一種以微、納磁為基礎的基因晶片檢測方法
2023-06-10 10:47:21
專利名稱：一種以微、納磁為基礎的基因晶片檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種基因晶片檢測方法，尤其是在生物晶片、蛋白質等生物大分子的微陣列領域進行基因晶片檢測的方法。
背景技術：
基因晶片(或稱DNA微 陣列)技術在生物檢測、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，是目前發展較快的一種高通量篩選技術。它是把大量已知序列的寡核苷酸探針集成在同一個基片上(如玻璃、尼龍膜等載體)，然後將標記好同位素、酶或螢光等的若干靶核苷酸序列與晶片特定位點上的探針雜交，接著利用各種成像技術，將標記雜交後的信號讀出，最後對生物細胞或組織中大量的基因信息進行分析的一套檢測系統。因此，如何對靶核苷酸序列進行標記及如何讀出雜交後的標記信號對發展高通量、操作簡單及成本較低等優點的基因晶片檢測技術具有十分重要的作用。在生物分子標記與檢測方面，儘管傳統同位素標記法靈敏度高，但空間解析度低，另外，同位素掃描成像系統與反應物需特殊處理防止輻射汙染。而酶標記法的使用過程中需要一些生色底物，如辣根過氧化物酶、鹼性磷酸酶均要對應的生色底物。因此，儘管其檢測系統為CCD，成本低，但只能適用一些多孔檢測板(如96孔板)等低密度檢測。而螢光標記是目前應用最為廣泛的一種技術，被國際上Affymetrix公司等重要生物晶片製備公司所採用。特別是雷射共聚焦顯微掃描技術的發展，可以對高密度探針陣列每個位點的螢光強度進行定量分析。因為探針與樣品完全正常配對時所產生的螢光信號強度是具有單個或兩個錯配鹼基探針的5-35倍。使用時只要將雜交後的晶片經處理後固定在計算機控制的二維傳動平臺上，並將一物鏡置於其上方，由氬離子雷射器產生激發光經濾波後通過物鏡聚焦到晶片表面，激發螢光標記物產生螢光，光斑半徑約為5-10 μ m。同時通過同一物鏡收集螢光信號經另一濾波片濾波後，由冷卻的光電倍增管探測，經模數轉換板轉換為數位訊號。通過計算機控制傳動平臺X-Y方向上步進平移，DNA晶片被逐點照射，所採集螢光信號構成雜交信號譜型，送計算機分析處理，最後形成20 μ m象素的圖像。但螢光分子容易出現光漂白現象、動力學範圍窄，另外，所涉螢光掃描儀因需要精密的光學系統而出現成本高等缺點。因此，如何結合不同生物分子標記方法的探索，對大量的信息進行簡單、價格便宜地解讀，仍是科學家的夢想，是目前的一個艱巨的技術問題。受納米材料技術發展影響，利用納、微米級的超順磁性顆粒進行生物分子標記，然後將生物識別過程中產生的磁信號轉化為電信號進行檢測就是這方面的一個重要嘗試。如1998年，美國海軍實驗室(NRL)率先提出利用GMR效應(它是指材料的電阻率隨著材料磁化狀態的變化而呈現顯著改變)和免疫磁標記實現GMR生物傳感器的設想，並通過測量DNA、抗原-抗體等實驗，證明了其方案的可行性。隨後，他們發展了用於計量標記磁珠的「磁標記陣列計數器」 BARCI。該DNA陣列晶片由尺寸為80 μ mX 20 μ m的64個GMR傳感磁條構成8個傳感區構成，隨後他們又將傳感器的長寬比提高到80 μ mX 5 μ m。2002年，德國Schotter等為進一步提高磁性顆粒在傳感器上的覆蓋度，進一步將傳感器磁條設計為螺旋型。該結構不僅大幅度地擴大了傳感器的長寬比，改善了信噪比值，同時由於使用了尺寸更小的磁珠(直徑O. 35 μ m)，使得單位探測面積內所富集的標記磁珠更多，從而擴大了探測的有效作用區域。