微流體生物晶片檢測分析板及其檢測方法

2023-09-18 20:05:45 2

專利名稱：微流體生物晶片檢測分析板及其檢測方法
技術領域：
本發明微流體生物晶片檢測分析板及其檢測方法涉及的是一種把微流體生物晶片應用於化學或生物分析與反應體系的檢測分析板，尤其是採用微流體通道連接多反應點的新設計。在很短時間內對於同一原料或待測物可以同時分析得到多種成分的所需結果。
生物晶片主要是指通過微細加工技術及超分子自組裝技術，在固體晶片表面構建的微分析單元和系統。生物晶片可把許多不同功能器件集成在一起，例如，生物樣品的預處理，遺傳物質的提取，特定基因片段的擴增，生物探針陣列以及毛細管電泳形成整體的微流體系統，以實現對化合物、蛋白質、核酸、細胞以及其它生物組分的準確、快速、大信息量的篩選或檢測。基因晶片是最重要的一類生物晶片，它集成了大量的密集排列的基因探針，能夠在短時間內分析大量的基因，使人們可迅速地讀取和分析生命的程序。
生物晶片在生物檢測、醫學檢驗和疾病診斷、藥物篩選和基因序列分析上有著極其重要的意義。例如在生物學中，隨著分子生物學的不斷發展，特別是舉世矚目的人類基因組計劃實施以來，有關核酸、蛋白質序列和結構的數據呈指數增長。而下世紀最富挑戰性的工作就是人類基因組計劃完成後，即在後基因時代，我們如何運用大量的生物分子信息服務於人類社會，並使醫學診斷和治療產生根本變革。在醫學中，「系統、器官、組織、細胞層次上的第二階段醫學」正在向「基因水平上的，DNA→RNA→蛋白質→蛋白質與核酸相互作用，以及它們與環境相互作用水平上的第三階段醫學」轉化。這種在分子層次上進行的基因診斷與基因治療，將根本地認識疾病產生的根源，並將有希望根本認識和治療包括癌症在內的重大疾病。這些生物學、醫學的根本變革，一個根本的前提是基因序列的測定和分析。能否有效快速地進行基因測序與分析，將影響到人類基因組計劃的實施，從而影響生物學、醫學的進一步發展。傳統基因等生物分子檢測所採用的方法包括化學反應、凝膠電泳法等一系列繁雜的步驟，這些方法花費時間較長，且操作繁複，尤其在大規模測序方面費時、並且不適宜便攜化快速測序。在對傳統基因檢測方法進行改進的過程中，以生物晶片為代表的新興技術應運而生。生物晶片技術是將生命科學研究中所涉及的許多不連續的分析過程，如樣品製備，化學反應和分析檢測等通過採用微電子，微機械等工藝集成到晶片中，使之連續化，集成化，微型化和自動化。這一技術的成熟和應用將在下世紀的疾病診斷和治療、新藥開發、司法鑑定、食品和環境等生命科學相關領域帶來一場革命，為生物信息的獲取及分析提供強有力的手段。
96孔板是現行普遍使用的一種用於醫學生化檢測的常規器具。其上的96個反應池彼此隔離互不汙染，根據用戶需要可任意選用反應池的個數。但所需試劑量仍然較大，也不便於同時連續操作，更不便於同時對試樣中多組分的連續快速檢測。
本發明的目的是針對目前醫學臨床常規檢驗中常規器具存在的不足之處，提出一種微流體生物晶片檢測分析板及其檢測方法，基於該檢測分析板可進行多項指標連續快速分析，且試樣和試劑消耗量小，操作簡易可行。
