專利名稱：一種基于微小顆粒的生物芯片系統(tǒng)及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分析領(lǐng)域中一種生物芯片系統(tǒng)及其應(yīng)用，特別涉及一種基于微小顆粒的生物芯片系統(tǒng)及其在生物樣品分析中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
有多種不同的方法可以用于不同的生物樣品的分析。如核酸雜交，多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，限制性內(nèi)切酶分析以及凝膠電泳通常被用于核酸的檢測；免疫分析以及凝膠電泳常被用于蛋白質(zhì)的檢測。作為一種革命性的分析技術(shù)，生物芯片以其所具有的集成化，微型化和自動化的潛力將在分析生物技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。在生物芯片的早期階段，生物芯片基本所指的就是核酸芯片和DNA微陣列，DNA芯片技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得比較完備并且在分析生物領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。核酸芯片/陣列可以被用于核酸的高通量并行分析。(Debouck and Goodfellow，Nature Genetics，21(Suppl.)48-50(1999)；Duggan et al.，Nature Genetics，21(Suppl.)10-14(1999)；Gerhold et al.，TrendsBiochem.Sci.，24168-173(1999)；and Alizadeh et al.，Nature，403503-511(2000))。可以采用核酸芯片來快速地分析特定情況下的基因表達(dá)譜。也可以采用核酸芯片在一次實驗中分析長達(dá)1kb的基因區(qū)域內(nèi)的單核苷酸多態(tài)性(Single nucleotidepolymorphisms，SNPs)(Guo et al.，Genome Res.，12447-57(2002))。
基于生物芯片的概念、基本的生物學(xué)原理以及常規(guī)的生物技術(shù)的整合已經(jīng)發(fā)展出了多種不同類型的生物芯片。其中包括用于疾病和癌癥研究的蛋白質(zhì)芯片(Belov et al.，Cancer Research，614483-4489(2001)；Knezevic et al.，Proteomics，11271-1278(2001)；Paweletz et al.，Oncogene，201981-1989(2001))；用于在基因組層次上研究分子病理學(xué)的組織芯片(Kononen et al.，Nat.Med.，4844-847(2001))；以及用于多糖和蛋白之間的相互作用研究的多糖芯片(Fukui et al.，Nat.Biotech.，201011-1017(2002))。
采用被動式生物芯片的常規(guī)核酸分析方法(例如用于感染性疾病臨床分析的方法)通常包括三個分離的步驟。第一步是樣品制備，也就是處理樣品，包括處理血清、全血、唾液、尿液以及糞便而獲得核酸(DNA或RNA)。通常從樣品中獲得的核酸量不足以直接用于分析，需要進(jìn)行進(jìn)一步的擴(kuò)增，擴(kuò)增方法包括聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)，反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(RT-PCR)，鏈置換擴(kuò)增(SDA)以及滾環(huán)擴(kuò)增(RCA)等(Andras et al.，Mol.Biotechnol.，1929-44(2001))。第二步是核酸雜交，也就是在擴(kuò)增出的樣品和固定在芯片上的探針之間進(jìn)行雜交。第三步是檢測雜交信號，對雜交信號的檢測通?；趯μ囟?biāo)記的檢測，檢測標(biāo)記可以在擴(kuò)增或者雜交的過程中引入。信號檢測方法隨所使用的標(biāo)記的不同而變化，例如采用熒光檢測儀來檢測熒光標(biāo)記，采用放射自顯影來檢測放射標(biāo)記，而對于生物素標(biāo)記以及地高辛標(biāo)記等的檢測則往往需要進(jìn)一步的酶學(xué)放大反應(yīng)?；趯嶋H中對檢測靈敏度的不同要求，可以采用不同的信號放大方法，例如Tyramide信號放大(TSA)(Karsten et.al.，Nucleic Acids Res.，E4.((2002))以及分支DNA(Kricka Clin.Chem.，45453-8(1999))等。
由于核酸檢測中的三個關(guān)鍵步驟的分離，導(dǎo)致了需要不同的步驟之間引入手工操作。這必將降低檢測方法的簡便性，費時費力；還會引入實驗誤差，降低兩次實驗之間的重復(fù)性和一致性；同時因為人工操作的引入還會增加反應(yīng)體系被污染的可能性，而污染則正是阻礙核酸檢測方法，尤其是包含有核酸擴(kuò)增步驟的檢測方法在臨床上推廣應(yīng)用的重要原因。同時，在被動式生物芯片中，探針被固定于固相載體的表面，待分析物則在雜交腔體內(nèi)處于游離狀態(tài)，探針和待分析物之間的反應(yīng)依靠待分析物在反應(yīng)體系中的被動擴(kuò)散而進(jìn)行，探針區(qū)域的待分析物的濃度較低。在這種方式下，反應(yīng)效率相對較低，反應(yīng)所需的時間相對較長。
針對傳統(tǒng)的二維被動式芯片的被動反應(yīng)、探針固定量少的缺點已經(jīng)發(fā)展出幾種不同類型的解決方法。第一種方式是采用其它的基質(zhì)材料和固定方法。在基因芯片技術(shù)中，探針通常被固定于一種二維的平面上，因此在芯片表面固定的探針的密度通常較低。為了獲得更高的雜交效率，有研究者嘗試將探針固定在三維結(jié)構(gòu)和三維基質(zhì)上(Zlatanovaet al.，Methods Mol.Biol.17017-38(2001)；Tillib et al.，Anal.Biochem.292155-160(2001)；Michael et al.，Anal.Chem.701242-1248(1998))。與常規(guī)的二維芯片相比，三維芯片具有以下兩個特性在一個固定的區(qū)域內(nèi)可以固定更多的探針，同時在三維結(jié)構(gòu)上的探針具有更高的自由度，因此，這種類型的芯片可以提高雜交的效率。但是這種芯片的缺點也是顯而易見的，芯片的制作過程比較復(fù)雜，因此導(dǎo)致了這種芯片很難實現(xiàn)高密度。另一種方式是采用特殊設(shè)計的探針，這些探針在其5′上有一些附屬的成分，包括用于提高固定的探針的柔韌性的5′間隔臂(Shchepinov et al.，NucleicAcids Res.25，1155-1161(1997))，以及莖環(huán)結(jié)構(gòu)或發(fā)卡結(jié)構(gòu)探針(Broude et al.，Nucleic Acids Res.29E92(2001))。目標(biāo)DNA與這種芯片的雜交可以通過堿基堆積效應(yīng)來加強(Riccelli et al.，Nucleic Acids Res.29996-1004(2001))。第三種更有效的提高雜交效率的方式是在芯片上施加物理作用力。可采用擾動來促進(jìn)雜交時的擴(kuò)散，例如Lucidea自動芯片處理器(Lucidea ASP)。電場力也被用來驅(qū)動核酸的快速運動并在核酸芯片表面的探針區(qū)域進(jìn)行濃縮和富集(Sosnowski et al.，Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A 941119-1123(1997)；Cheng et al.，Nat.Biotechnol.16541-546(1998))。這種類型的芯片被稱為主動式芯片。電場驅(qū)動的芯片中的分子結(jié)合速度可以比常規(guī)的被動式芯片快1000倍。這種芯片的缺點在于芯片本身的加工過程比較復(fù)雜或者需要復(fù)雜的配套設(shè)備。
針對傳統(tǒng)生物芯片應(yīng)用時幾步反應(yīng)分離的缺點，有研究者提出了芯片實驗室的概念(Manz et al.，Anal.Chem.742623-2636 and 2637-2652(2002))。生物化學(xué)反應(yīng)和分析過程通常包括三個步驟樣品制備、生物化學(xué)反應(yīng)以及檢測和數(shù)據(jù)分析處理。將其中一個步驟或幾個步驟微型化并集成到一塊芯片上所獲得的具有特殊功能的生物芯片即是芯片實驗室，例如用于樣品制備的細(xì)胞過濾器芯片和介電電泳芯片、用于基因突變檢測和基因表達(dá)的DNA微陣列芯片和用于藥物篩選的高通量微型反應(yīng)池芯片等?，F(xiàn)在，世界各國的科學(xué)家們正致力于將生化分析的全過程通過使用不同的芯片而最后達(dá)到全部功能的集成，以實現(xiàn)所謂的微型全分析系統(tǒng)或縮微芯片實驗室。使用縮微芯片實驗室，人們可以在一個封閉的系統(tǒng)內(nèi)以很短的時間完成從原始樣品到獲取所需分析結(jié)果的全套操作。
