專利名稱：一種流動(dòng)生物芯片及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物芯片，特別是一種開放式流動(dòng)生物芯片及其使用方法。
生物芯片的核心是其上的反應(yīng)器。在本發(fā)明中，生物芯片的反應(yīng)器的定義為生物芯片中固定有探針陣列，在檢測(cè)時(shí)與目標(biāo)物發(fā)生特異性反應(yīng)的場(chǎng)所及與其連通的其它相關(guān)結(jié)構(gòu)。
生物芯片可以有不同性質(zhì)的反應(yīng)器，按其所具有的特征反應(yīng)器的性質(zhì)分類，又可以將其定義為不同類型的生物芯片。在本發(fā)明中，按照檢測(cè)過程中所加入的液相介質(zhì)能否在反應(yīng)器中定向流動(dòng)，反應(yīng)器被定義為流動(dòng)和非流動(dòng)反應(yīng)器，分別以這兩種反應(yīng)器為特征的生物芯片被定義為流動(dòng)生物芯片和非流動(dòng)生物芯片；按照反應(yīng)結(jié)果可否通過探針陣列上方的無覆蓋開放結(jié)構(gòu)被外部?jī)x器或肉眼直接讀取，反應(yīng)器被分別定義為開放式和非開放式反應(yīng)器，分別以這兩種反應(yīng)器為特征的生物芯片，被分別定義為開放式和非開放式生物芯片；按照探針陣列上方是否僅是僅在讀取階斷才具有無覆蓋開放結(jié)構(gòu)，反應(yīng)器被定義為廣義和非廣義開放式反應(yīng)器，分別以這兩種反應(yīng)器為特征的生物芯片被定義為廣義和非廣義開放式芯片。根椐固定探針的固相載體的結(jié)構(gòu)的不同，生物芯片還被分別定義為一維芯片、二維芯片和三維芯片。在本發(fā)明中，按照生物芯片上反應(yīng)器的數(shù)目n，生物芯片被定義為單反應(yīng)器生物芯片(n＝1)和多反應(yīng)器生物芯片(n等于或大于2)。當(dāng)要表明反應(yīng)器性質(zhì)時(shí)，又將反應(yīng)器性質(zhì)引入，例如，多開放式流動(dòng)反應(yīng)器芯片，其定義為一個(gè)包含有二個(gè)或二個(gè)以上的開放式流動(dòng)反應(yīng)器的生物芯片。
按照本發(fā)明的定義，生物芯片的現(xiàn)狀如下1、非流動(dòng)式生物芯片非流動(dòng)式生物芯片包括非開放式非流動(dòng)生物芯片和開放式非流動(dòng)芯片，目前最廣泛使用的是開放式非流動(dòng)芯片。
目前使用最廣的開放式非流動(dòng)芯片是單反應(yīng)器開放式非流動(dòng)芯片，一個(gè)例子是以顯微鏡載玻片為基片制成、無結(jié)構(gòu)改造的芯片。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，點(diǎn)樣和掃描操作均簡(jiǎn)便易行，部分操作還可在外力推動(dòng)下的介質(zhì)流動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行(例如噴液清洗)。缺點(diǎn)是反應(yīng)是在非流動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行的。此外，當(dāng)探針種類較少、探針陣列較小時(shí)，例如肽芯片或蛋白質(zhì)芯片的情況，由于一個(gè)反應(yīng)器只需固定數(shù)量不多的探針(例如幾個(gè)至幾百個(gè))，單反應(yīng)器芯片就顯得效率太低，加大了生產(chǎn)和檢測(cè)成本，這種情況下生物芯片的實(shí)際應(yīng)用受到了很大限制。
為了提高效益，生產(chǎn)商和科技工作者對(duì)這類芯片進(jìn)行了很多改進(jìn)，例如把單開放式非流動(dòng)反應(yīng)器芯片發(fā)展為多開放式非流動(dòng)反應(yīng)器芯片。目前市場(chǎng)上的多開放式非流動(dòng)反應(yīng)器芯片的基本結(jié)構(gòu)為在一塊基片上以高度小于1.0mm的隔離區(qū)形成幾到幾十個(gè)圓形或方型的開放式反應(yīng)器。此一開放式反應(yīng)器有加液區(qū)和反應(yīng)區(qū)，但無出液區(qū)。檢測(cè)時(shí)，芯片平面基本上平行于水平面。由于無出液區(qū)，反應(yīng)介質(zhì)不可以被置于流動(dòng)狀態(tài)，因而不能進(jìn)行連續(xù)操作，芯片效率仍待進(jìn)一步提高。此外，也是由于無出液區(qū)，開放式反應(yīng)器隔離區(qū)如太低會(huì)出現(xiàn)相鄰反應(yīng)器之間的交叉污染，如其太高又不能利用目前使用比較普遍的芯片掃描儀進(jìn)行閱讀。針對(duì)這一問題，我們發(fā)明了《一種可裝拆使用的生物芯片》(專利申請(qǐng)?zhí)?2113540.1)，在檢測(cè)時(shí)，裝上一足夠高的反應(yīng)器隔離裝置以防交叉污染，掃描時(shí)拆掉隔離裝置以適應(yīng)掃描儀要求。
