快速杂交装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种快速杂交的装置，包括一用于承载基质的容器，及一电场产生装置，其中该电场产生装置包含一电源调控器以及至少一片置于该容器上方或下方的电极板，藉此产生一可改变方向且至少涵盖该容器的电场。本发明专利技术另提供一种快速杂交的方法，包括施予一方向向上之面电场于杂交反应物质，归零该电场，最后改变电场方向成为一方向向下的电场，藉此吸引或排斥核酸，以加速杂交反应。本发明专利技术可加速杂交的反应速率，大幅降低反应时间，并兼顾反应的专一性与机会均等。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种分子生物科技中快速杂交反应技术，更具体言之，涉及加速核酸杂交反应的方法及装置。杂交技术的运用之一，即是利用不同生物体之间组成基本物质-核酸序列不同的特性，用以鉴别物种。将待测的核酸固定在基质上(譬如固体基质或滤膜等)，欲鉴定物种的特定核酸序列先以放射性物质或其他化学呈色物质或萤光物质等标记后，溶于溶液中，利用扩散或震力等使该二种核酸互补键结，经由感光、化学成色或激光来判读结果。核酸杂交技术目前已广泛地应用在核酸测序，基因突变分析，及细菌、病毒的临床检测等。此技术主要是将两群单股的核酸一起反应，在一定的环境下彼此互补而形成双股核酸。杂交可归类为两种形式溶液或液相杂交，如P.Wattre,55 Ann.Biol.Clin.25-31,1997所揭示；及固相杂交，请参考E.M.Southern,98 J.Mol,Biol.503-517,1975,F.C.Kafatos et al,7 Nucleic Acids Res.1541-1552,1979,D.Nanibhushan和D.Rabin,EP0228075,1987年7月8日，M.Grunstein和D.S.Hogness.72 Proc.Nat.Acad.Sci.U.S.A.,3961-3965,1975,A.R.Dunn和J.A.Hassell,12 Cell 23-36,1977，及Ranki等人的美国专利第4,563,419号。溶液或液相杂交的最大的缺点是原为双股的两群单股核酸(即探针核酸及靶核酸)均在溶液中，杂交过程中会个别与同组互补的序列杂交，降低两组核酸的杂交效率。而固相杂交是将其中一组核酸固定，可以克服此缺点。固相杂交有许多种形式，最早源自于“Southern印迹杂交程序”，为E.M.Southem于98 J.Mol.Biol.503.517,1975所揭示。简言之，是将DNA转印至硝基纤维膜，此膜之后可供互补的DNA序列杂交。斑点杂交为F.C.Kafatos等人于7Nucleic AcidsRes.1541-1552,1979所发表，是将靶核酸点在膜上，以标记有放射性或其他呈色物质之探针核酸与之杂交，此技术已广泛使用在基因突变的分析，如D.Nanibhushan和D.Rabin于欧洲专利EP0228075所述，及其他分子生物学相关研究。菌落杂交是M.Grunstein和D.S.Hogness.于72 Proc.Nat.Acad.Sci.U.S.A.3961-3965,1975所揭示，将微生物(譬如细菌、噬菌体或其他微生物)固定在薄膜上，原位将其破碎，释出其核酸并使之变性之后固定，同样以标记有放射性或其他呈色物质的探针核酸与之杂交。另有一种夹心式杂交法是A.R.Dunn和J.A.Hassell于12 Cell 23-36,1977以及Ranki等人的美国专利第4,563,419号，此方法使用两组探针核酸，第一组探针核酸固定在薄膜上，与靶核酸杂交，之后与第二组探针核酸杂交，最后再与抗体反应并呈色。此方法可以克服斑点杂交技术中人为将靶核酸点在薄膜上难以定量的缺点，但上述三种常用的杂交系统则有以下几项共通的缺点杂交程序是在液体环境进行，溶液中的核酸分子以扩散(布朗运动)的方式接近转印在薄膜上的核酸来达成杂交，是一种被动杂交，由于扩散速度缓慢，一般需做隔夜杂交，即需要十数小时以达到最佳的杂交效果，相当耗时。杂交耗时，易导致溶液中的核酸由单股的状态，与原本互补股的核酸单股结合，复性成双股，此情形发生在双股的DNA，或形成二级结构，此情形发生在RNA，造成杂交效率变差。大部份核酸分子具高度复杂性，因此易发生不完全杂交或少数几个碱基不配对的情形，因此专一性较差。另一方面，由于核酸分子分散在溶液中，所以敏感度较差，一般少于100,000个靶核酸分子就检测不到，欲达到一定的敏感度，则需高浓度的核酸才能达成。再者，核酸对大部份材质具有高亲和性，令核酸在溶液中自由运动，自由选择结合的物质，在非最佳杂交条件下，容易与基质结合，结果造成严重的背景值。习知方法利用提高反应温度，调整反应溶液的盐离子浓度及杂交后冲洗的条件，添加帮助分离双股的物质(如尿素、甲酰胺)等方式，以提高杂交专一性。然而最佳的杂交条件并不容易调整，而且专一性提高后往往降低反应敏感度。