集生物芯片制作和芯片上生物分子固定及检测一体的系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种集生物芯片制作、加样和检测反应一体化的系统，包括：弹性材料片上开有凹槽，凹槽两端开通孔、开有圆孔的刚性材料块，该圆孔所开的位置与弹性材料片的通孔相对应，弹性材料片不带凹槽的面与刚性材料块粘合在一起，其孔相通；芯片放在弹性材料片上，芯片表面与凹槽相对接触；另一刚性材料块上开有孔，孔内放置试管，试管与微量泵连通的液体出口相对设置；具有可调谐的样品台支架，安装在支架上的刚性材料块上开有圆孔，其圆孔对应弹性材料板上的通孔；微量泵的每一通道与芯片上的微流道液体进口或出口的微管连通。该系统设计了液体输运单元，使得各个流道的溶液在同一时间同时均匀流入微流道，保持各个流道流动的一致性和均匀性。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于生物分子芯片的微量加样和反应的方法及其装置，特别是涉及一种集生物芯片制作、以及在这种生物芯片上即时直接进行生物分子固定和检测反应的一体化的装置。
技术介绍
生物分子芯片是近几年才发展起来的一种集成并行生物检测技术，在微小的几何尺度上可以集成多种配基，这样就可以同时对微量样品的多种指标进行检测。由于生物分子样品价格高，要求用量尽可能少，因此要求生物分子芯片所使用的生物分子试剂和样品微量化，这也就要求芯片加样和反应装置微型化。目前，生物芯片的加样主要采用的是点样仪。根据点样方式的不同分为两类，一类是接触式，首先用点样针蘸取待用的配基，然后通过接触芯片表面把配基点在芯片上；一类是喷印式，先用空心点样针吸取少量的待点的配基，然后通过类似喷墨打印机的方式把配基加到芯片表面上。这两种方式的共同缺点是点样量不均匀，单个点内配基分子的面密度分布也不均匀，这将严重影响检测结果的质量，并难以定量化。当前，生物芯片反应采用的大多是整体反应方式，就是把芯片整个浸泡在待测样品溶液中反应。这种方法需要的待测样品溶液量较多，反应时间长，灵敏度不高。另外一种芯片加样和反应技术是采用微流道技术。目前，普遍使用的微流道技术的芯片是一体化的，即芯片与微流道是制作在同一块材料上，如文献1Dielectrophoretic cell separation and gene expression profiling onmicroelectronic chip arrays.July 15，2002 Huang Y，Joo S，Duhon M，HellerM，Wallace B，Xu X，Anal Chem 2002 Jul 15；74(14)3362-71之中所述的。该方法所使用的微流道为一次性使用，该微流道制作复杂，且成本较高，使得应用受到限制。通过分离的芯片和微流道技术，可以使微流道重复使用，大大降低成本。但是为了使各流道的溶液均匀一致地流经微流道，达到芯片各点的流动状态均匀一致，降低由于流动速度或先后不一致对芯片检测结果的影响，需要对微流道输运系统作进一步改进。
技术实现思路
本技术的目的是为了克服上述已有技术的缺点，为了大幅度地降低生物芯片的制作成本和简化生物分子固定和检测反应的工艺，同时提高各流道的溶液流动均匀性，降低由于流动速度或先后不一致对芯片检测结果的影响，从而提供一种集生物芯片制作、以及在这种生物芯片上即时直接进行生物分子固定和检测反应的一体化的装置。本技术的目的是这样实现的本技术提供的一种集生物芯片制作、以及在这种生物芯片上即时直接进行生物分子固定和检测反应的一体化的系统，包括一个由至少一块芯片1、至少一块弹性材料板3和一块具有多孔的刚性材料块4组成的微流道芯片单元；所述的弹性材料板3，其表面上制出呈阵列排列的凹槽2，每个凹槽2两端开有通孔10，分别作为液体进口7和出口8，做成微流道模板(如图1a所示)；所述的刚性材料块4，其上开有圆孔5，该圆孔5按阵列排列，其圆孔5之间的距离等于弹性材料板3上的凹槽2的长度(如图3a所示)；该圆孔5所开的位置与弹性材料片的通孔10相对应，且孔的大小相同；所述的弹性材料片3不带凹槽的面与刚性材料块4粘合在一起，其弹性材料片3上的凹槽2向外，两块材料上的孔相通；芯片1放置在弹性材料片3上，其芯片1表面与凹槽2相对紧密接触，形成一个个空腔9；每一空腔具有一个进口7，一个出口8(如图2a所示)，进口7和出口8各与一微管相连通；进口和出口微管按顺序排列(如图4所示)；其特征在于至少一个由用于放置收集废液用试管的刚性材料块6和试管构成的废液收集单元；该固体材料块6上按顺序开有小孔20，小孔20内可以放置试管收集废液；与微量泵连通的液体出口与收集废液用的试管相对设置；还包括一个用于放置样品的刚性材料块16，该刚性材料块16上开有圆孔19，该圆孔19按阵列排列，其圆孔19对应弹性材料板3上凹槽2的作为液体进口的通孔10；每个圆孔19内放置含一种蛋白样品的容器，该刚性材料块16安装在样品平台14上；以及至少一个样品台支架，该样品台支架由一底座11，和其上固定一支杆21，支杆一侧安装有齿轮12和旋钮13组成转动机构，通过齿轮12将一样品平台14与支杆垂直固定；该平台14放置刚性材料块16；通过转动旋钮13带动齿轮12来调节样品平台14的高度；至少一个具有多通道的微量泵15，微量泵15的每一通道与蛋白质芯片单元上的微流道液体进口或出口的微管与微量泵连通(如图4所示)；通过微量泵15的调节机构，调节液体流速、流量等来控制蛋白样品在芯片上的固定时间或反应的时间。