反應器高度最小化的高集成度分析芯片及其應用的制作方法

文檔序號：72909閱讀：437來源：國知局

專利名稱:反應器高度最小化的高集成度分析芯片及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及分析芯片、特別是多反應器芯片。更具體而言，本發(fā)明涉及反應器高度最小化的高集成度分析芯片及其應用。
背景技術：
分析芯片、簡稱芯片，有著廣泛的應用范圍，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、司法鑒定等領域。
芯片的核心是其上的反應器，而有標記物的芯片還包括其標記系統(tǒng)。芯片反應器中最重要的叁部分為探針陣列、片基和反應器結構。探針陣列通常是用多肽、核酸等分析中所用探針經點樣、噴印等方式固定在片基表面形成的。片基主要是玻璃、金屬、塑料等材料及其衍生物制作的矩形、圓形或其它形狀的含有活性衍生基團的平面載體，其中玻璃及其衍生物(例如胺基玻片、醛基玻片、環(huán)氧基玻片和聚氨基酸包被玻片等)，是目前使用的主要片基。反應器結構包括反應器隔離結構、反應器流路結構、反應器分離結構、反應器反應室結構，等等。
芯片得以快速發(fā)展，與其高集成度有很大關系。高集成度包括下述四個方面的內容裝置微型化、高密度探針陣列、高密度反應器和多功能集成。在高集成度芯片開發(fā)上現(xiàn) 已在三個方向取得重大進展一是探針分布的高密度化(例如高密度探針芯片)，二是裝置的多功能化(例如芯片上試驗室)，三是裝置微型化。然而，隨著實際應用的發(fā)展，芯片的發(fā) 展面臨新的問題。例如，多肽芯片中往往不需要固定很多種類的探針，那么高密度化的意義何在呢？又例如，大規(guī)模診斷篩查需要低成本的檢測裝置，那么怎樣實現(xiàn)低成本的多功能化呢？本發(fā)明的發(fā)明人認為低成本、高集成度的芯片，仍是芯片開發(fā)的一個重要方面。
芯片的現(xiàn)狀如下
一、芯片與反應器隔離結構
最先發(fā)展起來、目前仍廣泛使用的芯片是無隔離結構芯片，即單反應器開放式非流動芯片，例如以顯微鏡載玻片為基礎、經活化和點樣制成、無其它新增結構的單反應器芯片。其優(yōu)點是結構簡單、點樣和掃描操作均簡便易行、部分操作還可在外力推動下的介質流動狀態(tài)下進行(例如噴液清洗)，缺點是只固定一個探針陣列。在檢測樣品中目標物種類不多，例如小于100種，從而每個反應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反應器片基探針區(qū)與反應器平均片基面積之比。因而，為降低成本必須開發(fā)高密度反應器芯片。而高密度反應器芯片開發(fā)要解決的主要問題之一是選擇適當?shù)姆磻鞲綦x結構。此外，為了減小樣品加入量也需要對液相介質的流動進行限制。再就是，由于廣泛地使用光學掃描裝置，反應器隔離結構的厚度受到一定限制，趨于零的隔離結構高度是降低對掃描裝置技術要求的一個重要途徑。另外，高度最小化的隔離結構也有利于洗滌。
為了提高效益，生產商和研究人員對無隔離結構芯片進行了很多改進，從而開發(fā) 出一些有隔離結構芯片。有隔離結構芯片可以分為不可拆卸的和可拆卸的兩類。目前市場上有一種隔離結構不可拆卸的芯片，是一種多開放式非流動反應器芯片，其基本結構為在
6一塊尺寸為25mmX75mm或26mmX75mm(寬X高)的標準基片上，以疏水材料(表面接觸角在50度到75度之間，例如聚脂或PVC)形成高度大于0. 5mm、寬度大于Imm的凸體，從而可以在基片上形成幾到幾十個圓形或方型的開放式反應器。此一芯片的隔離結構仍是以高度差作為控制液相介質流動。在此類芯片中，開放式反應器隔離區(qū)如太低會出現(xiàn)相鄰反應器之間的交叉污染，如其太高則對芯片掃描儀的技術要求提高。此外，目前也有一種隔離結構可拆卸的基于酶標板結構的芯片。但主要的缺點是操作復雜，或其反應器之間的隔離結構仍不能實現(xiàn)厚度最小化。