微流體生物晶片檢測分析板及其檢測方法是採取以下方案實現的微流體生物晶片檢測分析板其結構由晶片板、蓋板構成，晶片板上布有微溝槽通道，通道上聯有反應位點，透明蓋板覆蓋密封晶片板，或在晶片板上布有反應位點，在透明蓋板上設置有微溝槽，蓋板以有微溝槽一面蓋在晶片板上，蓋板上的微溝槽將晶片板上的反應位點聯起來，形成一具有流入和流出埠的封閉微流體生物晶片檢測分析板。
本發明提出的微流體生物晶片檢測分析板可對微量試樣進行多組分的連續快速分析，檢測簡單易行，微流體生物晶片檢測分析板檢測方法如下實現的將多種生物或化學的探針分子或標記物分子分別放置和固定在微流體生物晶片檢測分析板的微反應位點上，每個微反應位點只固定一種，每種探針分子或標記物分子只與待測物中的某一組分發生雜交、交聯或發生特定的化學反應。被檢測分析的試樣和各種分析試劑按照設定的程序注入流入埠，流經所需的微反應位點，並產生相應的作用。其他物質的吸附將不幹擾上述特定反應、雜交或交聯。即使有幹擾，也可通過洗滌等方法予以排除。微反應位點也可採取下述方法得到即可以通過事先將探針物質或標記物固定在微小固相載體上，再放入分析板上設置的位點上構成。由於每個微反應位點的探針分子或標記物分子只與待測物中特定的組分發生反應，彼此又互不幹擾，就可在同一塊晶片上同時對同一試樣中的各個組分進行定性或定量分析，所得結果可以用光學、電學方法進行檢測。例如可用顯微鏡、CCD觀察或表面激元共振(SPR)，表面幹涉反射(RIFS)等光學、電場技術來觀察並給出結果，也可用其它標記的或非標記的方法檢測。從而大大提高工作效率，減少試劑用量，真正做到快速、準確、自動化和無汙染。探針分子是指可以與指定化學和生物物質產生特異性相互作用的具有專一識別物質功能的物質，可採用生物大分子物質(如蛋白質、核酸、DNA、PNA、細胞等)、化學物和高分子物質探針，標記物可採用生物物質、化學物質。
本發明提出的微流體生物晶片檢測分析板，各微反應點上所進行的微反應可以通過電、光、聲等物理方法進行加速和調控，例如，可以在各微反應點上分別設置微電極，通過調控電場來控制反應位點上的微反應。通過控制電流的大小和方向，使特徵反應所需反應物快速聚集，不需要的物質快速離開，從而加快反應，提高檢測靈敏度和縮短檢測時間。
以下將結合附圖對本發明作進一步說明。


圖1為本發明提出的微流體生物晶片檢測分析板之一。
圖2為本發明提出的與圖1所示微流體生物晶片檢測分析板對應的蓋板。
圖3為本發明提出的微流體生物晶片檢測分析板之二。
圖4為本發明提出的與圖3所示微流體生物晶片檢測分析板對應的蓋板。
圖5為本發明提出的微流體生物晶片檢測分析板之三。
圖6為本發明提出的與圖5微流體生物晶片檢測分析板對應的蓋板。
圖7為本發明提出的微流體生物晶片檢測分析板之四。
圖8為本發明提出的與圖7微流體生物晶片檢測分析板對應的蓋板。
圖9為本發明提出的微流體生物晶片檢測分析板之五所用的膜片。
圖10為本發明提出的微流體生物晶片檢測分析板之五的晶片分析板。
圖11為本發明提出的與圖9、圖10對應的微流體生物晶片檢測分析板的蓋板。
圖12為本發明提出的微流體生物晶片檢測分析板之六。
圖13為本發明提出的與圖12所示微流體生物晶片檢測分析板對應的蓋板。
參照附圖1為一種串聯型塑料(或金屬及其它材料)微流體生物晶片檢測分析板(簡稱微流體板)，在該流體板上布有具有流入和流出埠的微溝槽通道，通道上聯有反應位點a、b、c、d……，這些反應位點可以是微反應池、反應槽或其他形式。