現(xiàn)有的芯片實驗室的缺點是需要復(fù)雜的微加工，技術(shù)要求較高。已有的報道中所描述的絕大部分都是某一步驟微型化后的芯片實驗室，例如樣品制備芯片(Wilding etal.，(1998)Anal.Biochem.，25795-100.)，細(xì)胞分離芯片(Wang et al.，(1993)J.Phys.DAppl.Phys.，261278-1285.)，PCR芯片(Cheng et al.，1996)NucleicAcids Res.，24380-385.)。Cheng等在1998年報道了第一例將樣品制備，生化反應(yīng)及結(jié)果檢測整合的芯片實驗室系統(tǒng)(Cheng et al.，(1998)Nat.Biotechnol.，16541-546.)。但是這一系統(tǒng)并沒有得到實用化。已有的實用化例子，例如Nanogen的電子芯片，僅實現(xiàn)了雜交和檢測的自動化和整合。與芯片配合的有一整套復(fù)雜的儀器和分析控制軟件，芯片本身的加工及使用成本高昂。
發(fā)明創(chuàng)造內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種用于分析待分析物的生物芯片系統(tǒng)。
本發(fā)明所提供的生物芯片系統(tǒng)包括a)在特定基質(zhì)的表面采用合適的材料所構(gòu)建的可控的封閉腔體，所述的合適的材料具有較好的導(dǎo)熱性和生物相容性，不抑制待分析物和反應(yīng)物之間的結(jié)合，在所述可控腔體內(nèi)部的基質(zhì)表面固定有能夠與所述待分析物結(jié)合的第一固定反應(yīng)物；b)一種用于將所述待分析物可控地移動到所述第一固定反應(yīng)物所處位置的器件；
c)一種用于將所述分析物可控地移近特定的標(biāo)記的未固定的復(fù)合物的器件，所述復(fù)合物中包括能夠與所述待分析物和微小顆粒結(jié)合的第二種反應(yīng)物；所述復(fù)合物包括能夠與所述待分析物結(jié)合的第二種反應(yīng)物和與所述第二種反應(yīng)物相連接的微小顆粒；d)一種用于將未與待分析物結(jié)合的所述的標(biāo)記的未固定的復(fù)合物從固定的第一種反應(yīng)物的區(qū)域移走的器件。
任何合適的材料均可被用于本生物芯片系統(tǒng)的構(gòu)建。例如自封閉腔體、自封閉膠、或者是塑料腔體。
任何合適的材料均可被用于本芯片系統(tǒng)的構(gòu)建。例如，合適的材料包括硅、塑料、玻璃、石英玻璃、陶瓷、橡膠、金屬、多聚物、雜交膜以及它們的任意組合?；|(zhì)的表面可以通過化學(xué)修飾而帶上活性基團(tuán)或者生物分子，化學(xué)基團(tuán)包括-CHO，-NH2，-SH，-S-S-或者甲苯磺酰基，生物分子包括生物素，鏈霉親和素，親和素，組氨酸尾巴(his-tag)，strept-tag(鏈霉親和素尾巴)，組氨酸和蛋白A?；|(zhì)可以是芯片的一部分，例如DNA芯片，基質(zhì)也可以不是芯片的一部分。
本發(fā)明中的生物芯片系統(tǒng)可以被用于分析待分析物，所述待分析物包括細(xì)胞，細(xì)胞器，分子，聚合物或者復(fù)合物等。
任何合適的反應(yīng)物均可作為第一固定反應(yīng)物。第一固定反應(yīng)物可以是細(xì)胞，病毒，細(xì)胞器，分子，聚合物或者復(fù)合物等。第一固定反應(yīng)物可以與待分析物發(fā)生特定的結(jié)合。第一固定反應(yīng)物可以是抗體或者與待分析核酸互補的核酸。第一固定反應(yīng)物可以通過任何合適的方法與基質(zhì)相連接，例如通過化學(xué)反應(yīng)基團(tuán)或者是基質(zhì)表面所帶有的生物分子。
所述標(biāo)記的未固定的復(fù)合物可在其第二反應(yīng)物或者微小顆粒上帶有可檢測的標(biāo)記?？蓹z測的標(biāo)記可以是任何合適的標(biāo)記，例如放射標(biāo)記，熒光標(biāo)記，化學(xué)標(biāo)記，酶學(xué)標(biāo)記，發(fā)光標(biāo)記，熒光共振能量轉(zhuǎn)移標(biāo)記或者是分子信標(biāo)標(biāo)記。更合適的，檢測標(biāo)記熒光標(biāo)記。同時，更合適的熒光標(biāo)記與第二個熒光標(biāo)記臨近而產(chǎn)生熒光信號。具體的熒光標(biāo)記包括FAM，TET，HEX，F(xiàn)ITC，Cy3，Cy5，Texas Red，ROX，F(xiàn)luroscein，TAMRA以及帶有稀土金屬的納米粒子。同時，未固定的復(fù)合物中的微小顆?？梢宰鳛橐粋€直接的標(biāo)記來判斷待分析物的有無或者對其進(jìn)行定量。
任何合適的反應(yīng)物均可被用作第二反應(yīng)物。第二反應(yīng)物可以是細(xì)胞，病毒，細(xì)胞器，分子，聚合物或者復(fù)合物等。第二反應(yīng)物可以與待分析物發(fā)生特定的結(jié)合。第二反應(yīng)物可以是抗體或者與待分析核酸互補的核酸。第二反應(yīng)物可以通過任何合適的方法與微小顆粒相連接，例如通過化學(xué)反應(yīng)基團(tuán)或者是微小顆粒表面所帶有的生物分子?；瘜W(xué)基團(tuán)包括-CHO，-NH2，-SH，-S-S-或者甲苯磺酰基，生物分子包括生物素，鏈霉親和素，親和素，組氨酸尾巴，鏈霉親和素尾巴，組氨酸以及蛋白A。
任何合適的微小顆粒均可被采用。更合適的，微小顆粒是磁性、可磁化的、帶電的以及可帶電的微小顆粒。微小顆粒可以帶有任何合適的材料，例如有機(jī)材料，玻璃，二氧化硅，陶瓷，碳或者金屬。微小顆?？梢跃哂腥魏魏线m的尺寸，例如直徑從1納米到10微米。
在實際應(yīng)用中，在非固定的復(fù)合物中所采用的微小顆粒可以是磁性微粒。磁性微?？梢酝ㄟ^任何合適的方法制備。例如，可以采用專利CN 01/109870.8或WO02/075309所述的方法來制備。在本發(fā)明所述的生物芯片系統(tǒng)和方法中可以采用可以磁化的材料來制備磁性顆粒。可磁化材料的例子包括亞鐵磁性材料，鐵磁性材料，順磁性材料以及超順磁性材料。在一個具體的應(yīng)用中，磁性顆粒帶有順磁性材料，例如順磁性金屬氧化物。更適宜的，順磁性金屬氧化物是過渡態(tài)金屬氧化物或者合金等。任何過渡態(tài)的金屬均可被采用，例如鐵，鎳，銅，鈷，錳，鉭，鋅以及zirconium(Zr).更好的情況是金屬氧化物為Fe3O4或Fe2O3。在另一個具體的應(yīng)用中，在磁珠中所采用的可磁化的物質(zhì)是金屬，這一金屬可以是過渡態(tài)金屬或者合金鐵，鎳，銅，鈷，錳，鉭，鋅以及zirconium(Zr)以及鈷-鉭-zirconium(CoTaZr)合金。
磁珠也可以從可獲得的初級磁珠中制備，也可以從被單體所包被的粗的材料以及金屬氧化物中制備，如專利U.S.Patent No.5,834,121所示，上述單體在經(jīng)過交聯(lián)以后可以形成一個堅固的多聚物殼體。在這里“堅固”指的是交聯(lián)而形成的多聚物殼體可以對包裹在其內(nèi)的金屬氧化物起到穩(wěn)定的作用(也就是殼體不會膨脹或者溶解)，因此顆粒會保留在殼體的內(nèi)部。在這里“微孔的”指的是在畸形的有機(jī)溶劑中會膨脹或者擴(kuò)展的樹脂狀的多聚物基質(zhì)。這里的“裝載”指的是顆粒上的集合位點可以被功能化或者衍生化的一種能力。
合適的材料可以被用作可磁化的材料，例如，錳鐵礦，錳鐵酸鹽，鈷，鎳，磁鐵礦以及多種不同的合金。錳鐵礦是優(yōu)選的金屬氧化物。通常，金屬鹽往往先被轉(zhuǎn)化成金屬氧化物然后被包被上多聚物或者被吸收進(jìn)微球中，該微球帶有熱塑性的多聚物樹脂并且在其上有較少的基團(tuán)。當(dāng)想從金屬氧化物開始而獲得疏水的初級微球，有必要提供來源于乙烯基單體的熱塑多聚物堅固的殼體，最好是能夠與微孔基質(zhì)結(jié)合或者被微孔基質(zhì)結(jié)合的交聯(lián)的聚苯乙烯。磁珠可以采用已有的方法來制備，例如來自文獻(xiàn)中的方法(Vandenberge et al.，J.of Magnetism and Magnetic Materials，15-181117-18(1980)；Matijevic，Acc.Chem.Res.，1422-29(1981)；and U.S.Patent.Nos.5,091,206；4,774,265；4,554,088；and 4,421,660.)本發(fā)明中可能用到的初級磁珠可來于專利所述(U.S.Patent.Nos.5,395,688；5,318,797；5,283,079；5,232,7892；5,091,206；4,965,007；4,774,265；4,654,267；4,490,436；4,336,173；and4,421,660.)或者初級微球可以通過商業(yè)途徑從已有的親水或者疏水的微球中獲取，只要其能夠滿足尺寸以及穩(wěn)定性的要求，并且具有吸收使用的乙烯基單體而形成網(wǎng)狀基質(zhì)的能力。優(yōu)選的是，初級磁球是一種疏水的，聚苯乙烯包被的，順磁性的顆粒。這種聚苯乙烯順磁性小球可以從Dynal，Inc.(Lake Success，N.Y.)，Rhone Poulonc(France)，and SINTEF(Trondheim，Norway)獲得。原始的僅帶有一層不穩(wěn)定的多聚物的顆?；蛘叽判灶w?？赏ㄟ^在其表面上進(jìn)行進(jìn)一步的處理而帶上堅固的多聚物外殼而被使用。
有多種方式可用于移動待分析物和其它的物質(zhì)，這些移動方式可以通過任何合適的力而產(chǎn)生。在一實際應(yīng)用中，通過電場力，磁場力，聲場力，重力或者離心力來可控的將待分析物移近第一固定的反應(yīng)物(第一種移動方式)。在另一實際應(yīng)用中，通過電場力，磁場力，聲場力，重力或者離心力來可控的將待分析物移近標(biāo)記的未固定的復(fù)合物(第二種移動方式)。在第二種方式的移動中可以通過對標(biāo)記的未固定的復(fù)合物內(nèi)的微小顆粒施加作用力而實現(xiàn)可控地將待分析物移近標(biāo)記的未固定的復(fù)合物。在另一實際應(yīng)用中，將未與待分析物結(jié)合的標(biāo)記的未固定的復(fù)合物從第一固定的反應(yīng)物的位置可控地移開(第三種移動方式)是通過采用電場力，磁場力，聲場力，重力或者離心力來實現(xiàn)的。在第三種方式的移動中可以通過對標(biāo)記的未固定的復(fù)合物內(nèi)的微小顆粒施加作用力而實現(xiàn)可控地將其從第一種固定的反應(yīng)物的區(qū)域移開。