盡管目前有非常多的隔離結構方案(如第02145102. 8和99114512. 7號中國專利申請)，易制作、低成本、高度最小化的隔離結構仍是芯片開發(fā)的熱門課題之一。
二、芯片與反應器流路結構和反應器分離結構
目前，最廣泛研究的反應器流路結構和反應器分離結構為微流路，或微通道。微通道尺寸通常為寬度小于0. 10mm，深度小于0. 025mm。因而現(xiàn)有微流路實際上是一種凹流路。含有微流路的芯片被稱作微流路芯片，即以微流路為網絡連接微泵、微閥、微儲液器、微電極、微檢測元件等集采樣、前處理、液體輸送等分析功能集成于一體的微全分析系統(tǒng)。微通道芯片的一個例子是Caliper Technologies Inc.公司(www, caliper, com)的檢測用芯片。微通道芯片的優(yōu)點是靈敏度高、速度快。其缺點是1)生產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，其構造復雜，工業(yè)化生產難度非常大；2)檢測時液體流速需用專門精密設備控制，例如電滲透裝置，等；3)反應完成后，由于固定的探針分子在其內表面，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果。盡管目前有非常多的微流路方案(如第98805243. 1、98813487. X和98813488. 8中國專利申請；第878437、801390和090840號美國專利)，易制作、低成本的流路結構仍是芯片開發(fā) 的熱門課題之一。
三、芯片與反應器反應室結構
反應室包括開放的反應池和封閉的反應腔室。反應腔室芯片即封閉式芯片，即使其部分隔離結構為開放式隔離結構。封閉式芯片包括流動式和非流動式芯片。一種封閉式非流動芯片在反應時對反應器進行封閉，在加液和洗滌時揭開封閉層操作(參考CN 1335501A)。封閉式微陣列流動芯片則可見中國專利ZL 022229310。不可逆封閉式微陣列流動芯片可見CN 2559986Y，可逆封閉式微陣列流動芯片可見中國專利ZL 022229310，等等。這些芯片的反應腔室均只在一個面上固定配基，這在對靈敏度要求特別高時難以滿足要求。特別是，現(xiàn)有的封閉式腔室流動芯片，在設計時考慮的因素為配基-目標物反應動力學條件和信號觀測條件。液相介質在反應器中、尤其是在反應器的反應腔室中的移動，是通過機械輸運、液相介質自重、進液結構或/和出液結構的親水性之一種或一種以上的組合來實現(xiàn)的。對于反應腔室而言，這些都是外源性的液體傳輸動力。當然，反應腔室的頂面、底面和壁往往具有親水性，然而單靠其親水性這種內源性的液體傳輸動力是弱的。結果是，目前的封閉式微陣列芯片，在檢測操作、特別是含有轉換介質的操作中，在其反應器中反應腔室中液相介質的分布有時是不充分的，例如有氣體存在阻礙液相介質的分布，從而影響檢測結果。目前有一種毛細管芯片，其反應腔室為在毛細管通道的一段壁上或一段插入毛細管中的玻纖結構上固定配基形成的(CN 2483395A)。但是，由于毛細管內壁或可進入毛細管的玻纖結構都很小，不適于制作陣列芯片。此外，上述反應腔室結構在使用某些信號讀取裝置(例如共聚焦光掃描儀)時，不能在腔室上頂元件存在的條件下直接讀取信號。
四、芯片與標記系統(tǒng)
