用于生物分子芯片微量加样和反应的方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及直接在生物分子芯片上进行微量加样和即时反应的方法以及装置。该方法包括：在外压力的作用下微阵列与光滑的芯片表面紧密接触形成密封的空腔。需要固定的生物配基分子通过微流道进入空腔与芯片表面进行反应，反应后的配基分子再通过微流道排出。该装置包括：弹性材料片刻有凹槽，凹槽按阵列式排列微阵列，和与其相匹配的微流道；微阵列或微流道基片两侧开有液体进出口，以及在微流道上覆盖的弹性材料膜片。由于本发明专利技术的方法将制备生物芯片和即时进行检测反应在同一装置中进行，而该芯片上配基生物分子固定的区域是严格限定的，固定和反应后的表面再经过缓冲液冲洗，使表面上生物分子的固定和反应均匀一致，有效地提高了检测的质量。（*该技术在2023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生物分子芯片的制备方法及其装置，尤其涉及一种直接在生物分子芯片上进行微量加样和即时反应的方法以及实现该方法的装置。
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。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微流道输运和微腔反应器。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，Heller M，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，使应用受到限制。同时进行生物分子固定和检测反应的操作是在两种装置中分2次进行的，因此，制备工艺烦琐。
技术实现思路
本专利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，从而提供一种生物芯片制作、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方法和装置。本专利技术的目的是这样实现的本专利技术提供的生物芯片制备方法，包括按如下步骤顺序进行(1)将芯片的基底材料和微阵列模板紧密接触，并通过外力压紧微流道；(2)把配基分子通过微流道的微细管子输送到芯片基底表面上的选定区域；等到配基分子固定在芯片基底上以后；(3)将步骤(2)制备得到的固定有生物分子的芯片基底用缓冲液冲洗，通过微流道将缓冲液输送到芯片表面的不同区域内；清洗掉没有被固定在芯片表面上的配基分子；(4)通过一块弹性膜片，使固定有配基分子的区域串联起来；或者通过挤压弹性膜片上的节点形成的开关使固定有配基分子的区域串联起来；(5)把待检测的生物样品通过微流道再输送到步骤(4)制备得到的芯片表面上的各个单元里，即时进行检测反应；(6)取下步骤(5)制备而得到的载有检测反应结果的芯片，使用芯片检测器检测其反应结果。所述的步骤(2)中所使用的配基分子浓度为0.001-1mg/ml；所述的配基分子在微流道中的流速为0.1-100微升/分钟。所述的步骤(5)中生物样品通过微流道的流速为1-100微升/分钟。所述的芯片基底材料包括硅、玻璃、金属、塑料等材料或上述几种的复合材料，优选硅。该方法把微流道与微阵列组合在一起。微阵列是指制作在具有弹性的固体材料上的微型凹槽，微阵列中凹槽的数目根据检测的指标来定，从一个到几百个或更多。微流道是指与微型凹槽相连接的微小内径的管道。在外压力的作用下微阵列可以与光滑的芯片表面紧密接触形成一个个密封的空腔。需要固定的生物配基分子可以通过微流道进入空腔与芯片表面进行反应，反应后的配基分子再通过微流道排出。这样就实现了在芯片表面上的不同区域内进行微量加样。然后，待检测的生物样品也是通过微流道进入各个空腔，与芯片表面上已固定的生物配基分子反应后，再通过出口排出。生物芯片是用来同时检测待测生物样品中多种生物分子的。该方法中设计了流动控制部分，使同一份待测生物样品依次与芯片上预固定的多种生物配基分子反应，有效地降低了样品用量。