專利名稱：一種多面生物芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種多面生物芯片，特別是一種雙面生物芯片。這種雙面生物芯片在固相載體基片的兩個最大面上都分別固定探針。
本實用新型還涉及與上述雙面生物芯片制備及使用相關(guān)的裝置，包括一種可用于制備雙面生物芯片的雙面探針固定裝置、一種可用于雙面生物芯片的雙面檢測反應(yīng)操作裝置及一種可對雙面生物芯片的檢測反應(yīng)結(jié)果進行識別讀取的雙面識別讀取裝置。
生物芯片有著廣泛的應(yīng)用范圍，包括基因表達檢測、基因篩選、藥物篩選、疾病診斷治療、環(huán)境監(jiān)測和治理、司法鑒定等領(lǐng)域。
目前最常用的生物芯片是多肽芯片和基因芯片。多肽芯片是以多個氨基酸的序列結(jié)構(gòu)(包括蛋白質(zhì))作為探針固定在基片上制備的生物芯片。例如以抗原-抗體選擇性反應(yīng)為基礎(chǔ)的多肽芯片是將多種特異抗原或多種抗體以可尋址的方式固定在固相基片上，然后與芯片中的其它結(jié)構(gòu)一起，用以檢測樣品中與之相對應(yīng)的抗體或抗原。其基本方法與ELISA并沒有本質(zhì)的不同，只不過是將在固相載體上以隨機分布方式固定的一種抗原或一種抗體，增加到在固相載體上以可尋址方式固定多種抗原或多種抗體的微點陣。多肽芯片通常采用熒光物質(zhì)作為標記物質(zhì)，使其靈敏度較之ELISA方法大大提高?；蛐酒怯么龣z標本中核酸、核苷酸與互補核酸、核苷酸探針雜交，形成雜交體，或與特異性抗體結(jié)合，再用呈色反應(yīng)顯示檢測結(jié)果的芯片。
本實用新型中的生物芯片，包括所有基于以可尋址的方式將有生物活性的物質(zhì)(包括DNA、多肽、蛋白質(zhì)、細胞、組織等生物成分)固定在固相載體上而形成的用于檢測的產(chǎn)品。生物芯片的核心是其上的反應(yīng)器。本實用新型中的生物芯片的反應(yīng)器的定義為生物芯片中固定有探針陣列，在檢測時與目標物發(fā)生特異性反應(yīng)的場所及與其連通的其它相關(guān)結(jié)構(gòu)。在本實用新型中，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)。
本實用新型中，按照檢測過程中所加入的液相介質(zhì)能否在反應(yīng)器中定向流動，反應(yīng)器被定義為流動反應(yīng)器和非流動反應(yīng)器；以流動反應(yīng)器和非流動反應(yīng)器為特征的生物芯片被分別定義為流動生物芯片和非流動生物芯片。
本實用新型中，按照識別讀取反應(yīng)結(jié)果時，反應(yīng)器探針上方有無覆蓋開放結(jié)構(gòu)可否被外部儀器或肉眼直接識別讀取，將反應(yīng)器分別定義為開放式和非開放式反應(yīng)器；以此反應(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。
生物芯片反應(yīng)器通常同時具有上述幾種反應(yīng)器的性質(zhì)。本實用新型中，這些反應(yīng)器被定義為以其所具有的全部性質(zhì)為共同特征的反應(yīng)器，以此反應(yīng)器為特征的生物芯片也被同樣地定義。例如如果在檢測過程中所加入的液相介質(zhì)能在反應(yīng)器中定向流動，在識別讀取反應(yīng)結(jié)果時探針陣列上方為無覆蓋開放結(jié)構(gòu)，則該反應(yīng)器被定義為開放式流動反應(yīng)器，相應(yīng)的生物芯片被定義為開放式流動生物芯片，或簡稱開放式流動芯片；其它以次類推。
生物芯片的現(xiàn)狀如下1，非流動生物芯片非流動生物芯片包括非開放式非流動生物芯片和開放式非流動芯片，目前最廣泛使用的是開放式非流動芯片。
目前的開放式非流動芯片是單反應(yīng)器開放式非流動芯片，一個例子是以顯微鏡載玻片為基礎(chǔ)，經(jīng)活化、點樣制成、無其它新增結(jié)構(gòu)的芯片。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，點樣和掃描操作均簡便易行，部分操作還可在外力推動介質(zhì)在流動狀態(tài)下進行(例如噴液清洗)。此種芯片的缺點是當探針種類較少、探針陣列較小時，例如肽芯片或蛋白質(zhì)芯片的情況，由于一個反應(yīng)器只需固定數(shù)量不多的探針(例如幾個至幾百個)，單反應(yīng)器芯片就顯得效率太低，加大了生產(chǎn)和檢測成本，這種情況下生物芯片的實際應(yīng)用受到了很大限制。
為了提高效益，生產(chǎn)商和科技工作者對這類芯片進行了很多改進，例如把單開放式非流動芯片發(fā)展為多開放式非流動芯片。目前市場上的多開放式非流動反應(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)。檢測時，由于無出液區(qū)，反應(yīng)介質(zhì)不可以被置于定向流動狀態(tài)，因而不能進行連續(xù)操作，芯片效率仍待進一步提高。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行閱讀。針對這一問題，我們實用新型了《一種可裝拆使用的生物芯片》(專利申請?zhí)?2113540.1)，在檢測時，裝上一足夠高的反應(yīng)器隔離裝置以防交叉污染，掃描時拆掉隔離裝置以適應(yīng)掃描儀要求。
