專利名稱：用于微陣列芯片的自動進(jìn)樣裝置及自動進(jìn)樣雜交微陣列芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于微陣列芯片的自動進(jìn)樣裝置及自動進(jìn)樣雜交微陣列芯片。
背景技術(shù)：
核酸雜交技術(shù)是基于互補的DNA鏈的特異性結(jié)合，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于基因表達(dá)分析，基因表型分析，臨床疾病診斷等領(lǐng)域。對于以微陣列芯片為代表傳統(tǒng)的靜態(tài)核酸雜交模式，雜交過程依靠單純的分子擴(kuò)散方式，目標(biāo)分子必須從溶液擴(kuò)散到基片上的探針表面， 與探針相互識別和作用，由于核酸目標(biāo)分子的擴(kuò)散系數(shù)很小，因此往往需要數(shù)小時的雜交時間。此外，這種微陣列芯片進(jìn)樣大多依靠移液器等精密取樣儀器來實現(xiàn)，這就大大限制了使用場合，并對操作者有較高要求。目前，不少基于微流控技術(shù)的雜交芯片已經(jīng)被研制，目的在于縮短雜交時間和降低樣品的消耗。依據(jù)原理包括基于電場力或磁力攪拌、振動混合、連續(xù)流或者循環(huán)流的動態(tài)雜交芯片平臺。但是這些技術(shù)由于芯片制作繁瑣、樣品消耗量大、外部輔助設(shè)備昂貴、操作流程復(fù)雜、無法實現(xiàn)多樣本分析等各種原因，目前處于實驗室研發(fā)階段，無法將其進(jìn)一步應(yīng)用和推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種自動進(jìn)樣裝置，以液體的表面張力為驅(qū)動力使樣品溶液自動進(jìn)入并充滿流體腔室和通道，以實現(xiàn)樣品的自動定量進(jìn)樣。本發(fā)明提供了的自動進(jìn)樣裝置，含有至少一個進(jìn)樣單元，所述進(jìn)樣單元由表面具有親水特性的蓋片層和微流體層封固形成，所述蓋片層設(shè)置有至少兩個通孔，所述微流體層設(shè)置有一個鏤空的雜交反應(yīng)腔室和至少兩個鏤空的微流體通道，每個微流體通道一端與雜交反應(yīng)腔室連通，另一端分別與蓋片層的一個通孔連通。作為優(yōu)選，所述微流體通道中可以選擇其中一個作為流體流出通道，多個作為流體流入通道。所述具有親水表面特性的蓋片可以由具有親水表面特性的固體材料制成，也可以是普通固體材料通過修飾使其表面呈現(xiàn)親水特性，普通固體材料具體包括玻璃、高分子聚合物、硅片或金屬及其氧化物等。作為優(yōu)選，所述具有親水表面特性的蓋片，其與微流體層接觸的表面對雜交樣品溶液的接觸角可以是0-90度，為保證自動進(jìn)樣效果，更優(yōu)選為0-15度；另一表面對雜交樣品溶液的接觸角可以是0-180度，為保證自動進(jìn)樣效果，更優(yōu)選為90-180度。本發(fā)明提供的自動進(jìn)樣裝置，所述蓋片材料為玻璃、高分子聚合物、硅片、金屬或金屬氧化物。本發(fā)明提供的自動進(jìn)樣裝置，所述微流體層與蓋片層之間的封固，可以通過粘合、焊接、或者加密封件的方式進(jìn)行封固。微流體層材料為玻璃、高分子聚合物、硅片、金屬或金屬氧化物時，優(yōu)選通過粘合劑進(jìn)行封固；微流體層材料為金屬或金屬氧化物時，還可以通過焊接等方式進(jìn)行封固。作為優(yōu)選，所述微流體層由基材層、上粘合劑層、下粘合劑層壓制而成?；膶訛椴Ａ?、高分子聚合物、硅片、金屬或金屬氧化物。所述上粘合劑層、下粘合劑層的粘合劑為壓延型粘合劑、熱熔型粘合劑、反應(yīng)型粘合劑、溶劑型粘合劑、乳液型粘合劑或無溶劑液體粘合劑。本發(fā)明提供的一種基于往復(fù)流的自動進(jìn)樣裝置，所述微流體層的雜交反應(yīng)腔室和兩個微流體通道為鏤空結(jié)構(gòu)，其可以是通過激光燒蝕、機(jī)床加工、化學(xué)刻蝕等加工制成，雜交反應(yīng)腔室的形狀、面積與微陣列芯片的生物探針點陣區(qū)對應(yīng)，微流體通道的深度及長度由樣品溶液量決定。