專利名稱：集成微流體和微陣列探針的微芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于生物芯片領(lǐng)域，是一種集成微流體和微陣列探針的微芯片。
背景技術(shù)：
當(dāng)前的生物芯片(有人稱微芯片)按作用原理分，包括兩類。
一類是微流體芯片。微流體芯片通過(guò)控制液體在芯片上的流動(dòng)達(dá)到對(duì)各種生物組分的檢測(cè)，也稱為L(zhǎng)AB-ON-CHIP，即在一個(gè)芯片上完成實(shí)驗(yàn)室的各項(xiàng)功能。微流體芯片上液體的控制和各種處理步驟是通過(guò)在芯片中制作微過(guò)濾器、微閥、微泵、微管道、微反應(yīng)腔等各種精細(xì)微結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本文中所述的微流體芯片就是指上述定義的芯片。微流體芯片的特點(diǎn)是微型化和集成性優(yōu)異。所謂的微型化是指生化檢測(cè)可以在大大縮小的空間及體積中進(jìn)行，從而大幅度減小試劑和樣品的用量，降低檢測(cè)成本；所謂的集成性是指在單一芯片上實(shí)現(xiàn)檢測(cè)所需的所有或大部分步驟(如樣品的處理、分離、反應(yīng)和檢測(cè))。集成性高可以使檢測(cè)自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化，使檢測(cè)過(guò)程容易操作。微流體芯片在這兩個(gè)方面具有優(yōu)異的性能。但是，微流體芯片的一個(gè)缺點(diǎn)就是平行性較差，也就是說(shuō)不能方便地實(shí)現(xiàn)在單個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)較多數(shù)量的樣品檢測(cè)。微流體芯片的這個(gè)缺點(diǎn)限制了它的檢測(cè)能力和檢測(cè)通量。
另一類芯片是微陣列芯片。微陣列芯片是將二維的芯片表面或者三維的顆粒表面分成許多相同的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域產(chǎn)生一種探針用于特異性檢測(cè)一種靶分子。這里所謂的微陣列是指相同的探針或者不同的探針按照預(yù)先設(shè)計(jì)的圖形在芯片上進(jìn)行分布。如圖3所示，這種陣列可以是相同或者不同探針6的點(diǎn)陳式陣列，也可以是相同或者不同探針6A-6F成塊狀(圖4)、條形(圖5)或者探針6G、6H、6J成任意其它形狀的分布(圖6)，本文中所述的微陣列芯片以及微陣列就是指上述定義的概念。
微陣列芯片的探針的制作有點(diǎn)樣和原地合成等方法。具體的過(guò)程就是將生物分子(寡聚核苷酸、cDNA、基因組DNA、多肽、抗原、抗體等)固定于硅片、玻璃片等固相介質(zhì)上形成生物分子點(diǎn)陣。在待分析樣品中的生物分子與生物芯片的探針?lè)肿影l(fā)生雜交或相互作用后，利用掃描儀對(duì)雜交信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和分析。目前應(yīng)用最廣泛的微陣列芯片是基因芯片，它采用OLIGO或DNA片斷為探針，檢測(cè)DNA或mRNA。微陣列芯片具有微型化的優(yōu)點(diǎn)。它的另一個(gè)很重要的優(yōu)點(diǎn)就是平行性優(yōu)異，也就是說(shuō)它可以在單一的芯片上同時(shí)實(shí)現(xiàn)很多個(gè)靶分子或者樣品的檢測(cè)，因而可以實(shí)現(xiàn)高通量檢測(cè)。例如Affymetrix公司研制的基因表達(dá)譜芯片的點(diǎn)陣數(shù)可以達(dá)到400,000個(gè)點(diǎn)。但是微陣列芯片很難將樣品的預(yù)處理等分析前的工作步驟集成到一個(gè)芯片上來(lái)完成，而只能依靠人工或者專門的儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)這些步驟，也就是說(shuō)它的集成性不好，因而浪費(fèi)了大量的人力和物力，而且系統(tǒng)自動(dòng)化程度不高，不容易標(biāo)準(zhǔn)化。如果將微陣列芯片和微流體芯片在同一芯片上實(shí)現(xiàn)，就可以兼顧兩種芯片的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，在保證微型化的基礎(chǔ)上，同時(shí)達(dá)到巨大的平行性和優(yōu)異的集成性?？墒悄壳拔匆?jiàn)這種集成芯片的報(bào)道。