開放式非流動多反應(yīng)器生物芯片的另一個例子是《多樣品微陣列生物芯片》(專利申請?zhí)?1112783.X)。其探針陣列，固定在一個不反應(yīng)時為開放式、反應(yīng)時為沒有進出口的密閉反應(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)至檢測反應(yīng)完成，操作非常復(fù)雜。
2，流動生物芯片流動生物芯片包括非開放式流動生物芯片和開放式流動生物芯片。
1)非開放式流動生物芯片①一維非開放式流動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。其例子包括毛細管生物芯片裝置(公告號為CN 2483305Y)和微通(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)的信號檢測系統(tǒng)讀取反應(yīng)結(jié)果。微通道生物芯片的一個例子是Caliper Technologies Inc.公司的檢測用生物芯片(www.cal iper.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。芯片上有多個開放的加液孔和儲液池，儲涉池由微通道進行連接。微通道芯片的優(yōu)點是靈敏度高、速度快。其缺點是1)，生產(chǎn)過程中需先刻蝕出微通道，點上探針，然后再進行微通道密封制作，其構(gòu)造復(fù)雜，工業(yè)化生產(chǎn)難度非常大；2)，檢測時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，對于某些檢測例如熒光標記物檢測，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。二維非開放式流動芯片，可以舉我們已申請的一項實用新型《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?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有進、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)流動的狀態(tài)下連續(xù)地進行，直至反應(yīng)全部完成。
三維芯片，即探針固定在于芯片頂面上形成的三維結(jié)構(gòu)中形成的芯片。一個例子是在一塊載玻片頂面上固定很多個加有捕捉分子的微小聚乙烯酰胺凝膠條構(gòu)成的″芯片″，每個凝膠條可用于靶DNA，RNA和蛋白質(zhì)的分析。
2)開放式流動生物芯片液體介質(zhì)能連續(xù)流動進行反應(yīng)、清洗，反應(yīng)結(jié)果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生物芯片，一個例子為我們實用新型的《一種流動生物芯片及其使用方法》(專利申請?zhí)?2133622.9)。這種芯片克服了非開放式芯片的結(jié)構(gòu)和操作復(fù)雜性，開放式芯片的介質(zhì)非流動性的缺點，盡可能多地發(fā)揮了流動芯片的介質(zhì)可流動性，開放式非流動芯片的結(jié)構(gòu)簡單性和掃描簡易性的優(yōu)點，提高了檢測靈敏度、減少了操作時間和降低了芯片單位反應(yīng)器的生產(chǎn)成本和檢測成本。
盡管上述各種生物芯片各有很多優(yōu)點，但是目前所有以固體基片為探針分子載體的生物芯片，均只在固相載體基片的一個表面上固定有探針。在本實用新型中，只在基片的一個表面上固定有探針的生物芯片被定義為單面生物芯片，簡稱單面芯片。在實際生產(chǎn)過程中，基片的全部外表面又往往經(jīng)歷過活化處理，都有進行探針固定化反應(yīng)的條件。因而，現(xiàn)有單面芯片中基片有效面積的利用效率尚待提高。
此外，目前所有以固體基片為探針分子載體的生物芯片制備及應(yīng)用裝置均是以單面芯片為依據(jù)實用新型、設(shè)計和制造的，也同樣地存在提高效率的問題。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的本實用新型通過分別在芯片立體結(jié)構(gòu)的頂面、底面和側(cè)面諸面中，一個以上、數(shù)量確定的多個面上固定識別分子探針，來最大化地利用固相載體的有效面積和體積，以減少檢測成本和提高檢測效率。
在本實用新型中，基片被定義為生物芯片中用作固相載體以固定探針的部件或結(jié)構(gòu)；探針片被定義為生物芯片中在基片上固定探針形成的部件或結(jié)構(gòu)?；且粋€立體結(jié)構(gòu)，通常其全部或大部分表面具有可固定探針的活性?；Ⅲw所具有表面的數(shù)目，取決于其幾何形狀。例如，圓球狀基片只有一個表面，正方形基片有六個面積相等的表面，圓形薄板(片)狀基片則有面積最大的頂面和底面及一個面積較小的側(cè)面，等等。而目前最廣泛使用的基片，是高度相對較小的矩形薄板(片)狀基片，具有面積最大的頂面和底面及四個面積較小的側(cè)面(見

圖1)。
在本實用新型中，多面探針片為在基片立體頂面、底面及側(cè)面諸面中一個以上、數(shù)量確定的多個面上固定有探針的探針板；多面生物芯片，簡稱多面芯片為至少含有一個多面探針板的生物芯片。通過在具有活性的基片，例如活化的立方體形基片的立體頂面、底面及四側(cè)面諸面中一個以上的多個面上固定探針，可以制成多面探針板，例如六面探針板；通過使用至少一個多面探針板，例如一個六面探針板，可以制成一個六面生物芯片。