目前的芯片，一種是將標記物預置于反應器中，例如中國專利《一種低密度生物芯片及其制作方法》(專利申請?zhí)?0129440. 7)，在檢測操作時標記物均是瞬時釋放的；另一種是將標記物溶液加入樣品或加入探針-目標物反應完成后的反應器中。后一標記系統(tǒng) 雖有較高的靈敏度，但操作步驟較復雜。前一標記系統(tǒng)雖操作步驟簡化，但由于虎克現(xiàn)象 (HOOK effect)等原因大大降低了檢測靈敏度。利用這種標記系統(tǒng)進行芯片分析，為避免虎克現(xiàn)象，其標記物均是在需要時以溶液狀態(tài)完全由機械系統(tǒng)作用而進入反應位置的。例如，利用目前具有外置標記系統(tǒng)的平面芯片和內置標記系統(tǒng)的通道式芯片進行芯片分析，需要專門的加入標記物溶液的步驟和相應機械系統(tǒng)。換言之，目前的芯片分析，其中的標記步驟必須機械系統(tǒng)專門輸運標記物，這就往往需要專門的標記物貯存器、標記物輸運管道及輸運物轉換器及轉換程序，從而使撿測裝置的復雜程度居高不下。此外，由于每個芯片檢測所需標記物量很少，這兩種標記系統(tǒng)中標記物的貯存及配制條件亦較麻煩。目前的微通道芯片，雖具有內置標記系統(tǒng)，其標記物在檢測操作時也是瞬時釋放的，其需要專門的加入標記物溶液的步驟和相應機械系統(tǒng)。
五、反應器保護系統(tǒng)
隨著高密度反應器芯片的引入，其應用中一個重要的、但往往被人們忽略的問題是如果一次實驗僅使用m個反應器，而芯片上有η個反應器(n > m)，怎樣保護另外n-m 個反應器供以后的實驗使用。這個問題的解決是實現(xiàn)低成本的高密度反應器芯片的必要條件。對于單反應器芯片，目前的反應器保護系統(tǒng)是整個芯片的保護系統(tǒng)，通常是含有芯片架 (格)的塑料盒子。非常奇怪的是，對于多反應器芯片，目前尚無置于反應器芯片上的專用保護結構，仍使用上述單反應器芯片的保護系統(tǒng)。
因而，以目前的反應器隔離結構、反應器流路結構、反應器分離結構、反應器反應腔室結構、標記系統(tǒng)、反應器保護系統(tǒng)組成的芯片，便有與其不足之處相應的尚待改進之處。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供制作簡便、成本較低、靈敏度高、樣品耗量小、檢測操作步驟少、反應介質分布均勻的高集成度分析芯片以及相關裝置。
我們在研制輸血檢測芯片、腫瘤標記物檢測芯片和肝炎檢測芯片的過程中，為了讓研制的芯片除了有更好的質量，而且在價格上也要比目前通用的Elisa試劑盒更具有競爭力，于是深深地感覺到提高此類芯片中的成本控制因素之一的基片的使用效率、或者說提高芯片的集成度是解決問題的關鍵之一。此外，亦發(fā)現(xiàn)為了通過降低檢測時對掃描儀的技術要求來降低對掃描儀的投資、及減少操作步驟、方便冼滌，減小反應器結構高度是很重要的。因此，把“反應器結構高度最小化和集成度最大化”作為一個重要的研究課題，形成了本發(fā)明。
本發(fā)明的目的是通過如下方式實現(xiàn)的
一種分析芯片，其含一個或一個以上的多個高度最小化的反應器，所述反應器至少包括一個或多個毛細寬帶反應腔室(1)、高度最小化的反應器結構(2)、及任選的標記系
8統(tǒng)凸體(3)，所述反應器結構至少包括開放式隔離結構(4)、及任選的凸流路、及任選的反應器保護結構，而且
(a)所述毛細寬帶反應腔室包括分別由頂面元件和底面元件提供的寬度大于 600 μ m的頂面(5)和底面(6)、固定在所述頂面或/和底面上的片基探針區(qū)(7)內的探針、所述頂面和底面之間高度1-1000 μ m、優(yōu)選1-500 μ m的封閉式隔離結構(8)及進液口(9) 和出液口(10)，且所述頂面和底面的尺寸、間距和材質的選擇使得反應介質可以在所述腔室中形成毛細現(xiàn)象；