受此啟發，2003年，NRL又推出了 BARCIII，即80mmX1.6ym螺旋型GMR傳感器，同時將磁條電阻增加到42k Ω，飽和磁化強度和磁電阻變化率分別提高到30mT和15%。最近，Porter等還進一步發展了含內校準的GMR微陣列。與此同時，國內一些科研單位，如中國科學院電工研究所、清華大學、電子科技大學等，也先後開展以上領域的研究，並取得了一定的進展。清華大學等利用三步光刻工藝製備了 GMR傳感器，採用交流檢測的方式對200 μ g/mL的2 μ m免疫磁球進行了初步檢測。結果顯示儘管不含磁球的溶液會造成信號的波動，但不影響傳感器的最終穩定輸出，附著磁球後產生了 350μν的信號輸出需要指出的是，儘管圍繞磁標記進行生物檢測方法與專利方面有了很多報導，但受於磁標記方面的技術限制(磁顆粒中的磁含量低、磁信號太弱)，上述工作主要集中在單個傳感器或其傳感器構成的微陣列研究上，不具有高通量、價格便宜等技術優勢，更難以與基因晶片中的螢光標記及相應地雷射共聚焦顯微掃描技術相對比。而本申請的發明人在磁標記方面，發展了特有的「鈀標磁染」的技術(已申請專利保護，申請號為20111002392. 4)，該技術大大改變了磁顆粒的標記過程，極大的提高了其最大飽和磁化強度，降低了磁檢測裝置的要求，從而從根本上改變了以上對應的磁檢測手段。但是，由於研究的局限性，發明人未能在之前的申請中具體公開「鈀標磁染」技術在基因晶片方面的應用。
發明內容
發明目的本發明的目的在於針對現有螢光掃描、「磁標記陣列計數器」等技術的不足，結合「鈀標磁染」技術，提供一種路線簡單、成本經濟、使用方便的以微、納磁為基礎的基因晶片檢測方法。技術方案本發明所述的以微、納磁為基礎的基因晶片掃描檢測方法，是通過微、納磁頭在晶片表面的滑動，快速、高通量的將磁標記點讀出，進而給出相關的生物信息。本發明所述以微、納磁為基礎的基因晶片檢測方法，具體包括如下步驟(I)晶片製備以長方形或圓形晶片為載體，對其進行表面處理；然後將DNA分子按順序排列在晶片載體上，其中長方形晶片載體上的DNA分子按行和列的順序排列，圓形晶片載體上的DNA分子以圓心為中心，沿圓形晶片載體的不同半徑周長進行排列；(2)樣品製備將樣品進行生物處理，獲取其中的DNA或RNA，並且利用納米Pd顆粒進行標記；樣品的前期生物處理與傳統過程一樣，如先後經過基因組DNA提取、特定序列PCR擴增等步驟，唯一不同處原先對DNA進行螢光分子修飾的過程現變為利用納米Pd顆粒進行標記；可以利用共價結合或生物素-親和素體系將DNA連上納米Pd顆粒；(3)生物分子反應將步驟(2)中經納米Pd顆粒標記過的樣品分子與步驟(I)所述晶片載體上的DNA分子進行雜交，雜交液為MicroHyb ;雜交後，樣品中的DNA和納米Pd結合到晶片表面的特定位點，完成晶片的雜交與Pd標記；(4)Pd標「磁」染將步驟⑶獲得的雜交後的晶片放入含鈷離子的鍍液池進行信號放大與「磁」染，在含Pd顆粒的地方「染」上磁性材料鈷；該過程不僅沉積上磁性材料，同時也利用Pd的催化過程進行了信號放大；清洗後，留下一步進行磁檢測；(5)利用信號讀取裝置對晶片載體進行掃描，並將檢測到的磁信號轉化為電信號，從而檢測到相關的生物信息。所述信號讀取裝置包括微、納磁頭、帶動所述磁頭移動的機械臂以及磁頭信號讀取控制電路，所述磁頭信號讀取控制電路由信號發生器、電流放大電路、電磁鐵、惠斯登橋路結構的信號檢測電路、鎖相放大器和計算機構成。其中，磁頭由納、微米尺度的具有自旋閥結構(SV)或磁隧道結(MTJ)等的GMR傳感器組成，該傳感器對外界磁場十分敏感，可以將其微弱的磁信號轉化成電信號；磁頭信號讀取控制電路如圖5中的(B)，採用惠斯登橋路結構的信號檢測電路，即兩個傳感器元件用著惠斯登電橋的參考電阻，兩個為傳感區，這樣可以有效地避免了溫度等外界條件對檢測信號的幹擾，提高信/噪比。