專利名稱：陣列印刷用基片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高密度的生物和化學(xué)陣列，更具體地涉及一種陣列可沉積在其上面的改進(jìn)的基片材料。
背景技術(shù)：
寡核苷酸雜交廣泛用于確定在核酸中是否存在與寡核苷酸探針互補(bǔ)的序列。在許多情況下，這種方法提供了一種可的替代常規(guī)測(cè)序的簡(jiǎn)便、快速、價(jià)廉方法。雜交并不需要核酸克隆和純化，不需要進(jìn)行堿基特異性反應(yīng)，也不需要繁瑣的電泳分離。核酸探針的雜交已成功地應(yīng)用于各種用途，例如分析遺傳多態(tài)性、診斷遺傳疾病、癌癥診斷、檢測(cè)病毒和微生物病原體、篩選克隆、基因組定位和片段文庫(kù)的有序化。
寡核苷酸陣列是由以規(guī)則方式固定在固相載體表面上的許多單獨(dú)的寡核苷酸種類所構(gòu)成的，每種寡核苷酸位于一個(gè)不同區(qū)域，使得各寡核苷酸的位置是已知的。陣列可含有一群選定的寡核苷酸，例如對(duì)所有已知的臨床上重要病原體特異的探針，或者對(duì)遺傳病所有已知序列標(biāo)記特異的探針。這樣的陣列可滿足診斷實(shí)驗(yàn)室的需要?；蛘?，一個(gè)陣列可含有給定長(zhǎng)度n的所有可能的寡核苷酸。核酸與這種綜合性陣列的雜交，可導(dǎo)致列出所有其構(gòu)成性的n-聚物，這些n-聚物可用來(lái)明確地識(shí)別基因(例如在法醫(yī)研究中)、用來(lái)確定未知的基因變異體和突變(包括一旦知道其中之一的序列，就可對(duì)相關(guān)基因組進(jìn)行測(cè)序)、用來(lái)重迭克隆、以及用來(lái)檢查用常規(guī)方法確定的序列。最后，通過(guò)與綜合性陣列的雜交而調(diào)查n-聚物，可以提供足夠信息用來(lái)確定完全未知核酸的序列。
寡核苷酸陣列的制備，可采用固相化學(xué)合成法結(jié)合定點(diǎn)掩模(如美國(guó)專利5,510,270所述)，直接在載體上平行地合成全部寡核苷酸。使用有效的光刻技術(shù)，已得到在1平方厘米面積上含105種寡核苷酸的微型陣列。
另一種制造寡核苷酸陣列的技術(shù)，涉及采用如美國(guó)專利5,474,796所述的壓電泵進(jìn)行精確的點(diǎn)滴沉積。這種壓電泵能將微量液體逐滴輸送到基片表面上。泵的設(shè)計(jì)與噴墨打印中所用的泵非常相似。這種微微泵(picopump)能夠以3000Hz之內(nèi)的頻率輸送50微米尺寸和65微微升體積的液滴，并且能夠準(zhǔn)確噴擊在250微米的目標(biāo)上。當(dāng)泵工作時(shí)，這種細(xì)微液滴就從泵射出并沉積在陣列板上的功能化結(jié)合位點(diǎn)。
其他形成陣列的方法是將基片表面與內(nèi)裝液滴的印刷針?lè)磸?fù)接觸，并用噴墨印刷技術(shù)來(lái)排列陣列矩陣。
在選擇基片用作附著寡核苷酸的載體時(shí)，必須考慮幾個(gè)特性。首先，基片表面必須與雜交檢測(cè)方法相容。因?yàn)楣庾V、化學(xué)發(fā)光和熒光檢測(cè)技術(shù)是用來(lái)研究涉及高密度陣列DNA的檢測(cè)技術(shù)，為了能使用這些技術(shù)，需要基片是透光的。第二個(gè)重要特性是次末寡核苷酸與基片表面的連接應(yīng)具有化學(xué)穩(wěn)定性，該穩(wěn)定性至少與DNA中聚磷酸骨架的穩(wěn)定性相同。
支持陣列的基片通常是1×3英寸的鈉石灰玻璃載玻片，其上面涂有一層極性硅烷，該硅烷含有例如適用于錨定固相寡核苷酸合成并且特別適合于連接DNA分子的氨基。通過(guò)光致抗蝕或掩模技術(shù)，可以在表面上產(chǎn)生一定的圖案。用這種方式，可以在原本非濕化表面上形成圖案濕化位點(diǎn)，并且在原本非功能化表面上形成圖案形式的功能化位點(diǎn)。