在一具體應(yīng)用中，待分析物是DNA，RNA，肽核酸(PNA)，鎖定核酸(LNA)，蛋白質(zhì)，肽，抗體以及多糖。DNA，RNA，肽核酸(PNA)，鎖定核酸(LNA)，的長度在5堿基到1000堿基之間。在另一具體應(yīng)用中，本發(fā)明可以被用于分析DNA-DNA雜交，DNA-RNA雜交，DNA-LNA雜交，DNA-PNA雜交，RNA-RNA雜交，RNA-PNA雜交，RNA-LNA雜交，PNA-PNA雜交，PNA-LNA雜交，蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的相互作用，蛋白質(zhì)與核酸之間的相互作用，蛋白質(zhì)與多糖之間的相互作用以及抗原抗體之間的相互作用。
本發(fā)明的生物芯片系統(tǒng)可以單分析通道的，也可以是多分析通道的，通道的數(shù)目可以從1到10,000。
本發(fā)明可以進(jìn)一步包括一種溫度控制器件，溫度控制器件可以是PCR儀，原位PCR儀，水浴器件或者是微型的熱控制器件。
本發(fā)明可以進(jìn)一步包括用于檢測待分析物與標(biāo)記的未固定的符復(fù)合物以及第一個固定的反應(yīng)物所形成的三明治結(jié)構(gòu)的器件?？捎玫臋z測器件包括光學(xué)顯微鏡，光學(xué)掃描儀以及熒光掃描儀。
本發(fā)明的第二個目的是提供一種用于待分析物分析的方法。
本發(fā)明所提供的方法包括a)給出一種上述的生物芯片系統(tǒng)；b)往所述生物芯片系統(tǒng)的可控的封閉腔體中加入帶有或者可能帶有待分析物和標(biāo)記的未固定的復(fù)合物的樣品，所述復(fù)合物中帶有能夠與待分析物以及微小顆粒結(jié)合的第二種反應(yīng)物；c)對所述生物芯片系統(tǒng)進(jìn)行操作使得在所述標(biāo)記的未結(jié)合的復(fù)合物、所述待分析物以及所述芯片基質(zhì)上固定的的第一反應(yīng)物之間形成三明治結(jié)構(gòu)；d)評估所述三明治結(jié)構(gòu)以確定所述樣品中所述待分析物的存在與否或者對其進(jìn)行定量。
本發(fā)明的方法可以被用于分析任何固體，液體或氣體樣品。本發(fā)明的方法可以用于分析單個或者多個待分析物，待分析物的數(shù)量可以從1到3,000。多重分析可以順序進(jìn)行或者同步進(jìn)行。
在一具體應(yīng)用中，本發(fā)明的標(biāo)記的未固定的復(fù)合物、待分析物以及第一固定反應(yīng)物之間的三明治結(jié)構(gòu)可以通過以下方式來形成，首先將待分析物移近標(biāo)記的未固定的復(fù)合物使其與后者結(jié)合，然后將待分析物與標(biāo)記的未固定的復(fù)合物的結(jié)合體移近第一固定反應(yīng)物，使得待分析物與固定的反應(yīng)物之間發(fā)生結(jié)合而形成三明治結(jié)構(gòu)。
在另一具體應(yīng)用中，標(biāo)記的未固定的復(fù)合物中的微小顆?？梢灾苯佑米鳈z測標(biāo)記。
本發(fā)明的方法可以被用于任何待分析物的分析，如細(xì)胞，細(xì)胞器，病毒，分子，聚合物以及復(fù)合物等。細(xì)胞包括動物細(xì)胞，植物細(xì)胞，細(xì)菌細(xì)胞，重組細(xì)胞或者是培養(yǎng)的細(xì)胞。動物，植物，細(xì)菌細(xì)胞可以來源于動物綱，植物綱或者細(xì)菌綱中的任何種或者亞種。細(xì)胞可以來源于任何纖毛蟲的種或者亞種。細(xì)胞粘液，鞭毛以及微孢子也可以采用本發(fā)明的方法來分析。來源于鳥類例如雞，脊椎動物例如魚，哺乳動物例如小鼠，大鼠，兔子，狗，豬，奶牛，牛，綿羊，山羊，馬，猴子以及其它的不包括人類在內(nèi)的其它的靈長類動物的細(xì)胞也可以采用本發(fā)明的方法來進(jìn)行分析。
對于動物細(xì)胞，來源于特定組織或者器官的細(xì)胞也可以采用本發(fā)明的方法來進(jìn)行分析。例如來源于連接組織，上皮組織，肌肉組織或者神經(jīng)組織的細(xì)胞可以采用本發(fā)明的方法來進(jìn)行分析。類似的，來源于必要器官中的細(xì)胞也可以采用本發(fā)明的方法來進(jìn)行分析，必要組織包括眼睛，環(huán)節(jié)螺旋器官，聽覺器官，切維茨器官，環(huán)繞心室器官，科爾蒂器官，關(guān)鍵器官，指甲，末梢，女性外生殖器官，男性外生殖器官，移動器官，魯菲尼器官，生殖器官，高爾基肌腱器官味覺器官，聽覺器官，女性內(nèi)生殖器，男性內(nèi)生殖器，輸送器官，雅各布森器官，神經(jīng)體液器官，神經(jīng)腱器官，嗅覺器官，耳石器，下垂器官，羅森米勒器，感覺器官，螺旋器官，皮下連合器官，皮下穹隆器官，額外器官，觸覺器官，靶器官，觸摸器官，泌尿器官，動脈薄板末端器官，前庭器官，耳蝸前庭器官，退化器官，視覺器官，梨鼻器，游動器官，韋伯器官以及祖克坎德耳體。樣品可以來源于哺乳動物的內(nèi)部器官，例如腦，肺，肝，胰腺，骨髓，胸腺，心臟，淋巴，血液，骨頭，軟骨，胰腺，腎臟，膽囊，胃，腸，睪丸，卵巢，子宮，神經(jīng)系統(tǒng)，腺體，血管等。而且來源人和植物，真菌例如酵母，細(xì)菌如真細(xì)菌和古細(xì)菌的細(xì)胞也可以采用本發(fā)明的方法進(jìn)行分析。任何來源于原核或真核生物的重組細(xì)胞也可以采用本發(fā)明的方法來進(jìn)行分析。體液，例如血液，尿液，唾液，骨髓，精液等，以及其它細(xì)胞成分例如血清或血漿也可以采用本發(fā)明的方法來進(jìn)行分析。
細(xì)胞器包括細(xì)胞核，線粒體，葉綠體，核糖體，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，高爾基體，溶媒體，分泌小泡，液泡體以及微粒體。分子包括無機(jī)分子，有機(jī)分子以及復(fù)合物等。有機(jī)分子包括氨基酸，肽，蛋白質(zhì)，核苷，寡核苷酸，核酸，生物素，單糖，寡糖，碳水化合物，脂肪以及它們的復(fù)合物等等。
任何氨基酸均可采用本發(fā)明的方法來進(jìn)行分析。例如可以用于D-型和L-型氨基酸的分析。另外，任何在自然狀態(tài)下由Ala(A)，Arg(R)，Asn(N)，Asp(D)，Cys(C)，Gln(Q)，Glu(E)，Gly(G)，His(H)，Ile(I)，Leu(L)，Lys(K)，Met(M)，Phe(F)，Pro(P)Ser(S)，Thr(T)，Trp(W)，Tyr(Y)以及Val(V)等組成的肽或者蛋白質(zhì)均可采用本發(fā)明的方法進(jìn)行分析。
任何蛋白質(zhì)或者多肽均可用發(fā)明中的方法進(jìn)行分析。舉例來說，酶，轉(zhuǎn)運蛋白例如離子通道或離子泵，營養(yǎng)和儲存蛋白，收縮和運動蛋白例如肌動蛋白和肌球蛋白，結(jié)構(gòu)蛋白，防御蛋白或調(diào)節(jié)蛋白例如抗體，激素和生長因子等均可采用發(fā)明中的方法進(jìn)行分析。蛋白質(zhì)性質(zhì)和多肽性質(zhì)的抗原也可以采用本發(fā)明的方法進(jìn)行分析。
可采用本發(fā)明的方法來分析任何合適的目標(biāo)核酸。目標(biāo)核酸包括DNA，例如A-，B-或者Z-形DNA，或者RNA例如mRNA，tRNA和rRNA。核酸可以單鏈，雙鏈或者三鏈的形式。
可以采用本發(fā)明的方法來分析任何核苷。核苷包括腺苷，鳥嘧啶，胞啶，胸苷和尿苷。其他形式的核苷還包括AMP，GMP，CMP，UMP，ADP，GDP，CDP，UDP，ATP，GTP，CTP，UTP，dAMP，dGMP，dCMP，dTMP，dADP，dGDP，dCDP，dTDP，dATP，dGTP，dCTP以及dTTP均可以采用本發(fā)明的方法來進(jìn)行分析。
可采用本發(fā)明的方法來分析任何維生素，包括硫胺(維生素B1)，核黃素，煙酸，泛酸，維生素B6，生物素，葉酸，維生素B12以及微生物C等水溶性的維生素以及維生素A，維生素D，維生素E，維生素K等脂溶性的維生素在內(nèi)的維生素均可以采用本發(fā)明中的方法來分析。
任何單糖，無論是D型還是L型以及無論是醛糖還是酮糖均可以采用本發(fā)明的方法來進(jìn)行分析。單糖包括丙糖例如甘油醛，四糖例如赤蘚糖和蘇糖，戊糖例如核糖，阿拉伯糖，木糖，木糖和核酮糖，己糖例如阿洛糖，阿卓糖，葡萄糖，甘露糖，艾杜糖，半乳糖，塔羅糖果糖以及庚糖例如景天庚酮糖。
可采用本發(fā)明的方法來分析任何脂類。脂類包括三羧酸甘油酯，例如硬酯酸甘油酯，軟脂酸甘油酯，甘油精，蠟，磷酸甘油酯例如磷酯酰乙醇胺，卵磷脂，磷脂酰絲氨酸，磷酸肌醇，心磷脂，神經(jīng)鞘脂類例如鞘磷脂，腦苷脂和神經(jīng)節(jié)苷脂，固醇例如膽固醇和豆固醇和固醇脂肪酸酯。脂肪酸可以是飽和脂肪酸例如月桂酸，肉豆蔻酸，棕櫚酸，硬酯酸，花生酸和木蠟酸，或者是不飽和脂肪酸例如棕櫚油酸，油酸，亞油酸和花生四烯酸。
本發(fā)明的方法可以被用于分析任何樣品。例如本發(fā)明中的方法可以用于分析哺育動物樣品，哺乳動物包括牛，山羊，綿羊，馬，兔子，豬，大鼠，小鼠，人類，貓，猴子，狗以。本發(fā)明的方法也可以被用于分析臨床樣品，臨床樣品包括血清，血漿，全血，痰，腦脊液，羊水，尿液，腸胃內(nèi)容物，頭發(fā)，唾液，汗液，口腔刮取物以及活檢組織。本發(fā)明的方法可以用于人類的臨床樣品的分析。
