能快速高灵敏进行生物分子杂交、检测的生物芯片系统与方法技术方案

本发明专利技术涉及一种能快速高灵敏进行生物分子杂交、检测的生物芯片系统与方法，涉及的生物芯片系统包括一块衬板，一个电极列阵，至少一种设置在电极上、电极间、它们上面／上方的多孔膜和／或盖板上的、与将接触的溶液中的待测物质或分子可能杂交的生物分子，一个控制系统，至少一个能使电极或电极间的阻抗、电容、电流、电流方向和／或电压变化的元件系统和／或至少一个能检测电极或电极间的阻抗、电容、信噪比、电阻、电流和／或电压变化的检测元件系统；涉及的方法为电助杂交、电子检测。

【技术实现步骤摘要】
能快速高灵敏进行生物分子杂交、检測的生物芯片系统与方法技术邻壤本专利技术属于生命科学与生物
， 一般涉及用于化学及生物化学分析、化学及生物 传感、合成和检测的微型仪器，尤其涉及一种生物、化学及医药实验检测领域的能快速高灵 敏进行生物分子杂交、检测的生物芯片系统与方法。背翠技术生物芯片是上世纪80年代发展起来的高新技术，它融微电子学、生物学、物理学、化学、 材料学、计算机科学、成型加工技术为一体，可以对细胞、DNA、蛋白质等生物组分进行准 确、快捷和大信息量的检测分析，在疾病诊断治疗、疾病预测预防、新药研究开发、农作物 育种、环境检测以及食品安全监测等多方面具有广泛用途，市场潜力巨大，成为国际生命科 学与生物技术产业最重要的增长点和竞争焦点之一。目前常见的生物芯片分为三类第一类为微阵列芯片，包括基因芯片、蛋白芯片、细胞 芯片和组织芯片第二类为微流控芯片(属于主动式芯片)，包括各类样品制备芯片、聚合酶 链反应(PCR)芯片、毛细管电泳芯片和色谱芯片等；第三类为以生物芯片为基础的集成化 分析系统，即芯片实验室(Lab-on-chip)。"芯片实验室"可以将诸如样品(试样)的前处理、 样品制备、待测物分离、试剂输送、生化反应、结果检测等集成在微小的芯片上来实现的， 并依靠一些检测方法如电化学检测法和光学检测法，将化学信号转换成电信号或光学信号， 再经计算机或其他信号处理装置进行解释。这些微型集成化分析系统携带方便，可用于紧急 场合、野外操作甚至放在航天器上。然而，在生物芯片大规模应用之前还有不少难题需要解决，包括对于癌症等疾病的基 础研究、基因的发现、生产成本的降低、快速高灵敏地检测等。尤其是，目前国内外对生化 反应及其结果检测的研究开发几乎都集中在用荧光处理进行变性以及用十分昂贵的荧光扫描 仪或光学仪器对生化反应即杂交结果进行检测。因此，基于这类技术的生物芯片难于得到广 泛应用，尤其在疾病诊断治疗、疾病预测预防、食品安全监测等方面难于进入家庭、难于个人化。中国专利公开说明书CN02112625.9涉及了一种带滤光片转盘的生物芯片荧光图像的 采集，用于生物芯片上荧光图像的扫描检测。该系统主要由激光激发光路、荧光接收光路和 放置生物芯片的X-Y平台及支架所组成。激光激发光路中的两个激光束通过合光梭镜到达同 光路，穿过中空全反镜中心的通孔后，经激光聚焦镜聚焦于生物芯片上的一个点，激光激发 光路和两个荧光接收光路共用，通过X-Y平台的二维运动，可获得多个生物芯片上的二维荧 光图像。中国专利公开说明书CN200410009044.7公开了一种具有光强实时检测的生物芯片检 测方法及其检测系统，在激发光光路中加入一个光密度盘，以调整光强，在载片台下方安装 一个光探测系统，探测由氙灯光源发出的到达被检测样片上的光的光强，此光强值真实的反 映了激发光源光强的真实情况，此光强值在计算机里有所记录，当此光强值发生变动时，计 算机系统根据检测电路提供的信号进行判断，及时采取措施，调整光密度盘或调整样片的曝 光量，以保证检测数据的真实可靠。该专利技术既可通过光密度盘来调整光强，也可调整生物样 片的曝光量，这样就可避免在生物芯片检测中由于激发光光源的光强度差异或均匀性变化而 造成的检测误差，来保证生物芯片检测系统的检测数据真实可靠。然而，上述公开的生物芯片及所涉及的检测方法及其检测系统均会十分昂贵。中国专利ZL01129100.1公开了一种基因芯片的制备方法，其特点是a.将DNA探针点 在喷镀有金属薄层的载体的基点上，完成DNA的固定；b.将含有电化学活性基团的溶液点在 已固定的DNA表面，使已固定的DNA样品5'末端带上一电化学活性基团；所述DNA探针 的结构是5'-NHHCH2)n-******+++++++++++++++*****MCH2)n-SH-并将上述带有电化学 活性基团的电子基因芯片的金属表面进一步浸于SH-(CH2VOH溶液中过夜，该专利技术所得到的 电子基因芯片是采用电子检测器来检测基因芯片的信号。