多開放式非流動(dòng)反應(yīng)器生物芯片的另一個(gè)例子是《多樣品微陣列生物芯片》(專利申請(qǐng)?zhí)?1112783.X)。其探針陣列固定在一個(gè)不反應(yīng)時(shí)為開放式、反應(yīng)時(shí)為沒有進(jìn)出口的密閉反應(yīng)器中。這種芯片在加樣后使用聚酯薄膜單面膠材密閉原來開放的反應(yīng)器，出樣、洗滌前需撕除密閉材料，然后加樣、再密閉、反應(yīng)、再去除密閉，如此反復(fù)至檢測(cè)反應(yīng)完成。
2、流動(dòng)生物芯片流動(dòng)生物芯片包括非開放式流動(dòng)生物芯片和開放式流動(dòng)生物芯片。
1)非開放式流動(dòng)生物芯片①一維非開放式流動(dòng)芯片一維芯片是將探針固定在線型固相載體上形成的芯片。其例子包括毛細(xì)管生物芯片裝置(公告號(hào)為CN2483395Y)和微通道(microchannel)生物芯片。微通道芯片是在芯片片基上制成通常尺寸為寬度小于0.05mm，深度小于0.025mm的微通道，再將探針固定于微通道中，然后加入樣品并使其流過微通道的探針區(qū)，最后采用相應(yīng)的信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)讀取反應(yīng)結(jié)果。微通道生物芯片的一個(gè)例子是Caliper Technologies Inc.公司的檢測(cè)用生物芯片(www.caliper.com)，該芯片用玻片作基片，采用光刻和蝕刻技術(shù)在基片上刻蝕出微通道，將探針固定于微通道中。芯片上有多個(gè)開放的儲(chǔ)液池，儲(chǔ)液池由微通道進(jìn)行連接。微通道芯片的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、速度快。其缺點(diǎn)是1)，生產(chǎn)過程中需先刻蝕出微通道，點(diǎn)上探針，然后再進(jìn)行微通道密封制作，其構(gòu)造復(fù)雜，工業(yè)化生產(chǎn)難度非常大；2)，檢測(cè)時(shí)液體流速需用專門精密設(shè)備控制，例如電滲透裝置等；3)，反應(yīng)完成后，由于固定的探針分子在其內(nèi)表面，對(duì)于某些檢測(cè)例如熒光標(biāo)記物檢測(cè)，不能直接使用普通芯片掃描儀讀取結(jié)果。
②二維非開放式流動(dòng)芯片二維芯片，即探針陣列分布在平面固相載體上形成的芯片。二維非開放式流動(dòng)芯片，可以舉我們已申請(qǐng)的一項(xiàng)發(fā)明《一種包含有封閉式反應(yīng)器的探針板及其應(yīng)用》(專利申請(qǐng)?zhí)?211364.8)為例。這種二維封閉式流過芯片的基本特征是探針陣列被固定在一個(gè)有進(jìn)、出口的封閉式反應(yīng)器的平面上，反應(yīng)等操作可以在介質(zhì)流動(dòng)的狀態(tài)下連續(xù)地進(jìn)行，直至反應(yīng)全部完成。
2)，開放式流動(dòng)生物芯片經(jīng)過查新，液體介質(zhì)能連續(xù)流動(dòng)進(jìn)行反應(yīng)、清洗，反應(yīng)結(jié)果能通過探針陣列上方無覆蓋開放結(jié)構(gòu)被外部設(shè)備直接讀取的開放式流動(dòng)生物芯片還未見到。有一些相似的有《病毒性肝炎鑒別診斷生物芯片》(專利公告號(hào)CN2438121Y)，但該專利中的生物芯片的實(shí)質(zhì)是多條帶快速診斷試劑條，屬于一種改進(jìn)的診斷試劑條組合，其反應(yīng)區(qū)均為吸水材料，例如醋酸纖維素膜或尼龍薄膜，與本發(fā)明中固定微探針陣列的典型生物芯片有所不同。