通过流动控制部分可以实现任意数目凹槽间串联。芯片上配基分子固定的区域是严格限定的，固定和反应后的表面再经过缓冲液冲洗，可以使表面上生物分子的固定和反应均匀一致，有效地提高了检测的质量。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。生物分子固定和反应后的芯片与微阵列模板分离后，使用芯片检测器检测反应结果。与芯片材料分离后的微阵列模板可以重复使用，以多次进行芯片上生物分子固定与反应。本专利技术提供的生物芯片制备方法的专用装置根据构成微流道的方式不同，该装置包括两种。首先叙述第一种，该装置包括一块表面上刻有凹槽2的弹性材料片3，其凹槽2按列阵式排列，凹槽2两端分别开有第一通孔10；其中每个凹槽的通孔包括一进一出两条微流道；一块刚性固体材料块4的一表面上也刻有凹槽2’，凹槽2’的两端分别开有第二通孔11，弹性材料片3的刻有凹槽一面与刚性固体材料块4不带凹槽一面相对固定在一起；该刚性固体材料块4上的通孔与弹性材料片3上的通孔错开一个对应并孔相通，即第一凹槽2的一个通孔作为溶液出口与凹槽2’的一个通孔作为溶液进口相通，凹槽2’的出口与下一个凹槽2的进口相通；固体材料块4两侧面分别开有一个待测液体进口7和一个待测液体出口8，进口上安装一开关；芯片1紧密接触在弹性材料片3上，在固体材料块4的通孔中插装直径相近的管子12，微流道是通过管子12同微阵列模板上的通孔相连接形成。在外压力的作用下微阵列模板上的凹槽与光滑的芯片表面紧密接触形成一个个密封的空腔。需要固定的配基分子可以在泵浦的驱动下，通过微流道进入空腔与芯片表面进行反应，反应后的样品再通过微流道排出。这样就实现了在芯片上的不同区域上进行微量加样。加样后的芯片不必从装置上取下，可以直接进行检测反应。从微阵列上取下微细的管子，使用弹性膜封闭凹槽2’，把凹槽2串联起来，留下一个进口和一个出口。待检测的生物样品通过进口依次进入每个空腔，与芯片表面上已固定的配基分子反应后再通过出口排出。反应后的芯片可以从装置上取下，通过检测器对芯片上配基和受体的反应结果进行检测。还包括一块弹性膜，和在固体材料块两侧面分别开有一个进口和一个出口，或者在固体材料块一侧面开有一个进口，再在弹性材料块一侧面开有一个出口；其进口上安装一开关；加样后的芯片不必从装置上取下，可以直接进行检测反应。从微阵列上取下微细的管子，使用一块弹性膜盖在固体材料块上，封闭凹槽2，把弹性材料片上的凹槽串联起来，与溶液进口相对的在弹性膜处开一孔，作为检测液进口，和把固体材料块侧面开的孔作为检测溶液出口。待检测的生物样品通过溶液进口依次进入每个空腔，与芯片表面上已固定的生物样品反应后再通过溶液出口排出。反应后的芯片可以从装置上取下，通过检测器对结果进行检测。本专利技术的直接制备生物芯片和即时进行检测反应的装置的第二种结构包括微流道5，还包括与其相匹配的微阵列模板；其中微阵列模板包括一表面上刻有至少2个凹槽2的弹性材料片3，弹性材料片3有凹槽2的面朝上，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生物分子芯片微量加样和反应的方法，包括按如下步骤顺序进行：　　　　（１）将芯片的基底材料和微阵列模板紧密接触，并通过外力压紧微流道；　　　　（２）把配基分子通过微流道的微细管子输送到芯片基底表面上的选定区域；等到配基分子固定在芯片基底上以后；　　　　（３）将步骤（２）制备得到的固定有生物分子的芯片基底用缓冲液冲洗，通过微流道将缓冲液输送到芯片表面的不同区域内；清洗掉没有被固定在芯片表面上的配基分子；　　　　（４）通过一块弹性膜片，使固定有配基分子的区域串联起来；或者通过挤压弹性膜片上的节点形成的开关使固定有配基分子的区域串联起来；　　　　（５）把待检测的生物样品通过微流道再输送到步骤（４）制备得到的芯片表面上的各个单元里，即时进行检测反应；　　　　（６）取下步骤（５）制备而得到的载有检测反应结果的芯片，使用芯片检测器检测其反应结果。

【技术特征摘要】

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