一種多面生物芯片，其特征在于在其立體結(jié)構(gòu)的頂面、底面和側(cè)面諸面中，一個以上、數(shù)量確定的多個面上固定有識別分子探針。
本實用新型所述的生物芯片至少含有一個多面探針板，即在基片立體結(jié)構(gòu)的頂面、底面和側(cè)面諸面中，一個以上、數(shù)量確定的多個面上固定有探針的探針板。
本實用新型所述的探針板至少含有一個在基片的頂面和底面兩個面上固定有探針的雙面探針板。
本實用新型所述的生物芯片的結(jié)構(gòu)僅含探針板，或含有探針板和通過不可拆卸的或可拆卸的方式與探針片聯(lián)接的、屬于或不屬于反應(yīng)器的其它結(jié)構(gòu)和部件。
本實用新型含有探針板的生物芯片所含雙面探針板的頂面和底面上，分別固定一個或一個以上的多個探針陣列，并與相應(yīng)結(jié)構(gòu)一起形成一個或一個以上的多個開放式反應(yīng)器或非開放式反應(yīng)器，流動反應(yīng)器或非流動反應(yīng)器。
本實用新型含有探針板的生物芯片的頂面和底面上的結(jié)構(gòu)是對稱的或不對稱的，位于任一面上的反應(yīng)器在其對面的投影與該面上的反應(yīng)器重合、部分重合或不重合，其所含的任一反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)全都在同一面，或不全在同一面。
本實用新型與雙面探針板分別連接以形成雙面生物芯片的部件，是兩個在同探針板或探針板基片連接前就分離的部件、一個在同探針板或探針板基片連接后再分離為兩件的部件或一個在同探針板或探針板基片連接后仍不分離為兩件的部件。
本實用新型所述的一種新型生物芯片包括A、其反應(yīng)器為開放式反應(yīng)器；B、其反應(yīng)器中有通過液體自重、機械動力、親水材料的親水性和以毛細管現(xiàn)象為基礎(chǔ)的吸水物質(zhì)的吸水性諸作用之一種或一種以上的作用或聯(lián)合作用來控制移動的液相反應(yīng)介質(zhì)；C、所述吸水物質(zhì)和親水材料包含在、或不包含在芯片出液結(jié)構(gòu)中；D、所述親水材料包括硅、鋁化合物等無機親水材料、聚丙烯酰胺類化合物等有機親水材料、各種親水涂料、天然高分子材料及其衍生物；E、所述吸水物質(zhì)包括各類有親水表面的毛細管、紙類、膜類、含纖維或/和親水無機化合物的固相多孔物質(zhì)；F、所述疏水材料包括多種有機化合物及其納米工藝制作的材料。
本實用新型所述的多面芯片包括探針板、反應(yīng)器隔離結(jié)構(gòu)、可根據(jù)需要進行連結(jié)或解除連結(jié)的以重力、彈力、螺釘或夾具提供的機械力、磁鐵或電磁鐵提供的磁力、膠粘劑提供的可解粘粘結(jié)力等之一種或一種以上的作用為基礎(chǔ)來實現(xiàn)的非不可逆密封裝置。
本實用新型所述的多面芯片包括A、其雙面探針板和與之形成反應(yīng)器的部件之間通過粘合劑連接；B、根據(jù)檢測過程中某些步驟對芯片外形尺寸的需要，可通過水溶液、乙醇或/和有機溶劑對連接膠粘劑的溶脹、溶解的物理化學作用，超聲波的物理作用，機械力作用等之一種或一種以上的機制共同作用來進行解除所述的粘合連接；C、根據(jù)檢測過程中某些步驟對芯片外形尺寸的需要，也可通過磨、切、削等之一種或一種以上的機械工藝來部分或完全地切除兩面上與探針板形成反應(yīng)器的部件。
本實用新型所述的基片的材料為所有被制成片(膜)后頂面和底面能被同樣活化并用以固定生物芯片的探針的材料，包括無機材料如玻璃、硅和硅化合物等，聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、尼龍及硝酸纖維素等有機高分子聚合物，以及表面覆蓋有金、銀等金屬、金屬化合物的有機材料。
本實用新型在檢測反應(yīng)和對檢測結(jié)果進行識別讀取的整個過程或部分步驟，一個以上的多個雙面探針板或雙面生物芯片通過嵌合、粘合、機械定位等方法聯(lián)接成一個總寬度小于35mm的組合式生物芯片。
本實用新型所述的對雙面生物芯片進行探針固定的雙面探針固定裝置包括同時或不同時地分別對同一基片頂面和底面進行點樣或印刷等固定探針的操作，A、在可以同時進行雙面探針固定操作時，其結(jié)構(gòu)至少包括可同時分別對同一基片進行探針固定的操作系統(tǒng)；B、在先后分面進行探針固定操作時，其結(jié)構(gòu)至少包括一個可將同一基片頂面和底面進行位置互換的系統(tǒng)。
本實用新型所述的對雙面生物芯片進行檢測反應(yīng)操作的裝置包括A、分別對同一生物芯片上位于頂面和底面的反應(yīng)器進行加樣、洗滌等檢測反應(yīng)操作；其結(jié)構(gòu)至少包括有可避免生物芯片頂面上的反應(yīng)器和底面上反應(yīng)器發(fā)生交叉污染的結(jié)構(gòu)；B、其對同一生物芯片頂面和底面上反應(yīng)器的檢測反應(yīng)操作可以同時也可以不同時地分別進行；C、在可以同時進行雙面檢測反應(yīng)操作時，其結(jié)構(gòu)至少包括可分別對同一生物芯片頂面和底面上的反應(yīng)器進行檢測反應(yīng)操作的操作系統(tǒng)；D、在先后分面進行檢測反應(yīng)操作時，其結(jié)構(gòu)至少包括一個可對同一芯片頂面和底面進行位置互換的換位系統(tǒng)。
