專利名稱：一種小面積反應(yīng)器生物芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種多反應(yīng)器生物芯片，特別是一種小面積反應(yīng)器的開放式生物芯片或非開放式流動(dòng)生物芯片。這種小面積反應(yīng)器生物芯片的每個(gè)反應(yīng)器所占用的探針板上固定探針的一面的面積的平均值小于目前同類生物芯片的每個(gè)反應(yīng)器所占用的探針板上固定探針的一面的面積的平均值的最小值(140平方毫米)、甚至小于75.0平方毫米乃至小于60平方毫米。
生物芯片的核心是其上的反應(yīng)器。本實(shí)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(shí)與目標(biāo)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)。本實(shí)用新型中的生物芯片的探針，包括所有可以以可尋址的方式固定在固相載體上的具有生物活性的物質(zhì)(包括DNA、多肽、蛋白質(zhì)、細(xì)胞、組織等生物成分)。在本實(shí)用新型中，基片被定義為生物芯片中用作固相載體固定探針陣列的部件或結(jié)構(gòu)；探針板被定義為生物芯片中通過在基片上固定探針陣列形成的部件或結(jié)構(gòu)。在本實(shí)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(shí)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(dòng)，反應(yīng)器被定義為流動(dòng)反應(yīng)器和非流動(dòng)反應(yīng)器；以流動(dòng)反應(yīng)器和非流動(dòng)反應(yīng)器為特征的生物芯片被分別定義為流動(dòng)生物芯片和非流動(dòng)生物芯片。
本實(shí)用新型中，按照反應(yīng)器探針陣列上方在整個(gè)檢測過程中是否開放，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(shí)具有上述幾種反應(yīng)器的性質(zhì)。本實(shí)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探針陣列上方為無覆蓋開放結(jié)構(gòu)，所加入的液相介質(zhì)能在反應(yīng)器中定向流動(dòng)，則該反應(yīng)器被定義為開放式流動(dòng)反應(yīng)器，相應(yīng)的生物芯片被定義為開放式流動(dòng)生物芯片，或簡稱開放式流動(dòng)芯片；其它以次類推。
生物芯片的現(xiàn)狀如下1，非流動(dòng)生物芯片非流動(dòng)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礎(chǔ)，經(jīng)活化、點(diǎn)樣制成、無其它新增結(jié)構(gòu)的芯片。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，點(diǎn)樣和掃描操作均簡便易行，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)。此種芯片的缺點(diǎn)是當(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)和檢測成本，這種情況下生物芯片的實(shí)際應(yīng)用受至了很大限制。
為了提高效益，生產(chǎn)商和科技工作者對這類芯片進(jìn)行了很多改進(jìn)，例如把單開放式非流動(dòng)芯片發(fā)展為多開放式非流動(dòng)芯片。目前市場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)。檢測時(shí)，由于無出液區(qū)，反應(yīng)介質(zhì)不可以被置于定向流動(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。針對這一問題，我們實(shí)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(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。
非開放式非流動(dòng)多反應(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?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)至檢測反應(yīng)完成，操作非常復(fù)雜。這種芯片不包含在本實(shí)用新型中的特征芯片(開放式芯片或非開放式流動(dòng)芯片)中。
