一种生物芯片杂交系统技术方案

本发明专利技术涉及一种杂交系统，具体公开一种集成杂交、清洗与干燥功能于一体的生物芯片杂交系统，包括：生物芯片，包含具有探针点阵的基片以及有至少两个通孔的盖片，所述基片与盖片之间形成杂交腔室；至少两条分别通过所述两个通孔与杂交腔室连通的流体通道；与所述流体通道连通的流体控制装置。本发明专利技术提供的生物芯片杂交系统以流体控制装置提供的动力作为驱动力促使液流在杂交通道和腔室中自动地往复流动，实现动态的杂交反应，从而提高杂交效率与均匀性，且可实现自动化控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种杂交系统，特别涉及一种集成杂交反应、清洗与干燥功能的生物芯片杂交系统。
技术介绍
生物芯片是借助微加工和微电子技术将大量已知序列的大量探针分子有序高密度地固定在支持物上形成，探针分子可以是DNA、RNA、蛋白质、糖等。通过检测探针是否与样品中的靶物质进行杂交，可以对基因表达特征、遗传缺陷、蛋白质分布、反应特性等等进行分析。基于生物芯片的分析方法主要包含样品前处理、芯片制备、芯片杂交、芯片清洗及干燥、芯片检测等步骤。目前生物芯片的制备与检测均有比较成熟的技术与配套仪器，例如目前最普遍的玻璃基生物芯片可采用芯片点样仪进行微阵列制备，其检测也有相应的芯片扫描仪。除了芯片制备与检测外，芯片杂交包括芯片的清洗与干燥是生物芯片技术最为关键的内容之一，以及如何提高杂交过程的可控性及准确性成为生物芯片技术的研究重点与执占。传统的芯片杂交多采用空气浴或水浴控温模式下的静态杂交方法，该方法中由于杂交样品中的靶分子仅依靠分子扩散机制与芯片表面的探针分子进行杂交反应，往往需要较长的反应时间，杂交效率低，而且还容易造成整张芯片的杂交不均勻现象，不利于定量分析。此外，杂交完成后需要另配专门的洗干仪器或装置进行芯片的清洗与干燥，过程繁琐。为克服静态杂交的缺点，已有一些基于振动混合、连续流或往复流的动态杂交方法与装置被提出。例如，Lee等人提出采用蠕动泵促使杂交样品在微阵列表面循环流动的动态杂交方式，将杂交时间从静态杂交所需的6小时缩短至2小时(参见H. H. Lee, J. Smoot, Z. McMurray, D. A. Stahl，P.Yager, Lab Chip,2006，6，1163—1170)。基于类似的循环流杂交原理，美国Affymetrix公司(US Patent6391623)开发出自动化杂交系统，虽然该系统可实现杂交、清洗与干燥的集成化，但是由于使用了蠕动泵和循环流体通道，因此一方面需要大量的样品，另一方面容易造成泵内部污染。此外，其装置上的插槽只能使用从Affymetrix公司购得的芯片，即该设备不具有兼容性与通用性。 Quake课题组利用PDMS(聚二甲基硅氧烷)微流控芯片中的气动微阀技术实现杂交样品溶液在杂交腔室中的往复运动，从而显著提高了反应速度与杂交信号(J. Liu,B. A. Williams, R. Μ. Gwirtz, B. J. Wold, S. Quake, Angew. Chem. Int. Ed. 2006，45，3618—3623)。利用类似的原理，Roche NimebleGen公司开发的NimbleGen Mixers杂交仪 (http //www. nimblegen. com/products/instruments/)采用气云力阀鼓气泡获得往复流杂交的方法，将检测灵敏度提高了 3倍，并且缩短杂交反应时间。然而，该设备只具备杂交反应功能，而芯片清洗和干燥分别需要专门的设备进行，未能实现杂交、清洗与干燥的集成。综上所述，现有的生物芯片杂交系统或是杂交耗时长、效率低，或是操作流程繁琐，集成度和自动化程度不高。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种集成杂交、清洗与干燥功能的生物芯片杂交系统，包括生物芯片，由具有探针点阵的基片以及至少两个通孔的盖片封接形成，所述基片与盖片之间形成杂交腔室；至少两条分别通过所述两个通孔与杂交腔室连通的流体通道；与所述流体通道连通的流体控制装置。在使用时，所述流体通道至少有一条为流体流入通道，一条为流体流出通道。作为优选，所述流体控制装置包括至少一个用于提供气体压强的泵和一个控制流体流动的阀，所述泵通过阀与所述流体通道连接，其可以选择通过阀与作为流体流入通道的流体通道连通，或选择与作为流体流出通道的流体通道连通。