一种基于微流控的核酸杂交平台及杂交分析方法技术

本发明专利技术提供了一种基于微流控的核酸杂交平台及杂交分析方法，该平台由上下两层组成，上层为离心式微流控芯片，下层为固定寡核苷酸探针的基片，上下两层通过封接形成流体通道或腔室；该杂交分析方法以离心力和毛细管作用力作为驱动力促使液流在杂交通道中自动地往复流动：旋转芯片产生离心力，样品液流在离心力的作用下从样品室崩发，流经杂交通道进入临时集液池，然后停止旋转芯片，样品液流在毛细管作用力下由临时集液池返回杂交通道，这样重复的旋转和停止芯片就可以实现液流的往复；本发明专利技术具有物质传质快，杂交时间短，样品消耗少，并且可以同时对多个样品进行平行分析等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在基于往复流的离心式的微流控核酸杂交平台上核酸杂交分析，以离心力和毛细管作用力作为驱动力促使液流在杂交通道中自动地往复流动，从而加快核酸杂 交反应速率，縮短杂交反应时间。
技术介绍
核酸杂交已经广泛应用于基因表达分析，基因表型分析，临床疾病诊断等领域。核 酸杂交技术是基于互补的DNA链的特异性结合。对于以微阵列芯片为代表传统的静态核 酸杂交模式，杂交过程单纯依靠扩散，耙分子必须从溶液中扩散到固定于支持物上的探针 表面，与探针相互作用，由于核酸靶分子的扩散系数比较小，这样就需要较长的杂交时间 6-12h。此外，这种微阵列芯片消耗的样品和试剂的量也比较大。 目前，不少基于微流控技术的杂交芯片已经被研制，目的在于縮短杂交时间和降 低样品的消耗。这些芯片依据技术原理不同，可以分为两类主动模式和被动模式。基于主 动模式的杂交芯片一般需要借助外力如声波，电场加快杂交反应速率，縮短反应时间。但是 这些芯片加工流程复杂，制作成本高。另一类基于被动模式的杂交芯片主要依靠静水力促 使样品流动，加快物质传质。例如利用注射泵，离心力驱动样品连续流动。虽然样品的连续 流动加快物质传质，但是样品的消耗量较大。亦有人利用蠕动泵，磁力搅拌，人工操作驱动 样品在杂交区域循环流动，但是这些芯片不但都需要比较昂贵外部辅助设备或人工操作， 而且无法实现平行的多样本分析。本专利技术设计了一种基于往复流的离心式的微流控核酸杂 交平台。该平台以离心力和毛细管作用力作为驱动力促使样品在杂交通道中自动地往复流 动，无需外接辅助设备。这种核酸杂交平台不仅加快了物质传质，縮短杂交时间至90s，而且 减少样品的消耗至纳升级。此外，该平台可以同时对多个样品进行平行分析。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，以离心力 和毛细管作用力作为驱动力促使样品在杂交通道中自动地往复流动。 本专利技术提供了一种基于往复流的离心式的微流控核酸杂交平台，该平台由上下两 层组成，上层为离心式微流控芯片，下层为固定寡核苷酸探针的基片，上下两层通过封接形 成流体通道或腔室。 本专利技术提供的基于往复流的离心式的微流控核酸杂交平台，所述离心式微流控芯 片由多个杂交分析功能单元组成；每个杂交分析功能单元由样品室、阀、杂交通道、临时集 液池、废液室、气孔、洗涤液室组成。 本专利技术提供的基于往复流的离心式的微流控核酸杂交平台，所述离心式微流控芯片的材料为玻璃、PDMS (聚二甲基硅氧烷)、PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)或者PC (聚碳酸酯) 等。 本专利技术提供的基于往复流的离心式的微流控核酸杂交平台，所述固定寡核苷酸探针的基片的材料为玻璃、PDMS (聚二甲基硅氧烷)、PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)、PC (聚碳酸 酯)、硅片或者金属等。 本专利技术提供的基于往复流的离心式的微流控核酸杂交平台，所述杂交分析功能单 元的个数为12-384个。 本专利技术提供的基于往复流的离心式的微流控核酸杂交平台，所述阀为疏水作用阀 或者蜡阀。 本专利技术提供的基于往复流的离心式的微流控核酸杂交平台，通过可控的反复停止 和旋转芯片，液流可以在杂交通道内自动地往复流动。 本专利技术提供的基于往复流的离心式的微流控核酸杂交平台，液体之所以能够自 发地由临时集液池返回杂交通道，是因为杂交通道内壁是亲水性的，与水的接触角小于90度。 本专利技术提供的基于往复流的离心式的微流控核酸杂交平台，所述杂交通道亲水化 的方法为化学修饰，uv/臭氧或者氧等离子体。本专利技术中使用的是氧等离子体处理，一个镂 空的掩膜覆盖于离心式的微流控芯片的表面，经过氧等离子体处理，只有镂空的区域变成 亲水，而其他区域仍保持疏水性。 本专利技术提供了一种基于微流控平台的核酸杂交分析方法，以离心力和毛细管力作 为驱动力促使液流在反应通道中自动地往复流动样品加入样品室，旋转芯片产生离心力， 样品在离心力的作用下从样品室崩发，流经杂交通道进入临时集液池，然后停止旋转芯片， 样品在毛细管作用力下由临时集液池返回杂交通道，这样重复的旋转和停止芯片就可以实 现液流的往复。 