盡管上述各種生物芯片各有很多優(yōu)點(diǎn)，但在生產(chǎn)和使用中仍然存在不同的問題。一個(gè)主要的共同問題仍然是，怎樣在對(duì)芯片各功能區(qū)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、技術(shù)優(yōu)化的條件下，利用盡可能低成本的液體輸運(yùn)機(jī)理或裝置，實(shí)現(xiàn)最為簡(jiǎn)單、可靠的片上操作(包括探針固定、加樣、清洗、掃描等)。
本發(fā)明其基本特征為含有一種開放式流動(dòng)反應(yīng)器。在本發(fā)明的開放式流動(dòng)反應(yīng)器中，反應(yīng)和操作液相介質(zhì)可以定向流動(dòng)，反應(yīng)結(jié)果可以通過探針陣列上方的無覆蓋開放結(jié)構(gòu)被外部?jī)x器或肉眼直接讀取。
本發(fā)明的目的是通過實(shí)施下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種含有反應(yīng)和操作液相介質(zhì)可以定向流動(dòng)、反應(yīng)結(jié)果可以通過探針陣列上方的無覆蓋開放結(jié)構(gòu)被外部?jī)x器或肉眼直接讀取的開放式流動(dòng)反應(yīng)器的流動(dòng)生物芯片，其特征在于所述生物芯片所含的開放式流動(dòng)反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)至少包括液相介質(zhì)可以被連續(xù)加樣的加液區(qū)(1)，液相介質(zhì)可以在流動(dòng)狀態(tài)下與固定在不吸水但親水的表面上的探針陣列作用的反應(yīng)區(qū)(2)，液相介質(zhì)可以流動(dòng)通過而離開芯片的出液區(qū)(3)及限制液相介質(zhì)自由流動(dòng)的隔離區(qū)(4)，所述開放式流動(dòng)反應(yīng)器的加液區(qū)、反應(yīng)區(qū)和出液區(qū)可以直接相連，也可以通過其它結(jié)構(gòu)例如通道間接相連。
本發(fā)明提供的開放式流動(dòng)芯片，所含的開放式流動(dòng)反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)，至少包括加液區(qū)(1)、反應(yīng)區(qū)(2)、出液區(qū)(3)和隔離區(qū)(4)(見

圖1)。所述生物芯片中的開放式流動(dòng)反應(yīng)器的加液區(qū)的特征為可以將反應(yīng)和操作介質(zhì)以連續(xù)流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行加樣。所述生物芯片中的開放式流動(dòng)反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)的特征為固定探針的表面不吸水但具有親水性、反應(yīng)和操作的液相介質(zhì)可以在流動(dòng)狀態(tài)下與固定化探針陣列作用。所述生物芯片中的開放式流動(dòng)反應(yīng)器的出液區(qū)的特征為反應(yīng)和操作介質(zhì)可以流動(dòng)通過而離開。所述生物芯片中的開放式流動(dòng)反應(yīng)器的隔離區(qū)的特征為限制流體自由流動(dòng)。本發(fā)明的生物芯片中的開放式流動(dòng)反應(yīng)器的加液區(qū)、反應(yīng)區(qū)和出液區(qū)可以直接相連，也可以通過其它結(jié)構(gòu)例如通道間接相連。直接相連的例子如圖1所示。
本發(fā)明中的生物芯片，可以包含其探針陣列上方僅在讀取反應(yīng)結(jié)果階段具有無覆蓋開放結(jié)構(gòu)的廣義開放式流動(dòng)反應(yīng)器的生物芯片，還可以包含其探針陣列上方不僅在讀取反應(yīng)結(jié)果階段具有無覆蓋開放結(jié)構(gòu)的非廣義開放式流動(dòng)反應(yīng)器的生物芯片。廣義開放式流動(dòng)反應(yīng)器的例子見例3。
本發(fā)明提供的開放式流動(dòng)芯片，還可以具有如下特征開放式流動(dòng)反應(yīng)器可以是主要利用液相介質(zhì)自重、材料表面的親水性和/或出液區(qū)的毛細(xì)管現(xiàn)象使液相介質(zhì)定向流動(dòng)的自流反應(yīng)器，還可以是主要利用其它外力產(chǎn)生液體定向流動(dòng)的非自流反應(yīng)器。可利用的外力的例子有機(jī)械壓力，電滲裝置提供的定向移動(dòng)，微量泵提供的定向移動(dòng)等等。