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(公告號為CN 2583395Y)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)的信號檢測系統(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(www.caliper.com)的檢測用生物芯片，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)開放的儲液池，儲液池由微通道進(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，對于某些檢測例如熒光標(biāo)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(dòng)芯片二維芯片，即探針分布在平面固相載體上形成2×2以上個(gè)點(diǎn)的陣列的芯片。二維非開放式流動(dòng)芯片，可以舉我們已申請的一項(xiàng)實(shí)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(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。
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(gè)例子是在一塊載玻片頂面上固定很多個(gè)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(gè)凝膠條可用于靶DNA，RNA和蛋白質(zhì)的分析。
2)，開放式流動(dòng)生物芯片液體介質(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，一個(gè)例子為我們實(shí)用新型的《一種流動(dòng)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(dòng)性的缺點(diǎn)，盡可能多地發(fā)揮了流動(dòng)芯片的介質(zhì)可流動(dòng)性，開放式非流動(dòng)芯片的結(jié)構(gòu)簡單性和掃描簡易性的優(yōu)點(diǎn)，提高了檢測靈敏度、減少了操作時(shí)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(diǎn)，但是目前所有以固體基片為探針分子載體的生物芯片，其經(jīng)典尺寸(75.0mm×25mm)的基片只能形成通常8個(gè)、最多不超過16個(gè)反應(yīng)器，即每個(gè)反應(yīng)器在基片固定探針的面上所占平均面積大于140平方毫米。在檢測樣品中目標(biāo)物種類不多，例如小于100種，從而每個(gè)反應(yīng)器中固定的探針種類不多的情況下，通常決定芯片成本的正是每個(gè)反應(yīng)器在基片固定探針的面上所占平均面積。這種情況下基片有效面積的利用效率尚待提高。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的通過利用可以形成多個(gè)反應(yīng)器的探針板而不是單反應(yīng)器的探針板以減小操作復(fù)雜性提高可行性和盡可能優(yōu)化參與形成反應(yīng)器的其它部件或結(jié)構(gòu)，以使生物芯片每個(gè)反應(yīng)器所占用的探針板上固定探針的一面的面積的平均值最小化。
本實(shí)用新型的特征在于A、基本結(jié)構(gòu)包含至少一個(gè)用以形成多個(gè)反應(yīng)器的探針板，有/或無其它通過不可逆的或非不可逆的方式聯(lián)接的參與形成反應(yīng)器的其它部件或結(jié)構(gòu)；B、所述的反應(yīng)器為開放式反應(yīng)器或非開放式流動(dòng)反應(yīng)器；C、所述的每個(gè)反應(yīng)器所占用的探針板上固定探針的一面的面積的平均值小于140平方毫米。
本實(shí)用新型所述參與形成反應(yīng)器的結(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(dòng)力裝置、液體流速形成和控制裝置、分離裝置等。
