專利名稱：一種可裝拆使用的生物芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物芯片，特別是一種多陣列生物芯片。
本發(fā)明的目的旨在克服上述現(xiàn)有芯片的缺點(diǎn)，為用戶提供一種在反應(yīng)時(shí)具有凹面結(jié)構(gòu)，而在掃描時(shí)具有平面結(jié)構(gòu)的可裝拆使用的生物芯片。這種芯片在完成反應(yīng)需要足夠高的反應(yīng)池高度時(shí)，用兩層或兩層以上的材料，經(jīng)接觸面的非不可逆密封而成；在進(jìn)行掃描不需要反應(yīng)池高度時(shí)，僅需將含有探針陣列的探針板與提供反應(yīng)池高度的其它材料，以物理方式分離開來即可。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種可裝拆使用的生物芯片，其特征在于可根據(jù)需要在使用時(shí)進(jìn)行裝拆，即在需要同一芯片上各探針陣列互相隔離時(shí)，裝配成可互相隔離的結(jié)構(gòu)，在不需要隔離時(shí)將隔離結(jié)構(gòu)拆除。這種芯片的核心為一個(gè)固定有M個(gè)探針陣列的平板(探針板)，這種芯片的基本結(jié)構(gòu)由探針板、底板、隔離套(需要時(shí))，成孔板，定位銷及非不可逆密封機(jī)構(gòu)組成(基本結(jié)構(gòu)如

圖1所示)；底板上放置外表面印刷有M個(gè)探針陣列的探針板，探針板的板面上放置成孔板，成孔板上打有與探針板上M個(gè)探針陣列相對(duì)應(yīng)的賦予反應(yīng)池以高度的M個(gè)孔眼，(在需要的時(shí)候，也可將含有M個(gè)隔離空心柱的一次性使用的隔離套，嵌入成孔板的M個(gè)孔眼中，將反應(yīng)液相介質(zhì)與成孔板相隔離)，放置在探針板的成孔板上，通過設(shè)置在其板面上與底板上的定位銷孔與銷組成的銷連接使整個(gè)芯片定位，通過非不可逆密封機(jī)構(gòu)使探針板與成孔板之間或探針板、隔離膜、成孔板之間(在使用隔離膜的情況下)的接觸面形成不泄漏密封；這種可裝拆使用的生物芯片，其生產(chǎn)方法亦與目前生物芯片的生產(chǎn)方法大不相同1)它可以分部件獨(dú)立生產(chǎn)，僅在使用時(shí)再組合安裝，2)可直接將生物探針固定在平面基片上形成M個(gè)陣列，不再進(jìn)行其它形成永久性凹凸結(jié)構(gòu)的工藝處理，即可與其它部件直接使用，3)除探針板外，所生產(chǎn)的其它部件可以是一次性使用的，也可以是反復(fù)使用的。
本發(fā)明中的探針板，其特征為一個(gè)平板上有M(M≥1)個(gè)獨(dú)立的探針陣列，探針陣列所在區(qū)域及其邊界均處于同一平面上(高差小于0.2mm)，每一個(gè)探針陣列，在使用中可處理一個(gè)樣品。該探針板的材料可以是玻璃，塑料，膠片及其它可用于生物芯片基片制作的材料。本發(fā)明中探針板的生產(chǎn)，與目前生物芯片的生產(chǎn)可以完全區(qū)別開來由于它在一個(gè)板上可固定多個(gè)探針陣列而同現(xiàn)有的平面芯片生產(chǎn)區(qū)別開來，由于它是在一個(gè)平板上固定多個(gè)探針陣列后再無其它生成凹面的生產(chǎn)工藝加工，就可直接供給用戶而同現(xiàn)有的凹面芯片區(qū)別開來。
本發(fā)明中的成孔板，其特征為板上有與上述探針板上M個(gè)探針陣列所在局部區(qū)域?qū)?yīng)的M個(gè)孔，這些孔有足夠的高度，以保證其與上述探針板區(qū)域形成的M個(gè)反應(yīng)池有足夠的高度，能保證加樣、孵育、清洗等與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的反應(yīng)在各反應(yīng)池中獨(dú)立進(jìn)行；該成孔板可以是一種材料，如含鐵或不含鐵的塑料，玻璃，陶瓷，不銹鋼，也可以是由這些材料復(fù)合而成，例如在不銹鋼的底面加一層橡膠膜以增加密封性能及保護(hù)探針板。成孔板可以是一次性使用的，也可以是多次使用的。其生產(chǎn)，可以與探針板配套進(jìn)行，也可以獨(dú)立進(jìn)行，還可以作為生物芯片設(shè)備的一個(gè)部件來生產(chǎn)。