此外，考慮到當檢測信號非常弱時，由於信/噪比太低，上述電路無法實現對信號的讀出，在其後面再增加一套鎖相放大器。該裝置由信號通道、參考通道和相關器(又稱鑑相器)三部分組成，信號通道的作用是將弱信號放大到足以推動相關器工作的電平，併兼有抑制和濾除部分幹擾及噪聲的功能；相關器是一種完成被測信號與參考信號互相關函數運算的單元電路，由乘法器和積分電路組成；參考通道提供一個和被測信號頻率相同的周期信號。整個有關磁頭信號讀取控制電路的流程圖如圖5中的(B)所示。帶動磁頭進行移動的機械系統如圖4所示，分為兩種第一種是可以在x、y、z三維坐標上進行移動的定位裝置，在掃描過程中，可以保持磁頭與晶片之間距離不變(z方向)，在X軸或y軸方向上等距離滑動(如基本單位為O. 5mm),具體距離可以根據晶片密度進行調整。第二種是類似唱片機的圓形轉動裝置，驅動軸安裝在圓心，連有磁頭的轉杆除可以沿圓周移動外，還可以在半徑方向上進行伸縮運動，從而可以將整個圓形晶片上的信息獲取。需要指出的是，在以上兩種掃描過程，通過軟體系統將位點的X、y 二維坐標或球形坐標信息與檢測到的磁信息相關聯。當待測樣品中含有與晶片表面互補的DNA序列(探針)時，雜交後，納米Pd將結合到晶片表面的特定位點。經鈷化學鍍後，受Pd的催化作用，將在其表面特異性的沉積上一定厚度的Co。並在隨後的磁頭掃描中，檢測到其磁信號。而沒有結合納米Pd的位點處，將無任何Co沉積，也就無磁信號。此外，還可以根據檢測到的磁信號強弱進行定量分析。因為探針與樣品完全正常配對時所產生的磁信號強度是具有單個或兩個錯配鹼基探針的數十倍。當晶片載體為長方形載玻片時，步驟(5)中，磁頭對晶片載體進行掃描時在X-Y軸方向逐行或逐列移動掃描。當晶片載體為圓形載玻片時，步驟(5)中，磁頭對晶片載體進行掃描時以圓心為中心，以不同半徑沿圓周轉動掃描。步驟(5)中所述微、納磁頭由一個或多個微米或納米尺寸的具有自旋閥結構或磁隧道結效應的GMR傳感器組成；所述GMR傳感器分布在掃描的機械臂上，通過磁頭信號讀取控制電路將磁信號轉化為電信號。 有益效果本發明以微、納磁為基礎的基因晶片掃描檢測方法，通過微、納磁頭在晶片表面的滑動，快速、高通量的將磁標記點讀出，進而給出相關的生物信息，檢測路線簡單、成本經濟、使用方便。從整體看，本發明方法有點類似於硬碟工作方式。如大家知道，硬碟作為一種集精密機械、微電子電路、電磁轉換為一體的電腦設備，目前被廣泛地應用於各種數據存儲中。它具有檢測精度高、製備成本低、運行速度快等優點。而這些特點同時也與本發明基因晶片掃描檢測方法應具有的微型化、高速化等要求相對應，因此，本發明方法將具有廣闊的應用前景。
圖I為本發明長方形晶片示意圖。圖2為本發明圓形晶片示意圖。圖3為本發明中長方形晶片的信號讀取裝置示意圖。其中(A)是帶動磁頭進行移動的機械系統，它可以在x、y、z三維坐標上進行移動定位，在掃描過程中，保持磁頭與晶片之間距離不變(z方向)，在X軸或y軸方向上等距離滑動(如基本單位為O. 5mm)，具體距離可以根據晶片密度進行調整。(B)是磁頭示意圖，由納、微米尺度的具有自旋閥結構(SV)或磁隧道結(MTJ)效應的GMR傳感器材料構成。圖4為本發明圓形晶片的信號讀取裝置示意圖。其中，(A)是帶動磁頭進行移動的機械系統，它類似於唱片機的圓形轉動裝置，驅動軸安裝在圓心，連有磁頭的轉杆除可以沿圓周移動外，還可以在半徑方向上進行伸縮運動，從而可以將整個圓形晶片上的信息獲取。