本實(shí)用新型中的小面積反應(yīng)器生物芯片還可以具有以下特征其每個(gè)反應(yīng)器所占用的探針板上固定探針的一面的面積的平均值小于100平方毫米，即一個(gè)經(jīng)典尺寸(75.0mm×25mm)的基片可以形成最少25個(gè)反應(yīng)器。
本實(shí)用新型中的小面積反應(yīng)器生物芯片還可以具有以下特征其每個(gè)反應(yīng)器所占用的探針板上固定探針的一面的面積的平均值小于60平方毫米，即一個(gè)經(jīng)典尺寸(75.0mm×25mm)的基片可以形成最少30個(gè)反應(yīng)器。
本實(shí)用新型所述的反應(yīng)器隔離結(jié)構(gòu)所包圍的探針板表面所形成的形狀，主要是以內(nèi)切橢圓為面積最大的內(nèi)切曲線為邊界的任何平面幾何圖形及其組合，或者是以內(nèi)切圓為面積最大的內(nèi)切曲線為邊界的任何平面幾何圖形。
本實(shí)用新型所述的參與形成反應(yīng)器的其它部件或結(jié)構(gòu)的厚度大于0.7mm。
本實(shí)用新型所述的小面積多反應(yīng)器生物芯片，其反應(yīng)器的特征為A、其包含有/或無專門劃出的出液區(qū)或出液結(jié)構(gòu)；B、其包含有或無出液口；C、包含有出液口的反應(yīng)器，其出液口可以開在反應(yīng)池的同一面的底面、側(cè)面，還可以開在反應(yīng)池的背面。
本實(shí)用新型所述的反應(yīng)器中有通過液體自重、機(jī)械動(dòng)力、親水材料的親水性、以毛細(xì)管現(xiàn)象為基礎(chǔ)的吸水物質(zhì)的吸水性和疏水材料的疏水性諸作用之一種或一種以上的作用的聯(lián)合作用來控制了相應(yīng)流速、流向和流量的液相反應(yīng)介質(zhì)，以避免提高檢測效率、避免交叉污染。
本實(shí)用新型所述的吸水物質(zhì)、疏水材料和親水材料包含在或不包含在芯片出液結(jié)構(gòu)中，所述的親水材料包括硅、鋁化合物等無機(jī)親水材料、聚丙烯酰胺類化合物親水材料、各種親水涂料、天然高分子材料及其衍生物，所述的吸水物質(zhì)包括各類有親水表面的毛細(xì)管、紙類、膜類、含纖維或/和親水無機(jī)化合物的固相多孔物質(zhì)，所述疏水材料包括多種有機(jī)化合物及其納米工藝制作的材料。利用所述這些作用，可以限制液相反應(yīng)介質(zhì)的移動(dòng)(例如疏水材料的疏水性)或形成和加快液相反應(yīng)介質(zhì)的移動(dòng)(例如出液結(jié)構(gòu)中以毛細(xì)管現(xiàn)象為基礎(chǔ)的吸水物質(zhì)的吸水性)，從而控制液相反應(yīng)介質(zhì)的移動(dòng)，以避免生物芯片上小反應(yīng)器之間交叉污染，有利于減小反應(yīng)器隔離結(jié)構(gòu)占有基片面積，從而減小生物芯片每個(gè)反應(yīng)器所占用的探針板上固定探針的一面的面積的平均值。
本實(shí)用新型所述的開放式生物芯片包括探針板、厚度大于0.7mm的含有反應(yīng)器隔離結(jié)構(gòu)的部件、進(jìn)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(jī)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(jī)制為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)的非不可逆密封裝置。為在避免反應(yīng)器之間交叉污染的條件下減小反應(yīng)器隔離結(jié)構(gòu)占有基片面積，從而減小生物芯片每個(gè)反應(yīng)器所占用的探針板上固定探針的一面的面積的平均值，本實(shí)用新型中的小面積反應(yīng)器生物芯片，可以是可拆裝的生物芯片。即其探針板與一個(gè)厚度大于0.7mm的含有反應(yīng)器隔離結(jié)構(gòu)的部件之間，可根據(jù)需要進(jìn)行聯(lián)結(jié)或解除聯(lián)結(jié)。這類可拆裝的小反應(yīng)器芯片通常包括探針板、反應(yīng)器隔離結(jié)構(gòu)及其對探針板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(jī)械力、磁鐵或電磁鐵提供的磁力、膠粘劑提供的可解粘粘合力等之一種或一種以上的作用機(jī)制為基礎(chǔ)的裝置(見我們實(shí)用新型的《一種可裝拆使用的生物芯片》，專利申請?zhí)?2113540.1)。