利用液相介質(zhì)自重、材料表面的親水性和/或出液區(qū)的毛細(xì)管現(xiàn)象等設(shè)計(jì)在芯片內(nèi)的性質(zhì)來作為推動(dòng)液相介質(zhì)在反應(yīng)器內(nèi)的定向流動(dòng)是本發(fā)明中生物芯片獨(dú)具的特點(diǎn)。在這種情況下，根據(jù)生物芯片檢測(cè)項(xiàng)目的要求，可以預(yù)先優(yōu)化液相介質(zhì)加入量及自重、材料親水性的選擇和/或出液區(qū)毛細(xì)管現(xiàn)象的選擇等設(shè)計(jì)參數(shù)，以達(dá)到有效控制流速的目的。例如，在適當(dāng)?shù)臈l件下(例如加液區(qū)和反應(yīng)區(qū)材料是親水的，出液區(qū)的親水性不低于加液區(qū)和反應(yīng)區(qū))，選擇適當(dāng)?shù)纳鲜鼋嵌?，液相介質(zhì)可以主要依靠其自重，由高向低地從加液區(qū)流入反應(yīng)區(qū)，反應(yīng)后再通過出液區(qū)流出芯片。如此，便可使得反應(yīng)和操作介質(zhì)依次流動(dòng)通過加液區(qū)、反應(yīng)區(qū)和出液區(qū)。
本發(fā)明的開放式流動(dòng)生物芯片中，反應(yīng)和操作介質(zhì)的定向流動(dòng)，既可以是每個(gè)步驟連續(xù)地進(jìn)行，也可以只是在個(gè)別步驟中進(jìn)行。例如，當(dāng)反應(yīng)速度較低或/和加入的反應(yīng)介質(zhì)量很少時(shí)，相應(yīng)的反應(yīng)步驟(例如檢測(cè)樣品與探針的反應(yīng)或/和含有標(biāo)記物的試劑與目標(biāo)物的反應(yīng)等)可以通過非流動(dòng)的方式進(jìn)行孵育，而其它反應(yīng)步驟(例如清洗)則以流動(dòng)的方式進(jìn)行。在此例子中，非流動(dòng)方式可被視作流動(dòng)方式的一個(gè)特例，即流速為零。例如，在流出區(qū)的親水/吸水性不是太高的情況下，減小液體流動(dòng)合力中有利于流動(dòng)分力的作用或/和增大液體流動(dòng)合力中不利于流動(dòng)的分力的作用，例如使芯片平面與水平面的夾角趨于0度，即可實(shí)現(xiàn)。從而上述夾角又成為操作過程中賦予不同操作步驟以不同流速的一個(gè)重要參數(shù)。
本發(fā)明提供的開放式流動(dòng)芯片，可以含有一個(gè)以上所述開放式流動(dòng)反應(yīng)器，也可以含有二個(gè)或二個(gè)以上所述開放式流動(dòng)反應(yīng)器，還可以含有一個(gè)或一個(gè)以上的所述開放式流動(dòng)反應(yīng)器與一個(gè)或一個(gè)以上的其它類型反應(yīng)器。當(dāng)芯片含有二個(gè)或二個(gè)以上的所述開放式流動(dòng)反應(yīng)器時(shí)，其結(jié)構(gòu)可以是固定結(jié)構(gòu)的多反應(yīng)器芯片，也可以由楔頭、榫頭、、扣件、掛件、插件等聯(lián)接結(jié)構(gòu)的一種或幾種將多個(gè)單反應(yīng)器連接在一起，形成組合式芯片。例如圖5中所示。
所述的生物芯片，其固定探針的固相載體的親水材料包括玻璃、硅等無機(jī)親水材料，聚丙烯、聚氯乙烯、硝酸纖維素膜片等有機(jī)親水材料；反應(yīng)區(qū)中固定探針的固相材料不可以為吸水材料，吸水材料包括硝酸纖維膜、醋酸纖維膜類、天然纖維膜(紙)等。其它功能區(qū)的材料，根據(jù)功能-成本關(guān)系可以使用相同材料制成，也可以使用不同的材料制成以減小價(jià)格較貴的固相材料耗量，這些材料可以是金屬、玻璃、硅片、高分子材料之一種或其組合。例如，當(dāng)以預(yù)活化的玻片為固定探針的固相體時(shí)，其單位面積成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于通用塑料，在滿足功能的前提下，則可以盡可能減小反應(yīng)區(qū)活化玻片面積，以減小單位反應(yīng)器的材料成本。
