專利名稱：微陣列生物芯片的卷筒式制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物芯片的制備方法，尤其涉及一種微陣列生物芯片的卷筒式制造工藝。
背景技術(shù)：
生物芯片主要指在固體芯片中組裝的生物活性物質(zhì)(包括核酸、蛋白質(zhì)、細胞及微小組織等)構(gòu)成的微陣列，以實現(xiàn)對化合物(包括藥物)、蛋白質(zhì)、核酸、細胞以及其它生物組分的準確、快速、大信息量的篩選或檢測。生物芯片的主要特點包括(1)可在一個較小的固體芯片內(nèi)組裝大量的(102~106種)生物活性物質(zhì)，獲取的信息量大，效率高，消耗的生物試劑少，可節(jié)約大量的試劑費用，成本低；(2)采用了平面和立體微細加工技術(shù)，可以通過提高集成度，降低單個芯片的制備成本，實現(xiàn)大批量生產(chǎn)；(3)可把生物樣品的預(yù)處理，提取，擴增，反應(yīng)，以及信息檢測相集成，制備成微型、全自動化、無污染、可用于微量試樣檢測的高度集成的智能化生物芯片。
生物芯片在生物檢測、醫(yī)學(xué)檢驗和疾病診斷、藥物篩選和基因序列分析上有著極其重要的意義。傳統(tǒng)生物檢測所采用的方法包含一系列繁雜的步驟，尤其在大規(guī)模生物化合物檢測和篩選方面費時、費力、成本高，不能滿足需要。在對傳統(tǒng)方法進行改進的過程中，以基因芯片為代表的生物芯片技術(shù)應(yīng)運而生。這一技術(shù)的成熟和應(yīng)用將為新藥的開發(fā)和鑒定、食品和環(huán)境等生命科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域帶來一場革命，為生物信息的獲取及分析提供強有力的手段。
目前，生物芯片有兩種主要的制備方法幾點樣制備和原位合成，但這兩種方法均不適合大規(guī)模的生產(chǎn)。
技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明提供一種微陣列生物芯片的卷筒式制造工藝，具有制備成本低、操作簡易可行，可以標(biāo)準化和大批量化生產(chǎn)的優(yōu)點，由本發(fā)明制得的陣列芯片的陣點上化合物分子密度均勻，使化合物陣列芯片分析的準確性更高。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案第一步根據(jù)待制備的生物芯片上所分布的探針，選取修飾了這些探針分子的內(nèi)含孔結(jié)構(gòu)的材料，將其制成直線形狀，第二步根據(jù)待制備的生物芯片上的探針分布情況，將上述直線形狀的修飾有探針分子的內(nèi)含孔結(jié)構(gòu)的材料平行攤鋪在另一軟固體基片上，第三步在基片表面涂刷粘結(jié)劑后，沿著與修飾有探針分子的直線形狀材料的攤鋪方向卷動軟固體基片，使修飾有探針分子的內(nèi)含孔結(jié)構(gòu)的直線形狀材料隨此卷動而被夾于卷后基片的不同部位之間，直至基片被卷成卷筒形狀，第四步沿著與修飾有探針分子的內(nèi)含孔結(jié)構(gòu)的直線形狀材料相垂直的方向，機械切割卷筒形狀的基片，所得到的薄片即為微陣列生物芯片。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點1)由于對塊體進行機械切割，可以同時得到許多相同的多孔膜片，繼而得到許多相同的貼合在玻璃載片表面的多孔膜片，根據(jù)待制備的化合物微陣列芯片上的化合物種類及其分布的需要，可以制備許多相同或者不同的化合物芯片。因而，可以標(biāo)準化和大批量化生產(chǎn)，制備成本低；2)由于在平面上排布直線探針，操作方便，不容易造成錯誤，可以是等密度、也可以是非等密度排列，不需要昂貴的設(shè)備，同時化合物陣列芯片的制作能力得到大大提高；3)由于在平面上排布直線探針，不合乎要求的可以剔除，所得到的化合物分子陣點排列整齊，便于掃描分析。