本實用新型所述的對雙面生物芯片的檢測反應(yīng)結(jié)果進行識別與讀取的裝置包括A、可以分別對位于一生物芯片頂面和底面上的反應(yīng)器的反應(yīng)結(jié)果進行識別與讀??；其結(jié)構(gòu)至少包括保證其與雙面生物芯片結(jié)構(gòu)的相容性的結(jié)構(gòu)；B、其對位于生物芯片兩個面上的反應(yīng)器的反應(yīng)結(jié)果進行的識別與讀取，可以同時也可以不同時地分別進行；C、同時進行雙面識別讀取時，其結(jié)構(gòu)至少包括可分別對位于生物芯片頂面和底面上的反應(yīng)器進行識別讀取的操作系統(tǒng)；D、在先后分面進行識別讀取時，其結(jié)構(gòu)至少包括一個可將一生物芯片頂面和底面進行位置互換的換位系統(tǒng)。
本實用新型所述的一種將上述檢測反應(yīng)操作裝置和檢測反應(yīng)結(jié)果識別讀取裝置組合在一起的自動化裝置，可以同時或非同時地對位于一生物芯片兩個面上的反應(yīng)器分別進行檢測反應(yīng)操作和檢測反應(yīng)結(jié)果識別讀取。
在本實用新型中，雙面探針片為在基片頂面和底面上固定有探針的探針板(見圖2)；雙面生物芯片，簡稱雙面芯片為含有雙面探針板的生物芯片。通過在具有活性的薄板(片)狀基片，例如活化的圓形或矩形薄板(片)狀基片的最大兩個面即頂面和底面上固定探針，可以制成圓形或矩形雙面探針板；通過雙面探針板，例如圓形或矩形雙面探針板，可以制成雙面生物芯片。
本實用新型中的雙面生物芯片，其結(jié)構(gòu)組成有兩種A、只含有一個雙面探針板的雙面芯片，例如通過在目前常用的活化的75mm×25mm×1.0mm玻片底面和頂面固定探針形成的雙面探針片形成一個雙面芯片；B、含有一個雙面探針板和屬于或不屬于反應(yīng)器的其它結(jié)構(gòu)和部件的雙面芯片，雙面探針板和所述結(jié)構(gòu)和部件通過不可拆卸的或可拆卸的方式聯(lián)接，所述結(jié)構(gòu)和部件的例子包括隔離結(jié)構(gòu)、加樣結(jié)構(gòu)、出液結(jié)構(gòu)、通道、檢測池、定位裝置、定距裝置、動力裝置、液體流速形成和控制裝置、分離裝置等。
本實用新型中的雙面生物芯片的頂面和底面上可以分別固定一個(圖2)或一個以上的多個探針陣列，并與相應(yīng)結(jié)構(gòu)一起形成一個或一個以上的多個反應(yīng)器(圖3至圖13)，從而形成一個多反應(yīng)器雙面生物芯片。本實用新型中的雙面生物芯片上的反應(yīng)器，可以是開放式反應(yīng)器、也可以是非開放式反應(yīng)器；可以是在整個檢測過程中都開放的狹義開放式反應(yīng)器、也可以是僅在部分檢測過程中開放的廣義開放式反應(yīng)器；可以是在整個或部分檢測過程中有液相介質(zhì)定向流動的流動式反應(yīng)器、也可以是非流動式反應(yīng)器。例如，雙面生物芯片頂面和底面上分別固定16個探針陣列，并與相應(yīng)結(jié)構(gòu)(例如隔離結(jié)構(gòu)和出液結(jié)構(gòu))一起在每個面上形成16個開放式反應(yīng)器，構(gòu)成一個32反應(yīng)器雙面開放式生物芯片(見圖7、8、9)。
本實用新型中的雙面生物芯片，其頂面和底面上的結(jié)構(gòu)可以是對稱、也可以是不對稱的，不對稱的雙面生物芯片的例子見圖4、5。本實用新型中的雙面生物芯片位于其頂面和底面任一面上的反應(yīng)器，在其對面的投影與該面上的反應(yīng)器可以重合、部分重合或不重合，例如兩面上的探針陣列可以互相錯位排列(見圖3、4、5、6)。本實用新型中的雙面生物芯片中位于其頂面和底面任一面上的任一反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)可以全都在同一面，或不全在同一面，例如頂面上反應(yīng)器的加液區(qū)入口可以開在底面上，等等。
本實用新型的雙面生物芯片中，與探針板兩面分別連接以形成雙面生物芯片的部件，可以是兩個在同探針板或探針板基片連接前就分離的部件，例如兩個塑料隔離板；也可以是一個在同基片連接后再分離為兩件的部件，例如一個合頁狀的帶孔塑料隔離板，在摺起分別與基片頂面、底面粘接后再切去兩頁之間的連接結(jié)構(gòu)；還可以是一個在同基片連接后仍未分離為兩件的部件，例如可以將兩個面上的聚丙烯脂反應(yīng)器隔離板，注塑成型為合頁狀的一件，粘合在基片兩個面上。
在目前的單面芯片中，其反應(yīng)器為開放式反應(yīng)器的芯片具有廣泛的應(yīng)用。本實用新型的雙面生物芯片中，其反應(yīng)器為開放式反應(yīng)器的芯片，由于操作簡單也可以有廣泛的應(yīng)用。本實用新型的開放式雙面生物芯片，其反應(yīng)器中液相反應(yīng)介質(zhì)的移動，可以是通過液體自重、動力機械、親水材料的親水性和以毛細管現(xiàn)象為基礎(chǔ)的吸水物質(zhì)的吸水性等形成和控制流速的諸作用之一種或一種以上的作用的聯(lián)合作用來實現(xiàn)的；所述吸水物質(zhì)和親水材料包含在、或不包含在芯片出液結(jié)構(gòu)中；所述親水材料包括硅、鋁化合物等無機親水材料、聚丙烯酰胺類化合物等有機親水材料、各種親水涂料、天然高分子材料及其衍生物；所述吸水物質(zhì)包括各類有親水表面的毛細管、紙類、膜類、含纖維或/和親水無機化合物的固相多孔物質(zhì)。