本發(fā)明的開放式流動(dòng)生物芯片中，有隔離區(qū)以限制流體自由運(yùn)動(dòng)流動(dòng)、防止交叉污染。在上述情況下，還可以減少單位反應(yīng)器成本。隔離區(qū)高度相對(duì)反應(yīng)區(qū)平面在-10mm至10mm之間。隔離區(qū)高度為負(fù)值的含意是，反應(yīng)器反應(yīng)區(qū)的一部或全部高于隔離區(qū)，例如圖5A所示。隔離區(qū)高度為正值的含意是，反應(yīng)器反應(yīng)區(qū)的一部或全部低于隔離區(qū)，例如圖5B所示。隔離區(qū)高度的優(yōu)選方案在-3.0mm至3.0mm之間。隔離區(qū)上可以有增強(qiáng)隔離效果的結(jié)構(gòu)，例如，幾何花紋、溝槽、孔洞、疏水帶等等。例如，萬一有液體到達(dá)隔離區(qū)頂部，隔離區(qū)頂部或底部隔離區(qū)上有順加液區(qū)、反應(yīng)區(qū)和出液區(qū)方向的導(dǎo)流的花紋、溝槽、孔洞、以及吸水材料等可以增強(qiáng)隔離效果，使液體可以很快排走，不會(huì)進(jìn)入相鄰的反應(yīng)器。所以本發(fā)明的芯片有很好的保證定向流動(dòng)和避免反應(yīng)器之間交叉污染的功能結(jié)構(gòu)。
當(dāng)隔離區(qū)高度為負(fù)值時(shí)，在加液區(qū)和反應(yīng)區(qū)與隔離區(qū)形成的交角處，加液區(qū)和反應(yīng)區(qū)的親水表面出現(xiàn)中斷，液相介質(zhì)的表面張力使液體在此邊緣處形成具有一定高度和角度的弧形，有利于限制液相介質(zhì)的自由流動(dòng)。如此時(shí)芯片處于一個(gè)傾角或/和出液區(qū)有更大的親水/吸水性，則可保持液相介質(zhì)在反應(yīng)器中沿加液區(qū)、反應(yīng)區(qū)和出液區(qū)的定向流動(dòng)。
本發(fā)明的生物芯片中的開放式流動(dòng)反應(yīng)器的加液區(qū)、反應(yīng)區(qū)和出液區(qū)，可以分別由各種結(jié)構(gòu)來形成，這些結(jié)構(gòu)可以是矩形、圓形、橢圓形、菱形等幾何體及其組合。本發(fā)明的生物芯片中的開放式流動(dòng)反應(yīng)器的加液區(qū)、反應(yīng)區(qū)和出液區(qū)，可以與反應(yīng)區(qū)在同一平面，也可以與反應(yīng)區(qū)不在同一平面而與其相交成一角度，以滿足各種檢測(cè)中對(duì)控制流速、防交叉污染等要求。在圖4E的例子中，出液區(qū)底面與反應(yīng)區(qū)底面形成一大于90度、小于180度的夾角。這樣當(dāng)反應(yīng)區(qū)平面保持水平時(shí)，液體可不流動(dòng)進(jìn)行孵育；當(dāng)反應(yīng)區(qū)平面在出口與水平面成一大于0度夾角和出液區(qū)平面在出口與水平面成一大于0度夾角時(shí)，液體流出，易于進(jìn)行流動(dòng)操作。
本發(fā)明的生物芯片中，所述開放式流動(dòng)反應(yīng)器中可以有控制液相介質(zhì)自身重力、材料表面的親水性和/或出液區(qū)的毛細(xì)管現(xiàn)象的結(jié)構(gòu)，包括加液區(qū)、出液區(qū)的有利于液體定向流動(dòng)的結(jié)構(gòu)(導(dǎo)流層、導(dǎo)流條、導(dǎo)流棒、導(dǎo)流桿、導(dǎo)流針、導(dǎo)流的溝、槽、斜面、流出孔等結(jié)構(gòu)等)和材料(例如吸水材料)，芯片上各通道中流速的控制通道的動(dòng)力學(xué)尺寸，和反應(yīng)器中各功能區(qū)表面親水性的選擇。例如，當(dāng)加液區(qū)，反應(yīng)區(qū)和出液區(qū)的表面，越來越有利液相介質(zhì)表面張力的減小時(shí)，就有利于液相介質(zhì)沿加液區(qū)、反應(yīng)區(qū)和出液區(qū)的定向流動(dòng)。
本發(fā)明的生物芯片，其開放式流動(dòng)反應(yīng)器的動(dòng)態(tài)形態(tài)可以是通過成型或其它不可逆聯(lián)結(jié)工藝形成的永久性結(jié)構(gòu)，也可以是通過物理和/或化學(xué)方法得到的非不可逆聯(lián)結(jié)形成的可拆裝結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)元件的材料可以是塑料、橡膠等各種有機(jī)材料和玻璃、硅片等無機(jī)材料或其它材料制成的板、片、膜、塊的一種或其組合。可拆裝結(jié)構(gòu)中形成非不可逆聯(lián)結(jié)的物理和/或化學(xué)方法包括機(jī)械鎖緊裝置、電磁鎖緊裝置、可逆粘結(jié)的粘合劑、彈性嵌合等等。