(b)所述凸流路包括高度大于0. 05-1000 μ m、優(yōu)選0. 05-500 μ m,寬度50-4000 μ m
的高親水凸體；
(c)所述開放式隔離結構包括寬度為0. 5-10mm的片基空白區(qū)，或/和高度小于 1000 μ m、優(yōu)選小于500 μ m的疏水凸體或/和高疏水凸體或/和吸水凸體；
(d)所述標記系統(tǒng)凸體為不掩蔽所述探針的含標記物的凸體；
(e)所述保護結構包括其底面與所述片基探針區(qū)所在平面間距小于1000 μ m、優(yōu) 選小于500 μ m的保護元件，所述保護元件在不欲加入樣品時封閉至少部分反應器結構，而在欲加入樣品時其被全部或部分不可逆地去除；
其中所述片基探針區(qū)和片基空白區(qū)在同一片基同一平面上且吸水率小于0. lg/g、表面靜態(tài)水接觸角為40-80度，所述高疏水凸體、疏水凸體、高親水凸體、吸水凸體分別為至少部分表面分別含高疏水材料、疏水材料、高親水材料、吸水材料的凸體，所述高疏水材料的表面靜態(tài)水接觸角比所述片基探針區(qū)的表面靜態(tài)水接觸角大40度以上，所述疏水材料的表面靜態(tài)水接觸角為55-80度，所述高親水材料的表面靜態(tài)水接觸角小于40度，所述吸水材料的吸水率大于0. lg/g。
本發(fā)明的毛細寬帶反應腔室與目前的封閉式流動芯片的反應腔室的不同之處至少在于前者要求進行其頂面或/和底面的尺寸、間距和材料性質的選擇以使反應介質可以在所述腔室中形成毛細現(xiàn)象，而后者不要求有此選擇因而必需引入其它介質分散機制、例如腔室中加膜等。
本發(fā)明的毛細寬帶反應腔室與目前的微通道芯片的微通道反應腔室的不同之處至少在于前者具有寬的片基探針面(> 500μπι)以固定較大的探針陣列而后者則無寬的片基探針面(> 500 μ m)，以及前者可用較大流量的毛細現(xiàn)象直接進行介質分布、而后者只有極小流量的毛細現(xiàn)象故使用時需外加能量進行介質分布。
本發(fā)明的毛細寬帶反應腔室與毛細管芯片的不同之處至少在于前者由兩個面及兩面之間的結構形成的一個毛細結構可固定較大的探針陣列，而后者則不能。
本發(fā)明的毛細寬帶反應腔室的頂面和底部可以是矩形、圓形等各種幾何形狀。所述頂面或/和底面的材料、特別是所述片基探針區(qū)的材料可以是選自于以下之一或任意兩種或兩種以上的組合玻璃、硅和硅化合物、金屬氧化物、金屬和聚合物材料及它們各自的衍生物等。其中的探針陣列，也可以有矩陣式、虛線式、實線式等各種有序分布。實際上，根據(jù)芯片不同的使用，可以有也應當有配基有序分布方式的不同選擇。所述探針可以是選自于以下組中的一種或兩種及兩種以上任意組合的物質抗原、抗體、配體、配體指數(shù)增強系統(tǒng)進化技術(SELEX)篩選的適配分子、多肽和單鏈或多鏈DNA、核苷酸、聚核苷酸、糖、共酶、輔因子、抗生素、類固醇、病毒、細胞。[0033]本發(fā)明的凸流路特別區(qū)別于現(xiàn)有芯片中的微流路，后者需要加工溝、槽或封頂是一種凹流路，其加工復雜、成本昂貴。
本發(fā)明的標記系統(tǒng)凸體可以有不同的幾何形態(tài)，例如點、線、帶、球體、等等。
在根據(jù)本發(fā)明的芯片中，所述毛細寬帶反應腔室的優(yōu)選方案為所述封閉式隔離結構的高度1-300 μ m、更優(yōu)選為30-100 μ m，所述頂面和底面的寬度1000-15000 μ m、長度大于ΙΟΟΟμπι。所述毛細寬帶反應腔室的所述進液口和出液口的寬度與所述底面和頂面的寬度相等或不相等，它們的高度與所述底面和頂面間的間距相等或不相等。我們發(fā)現(xiàn)，在利用毛細現(xiàn)象直接進行介質分布的情況下，保持一定的腔室高度(例如30μπι)是必要的。此外，我們還發(fā)現(xiàn)，即使利用機械外力分布反應介質，保持一定的腔室高度也是有利于避免氣泡等分布不均現(xiàn)象。