本發(fā)明的隔離套，其特征為含有M個(gè)由橡膠或塑料或橡膠/塑料復(fù)合物(例如塑料空心柱加橡膠墊膜)制成的腔內(nèi)中空的柱形套，在需用時(shí)將它們放置在探針板上，分別把各探針陣列區(qū)位隔離密封起來并嵌入成孔板的孔眼中，用以將反應(yīng)液與成孔板隔離開，確保成孔板在使用過程中不會(huì)污染而可重復(fù)使用。本發(fā)明的隔離套，為一次性使用部件。其生產(chǎn)，可以與探針板配套進(jìn)行，也可以獨(dú)立進(jìn)行，還可以作為生物芯片設(shè)備的一個(gè)部件來生產(chǎn)。
本發(fā)明中的非不可逆密封機(jī)構(gòu)，其特征為1)在探針板與成孔板之間的所有接觸面(在不使用隔離套時(shí)僅為成孔板/探針板一個(gè)接觸面，使用隔離套時(shí)有成孔板/隔離套/探針板二個(gè)接觸面)上形成密封，避免反應(yīng)介質(zhì)透過此接觸面泄漏，出現(xiàn)反應(yīng)池間的污染；2)上述密封是非不可逆的，即在需要反應(yīng)池有足夠高度時(shí)，上述接觸面必須處于密封狀態(tài)，而在不需要反應(yīng)池高度時(shí)，上述接觸面是可以分離的。此一密封機(jī)構(gòu)的具體形式包括有①成孔板在自身重力作用下足夠緊密地壓合在探針板上，形成M個(gè)獨(dú)立互不滲透的反應(yīng)池；②成孔板上的橡膠凹面在抽真空作用下緊密地附著在探針板上，形成M個(gè)獨(dú)立互不滲透的反應(yīng)池；③成孔板在螺釘擰緊力作用下緊密地壓合在探針板上，形成M個(gè)獨(dú)立互不滲透的反應(yīng)池；④成孔板在外界壓力作用于下緊密地壓合在探針板上，形成M個(gè)獨(dú)立互不滲透的反應(yīng)池；⑤成孔板在卡頭和卡槽之間的卡緊力作用下緊密地卡合在探針板上，形成M個(gè)獨(dú)立互不滲透的反應(yīng)池；⑥成孔板在磁鐵(永磁鐵或電磁鐵)磁力作用下緊密地壓合在探針板上形成M個(gè)獨(dú)立互不滲透的反應(yīng)池。
本發(fā)明中的底板，是上述非不可逆密封機(jī)構(gòu)及對(duì)位裝置的一個(gè)部件，其特征為是非不可逆密封機(jī)構(gòu)中不可缺的部分及固定有對(duì)位裝置，其制作材料可以是含鐵或不含鐵的塑料，橡膠，陶瓷，玻璃，鋼材，磁鐵等材料及它們的復(fù)合物，例如在鋼材表面附一層橡膠以保護(hù)探針板。其生產(chǎn)，可以與探針板配套進(jìn)行，也可以獨(dú)立進(jìn)行，還可以作為生物芯片設(shè)備的一個(gè)部件來生產(chǎn)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于以極小的生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)了生物芯片在反應(yīng)時(shí)(包括加樣、孵育、洗滌等操作)具有較高自由度的反應(yīng)條件(例如反應(yīng)池高度，體積等)，在掃描時(shí)具有較高自由度的掃描條件(例如整個(gè)芯片在掃描時(shí)處于同一平面，整個(gè)芯片的高度可最小化)，從而以極小的成本實(shí)現(xiàn)了較高自由度多陣列生物芯片的生產(chǎn)，為在同一探針板上進(jìn)行多樣品的多種分析，提供一個(gè)經(jīng)濟(jì)可行的方案。