圖1為生物芯片系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2-1到2-9為生物芯片系統(tǒng)分析樣品的程序圖3為對圖1所示的生物芯片系統(tǒng)的一種操作方式具體實施方式
定義除了專門定義之外，本發(fā)明所用的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語都和普通理解的意思相同，可以被發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的一個普通的技術(shù)人員所理解。所有在本發(fā)明中所參考的專利、申請、已經(jīng)公開的申請以及其它的出版物已經(jīng)在專利的參考文獻(xiàn)中列出。如果本部分中所提到的某個定義與本發(fā)明中所參考的專利、申請、已經(jīng)公開的申請以及其它的出版物的定義相矛盾或者不一致，則以本部分中的定義為準(zhǔn)。下面的術(shù)語如果不在本發(fā)明中特別說明，都以下面的解釋為準(zhǔn)“一個”或“一種”指“至少一個”或者“一個或更多”。
“第二種方式用于可控的將待分析物移近特定的標(biāo)記的未固定的復(fù)合物”指的是將待分析物移近特定的標(biāo)記的未固定的復(fù)合物或者將特定的標(biāo)記的未固定的復(fù)合物移近待分析物或者將待分析物以及標(biāo)記的未固定的復(fù)合物移向第三者或者一個特定的位置。
“特異性結(jié)合”指的是一種物質(zhì)與另一種物質(zhì)的結(jié)合依賴與特定的分子結(jié)構(gòu)。舉例來說，一個受體會與具有與配體結(jié)合位點互補的化學(xué)結(jié)構(gòu)的配體發(fā)生特異性結(jié)合。
“特異的結(jié)合對”指的是這樣一種物質(zhì)或者一類物質(zhì)，它與特定的配體具有特異的結(jié)合能力，而不與其它的物質(zhì)發(fā)生結(jié)合。一種具體的形式是特異的結(jié)合對包括能夠與配體相互作用的特異性結(jié)合分析試劑，或者樣品能夠與配體間發(fā)生免疫化學(xué)反應(yīng)。例如在試劑或樣品配體之間，或者是配體與樣品之間具有抗原抗體或半抗原與抗體的關(guān)系。另外，在專業(yè)內(nèi)還有很多熟知的在配體及其結(jié)合對之間所存在結(jié)合反應(yīng)可以作為特異性結(jié)合分析的基礎(chǔ)，這其中包括激素、維生素、代謝物和藥物成分與它們各自所對應(yīng)的受體和結(jié)合物質(zhì)之間的結(jié)合反應(yīng)(See e.g.，Langan et al.eds.，Ligand Assay，pp.211 et seq，Masson Publishing U.S.A.Inc.，New York，1981)。
“抗體”指的是特殊類型的免疫球蛋白，包括IgA，IgD，IgE，IgG等，IgG1，IgG2，IgG3，and IgG4，and IgM?？贵w可以任何可能的形式存在，同時也包括任何可能的片段以及衍生物。例如抗體包括多克隆抗體，單克隆抗體，F(xiàn)ab片段，F(xiàn)ab’片段，F(xiàn)(ab’)2片段，F(xiàn)v片段，抗體二聚體，單鏈抗體，由抗體片段所形成的多重特異性抗體。
“植物”指的是任何屬于植物綱的具有光合作用，真核的多細(xì)胞的生物體，它的特征是可以產(chǎn)生胚，帶有葉綠體，具有纖維素性質(zhì)的細(xì)胞壁，不能夠運動。
“動物”指的是屬于動物綱的多細(xì)胞的生物體，它的特征是具有運動性，無光合作用機(jī)制，能夠?qū)Υ碳ぎa(chǎn)生反應(yīng)，不能夠無限生長并且具有特定的形態(tài)結(jié)構(gòu)。動物可以是，但不僅僅限于，鳥類例如雞、脊椎動物例如魚、哺乳動物例如小鼠、大鼠、兔子、狗、豬、奶牛、牛、綿羊、山羊、馬、猴子以及其它的不包括人類在內(nèi)的其他的靈長類動物。
“細(xì)菌”指的是小的原核生物體(其尺寸在1微米左右)，不具有細(xì)胞核結(jié)構(gòu)，具有70S的線粒體，細(xì)菌的蛋白合成與真菌的不同。許多針對細(xì)菌的抗生素是針對細(xì)菌的蛋白合成但是不影響帶有細(xì)菌的感染的宿主。
“真細(xì)菌”指的是細(xì)菌中的除古細(xì)菌之外的的一個主要分支。絕大部分的革蘭氏陽性細(xì)菌蘭細(xì)菌、支原體、腸道菌、假單胞菌以及葉綠體屬于真細(xì)菌。真細(xì)菌的細(xì)胞質(zhì)膜上帶有類酯脂肪，如果有細(xì)胞壁則細(xì)胞壁上帶有肽聚糖，真細(xì)菌中沒有發(fā)現(xiàn)內(nèi)含子。
“古細(xì)菌”指的是細(xì)菌中除了真細(xì)菌之外的一個主要分支，古細(xì)菌中有三個主要的類型極端嗜鹽菌、產(chǎn)甲烷細(xì)菌以及依賴于硫磺的極端嗜熱菌。古細(xì)菌與真細(xì)菌的區(qū)別在于核糖體的結(jié)構(gòu)，有些古細(xì)菌中帶有內(nèi)含子，還包括生物膜的組成。
“真菌”指的是真核生物的一個分支，可以大量的生長，但是不具有根，莖和葉，缺乏葉綠素以及其他光合合成所需要的色素。每個真菌菌體具有單細(xì)胞的細(xì)絲狀結(jié)構(gòu)，具有真正的核，具有分支結(jié)構(gòu)并且被含有聚糖或幾丁質(zhì)的細(xì)胞壁所包圍。
“病毒”指的是生物體內(nèi)的一種無細(xì)胞結(jié)構(gòu)的寄生物，它帶有DNA或RNA以及蛋白質(zhì)外殼。病毒的尺寸范圍從20nm到300nm。按照巴爾地摩分類，第一類病毒的基因組為雙鏈DNA；第二類病毒的基因組為單鏈DNA；第三類病毒的基因組為雙鏈RNA；第四類病毒的基因組為正鏈的單鏈RNA，基因組本身可以作為mRNA；第五類病毒的基因組為負(fù)鏈的單鏈RNA，該基因組可以作為mRNA合成的模板；第六類帶有正鏈的單鏈RNA基因組，但在復(fù)制以及mRNA合成時均具有一個DNA的中間體。絕大部分的病毒均能夠?qū)е轮参?、動物以及原核生物的疾病，原核生物中的病毒被稱為噬菌體。
“組織”指的是由一群相似的細(xì)胞以及包圍這些細(xì)胞的細(xì)胞間物質(zhì)所形成的結(jié)構(gòu)。在機(jī)體中有四種基本的組織類型1)上皮組織；2)連結(jié)組織，包括血液，骨骼以及軟骨；3)肌肉組織以及4)神經(jīng)組織。
“器官”指的是機(jī)體內(nèi)執(zhí)行某種特定功能的部分，例如呼吸，分泌和消化。
“樣品”指的是采用本發(fā)明中所述的儀器和方法來進(jìn)行分析的可能帶有目標(biāo)的任何物品。樣品可以是生物樣品，例如生物液體或者生物組織。生物液體可以是尿液、血液、血清、唾液、精液、糞便、痰、腦脊液眼淚、粘液羊水以及其他類似的物質(zhì)。生物組織則指的是聚集的細(xì)胞，通常是一種特定的細(xì)胞通過細(xì)胞間的物質(zhì)而形成的人、動物、植物、細(xì)菌、真菌以及病毒的特定的結(jié)構(gòu)，包括上皮組織、連接組織、肌肉組織以及神經(jīng)組織。生物組織包括器官、瘤、淋巴結(jié)、動脈以及單個的細(xì)胞。生物組織可被用于制備細(xì)胞懸濁樣品。樣品也可以是在體外所混合的細(xì)胞混合物。樣品可以是培養(yǎng)的細(xì)胞懸濁液。當(dāng)樣品是生物樣品時，樣品可以是粗的樣品或者對原始樣品經(jīng)過多種處理以后所獲得的處理過的樣品。例如，不同的細(xì)胞分離方法(磁激活的細(xì)胞篩選)可被用于從血液等液體樣品中分離或富集目標(biāo)細(xì)胞。本發(fā)明中所用到的樣品包括通過目標(biāo)細(xì)胞富集而獲得的細(xì)胞。
“液體/流體”樣品指的是自然狀態(tài)下以液體或者流體狀態(tài)存在的樣品，例如生物流體?！耙后w樣品”也指在自然狀態(tài)下以固態(tài)或者氣態(tài)存在，但經(jīng)過處理后被包含于液體、流體、溶液或者懸濁物中的樣品。例如，液體樣品可以包括帶有生物組織的的液體、流體、溶液或者懸濁物。
“磁性物質(zhì)”指的是任何帶有磁性的物質(zhì)，在磁鐵或磁力存在的時候會產(chǎn)生磁力或者被磁力所操縱。
“能產(chǎn)生磁力的物質(zhì)”指的是任何能夠被磁鐵所影響的物質(zhì)，因此當(dāng)被懸浮或者放置于磁場中的時候能被誘導(dǎo)而產(chǎn)生磁性，處于一種帶磁性的狀態(tài)。能產(chǎn)生磁力的物質(zhì)包括但不限于順磁性物質(zhì)、鐵磁體以及亞鐵磁體。
“順磁性物質(zhì)”指的是這樣一種物質(zhì)，該物質(zhì)中的原子、離子或者分子帶有永久的磁偶極矩。在沒有外加磁場的情況下，由于原子的偶極矩的指向是隨機(jī)的，因而整體不帶有磁性。原子的偶極矩的隨機(jī)指向是由于物質(zhì)內(nèi)的熱擾動所導(dǎo)致的。當(dāng)施加磁場后，原子偶極距會趨向與磁場的方向平行，因為與非平行狀態(tài)相比在這種狀態(tài)下原子所處的能量狀態(tài)更低。因此就會在磁場的方向上產(chǎn)生凈磁。進(jìn)一步的關(guān)于“順磁性的”以及“順磁性”的描述可以從多種文獻(xiàn)中獲得，例如B.I Bleaney and B.Bleaney，Oxford，Electricity and Magnetism.Chapter 6，page169-171，1975。
“鐵磁體材料”指的是與強磁性的物質(zhì)不同的一種物質(zhì)，其磁性依賴于外加磁場的強度。在未施加外加磁場的情況下，鐵磁體材料也會帶有一定的磁性，此時所保持的磁性被稱為“剩磁”。進(jìn)一步的關(guān)于“鐵磁體的”和“鐵磁體”的描述可以從不同的文獻(xiàn)中獲得，例如B.I Bleaney and B.Bleaney，Oxford，Electricity and Magnetism.Chapter 6，page171-174，1975。