目前已有文献发表，在杂交溶液中添加一些物质以加速杂交，例如M.Renz等人于12,Nucleic Acids Res.,3435-3444,1984所揭示的聚乙二醇，G.M.Wahl等人于76,Proc.Nat.Acad.Sci.U.S.A.,3683-3687,1979所揭示的硫酸葡聚糖，以及，S.J.Boguslawskif和L.H.D.Anderson于美国专利第4,689,294号揭示的聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯，然而上述其他的缺点仍无法克服。近年来，原位杂交技术被广泛使用在检测单一细胞中的基因及染色体异常。而M.Barinaga,253 Science,1489,1991的DNA晶片(DNA chip)则是将核酸序列固定在微小的晶片上进行杂交，为将斑点杂交、菌落杂交及夹心式杂交缩小在极小范围中进行，具有浓缩局部核酸的效果，因此敏感度较上述三种杂交方法高，然而其他缺点仍是无法克服。另有一种在固定有核酸的基质下施以点电场的杂交技术，请参考Heller等人的美国专利第5,605,662号、美国专利第5,849,486号、和第5,632,957号。此方法利用核酸带负电的特性，在特定的核酸基质的点电极施以正电，待杂交的核酸会迅速被吸引至正电极附近，具有浓缩核酸的效果，而利用电场带动核酸的移动可缩短杂交的时间，当待杂交核酸与互补核酸结合后，随即将点电场的电性改为负电，使未键结或错配的核酸离开电场，因此能除去非专一性的杂交。此点电极的杂交法能克服传统以扩散方式杂交的专一性及敏感度不高的缺点，然而点电场的设计使得待杂交核酸分布不平均，造成杂交机会的不均等，而有伪阳性杂交的缺点。此外，杂交的基质受制于点电极，必须为一个电路板，传统常用且成本便宜的薄膜并不适用在此杂交系统。利用电场加速带电荷物质的结合亦被应用在抗体与抗原的结合反应，Zhang等人于CNl092174中利用上下两片铜板以缆线与高频震荡装置连接，将置有抗原与抗体的塑胶板放在下铜板上，高频震荡装置将220伏特的交流电转变为高频电场，使得塑胶板上的抗原与抗体这些带电分子在此高频电场快速震动，于数分钟内完成结合反应。而高频电场造成带电荷物质快速的震动，并不适于应用在核酸的杂交，因为杂交的形成是两条单股核酸序列间数个碱基互补键结的过程(通常至少十个碱基互补才能形成较稳定的结构)，需提供一定的作用时间，故高频震动环境会不利杂交。此外，高频的震动造成反应的核酸在原地震动，无法达到混和的效果，且不具备浓缩的功能，使得结合的效率降低，且高频电场因无法转换上下电场的带电性质，而无法排除非专一性的结合。亦有文献报告利用电场帮助其他带电荷物质的结合，例如I.Karube等人于W09423287教示抗原和抗体的结合将两个电极放在溶液中，电极表面吸附有已知的抗原或抗体，在两电极间的溶液则含有待测的抗原或抗体，反应足够的时间后，溶液中的抗原或抗体会移动至电极，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速核酸杂交的装置，包括： 一用于装载基质的容器，及 一电场产生装置， 其中该容器内的基质上载有待进行杂交反应的核酸，及位于该基质上的缓冲液层， 该电场产生装置包含一电源调控器以及导通至该电源调控器的至少一片电极板，而该电极板是置于该容器上方及下方的任意位置，并由该电源调控器供给一电动势至该电极板，藉此产生一可改变方向且至少涵盖该基质的电场，经由控制该电场的方向促进杂交的进行。

【技术特征摘要】
1．一种快速核酸杂交的装置，包括一用于装载基质的容器，及一电场产生装置，其中该容器内的基质上载有待进行杂交反应的核酸，及位于该基质上的缓冲液层，该电场产生装置包含一电源调控器以及导通至该电源调控器的至少一片电极板，而该电极板是置于该容器上方及下方的任意位置，并由该电源调控器供给一电动势至该电极板，藉此产生一可改变方向且至少涵盖该基质的电场，经由控制该电场的方向促进杂交的进行。2．如权利要求1所述的装置，其中该电极板为两个平面板，一平面板与一曲面板，或两个曲面板的任意一种组合。3．如权利要求1所述的装置，其中该电极板为任意导电材质。4．如权利要求1所述的装置，其中该基质为硅胶。5．如权利要求1所述的装置，其中该基质为玻璃。6．如权利要求1所述的装置，其中该基质为半导体。7．如权利要求1所述的装置，其中该基质为尼龙膜。8．如权利要求1所述的装置，其中该基质为硝基纤维膜。9．如权利要求1所述的装置，其中该基质为滤纸。10．如权利要求1所述的装置，进一步包含一旋转马达，藉以扰动该带电荷物质。11．如...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文通，李泔泓，蔡娟美，施宇豪，王意雯，
申请(专利权)人：晶宇生物科技实业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]