中国专利ZL01129104.4涉及一种电子基因芯片的检测方法，其特点是将带有电化^ 性基团的基因芯片与样品DNA进行杂交，然后用电子检测器取代荧光扫描仪对基因芯片杂 交前后电信号的变化进行检测，判断被检测样品中是否含有待检测的特异性DNA片段。但是，该专利技术并不能广泛应用于生物芯片进行高灵敏度检测。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种低成本、高通量、快速、高效、高灵敏进行生物分子杂交、检 测的生物芯片系统，以克服现有生物芯片或其系统的缺陷。本专利技术的另一个目的是提供一种在该生物芯片系统中实施快速生物分子杂交，可靠、高 效、高灵敏度地迸行生物分子杂交检测的方法，以克服现有生物分子杂交、检测方法中存在 的缺陷。本专利技术的一个显著特点是本专利技术所得到的生物芯片系统可以不用荧光扫描仪或光学仪器而采用电助杂交、电子检测按照本专利技术，可以大幅度提高现有生物芯片或其系统的杂交 速度、检测灵敏度和精确度，大幅度扩大现有生物芯片或其系统的应用范围以及扩大其检测 样品种类。本专利技术的另一个显著特点是本专利技术的整个技术方案由生物分子杂交、检测的生物芯片系统与方法两部分组成，适用于高通量的、任何种类的生物分子杂交和检测。本专利技术的再一个显著特点是本专利技术的生物芯片系统易于进入家庭、易于个人化、易于 微小型化，便于携带，可用于紧急场合、野外操作。本专利技术涉及的基于了经典 的电泳原理，既在电解质溶液中，带电粒子在电场作用下，以不同的速度向其所带电荷相反方向迁移的现象；还基于了一些经典研究结果，例如溶质的迁移速度由其所带电荷数和分子 量大小决定，另外还受缓冲液的组成、性质、P H值等多种因素影响，又例如蛋白质分子 是既有酸性基团("COOH)，又有碱性基团(-NH2)的两性电解质，在某一溶液中所带正负电 荷相等，即分子的净电荷等于零，此时，蛋白质在电场中不再移动，溶液的这一pH值为该蛋 白质的等电点(isoelctric point, pl)。若溶液pH处于等电点酸侧，即pH<pl，则蛋白质 带正电荷，在电场中向负极移动。若溶液pH处于等电点碱侧，即pH〉pl，则蛋白质带负电 荷，向正极移动。溶液的pH离pl越远，质点所带净电荷越多，电泳迁移率越大。本专利技术人还考虑到了电流是通过横跨DNA双链之间的碱基流动，而非人们想象的那样沿 双螺旋链流动，如果DNA中4种碱基排列的顺序被改变，电流的速度也有所变化的新近研 究成果。本专利技术涉及的生物芯片系统包括一块衬板， 一个具有至少两个设置在衬板表面或内里的电极的电极列阵，至少一种设置在电极上、电极间、它们上面/上方的多孔膜和/或盖板上的、 与将接触的溶液中的待测物质或分子可能杂交的生物分子， 一个控制系统，至少一个与电极 相连接的、能使电极或电极间的阻抗、电容、电流、电流方向和/或电压变化的元件系统和/ 或至少一个与电极相连接的、能检测电极或电极间的阻抗、电容、信噪比、电阻、电流和/或 电压变化的检测元件系统；其中，衬板选自高分子材料、玻璃、陶瓷、硅、云母或它们中的 一种或多种的混合物，盖板选自高分子材料、生物降解、无机材料、金属微粒中的一种或多 种。盖板可以是一层能复盖整个或部分电极列阵的膜，也可以是一层具有透孔的膜，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能快速高灵敏进行生物分子杂交、检测的生物芯片系统，其特征在于：该生物芯片系统包括一块衬板，一个具有至少两个设置在衬板表面或内里的电极的电极列阵，至少一种设置在电极上、电极间、它们上面／上方的多孔膜和／或盖板上的、与将接触的溶液中的待测物质或分子可能杂交的生物分子，一个控制系统，至少一个与电极相连接的、能使电极或电极间的阻抗、电容、电流、电流方向和／或电压变化的元件系统和／或至少一个与电极相连接的、能检测电极或电极间的阻抗、电容、信噪比、电阻、电流和／或电压变化的检测元件系统；其中，衬板选自高分子材料、玻璃、陶瓷、硅、云母或它们中的一种或多种的混合物，盖板选自高分子材料、生物降解、无机材料、金属微粒中的一种或多种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘津平，高霞，刘文韬，
申请(专利权)人：刘文韬，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]