常規(guī)使用鈉石灰玻璃作為高密度陣列載體基質(zhì)的一個(gè)問(wèn)題，是會(huì)存在顆粒污染，這在生產(chǎn)這種低等級(jí)玻璃過(guò)程是常見(jiàn)的。每個(gè)載玻片有10,000個(gè)靶位點(diǎn)如此精細(xì)分布樣品，對(duì)其處理時(shí)顆粒污染就特別會(huì)有不利的影響。此外，在鈉石灰玻璃中所含的鈉會(huì)容易遷移離開(kāi)玻璃。結(jié)果產(chǎn)生的霧化會(huì)對(duì)玻璃透明度產(chǎn)生不利影響，因而會(huì)干擾前述的檢測(cè)技術(shù)。最后，在目前常規(guī)使用的載玻片表面上形成均勻功能化的涂層(如具有氨基官能團(tuán)的硅烷涂層)是不容易的。沒(méi)有均勻的涂層，寡核苷酸的附著就不均勻，會(huì)使檢測(cè)結(jié)果波動(dòng)和不可靠。
發(fā)明概述本發(fā)明公開(kāi)了一種用于印刷或合成生物和化學(xué)陣列的改進(jìn)基片。該基片是用硼硅酸鹽或硼鋁硅酸鹽玻璃制成的基本平坦的載體。
發(fā)明詳述在具有例如氨基官能化胺的玻璃基片表面上的功能化涂層，是高密度陣列制品的骨架。如上所述，需要基本上均勻的功能涂料的涂層。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可采用已知方法制造獲得一定平滑度的已知玻璃，用作生物基片的重要用途。
基片是本發(fā)明的主題，它宜采用1英寸×3英寸載玻片的形式，是用硼硅酸鹽或硼鋁硅酸鹽玻璃制成的，更佳地是用Corning Incorporated 1737LCD玻璃制成的。以摩爾百分?jǐn)?shù)表示，這種玻璃基本上由下列成分構(gòu)成
載玻片可由玻璃板切割而成，該玻璃板宜用美國(guó)專利3,338,696和3,682,609(這些專利參考結(jié)合于此)所公開(kāi)的熔拉法(fusion draw process)制造。該方法可由高液相線粘度玻璃(例如硼硅酸鹽或硼鋁硅酸鹽玻璃)制造具有極高平滑度的玻璃板。盡管硼硅酸鹽或硼鋁硅酸鹽玻璃板還可以用其他方法制造，隨后再拋光，然而熔拉法更好，因?yàn)樵谥圃爝^(guò)程中采用拋光步驟會(huì)導(dǎo)致基片表面上形成顆粒污染。在另一優(yōu)選實(shí)施方案中，載玻片是用Corning Incorporated 7059 LCD玻璃制造的。無(wú)論如何，載玻片基片的優(yōu)選玻璃組成具有重量百分?jǐn)?shù)低于15％的氧化鈉或其他堿金屬氧化物。數(shù)種合適的玻璃組成列于共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利5,374,595中。
更優(yōu)選的是，載玻片應(yīng)具有均勻的表面平滑度，使得用原子力顯微鏡(atomicforce microscope,AFM)在20微米×20微米范圍掃描測(cè)量時(shí)，所測(cè)上表面的平均粗糙度(Ra)小于10納米，較佳地小于10埃米。上表面是載玻片上結(jié)合實(shí)體陣列優(yōu)選被合成、沉積或附著的那個(gè)部分。其平均粗糙度小于5埃米更佳。當(dāng)用于生產(chǎn)LCD1737玻璃時(shí)，用美國(guó)專利3,338,696和3,682,609所述方法形成的熔拉平板玻璃，所提供的表面就具有低于5埃米的較佳平均粗糙度。這種較佳的平均粗糙度也可以通過(guò)拋光實(shí)現(xiàn)。表面的平滑度有助于施涂均勻的表面涂層。
較佳施涂在硼硅酸鹽或硼鋁硅酸鹽基片上用來(lái)固定寡核苷酸的涂層是極性硅烷，它含有例如適用于錨定固相寡核苷酸合成并且特別適合于連接DNA分子的氨基。此極性硅烷可在水解后含有羥基(在水解前，該基團(tuán)宜為烷氧基)。合適的涂層包括功能化的烷氧基硅烷或氯代硅烷，該硅烷具有1-3個(gè)烷氧基或氯基團(tuán)。此外，通過(guò)例如光致抗蝕或掩模技術(shù)，可以使其上表面產(chǎn)生一定的圖案。
采用硼硅酸鹽或硼鋁硅酸鹽玻璃作為基片并不局限于使用用于寡核苷酸陣列載體的胺功能化涂層?；梢杂米鞲鞣N不同結(jié)合實(shí)體的固相載體，這些結(jié)合實(shí)體包括通過(guò)共價(jià)鍵或非共價(jià)鍵對(duì)另一種分子具有特異親和力的任何生物的或合成的分子。較佳的是這些結(jié)合實(shí)體天然地或通過(guò)修飾而含有功能化學(xué)基團(tuán)(伯胺、巰基、醛、羧基、丙烯酸基等)、共同序列(核酸)、表位(抗體)、半抗原或配體，它們使結(jié)合實(shí)體可與基片表面上的共同功能基團(tuán)共價(jià)地反應(yīng)或非共價(jià)地結(jié)合。具體的結(jié)合實(shí)體包括(但并不限于)脫氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)、人工合成的寡核苷酸、抗體、蛋白質(zhì)、肽、凝集素、修飾的多糖、合成的復(fù)合大分子、功能化的納米結(jié)構(gòu)物(nanostructures)、合成的聚合物、修飾的/受保護(hù)的(blocked)核苷酸/核苷、修飾的/受保護(hù)的氨基酸、熒光團(tuán)、生色團(tuán)、配體、螯合物和半抗原。
