用于DNA原位合成的电化学芯片及DNA原位合成方法技术

一种用于DNA原位合成的电化学芯片以及基于该芯片的DNA原位合成方法，其特征在于，所述电化学芯片包括反应区，该反应区包括电极区与涂覆于该电极区表面的高分子聚合物，所述电极区包括至少一个铂电极，所述高分子聚合物在所述电极的另一侧具有碱基序列连接端，并且此碱基序列连接端连接有保护基团；所述DNA原位合成方法包括提高所述铂电极的电位从而在电解质溶液中脱去所述保护基团、在所述碱基序列连接端连接5’端保护的碱基、在电解质溶液中脱去所述5’端保护的碱基所连接的保护基团。本发明专利技术提供的电化学芯片及基于该芯片的DNA原位合成方法可稳定、准确地进行DNA原位合成、提高DNA芯片单位面积的探针数量，也便于自动化生产，降低生产成本。

Electrochemical chip for in situ synthesis of DNA and method for in situ synthesis of DNA

A method for in situ synthesis and electrochemical chip DNA DNA in situ synthesis method based on this chip, which is characterized in that the electrochemical chip comprises a reaction zone, the reaction zone including the electrode area and the polymer coating on the surface of the electrode, the electrode region includes at least one platinum electrode, the polymer the connection end has a base sequence on the other side of the electrode, and the base sequence of the connecting end protection groups; the DNA in situ synthesis method includes the protection groups improve the potential of the platinum electrode to remove the protective groups, is connected with 5 'end protection base, which is connected with the base sequence in electrolyte remove the solution in the 5' end of protection in the electrolyte solution base connected. The electrochemical chip provided by the invention and DNA in situ synthesis method based on this chip can stably and accurately, increase the number of probes in situ synthesis of DNA DNA chip unit area, but also facilitate the automated production, reduce production costs.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及DNA合成，尤其涉及一种用于DNA原位合成的电化学芯片，以及一种电化学芯片DNA原位合成方法。
技术介绍
基因芯片(genechip,DNAchip,DNAmicroarray)又被称为DNA芯片、DNA微阵列或生物芯片，是指以大量人工合成的或应用常规分子生物学技术获得的核酸片段作为探针，按照特定的排列方式和特定的手段固定在硅片、载玻片或塑料片上，一个指甲盖大小的芯片上排列的探针可以多达上万个。在使用时，先将所研究的样品标记，然后与芯片上的寡聚核苷酸探针杂交，再用激光共聚焦显微镜等设备对芯片进行扫描，配合计算机软件系统检测杂交信号的强弱，从而高效且大规模地获得相关的生物信息。此项技术将大量的核酸分子同时固定在载体上，一次可检测分析大量的DNA和RNA，解决了传统核酸印迹杂交技术复杂、自动化程度低、检测目标分子数量少、成本高、效率低等的缺点。另外，通过设计不同的探针阵列(array)，利用杂交谱重建DNA序列，还可实现杂交测序(sequencingbyhybridization,SBH)。目前，该技术在基因表达研究、基因组研究、序列分析及基因诊断等领域已显示出重要的理论和应用价值。随着基因芯片技术的不断完善和发展，出现多种芯片技术。最初的芯片主要目标是用于DNA序列的测定、基因表达图谱鉴定及基因突变体的监测和分析，因此称为基因芯片。但目前这一技术已扩展到非核酸领域，如已出现了蛋白质芯片分析技术、Biacore技术和丝网印刷技术等。在这一发展趋势下，芯片技术现多被称为生物芯片技术。基因芯片技术是分子生物学中常用分子杂交技术的扩展。其基本做法是将大量的核酸片段有规则地固定在某种介质上，制成芯片，然后将要检测的样品加以标记，再与做成的芯片充分杂交，加以洗脱，用图像显示出来。目前适用于制作芯片的载体材料主要有半导体硅片、玻璃片、金属片、各种有机高分子制作的薄膜等。基因芯片一般有两种制作方法。一种为合成后交联(post-syntheticattachment)，多用于大片段DNA，有时也适合于寡核苷酸甚至mRNA；另一种为原位合成(in-situsynthesis)，适合于寡核苷酸。其中，常见的原位合成方法有光导原位合成法、电压打印法、流体通道合成法、分子印章法和机械点涂法。这些方法操作成本很高，工艺较为复杂，重复性较差，并且在单位面积上探针的数量会受到技术的限制。本专利技术提供了一种电化学芯片DNA原位合成方法，通过计算机控制芯片上电极的电位实现DNA的稳定、准确的原位合成，进而实现DNA的自动原位合成。
技术实现思路
有鉴于现有技术的缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种电化学芯片DNA原位合成方法，通过计算机控制芯片上电极的电位实现DNA的稳定、准确的原位合成，进而实现DNA的自动原位合成。具体地说，本专利技术提供了一种用于DNA原位合成的电化学芯片，其特征在于，包括反应区，该反应区包括电极区与涂覆于该电极区表面的高分子聚合物，所述电极区包括至少一个铂电极，所述高分子聚合物在所述电极的另一侧具有碱基序列连接端，并且此碱基序列连接端连接有保护基团。本专利技术还提供了一种基于上述电化学芯片进行DNA原位合成方法，包括在所述电化学芯片的反应区的外侧表面覆盖电解质溶液；将选定电极置于高电位，从而在所述电极周围、反应液中产生氢离子；连接于所述电化学芯片表面碱基序列连接端的保护基团在所述氢离子提供的局部酸性环境中脱去；恢复所述电极的电位，将所述反应区的外侧表面的电解质溶液替换为反应液，所述反应液呈碱性并溶解有一端连有保护基团的碱基；所述一端连有碱基保护基团的碱基连接到所述碱基序列连接端；去除所述反应液。进一步地，所述电解质溶液呈碱性。进一步地，恢复所述电极的电位，将所述反应区的外侧表面的电解质溶液替换为反应液，所述反应液反应液呈碱性并溶解有一端连有保护基团的碱基包括将所述电极的电位置于零电位；吸取所述电解质溶液；使用第一缓冲液冲洗所述反应区的外侧表面；在所述反应区的外侧表面覆盖反应液，其中溶解有一端连有保护基团的碱基。进一步地，所述第一缓冲液为醋酸盐缓冲液、碳酸盐缓冲液、柠檬酸盐缓冲液、HEPES缓冲液、MOPS缓冲液、磷酸盐缓冲液、TRIS缓冲液或碘酸钾溶液。进一步地，所述反应液呈碱性。进一步地，所述去除所述反应液包括吸取所述反应液；使用第二缓冲液冲洗所述反应区的外侧表面。进一步地，所述第二缓冲液为醋酸盐缓冲液、碳酸盐缓冲液、柠檬酸盐缓冲液、HEPES缓冲液、MOPS缓冲液、磷酸盐缓冲液、TRIS缓冲液或碘酸钾溶液。本专利技术提供的电化学DNA原位合成方法通过改变特定电极的电位，实现DNA的稳定和准确的原位合成；结合计算机控制和自动控制技术，还可实现DNA的自动原位合成，降低基因芯片的合成成本，精度也大为提高。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1是一种电化学芯片上铂电极在底板上的排列示意图；图2是一种电化学芯片的主要结构示意图；图3是电化学芯片上铂电极和高分子聚合物在底板上的位置示意图；图4示出了高分子聚合物表面的碱基序列连接端以及其上连接的保护基团；图5是电化学芯片表面覆盖有电解质溶液时的示意图；图6是将图5中左侧铂电极置于高电位时的反应示意图；图7是将图6中的电解质溶液替换为反应液时的示意图，其中铂电极已在低电位；图8是5’端保护的碱基连接到脱去保护的碱基序列连接端的反应示意图；图9是将图8中的反应液替换为电解质溶液时的示意图；图10是继续将图5中左侧铂电极置于高电位时的反应示意图；图11是将图10中的电解质溶液替换为反应液时的示意图，其中铂电极已在低电位；图12是5’端保护的碱基连接到事先已经连接于碱基序列连接端、并已脱去保护的碱基的反应示意图；图13是将图12中的反应液替换为电解质溶液时的示意图；图14是将图5中右侧铂电极置于高电位时的反应示意图；图15是将图14中的电解质溶液替换为反应液时的示意图，其中铂电极已在低电位；图16是5’端保护的碱基连接到脱去保护的碱基序列连接端的反应示意图；图17是去除图16中反应液并用缓冲液冲洗电化学芯片表面的示意图，其中铂电极已在低电位；图1-图17中，1-基板，2-铂电极，3-高分子聚合物，4-碱基序列连接端，5-保护基团，6-电解质溶液，7-5’端保护的碱基，8-反应液，9-脱去保护的碱基。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于DNA原位合成的电化学芯片，其特征在于，包括反应区，该反应区包括电极区与涂覆于该电极区表面的高分子聚合物，所述电极区包括至少一个铂电极，所述高分子聚合物在所述电极的另一侧具有碱基序列连接端，并且此碱基序列连接端连接有保护基团。