(B)是磁頭信號讀取控制電路，它採用惠斯登橋路結構，即兩個傳感器元件用著惠斯登電橋的參考電阻，兩個為傳感區。同時，當檢測信號非常弱時，還可以在其後面增加一套鎖相放大器。圖5為對長方形晶片掃描檢測結果圖。其中，(A)是利用MTJ微、納磁頭掃描後的結果模擬圖，對於完全互補的探針處，MTJ微、納磁頭不僅能檢測到沉積斑點的磁場(其中一端代表N極，另一端代表S極)，而且還能將整個斑點的外貌掃描出。當錯配I鹼基時，也能檢測到磁場的存在，但其信號要弱於完全互補。當完全錯配時，無任何磁場信息。從信號強度比看(如圖5B)，完全正配錯配I :錯配2 完全錯配為100 : 30 : 10 : O。在我們的檢測範圍內，最低檢測極限可達IOpmol DNA。
具體實施例方式應該特別指出的是在以下實施例中，晶片上的探針位點為3 X 4陣列，作為生物樣品的靶序列也是任意選擇的。而在實際過程中，樣品DNA可能需要經過DNA提取、PCR擴增、最後再對PCR產物進行Pd標記等過程。在這裡，為了簡單明了地說明後面整個原理，即如何對晶片進行磁標記及如何利用微、納磁頭對晶片進行掃描檢測，我們直接利用一段已知序列作為靶序列(即生物樣品)，而點在晶片上的探針為四類分別與靶DNA完全互補、錯配一個鹼基、錯配兩個鹼基與完全錯配序列。這樣做的目的純粹只是表達清楚整個檢測路線的基本原理。實際過程中，晶片表面的探針密度將根據晶片的製備方法有所不同，但遠遠超過以上12個位點，同時，探針序列的設計也將根據具體過程進行。所以說，該技術方案實際過程將並不受此限制。實施例I :長方形晶片製備如圖I所示的長方形晶片，它可以是商品化,通過原位合成得到,如Affymetrix公司，也可以是實驗室自己利用點樣儀點樣獲得。其中，如是點樣儀點樣得到，其斑點大小在500 μ m，斑點之間的距離為1_。該斑點的大小及相互之間距離決定了後面掃描儀掃描過程中的基本單位。實驗室製備過程如下 晶片載體的表面處理採用實驗室常用的載玻片，使用前將其先置於甲醇與鹽酸I : I的混合溶液中，浸泡30min。雙蒸水清洗後再將玻片置於濃硫酸中浸泡30min。先用雙蒸水，再用95%的乙醇充分衝洗玻片，洗淨表面殘餘的酸液，然後吹乾液體。將95%的乙醇和Y-氨基丙基三乙氧矽烷(APTS)以49 I配製成矽烷化試劑，浸泡玻片lOmin。矽烷化後的玻片，用雙蒸水充分清洗，然後立置玻片，用洗耳球由上向下吹乾玻片。將玻片置於乾燥箱內，110°C，烘30min。氨基玻片的製備就完成了。接著用O. OlM的PB液將25%戊二醛稀釋成5%的溶液，浸泡玻片2h。最後，用O. OlM的PB清洗玻片，除去殘餘的戊二醛，吹乾，待用。探針在基片的固定(寡核苷酸點樣)初步設計了以下四條16個鹼基的氨基寡核苷酸探針(上海博亞生物工程技術服務有限公司)，其中一條與納米Pd標記目標分子完全正配，其餘三條分別錯配1、2與3個鹼基。Na2CO3緩衝液稀釋探針，然後利用點樣儀，將以上探針點樣在以上所得醛基玻璃載片，放置在潮溼小室中室溫過夜，然後在37°C下保持Ih。用含O. 1% SDS的水溶液清洗兩次，每次5min，水洗吹乾。5，-AAAAGT TTGAGAGCT G-3，正配5』 -AAAAGT GTGAGAGCT G-3』 錯配 I 個鹼基5』 -AAAAGT GAG AGA GCT G-3』 錯配 2 個鹼基5』 -AAAAGT GAC AGA GCT G-3』 錯配 3 個鹼基Pd-5，-HS AGC TCT CAAACT TTT-3，或Pd-avidin-5，-biotin-AGC TCT CAA ACT TTT-3，實施例2 :圓形玻片晶片製備如圖2所示，圓心晶片從外觀上看，它有點類似平常所見的唱片，即為一個圓形的載體，其中間是空心的。