本實(shí)用新型所述的開放式生物芯片包括探針板通過粘合劑連接一個(gè)厚度大于0.7mm的含有反應(yīng)器隔離結(jié)構(gòu)的部件，改變或不改變所述含有反應(yīng)器隔離結(jié)構(gòu)的部件的厚度，對所述含有反應(yīng)器隔離結(jié)構(gòu)的部件的厚度的減小，可以通過解除所述的粘合連接、或通過機(jī)械部分或完全地去除與探針板形成反應(yīng)器的部件；所述解除粘合聯(lián)接，是通過水溶液、乙醇或/和有機(jī)溶劑對連接膠粘劑的溶脹、溶解的物理化學(xué)作用，超聲波的物理作用，機(jī)械力作用等之一種或一種以上的機(jī)制共同作用來進(jìn)行解除所述的粘合連接；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(jī)械工藝來部分或完全地去除兩面上與探針板形成反應(yīng)器的部件。
本實(shí)用新型所述的任一探針板的長寬比不低于3.125，寬度在只形成一列反應(yīng)器時(shí)小9mm，其優(yōu)選方案為3mm至8.5mm，形成二列或二列以上的反應(yīng)器時(shí)小于25.0mm，優(yōu)選方案為6mm至25.0mm，所述的任一探針板的厚度小于2.5mm，優(yōu)選方案為小于或等于2.0mm。
本實(shí)用新型所述生物芯片至少在檢測反應(yīng)階段，其生物芯片的外形尺寸在長度或/和寬度上大于探針板的相應(yīng)尺寸。所述生物芯片大于探針板的面積含有反應(yīng)器的部分結(jié)構(gòu)，如出液區(qū)，和/或不屬于反應(yīng)器的其它結(jié)構(gòu)，如作為探針板的載體，作為操作時(shí)夾持的部分和制作標(biāo)識的部分本實(shí)用新型在檢測反應(yīng)和對檢測結(jié)果進(jìn)行識別讀取的整個(gè)過程或部分步驟，一個(gè)以上的多個(gè)探針板或生物芯片通過嵌合、粘合、機(jī)械定位等方法聯(lián)接成一個(gè)總寬度小于35mm的組合式生物芯片。
本實(shí)用新型所述的基片的材料包括所有制成片(膜)狀被活化后可形成上述小反應(yīng)器的材料無機(jī)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(jī)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(jī)材料。
本實(shí)用新型中的小面積反應(yīng)器生物芯片上的反應(yīng)器的隔離結(jié)構(gòu)可以具有一致的高度，例如通過印刷、噴涂等工藝直接固定在基片上的厚度均勻的疏水材料在可以控制液相反應(yīng)介質(zhì)的移動(dòng)速度的情況下，即使較薄(例如0.6mm)或/和較窄(例如小于3mm)的反應(yīng)器的隔離結(jié)構(gòu)仍然可避免反應(yīng)器之間交叉污染。本實(shí)用新型中的小面積反應(yīng)器生物芯片上的反應(yīng)器的隔離結(jié)構(gòu)也可以不具有一致的高度，其各個(gè)反應(yīng)器出液區(qū)包含有溝槽等引水結(jié)構(gòu)或/和親水材料或/和以毛細(xì)管現(xiàn)象為基礎(chǔ)的吸水物質(zhì)等有助于形成和控制流速的材料或結(jié)構(gòu)；親水材料包括含有硅化合物粒子、聚丙烯酰胺、各種親水涂料、天然高分子材料及其衍生物。以毛細(xì)管現(xiàn)象為基礎(chǔ)的吸水物質(zhì)包括各類有親水表面的毛細(xì)管、紙類、膜類、固相多孔物質(zhì)、含天然或合成纖維或/和親水無機(jī)化合物的固相多孔物質(zhì)。
為在避免反應(yīng)器之間交叉污染的條件下減小反應(yīng)器隔離結(jié)構(gòu)占有基片面積，從而減小生物芯片每個(gè)反應(yīng)器所占用的探針板上固定探針的一面的面積的平均值，本實(shí)用新型中的小面積反應(yīng)器生物芯片，其探針板可通過粘合劑連接一個(gè)厚度大于0.7mm的含有反應(yīng)器隔離結(jié)構(gòu)的部件。為滿足檢測中的某些步驟，例如熒光掃描，對芯片外形尺寸的要求，可通過水溶液、乙醇或/和有機(jī)溶劑對連接膠粘劑的溶脹、溶解的物理化學(xué)作用，超聲波的物理作用，機(jī)械力作用等之一種或一種以上的作用共同作用來解除所述的粘合劑聯(lián)接，或通過磨、切、削等之一種或一種以上的機(jī)械工藝來部分或完全地切除經(jīng)粘合劑連接在探針板上的部件。為避免在改變芯片外形尺寸時(shí)出現(xiàn)探針板斷裂的情況，可以使用厚度大于1.0mm，例如2.0mm的基片來制作芯片。
為了盡可能優(yōu)化利用基片面積，本實(shí)用新型中的小面積反應(yīng)器生物芯片其外形尺寸在長度或/和寬度上大于探針板的相應(yīng)尺寸。例如可以延長含有反應(yīng)器隔離結(jié)構(gòu)的有機(jī)聚合物部件，使其超出探針板長度，超出部分可作為標(biāo)識制作和操作時(shí)夾持等用，以代替現(xiàn)有芯片中這些用途占用基片面積的現(xiàn)象。