本發(fā)明還提供一種自動進(jìn)樣雜交微陣列芯片，包含所述自動進(jìn)樣裝置和微陣列芯片，所述自動進(jìn)樣裝置的微流體層與微陣列芯片封固，其雜交反應(yīng)腔室與微陣列芯片的生物探針點陣區(qū)連通。作為優(yōu)選，所述微陣列芯片為RNA芯片、cDNA芯片、PNA芯片、蛋白質(zhì)芯片或糖芯片。本發(fā)明還提供所述自動進(jìn)樣裝置的使用方法，包括以下步驟步驟1、將所述自動進(jìn)樣裝置的微流體層與微陣列芯片進(jìn)行封固，使所述雜交反應(yīng)腔室與微陣列芯片的生物探針點陣區(qū)連通；步驟2 在所述自動進(jìn)樣裝置一個進(jìn)樣單元的一通孔處點樣，使樣品溶液進(jìn)入并充滿所述與之相連的微流體通道；步驟3、將所述通孔與提供氣體壓強(qiáng)的泵閥連接，以氣體壓強(qiáng)作為驅(qū)動力使樣品溶液在所述雜交反應(yīng)腔室和兩個微流體通道中往復(fù)流動。本發(fā)明提供了的自動進(jìn)樣裝置，所述雜交反應(yīng)腔室其位置和形狀應(yīng)保證樣品溶液與下層基片上的生物探針反應(yīng)的均勻性，所述的微流體通道與雜交反應(yīng)腔室連通，提供樣品溶液往復(fù)流動的空間；該自動進(jìn)樣裝置利用蓋片層的親水特性，以液體的表面張力為驅(qū)動力實現(xiàn)樣品溶液自動進(jìn)入并充滿雜交反應(yīng)腔室和微流體通道。本發(fā)明提供的自動進(jìn)樣裝置的使用方法，通過注射泵或柱塞泵產(chǎn)生的氣體壓強(qiáng)作為驅(qū)動力促使溶液液流在微流體通道和雜交反應(yīng)腔室中地往復(fù)流動；往復(fù)流動的往復(fù)頻率優(yōu)選為O-lOOHz，提供往復(fù)流驅(qū)動的氣體壓強(qiáng)優(yōu)選為0-lMPa。本發(fā)明提供的自動進(jìn)樣裝置的使用方法，在雜交反應(yīng)完成后，還包括以氣體壓強(qiáng)作為驅(qū)動力使樣品溶液通過另一通孔排出的步驟。所述微陣列芯片表為RNA芯片、cDNA芯片、PNA芯片、蛋白質(zhì)芯片或糖芯片，生物探針點陣區(qū)所固定的生物探針選自RNA、cDNA、PNA、肽、蛋白質(zhì)等生物分子中的一種本發(fā)明的優(yōu)點在于可實現(xiàn)樣品的定量自動進(jìn)樣，提高雜交效率，縮短雜交時間至 15分鐘內(nèi)，且制備簡單，操作簡便，樣品消耗少，能夠自動定量進(jìn)樣，具有推廣意義。


圖1為實施例1所述自動進(jìn)樣裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖，其中1為自動進(jìn)樣裝置；2為微陣列芯片；3為蓋片；4為微流體層；5為通孔；6為微流體通道；7為雜交反應(yīng)腔室；8為生物探針點陣。圖2為實施例2所述自動進(jìn)樣裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖，其中1為自動進(jìn)樣裝置；2 為微陣列芯片；3為蓋片；4為微流體層；5為通孔；6為微流體通道；7為雜交反應(yīng)腔室；8為生物探針點陣。圖3為本發(fā)明所述自動進(jìn)樣裝置示意圖；(a)含一個進(jìn)樣單元的自動進(jìn)樣裝置； (b)含四個進(jìn)樣單元的微陣列雜交平臺的自動進(jìn)樣裝置。圖4為本發(fā)明所述自動進(jìn)樣裝置的進(jìn)樣過程示意圖，其中(a) t = 0秒時，樣品溶液抵達(dá)進(jìn)樣口； (b) t = 3秒時，樣品溶液自動進(jìn)入微流體通道；(c) t = 6秒時，樣品溶液自動進(jìn)入雜交反應(yīng)腔室；(d)t = 9秒時，樣品溶液全部充滿通道和腔室，加樣結(jié)束。圖5為基于自動進(jìn)樣裝置的使用流程示意圖，其中(a)為初始；(b)為流體在正壓強(qiáng)作用下從左往右運動；(c)為流體在負(fù)壓強(qiáng)作用下從右往左運動，回到初始位置，完成一次往復(fù)流的循環(huán)(d)為雜交后清洗。圖6為本發(fā)明所述自動進(jìn)樣裝置用于微陣列芯片的雜交實驗熒光顯微照片，(a) 為雜交前的熒光顯微照片；(b)為雜交后的熒光顯微照片。