參照附圖2為與圖1對應的晶片透明蓋板(玻璃或塑料)，可覆蓋密封A板，使之形成封閉的微流體板。
參照附圖3、4為另一種晶片設計方法，特點是在圖3所示的晶片板上布有大小均一的微反應位點。a、b、c、d……，這些微反應位點可以是小圓孔，長條形槽等規則形狀，也可以是其它形式。
圖4為與圖3晶片板對應的透明蓋板，在此蓋板上設置有微溝槽，當蓋板以有微溝槽一面蓋在A板上時，蓋板上的微溝槽正好將晶片板上的反應點聯起來。使晶片板上的反應位點通過微溝槽通道連結成一封增長的具有微流體流入和流出埠的分析板。
參照附圖5、6，為另一種晶片分析板設計方式。在圖5的晶片板上布有多個微溝槽，每個微溝槽串聯若干個微反應位點。圖6為與圖5相對應的晶片板的蓋板。參照附圖7、8，為另一種晶片板設計方式。在圖7所示晶片分析板上布有若干行彼此獨立的反應位點，同一行有若干個彼此獨立的反應位點。圖8為與圖7晶片分析板對應的蓋板。蓋上布有若干獨立的微溝槽。當蓋板以有微溝槽的一面覆蓋在圖7所示的晶片板上時，每個微溝槽正好將一行反應位點串聯接起來。
圖9、10、11為另一種微流體生物晶片檢測分析板的設計。圖9為普通尼龍等可固定生物分子的膜片，用常規的方法在上面固定若干種不同的分子探針和生物物質。圖10分布有微孔陣列和聯有管道的微孔透明蓋板，圖11為一個底板，將膜片夾在透明微孔蓋板和底板之間，並使膜片上的生物固定位點與透明微孔蓋板上的微孔重合。使整體成為一個微流體板。同樣通過光學方面可以對膜片上的特異性反應進行檢測。
圖12、13為另一種微流體生物晶片檢測分析板的設計。在圖12的晶片板上布有若干列並行的微反應點，每列上的微反應點彼此之間互不相連，圖13為與圖12晶片板對應的蓋板，在蓋板上布有若干行並行的微型通道，1，2，……n，每一通道與蓋板面之間鑽有若干微孔，將微通道與蓋板面連接起來。在蓋板鑽有微孔的這一面另布有與上述微通道垂直走向的若干彼此平行並列的曲型微溝槽，這些微溝槽與微通道及微孔都不相通。先將具有微孔和微溝槽的這一面覆蓋在圖12所示晶片板上時，每一行微孔正好與晶片板上各列微反應點的相同位置上的微反應點對應吻合，例如，蓋板上第一行微孔分別與晶片板上各列微反應點的第一個微反應點對應吻合重疊，若將蓋板沿著曲形微溝槽的方向移動一定距離，蓋板上的微孔不再與晶片板上的微反應點重疊，轉而以蓋板上的曲形微溝槽將晶片板上的各微反應點連接起來，每一曲形微溝槽聯接一列。若再沿著同一方向繼續移動一定距離，蓋板上的微溝槽及微孔與晶片板上的微反應點將都不重疊。使用時，可以蓋板上的微溝槽將晶片板上的各列微反應位點聯接起來，由入口1，2，……n通入反應物，這些反應物可以相同的，也可以是不同的。然後平移蓋板以蓋板上的微孔，與晶片板上。微反應位點重疊，再由蓋板上的微通道a1，a2，a3……an，通入第二種反應物，這些反應物可以是相同的，也可以是不同的，依此方法，還可繼續引入第三種、第四種……反應物。若需要，每加入一種反應物，可再移動蓋板使蓋板上的微溝槽或微孔與晶片板上的微反應位點都不重疊，使每個微反應位點彼此完全隔離，在設定的條件下反應一定時間。上述這種設計可避免各微反應位點之間相互交叉汙染。反應完畢後，可以蓋板上微溝槽將晶片板上各微反應位點聯接起來，由入口通入洗滌試劑或蒸餾水進行洗滌。反應的最後結果可用光學或電學的方法進行檢測並給出結果。