而從製備方式上看，同樣可以參考傳統的長方形晶片製備過程一樣，利用點樣儀點樣或原位合成。所不同的是，樣品斑點將沿同心圓的圓周，按照一定大小與間隔排列。圓形玻片與常用的載玻片在材質上完全一樣，所不同的是其外觀。在點樣時，可以利用特製的點樣儀以圓心為中心，沿圓片的不同半徑周長進行高密度點樣。在本實施例中為了簡化過程，直接利用手工點樣。玻片的前期處理與實施例一相同，即將其先、後用甲醇與鹽酸混合溶液、濃硫酸與95%的乙醇，進行浸泡、清洗，除去其上面的汙染物。然後，利用95%的乙醇和Y-氨基丙基三乙氧矽烷(APTS)以49 I配製成矽烷化試劑，浸泡玻片IOmin0矽烷化後的玻片，用雙蒸水充分清洗，然後立置玻片，將其吹乾。接著用O. OlM的PB液將25%戊二醛稀釋成5%的溶液，浸泡玻片2h。最後，用O. OlM的PB清洗玻片，除去殘餘的戊二醛，吹乾，待用。探針仍為以上實施一中的序列，利用手工點樣，將以上探針點樣在以上所得圓形的醛基玻片上，放置在潮溼小室中室溫過夜，然後在37°C下保持lh。並用含O. 1% SDS的水溶液清洗兩次，每次5min，水洗吹乾。實施例3 :樣品製備將2ml事先所製備好的Pd膠體溶液(平均粒徑在10納米)與IOD巰基探針Pl (Pd-5』-HS-AGC TCT CAAACT TTT-3』，其最終濃度大約在3. 51 μ Μ)混合，室溫下孵育16h。加入3ml磷酸緩衝液(IOmM PB, O. IM NaCl，pH 7)，繼續孵育48h。然後在HOOOrpm下離心25min,以分離未標記的DNA。離心後除去上層清液，底層的黑色沉澱重新用5ml磷酸緩衝液(IOmM PB, O. IM NaCl, pH7)稀釋，再次在14000rpm下離心25min,除去上清液,下層黑色沉澱加入 lml2XPBS 液(IOmM PB, O. 3M NaCl，pH 7)，母液貯存於 4°C備用。以上對樣品進行納米Pd標記的過程，還可以通過以下方案獲得先將所得Pd-s-(CH2)5-COOH 溶液，分散在 Iml MES 緩衝液中，加入 O. 4mg EDC (約 2mM)和 O. 6mg NHS室溫反應15分鐘。然後，將IOD的H2N-AGC TCT CAAACT TTT-3』溶液加入上述溶液中，繼續孵育24h。反應後，將以上混合溶液在14000rpm下離心30min。去除上清液後，將下層黑色沉澱加入Iml 2 X PBS液(IOmM PB, O. 3M NaCl，pH 7)，母液貯存於4°C備用。實施例4:生化反應將實施例3中獲得的Pd-5』 -HN AGC TCT CAA ACT TTT-3』與實施例I或實施例2中獲得的晶片進行雜交，雜交液為MiCToHyb，雜交條件與螢光法相同。S卩，經200 μ I含
Pd-5』-HN AGC TCT CAA ACT TTT-3』的雜交液點在玻片表面，蓋上蓋玻片，40°C下雜交I小時。最後，分別用2XSSC/0. 1% SDS和O. 1XSSC/0. 1% SDS溶液各清洗lOmin，除去非特異性吸附在晶片表面的Pd納米顆粒。通過該實施例，我們將生物樣品中的DNA、納米Pd結合到晶片表面的特定位點上(即序列完全互補的探針位置)，完成了晶片的雜交與Pd標記。需要指出的以上雜交過程同樣可以在商品化的雜交倉中進行。實施例5 :Pd標「磁」染將實施例3中獲得的雜交後晶片侵入鈷鍍液進行信號放大與「磁」染。其中，鍍液成分由以下A和B兩種溶液構成，在進行化學鍍之前，現場配製。A溶液為還原液，胺基硼烷(DMAB)O. 39/L。