例1多陣列探針板的生產(chǎn)利用現(xiàn)在的點(diǎn)樣機(jī)(本實(shí)驗(yàn)使用美國(guó)Microarray printer XMM47.832型手動(dòng)點(diǎn)樣機(jī))，丙肝抗原(北京兒童醫(yī)院肝病研究所)，丙肝肽抗原P21(法國(guó)SEDAC公司)，丙肝NS4區(qū)肽抗原(法國(guó)SEDAC公司)及丙肝NS3區(qū)蛋白質(zhì)抗原(北京兒童醫(yī)院肝病研究所)，共四種探針，以1mg/me的濃度，點(diǎn)到一(寬×長(zhǎng)×厚)尺寸為25×75×1mm的已經(jīng)作了活化處理的玻片上(法國(guó)SEDAC)，其點(diǎn)樣方式為每一種抗原有四個(gè)探針，四種抗原的十六個(gè)探針形成一個(gè)4×4陣列，每一個(gè)探針陣列的尺寸為4×4mm，每一玻片上有2列14個(gè)探針陣列，每列有7個(gè)。點(diǎn)樣后用封閉液封閉，然后清洗，吹干，即制成備用的14個(gè)陣列的4抗原探針板(圖2)。
例2由重力進(jìn)行非不可逆密封的例子(圖3)在本發(fā)明中，成孔板1在自身的重力作用下，緊密地壓在探針板3上，依靠成孔板1自身的重力，配合隔離套2的作用，實(shí)現(xiàn)成孔板1與探針板3之間形成M個(gè)密封的反應(yīng)池。在吹干后不需要反應(yīng)池時(shí)，僅需將嵌入有隔離套的重力成孔板撤去，便可獲得供掃描的多探針陣列平板芯片。
例3通過抽真空實(shí)現(xiàn)非不可逆密封的例子如圖4所示，成孔板1上有真空管路5，當(dāng)裝了隔離套2的成孔板1壓在探針板3上時(shí)，通過抽空管路5向外抽真空，在大氣壓力作用下將成孔板1、隔離套2、探針板3三者緊密地壓在一起，形成M個(gè)密封的反應(yīng)池。不需要反應(yīng)池時(shí)，僅需打開抽真空管路使其充上空氣，即可撤去隔離套及成孔板，只用探針板。
例4通過螺紋結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)非不可逆密封的例子如圖5所示，成孔板1和底板4上有相對(duì)應(yīng)的螺紋孔6，使用螺釘7將成孔板1、隔離套2、探針板3、底板4緊密地結(jié)合在一起，形成M個(gè)密封的反應(yīng)池，不需要反應(yīng)池時(shí)，僅需扭開螺打7，即可撤去成孔板隔離套，留用探針板。
例5通過外部機(jī)械重力實(shí)現(xiàn)非不可逆密封的例子如圖6所示，成孔板1、隔離套2、探針板3、底板4在外力8(如外加壓力，鉗力等)作用下，緊密地壓合在一起，形成M個(gè)密封的反應(yīng)池。不需要反應(yīng)池時(shí)，僅需撤除外力將螺紋扭轉(zhuǎn)，即可卸下成孔板及隔離套，取出探針板。
例6通過卡式連接實(shí)現(xiàn)非不可逆密封的例子如圖7所示，成孔板1上有兩個(gè)卡頭9，底板4上有兩個(gè)卡槽10，將探針板3放在底板4上，并將裝了隔離套2的成孔板1放在探針板3上后，將兩個(gè)卡頭9壓入卡槽10中，實(shí)現(xiàn)成孔板1、隔離套2、探針板3、底板4之間緊密結(jié)合，形成M個(gè)密封的反應(yīng)池。不需要反應(yīng)池時(shí)，僅需下壓卡頭9解除與卡槽10間的卡扣聯(lián)接，即可卸下成孔板及隔離套，取出探針板。
例7通過永久磁鐵實(shí)現(xiàn)非不可逆密封的例子如圖8所示，在底板4中裝有永久磁鐵11，成孔板1的材料是不銹鋼(在不使用隔離套時(shí)為不銹鋼和一層橡膠的復(fù)合材料)，當(dāng)將探針板3、隔離套2、成孔板1依次放在底板4上時(shí)，磁鐵11對(duì)鋼質(zhì)成孔板1有較大的吸力，在此吸力作用下實(shí)現(xiàn)成孔板1、隔離套2、探針板3、底板4之間緊密結(jié)合，形成M個(gè)密封的反應(yīng)池。