下面將以實施實例進一步說明本發明提出的微流體生物晶片檢測分析板檢測方法。
實施實例1，多種疾病基因的同時檢測如圖1和圖3，在微流體生物晶片檢測分析板上布有均一大小的微反應池a、b、c、d..…，在圖1中並以微溝槽採取串聯方式將各微反應池聯結在一起。將已合成好的用於檢測乙、丙、丁、戊、庚型肝炎、愛滋……等疾病的DNA探針分子固定在圖1(或圖3)所示的晶片板上的微反應池a、b、c、d……上，每個反應池固定一種探針。或者將用於檢測乙、丙、丁、戊、庚型肝炎，愛滋等疾病的DNA探針事先分別固定在微小的固相載體上，然後，再將這些固相載體放置在不同的微反應池中。然後以圖2(或圖4)中蓋板將晶片板密封蓋緊，構成一個串聯式檢測晶片。然後將整個串聯式晶片加熱到所需溫度，將已經PCR擴增並已作好標記(例如螢光標記)的待測物由入口引入，依次流過反應池a、b、c、d……並在每個微池區停留一定時間，最後從出口流出。然後用緩衝液由入口至出口流動洗滌數次，最後用CCD掃描或螢光顯微鏡觀察並給出結果。
實施實例2運用酶聯免疫吸附測定方法對多種感染性疾病的同時串聯檢測。
將待測疾病的抗體分別包被在本發明提出的如圖1(或圖3)所示的微流體生物晶片檢測分析板A上的反應位點a、b、c、d……上，每個微池包被一種抗體，然後用圖2(或圖4)的蓋板密閉覆蓋，再加熱進行孵育。再由入口通入封閉液進行封閉並通N2氣乾燥後，由入口通入抗原試劑，37℃孵育一定時間，再通入洗滌緩衝液和去離子水洗滌後，由入口通入乾燥氮氣進行乾燥。最後由入口通入酶聯試劑，搖動混勻，37℃孵育一定時間，再由入口通入洗滌緩衝液進行洗滌，然後通入顯色劑溶液顯色，並於37℃孵育一定時間，再通入終止液。經洗滌乾燥後，用顯微鏡或RIFS或SPR或其它方法觀察並給出結果。
實施實例3人體血型的快速生物晶片化檢測，將人體血液抗A、抗B血清抗蛋白分別化學偶聯固定在圖(或圖7)所示晶片板的微反應池a、b上，並用圖6(或圖8)所示蓋板覆蓋閉封，保溫在37℃。然後將待測標本血液自入口引入。若血液為A型，將在反應位點a內發生血凝現象，若血液為B型，將在反應位點b內出現血凝現象。若為O型，在a、b反應位點內都不會出現血凝現象；若為AB型，則在a、b反應位點內都將出現血凝現象。血凝現象的出現，將導致透光度的改變，也將導致a、b微反應池內物質厚度的改變。用光譜分析儀或RIFS檢測並給出結果。應用該方法可同時對多個血樣進行血型分析，只需將血樣1，2，3……分別自入口1，2，3……注入即可。
實施實例4，運用膜片型檢測分析板對多種感染性疾病的同時檢測。
將檢測疾病的抗體分別包被在本發明提出的如圖9所示的尼龍或醋酸纖維紙等纖維膜片上的位點a、b、c、d……上，每個位點包被一種抗體，然後將上述的包被有抗體的膜片上的生物固定位點與透明微孔蓋板上的微孔重合，使整體成為一個微流體板。然後加熱進行孵育。再由入口通入封閉液進行封閉並通入N2氣乾燥後，由入口通入抗原試劑，37℃孵育一定時間，再通入洗滌液衝液和去離子水洗滌後，由入口通入乾燥N2進行乾燥，最後由入口通入酶聯試劑，搖動混勻，37℃孵育一定時間，再由入口通入洗滌液衝液進行洗滌。然後，通入顯色劑溶液顯色，並於37℃孵育一定時間。再通入終止液，經洗滌乾燥後，用顯微鏡或RIFs或SPR或其它方法觀察並給出結果。