彈性嵌合的一個(gè)例子是將反應(yīng)器嵌入由彈性材料或彈簧片或彈簧制成的芯片成型孔板中，靠彈力將二者緊密地壓合在一起?？赡嬲辰Y(jié)的粘合劑的一個(gè)例子是將已成型的、含有加液區(qū)、出液區(qū)和隔離區(qū)結(jié)構(gòu)的塑料板，通過不干膠與含有作反應(yīng)區(qū)用的玻片粘合在一起，形成有多個(gè)獨(dú)立反應(yīng)器的開放式流動(dòng)芯片。機(jī)械鎖緊裝置、電磁鎖緊裝置的例子見我們的專利《一種可裝拆使用的生物芯片》(專利申請(qǐng)?zhí)?2113540.1)。
本發(fā)明還根據(jù)本發(fā)明芯片提供了一種特殊的使用方法，其過程為通過調(diào)節(jié)芯片或其中某一結(jié)構(gòu)例如反應(yīng)區(qū)所在平面與水平面之間的夾角，來實(shí)現(xiàn)流體的定向流動(dòng)，以適應(yīng)全部或部分操作中的流體流速、抗交叉污染或/和其它操作條件的要求。此一夾角的可調(diào)范圍為0-360度。
本發(fā)明還根據(jù)本發(fā)明芯片提供了一種特殊的用于調(diào)節(jié)上述的開放式流動(dòng)芯片與水平面夾角的調(diào)角器。這種調(diào)角器是一種可將上述芯片固定在其上邊后，可調(diào)整反應(yīng)器平面水平角度然后固定的裝置。其特征在于根據(jù)檢測(cè)所需，通過機(jī)械或電動(dòng)裝置，控制上述芯片反應(yīng)器平面夾角。其上還可以有一些附加結(jié)構(gòu)，例如芯片固定裝置、樣品加樣器頭固定裝置、芯片調(diào)溫裝置、保濕罩、調(diào)水平的腳等等。
上述開放式流動(dòng)芯片及輔助設(shè)備共同使用時(shí)，根據(jù)不同的樣品和試劑，不同尺寸的反應(yīng)器，可調(diào)節(jié)加液的速度、出口角度、沖擊力和調(diào)角器的角度、溫度到最佳，其原則是使檢測(cè)靈敏度、特異性、檢測(cè)時(shí)間達(dá)到最佳配合。具體使用方法是，加入樣品后，樣品流過反應(yīng)器的探針平面，流速可由加樣速度和反應(yīng)器的傾角大小來控制；當(dāng)探針分子與目標(biāo)分子結(jié)合后，由自動(dòng)加液器加入洗液，洗去未結(jié)合物質(zhì)，接著再從加液區(qū)或由自動(dòng)加液器加入其它試劑進(jìn)行反應(yīng)、洗滌直至反應(yīng)完成，然后將芯片放入芯片掃描儀等儀器即可讀出數(shù)據(jù)，得到檢測(cè)結(jié)果。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1)同現(xiàn)在的非開放式流動(dòng)生物芯片比較，本發(fā)明中的生物芯片構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造容易，使用方便，對(duì)掃描儀沒有特殊要求。
2)同現(xiàn)在的非開放式非流動(dòng)生物芯片比較，本發(fā)明中的生物芯片可根據(jù)反應(yīng)需要控制樣品注入量和可連續(xù)操作、因而具有檢測(cè)靈敏度更高和速度更快的優(yōu)點(diǎn)，3)同現(xiàn)在的單反應(yīng)器開放式生物芯片比較，本發(fā)明中的生物芯片由于可以有多個(gè)反應(yīng)器，及芯片上各功能區(qū)在選材及制作上可進(jìn)行相對(duì)獨(dú)立的成本控制并實(shí)現(xiàn)優(yōu)化組合，因而在探針陣列不很大時(shí)，例如探針陣列分布面積小于8平方厘米時(shí)，生產(chǎn)成本和使用成本都更低。
權(quán)利要求
