置、電控箱和計算機之間由數(shù)據(jù)線連接并受計算機軟件控制。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種生物芯片點樣平臺，其特征在于，所述的三維分配機械手由X 軸線性電機、Y軸線性電機和Z軸運動平臺組成；其中X軸線性電機、Y軸線性電機是具有 精密編碼器反饋的精密線性電機組合，Z軸運動平臺為精密線性電機或普通電控平移臺。
3. 根據(jù)權利要求1或者權利要求2所述的一種生物芯片點樣平臺，其特征在于，所述的三維分配機械手結構，可以為龍門式結構，即x軸線性電機直接安裝在工作平臺上，包括相互平行的兩條導軌和驅動電機，Y軸線性電機呈門字形安裝在X軸上，Z軸運動平臺連接在Y軸線性電機上，點樣頭安裝在Z軸運動平臺之上；也可以為倒垂式，即X軸線性電機通過支柱架在底座上空，Y軸線性電機直接安裝在X軸上，然后Z軸運動平臺連接在Y軸線性電機上， 點樣頭安裝在Z軸之上。
4. 根據(jù)權利要求1或者權利要求2所述的一種生物芯片點樣平臺，其特征在于，所述的點樣 頭具有1 48根點樣針。
5. 根據(jù)權利要求1或者權利要求2所述的一種生物芯片點樣平臺，其特征在于，所述的芯片 固定平臺可以是玻片固定平臺、標準多孔板固定平臺和膜芯片固定平臺三種平臺中的任一種， 通過卡槽或螺釘以可方便拆卸的方式固定在工作平臺上；其中玻片固定平臺由載玻片托板、 裝卡手輪、玻片壓簧片等組成，玻片裝卡槽在載玻片托板上，配合玻片壓簧片用來裝卡玻片， 而標準多孔板固定平臺和膜芯片固定平臺為具有一定數(shù)量凹槽的平行板，可以裝卡標準多孔 板、膜芯片等。
6. 根據(jù)權利要求1或者權利要求2所述的一種生物芯片點樣平臺，其特征在于，所述的點樣 針清洗干燥裝置包括粗洗槽、精洗槽和風干槽，粗洗槽和精洗槽放有流動的清洗液，粗洗槽 和精洗槽底部裝有超聲波發(fā)生器，利用其空化效應加強清洗。
7. 根據(jù)權利要求1或者權利要求2所述的一種生物芯片點樣平臺，其特征在于，所述的工作 平臺為高度平整的平板，平板中有中空的迂回密閉管路，管路中充滿流動的冷卻液，并通過 2 8個接口及連接管連接到冷卻箱。
專利摘要本實用新型公開一種生物芯片點樣平臺，涉及微陣列生物芯片的制備。它主要利用能夠高速運動的精密線性電機組合成三維分配機械手，同時具有1～48根點樣針的點樣頭，具有水浴冷卻功能的工作平臺上設有芯片固定平臺、樣品盒平臺、點樣針清洗干燥裝置，在計算機軟件的控制下操作電控箱和分配機械手，快速完成點樣，最后形成完整的生物芯片。該點樣平臺具有結構緊湊、操作簡便、速度快、效率高、精密度高、交叉污染少、適用性廣等特點，非常適用于生物芯片的規(guī)模化生產(chǎn)，也適合于科研和應用。
文檔編號C12Q1/00GK201096780SQ20072007163
公開日2008年8月6日 申請日期2007年6月26日 優(yōu)先權日2007年6月26日
發(fā)明者聰 劉, 汪寧梅, 穆海東, 蔡錦達 申請人:上海裕隆生物科技有限公司