在根據(jù)本發(fā)明的芯片中，所述毛細寬帶反應腔室的優(yōu)選方案為所述頂面和底面的寬度 1500-15000mm、更優(yōu)選為 2500_15000mm。
在根據(jù)本發(fā)明的芯片中，所述毛細寬帶反應腔室的所述封閉式隔離結構包括下述一種或多種可逆或不可逆密封結構熱密封結構，化學密封結構，可逆或不可逆粘膠層，高疏水層，和包括高分子材料彈性涂層、片、帶的機械密封件。所述封閉主要指頂面元件和底面元件之間除進液口和出液口以外的邊界的封閉。包括粘合或/和熱融合或/和HF或硅酸鈉低溫鍵合的方式形成的封閉主要是不可逆封閉。膠粘方式形成的封閉可是不可逆封閉也可是可逆封閉。高疏水隔水密封和機械密封方式形成的封閉主要是可逆封閉。不可逆封閉在需要時可通過機械作用開放頂面或底面形成開放式腔室。所述機械密封件均有一定彈性，例如其邵爾硬度20-100度、等等，其可由橡膠(例如天然橡膠及其衍生物；合成橡膠、如丁腈膠、丁基膠、氟橡膠、硅橡膠、氟硅橡膠等)及各種有機聚合物(如有機硅聚合物、含氟聚合物、聚碳酸脂、塑料等)制成。
在根據(jù)本發(fā)明的芯片中，所述毛細寬帶反應腔室的所述底面或/和頂面處的底面元件或/和頂面元件厚度小于1mm、優(yōu)選小于0.2mm，且檢測光線透過率大于90%。本發(fā)明中，此一透明元件的例子為高0. 15mm的蓋玻片或活化蓋玻片。因而，本發(fā)明的芯片可直接由信號檢測儀器檢出反應結果，所述信號檢測儀器包括共聚焦激光掃描儀和激光掃描儀。在實施例中，當頂面元件蓋玻片足夠薄時(例如< 0. 15mm)，本發(fā)明的芯片可直接用于掃描儀掃描而不需作拆卸處理，有無蓋玻片所得到的結果并無明顯不同。
在根據(jù)本發(fā)明的芯片中，在所述毛細寬帶反應腔室的底面和頂面中僅一個面固定有配基，且固定配基的面具有親水性質而不固定配基的面具有疏水性質。其所述底面的材質為玻璃，而所述頂面其材質為親水或疏水塑料。
在根據(jù)本發(fā)明的芯片中，所述毛細寬帶反應腔室的所述片基探針區(qū)中有一個區(qū)域固定有一種或多種配基，而另有一個區(qū)域固定有一種或多種與所述配基相應的配體。所述配基和配體包括抗原和抗體。例如與所述抗原相應的抗體、抗抗體等。本發(fā)明的芯片提供了一種新的、高靈敏度的、可同時檢測抗原及其相應抗體的工具。
在根據(jù)本發(fā)明的芯片中，所述凸流路為高親水涂層。需要時該凸流路的隔離結構為高度小于1000 μ m、優(yōu)選小于500 μ m的疏水凸體或/和高疏水凸體。
在根據(jù)本發(fā)明的芯片中，所述凸流路中還可固定有分離介質，所述分離介質包括電泳介質或層析介質。
10[0043]在根據(jù)本發(fā)明的芯片中，所述高疏水凸體、疏水凸體、高親水凸體、吸水凸體分別由液態(tài)材料固化在所述芯片表面而形成、或/和由固態(tài)材料固定在所述芯片表面而形成，其中所述液態(tài)材料包括分別含有所述高疏水材料、疏水材料、高親水材料、吸水材料的溶液、涂料、凝膠、乳液，所述固態(tài)材料包括分別含有所述高疏水材料、疏水材料、高親水材料、吸水材料的片、膜、板、帶、粉。用液態(tài)材料固化法制備所述凸體的例子為A、提供能夠結合到基片上的所述液態(tài)材料；B、將其涂覆在基片上指定的位置；C、干燥或/和加固化劑固化涂覆物質以形成固態(tài)覆涂層；其中的固化反應，包括氧化聚合型(例如含干性油改性的漆等)、溶劑揮發(fā)型(例如常溫干燥固化的清漆等)、固化劑固化型、加溫固化型、生物酶催化型(例如大漆等)、等等。用固態(tài)材料固定法制備所述凸體的例子為A、提供能夠結合到基片上的已成型的固態(tài)物質；B、將所述固體物質以膠粘或/和熱貼合方法結合在基片上指定位置。