本實用新型中的雙面生物芯片，可以是可拆卸的雙面生物芯片，即其探針片與其頂、底兩面上反應(yīng)器隔離結(jié)構(gòu)之間，可以根據(jù)需要進行連結(jié)或解除連結(jié)的非不可逆連接的雙面芯片。這類雙面芯片通常包括探針板、反應(yīng)器隔離結(jié)構(gòu)及其對探針片密封的非不可逆密封裝置；所述非不可逆密封裝置為以重力、彈力、螺釘或夾具提供的機械力、磁鐵或電磁鐵提供的磁力、膠粘劑提供的可解粘粘結(jié)力等之一種或一種以上的作用機制為基礎(chǔ)的裝置(見我們的另一項實用新型《一種可裝拆使用的生物芯片》專利申請?zhí)?2113540.1)。
本實用新型中的雙面生物芯片，其探針板和與之形成反應(yīng)器的部件之間可以通過粘合劑連接，并可根據(jù)需要解除所述的粘合連接。根據(jù)某些步驟對芯片外形尺寸的需要，可以通過水溶液、乙醇或/和有機溶劑對連接膠粘劑的溶脹、溶解的物理、化學作用，超聲波的物理作用，機械力作用等之一種或一種以上的機制共同作用來進行解除所述的粘合聯(lián)接。根據(jù)某些步驟對芯片外形尺寸的需要，也可通過磨、切、削等之一種或一種以上的機械工藝來部分或完全地切除兩面上與探針板形成反應(yīng)器的部件，例如熒光掃描步驟時一些信號的掃描儀對芯片高度的限制。
本實用新型中的雙面生物芯片在檢測反應(yīng)和對檢測結(jié)果進行識別讀取的整個過程或部分步驟中，一個以上的多個雙面探針板或雙面生物芯片可以通過嵌合、粘合、機械定位等方法聯(lián)接形成一個總寬度小于35mm的組合式生物芯片，以提高效率。例如，檢測反應(yīng)完成后，通過解除粘接而獲得的叁個尺寸為75mm×8.3mm×1.0mm或兩個尺寸為75mm×12，5mm×1.0mm的雙面探針片可以被嵌合在一個尺寸為75mm×25mm×1.0mm的矩形槽中，再進行掃描。
為了高效地制備和利用雙面生物芯片，本實用新型還提供了相關(guān)裝置，包括一種可用于制備雙面生物芯片的雙面點樣機、一種可用于雙面生物芯片的雙面檢測反應(yīng)操作裝置及一種可對雙面生物芯片的檢測反應(yīng)結(jié)果進行識別讀取的裝置。
本實用新型中的進行探針固定的雙面探針固定裝置，可以同時或不同時地分別對同一生物芯片頂面和底面進行點樣或印刷等固定探針的操作。在可以同時進行兩面探針固定操作時，其結(jié)構(gòu)至少包括可同時分別對同一生物芯片進行探針固定的操作系統(tǒng)，例如將基片平面垂直于水平面，點樣針頭平行于水平面分別在基片頂面和底面上點樣；在先后進行兩面探針固定操作時，其結(jié)構(gòu)至少包括一個可將同一生物芯片或基片頂面和底面進行位置互換的系統(tǒng)，例如先將基片頂面向上進行點樣，然后通過一個可以將基片沿其長軸作180度旋轉(zhuǎn)的裝置，使其底面向上進行點樣。
本實用新型還提供一種可對本實用新型中的雙面生物芯片進行雙面檢測反應(yīng)操作的裝置，可以分別對同一生物芯片上位于頂面和底面的反應(yīng)器進行加樣、洗滌等檢測反應(yīng)操作；其結(jié)構(gòu)至少包括有可避免生物芯片頂面上的反應(yīng)器和底面上反應(yīng)器發(fā)生交叉污染的結(jié)構(gòu)，例如吸水材料、隔離結(jié)構(gòu)、排液管或溝、抽提系統(tǒng)等。這種雙面檢測反應(yīng)操作裝置，可以同時也可以不同時地分別對同一生物芯片頂面和底面上的反應(yīng)器進行檢測反應(yīng)操作；在可以同時進行雙面檢測反應(yīng)操作時，其結(jié)構(gòu)至少包括可分別對同一生物芯片頂面和底面上的反應(yīng)器進行檢測反應(yīng)操作的操作系統(tǒng)，例如將芯片平面垂直于水平面，加樣器平行于水平面分別在芯片頂面和底面上進行加樣、冼滌等操作；在先后分別進行檢測反應(yīng)操作時，其結(jié)構(gòu)至少包括一個可對同一芯片頂面和底面進行位置互換的換位系統(tǒng)，例如先將芯片頂面向上進行檢測反應(yīng)操作，然后通過一個可以將芯片沿其長軸作180度旋轉(zhuǎn)的裝置，使其底面向上進行檢測反應(yīng)操作。
本實用新型還提供一種可對本實用新型中的生物芯片的檢測反應(yīng)結(jié)果進行雙面識別與讀取的裝置，可以分別對位于生物芯片頂面和底面上的反應(yīng)器的反應(yīng)結(jié)果進行識別與讀?。黄浣Y(jié)構(gòu)至少包括保證其與雙面生物芯片結(jié)構(gòu)的相容性的結(jié)構(gòu)，例如掃描儀的進樣窗與掃描室尺寸和掃描焦距與外形尺寸的配合。這種雙面識別讀取裝置，可以同時也可以不同時地分別對位于生物芯片兩個面上的反應(yīng)器的反應(yīng)結(jié)果進行識別與讀??；在可以同時進行雙面識別讀取時，其結(jié)構(gòu)至少包括可分別對位于生物芯片頂面和底面上的反應(yīng)器進行識別讀取的操作系統(tǒng)；在分先后進行雙面識別讀取時，其結(jié)構(gòu)至少包括一個可將一生物芯片頂面和底面進行位置互換的換位系統(tǒng)。
本實用新型中的多面生物芯片，同現(xiàn)有的單面生物芯片比較，有如下優(yōu)點1)盡可能多地利用了基片的有效面積；2)在同樣的探針數(shù)目和反應(yīng)器數(shù)目的前提下，盡可能的減小了芯片體積；3)可以有效的降低單位檢測項目的芯片成本和提高芯片使用效率。
