对微阵列上的核酸进行解链曲线分析的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种对微阵列上的核酸进行解链曲线分析的方法和装置。本发明专利技术的方法包括通过改变微阵列中流体的温度分离和移除靶ＤＮＡ，扫描该微阵列观察荧光，收集从该微阵列中移除的靶ＤＮＡ，以及重复利用该收集到的靶ＤＮＡ和微阵列。本发明专利技术的装置包括一微阵列工作台，一光源和探测器，以及一温度控制器，其中，该温度控制器用于调整微阵列样品腔中的流体的温度，使该流体的温度在分析期间发生变化，从而使靶ＤＮＡ与该微阵列分离。该光源照射至该微阵列上激发出的荧光由该探测器采集。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对微阵列上的核酸进行解链曲线分析的方法和装置相关申请的交叉引用本申请要求美国临时申请的优先权，该美国临时申请的申请日为2008年6月25 日，申请号为61/075，528，在此以引用的方式将其全部内容并入本申请中。
技术介绍
在此说明对微阵列上的核酸进行解链曲线分析的方法和装置。微阵列技术于20世纪80年代末期和20世纪90年代早期从核酸杂交检测发展而 来，如Southern杂交和Northern杂交。该微阵列技术本质上是结合于阵列表面上的多种 不同的核酸序列探针与多种不同的靶DNA序列进行的高通量竞争性杂交。虽然，该技术应 用广泛，但是最普遍的应用为基因表达谱和单核苷酸多态性(SNP)分析。在基因表达分析 中，mRNA从细胞中抽提出来，转录成cDNA，同时用荧光染料进行染色标记，然后与含有互补 序列的探针的阵列芯片进行杂交。干燥后用阵列阅读仪进行扫描，并通过软件计算基因表 达差异。在该操作程序中，基因表达水平越高，荧光标记的靶DNA与探针结合越多，荧光信 号就越强。在SNP分析中，cDNA的合成可以省略因为基因组DNA可从细胞中抽提出来，限制 性内切酶酶切后与芯片(固载)杂交。在SNP分析中，该阵列针对每个SNP设置至少4个 探针，在预期的SNP位点设置一个不同的碱基。SNP分析中阵列阅读方法和基因表达谱分析 是相同的，但是还可以观察到所有探针的一些结合，以及通过判断DNA结合最多的探针来 确定正确SNP。微阵列技术允许高样品通量。但是，相对于高准确度的低通量技术，已知的微阵 列技术具有准确度低和重复性差的缺陷。与所有其它的核酸竞争性结合测定一样，已知的 微阵列技术具有靶DNA与错误探针结合的倾向，即所谓的错交或者错配。虽然对于给定的 序列，选择最佳杂交温度可以减少错配。但是，由于阵列系统可能在一阵列上带有几千个不 同的探针序列，所以实际上不可能同时优化出所有探针的最佳杂交温度，而只能针对所有 的探针计算出一个平均杂交温度；然而，即使是在最佳条件下进行杂交也仍然会出现错配。 可以确定的是，这种错配倾向，和探针选择缺少标准化一样，是微阵列分析中误差的主要来 源。虽然微阵列技术已经获得了许多有价值的成果，但是标准应用需要采用具有较高 准确度和成本较高的方法，如实时聚合酶链式反应(PCR)，对结果进行有效性验证。对于基 因表达实验，单一基因表达倍数差异在微阵列分析结果和实时PCR验证结果之间可能具有 高达几倍的差别。改进微阵列分析应该直接解决错配问题。高准确度、低通量技术如实时PCR，它更 准确的原因在于对PCR引物进行温度可控的杂交。因此只有引物与模板正确杂交，双链产 物才能生成。那么在典型的实时PCR实验期间，就可以通过观察PCR产品的解链曲线来检 查PCR反应的质量。解链曲线分析是利用热能断开使双链核酸(通常为DNA)结合在一起的氢键，使 该双链结构熔解(“解链”)形成二条单链产物。DNA解链所需的热量取决于其长度、胞嘧啶-鸟嘌呤(C-G)含量和双链结构的互补程度。事实上，特定染料如STOR Green I可用于 监测解链发生的精确温度。内插在双链DNA之间的STOR Green I与溶液中游离状态分子 相比，荧光强度高出1000多倍。因此，随着温度的升高，荧光大幅度降低表明双链DNA正在 解链，并通常可以绘制荧光强度与温度之间的关系曲线。如果在实时PCR反应期间发生错 配，具有不同解链温度的第二种PCR产品的出现将是明显的，这表明反应中出现了错误，实 验必须在更好的条件下重复进行。
技术实现思路