另外，還原劑還可以為NaBH4、KBH4等鹼金屬硼氫化物、三甲胺基硼烷、三乙胺基硼烷等胺基硼烷以及肼等，以DMAB為佳。B溶液中為CoS048-14g/L、EDTA 2g/L、C6H507Na364g/L、絡合劑O. 020g/L、穩定劑O. 003g/L、表面活性劑O. 5g/L。化學鍍前，直接將以上A、B兩種溶液混合，並將其pH值調至8 8. 5。然後將以上獲得微陣列浸入進行反應，30 40°C下反應lOmin，水洗吹乾。實施例6 :利用MTJ微、納磁頭對長方形晶片進行掃描對於由實施例I、實施例3、實施例4與實施例5得到的長方形晶片，在如圖3所示的信號讀取裝置中進行磁信號掃描。在掃描前，再次利用去離子水清洗晶片3遍，除去游離的Co2+離子及其他鍍液成分。然後，用氬氣將晶片吹乾。在該裝置中，磁頭(掃描頭)為Magnetic Tunnel Junction類型,尺寸在500 μ m,檢測靈敏度為O. 3mV/V*0e,線性範圍在±200e,電源為20V的直流電源。米用惠斯通電橋把電阻信號轉變為電壓信號輸出，同時利用鎖相放大器對輸出信號進行放大。帶動磁頭移動的三維(x、y、z)坐標定位裝置，其在X、I軸上滑動距離的基本單位為1mm。在z軸方向上，該磁頭離Co沉積斑點的距離為500 μ m。掃描過程中，磁頭先沿X軸方向移動。當X軸方向掃描完後，在沿Y軸前進。最後，利用計算機模擬手段將所得的電壓信號轉化為不同顏色構成的磁場圖。圖5中顯示了以上晶片的掃描結果，從中可以看出，對於完全互補的探針處，MTJ微、納磁頭不僅能檢測到沉積斑點的磁場(其中一端代表N極，另一端代表S極)，而且還能將整個斑點的外貌掃描出。當錯配I鹼基時，也能檢測到磁場的存在，但其信號要弱於完全互補。當完全錯配時，無任何磁場信息。從信號強度比看，完全正配錯配I :錯配2 完全錯配為100 : 30 : 10 : O。在我們的檢測範圍內，最低檢測極限可達IOpmol DNA。實施例7 :利用SV微、納磁頭對晶片進行掃描對於由實施例I、實施例3、實施例4與實施例5得到的長方形晶片，還可以利用Spin-valve微、納磁頭進行掃描。其裝置與實施例6相似,不同的是,磁頭由Spin_valve取代了 Magnetic Tunnel Junction類型。該磁頭尺寸在lmm,其檢測靈敏度為I. 5mV/V*0e,線性範圍在±250e，偏磁技術為兩次沉積，電源為20V的直流電源。其餘，有關信號採集、放大過程與三維移動裝置與實施例六完全相同。結果顯示(這裡省略)，對於完全互補的探針處，該微、納磁頭同樣能檢測到沉積斑點的磁場，其完全正配錯配I :錯配2 完全錯配為100 : 60 : 10 : O。在我們的檢測範圍內，最低檢測極限可達IOOpmol DNA。實施例8 :利用MTJ微、納磁頭對圓形晶片進行掃描對於由實施例2、實施例3、實施例4與實施例5得到的圓形晶片，則在圖4所示的 信號讀取裝置中進行磁信號掃描。類似的，掃描前再次利用去離子水清洗晶片3遍，除去游離的Co2+離子及其他鍍液成分。然後，用氬氣將晶片吹乾。該裝置中，其磁頭(掃描頭)、信號採集及放大部分與實施例八完全相同，不同的是帶動磁頭移動的定位裝置。如圖5B所示，該定位裝置由固定在圓心的旋轉軸帶動，進行360°C旋轉，從而帶動了固定其上的機械臂進行運動。由於磁頭固定在機械臂的端頭，因此，磁頭將沿著同半徑弧面，進行逐點掃描。其滑動的基本單位為O. 01°。同時，該機械臂還可以沿半徑進行伸縮運動，其伸縮的基本單位1_。而磁頭離晶片的距離為500 μ m。掃描過程中，磁頭從半徑從大到小，進行同周長掃描。