具體實施例方式本發(fā)明公開了一種用于微陣列芯片的自動進(jìn)樣裝置及其使用方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以借鑒本文內(nèi)容，適當(dāng)改進(jìn)工藝參數(shù)實現(xiàn)。特別需要指出的是，所有類似的替換和改動對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，它們都被視為包括在本發(fā)明。本發(fā)明的產(chǎn)品、方法及應(yīng)用已經(jīng)通過較佳實施例進(jìn)行了描述，相關(guān)人員明顯能在不脫離本發(fā)明內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對本文所述的方法和應(yīng)用進(jìn)行改動或適當(dāng)變更與組合，來實現(xiàn)和應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)。為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實施例1 含有一個進(jìn)樣單元的自動進(jìn)樣裝置及自動進(jìn)樣雜交微陣列芯片含有一個進(jìn)樣單元的自動進(jìn)樣裝置立體結(jié)構(gòu)圖見圖1，其中1為自動進(jìn)樣裝置； 2為微陣列芯片，可為玻璃基的DNA芯片或蛋白質(zhì)芯片，其規(guī)格為25X75mm ；3為具有親水特性的玻璃蓋片，其下表面即與微流體層4的接觸面經(jīng)化學(xué)修飾后對水的靜態(tài)接觸角為12 度，上表面對水的靜態(tài)接觸角為40度，蓋片3設(shè)置通孔5，用于溶液的進(jìn)出；微流體層4厚度約為0. 2mm，其基材為聚對苯二甲酸乙二醇酯PET，上下兩個表面均涂布丙烯酸膠，微流體層4設(shè)置鏤空的微流體通道6和雜交反應(yīng)腔室7 ；微流體通道6單側(cè)長度為50mm，其一端與雜交反應(yīng)腔室7連通，另一端與蓋片層3的通孔5連通。微流體層4的上表面通過丙烯酸膠與蓋片3的下表面封接形成一個自動進(jìn)樣裝置，該自動進(jìn)樣裝置通過微流體層4的下表面的丙烯酸膠與微陣列芯片2封接形成一個自動進(jìn)樣雜交微陣列芯片，雜交反應(yīng)腔室7與所述微陣列芯片的生物探針點陣區(qū)8連通，其形狀與面積與所述微陣列芯片的生物探針點陣區(qū)相對應(yīng)。圖3(a)為一個進(jìn)樣單元的自動進(jìn)樣裝置的示意圖。實施例2 含有一個進(jìn)樣單元的自動進(jìn)樣裝置及自動進(jìn)樣雜交微陣列芯片如圖2所示，含有一個進(jìn)樣單元的自動進(jìn)樣裝置1由具有親水特性的蓋片層3和微流體層4封固形成，玻璃蓋片3下表面即與微流體層4的接觸面經(jīng)化學(xué)修飾后對水的靜態(tài)接觸角為15度，上表面經(jīng)疏水化處理后對水的靜態(tài)接觸角為100度，蓋片層3設(shè)置通孔 5，用于溶液的進(jìn)出；微流體層4厚度約為0. 2mm，其基材為聚對苯二甲酸乙二醇酯PET，上下兩個表面均涂布丙烯酸膠；微流體層4設(shè)置鏤空的微流體通道6和雜交反應(yīng)腔室7，微流體通道6 —端與雜交反應(yīng)腔室7連通，另一端與蓋片層3的通孔5連通；微流體層4的上表面通過丙烯酸膠與蓋片3的下表面封接形成一個自動進(jìn)樣裝置，該自動進(jìn)樣裝置通過微流體層4的下表面的丙烯酸膠與微陣列芯片2封接形成一個自動進(jìn)樣雜交微陣列芯片，微陣列芯片2可為玻璃基的DNA芯片或蛋白質(zhì)芯片；雜交反應(yīng)腔室7與微陣列芯片2的生物探針點陣區(qū)8連通，其形狀與面積與所述微陣列芯片的生物探針點陣區(qū)相對應(yīng)。實施例3 含有多個進(jìn)樣單元的自動進(jìn)樣裝置含有4個進(jìn)樣單元的自動進(jìn)樣裝置示意圖見圖3 (b)。