實(shí)施例進(jìn)行了比較研究，確定涂有相同涂層，但由3種不同玻璃(鈉石灰玻璃、硼硅酸鹽玻璃和硼鋁硅酸鹽玻璃)制成的1″×3″載玻片的耐久性。對(duì)每種待測(cè)試的載玻片，施涂上γ-氨基丙基三乙氧基硅烷涂層。然后將載玻片浸入沸水0.5-5小時(shí)。若胺化的涂層在暴露于某些環(huán)境作用(在本例中為沸水)后仍保留在載玻片表面上，就稱表面的功能性是保留了其功能性，耐久性測(cè)試的結(jié)果就是陽(yáng)性的。
胺化的涂層的耐久性，用基于Au/Ag生長(zhǎng)法的著色試驗(yàn)法進(jìn)行測(cè)試。該方法可揭示基片表面上胺功能的存在與否。當(dāng)發(fā)生Au/Ag的生長(zhǎng)時(shí)，對(duì)于胺功能存在與否的測(cè)試結(jié)果就是陽(yáng)性的。此時(shí)肉眼觀察到一層濃密而均勻的金屬灰色薄層，就表示是陽(yáng)性的測(cè)試結(jié)果。沒(méi)有胺功能的基片不會(huì)著色，仍保持透明。
著色法試驗(yàn)如下進(jìn)行將載玻片浸入AURODYE FORTE RPN 490(AmershamLife Science,Amersham International)1小時(shí)。用純水漂洗載玻片2次。再用氮?dú)鈱?duì)載玻片進(jìn)行干燥。接著將載玻片浸入INTENSE BL SILVER ENHANCEMENTSOLUTION RPN492(Amersham Life Science,Amersham International)5分鐘。再次用純水漂洗載玻片，再用氮?dú)飧稍?。通過(guò)肉眼觀察確定金屬灰色薄層的存在與否。
如上所述，測(cè)試了由3種不同材料即鈉石灰玻璃、硼硅酸鹽玻璃和硼鋁硅酸鹽玻璃制成的基片。表1顯示了為了使涂有γ-氨基丙基三乙氧基硅烷的載玻片喪失其胺功能，暴露于沸水所需的時(shí)間長(zhǎng)短(即，使著色試驗(yàn)結(jié)果為陰性的時(shí)間)。表1
表1所示結(jié)果表明，在硼硅酸鹽或硼鋁硅酸鹽玻璃上的γ-氨基丙基三乙氧基硅烷涂層的耐久性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于鈉石灰玻璃上相同涂層的耐久性。
盡管不準(zhǔn)備進(jìn)行什么理論解釋，但是可以認(rèn)為，在硼硅酸鹽和硼鋁硅酸鹽玻璃樣品中，氧化鈉水平較低或根本不存在氧化鈉提供了測(cè)試結(jié)果所示的有利耐久性能。用于高密度分析基片的玻璃材料的氧化鈉含量低于12摩爾％，較佳低于8摩爾％，更佳是甚至不含氧化鈉。由于這個(gè)理由，可以設(shè)想使用任何具有這種關(guān)鍵氧化鈉含量的玻璃(例如包括鋁硅酸鹽玻璃)來(lái)代替上述硼硅酸鹽或硼鋁硅酸鹽玻璃。
在表2中給出了鈉石灰玻璃的組成。表3中給出了該實(shí)施例中所用的硼硅酸鹽玻璃的組成。在本實(shí)施例中所用的硼鋁硅酸鹽玻璃1737LCD玻璃的組成已在上面給出。
表2
表3
盡管為了說(shuō)明起見(jiàn)詳細(xì)描述了本發(fā)明，然而應(yīng)該理解，這些說(shuō)明細(xì)節(jié)僅用于這個(gè)目的。在不背離權(quán)利要求所限定的本發(fā)明精神和本發(fā)明范圍的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進(jìn)行各種改動(dòng)。
權(quán)利要求
1．一種用于支承高密度生物或化學(xué)陣列的基片，其特征在于，它是由氧化鈉含量低于12摩爾％的硼硅酸鹽或硼鋁硅酸鹽玻璃構(gòu)成，基本平坦的1英寸×3英寸載玻片。