1.一種含有反應(yīng)和操作液相介質(zhì)可以定向流動(dòng)、反應(yīng)結(jié)果可以通過探針陣列上方的無覆蓋開放結(jié)構(gòu)被外部?jī)x器或肉眼直接讀取的開放式流動(dòng)反應(yīng)器的流動(dòng)生物芯片，其特征在于所述生物芯片所含的開放式流動(dòng)反應(yīng)器的基本結(jié)構(gòu)至少包括液相介質(zhì)可以被連續(xù)加樣的加液區(qū)(1)，液相介質(zhì)可以在流動(dòng)狀態(tài)下與固定在不吸水但親水的表面上的探針陣列作用的反應(yīng)區(qū)(2)，液相介質(zhì)可以流動(dòng)通過而離開芯片的出液區(qū)(3)及限制液相介質(zhì)自由流動(dòng)的隔離區(qū)(4)，所述開放式流動(dòng)反應(yīng)器的加液區(qū)、反應(yīng)區(qū)和出液區(qū)可以直接相連，也可以通過其它結(jié)構(gòu)例如通道間接相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流動(dòng)生物芯片，其特征在于是含有其探針陣列上方僅在讀取反應(yīng)結(jié)果階斷具有無覆蓋開放結(jié)構(gòu)的廣義開放式流動(dòng)反應(yīng)器的生物芯片，或者是含有其探針陣列上方不僅在讀取反應(yīng)結(jié)果階斷具有無覆蓋開放結(jié)構(gòu)的非廣義開放式流動(dòng)反應(yīng)器的生物芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流動(dòng)生物芯片，其特征在于是含有主要利用液相介質(zhì)自重、材料表面的親水性和/或出液區(qū)的毛細(xì)管現(xiàn)象使液相介質(zhì)定向流動(dòng)的開放式自流反應(yīng)器的生物芯片，或者是含有主要利用其它外力產(chǎn)生液體定向流動(dòng)的開放式非自流反應(yīng)器的生物芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流動(dòng)生物芯片，其特征在于是含有一個(gè)所述開放式流動(dòng)反應(yīng)器的單反應(yīng)器生物芯片，或者是含有二個(gè)或二個(gè)以上所述開放式流動(dòng)反應(yīng)器的多開放式流動(dòng)反應(yīng)器生物芯片，或者是含有一個(gè)或一個(gè)以上的所述開放式流動(dòng)反應(yīng)器與一個(gè)或一個(gè)以上的其它類型反應(yīng)器的多反應(yīng)器生物芯片，上述多開放式流動(dòng)反應(yīng)器生物芯片為固定結(jié)構(gòu)的多反應(yīng)器芯片，或者是由楔頭、榫頭、扣件、掛件或插件逆聯(lián)接形成的組合式芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4任一所述的流動(dòng)生物芯片，其特征在于所含的開放式反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)用以固定探針的不吸水但親水固相載體包括玻璃、硅等無機(jī)親水材料，聚丙烯、聚氯乙烯、硝酸纖維素膜片等有機(jī)親水材料；其它功能區(qū)的材料使用相同材料制成，或者使用金屬、玻璃、硅片、高分子材料之一種或其組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4任一所述的流動(dòng)生物芯片，其特征在于所含的開放式流動(dòng)反應(yīng)器的隔離區(qū)，相對(duì)于反應(yīng)區(qū)平面，高度為-10mm至10mm，隔離區(qū)上有增強(qiáng)隔離效果的幾何花紋、溝、槽、孔、洞或疏水帶結(jié)構(gòu)，
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的流動(dòng)生物芯片，其特征在于所含的開放式流動(dòng)反應(yīng)器的隔離區(qū)，相對(duì)于反應(yīng)區(qū)平面，高度在-3.0mm至3.0mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4任一所述的流動(dòng)生物芯片，其特征在于所含的開放式流動(dòng)反應(yīng)器的加液區(qū)、反應(yīng)區(qū)和出液區(qū)，可以分別由各種結(jié)構(gòu)來形成，這些結(jié)構(gòu)可為矩形、圓形、橢圓形、菱形或其他幾何體及其組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的流動(dòng)生物芯片，其特征在于所述開放式流動(dòng)反應(yīng)器中控制液相介質(zhì)自身重力、材料表面的親水性和/或出液區(qū)的毛細(xì)管現(xiàn)象的結(jié)構(gòu)，包括加液區(qū)、出液區(qū)的有利于液體定向流動(dòng)的結(jié)構(gòu)和材料，芯片上各通道中流速的控制通道的動(dòng)力學(xué)尺寸，和反應(yīng)器中各功能區(qū)表面親水性的選擇。