或者还包括一块微流道模板3’，其上开有通孔，通孔的位置和个数根据需要设定；该弹性材料板3’带凹槽2的面扣在弹性材料板3上，其通孔分别与弹性材料板3上的一部分液体进口7和液体出口8连通，弹性材料板3’的凹槽2将弹性材料板3上的其余液体进口7和液体出口8连通，形成只有一个进口和一个出口的微流道(如图2b所示)。所述的容器是离心管等盛放生物样品的管子。使用时，将芯片1的基底材料安装在蛋白质芯片单元上，使其与弹性材料片3紧密接触，并通过外力压紧微流道，放置溶液的容器置于样品台支架上的多孔刚性材料块16内，通过转动转动旋钮13调节样品台高度，可以使进口微管17与多孔刚性材料块16上按顺序放置的容器中的蛋白溶液接触；通过保持各个容器中蛋白溶液的液面高度一致性、以及蛋白质芯片各个进口微管17长度的一致性，当泵驱动时，蛋白溶液会在同一时间流入各个微流道。蛋白质芯片系统的出口微管18与通过泵连接到收集废液用试管中，在泵驱动下，蛋白溶液由容器中经进口微管17流经芯片空腔9，配基分子到在芯片单元内固定，多余的蛋白随溶液经出口微管流出，最后流入废液收集系统。该装置实现溶液均匀一致地机械化输运，从而保证溶液流动均匀性，使得芯片检测结果一致；所述的弹性材料片包括硅胶、橡胶、塑料、或其它具有弹性的材料。所述的刚性材料块材料包括塑料、金属、玻璃等材料，其厚度1mm到10mm。所述的凹槽为条形凹槽，其条形凹槽面积从0.01mm2-1mm2；深度从10μm-1mm；其条形凹槽的数目至少2个，例如可以从2-1000个。所述的通孔内径可以从10μm到1mm。所述的微流道的内径可以从1μm到1mm。所述的微管包括聚四氟管、塑料管、硅胶管、不锈钢管等，基内径可以从1μm到10mm。所述的泵可以是蠕动泵、柱塞泵等多通道微量泵。本技术的优点在于本技术提供的系统是一种改进的系统，它由于在已有的装置中增加加样单元和液体输运单元，所以具有在一个装置中先制作了生物芯片，在该芯片上即时进行生物分子固定，和检测反应的功能。利用本技术的系统可以同时独立的对多点进行加样；加样量和点的大小可控；芯片上配基生物分子固定的区域是严格由凹槽限定的，固定和反应后的表面再经过缓冲液冲洗，使得制作的芯片上的点的大小和点内的生物分子面密度均匀一致，能够有效提高检测质量。芯片反应被限定在微小区域内，并且在流动状态下，加速了生物分子的传质速率，有效地缩短了反应时间，提高了灵敏度。同时通过样品台支架旋钮的高度调节，可以很方便地更换溶液。在本技术的系统中又由于增加了液体输运单元，使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集生物芯片制作和芯片上生物分子固定及检测一体的系统，包括：一个由至少一块芯片１、至少一块表面上制出呈阵列排列的凹槽２，每个凹槽２两端开有通孔１０的弹性材料板３和一块具有多孔的刚性材料块４组成的微流道芯片单元；　　　　所述的多孔刚性材料块４，其上开有圆孔５，该圆孔５按阵列排列，该圆孔５所开的位置与弹性材料片的通孔１０相对应，且孔的大小相同；所述的弹性材料片３不带凹槽的面与刚性材料块４粘合在一起，其弹性材料片３上的凹槽２向外，两块材料上的孔相通；芯片１放置在弹性材料片３上，其芯片１表面与凹槽２相对紧密接触，形成一个个空腔９；每一空腔具有一个进口７，一个出口８，进口７和出口８各与一微管相连通；进口和出口微管按顺序排列；其特征在于：　　　　还包括至少一个由用于放置收集废液用试管的刚性材料块６和试管构成的废液收集单元；该固体材料块６上开有孔２０，孔２０内放置收集废液的试管；并且试管与微量泵连通的液体出口相对设置；　　　　一个用于放置样品的刚性材料块１６，该刚性材料块１６上开有圆孔１９，该圆孔１９按阵列排列，其圆孔１９对应弹性材料板３上凹槽２的一个通孔；每个圆孔１９内放置一种蛋白样品的容器，该刚性材料块１６安装在样品平台１４上；和：　　　　至少一个样品台支架，该样品台支架由一底座１１，和其上固定一支杆２１，支杆一侧安装有齿轮１２和旋钮１３组成转动机构，通过齿轮１２将一样品平台１４与支杆垂直固定；该平台１４放置刚性材料块１６；通过转动旋钮１３带动齿轮１２来调节样品平台１４的高度；以及　　　　至少一个具有多通道的微量泵１５，微量泵１５的每一通道与蛋白质芯片单元上的微流道液体进口或出口的微管连通。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：靳刚，王战会，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]