本實(shí)用新型的內(nèi)容針對(duì)目前生物芯片開(kāi)發(fā)的現(xiàn)狀和上述分析，本實(shí)用新型的目的就是將微流體芯片和微陣列芯片的功能集成在一起，實(shí)現(xiàn)一種既具有微流體芯片的高度集成性，又具有微陣列芯片強(qiáng)大的并行檢測(cè)能力的特點(diǎn)的新型芯片和方法。
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本實(shí)用新型一種集成微流體和微陣列探針的微芯片，其特征是在所述的微芯片上具有試劑池和微流體管道，各試劑池通過(guò)各微流體管道相連。為了表達(dá)方便，將存放試劑、樣品或混合液的腔體統(tǒng)稱為試劑池。在所述的各試劑池中，一個(gè)或幾個(gè)試劑池的底部上具有微陣列探針。上述帶微陣列探針的試劑池又稱為檢測(cè)池。所述試劑池還可包括樣品池以及廢液池，所述廢液池可經(jīng)另一微流體管道與檢測(cè)池相連。本實(shí)用新型當(dāng)用于檢測(cè)應(yīng)用時(shí)，其檢測(cè)步驟舉例如下樣品首先被注入樣品池中，然后由樣品池流入檢測(cè)池。在檢測(cè)池中，樣品與檢測(cè)池底部的微陣列探針發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)完成后，廢液流入廢液池；然后，各種試劑分別從各自的試劑池中順序流入檢測(cè)池，對(duì)反應(yīng)物進(jìn)行清洗或反應(yīng)。每種試劑在充分清洗或反應(yīng)后被排入廢液池。之后，用光學(xué)或其它檢測(cè)裝置對(duì)檢測(cè)池中的反應(yīng)物進(jìn)行檢測(cè)。整個(gè)過(guò)程只需要注入樣品(可能也包括試劑)，剩下的全部操作都在芯片上自動(dòng)完成。目前的微陣列芯片的樣品需要先進(jìn)行外部預(yù)處理，然后才能用微陣列芯片進(jìn)行檢測(cè)，而且各種預(yù)處理過(guò)程全部是靠手工或者其它專門儀器來(lái)完成。在本實(shí)用新型芯片中，則不需要這些外部預(yù)處理步驟，原來(lái)的外部預(yù)處理步驟現(xiàn)在完全或者大部分可以在本實(shí)用新型芯片上進(jìn)行。在現(xiàn)有的微流體芯片中，檢測(cè)池中一般只有一種探針或反應(yīng)物，也只能檢測(cè)一種樣品或者一種成分，而在本實(shí)用新型芯片中，由于在檢測(cè)池的底部制作了微探針的陣列，所以可以同時(shí)檢測(cè)多種樣品或者樣品的多種成分。因而本實(shí)用新型芯片的功能更為全面。
綜上所述，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)主要有1.與目前微流體芯片相比由于檢測(cè)腔中制作了微陣列探針，本實(shí)用新型芯片具有更優(yōu)異的并行檢測(cè)能力，比現(xiàn)有的微流體芯片檢測(cè)范圍更為強(qiáng)大，一次可以實(shí)現(xiàn)大數(shù)目樣品的檢測(cè)；2.與現(xiàn)有的微陣列芯片相比由于集成了具有快速樣品前處理和分離功能的微流體芯片的能力，本實(shí)用新型芯片不需要額外的、復(fù)雜的、耗費(fèi)人力和物力的樣品前處理和分離工作，大大提高了芯片的功能、降低了檢測(cè)的成本和操作的復(fù)雜性，因而系統(tǒng)的自動(dòng)化程度更高，更易于標(biāo)準(zhǔn)化。


圖1為本實(shí)用新型微芯片的示意圖，圖2為本實(shí)用新型的使用情況圖，圖3-6為各種形狀的探針微陣列示意圖。