蓋片材質(zhì)為聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，其下表面經(jīng)聚乙烯醇PVA修飾后對水的靜態(tài)接觸角為6度，而未經(jīng)任何處理的上表面對水的靜態(tài)接觸角為78度，微流體層材質(zhì)為硅片。與實施例1和2不同的是，蓋片層、微流體層規(guī)格較大，并排設(shè)置4個進(jìn)樣單元，自動進(jìn)樣裝置的微流體層通過粘合劑與4個微陣列芯片封固，形成內(nèi)部具有微流體通道的板狀結(jié)構(gòu)，各個進(jìn)樣單元間的微流體通道互不連通，一個雜交反應(yīng)腔室與與其對應(yīng)的微陣列芯片的生物探針點陣區(qū)連通，可同時對4個微陣列芯片加樣。實施例4 本發(fā)明所述自動進(jìn)樣雜交微陣列芯片的使用方法首先用移液管或移液槍等裝置將約60 μ L的DNA樣品加入通孔，由于蓋片表面的超親水特性，樣品溶液自發(fā)流入流體通道直至完全充滿流體通道與雜交反應(yīng)腔室。如圖4 所示，t = 0秒時，樣品溶液抵達(dá)進(jìn)樣口 ；t = 3秒時，樣品溶液自動進(jìn)入微流體通道；t = 6 秒時，樣品溶液自動進(jìn)入雜交反應(yīng)腔室；t = 9秒時，樣品溶液全部充滿通道和腔室，加樣結(jié)束ο雜交開始時，將提供氣體壓強(qiáng)的泵閥與樣品入口連接，并先以正壓方式推動樣品溶液，直至DNA樣品抵達(dá)雜交腔室時停止，此后，改用負(fù)壓方式驅(qū)動樣品溶液回流，直至DNA 樣品在負(fù)壓作用下返回樣品口，如圖5所示。重復(fù)的施加正壓和負(fù)壓，實現(xiàn)往復(fù)流雜交反應(yīng)，整個雜交過程耗時小于lOmin。雜交反應(yīng)結(jié)束后，通過以正壓方式推動樣品溶液經(jīng)微流體通道從另一通孔排出。再利用泵閥將清洗液注入溶液入口，對雜交腔室進(jìn)行清洗，干燥后將芯片置于掃描儀上進(jìn)行檢測。結(jié)果如圖6所示，60 μ L雜交樣品，IOmin雜交時間內(nèi)，可以獲得高強(qiáng)度的雜交信號，信噪比高于100。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于微陣列芯片的自動進(jìn)樣裝置，其特征在于，含有至少一個進(jìn)樣單元，所述進(jìn)樣單元由表面具有親水特性的蓋片層和微流體層封固形成，所述蓋片層設(shè)置有至少兩個通孔，所述微流體層設(shè)置有一個鏤空的雜交反應(yīng)腔室和至少兩個鏤空的微流體通道，每個微流體通道一端與雜交反應(yīng)腔室連通，另一端分別與蓋片層的一個通孔連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動進(jìn)樣裝置，其特征在于所述蓋片層的與微流體層接觸的表面對樣品溶液的接觸角小于90度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動進(jìn)樣裝置，其特征在于，所述蓋片層的另一表面對樣品溶液的接觸角為90-180度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動進(jìn)樣裝置，其特征在于所述蓋片層材料為玻璃、高分子聚合物、硅片、金屬或金屬氧化物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動進(jìn)樣裝置，其特征在于所述微流體層材料為玻璃、高分子聚合物、硅片、金屬或金屬氧化物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動進(jìn)樣裝置，其特征在于所述微流體層包括基材層、上粘合劑層、下粘合劑層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自動進(jìn)樣裝置，其特征在于所述基材層材料為玻璃、高分子聚合物、硅片、金屬或金屬氧化物，所述上粘合劑層、下粘合劑層的粘合劑為壓延型粘合劑、 