附圖及圖面說明圖1基片各面示意圖圖2一種雙面固定探針陣列的雙面探針片示意圖圖3一種獨立進出液通道8反應(yīng)器封閉式流動雙面生物芯片結(jié)構(gòu)圖圖4一種獨立進液、共同出液通道8反應(yīng)器封閉式流動雙面生物芯片圖5一種共同進出液通道8反應(yīng)器封閉式流動雙面生物芯片圖6幾種多反應(yīng)器開放式非流動雙面生物芯片圖7一種共同出液通道開放式流動32反應(yīng)器雙面生物芯片圖8一種32反應(yīng)器開放式雙向流動雙面生物芯片圖9一種32反應(yīng)器開放式單向流動雙面生物芯片圖10兩種64反應(yīng)器開放式雙向流動雙面生物芯片圖11一種多進液通道、單出液通道2反應(yīng)器封閉式流動雙面生物片圖12幾種流動式帶檢測池雙面對稱生物芯片圖13一種16反應(yīng)器開放式流動雙面生物芯片的活扣式裝置實施例2 一種開放式雙面生物芯片實施例本例中的雙面生物芯片的結(jié)構(gòu)見圖4，芯片中間有一塊在確定位置固定有探針的探針板，探針板的兩面粘貼上兩塊其上有孔和槽的成型塑料板，塑料板的外側(cè)可逆地貼上一層塑料膜，探針板每一面有4個獨立的反應(yīng)器，每一個反應(yīng)器包括一個反應(yīng)池和獨立的進液通道和共同的出液通道，進出口使用前由單面不干膠封閉。使用時，只需將反應(yīng)器出入口部分塑料膜揭下即可使用。加樣和洗滌使用配套的專用加樣設(shè)備或多頭加樣槍進行。將反應(yīng)器放在專用夾具中，使其加液口在上，出液口在下，芯片出口下緊貼吸水材料和接液容器。在使用時，在每一個加樣口中按照設(shè)定的速度加入定量的樣品，樣品沿著加液通道底面向下流動，樣品中的目標分子結(jié)合在包被的捕捉分子上，洗去未結(jié)合的樣品成分，加入熒光素標記的的親和分子，定量的羅丹明標記分子結(jié)合在被捕捉的目標分子上，揭去塑料板的外側(cè)貼上的那層塑料膜，即可用熒光掃描儀或CCD器件進行檢測，計算機處理數(shù)據(jù)得到定性和定量的檢測結(jié)果。
實施例3 非開放式生物芯片實施例本例中的雙面生物芯片的結(jié)構(gòu)見圖5，芯片中間有一塊在確定位置固定有探針的探針板，探針板的兩面粘貼上兩塊其上有孔和槽的成型塑料板，塑料板的外側(cè)可逆地貼上一層塑料膜，探針板每一面有4個獨立的反應(yīng)器，每一個反應(yīng)器包括一個反應(yīng)池和共同的進液槽、獨立的進出液通道、和一段共同的出液通道，加樣槽和出液口使用前由單面不干膠封閉。使用時，只需將反應(yīng)器出入口部分塑料膜揭下，將反應(yīng)器放在專用夾具中，使其加液口在上，出液口在下，芯片出口下緊貼吸水材料和接液容器即可使用。加樣時使用配套的專用加樣設(shè)備或多通道加樣槍進行，加入洗滌液和熒光標記物只需將吸液和熒光標記物溶液均勻地加入加液槽即可。在使用時，在每一個加樣口中按照設(shè)定的速度加入定量的樣品，樣品沿著加液通道底面向下流動，樣品中的目標分子結(jié)合在包被的捕捉分子上，洗去未結(jié)合的樣品成分，加入羅丹明標記的的親和分子定量的羅丹明標記分子結(jié)合在被捕捉的目標分子上，揭去塑料板的外側(cè)貼上的那層塑料膜，即可用熒光掃描儀或CCD器件進行檢測，計算機處理數(shù)據(jù)得到定性和定量的檢測結(jié)果。
實施例4 開放式生物芯片實施例本例中的雙面生物芯片的結(jié)構(gòu)見圖6，芯片由一塊玻璃基片兩邊粘上各種形狀的多孔有機材料板制成。有機材料板孔中間的確定位置固定探針，探針板每一面可有多個獨立的反應(yīng)器，每一個反應(yīng)池為一個反應(yīng)器，無進出液通道。反應(yīng)池使用前由單面不干膠封閉。使用時，只需將使用面的塑料膜揭下即可。加樣和洗滌使用配套的專用加樣設(shè)備或多頭加樣槍進行。使用操作與ELISA微孔板相似，在每一個反應(yīng)池中加入定量的樣品，樣品中的目標分子結(jié)合在包被的捕捉分子上，洗去未結(jié)合的樣品成分，加入羅丹明標記的的親和分子，定量的羅丹明標記分子結(jié)合在被捕捉的目標分子上，用熒光掃描儀或CCD器件進行檢測，計算機處理數(shù)據(jù)得到定性和定量的檢測結(jié)果。
實施例5 開放式流動雙面生物芯片實施例本例中的雙面生物芯片的結(jié)構(gòu)見圖7，芯片中間有一塊在確定位置固定有探針的探針板，探針板的兩面粘貼上兩塊其上有16個孔和相應(yīng)通道的成型塑料板，使探針板每一面形成2列8個反應(yīng)器，每一個反應(yīng)器包括一個反應(yīng)池和獨立的加液區(qū)，出液通道，塑料板的外側(cè)和出口貼上一層不干膠塑料膜。使用時，將塑料膜揭下即可。加樣和洗滌使用配套的專用設(shè)備或多頭加樣槍進行。將反應(yīng)器放在專用夾具中，使其加液區(qū)在上，出液口在下，下緊貼吸水材料和接液容器。在使用時，在每一個加樣口中按照設(shè)定的速度加入定量的樣品，樣品沿著加液通道底面向下流動，樣品中的目標分子結(jié)合在包被的捕捉分子上，洗去未結(jié)合的樣品成分，加入羅丹明標記的的親和分子，定量的羅丹明標記分子結(jié)合在被捕捉的目標分子上，揭去塑料板的外側(cè)貼上的那層塑料膜，即可用熒光掃描儀或CCD器件進行檢測，計算機處理數(shù)據(jù)得到定性和定量的檢測結(jié)果。
實施例6 開放式流動雙面生物芯片實施例本例中的雙面生物芯片的結(jié)構(gòu)見圖8，芯片中間有一塊在確定位置固定有探針的探針板，探針板的兩面粘貼上兩塊其上有16個孔和相應(yīng)通道的成型塑料板，使探針板每一面形成2列8個反應(yīng)器，每一個反應(yīng)器包括一個反應(yīng)池和獨立的加液區(qū)，和流出方向相反的出液通道，出液通道兩側(cè)各有兩條隔離溝，反應(yīng)器的上方和出口貼上一層不干膠塑料膜。使用時，將塑料膜揭下即可。加樣和洗滌使用配套的專用設(shè)備或多頭加樣槍進行。將反應(yīng)器水平放在專用夾具中，使其出液口緊貼吸水材料，吸水材料連接廢液的容器。在使用時，在每一個加樣口中按照設(shè)定的速度加入定量的樣品，樣品沿著加液區(qū)、反應(yīng)池、出液通道流動，進入吸水材料，樣品中的目標分子結(jié)合在包被的捕捉分子上，洗去未結(jié)合的樣品成分，加入羅丹明標記的的親和分子，定量的羅丹明標記分子結(jié)合在被捕捉的目標分子上，用熒光掃描儀或CCD器件進行檢測，計算機處理數(shù)據(jù)得到定性和定量的檢測結(jié)果。