圖中代號(hào)說(shuō)明I芯片II轉(zhuǎn)臺(tái)1檢測(cè)池 2廢液池 3微管道4試劑池 5樣品池 6、6A-6J微陣列探針7、8微管道實(shí)施例利用LIGA工藝和微陣列芯片制作工藝相結(jié)合的方法，在PMMA上制作微流體和微陣列集成的芯片。該芯片的檢測(cè)池中制作有微陣列探針，可以同時(shí)進(jìn)行多個(gè)樣品的檢測(cè)，芯片的制作采用我們申請(qǐng)的另一項(xiàng)獨(dú)立專利制作；芯片中液體的驅(qū)動(dòng)原理采用離心力驅(qū)動(dòng)的方法。關(guān)于這種離心力的微流體控制系統(tǒng)，我們申請(qǐng)了另一項(xiàng)獨(dú)立的發(fā)明專利技術(shù)；芯片的檢測(cè)系統(tǒng)也申請(qǐng)了另一項(xiàng)獨(dú)立的發(fā)明專利；芯片I的結(jié)構(gòu)如圖1所示。如圖1，在本實(shí)用新型芯片I上具有樣品池5、試劑池4、檢測(cè)池1、廢液池2和各微管道3、7、8，各試劑池4通過(guò)各微管道3與樣品池5相連，樣品池5經(jīng)微管道7與檢測(cè)池1相連，在檢測(cè)池1的底部具有微陣列探針6，可同時(shí)進(jìn)行多個(gè)樣品的檢測(cè)，在檢測(cè)池1的一端經(jīng)微管道8與廢液池2相通連。如圖2，可將本芯片I放在轉(zhuǎn)臺(tái)II上，通過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)II繞其中心O的旋轉(zhuǎn)，和調(diào)節(jié)該芯片I繞自己的軸心O′轉(zhuǎn)動(dòng)的角度θ，使離心力F大于管道的毛細(xì)管阻力，將液體從一個(gè)池送到另一個(gè)池中。
芯片I的工作過(guò)程如下各種試劑被預(yù)先存貯在各自的試劑池4中。
檢測(cè)時(shí)，首先將待測(cè)樣品滴入樣品池5；在離心力F的作用下，樣品經(jīng)微管道7流入檢測(cè)池1與檢測(cè)池底部的微陣列探針6發(fā)生反應(yīng)；反應(yīng)充分后，通過(guò)離心力的控制，樣品經(jīng)微管道8流入廢液池2；利用離心力，微流體控制系統(tǒng)通過(guò)使不同的試劑從各自的試劑池4順序進(jìn)入檢測(cè)池1對(duì)探針進(jìn)行清洗或反應(yīng)，清洗或反應(yīng)充分后，廢液經(jīng)微管道8流入廢液池2；在上述預(yù)處理過(guò)程和反應(yīng)完成后，利用檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)池中的微陣列探針6進(jìn)行檢測(cè)，定性或定量確定樣品的成分。
權(quán)利要求1.一種集成微流體和微陣列探針的微芯片，其特征是在所述的微芯片上具有試劑池和微流體管道，各試劑池通過(guò)各微流體管道相連；在所述各試劑池中，一個(gè)或幾個(gè)試劑池的底部上具有陣列探針。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成微流體和微陣列探針的微芯片，其特征是所述試劑池還包括樣品池、廢液池。
專利摘要本實(shí)用新型一種集成微流體和微陣列探針的微芯片，其特征是在所述的微芯片上具有樣品池、試劑池、檢測(cè)池和微流體管道，各樣品池、試劑池和檢測(cè)池通過(guò)各微流體管道相連。在所述的檢測(cè)池的底部上具有微陣列探針。還具有廢液池，所述廢液池經(jīng)又一微流體管道與檢測(cè)池相連。本實(shí)用新型具有優(yōu)異的并行檢測(cè)能力，一次可實(shí)現(xiàn)大數(shù)目樣品的檢測(cè)，且具有快速樣品前處理和分離功能，大大提高了芯片的能力，是一種既有高度集成性又有強(qiáng)大的并行檢測(cè)能力的芯片，使用該芯片降低了檢測(cè)的成本和操作的復(fù)雜性。本實(shí)用新型適用于基因、生化、醫(yī)藥等行業(yè)使用。
文檔編號(hào)C12Q1/68GK2559986SQ022477
公開(kāi)日2003年7月9日 申請(qǐng)日期2002年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月23日
發(fā)明者溫龍平, 唐飛, 連崑 申請(qǐng)人:上海博昇微晶科技有限公司