在根據(jù)本發(fā)明的芯片中，所述高疏水凸體的高度優(yōu)選為0. 1-100 μ m。實際上，在實施例中，當其高度為20-50 μ m時，也可達到令人滿意的效果。
在我們的研究中，我們發(fā)現(xiàn)高疏水性可以作為芯片的一種反應器隔離機制，有效地把水溶液限制在高疏水材料包圍的親水基片表面。表1列出了一些高疏水材料涂層的隔離效果。
表1 一些高疏水材料涂層的隔離效果
高疏水涂層靜態(tài)水接觸角涂層寬度涂層厚度親水基片表面積加水量90度垂流有機硅涂料95度Imm30—40 μ ill16mm220 μ 1—納米紡織物155度Imm400 U m16mm230 Ul—納米氧化硅CDJ7160度Imm20-30 μ m16mm230 μ 1一黑漆(創(chuàng)可噴)85度Imm< 5um16mm215 μ 1—無涂層基片45度——16mmIOul+
表中90度垂流是指將芯片相對水平面旋轉90度，觀察水往下垂流，有流動為陽性反應(+)，無流動為陰性反應(_)。
在根據(jù)本發(fā)明的芯片中，所述高疏水材料的表面靜態(tài)水接觸角優(yōu)選比所述片基探針區(qū)的表面靜態(tài)水接觸角大70度以上、更優(yōu)選大90度以上、特別優(yōu)選大110度以上。
在根據(jù)本發(fā)明的芯片中，所述高疏水材料包括高疏水有機材料或/和高疏水納米材料。所述高疏水材料包括下述一種或多種材料高疏水有機硅材料及其衍生物、高疏水氟樹脂及其衍生物、高疏水聚合物和含高疏水納米微粒的涂料或/和固態(tài)材料。所述的有機硅材料是以硅氧烷鍵為基礎的有機硅聚合物、共聚物或其高疏水衍生物。所述的氟樹脂包括氟樹脂低聚體、聚四氟乙烯(PTFE)、共聚氟樹脂(PFEP)、聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯。所述的高疏水聚合物包括高疏水聚丙烯、聚丙烯酸脂及其衍生物。所述高疏水納米微粒的涂料或/和固態(tài)材料中，所述納米微粒包括直徑為Inm-IOOnm的下列一種或一種以上的納米微粒金、釩、鉛、銀、鐵及其氧化物粉體，氧化硅、氧化鈦、氧化鋁粉體、及它們的衍生物。
在根據(jù)本發(fā)明的芯片中，所述疏水凸體包括疏水涂層，該疏水涂層包括反應器的有色標記線、條。
在根據(jù)本發(fā)明的芯片中，所述高親水材料的表面靜態(tài)水接觸角優(yōu)選小于30度。所述高親水材料包括高親水納米材料(例如高親水納米材料)和高親水高分子材料(例如高親水聚丙烯酸涂料)。
在根據(jù)本發(fā)明的芯片中，所述吸水材料包括天然吸水材料、親水無機化合物的固相多孔物質及合成高分子吸水材料。所述吸水材料包括下述一種或多種材料含毛細管結構紙制品、棉制品、海綿及其改性物，鈣鹽，纖維素系吸水材料、淀粉系吸水材料、合成樹脂系及其接枝、嵌段、共聚產生的化合物吸水材料。