掃描結果顯不，所得數據與實施例6完全一樣。實施例9 :利用SV微、納磁頭對圓形晶片進行掃描對於由實施例2、實施例3、實施例4與實施例5得到的圓形晶片，還可以利用Spin-valve微、納磁頭進行掃描。其裝置與實施例8相似,不同的是,磁頭由Spin-valve取代了 Magnetic Tunnel Junction類型。該磁頭尺寸在lmm,其檢測靈敏度為I. 5mV/V*0e,線性範圍在±250e，偏磁技術為兩次沉積，電源為20V的直流電源。其餘，有關信號採集、放大過程及磁頭移動裝置與實施例六完全相同。結果顯示(這裡省略)，所測數據跟實施例8完全一樣，其完全正配錯配I :錯配2 完全錯配為100 : 60 : 10 : O。在我們的檢測範圍內，最低檢測極限可達IOOpmol DNA。如上所述，儘管參照特定的優選實施例已經表示和表述了本發明，但其不得解釋為對本發明自身的限制。在不脫離所附權利要求定義的本發明的精神和範圍前提下，可對其在形式上和細節上作出各種變化。
權利要求
1.一種以微、納磁為基礎的基因晶片檢測方法，其特徵在於包括如下步驟 (1)晶片製備以長方形或圓形晶片為載體，對其進行表面處理；然後將DNA分子按順序排列在晶片載體上，其中長方形晶片載體上的DNA分子按行和列的順序排列，圓形晶片載體上的DNA分子以圓心為中心，沿圓形晶片載體的不同半徑周長進行排列； (2)樣品製備將樣品進行生物處理，獲取其中的DNA或RNA，並且利用納米Pd顆粒進行標記； (3)生物分子反應將步驟(2)中經納米Pd顆粒標記過的樣品分子與步驟(I)所述晶片載體上的DNA分子進行雜交，雜交液為MiCToHyb ;雜交後，樣品中的DNA和納米Pd結合到晶片表面的特定位點，完成晶片的雜交與Pd標記； (4)Pd標「磁」染將步驟(3)獲得的雜交後的晶片放入含鈷離子的鍍液池進行信號放大與「磁」染，在含Pd顆粒的地方「染」上磁性材料鈷； (5)利用信號讀取裝置對晶片載體進行掃描，並將檢測到的磁信號轉化為電信號，從而檢測到相關的生物信息；所述信號讀取裝置包括微、納磁頭、帶動所述磁頭移動的機械臂以及磁頭信號讀取控制電路，所述磁頭信號讀取控制電路由信號發生器、電流放大電路、電磁鐵、惠斯登橋路結構的信號檢測電路、鎖相放大器和計算機構成。
2.根據權利要求I所述的以微、納磁為基礎的基因晶片檢測方法，其特徵在於 當晶片載體為長方形載玻片時，步驟(5)中，磁頭對晶片載體進行掃描時在X-Y軸方向逐行或逐列移動掃描； 當晶片載體為圓形載玻片時，步驟(5)中，磁頭對晶片載體進行掃描時以圓心為中心，以不同半徑沿圓周轉動掃描。
3.根據權利要求I所述的以微、納磁為基礎的基因晶片檢測方法，其特徵在於步驟(5)中所述微、納磁頭由一個或多個微米或納米尺寸的具有自旋閥結構或磁隧道結效應的GMR傳感器組成；所述GMR傳感器分布在掃描的機械臂上，通過磁頭信號讀取控制電路將磁信號轉化為電信號。
全文摘要
本發明公開了一種以微、納磁為基礎的基因晶片檢測方法，它以一種類似於硬碟工作方式的檢測原理，通過由自旋閥結構(SV)或磁隧道結(MTJ)等GMR傳感器構成的微、納磁頭在基因晶片表面的滑動，快速、高通量的將磁標記點讀出，進而給出相關的生物信息。與傳統技術相比，該方法由於在磁標記方面發展了特有的「鈀標磁染」的技術，大大改變了磁顆粒的標記過程，極大的提高了其最大飽和磁化強度，降低了磁檢測裝置的要求，因而具有廣闊的潛在應用前景。
文檔編號C12Q1/68GK102653788SQ20121006077
公開日2012年9月5日 申請日期2012年3月9日 優先權日2012年3月9日
發明者王志飛 申請人:東南大學