2．如權(quán)利要求1所述的基片，其特征在于，它還具有平均粗糙度小于10納米的上表面。
3．如權(quán)利要求1所述的基片，其特征在于，它還具有平均粗糙度小于5埃米的上表面。
4．如權(quán)利要求1所述的基片，其特征在于，它在表面上具有至少局部的極性硅烷涂層。
5．如權(quán)利要求4所述的基片，其特征在于，該極性硅烷含有胺基。
6．如權(quán)利要求4所述的基片，其特征在于，該極性硅烷含有至少一個(gè)羥基。
7．如權(quán)利要求4所述的基片，其特征在于，該極性硅烷含有至少一個(gè)烷氧基。
8．如權(quán)利要求4所述的基片，其特征在于，該極性硅烷含有至少一個(gè)氯原子基團(tuán)。
9．如權(quán)利要求4所述的基片，其特征在于，該極性硅烷是氨基丙基三乙氧基硅烷。
10．如權(quán)利要求1所述的基片，其特征在于，該硼鋁硅酸鹽玻璃是1737LCD玻璃。
11．如權(quán)利要求1所述的基片，其特征在于，該硼鋁硅酸鹽玻璃是7059LCD玻璃。
12．一種將基片用于高密度生物或化學(xué)陣列的方法，其特征在于，包括如下步驟(a)提供由氧化鈉含量低于12摩爾％的玻璃材料構(gòu)成，基本平坦的載玻片；(b)將結(jié)合實(shí)體陣列附著于該載玻片。
13．如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，還包括步驟在該附著步驟之前，將功能化的極性硅烷涂料施涂在該材料的至少一部分表面上。
14．如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，該載玻片具有平均粗糙度小于10納米的上表面。
15．如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，該極性硅烷含有胺基。
16．如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，該極性氨基是氨基丙基三乙氧基硅烷。
17．如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，該玻璃材料是硼鋁硅酸鹽玻璃。
18．如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，該玻璃材料是硼硅酸鹽玻璃。
19．一種用于支承高密度生物或化學(xué)陣列的基片，其特征在于，它包括氧化鈉含量低于12摩爾％并且上表面平均粗糙度小于10納米的玻璃材料。
20．一種用于支承高密度生物或化學(xué)陣列的基片，其特征在于，它包括氧化鈉含量低于12摩爾％并且其上表面平均粗糙度小于10納米的玻璃材料；覆蓋該材料的至少一部分表面的極性硅烷的功能化涂層；并且該基片的特性是，在浸入沸水超過(guò)1小時(shí)后該涂層的功能性仍保留。
21．如權(quán)利要求20所述的基片，其特征在于，該材料的平均粗糙度小于5埃米。
22．如權(quán)利要求20所述的基片，其特征在于，所述的氧化鈉含量低于8摩爾％。
23．如權(quán)利要求20所述的基片，其特征在于，該極性硅烷含有胺基。
24．如權(quán)利要求20所述的基片，其特征在于，該極性硅烷含有至少一個(gè)羥基。
25．如權(quán)利要求20所述的基片，其特征在于，該極性硅烷含有至少一個(gè)烷氧基。
26．如權(quán)利要求20所述的基片，其特征在于，該極性硅烷含有至少一個(gè)氯原子基團(tuán)。
27．如權(quán)利要求20所述的基片，其特征在于，該極性硅烷是氨基丙基三乙氧基硅烷。
全文摘要
一種用于支承高密度生物或化學(xué)陣列的基片,它由硼硅酸鹽或硼鋁硅酸鹽玻璃制成。已經(jīng)表明,當(dāng)用于固定寡核苷酸的涂層施涂在低氧化鈉含量的玻璃材料構(gòu)成的載玻片時(shí),在暴露于環(huán)境作用后仍會(huì)保留其功能性。
文檔編號(hào)C03C17/30GK1314873SQ98813145
公開(kāi)日2001年9月26日 申請(qǐng)日期1998年12月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月4日
發(fā)明者A·卡雷 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司