例8通過電磁鐵實(shí)現(xiàn)非不可逆密封的例子如圖9所示，在底板4中裝有電磁鐵12，成孔板1的材料是不銹鋼(在不使用隔離套時(shí)為不銹鋼和一層橡膠的復(fù)合材料)，將探針板3、隔離套2、成孔板1依次放在底板4上，當(dāng)電磁鐵12通電，對(duì)鋼質(zhì)成孔板1有較大的吸力，在此吸力作用下實(shí)現(xiàn)成孔板1、隔離套2、探針板3、底板4之間緊密結(jié)合，形成M個(gè)密封的反應(yīng)池。
例9反應(yīng)與掃描的例子通過例1制作的探針板，然后通過例2至例8獲得的7個(gè)不同的裝置芯片，在本例中經(jīng)過親和反應(yīng)，純化反應(yīng)后，拆開隔離組件將帶有標(biāo)記物的探針板進(jìn)行了掃描。其過程完全一樣從丙肝標(biāo)準(zhǔn)品(購(gòu)自中國(guó)生物制品與藥檢定所)中選擇3個(gè)陰性樣品(編號(hào)1-，2-，21-)及9個(gè)陽性樣品(編號(hào)1+，4+，7+，21+，24+，31+，35+，38+，39+，)，用封閉液對(duì)這些樣品作20倍稀釋，然后各取50ul稀釋樣品分別加到此7個(gè)芯片的反應(yīng)池中。在37℃孵育1小時(shí)，再分別用50ul洗滌液洗滌四次。再分別取50ul用封閉液稀釋的羅丹明標(biāo)記IgG-A-M加入芯片的反應(yīng)池中，37℃下孵育1小時(shí)。孵育出來后，用洗滌液對(duì)每個(gè)反應(yīng)池洗滌四次，蒸餾水洗滌二次，無水乙醇洗片一次，室溫晾干。至此反應(yīng)已結(jié)束，然后根據(jù)芯片不同的非不可逆密封機(jī)構(gòu)，拆出隔離密封組件取出探針板，分別放入掃描儀進(jìn)行掃描及數(shù)據(jù)處理，所得結(jié)果如下表1(例4所獲)生物芯片在例8試驗(yàn)中的結(jié)果

以上數(shù)據(jù)均為統(tǒng)計(jì)平均數(shù)值，括號(hào)中的數(shù)值為標(biāo)準(zhǔn)差。
7種不同芯片所獲得的結(jié)果一致(結(jié)果略)，這些結(jié)果同用目前標(biāo)準(zhǔn)的平面芯片所獲得的結(jié)果(結(jié)果略)也是一致的。
本發(fā)明涉及的生物芯片，既能在反應(yīng)時(shí)防止反應(yīng)池之間的互相滲漏，又能在掃描時(shí)使芯片只有一個(gè)平面，從而大大減小了對(duì)M個(gè)樣品進(jìn)行分析時(shí)的技術(shù)難度，并使分析成本大大降低。
權(quán)利要求
1.一種可裝拆使用的生物芯片，其特征在于它由底板(4)，探針板(3)，成孔板(1)，定位銷(13)及非不可逆密封機(jī)構(gòu)組成；底板(4)上裝有外表面印刷有M個(gè)探針陣列的探針板(3)，成孔板(1)上打有與探針板(3)上的探針陣列區(qū)域相對(duì)應(yīng)、賦予反應(yīng)池以高度的M個(gè)孔眼(16)，成孔板放置在探針板(3)上，通過設(shè)置在成孔板(1)與底板(4)上的銷孔(14)與銷(13)組成的銷連接使整個(gè)芯片定位，通過非不可逆密封機(jī)構(gòu)使探針板(3)與成孔板(1)之間的接觸面形成不泄漏密封；可根據(jù)需要在使用時(shí)進(jìn)行裝拆，即在需要同一芯片上各探針陣列區(qū)位互相隔離時(shí)，裝配成可互相隔離的結(jié)構(gòu)，在不需要隔離時(shí)將隔離結(jié)構(gòu)拆除。
2.按照權(quán)利要求1所述的生物芯片，其特征在于探針板(3)上的探針陣列所在區(qū)域及其邊界均處于同一平面上(高差小于0.2mm)，可有多個(gè)獨(dú)立的探針陣列，處理多個(gè)樣品。具有這些特征的探針板，只能夠在本發(fā)明的可裝拆生物芯片中使用。
3.按照權(quán)利要求1所述的生物芯片，其特征在于成孔板(1)上有與探針板(3)上的M個(gè)探針陣列所在活性區(qū)域?qū)?yīng)的M個(gè)孔眼(16)，這些孔眼有足夠的高度，以保證其與上述探針板(3)形成的M個(gè)反應(yīng)池有足夠的高度，保證加樣、孵育、清洗等與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的反應(yīng)在各反應(yīng)池中獨(dú)立進(jìn)行。