4)由于本發(fā)明可以利用簡單的卷繞設(shè)備，如通過轉(zhuǎn)動卷筒將攤鋪有探針分子的軟固體基片卷成卷筒形狀，這種方法成本更低、操作更簡易，標(biāo)準化和批量化生產(chǎn)程度更高。
具體實施方案實施例1 一種微陣列生物芯片的卷筒式制造工藝第一步根據(jù)待制備的生物芯片上所分布的探針，選取修飾了這些探針分子的內(nèi)含孔結(jié)構(gòu)的材料，將其制成直線形狀，這種修飾有探針分子的內(nèi)含孔結(jié)構(gòu)的直線形狀材料可以采用將不與探針分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的無機材料、有機材料或其復(fù)合材料，如玻璃、石英、陶瓷、晶體、金屬等、橡膠、塑料、凝膠、尼龍、生物大分子、聚電聚合物等高分子材料，制成直線毛細管，將其內(nèi)表面活化，再將寡核苷酸、多肽、多糖以及肽核酸等生物大分子及其復(fù)合物等探針分子結(jié)合于直線毛細管的內(nèi)壁，另外，本實施例可以采用下列方法獲取修飾有探針分子的內(nèi)含孔結(jié)構(gòu)的直線形狀材料①選用多孔材料并在多孔材料的孔中修飾探針分子，得到修飾有探針分子的內(nèi)含孔結(jié)構(gòu)的材料；②選用網(wǎng)狀材料并在網(wǎng)狀材料的網(wǎng)孔中修飾探針分子，得到修飾有探針分子的內(nèi)含孔結(jié)構(gòu)的材料；③選用玻璃毛細管，在玻璃毛細管的內(nèi)壁鍍反射層，在玻璃毛細管內(nèi)修飾探針分子，得到修飾有探針分子的內(nèi)含孔結(jié)構(gòu)直線形狀材料。例如，玻璃材料通過3-氨基丙基三甲氧基硅烷反應(yīng)后得到含有活性基團氨基的表面，而表面的活性氨基又可以進一步與戊二醛反應(yīng)得到活性基團醛基的表面。而含有活性基團氨基的表面可以與磷酸根修飾的化合物(如寡核苷酸等)發(fā)生反應(yīng)使化合物分子在玻璃表面得到固定；而含有活性基團醛基的表面可以與含有氨基的化合物(如氨基修飾的寡核苷酸、蛋白質(zhì)等)發(fā)生反應(yīng)使化合物分子在玻璃表面得到固定。
第二步根據(jù)待制備的生物芯片上的探針分布情況，將上述直線形狀的修飾有探針分子的內(nèi)含孔結(jié)構(gòu)的材料平行攤鋪在另一軟固體基片上，基片材料可選用在受外力作用發(fā)生彎曲而不產(chǎn)生斷裂的有機材料，如橡膠、塑料、凝膠、尼龍、生物大分子、聚電聚合物等高分子材料。
第三步在基片表面涂刷粘結(jié)劑后，沿著與修飾有探針分子的內(nèi)含孔結(jié)構(gòu)的直線形狀材料的攤鋪方向卷動基片，使修飾有探針分子的內(nèi)含孔結(jié)構(gòu)的直線形狀材料隨此卷動而被夾于卷后基片的不同部位之間，直至基片被卷成卷筒形狀，第四步沿著與修飾有探針分子的內(nèi)含孔結(jié)構(gòu)的直線形狀材料相垂直的方向，機械切割卷筒形狀的基片，所得到的薄片即為微陣列生物芯片。