“亞鐵磁體”指的是能夠自發(fā)地產(chǎn)生磁性，帶有剩磁以及具有其它與常規(guī)的鐵磁體相似性質(zhì)的物質(zhì)，但是其自發(fā)所產(chǎn)生的磁性與物質(zhì)中的偶極矩完全平行排列時的磁性并不相符。進(jìn)一步的有關(guān)“亞鐵磁體的”和“亞鐵磁體”的描述可以從多同文獻(xiàn)中獲得，例如B.I Bleaney and B.Bleaney，Oxford，Electricity and Magnetism.Chapter16，page519-524，1975。
“金屬氧化物顆?！敝傅臅r任何顆粒形式的金屬氧化物。特定的帶有順磁性或者超順磁性的金屬氧化物。“順磁性顆?！北欢x為這樣一種顆粒，它在外加磁場的情況下比較敏感，但是不能夠維持長久的磁性。換句話說，“順磁性顆?！币部梢员欢x為由順磁性材料所制造的顆粒。順磁性顆粒可以是，但不僅僅限于金屬氧化物，例如Fe3O4顆粒、金屬合金顆粒(例如CoTaZr顆粒)。
“雜交嚴(yán)謹(jǐn)度”主要用于區(qū)分錯配的程度，其詳細(xì)的描述如下1)高嚴(yán)謹(jǐn)度 0.1×SSPE(or 0.1×SSC)，0.1％SDS，65℃；2)中等嚴(yán)謹(jǐn)度0.2×SSPE(or 1.0×SSC)，0.1％SDS，50℃；3)低嚴(yán)謹(jǐn)度 1.0×SSPE(or 5.0×SSC)，0.1％SDS，50℃。
采用不同的緩沖液，鹽和溫度可以獲得相同的雜交嚴(yán)謹(jǐn)度。
“芯片”指的是一種固相基質(zhì)，在這種基質(zhì)上具有大量的一維、二維或者三維的微結(jié)構(gòu)或者微小尺度結(jié)構(gòu)，在其上可以進(jìn)行特定的物理、化學(xué)、生物學(xué)、生物物理學(xué)或生物化學(xué)的過程。微結(jié)構(gòu)或微小尺度結(jié)構(gòu)，例如通道或者反應(yīng)池，能夠被整合進(jìn)芯片，或者在芯片直接構(gòu)造或者連接到基質(zhì)上以利于在芯片上進(jìn)行物理的，生物物理的、生物學(xué)的、生物化學(xué)或者化學(xué)的反應(yīng)或者過程。芯片的其中一維可以很薄但在其它維上則具有多種可能的結(jié)構(gòu)，例如，這種結(jié)構(gòu)可以是三角形，圓形，橢圓形或者其它的非規(guī)則形狀。芯片上用于進(jìn)行反應(yīng)的的主表面的尺寸可以在很大的范圍內(nèi)變化，例如，該尺寸的大小可以從1mm2到大約0.25m2。芯片的更合適的尺寸是從大約4mm2到大約25cm2，并且其中典型的一維的大小在大約1mm大約7.5cm之間。芯片的表面可以是平整的，也可以是不平整的。具有不平整表面的芯片可以在其上構(gòu)建通道或者反應(yīng)池。芯片可以是這樣的一種固相基質(zhì)，在其上固定了多種不同的DNA分子，蛋白質(zhì)分子或者細(xì)胞。
“確定”指的是定量或者定性的檢測樣品中的待分析物，并且獲得一個指示、比值、百分比或者可視的結(jié)果。確定可以是直接的也可以是間接的，實際用于檢測的物質(zhì)不需要是待分析物本身，但可以是一種衍生物或者進(jìn)一步的其它物質(zhì)。
“小分子”指的是沒有形成同聚物或者沒有與大分子或者調(diào)節(jié)物結(jié)合的分子，不能具有抗原性。小分子的分子量在10kD以下，更好的情況是小分子的分子量在5kD左右或者小于5kD。
“一個可控的封閉腔體”指的是腔體的開啟和封閉是可控的，例如向外界開放以允許樣品和試劑進(jìn)入，然后封閉腔體，以允許在腔體內(nèi)形成待分析物、標(biāo)記的未固定的復(fù)合物以及基質(zhì)上固定的反應(yīng)物之間的三明治結(jié)構(gòu)，在這一過程中，封閉腔體與外界環(huán)境之間無任何物質(zhì)的交換。
“生物相容性”指的是材料對生物系統(tǒng)、生物反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)不具有毒性和有害作用的品質(zhì)和能力。
“導(dǎo)熱性”指的是一種材料作為熱的絕緣體的效率，而這種效率可以以導(dǎo)熱性來表示。能量通過一個物體進(jìn)行的轉(zhuǎn)移效率與通過這個物體以及其交叉區(qū)域的溫度剃度成正比。限定在最小的厚度和溫度差異的情況下。熱傳導(dǎo)的基本公式如下Q＝λAdT/dx這里Q指的是熱流，A是交叉組合區(qū)域的面積，dT/dx指的是溫度/厚度的剃度，λ被定義為熱傳導(dǎo)值。具有大的的熱傳導(dǎo)值的物質(zhì)是很好的熱的導(dǎo)體，而只具有很小的熱傳導(dǎo)值的物質(zhì)則是差的熱導(dǎo)體，也就是很好的絕熱體。因此，如果我們知道不同物體的導(dǎo)熱值(單位是W/m·K)，我們就可以比較不同材料的絕熱效率，如果需要的話還可以進(jìn)行定量比較。
“核酸”指的是任何形式的DNA或RNA，包括單鏈、雙鏈、三鏈、線狀以及環(huán)狀等多種形式。核酸可以是多聚核苷酸、寡核苷酸以及核酸和核酸類似物的嵌合體，核酸可以是由熟知的幾種核糖核苷酸、脫氧核糖核苷酸以及它們的類似物或衍生物所組成。核酸可以由自然存在的或非自然存在的核苷酸堿基組成，如黃嘌呤、核苷堿基的延伸物2-氨基酰嘌呤或類似物等。核酸可以是肽核酸。核酸可以是任意長度，可以是單鏈或雙鏈，或者是部分單鏈和部分雙鏈。同時還包括其它的非典型的磷酸二酯鍵骨架的寡核苷酸衍生物，例如磷酸三酯鍵，肽核酸(PNA)、甲基磷酸、磷硫酸、多聚核苷酸引物、鎖定核酸(LNA)以及其它。
“探針”或“核酸探針分子”是指能與目標(biāo)序列雜交的寡核苷酸或核酸，主要是用于目標(biāo)序列的檢測?！澳繕?biāo)序列”指的是探針能夠特異性結(jié)合的核酸序列。如在擴(kuò)增過程中起始目標(biāo)序列擴(kuò)增的引物不同，探針在使用時不需要通過多聚酶的延伸來擴(kuò)增目標(biāo)序列。
“互補或配對”指的是兩個核酸序列至少有50％的序列互補。更適宜于指兩個核酸序列具有至少60％，70，％，80％，90％，95％，96％，97％，98％，99％或100％的序列互補?！盎パa或配對”同時也指兩個核酸序列能夠在低，中或者高的嚴(yán)謹(jǐn)度下雜交。
“充分的互補或充分的配對”指的是兩個核酸序列有至少90％的序列互補。更適宜于指兩個核酸序列具有至少95％，96％，97％，98％，99％或100％的序列互補?！俺浞值幕パa或充分的配對”也可以解釋為兩個核酸序列能夠在高嚴(yán)謹(jǐn)度下雜交。
“兩個完全配對的核酸序列”指的是一個核酸雙鏈中的兩個核酸鏈按照Watson-Crick堿基配對原則互補配對，也就是在DNADNA雙鏈中A和T配對，C和G配對，而在DNARNA或者RNARNA雙鏈中A和U配對，C和G配對，在配對的兩條鏈中沒有插入和缺失。
“退火溫度”(“Tm”)指的是使50％的雙鏈解鏈時所需要的溫度，這里的雙鏈包括DNADNA，DNARNA，RNARNA，PNADNA，LNARNA以及LNADNA等。
“標(biāo)記”指的是具有可檢測的物理特性的化學(xué)基團(tuán)或者是能夠使化學(xué)基團(tuán)具有可檢測的物理標(biāo)記的復(fù)合物，例如能夠催化底物轉(zhuǎn)變成或產(chǎn)生可檢測產(chǎn)物的酶。“標(biāo)記”同時也包括能夠抑制特定的物理特性顯現(xiàn)的復(fù)合物。“標(biāo)記”也可以是一個復(fù)合物，該復(fù)合物是結(jié)合對中的一個成分，而這一結(jié)合對中的另外一個成分則帶有可用于檢測的物理標(biāo)記。例如標(biāo)記包括金屬、熒光基團(tuán)、發(fā)光基團(tuán)、化學(xué)發(fā)光基團(tuán)、光學(xué)基團(tuán)、帶電基團(tuán)、極性基團(tuán)、發(fā)色基團(tuán)、半抗原、蛋白質(zhì)結(jié)合配體、核苷酸序列、放射基團(tuán)、酶、顆粒、熒光共振能量轉(zhuǎn)移標(biāo)記、分子信標(biāo)或者以上列舉的各種標(biāo)記的任意組合。
實施例1、生物芯片系統(tǒng)生物芯片系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，反應(yīng)腔體1可以被打開和封閉。合適的材料是生物相容性材料，不會抑制待分析物與反應(yīng)物之間的任何相互作用，例如DNA和DNA，DNA和RNA，LNA和DNA，LNA和RNA，PNA和DNA，PNA和RNA，蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)，抗體和抗原，蛋白質(zhì)和DNA，蛋白質(zhì)和多糖之間的相互作用。一些合適的材料包括但不限于自封閉腔(MJ Research，Inc.，MA，U.S.A.)，自封閉膠(MJ Research，Inc.，MA，U.S.A.)以及塑料封閉腔體。反應(yīng)系統(tǒng)2包括固定有反應(yīng)物的微小顆粒，帶有待分析物的樣品，適合于反應(yīng)物與待分析物之間發(fā)生相互作用的溶液。反應(yīng)物3能夠通過共價或者非共價的方式而固定于基質(zhì)4的表面，基質(zhì)4的表面修飾有特定的化學(xué)分子或者帶有生物分子從而與反應(yīng)物3結(jié)合。固相基質(zhì)4是一種具有良好導(dǎo)熱性，生物相容性并且容易獲得的材料?？梢杂米鞴滔嗷|(zhì)的材料包括但不限于玻璃，石英玻璃，陶瓷，硅，金屬和塑料。器件5用于往反應(yīng)腔體上加外力，這一外力可以促進(jìn)微小顆粒在腔體內(nèi)的運動從而提高固定在微小顆粒表面的反應(yīng)物與待分析物結(jié)合的效率。器件6用于往反應(yīng)腔體上施加外力，這一外力可以促進(jìn)微小顆粒以及待分析物在基質(zhì)上固定的第一種反應(yīng)物的區(qū)域富集從而加速待分析物與基質(zhì)上固定的反應(yīng)物之間的結(jié)合。器件7用于往反應(yīng)腔體上施加外力，這一外力可以促進(jìn)沒有與基質(zhì)上固定的第一種反應(yīng)物結(jié)合的微小顆粒從第一反應(yīng)物的區(qū)域移開從而降低背景噪音。檢測反應(yīng)結(jié)果的器件8，可以是檢測可見光的顯微鏡或者是檢測熒光的熒光掃描儀。反應(yīng)溫度控制器件9，它可以調(diào)整升降溫的速度以及溫度控制的精度，溫度控制器件可以是商用的PCR儀，原位PCR儀，水浴器件，或者是用于整個器件微型化的微型溫度控制設(shè)備。