本专利技术涉及对微阵列上的核酸进行解链曲线分析的方法和装置。本专利技术的方法包 括提供一微阵列，该微阵列表面共价键结合多个核酸探针，其中，该微阵列由一盖片覆盖； 将温度可控的流体引入由该微阵列和盖片之间形成的样品腔中；在与靶DNA的解链温度相 对应的温度范围内改变流体的温度，使靶DNA从该微阵列中相继地流出；扫描该微阵列，采 集荧光；收集从该微阵列中流出的靶DNA ；以及，重复使用该微阵列和收集到的靶DNA。采用先进的荧光分析技术，如荧光共振能量转移(FRET)、荧光寿命成像(FLIM)和 荧光相对光谱(FCS)，可以进一步减少噪声。另外，原始数据进行归一化可以通过在不同温 度下重复扫描改善探测器增益背景，以消除光漂白作用的影响。本专利技术的装置包括一微阵列工作台，一光源和探测器，以及一温度控制器。该温度 控制器用于调整微阵列样品腔中的流体的温度，使该流体的温度在分析期间发生变化，从 而使靶DNA与该微阵列分离。该光源照射至该微阵列上激发出的荧光，可由该探测器采集。本专利技术的一个方面利用一光束激发微阵列的预定部位和探测所发出荧光，提供对 位于该微阵列上的核酸进行解链曲线分析的装置。该种装置包括一照明子系统，其包括一 能产生光束的光源，该光束包括具有至少一种波长的电磁辐射波；该照明子系统还包括一 带通滤光片，用于滤除波长接近核酸受激发所发出的荧光波长的光；一扫描镜，使该光束发 生反射而允许荧光通过；以及一物镜，使该光束聚焦至该微阵列的预定部位。该装置还包括 一检测由该微阵列的预定部位发出的荧光的荧光探测子系统。该装置还包括一流体循环子 系统，其包括一微阵列盒，该微阵列盒包括一具有用于容置微阵列载体的开口的框架，该开 口围绕其内部边缘设置一间隔物。该流体循环子系统还包括一流体入口、一流体出口、一设 置于框架上的光学窗口和一设置于框架上的与该光学窗口相对的密封件。在该微阵列载体 容置于该开口中时，间隔物将微阵列载体与光学窗口隔开，并形成一空腔，该空腔定义为一 允许流体从流体入口进入微阵列载体中，在流体全面流经微阵列载体后到达流体出口处的 微阵列腔。该流体循环子系统还包括一泵，该泵从流体池中抽出流体，并使流体流入与该流 体入口连接的流体供应管中，该流体返回管与该流体出口连接。该装置还包括一温度控制 套件，其包括一温度控制器和一流体加热器。本专利技术的装置允许光束和微阵列之间可以相 对移动。本专利技术的另一个方面是在装置中提供一进行核酸解链曲线分析的微阵列盒。该微 阵列盒包括一框架，该框架具有一包括一内部边缘的用于容置一微阵列载体的开口，该开 口围绕其内部边缘设有间隔物。该微阵列盒还包括一设置于框架上、并位于该开口一侧的 光学窗口，一流体入口，一流体出口 ；以及一设置于框架上的与该光学窗口相对的密封件。 该间隔物设置为，在该微阵列载体容置于开口中时，通过间隔物将微阵列载体与光学窗口隔开，使二者之间形成一定义为微阵列腔的空腔。该微阵列腔设置为经流体入口引入流体， 使该流体全面流经微阵列载体后经流体出口从微阵列腔中排出。本专利技术的该微阵列盒还包 括一用于加热该微阵列的热控体，该热控体包括一用于容置一微阵列的底座；一与该底座 枢接的热控部件，使该热控部件可在打开位置和关闭位置间转动；以及，一连接于该热控部 件上的加热器。本专利技术的第三个方面是提供一种利用一光束激发微阵列的预定部位和探测所发 出荧光的方法对位于该微阵列上的核酸进行解链曲线分析的装置。该装置包括一照明子系 统，其包括一产生该光束的光源，该光束包括具有至少一种波长的电磁辐射波。该装置还包 括一检测由该微阵列的预定部位发出的荧光的荧光探测子系统。该装置还包括一流体循环 子系统，其包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用一光束激发微阵列的预定部位和探测所发出荧光的方法对位于该微阵列上的核酸进行解链曲线分析的装置包括：　　一照明子系统，包括：　　一光源，用于产生该光束，该光束包括具有至少一种波长的电磁辐射波；　　一带通滤光片，用于滤除波长接近核酸受激发所发出的荧光的波长的光；　　一扫描镜，用于使该光束发生反射而允许该发出的荧光通过；以及，　　一物镜，用于使该光束聚焦至该微阵列的预定部位上；　　一荧光探测子系统，用于检测由该微阵列的预定部位发出的荧光；　　一流体循环子系统，包括：　　一微阵列盒，包括：　　一框架，该框架包括一用于容置一微阵列载体的开口，该开口围绕其内部边缘设有间隔物；一流体入口；以及，一流体出口；　　一光学窗口，设置于框架上；以及，　　一密封件，设置于框架的与该光学窗口相对的位置上；　　其中，该间隔物设置为，在该微阵列载体容置于开口中时，通过间隔物将微阵列载体与光学窗口隔开，使二者之间形成一空腔，该空腔定义为一允许流体从流体入口进入微阵列载体中，在流体全面流经微阵列载体后到达流体出口处的微阵列腔；　　一泵，用于从流体池中抽出流体，并使流体流入与该流体入口连接的流体供应管中；　　一流体返回管，与该流体出口连接；以及，　　一温度控制套件，包括一温度控制器和一流体加热器；　　其中，该光束和微阵列之间可进行相对移动。