實施例2 一種微陣列生物芯片的卷筒式制造工藝A、卷筒式化合物微陣列的制備方式一，a)在一塊具有一定厚度的軟固體基板上排列了若干空心微管道如微小玻璃管、金屬管、高分子管等，微管道內(nèi)填充有網(wǎng)狀或多孔材料；化合物分子通過化學(xué)鍵合、紫外交聯(lián)等方式與若干空心微管道結(jié)合；然后將這些由若干空心管組成的平面點陣通過疊加在粘結(jié)劑粘合作用下得到疊式化合物微陣；然后將這些由若干空心管組成的直線點陣通過滾卷粘結(jié)成卷筒式化合物微陣列；b)應(yīng)用快速切片機械，將塊體材料沿與微小管道垂直的方向以一定的角度切成平行的薄片，即制得所需的膜芯片；B、卷筒式化合物微陣列的制備方式二a)在一塊具有一定厚度的軟固體基板上平行排列了若干通過通過紫外交聯(lián)、吸附等物理固定或者活性基團是包括羥基、氨基、醛基、羧基等間的化學(xué)作用鍵合的化合物分子的直線管(棒、繩)等中的一種或組合；然后將這些由若干直線陣列組成的化合物平面點陣通過滾卷粘結(jié)制備卷筒式化合物微陣列；b)應(yīng)用快速切片機械，將塊體材料沿與直線點陣垂直的方向切成平行的薄片，即制得所需的膜芯片；C、卷筒式化合物微陣列的制備方式三a)在一塊具有一定厚度的軟固體基板上，采用高分子材料、或融化的無機材料修飾表面，在這些表面的不同區(qū)域以直線陣列的形式連接不同的活性分子；然后將這些由若干直線陣列組成的化合物平面點陣通過滾卷粘結(jié)制備卷筒式化合物微陣列；b)應(yīng)用快速切片機械，將塊體材料沿與直線點陣垂直的方向切成平行的薄片，即制得所需的膜芯片；(2)化合物的固定方式A、化合物的固定方式一通過紫外交聯(lián)、物理吸附等方式，將特定的化合物或生物分子固定在微小管道所填充的網(wǎng)狀和多孔材料內(nèi)；或在在基片材料上的某些區(qū)域直接規(guī)定特定的化合物或生物物質(zhì)。
B、化合物的固定方式二通過組合化學(xué)的方式，在微小管道內(nèi)的多孔或網(wǎng)狀材料內(nèi)直接合成特定的化合物或生物物質(zhì)；或在在基片材料上的某些區(qū)域直接合成特定的化合物或生物物質(zhì)。
將化合物包埋或者物理吸附于微小管道與直線點陣區(qū)域并將其制備成卷筒式化合物微陣列，切片成膜芯片后，在光、電、熱或者磁的作用下使化合物分子與支撐材料化學(xué)鍵合。
C、化合物的固定方式三通過化合物分子上的活性基團是包括羥基、氨基、醛基、羧基等與載體上的基團化學(xué)鍵合的方式或者通過紫外交聯(lián)、物理吸附的方式，直接在軟基體材料表面的某些特定區(qū)域連接化合物分子，使連接化合物分子的區(qū)域構(gòu)成化合物平面點陣。
(3)將上述平面微陣列芯片的制備形式(1)中的任一種，與上述(2)化合物的固定方式中的任一種進行組合，得到的化合物微陣列通過滾卷粘結(jié)就能制備出卷筒式化合物微陣列，該卷筒式化合物微陣列通過機械切片，即制得所需的膜芯片。
實施例3 寡核苷酸陣列膜芯片的制備在軟固體基片的不同區(qū)域上化學(xué)修飾醛基，與氨基修飾的寡核苷酸通過牢固的化學(xué)鍵結(jié)合，使化學(xué)修飾不同的區(qū)域的軟固體基片上直接平行固定不同的寡核苷酸構(gòu)成寡核苷酸平面微陣列，然后將該塊體材料沿與寡核苷酸區(qū)域平行的方向卷結(jié)粘結(jié)成卷筒式寡核苷酸微陣列，最后沿與微小寡核苷酸區(qū)域垂直的方向切成薄片，構(gòu)成寡核苷酸膜芯片。
實施例4 基因組DNA或cDNA文庫膜芯片制備將不同大小基因或cDNA片段引入不同的填充柱，通過化學(xué)鍵鍵和，或者通過紫外光交聯(lián)使之固定在填充柱中，然后將填充柱用膠粘劑將其固定在軟固體材質(zhì)上，沿該塊體材料沿與微小柱體平行的方向卷結(jié)粘結(jié)成卷筒式基因組DNA或cDNA文庫微陣列，最后沿與微小柱體垂直的方向切成薄片，構(gòu)成基因組DNA或cDNA文庫膜芯片。