其功能主要用于控制以下流程样品溶液在探 针点阵表面的往复流动以实现动态杂交反应、清洗液在探针点阵表面的连续流动以实现芯片清洗、惰性气体连续流入杂交芯片以排出废液、惰性气体在探针点阵表面的连续流动以实现芯片干燥。所述泵主要包括控制样品溶液往复流的流体驱动泵、控制清洗液连续流的流体驱动泵和干燥气体连续流的流体驱动泵。任何通过使用电信号可升高或降低空气通道中气压的泵都可用于本专利技术中。然而，所述的控制样品溶液往复流的流体驱动泵优选使用可控制到微米级单位体积的步进电动式注射泵或柱塞泵，其可以对其相应通道中的流体(包括气体和液体)提供精确的往返运动控制；所述的控制清洗液连续流的流体驱动泵优选使用可实现流体连续流动的压电型微泵，可以提供液体的连续、稳定流动，并能够精确控制液体流速。所述干燥气体连续流的流体驱动泵，优选使用具有较大流速范围的气泵，提供气体的连续、稳定与高速流动。所述的阀装置，可以是集成在流路内部的内部阀，也可以是外部阀。优选使用具有少量死体积的微电磁阀，但不仅限于此。本专利技术提供的生物芯片杂交系统的泵和阀，其功能均为满足芯片的杂交、清洗和干燥过程控制，具体数量可以根据流路设计而改变。可以是每个流路都采用一个泵和一个阀，也可以是多个流路共用一个泵，而每个流路分别使用一个阀控制流路的通与断。当其中一个阀打开，其它的阀关闭，利用泵提供动力使该阀控制的流体流动。阀可以具有分支阀来控制对杂交腔室的流体供应。分支阀指与多个通道相连接的阀。在这种情况下，每个通道可以独立地打开或关闭。任何通过使用电信号可升高或降低通道中气压的泵都可用于本专利技术中。然而，优选使用可控制到微米级单位体积的步进电动式微泵。作为优选，所述生物芯片杂交系统的生物芯片基片的生物探针点阵的生物分子可选自由以下物质构成的组DNA、RNA、PNA (肽核酸)、LNA (锁核酸)、肽和蛋白质，但不仅限于此。所述生物芯片基片、盖片材料可以是玻璃、硅和PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、 PDMS (聚二甲基硅氧烷)、PC (聚碳酸酯)、PET (聚对苯二甲酸乙二醇酯)、C0C (环烯烃类共聚物)等高分子聚合物。在本专利技术的具体实施例中，提供一种基于往复流的生物芯片，由盖片、微流体层、 和基片封固形成，所述盖片有至少两个通孔，所述微流体层有一个镂空的杂交腔室和至少两个镂空的微流体通道，每个微流体通道一端与杂交腔室连通，另一端分别与盖片的一个通孔连通，微流体层的杂交腔室与基片的生物探针点阵连通。作为优选，所述微流体层的微流体通道截面的面积在0. Ol-IOmm2之间，长度在 Imm-IOOmm 之间。所述杂交腔室提供溶液往复流动的空间，其位置和形状应保证样品溶液与下层基片上的生物探针反应的均勻性；所述通孔通过微流体通道与杂交腔室连通，注射泵或柱塞泵产生的气体压强作为驱动力促使溶液液流通过通孔在微流体通道和杂交腔室中地往复流动。往复流动的往复频率优选为O-lOOHz，提供往复流驱动的气体压强优选为0-lMPa。更优选地，盖片的下表面即与微流体层封固的表面具有亲水特性，最优选的，所述盖片的与微流体层接触的表面对样品溶液的接触角小于90度，另一表面对样品溶液的接触角为90-180度。在盖片的通孔处加样时，可利用液体的表面张力为驱动力实现样品溶液自动进入并充满杂交腔室和微流体通道。更优选地，本专利技术所述生物芯片杂交系统还包括温度控制装置。所述的温度控制装置包括热板、加热体、制冷体本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种生物芯片杂交系统，包括：生物芯片，包含具有探针点阵的基片以及有至少两个通孔的盖片，所述基片与盖片之间形成杂交腔室；至少两条分别通过所述两个通孔与杂交腔室连通的流体通道；与所述流体通道连通的流体控制装置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶嘉明，王品虹，王国青，段立清，赵凯军，张锦秀，宋秀梅，王东，高华方，邢婉丽，
申请(专利权)人：博奥生物有限公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：11