實施例2、生物芯片系統(tǒng)在本實施例中，微小顆粒是磁性顆粒，器件5是磁力、機(jī)械或者超聲器件，分別可以產(chǎn)生磁場力、機(jī)械力或超聲作用力。器件6是磁力器件，可以產(chǎn)生磁場力。器件7是磁力器件或者離心器件，分別產(chǎn)生磁場力或離心力。本生物芯片系統(tǒng)的其它結(jié)構(gòu)同實施例1。
實施例3、生物芯片系統(tǒng)在本實施例中，微小顆粒是聚苯乙烯顆粒，器件5是機(jī)械或者超聲器件，分別可以產(chǎn)生機(jī)械力或超聲作用力。器件6是離心器件，可以產(chǎn)生離心力。器件7是離心器件，可以產(chǎn)生離心力。如圖3所示，采用這種方式時，當(dāng)帶有反應(yīng)物的基質(zhì)正面朝上時，固定反應(yīng)物的區(qū)域相對于基質(zhì)上的其它區(qū)域下陷，以利于在離心力的作用下，微小顆粒在反應(yīng)物區(qū)域的富集。本生物芯片系統(tǒng)的其它結(jié)構(gòu)同實施例1。
實施例4、生物芯片系統(tǒng)在本實施例中，微小顆粒是帶電顆粒，器件5是電子、機(jī)械或者超聲器件，分別可以產(chǎn)生電場力、機(jī)械力或超聲作用力。器件6是電子器件，可以產(chǎn)生電場力。器件7是電子器件或者離心器件，分別產(chǎn)生磁場力或離心力。本生物芯片系統(tǒng)的其它結(jié)構(gòu)同實施例1。
實施例5、生物芯片系統(tǒng)分析樣品的程序采用本發(fā)明的生物芯片系統(tǒng)進(jìn)行樣品分析可按圖2-1至2-9所示的程序進(jìn)行(1)如圖2-1所示，將待測樣品與反應(yīng)溶液混合形成反應(yīng)體系2，然后將該體系加入反應(yīng)腔體1。體系2中包括反應(yīng)所需的液體環(huán)境、在表面上分別固定有兩種不同反應(yīng)物A’和B’的微小顆粒D，待檢測的目標(biāo)a，b和x?；|(zhì)4的不同位置上固定有三種不同的反應(yīng)物A，B和C。反應(yīng)物A’和A能夠與待檢目標(biāo)a特異性結(jié)合，反應(yīng)物B’和B能夠和待檢目標(biāo)b特異性結(jié)合。
(2)如圖2-2所示，開動器件5，在反應(yīng)體系中產(chǎn)生作用/作用力F1，微小顆粒在反應(yīng)體系2中運動加速。此時可以開啟溫度控制器件9以控制反應(yīng)體系的溫度。
(3)如圖2-3所示，在器件5開動的過程中，固定在微小顆粒上的反應(yīng)物A’和B’與其各自對應(yīng)的待檢目標(biāo)a和b的識別和結(jié)合被促進(jìn)，相互之間發(fā)生特異的結(jié)合。然后關(guān)閉器件5。
(4)如圖2-4所示，開動器件6，產(chǎn)生作用/作用力F2，微小顆粒攜帶結(jié)合的待檢目標(biāo)向固相基質(zhì)4上的反應(yīng)物區(qū)域富集。
(5)如圖2-5所示，器件6開動期間，微小顆粒攜帶結(jié)合的待檢目標(biāo)已經(jīng)在固相基質(zhì)4上的反應(yīng)物區(qū)域富集。此時可以關(guān)閉器件6，開啟溫度控制器9以控制反應(yīng)體系的溫度。
(6)如圖2-6所示，反應(yīng)一段時間后，固定在微小顆粒上的待檢目標(biāo)a和b分別與固定在固相基質(zhì)4上的反應(yīng)物A和B結(jié)合，然后停止反應(yīng)。
(7)如圖2-7所示，開動器件7，產(chǎn)生作用/作用力F3，未與基質(zhì)4表面發(fā)生特異性結(jié)合的微小顆粒開始離開基質(zhì)4上的反應(yīng)物的固定區(qū)域。
(8)如圖2-8所示，器件7開動一段時間后，未與芯片表面固定的反應(yīng)物發(fā)生特異性結(jié)合的微小顆粒離開基質(zhì)4上的反應(yīng)物的固定區(qū)域，而在反應(yīng)腔體1內(nèi)的其他區(qū)域富集。然后關(guān)閉器件7。
(9)如圖2-9所示，采用特定的設(shè)備檢測基質(zhì)4上的信號。反應(yīng)物A和反應(yīng)物B處出現(xiàn)特異性信號，而反應(yīng)物C處則無信號，檢測結(jié)果表明待測樣品中含有待檢目標(biāo)a和b。
實施例6、乙型肝炎病毒核酸的檢測1.帶有醛基基團(tuán)的基質(zhì)的制備將玻璃基質(zhì)浸泡于洗液中，室溫過夜。用自來水沖洗以洗凈玻璃基質(zhì)上的酸液，蒸餾水沖洗三次，去離子水漂洗一次，再用去離子水沖洗一次。離心甩干玻璃基質(zhì)。110℃，15分鐘，徹底干燥玻璃基質(zhì)。將玻璃基質(zhì)浸入1％APTES(異丙胺基-三乙氧基硅烷)的95％乙醇中。在室溫下用搖床輕搖1小時。用95％乙醇清洗處理過的玻璃基質(zhì)。先沖洗一次，再漂洗一次。將洗凈的玻璃基質(zhì)放入真空干燥箱，抽真空至最大刻度(-0.08Mpa到-0.1Mpa)，關(guān)閉通氣閥，110℃處理20分鐘。將涼至室溫的玻璃基質(zhì)浸泡于12.5％的戊二醛溶液(400ml 12.5％戊二醛溶液100ml 50％的戊二醛，300ml磷酸鹽緩沖液(1M NaH2PO430ml，2.628g NaCl)，調(diào)PH值到7.0))。室溫下輕搖4小時。將玻璃基質(zhì)從戊二醛溶液中取出，3×SSC漂洗一次，去離子水沖洗兩次，離心甩干，室溫干燥。
2.引物和反應(yīng)物的合成引物和反應(yīng)物均由上海博亞生物技術(shù)公司合成。
反應(yīng)物1為amino-5′-polyT(15nt)GCATGGACATCGACCCTTATAAAG-3′(SEQ ID NO1)。反應(yīng)物2為Hex-5′-GGAGCTACTGTGGAGTTACTCCTGG-3′-Biotin(SEQ ID NO2)。上游引物是5′-gTTCAAgCCTCCAAgCTgTg-3′(SEQ ID NO3)。下游引物是5′-TCAgAAggCAAAAAAgAgAgTAACT-3′(SEQ ID NO4)。
3.生物素標(biāo)記的反應(yīng)物在磁性微小顆粒上的固定DynabeadsM-280 Streptavidin(10mg/mL，Dynal Biotech ASA，Oslo，Norway.)100μl(磁性微小顆粒上)，用1×PBS(0.1％BSA)洗三次，將磁性微小顆粒上溶于100μl 1×PBS(0.1％BSA)中，加入2μl反應(yīng)物2(50μM，溶于去離子水中)，混勻，30℃反應(yīng)30分鐘，同時震蕩使得磁性微小顆粒上不沉底。1×TE洗3次，溶于1×TE中。
4.制備表面固定有反應(yīng)物的的玻璃基質(zhì)反應(yīng)物1溶于50％的DMSO中，終濃度為10μM。采用Cartesian的點樣儀(Cartesian Technologies，Inc.CA，USA)按照預(yù)先設(shè)定好的樣式點樣。將點好的玻璃基質(zhì)在室溫中放置過夜以干燥玻璃基質(zhì)。室溫下將玻璃基質(zhì)在0.2％的SDS中浸泡兩次，每次2分鐘，振動。將玻璃基質(zhì)用去離子水沖洗兩次，去離子水漂洗一次，離心甩干。把玻璃基質(zhì)轉(zhuǎn)移到NaBH4溶液(1.0g NaBH4溶于300ml 1×PBS中，再加入100無水乙醇)，室溫?fù)u床輕搖5分鐘。將玻璃基質(zhì)用去離子水沖洗一次，去離子水漂洗兩次，每次1分鐘。離心甩干。
5.構(gòu)建反應(yīng)腔體采用MJ Research(MJ Research，Inc.MA，USA)的自封閉腔來構(gòu)建反應(yīng)腔，具體的構(gòu)建過程按照產(chǎn)品的使用說明，反應(yīng)腔體所覆蓋的基質(zhì)區(qū)域含有印制的反應(yīng)物，例如固定的探針。
6.核酸模板采用包含有上下游引物擴(kuò)增區(qū)域的克隆質(zhì)粒(pCP10，100ng/μl)。
7.核酸擴(kuò)增PCR反應(yīng)體系的組成如下10mmol/L Tris-HCl(pH8.3 at 24℃)，50mmol/L KCl，1.5mmol/L MgCl2；0.5μmol/L的上游引物以及下游引物；1單位的Taq DNA聚合酶；200μmol/L的dNTPs(dATP，dTTP，dCTP和dGTP)，0.1％的BSA，0.1％的吐溫20以及終濃度為2μmol/L的探針2，2μL的模板；反應(yīng)的總體積為25μl。將配置好的體系加入反應(yīng)腔體中并且進(jìn)行密封。PCR在PTC-200(MJ Research Inc.)熱循環(huán)儀上進(jìn)行。采用如下的熱循環(huán)程序。預(yù)變性94℃，1 minutes；主循環(huán)94℃，30秒鐘，55℃，30秒鐘，72℃，1分鐘，30個循環(huán)；72℃，10分鐘。
8.雜交取本實施例第3步中制備好的磁性顆粒25μl，離心去上清，加入PCR產(chǎn)物25μl，混勻后加入反應(yīng)腔體中，封閉腔體。首先將PCR產(chǎn)物在94℃下變性2分鐘，迅速降溫至52℃，在反應(yīng)腔體上施加交變磁場加速腔體內(nèi)磁性顆粒的運動，保持交變磁場10分鐘。停止交變磁場，在固定有反應(yīng)物的基片區(qū)域的正下方施加磁場使得磁性顆粒在該區(qū)域富集，停止磁場，雜交30分鐘。在腔體上施加磁場使未與基質(zhì)上的反應(yīng)物發(fā)生特異性結(jié)合的磁性顆粒移開基質(zhì)上的反應(yīng)物區(qū)域。