實施例5 蛋白質(zhì)膜芯片的制備在軟固體基片醛基修飾不同的區(qū)域與蛋白質(zhì)中的氨基通過化學(xué)鍵結(jié)合、在化學(xué)修飾的軟固體基片上平行固定不同的蛋白質(zhì)構(gòu)成蛋白質(zhì)平面微陣列，然后將該塊體材料沿與蛋白質(zhì)區(qū)域平行的方向卷結(jié)粘結(jié)成卷筒式蛋白質(zhì)微陣列，最后沿與微小蛋白質(zhì)區(qū)域垂直的方向切成薄片，構(gòu)成蛋白質(zhì)膜芯片。
權(quán)利要求
1.一種微陣列生物芯片的卷筒式制造工藝，其特征在于第一步根據(jù)待制備的生物芯片上所分布的探針，選取修飾了這些探針分子的內(nèi)含孔結(jié)構(gòu)的材料，將其制成直線形狀，第二步根據(jù)待制備的生物芯片上的探針分布情況，將上述直線形狀的修飾有探針分子的內(nèi)含孔結(jié)構(gòu)的材料平行攤鋪在另一軟固體基片上，第三步在基片表面涂刷粘結(jié)劑后，沿著與修飾有探針分子的直線形狀材料的攤鋪方向卷動軟固體基片，使修飾有探針分子的內(nèi)含孔結(jié)構(gòu)的直線形狀材料隨此卷動而被夾于卷后基片的不同部位之間，直至基片被卷成卷筒形狀，第四步沿著與修飾有探針分子的內(nèi)含孔結(jié)構(gòu)的直線形狀材料相垂直的方向，機械切割卷筒形狀的基片，所得到的薄片即為微陣列生物芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微陣列生物芯片的卷筒式制造工藝，其特征在于選用多孔材料并在多孔材料的孔中修飾探針分子，得到修飾有探針分子的內(nèi)含孔結(jié)構(gòu)的材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微陣列生物芯片的卷筒式制造工藝，其特征在于選用網(wǎng)狀材料并在網(wǎng)狀材料的網(wǎng)孔中修飾探針分子，得到修飾有探針分子的內(nèi)含孔結(jié)構(gòu)的材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微陣列生物芯片的卷筒式制造工藝，其特征在于選用玻璃毛細管，在玻璃毛細管內(nèi)修飾探針分子，得到修飾有探針分子的內(nèi)含孔結(jié)構(gòu)直線形狀材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微陣列生物芯片的卷筒式制造工藝，其特征在于在玻璃毛細管的內(nèi)壁鍍反射層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種微陣列生物芯片的卷筒式制造工藝，根據(jù)待制備的生物芯片上所分布的探針，選取修飾了這些探針分子的內(nèi)含孔結(jié)構(gòu)的材料，將其制成直線形狀；根據(jù)待制備的生物芯片上的探針分布情況，將上述直線形狀的修飾有探針分子的內(nèi)含孔結(jié)構(gòu)的材料平行攤鋪在另一軟固體基片上；在基片表面涂刷粘結(jié)劑后，沿著與修飾有探針分子的直線形狀材料的攤鋪方向卷動軟固體基片，使修飾有探針分子的內(nèi)含孔結(jié)構(gòu)的直線形狀材料隨此卷動而被夾于卷后基片的不同部位之間，直至基片被卷成卷筒形狀；沿著與修飾有探針分子的內(nèi)含孔結(jié)構(gòu)的直線形狀材料相垂直的方向，機械切割卷筒形狀的基片，所得到的薄片即為微陣列生物芯片。本發(fā)明可以標(biāo)準化和大批量化生產(chǎn)，制備成本低。
文檔編號G01N33/53GK1563417SQ20041001471
公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月22日
發(fā)明者肖鵬峰, 陸祖宏, 張勝友 申請人:東南大學(xué)