熱熔型粘合劑、反應(yīng)型粘合劑、溶劑型粘合劑、乳液型粘合劑或無溶劑液體粘合劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動進(jìn)樣裝置，其特征在于所述微流體層鏤空的雜交反應(yīng)腔室和兩個微流體通道通過激光燒蝕、機(jī)床加工或化學(xué)刻蝕加工而成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動進(jìn)樣裝置，其特征在于所述雜交反應(yīng)腔室的形狀、面積與微陣列芯片的生物探針點陣區(qū)對應(yīng)。
10.一種自動進(jìn)樣雜交微陣列芯片，其特征在于，包含權(quán)利要求1-9任一項所述自動進(jìn)樣裝置和微陣列芯片，所述自動進(jìn)樣裝置的微流體層與微陣列芯片封固，其雜交反應(yīng)腔室與微陣列芯片的生物探針點陣區(qū)連通。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的自動進(jìn)樣雜交微陣列芯片，其特征在于，所述微陣列芯片為RNA芯片、CDNA芯片、PNA芯片、蛋白質(zhì)芯片或糖芯片。
12.權(quán)利要求1-9任一項所述的自動進(jìn)樣裝置的使用方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1、將所述自動進(jìn)樣裝置的微流體層與微陣列芯片進(jìn)行封固，使所述微流體層的雜交反應(yīng)腔室與微陣列芯片的生物探針點陣區(qū)連通；步驟2 在所述自動進(jìn)樣裝置一個進(jìn)樣單元的一通孔處點樣，使樣品溶液進(jìn)入并充滿所述與之相連的微流體通道；步驟3、將所述通孔與提供氣體壓強(qiáng)的泵閥連接，以氣體壓強(qiáng)作為驅(qū)動力使樣品溶液在所述雜交反應(yīng)腔室和兩個微流體通道中往復(fù)流動。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的使用方法，其特征在于所述往復(fù)流動的往復(fù)頻率為 O-IOOHz。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的使用方法，其特征在于所述氣體壓強(qiáng)為0-lMPa。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的使用方法，其特征在于還包括以氣體壓強(qiáng)作為驅(qū)動力使樣品溶液通過該進(jìn)樣單元的另一通孔排出的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的使用方法，其特征在于，所述微陣列芯片為RNA芯片、cDNA 芯片、PNA芯片、蛋白質(zhì)芯片或糖芯片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自動進(jìn)樣裝置，含有至少一個進(jìn)樣單元，所述進(jìn)樣單元由表面具有親水特性的蓋片層和微流體層封固形成，所述蓋片層設(shè)置有至少兩個通孔，所述微流體層設(shè)置有一個鏤空的雜交反應(yīng)腔室和至少兩個鏤空的微流體通道，每個微流體通道一端與雜交反應(yīng)腔室連通，另一端分別與蓋片層的一個通孔連通。該自動進(jìn)樣裝置利用蓋片的親水特性，以液體表面張力為驅(qū)動力實現(xiàn)溶液自動進(jìn)入并充滿雜交反應(yīng)腔室和微流體通道，通過雜交反應(yīng)腔室和微流體通道的結(jié)構(gòu)設(shè)計來實現(xiàn)微陣列芯片樣品溶液流動的均勻性，具有制備簡單，操作簡便，雜交效率高，樣品消耗少，并且能夠自動定量進(jìn)樣等優(yōu)點。
文檔編號C12M1/00GK102206573SQ20111006867
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者葉嘉明, 王品虹, 王國青, 邢婉麗 申請人:博奧生物有限公司, 清華大學(xué)