本實(shí)用新型中的小面積反應(yīng)器生物芯片，在檢測反應(yīng)和對檢測結(jié)果進(jìn)行識別讀取的整個(gè)過程或部分步驟，一個(gè)以上的多個(gè)探針板或生物芯片可通過嵌合、粘合、機(jī)械定位等方法聯(lián)接成一個(gè)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(gè)尺寸為75.0mm×8.3mm×1.0mm，或兩個(gè)尺寸為75.0mm×12.5mm×1.0mm的探針板，可以將它們嵌合在一個(gè)尺寸為75.0mm×25.0mm×1.0mm的矩形槽中，再進(jìn)行掃描。
本實(shí)用新型中的小面積反應(yīng)器生物芯片，同現(xiàn)有的生物芯片比較，有如下優(yōu)點(diǎn)1)更好地利用了基片的有效面積；2)同樣面積的基片可以制作更多反應(yīng)器；3)降低了單位反應(yīng)器成本；4)可以提高檢測反應(yīng)結(jié)果的識別讀取(例如掃描)效率附圖及圖面說明


圖1為一種8個(gè)小反應(yīng)器封閉式流動(dòng)生物芯片實(shí)施例圖2為一種16個(gè)小反應(yīng)器開放式非流動(dòng)生物芯片圖3為一種16個(gè)小反應(yīng)器開放式流動(dòng)生物芯片實(shí)施例圖4為一種16個(gè)小反應(yīng)器可裝拆生物芯片實(shí)施例圖5為圖4的可裝拆蓋板的實(shí)施例圖6為一種32個(gè)小反應(yīng)器可解粘生物芯片實(shí)施例圖7為一種32個(gè)小反應(yīng)器開放式非流動(dòng)生物芯片示意圖圖8為另一種32個(gè)小反應(yīng)器開放式流動(dòng)生物芯片示意圖圖9為一種16個(gè)小反應(yīng)器的帶檢測池的非開放式流動(dòng)生物芯片示意圖
圖10為一種17個(gè)小反應(yīng)器開放式非流動(dòng)生物芯片示意圖
圖11為一種21個(gè)小反應(yīng)器開放式非流動(dòng)生物芯片示意圖
圖12為一種30個(gè)小反應(yīng)器開放式非流動(dòng)生物芯片示意圖
圖13為一種44個(gè)小反應(yīng)器開放式非流動(dòng)生物芯片示意圖
圖14為一種27個(gè)小反應(yīng)器開放式非流動(dòng)生物芯片示意圖
圖15為一種33個(gè)小反應(yīng)器開放式非流動(dòng)生物芯片示意圖其中1探針板，2反應(yīng)池，3反應(yīng)區(qū)，4加液口，5加液區(qū)6，出液溝，7出液口，8檢測池，9隔離溝，10隔離區(qū)實(shí)施例4，一種16個(gè)小反應(yīng)器可拆裝的生物芯片的實(shí)施例本例中的生物芯片的結(jié)構(gòu)為一塊尺寸為75.0mm×8.3mm玻璃探針板和兩塊機(jī)械固定板，機(jī)械固定板的結(jié)構(gòu)見圖4和圖5，由兩塊聚酯材料板制成，其中一塊上有16個(gè)直徑為4mm的小反應(yīng)池孔和加液區(qū)形狀的孔。兩塊有機(jī)材料板中間的確定位置固定探針板，形成16個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)器，每一個(gè)反應(yīng)器為一個(gè)反應(yīng)池、一個(gè)加液區(qū)和一條出液溝。反應(yīng)池、加液區(qū)和出液溝由單面橡膠隔(圖四中黑色的部分)封閉。使用操作與實(shí)施例3基本相同，只是在掃描前去掉固定的兩塊機(jī)械固定板即可。
實(shí)施例5，一種32個(gè)小反應(yīng)器可解粘的生物芯片的實(shí)施例本例中的生物芯片的結(jié)構(gòu)見圖6，圖中的生物芯片是在已加工有反應(yīng)池孔、出液通道的成型的黑色聚四氟乙烯板的預(yù)留槽中粘合上固定了探針的玻片而成。每一個(gè)反應(yīng)池為一個(gè)反應(yīng)器，反應(yīng)器之間的隔離區(qū)表面有疏水涂層。探針板的尺寸為75.0mm×12.5mm，固定有32個(gè)探針陣列，同開有兩列各有16個(gè)孔和相應(yīng)通道的黑色聚四氟乙烯成型塑料板構(gòu)成32個(gè)長為4.5mm、寬為3mm的小反應(yīng)器可解粘的生物芯片，每一個(gè)反應(yīng)器包括一個(gè)反應(yīng)池和一條出液通道。固定探針板時(shí)使用一種專門的粘合劑，這種粘合劑能將探針板和成型塑料板牢固地固定在一起，能承受超聲波清洗和各種反應(yīng)液的浸泡而不脫落，但當(dāng)反應(yīng)完成后，卻能使用不大的力使之剝落。