實施例7 可裝拆雙面生物芯片實施例本例中的雙面生物芯片的結(jié)構(gòu)見圖6，由一塊玻璃基片兩面各固定有8個探針陣列形成的多個獨立的反應(yīng)器，每一個反應(yīng)器只有一個反應(yīng)池，無進出液通道。芯片使用前兩面固定有探針陣列的探針板放在保護盒中，使用時取出放在專用的電磁工作臺上。電磁工作臺上設(shè)有保護下方的非使用面的密封膠圈，使用時由一塊其上有8個圓孔的帶磁性材料的橡膠板覆蓋在工作面上，將電磁工作臺的電磁線圈通電，即形成了一個單面8反應(yīng)器的生物芯片。其操作步驟同實施例4。
實施例8 一種可解粘結(jié)的生物芯片本例中的雙面生物芯片的結(jié)構(gòu)見圖8，由一塊玻璃基片兩面各固定16個探針陣列形成的多個獨立的反應(yīng)器，每一個反應(yīng)器有一個反應(yīng)池、加液的半圓和出液溝形成。制作時將一塊長條形兩面固定有探針陣列的探針板(圖8中間的虛線部分)粘合在兩塊16孔的聚酯板中間，做成一個32反應(yīng)器的生物芯片。其操作步驟基本同實施例6，不同的是，在放入掃描儀前，將芯片兩邊可逆粘合的塑料成型板揭去，再進行掃描即可。
權(quán)利要求1.一種多面生物芯片，其特征為在其立體結(jié)構(gòu)的頂面、底面和側(cè)面諸面中，一個以上、數(shù)量確定的多個面上固定有識別分子探針。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種多面生物芯片，其特征在于所述的生物芯片至少含有一個多面探針板，即在基片立體結(jié)構(gòu)的頂面、底面和側(cè)面諸面中，一個以上、數(shù)量確定的多個面上固定有探針的探針板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的一種多面生物芯片，其特征在于所述的探針板至少含有一個在基片的頂面和底面兩個面上固定有探針的雙面探針板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的一種多面生物芯片，其特征在于所述的生物芯片的結(jié)構(gòu)僅含探針板，或含有探針板和通過不可拆卸的或可拆卸的方式與探針板聯(lián)接的、屬于或不屬于反應(yīng)器的其它結(jié)構(gòu)和部件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3的一種多面生物芯片，其特征在于所述的含有探針板的生物芯片所含雙面探針板的頂面和底面上，分別固定一個或一個以上的多個探針陣列，并與相應(yīng)結(jié)構(gòu)一起形成一個或一個以上的多個開放式反應(yīng)器或非開放式反應(yīng)器，流動反應(yīng)器或非流動反應(yīng)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種多面生物芯片，其特征在于含有探針板的生物芯片的頂面和底面上的結(jié)構(gòu)是對稱的或不對稱的，位于任一面上的反應(yīng)器在其對面的投影與該面上的反應(yīng)器重合、部分重合或不重合，其所含的任一反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)全都在同一面，或不全在同一面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種多面生物芯片，其特征在于與雙面探針板分別連接以形成雙面生物芯片的部件，是兩個在同探針板或探針板基片連接前就分離的部件、一個在同探針板或探針板基片連接后再分離為兩件的部件或一個在同探針板或探針板基片連接后仍不分離為兩件的部件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種多面生物芯片，其特征在于A、其反應(yīng)器為開放式反應(yīng)器；B、其反應(yīng)器中有通過液體自重、機械動力、親水材料的親水性、疏水材料的疏水性和以毛細管現(xiàn)象為基礎(chǔ)的吸水物質(zhì)的吸水性諸作用之一種或一種以上的作用或聯(lián)合作用來控制移動的液相反應(yīng)介質(zhì)；C、所述吸水物質(zhì)和親水材料包含在、或不包含在芯片出液結(jié)構(gòu)中；D、所述親水材料包括硅、鋁化合物等無機親水材料、聚丙烯酰胺類化合物等有機親水材料、各種親水涂料、天然高分子材料及其衍生物；E、所述吸水物質(zhì)包括各類有親水表面的毛細管、紙類、膜類、含纖維或/和親水無機化合物的固相多孔物質(zhì)；F、所述疏水材料包括多種有機化合物及其納米工藝制作的材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種多面生物芯片，其特征在于其包括探針板、反應(yīng)器隔離結(jié)構(gòu)、可根據(jù)需要進行連結(jié)或解除連結(jié)的以重力、彈力、螺釘或夾具提供的機械力、磁鐵或電磁鐵提供的磁力、膠粘劑提供的可解粘粘結(jié)力等之一種或一種以上的作用為基礎(chǔ)來實現(xiàn)的非不可逆密封裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種多面生物芯片，其特征在于A、其雙面探針板和與之形成反應(yīng)器的部件之間通過粘合劑連接；B、根據(jù)檢測過程中某些步驟對芯片外形尺寸的需要，可通過水溶液、乙醇或/和有機溶劑對連接膠粘劑的溶脹、溶解的物理化學作用，超聲波的物理作用，機械力作用等之一種或一種以上的機制共同作用來進行解除所述的粘合連接；C、根據(jù)檢測過程中某些步驟對芯片外形尺寸的需要，也可通過磨、切、削等之一種或一種以上的機械工藝來部分或完全地切除兩面上與探針板形成反應(yīng)器的部件。