本专利技术提供了一种基于微流控平台的核酸杂交分析方法，杂交反应结束后，用盖 子封闭临时集液池，旋转芯片，离心力驱动样品进入临时集液池。这是因为临时集液池被封 闭，样品液流会压縮临时集液池内气体，压縮的气体会产生回复力。在气体的回复力和离心 力的共同作用下，样品会被从杂交通道排入废液室。 本专利技术提供了一种基于微流控平台的核酸杂交分析方法，洗涤液预先加洗涤液 室，由于疏水阀的作用，洗涤液储存在洗涤液室。如果旋转芯片产生的离心力大于疏水作用 阀的疏水作用力，洗涤液将会从洗涤液室崩发，流经杂交通道，洗去非特异结合的样品，最 后进入临时集液池。离心力的大小是由芯片的转速决定的，通过调控转速就可以控制洗涤 液的崩发。 本专利技术提供的基于微流控平台的核酸杂交分析方法，所述芯片的旋转时间为 l-60s，芯片的转速为0-100Hz，芯片暂停旋转的时间为l-60s。 本专利技术的优点在于加快了物质传质，縮短杂交时间至90s，减少样品的消耗至纳 升级，可以同时对多个样品进行平行分析。附图说明 图l(a)基于往复流的离心式的微流控核酸杂交平台示意图，其中1为离心式微 流控芯片、2为固定寡核苷酸探针的基片；(b)单个杂交分析功能单元组成示意图，其中1为样品室、2为阀、3为杂交通道、4为临时集液池、5为废液室、6为气孔、7为洗涤液室； 图2基于往复流的离心式的微流控平台核酸杂交分析流程示意4 图3流体在杂交通道内的往复过程结果图，其中1为初始、2为离心后停止0s、3 为离心后停止5s、4为离心后停止10s、5为离心后停止15s后完全回流； 图4不同浓度的DNA样品对离心式往复流杂交的影响； 图5比较离心式往复流杂交和连续单向流杂交的杂交信号。具体实施例方式下面的实施例将对本专利技术予以进一步的说明，但并不因此而限制本专利技术。 实施例 基于往复流的离心式的微流控核酸杂交平台的整体装置和杂交分析功能单元的 示意图见图l。如图2所示，首先350nl DNA样品和liU洗涤液分别预先加入样品室和洗 涤液室。由于样品室出口未连接疏水阀，样品自发的流入杂交通道，而洗涤液在疏水阀的 作用下停留在洗涤液室。先以22Hz的转速旋转芯片，旋转时间3s， DNA样品在离心力的作 用下由杂交通道进入临时集液池，然后停止旋转芯片，暂停时间3s， DNA样品在毛细管作用 力下返回杂交通道，重复的旋转和停止芯片，持续时间90s-300s。杂交反应结束后，用盖子 封闭临时集液池，以22Hz的转速旋转芯片，旋转时间10s， DNA样品被排入废液室。最后以 38Hz的转速旋转芯片，旋转时间30s，洗涤液由洗涤液室崩发，流经杂交通道洗去未结合的 DNA样品。结果如图3所示含有60X甘油的DNA样品溶液在杂交通道内往复的过程。实际 上未添加甘油的DNA样品溶液在毛细管作用力下从临时集液池回流速度要快很多，2s就可 以完全回流。如图4所示在考察的DNA样品浓度范围中，杂交达到平衡的时间只需90s。图 5显示了在相同的样品体积350nl和相同的杂交时间90s下，比较离心式往复流杂交和利 用注射泵驱动的连续单向流杂交的杂交信号；结果显示在考察的浓度范围内，往复流杂交 的杂交信号强度明显高于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于往复流的离心式的微流控核酸杂交平台，其特征在于：该平台由上下两层组成，上层为离心式微流控芯片，下层为固定寡核苷酸探针的基片，上下两层通过封接形成流体通道或腔室。

【技术特征摘要】
一种基于往复流的离心式的微流控核酸杂交平台，其特征在于该平台由上下两层组成，上层为离心式微流控芯片，下层为固定寡核苷酸探针的基片，上下两层通过封接形成流体通道或腔室。2. 按照权利要求1所述基于往复流的离心式的微流控核酸杂交平台，其特征在于所 述离心式微流控芯片由杂交分析功能单元组成；每个杂交分析功能单元由样品室(1)、阀(2)、杂交通道(3)、临时集液池(4)、废液室(5)、气孔(6)、洗涤液室(7)组成。3. 按照权利要求1或2所述基于往复流的离心式的微流控核酸杂交平台，其特征在于所述离心式微流控芯片的材料为玻璃、P匿S、 PMMA或者PC。4. 按照权利要求1所述基于往复流的离心式的微流控核酸杂交平台，其特征在于所述固定寡核苷酸探针的基片的材料为玻璃、P匿S、PMMA、PC、硅片或者金属。5 按照权利要求2所述基于往复流的离心式的微流控核酸杂交平台，其特征在于所 述杂交分析功能单元的个数为12-384个。6. 按照权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：林炳承，李春宇，秦建华，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]