該芯片的加樣和洗滌可使用配套的專用設(shè)備或多頭加樣槍進(jìn)行。將反應(yīng)器放在專用操作夾具中，使其出液口緊貼吸水材料和接液容器。在使用時(shí)，在每一個(gè)反應(yīng)池頂端按照設(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(dòng)，樣品中的目標(biāo)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(biāo)記的的親和分子，定量的羅丹明標(biāo)記分子結(jié)合在被捕捉的目標(biāo)分子上，稍用力將成型塑料板的兩端向上扳，成型塑料板與探針扳即可分開，即可用熒光掃描儀或CCD器件進(jìn)行檢測，計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)得到定性和定量的檢測結(jié)果。
權(quán)利要求1.一種小面積多反應(yīng)器生物芯片，其特征在于A、基本結(jié)構(gòu)包含至少一個(gè)用以形成多個(gè)反應(yīng)器的探針板；B、所述的反應(yīng)器為開放式反應(yīng)器或非開放式流動(dòng)反應(yīng)器；C、所述的每個(gè)反應(yīng)器所占用的探針板上固定探針的一面的面積的平均值小于140平方毫米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小面積多反應(yīng)器生物芯片，其特征在于所述的每個(gè)反應(yīng)器所占用的探針板上固定探針的一面的面積的平均值為100-140平方毫米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小面積多反應(yīng)器生物芯片，其特征在于所述的每個(gè)反應(yīng)器所占用的探針板上固定探針的一面的面積的平均值為60-100平方毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小面積多反應(yīng)器生物芯片，其特征在于所述的每個(gè)反應(yīng)器所占用的探針板上固定探針的一面的面積的平均值為60平方毫米以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小面積多反應(yīng)器生物芯片，其特征在于所述的反應(yīng)器隔離結(jié)構(gòu)所包圍的探針板表面所形成的形狀，主要是以內(nèi)切橢圓為面積最大的內(nèi)切曲線為邊界的任何平面幾何圖形及其組合，或者是以內(nèi)切圓為面積最大的內(nèi)切曲線為邊界的任何平面幾何圖形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小面積多反應(yīng)器生物芯片，其特征在于所述的參與形成反應(yīng)器的其它部件或結(jié)構(gòu)的厚度大于0.7mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小面積多反應(yīng)器生物芯片，其反應(yīng)器的特征為A、其包含有/或無專門劃出的出液區(qū)或出液結(jié)構(gòu)；B、其包含有或無出液口；C、包含有出液口的反應(yīng)器，其出液口可以開在反應(yīng)池的同一面的底面、側(cè)面，還可以開在反應(yīng)池的背面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小面積多反應(yīng)器生物芯片，其特征在于所述的反應(yīng)器內(nèi)部或/和外部有通過液體自重、機(jī)械動(dòng)力、親水材料的親水性、以毛細(xì)管現(xiàn)象為基礎(chǔ)的吸水物質(zhì)的吸水性和疏水材料的疏水性諸作用之一種或一種以上的聯(lián)合作用來控制液相反應(yīng)介質(zhì)的流速、流向和流量的材料或/和控制裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的小面積多反應(yīng)器生物芯片，其特征在于所述的吸水物質(zhì)、疏水材料和親水材料包含在或不包含在芯片出液和隔離結(jié)構(gòu)中，所述的親水材料包括硅、鋁化合物等無機(jī)親水材料、聚丙烯酰胺類化合物親水材料、各種親水涂料、天然高分子材料及其衍生物，所述的吸水物質(zhì)包括各類有親水表面的毛細(xì)管、紙類、膜類、含纖維或/和親水無機(jī)化合物的固相多孔物質(zhì)，所述疏水材料包括多種有機(jī)化合物及其納米工藝制作的材料。