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種多面生物芯片，其特征在于其基片的材料為所有被制成片(膜)后頂面和底面能被同樣活化并用以固定生物芯片的探針的材料，包括無機材料如玻璃、硅和硅化合物等，聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、尼龍及硝酸纖維素等有機高分子聚合物，以及表面覆蓋有金、銀等金屬、金屬化合物的有機材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種多面生物芯片，其特征在于在檢測反應(yīng)和對檢測結(jié)果進行識別讀取的整個過程或部分步驟，一個以上的多個雙面探針板或雙面生物芯片通過嵌合、粘合、機械定位等方法聯(lián)接成一個總寬度小于35mm的組合式生物芯片。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多面生物芯片，其特征在于所述的對雙面生物芯片進行探針固定的雙面探針固定裝置包括同時或不同時地分別對同一基片頂面和底面進行點樣或印刷等固定探針的操作，A、在可以同時進行雙面探針固定操作時，其結(jié)構(gòu)至少包括可同時分別對同一基片進行探針固定的操作系統(tǒng)；B、在先后分面進行探針固定操作時，其結(jié)構(gòu)至少包括一個可將同一基片頂面和底面進行位置互換的系統(tǒng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多面生物芯片，其特征在于所述的對雙面生物芯片進行檢測反應(yīng)操作的裝置包括A、分別對同一生物芯片上位于頂面和底面的反應(yīng)器進行加樣、洗滌等檢測反應(yīng)操作；其結(jié)構(gòu)至少包括有可避免生物芯片頂面上的反應(yīng)器和底面上反應(yīng)器發(fā)生交叉污染的結(jié)構(gòu)；B、其對同一生物芯片頂面和底面上反應(yīng)器的檢測反應(yīng)操作可以同時也可以不同時地分別進行；C、在可以同時進行雙面檢測反應(yīng)操作時，其結(jié)構(gòu)至少包括可分別對同一生物芯片頂面和底面上的反應(yīng)器進行檢測反應(yīng)操作的操作系統(tǒng)；D、在先后分面進行檢測反應(yīng)操作時，其結(jié)構(gòu)至少包括一個可對同一芯片頂面和底面進行位置互換的換位系統(tǒng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多面生物芯片，其特征在于所述的對雙面生物芯片的檢測反應(yīng)結(jié)果進行識別與讀取的裝置包括A、可以分別對位于一生物芯片頂面和底面上的反應(yīng)器的反應(yīng)結(jié)果進行識別與讀??；其結(jié)構(gòu)至少包括保證其與雙面生物芯片結(jié)構(gòu)的相容性的結(jié)構(gòu)；B、其對位于生物芯片兩個面上的反應(yīng)器的反應(yīng)結(jié)果進行的識別與讀取，可以同時也可以不同時地分別進行；C、同時進行雙面識別讀取時，其結(jié)構(gòu)至少包括可分別對位于生物芯片頂面和底面上的反應(yīng)器進行識別讀取的操作系統(tǒng)；D、在先后分面進行識別讀取時，其結(jié)構(gòu)至少包括一個可將一生物芯片頂面和底面進行位置互換的換位系統(tǒng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多面生物芯片，其特征在于所述的一種將上述檢測反應(yīng)操作裝置和檢測反應(yīng)結(jié)果識別讀取裝置組合在一起的自動化裝置，可以同時或非同時地對位于一生物芯片兩個面上的反應(yīng)器分別進行檢測反應(yīng)操作和檢測反應(yīng)結(jié)果識別讀取。
專利摘要本實用新型公開了一種多面生物芯片，目前，所有的生物芯片均為單面生物芯片，其探針只固定在固相載體基片的一個面上；所有制備及應(yīng)用生物芯片的裝置，均是以單面生物芯片為依據(jù)實用新型、設(shè)計和制造的，本實用新型中的多面生物芯片，其一個以上的多個面上固定有識別分子探針，可更有效地利用生物芯片立體上的有效面積，大幅提高芯片使用效率，明顯減小檢測成本和提高檢測速度。本實用新型還提供了可用于制備和應(yīng)用本實用新型多面生物芯片、特別是雙面生物芯片的裝置，包括一種探針固定裝置、一種反應(yīng)操作裝置及一種識別讀取裝置。
文檔編號G01N33/50GK2575676SQ0224464
公開日2003年9月24日 申請日期2002年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月4日
發(fā)明者鄒方霖, 陳春生, 陳寧, 王建霞 申請人:成都夸?？萍加邢薰?br>