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的流動(dòng)生物芯片，其特征在于所述利于液體定向流動(dòng)的結(jié)構(gòu)包括導(dǎo)流層、導(dǎo)流條、導(dǎo)流棒、導(dǎo)流桿、導(dǎo)流針、導(dǎo)流的溝、槽、斜面、流出孔，所述材料為吸水材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4任一所述的流動(dòng)生物芯片，其特征在于其反應(yīng)器的動(dòng)態(tài)形態(tài)是通過成型或其它不可逆聯(lián)結(jié)工藝形成的永久性結(jié)構(gòu)；或者是通過物理和/或化學(xué)方法得到的非不可逆聯(lián)結(jié)形成的可拆裝結(jié)構(gòu)；所述可拆裝結(jié)構(gòu)包括機(jī)械鎖緊裝置、或電磁鎖緊裝置、或可解粘結(jié)的粘合結(jié)構(gòu)、或彈性嵌合結(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流動(dòng)生物芯片的一種使用方法，其特征在于其過程為通過調(diào)節(jié)芯片或其中某一結(jié)構(gòu)例如反應(yīng)區(qū)所在平面與水平面之間的夾角，來獨(dú)立實(shí)現(xiàn)或者與外力共同實(shí)現(xiàn)流體的定向流動(dòng)，以適應(yīng)全部或部分操作中的流體流速、抗交叉污染或/和其它操作條件的要求，此一夾角的可調(diào)范圍為0-360度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的流動(dòng)生物芯片的一種使用方法，其特征在于一種用于調(diào)節(jié)所述的流動(dòng)芯片與水平面夾角的調(diào)角器，這是一種角度固定或角度可調(diào)的裝置，根據(jù)檢測(cè)所需，通過機(jī)械或電動(dòng)裝置，控制上述反應(yīng)區(qū)平面的水平夾角，其上還可以有一些附加結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的流動(dòng)生物芯片的一種使用方法，其特征在于所述附加結(jié)構(gòu)包括芯片固定裝置、加液器出口定位固定裝置、芯片調(diào)溫裝置、保濕罩。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種流動(dòng)生物芯片及其使用方法。目前，所有以非開放式反應(yīng)器為特征的流動(dòng)生物芯片，生產(chǎn)過程都比較復(fù)雜，操作和掃描條件比較苛刻，使其應(yīng)用受到很大限制。而目前所有以開放式反應(yīng)器為特征的生物芯片，在檢測(cè)過程中液體介質(zhì)不能定向流動(dòng)，使用效率不高。本發(fā)明中的生物芯片，其特征為含有一種反應(yīng)和操作液相介質(zhì)可以定向流動(dòng)、反應(yīng)結(jié)果可以通過探針陣列上方的無覆蓋開放結(jié)構(gòu)被外部?jī)x器或肉眼直接讀取的開放式流動(dòng)反應(yīng)器。本發(fā)明提供的這種生物芯片，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能－材料組合優(yōu)化、單位反應(yīng)器成本低、操作快捷和容易掃描的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C12Q1/02GK1403589SQ0213362
公開日2003年3月19日 申請(qǐng)日期2002年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月19日
發(fā)明者鄒方霖, 陳春生, 王建霞, 胡勁梅 申請(qǐng)人:成都夸?？萍加邢薰?br>