9.檢測可見光信號采用Leica透射顯微鏡觀察，檢測的程序遵照儀器的使用說明。結(jié)果顯示基質(zhì)上的固定有反應(yīng)物的區(qū)域有清晰的黑色點陣信號，同一區(qū)域的陰性對照探針?biāo)诘奈恢脛t無黑色點陣信號，同時未加入待測樣品的基質(zhì)上的固定有反應(yīng)物的區(qū)域亦無黑色點陣信號，說明待測樣品中含有乙型肝炎病毒的核酸。
熒光信號采用ScanArray 4000熒光掃描儀(GSI Lumonics，MA，USA)來檢測，激發(fā)波長為543nm，選用機(jī)器配置的3#激光器，信號的檢測則采用機(jī)器配置的7#激光片，激光器和光電倍增管的功能均選定80％，掃描的焦距根據(jù)不同玻片做適當(dāng)調(diào)整。檢測的程序遵照儀器的使用說明。結(jié)果顯示基質(zhì)上的固定有反應(yīng)物的區(qū)域有較強的熒光信號，同一區(qū)域的陰性對照探針?biāo)诘奈恢脛t只有較弱的熒光信號，同時未加入待測樣品的基質(zhì)上的固定有反應(yīng)物的區(qū)域亦只有較弱的熒光信號，說明待測樣品中含有乙型肝炎病毒的核酸。
實施例7、丙型肝炎病毒核酸的檢測丙型肝炎病毒的檢測過程與實施例6中的過程相似。不同之處如以下所述。本實施例中所采用的反應(yīng)物1為amino-5’-polyT(15nt)ACGACACTCATACTAACGCCA-3’(SEQ IDNO5)。反應(yīng)物2是Hex-5’-GTCGTCCTGGCAATTCCG-3’-NH2(SEQ ID NO6)。上游引物是5’-CTCgCAAgCACCCTATCAggCAgT-3’(SEQ ID NO7)。下游引物是5’-gCAgAAAgCgTCTAgCCATggCgT-3’(SEQ ID NO8)。按照制造商所提供的說明將氨基修飾的反應(yīng)物2固定于磁性微小顆粒(DynabeadsM-270 Carboxylic Acid at 10mg/ml，Dynal Biotech ASA，Oslo，Norway)上。丙型肝炎病毒的核酸從臨床血清學(xué)檢測陽性的新鮮全血樣品中制備，采用Roche(F.Hoffmann-La Roche Ltd，Basel，Switzerland)的High PureTMViral Nucleic Acid Kit來進(jìn)行核酸的提取，起始樣品量為100μl，具體操作見產(chǎn)品說明書。最終溶于25μl洗脫液中。在反應(yīng)腔體內(nèi)完成雜交后，可見光信號采用Leica透射顯微鏡來檢測。結(jié)果顯示基質(zhì)上的固定有反應(yīng)物的區(qū)域有清晰的黑色點陣信號，同一區(qū)域的陰性對照探針?biāo)诘奈恢脛t無黑色點陣信號，同時未加入待測樣品的基質(zhì)上的固定有反應(yīng)物的區(qū)域亦無黑色點陣信號，說明待測樣品中含有丙型肝炎病毒的核酸。熒光信號采用ScanArray 4000熒光掃描儀。結(jié)果顯示基質(zhì)上的固定有反應(yīng)物的區(qū)域有較強的熒光信號，同一區(qū)域的陰性對照探針?biāo)诘奈恢脛t只有較弱的熒光信號，同時未加入待測樣品的基質(zhì)上的固定有反應(yīng)物的區(qū)域亦只有較弱的熒光信號，說明待測樣品中含有丙型肝炎病毒的核酸。
實施例8、大腸桿菌16S rRNA的檢測大腸桿菌16S rRNA的檢測過程與實施例6中的過程相似。不同之處如以下所述。本實施例中的反應(yīng)物1是amino-5’-polyT(15nt)GCAAA GGTAT TTACT TTACT CCC-3’(SEQID NO9)。反應(yīng)物2是Hex-5’-AATCA CAAAG TCGTA AGCGC C-3’-Biotin(SEQ ID NO10)。16S rRNA從普通LB培養(yǎng)基培養(yǎng)的大腸桿菌DH5α中制備，樣品起始量為100μL，采用QIAGEN(QIAGEN GmbH Germany)的RNeasy kit提取，提取物溶于30μL 5×SSC和0.1％SDS中。在反應(yīng)腔體內(nèi)完成雜交后，可見光信號采用Leica透射顯微鏡來檢測。結(jié)果顯示基質(zhì)上的固定有反應(yīng)物的區(qū)域有清晰的黑色點陣信號，同一區(qū)域的陰性對照探針?biāo)诘奈恢脛t無黑色點陣信號，同時未加入待測樣品的基質(zhì)上的固定有反應(yīng)物的區(qū)域亦無黑色點陣信號，說明待測樣品中含有大腸桿菌的16S rRNA。熒光信號采用ScanArray 4000熒光掃描儀。結(jié)果顯示基質(zhì)上的固定有反應(yīng)物的區(qū)域有較強的熒光信號，同一區(qū)域的陰性對照探針?biāo)诘奈恢脛t只有較弱的熒光信號，同時未加入待測樣品的基質(zhì)上的固定有反應(yīng)物的區(qū)域亦只有較弱的熒光信號，說明待測樣品中含有大腸桿菌的16S rRNA。
權(quán)利要求
1.一種生物芯片系統(tǒng)，包括a)在特定基質(zhì)的表面采用合適的材料所構(gòu)建的可控的封閉腔體，所述的合適的材料具有較好的導(dǎo)熱性和生物相容性，不抑制待分析物和反應(yīng)物之間的結(jié)合，在所述可控腔體內(nèi)部的基質(zhì)表面固定有能夠與所述待分析物結(jié)合的第一固定反應(yīng)物；b)一種用于將所述待分析物可控地移動到所述第一固定反應(yīng)物所處位置的器件；c)一種用于將所述分析物可控地移近特定的標(biāo)記的未固定的復(fù)合物的器件，所述復(fù)合物中包括能夠與所述待分析物和微小顆粒結(jié)合的第二種反應(yīng)物；所述復(fù)合物包括能夠與所述待分析物結(jié)合的第二種反應(yīng)物和與所述第二種反應(yīng)物相連接的微小顆粒；d)一種用于將未與所述待分析物結(jié)合的所述標(biāo)記的未固定的復(fù)合物從第一固定反應(yīng)物區(qū)域移走的器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述可控的封閉腔體是自封閉腔體、自封閉膠，或者是塑料腔體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述基質(zhì)材料選自硅、塑料、玻璃、石英玻璃、陶瓷、橡膠、金屬、多聚物、雜交膜或它們的任意組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述基質(zhì)表面帶有化學(xué)反應(yīng)基團(tuán)或者生物分子。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述化學(xué)反應(yīng)基團(tuán)選自-CHO，-NH2，-SH，-S-S-，環(huán)氧基和甲苯磺?；?。
6.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述生物分子選自生物素、鏈霉親和素、親和素、組氨酸尾巴、鏈霉親和素尾巴、組氨酸和蛋白A。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述待分析物選自細(xì)胞，細(xì)胞器，分子，和它們的聚合物或復(fù)合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述第一固定反應(yīng)物選自細(xì)胞，病毒，細(xì)胞器，分子和它們的聚合物或復(fù)合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述第一固定反應(yīng)物與所述待分析物特異的結(jié)合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述第一固定反應(yīng)物通過化學(xué)反應(yīng)基團(tuán)或者所述基質(zhì)表面所帶有的生物分子與所述基質(zhì)相連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述標(biāo)記的未固定的復(fù)合物在其第二反應(yīng)物或者微小顆粒上帶有可檢測的標(biāo)記。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述標(biāo)記選自放射標(biāo)記，熒光標(biāo)記，化學(xué)標(biāo)記，酶學(xué)標(biāo)記，發(fā)光標(biāo)記，熒光共振能量轉(zhuǎn)移標(biāo)記和分子信標(biāo)標(biāo)記。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述標(biāo)記是熒光標(biāo)記。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述熒光標(biāo)記與第二個熒光標(biāo)記臨近時產(chǎn)生熒光信號。