4.按照權(quán)利要求1所述的生物芯片，其特征在于隔離套(2)是M個(gè)由橡膠或塑料制成的具有密封性能的一個(gè)腔內(nèi)中空的柱形套，在需用時(shí)將它們放置在探針板(3)上，分別把各探針陣列區(qū)位隔離密封起來并嵌入在成孔板(1)的孔眼(16)中，用以將反應(yīng)液與成孔板相隔離。
5.按照權(quán)利要求1所述的生物芯片，其特征在于其非不可逆密封機(jī)構(gòu)是由成孔板(1)在自身重力作用下，緊密地壓合在探針板(3)上，形成M個(gè)獨(dú)立互不滲透的反應(yīng)池所構(gòu)成的機(jī)構(gòu)。
6.按照權(quán)利要求1所述的生物芯片，其特征在于其非不可逆密封機(jī)構(gòu)是由成孔板(1)在真空管(5)所抽真空的作用下，緊密地吸附在探針板(3)上，形成M個(gè)獨(dú)立互不滲透的反應(yīng)池所構(gòu)成的機(jī)構(gòu)。
7.按照權(quán)利要求1所述的生物芯片，其特征在于其非不可逆密封機(jī)構(gòu)是由成孔板(1)在螺釘(7)擰緊力作用下，緊密地壓合在芯片(3)板上，形成M個(gè)獨(dú)立互不滲透的反應(yīng)池所構(gòu)成的機(jī)構(gòu)。
8.按照權(quán)利要求1所述的生物芯片，其特征在于其非不可逆密封機(jī)構(gòu)是由成孔板(1)在外界壓力(8)作用于下，緊密地壓合在探針板(3)上，形成M個(gè)獨(dú)立互不滲透的反應(yīng)池所構(gòu)成的機(jī)構(gòu)。
9.按照權(quán)利要求1所述的生物芯片，其特征在于其非不可逆密封機(jī)構(gòu)是由成孔板(1)在卡頭(9)和卡槽(10)之間的卡緊力作用下，緊密地壓合在探針板(3)上，形成M個(gè)獨(dú)立互不滲透的反應(yīng)池所構(gòu)成的機(jī)構(gòu)。
10.按照權(quán)利要求1所述的生物芯片，其特征在于其非不可逆密封機(jī)構(gòu)是由成孔板(1)在磁鐵[永磁鐵(11)或電磁鐵(12)]的磁力作用下，緊密地壓合在探針板(3)上，形成M個(gè)獨(dú)立互不滲透的反應(yīng)池所構(gòu)成的機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種僅用一個(gè)固相載體可對(duì)多個(gè)樣品進(jìn)行分析的可裝拆使用的生物芯片，特征是它由底板、裝在其上的探針板、裝放在探針板上、板面打有與探針板各探針陣列區(qū)位相對(duì)應(yīng)的成孔板，使芯片定位的插銷機(jī)構(gòu)，以及使探針板與成孔板之間的接觸面形成不泄漏密封的不可逆密封機(jī)構(gòu)所組成，包括多個(gè)探針陣列，每個(gè)陣列都能進(jìn)行多項(xiàng)分析的探針板，及可裝拆的密封機(jī)構(gòu)；此生物芯片在掃描前，各區(qū)位由于此密封機(jī)構(gòu)而使液體介質(zhì)互不越位，掃描時(shí)可拆下隔離密封機(jī)構(gòu)進(jìn)行近距掃描，其優(yōu)點(diǎn)是在使用過程中可根據(jù)需要進(jìn)行裝拆，既擴(kuò)大了分析范圍又提高了分析速度，同時(shí)在保證質(zhì)量掃描基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)較低成本的生物芯片分析。
文檔編號(hào)G01N33/543GK1448723SQ02113540
公開日2003年10月15日 申請(qǐng)日期2002年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月29日
發(fā)明者鄒方霖, 王健霞 申請(qǐng)人:成都夸常科技有限公司