【技术特征摘要】
1.一种用于DNA原位合成的电化学芯片，其特征在于，包括反应区，该反应区包括电极区与涂覆于该电极区表面的高分子聚合物，所述电极区包括至少一个铂电极，所述高分子聚合物在所述电极的另一侧具有碱基序列连接端，并且此碱基序列连接端连接有保护基团。2.一种基于权利要求1所提供的电化学芯片进行DNA原位合成方法，其特征在于，包括a)在所述电化学芯片的反应区的外侧表面覆盖电解质溶液；b)将选定电极置于高电位，从而在所述电极周围、反应液中产生氢离子；c)连接于所述电化学芯片表面碱基序列连接端的保护基团在所述氢离子提供的局部酸性环境中脱去；d)恢复所述电极的电位，将所述反应区的外侧表面的电解质溶液替换为反应液，所述反应液呈碱性并溶解有一端连有保护基团的碱基；e)所述一端连有碱基保护基团的碱基连接到所述碱基序列连接端；f)去除所述反应液；g)重复步骤a)至f)，直至合成所需的碱基序列。3.根据权利要求2所述的电化学芯片DNA原位合成方法，其特征在于，所述电解质溶液呈碱性。4.根据权利要求2所述的电化学芯片DNA原位合成方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：童艳铮，徐峰，
申请(专利权)人：上海美迪维康生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31