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US61/075,5282008年6月25日1.利用一光束激发微阵列的预定部位和探测所发出荧光的方法对位于该微阵列上的 核酸进行解链曲线分析的装置包括一照明子系统，包括一光源，用于产生该光束，该光束包括具有至少一种波长的电磁辐射波； 一带通滤光片，用于滤除波长接近核酸受激发所发出的荧光的波长的光； 一扫描镜，用于使该光束发生反射而允许该发出的荧光通过；以及， 一物镜，用于使该光束聚焦至该微阵列的预定部位上； 一荧光探测子系统，用于检测由该微阵列的预定部位发出的荧光； 一流体循环子系统，包括 一微阵列盒，包括一框架，该框架包括一用于容置一微阵列载体的开口，该开口围绕其内部边缘设有间 隔物；一流体入口 ；以及，一流体出口 ； 一光学窗口，设置于框架上；以及， 一密封件，设置于框架的与该光学窗口相对的位置上；其中，该间隔物设置为，在该微阵列载体容置于开口中时，通过间隔物将微阵列载体与 光学窗口隔开，使二者之间形成一空腔，该空腔定义为一允许流体从流体入口进入微阵列 载体中，在流体全面流经微阵列载体后到达流体出口处的微阵列腔；一泵，用于从流体池中抽出流体，并使流体流入与该流体入口连接的流体供应管中； 一流体返回管，与该流体出口连接；以及， 一温度控制套件，包括一温度控制器和一流体加热器； 其中，该光束和微阵列之间可进行相对移动。2.根据权利要求1的装置，其中，该微阵列在第一方向上移动，该光束在第二方向上移 动，该第二方向基本与第一方向垂直。3.根据权利要求1的装置，其中，该光束固定，该微阵列在第一方向和第二方向上移 动，该第二方向基本与第一方向垂直。4.根据权利要求3的装置，还包括一基架，可移动地连接于一基座上，该基架用于容纳该微阵列盒； 一连接于该基座上的第一基架定位件，用于沿着第一轴方向移动该基架；以及， 一连接于该基座上的第二基架定位件，用于沿着与第一轴基本垂直的第二轴方向移动 该基架。5.根据权利要求1的装置，其中，该荧光探测子系统还包括一二向色滤光片，该二向色 滤光片的安装在使核酸发出的荧光经该二向色滤光片进入该荧光探测器中的位置上。6.根据权利要求1的装置，其中，该荧光探测器从包括光电倍增管、雪崩光电二极管、 光电探测器和数码相机的探测器组中选择。7.根据权利要求1的装置，其中，该流体加热器包括一电加热元件。8.根据权利要求1的装置，其中，该流体加热器用于利用流体循环子系统传递热能。9.根据权利要求8的装置，其中，该流体加热器与微阵列腔之间传递热能。10.根据权利要求9的装置，其中，该流体加热器包括一珀耳帖热电元件。11.根据权利要求1的装置，还包括一废液管，该废液管与流体供应管和流体返回管之一连通。12.根据权利要求11的装置，还包括一与废液管连通的废液池，该废液池用于收集来 自流体循环子系统的废液。13.根据权利要求1的装置，其中，该流体池包括一预加热器。14.根据权利要求1的装置，其中，该流体池包括多个腔室，用于保存需要引入该流体 循环子系统中的不同流体。15.根据权利要求14的装置，还包括一选择阀，用于从多种不同的流体中选择一种特 定的流体引入该流体循环子系统中。16.一种进行核酸溶解曲线分析的装置使用的微阵列盒，该微阵列盒包括一框架，该框架具有一包括一内部边缘的用于容置一微阵列载体的开口，该开口围绕 其内部边缘设有间隔物；一光学窗口，设置于该框架上，并位于该开口的一侧； 一流体入口； 一流体出口 ；以及，一密封件，设置于框架的与该光学窗口相对的位置上；其中，该间隔物设置为，在该微阵列载体容置于开口中时，通过间隔物将微阵列载体与 光学窗口隔开，使二者之间形成一定义为微阵列腔的空腔；其中，该微阵列腔设置为经流体入口引入流体，使该流体全面流经微阵列载体后经流 体出口从微阵列腔中排出。17.一种用于加热微阵列的热控体，包括 一底座，用于容置一微阵列；...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·D·大仓，
申请(专利权)人：实时基因组有限公司，
类型：发明
国别省市：US