15.根據(jù)權(quán)利要求13中所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述熒光標(biāo)記選自FAM，TET，HEX，F(xiàn)ITC，Cy3，Cy5，Texas Red，ROX，F(xiàn)luroscein，TAMRA和帶有稀土金屬的納米粒子。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述第二反應(yīng)物選自細(xì)胞，病毒，細(xì)胞器，分子，和它們的聚合物或者復(fù)合物。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述第二反應(yīng)物與所述待分析物特異的結(jié)合。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述第二反應(yīng)物通過化學(xué)反應(yīng)基團(tuán)或者是所述微小顆粒表面所帶有的生物分子與所述微小顆粒相連接。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述化學(xué)基團(tuán)選自-CHO，-NH2，-SH，-S-S-和甲苯磺酰基。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述生物分子選自生物素，鏈霉親和素，親和素，his-tag，strept-tag，組氨酸和蛋白A。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述微小顆粒是磁性、可磁化的、帶電的或可帶電的微小顆粒。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述微小顆粒的材料選自有機(jī)材料，玻璃，二氧化硅，陶瓷，碳和金屬。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述微小顆粒的直徑是從1納米到10微米。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述芯片系統(tǒng)通過電場力，磁場力，聲場力，重力或者離心力可控地將所述待分析物移近所述第一種固定反應(yīng)物。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述芯片系統(tǒng)通過電場力，磁場力，聲場力，重力或者離心力可控地將所述待分析物移近所述標(biāo)記的未固定的復(fù)合物。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述芯片系統(tǒng)通過對所述標(biāo)記的未固定的復(fù)合物內(nèi)的微小顆粒施加作用力實現(xiàn)可控地將所述待分析物移近所述標(biāo)記的未固定的復(fù)合物。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述芯片系統(tǒng)通過電場力，磁場力，聲場力，重力或者離心力來將未與所述待分析物結(jié)合的所述標(biāo)記的未固定的復(fù)合物從所述第一固定的反應(yīng)物位置可控地移開。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述芯片系統(tǒng)通過對所述標(biāo)記的未固定的復(fù)合物內(nèi)的微小顆粒施加作用力可控地將所述標(biāo)記的未固定的復(fù)合物從所述第一固定反應(yīng)物的區(qū)域移開。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述待分析物選自DNA，RNA，PNA，LNA，蛋白質(zhì)，肽，抗體和多糖。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述DNA，RNA，PNA和LNA的長度為5堿基對到1000堿基對。
31.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述芯片系統(tǒng)被用于分析DNA-DNA雜交，DNA-RNA雜交，DNA-LNA雜交，DNA-PNA雜交，RNA-RNA雜交，RNA-PNA雜交，RNA-LNA雜交，PNA-PNA雜交，PNA-LNA雜交，蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的相互作用，蛋白質(zhì)與核酸之間的相互作用，蛋白質(zhì)與多糖之間的相互作用或抗原抗體之間的相互作用。
32.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述芯片系統(tǒng)是單分析通道或多分析通道的。
33.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述芯片系統(tǒng)的分析通道的數(shù)目從1到10,000。
34.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述芯片系統(tǒng)包括一種溫度控制器件。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述溫度控制器件是PCR儀，原位PCR儀，水浴器件或者是微型熱控制器件。
36.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述芯片系統(tǒng)包括用于檢測所述待分析物與所述標(biāo)記的未固定的復(fù)合物和所述第一固定反應(yīng)物所形成的三明治結(jié)構(gòu)的器件。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述檢測是光學(xué)顯微鏡，光學(xué)掃描儀或熒光掃描儀檢測。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的生物芯片系統(tǒng)，其特征在于所述三明治結(jié)構(gòu)的形成過程中，所述可控的封閉腔體與外界環(huán)境之間沒有物質(zhì)的交換。
39.一種分析待分析物的方法，包括a)給出一種權(quán)利要求1所述的生物芯片系統(tǒng)；b)往所述生物芯片系統(tǒng)的可控的封閉腔體中加入帶有或者可能帶有待分析物和標(biāo)記的未固定的復(fù)合物的樣品，所述復(fù)合物中帶有能夠與待分析物以及微小顆粒結(jié)合的第二種反應(yīng)物；c)對所述生物芯片系統(tǒng)進(jìn)行操作使得在所述標(biāo)記的未結(jié)合的復(fù)合物、所述待分析物以及所述芯片基質(zhì)上固定的的第一反應(yīng)物之間形成三明治結(jié)構(gòu)；d)評估所述三明治結(jié)構(gòu)以確定所述樣品中所述待分析物的存在與否或者對其進(jìn)行定量。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于所述樣品是固體、液體或氣體樣品。
41.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于所述方法用于單個或者多個待分析物分析。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其特征在于所述多個待分析物分析按照順序進(jìn)行或者同步進(jìn)行。
43.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于所述方法用于1到30,000個待分析物的分析。
44.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于所述三明治結(jié)構(gòu)通過以下方式形成首先將所述待分析物移近所述標(biāo)記的未固定的復(fù)合物使其與后者結(jié)合；然后將所述待分析物與所述標(biāo)記的未固定的復(fù)合物的結(jié)合體移近所述第一固定的反應(yīng)物，使得所述待分析物與所述第一固定的反應(yīng)物之間發(fā)生結(jié)合而形成三明治結(jié)構(gòu)，然后可控地從所述第一固定反應(yīng)物的區(qū)域移走未與所述待分析物結(jié)合的標(biāo)記的未結(jié)合的復(fù)合物。
45.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于所述標(biāo)記的未固定的復(fù)合物中的微小顆粒直接用作檢測的標(biāo)記。
46.根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其特征在于所述三明治結(jié)構(gòu)的形成過程中，可控的封閉腔體與外界環(huán)境之間沒有物質(zhì)的交換。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于微小顆粒的生物芯片系統(tǒng)及其應(yīng)用。該生物芯片系統(tǒng)，包括a)在特定基質(zhì)的表面采用合適的材料所構(gòu)建的可控的封閉腔體，所述的合適的材料具有較好的導(dǎo)熱性和生物相容性，不抑制待分析物和反應(yīng)物之間的結(jié)合，在所述可控腔體內(nèi)部的基質(zhì)表面固定有能夠與所述待分析物結(jié)合的第一固定反應(yīng)物；b)一種用于將所述待分析物可控地移動到所述第一固定反應(yīng)物所處位置的器件；c)一種用于將所述分析物可控地移近特定的標(biāo)記的未固定的復(fù)合物的器件，所述復(fù)合物包括能夠與所述待分析物結(jié)合的第二種反應(yīng)物和與所述第二種反應(yīng)物相連接的微小顆粒；d)一種用于將未與待分析物結(jié)合的所述標(biāo)記的未固定的復(fù)合物從第一固定反應(yīng)物區(qū)域移走的器件。本發(fā)明還提供用該生物芯片系統(tǒng)來分析待分析樣品的方法。
文檔編號B01L3/00GK1548549SQ0312372
公開日2004年11月24日 申請日期2003年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月19日
發(fā)明者陶生策, 王國青, 程京 申請人:清華大學(xué), 北京博奧生物芯片有限責(zé)任公司