權利要求
1.一種微流體生物晶片檢測分析板，其特徵在於分析板其結構由晶片板、蓋板構成，晶片板上布有微溝槽通道，通道上聯有反應位點，透明蓋板覆蓋密封晶片板，或在晶片板上布有反應位點，在透明蓋板上設置有微溝槽，蓋板以有微溝槽一面蓋在晶片板上，蓋板上的微溝槽面將晶片板上的反應位點聯起來。
2.根據權利要求1所述的微流體生物晶片檢測分析板，其特徵在於(a)在同一晶片板上製備有一系列微反應位點；(b)這些微反應位點通過微溝槽通道連結成一封閉的具有微流體流入和流出埠的分析板。
3.根據權利要求1所述的微流體生物晶片檢測分析板，其特徵在於反應位點可以是微反應池、反應槽或其他形式。
4.根據權利要求1所述的微流體生物晶片檢測分析板，其特徵在於在晶片板與蓋板之間可裝夾有固定生物分子的膜片。
5.一種微流體生物晶片檢測分析板檢測方法，其特徵在於將多種探針物質或標記物分子分別固定在微流體生物晶片檢測分析板的反應位點上，每個微反應位點只固定一種，每種探針物質或標記物只與待測物中的某一組分發生雜交、交聯或發生特定的化學反應；被檢測分析的試樣和各種分析試劑按照設定的程序注入流入埠，流經所需的微反應位點，並產生相應的作用；在同一塊晶片上同時對同一試樣中的各個組分進行定性或定量分析，所得結果可以用光學、電學方法進行檢測。
6.按照權利要求5所述的微流體生物晶片檢測分析板檢測方法，其特徵在於可以在分析板上直接固定探針物質或標記物，也可以通過事先將探針物質或標記物固定在微小固相載體上，再放置在分析板上設置位點上構成。
7.按照權利要求5，所述微流體生物晶片檢測分析板檢測方法，其特徵在於其反應點上固定的生物物質可以是蛋白質、核酸、PNA、細胞。
8.按照權利要求5所述的微流體生物晶片檢測分析板檢測方法，其特徵在於多種用於檢測的探針物質和生物物質可以預先按照設計的陣列和大小，固定在尼龍膜，醋酸纖維紙等纖維膜片上，然後放置在晶片板和蓋板之間，使纖維膜片上的探針或生物物質點陣與晶片板或蓋板上的反應位點相重合，使之構成一微流體系。
9.按照權利要求5，所述微流體生物晶片檢測分析板檢測方法，其特徵在於每一個微反應位點可布有微電極，通過調控電場來控制反應位點上的微反應。
10.按照權利要求5，所述微流體生物晶片檢測分析板檢測方法，其特徵在於晶片上微反應位點上發生的特徵反應，可用顯微鏡、光學、電場儀器分析技術來觀察並給出結果。
全文摘要
本發明涉及的是一種把微流體生物晶片應用於化學或生物分析體系的微流體生物晶片檢測分析板及其檢測方法。微流體生物晶片檢測分析板其結構由晶片板、蓋板構成,晶片板上布有微溝槽通道,通道上聯有反應位點,透明蓋板密封晶片板,或在晶片板上布有反應位點,在蓋板上設置有微溝槽。檢測方法將不同種類探針或標記物分子分別固定在微流體生物晶片檢測分析板的反應位點上,在同一塊晶片上同時對同一試樣中的各個組分進行分析。
文檔編號G01N35/00GK1254845SQ9911451
公開日2000年5月31日 申請日期1999年10月27日 優先權日1999年10月27日
發明者陸祖宏, 趙雨傑, 何農躍, 朱紀軍, 黃寧, 王國著 申請人:陸祖宏, 趙雨傑, 何農躍