10.根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求1所述的小面積多反應(yīng)器生物芯片，其特征在于所述的開放式生物芯片包括探針板、厚度大于0.7mm的含有反應(yīng)器隔離結(jié)構(gòu)的部件、進(jìn)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(jī)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(jī)制為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)的非不可逆密封裝置。
11.根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求1所述的小面積多反應(yīng)器生物芯片，其特征在于所述的開放式生物芯片包括探針板通過粘合劑連接一個(gè)厚度大于0.7mm的含有反應(yīng)器隔離結(jié)構(gòu)的部件，改變或不改變所述含有反應(yīng)器隔離結(jié)構(gòu)的部件的厚度，對所述含有反應(yīng)器隔離結(jié)構(gòu)的部件的厚度的減小，可以通過解除所述的粘合連接、或通過機(jī)械部分或完全地去除與探針板形成反應(yīng)器的部件；所述解除粘合聯(lián)接，是通過水溶液、乙醇或/和有機(jī)溶劑對連接膠粘劑的溶脹、溶解的物理化學(xué)作用，超聲波的物理作用，機(jī)械力作用等之一種或一種以上的機(jī)制共同作用來進(jìn)行解除所述的粘合連接；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(jī)械工藝來部分或完全地去除兩面上與探針板形成反應(yīng)器的部件。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小面積多反應(yīng)器生物芯片，其特征在于所述的探針板的長寬比不低于3.125，寬度在只形成一列反應(yīng)器時(shí)小9mm，其優(yōu)選方案為3mm至8.5mm，形成二列或二列以上的反應(yīng)器時(shí)小于25.0mm，優(yōu)選方案為6mm至25.0mm，所述的探針板的厚度小于2.5mm，優(yōu)選方案為小于或等于2.0mm。
13.權(quán)利要求1所述的小面積多反應(yīng)器生物芯片，其特征在于A、至少在檢測反應(yīng)階段所述生物芯片的外形尺寸在長度或/和寬度上大于探針板的相應(yīng)尺寸；B、所述生物芯片大于探針板的面積含有反應(yīng)器的部分結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小面積多反應(yīng)器生物芯片，其特征在于在檢測反應(yīng)和對檢測結(jié)果進(jìn)行識別讀取的整個(gè)過程或部分步驟，一個(gè)以上的多個(gè)探針板或生物芯片通過嵌合、粘合、機(jī)械定位等方法聯(lián)接成一個(gè)總寬度小于35mm的組合式生物芯片。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小面積多反應(yīng)器生物芯片，其特征在于其基片的材料包括所有可以較小的平均面積形成生物芯片反應(yīng)器的材料無機(jī)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(jī)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(jī)材料。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種小面積反應(yīng)器生物芯片，目前的多反應(yīng)器生物芯片，特別是多反應(yīng)器開放式生物芯片和多反應(yīng)器非開放式流動(dòng)生物芯片，在降低單位反應(yīng)器成本方面尚待改進(jìn)，本實(shí)用新型通過加強(qiáng)防止交叉污染的措施，例如反應(yīng)器在生物芯片中的幾何分布設(shè)計(jì)、提高反應(yīng)器隔離結(jié)構(gòu)高度、進(jìn)出液量可控的進(jìn)、出液系統(tǒng)等，以盡可能減小平均每個(gè)反應(yīng)器在基片固定探針的面上所占面積為突破口，達(dá)到降低多反應(yīng)器生物芯片單位反應(yīng)器成本的目的。
文檔編號C12Q1/68GK2592649SQ022446
公開日2003年12月17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>