在根據(jù)本發(fā)明的芯片中，所述標記系統(tǒng)凸體的優(yōu)選方案為控制緩釋標記系統(tǒng)凸體，且其中所包括的標記物的半釋期大于10秒、優(yōu)選大于30秒。控制緩釋標記系統(tǒng)的一個例子為程序式釋放體系，其中標記物釋放的速率、滯后時間主要由體系自身材料及結構來決定。所述標記系統(tǒng)凸體中的所述標記物，其標記方法包括化學發(fā)光標記，激發(fā)發(fā)光標記，非選擇性光反射標記及選擇性光反射標記。標記物含有標記物質及配基，其中所述標記物質包括酶、熒光染料、化學發(fā)光催化劑、有色金屬或有色金屬鹽、染料和顏料、等等，所述配基包括抗原、抗體、生物素、藥物配基、多肽、DNA、RNA及其片斷、等等。在本發(fā)明中，“標記物半釋期”是在標記反應的條件下標記物從控制緩釋標記系統(tǒng)向反應器中釋放50%所需的時間。顯然，本發(fā)明的標記系統(tǒng)為控制緩釋標記系統(tǒng)?？刂凭忈寴擞浵到y(tǒng)凸體可以有不同的技術方案，例如內含液態(tài)或固態(tài)標記物的控制緩釋劑球體或其它立體、含有標記物和控制緩釋劑的點或線等。在此情況下，所述標記系統(tǒng)凸體的高度小于1000 μ m，且固定在反應器中探針陣列周圍、或固定在探針陣列內形成探針/標記系統(tǒng)陣列。
所述控制緩釋標記系統(tǒng)包括標記物和控制緩釋劑。本發(fā)明所述的控制緩釋劑是指具有控制或參與控制標記物釋放的速度和滯后的性質的物質，例如通過其可控網絡密度漲落而釋放標記物的擴散控制緩釋劑、通過其可控降解而釋放標記物的化學反應控制緩釋劑、通過其被溶劑可控活化(例如溶解)而釋放標記物的溶劑活化控制緩釋劑、通過膜內吸水膨脹物質而而使包膜脹裂崩解而快速釋放出標記物的可控釋放劑、等等。通過利用擴散控制緩釋系統(tǒng)，標記物由于擴散控制緩釋劑(例如溶漲性適中的聚合物)網絡密度漲落而釋放；通過利用化學反應控制緩釋系統(tǒng)，標記物由于化學反應控制緩釋劑(例如可降解的聚合物)降解而釋放；通過利用溶劑活化控制緩釋系統(tǒng)，標記物由于溶劑活化控制緩釋劑 (例如包膜)被溶劑活化(例如溶解)而釋放。例如，由標記物均勻分散或包埋在水溶性適中的聚合物(控制緩釋劑)中形成的擴散控制標記系統(tǒng)，其中標記物釋放的速度由聚合物溶漲或溶解速度控制，以滿足檢測過程中不同步驟對標記物濃度的不同需要。又例如，由標記物均勻分散或包埋在可降解的聚合物中(控制緩釋劑)形成的化學反應控制標記系統(tǒng)，其中標記物釋放的速度，在加樣時實際上為零，在標記時由于加入降解劑(例如酶)而使聚合物降解從而使標記物釋放出來。又例如，由標記物與包膜(控制緩釋劑)形成的溶劑活化控制標記系統(tǒng)，其中標記物釋放的速度、滯后由包膜溶漲或溶解速度控制。
在根據(jù)本發(fā)明的芯片中，所述控制緩釋標記系統(tǒng)凸體包括所述標記物與控制緩釋劑形成的單重或多重夾心結構，所述夾心結構是指濃度分布在內部高于外部的結構。在多重夾心結構中，可以含有一種或多種標記物及一種或多種控制緩釋劑，如第一重為標記物第二重為增強劑的結構。[0057]所述控制緩釋劑包括水可溶性或水溶液可致崩解的有機物。水可溶性有機物包括天然水溶性有機物、半合成水溶性有機物及合成水溶性有機化合物等。所述有機物包括下述一種或多種物質碳水化合物及其衍生物、植物淀粉及改性淀粉、植物膠、動物膠、改性纖維素、聚合物和縮合物。
在根據(jù)本發(fā)明的芯片中，所述保護元件包括下述一種或多種材料有機材料膜、片，金屬-有機材料復合膜、片，玻片。該保護元件與所述反應器通過包括下述一種或多種可逆或不可逆密封結構連接熱密封結構、化學密封結構、及可逆或不可逆粘膠層。在本發(fā) 明中，所述保護元件作了方便去封閉的預切割。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，其提供一種分析芯片，該芯片包含一個或一個以上的多個高度最小化反應器，所述反應器至少包括探針、片基探針區(qū)、高度最小化的開放式隔離結構、及任選的反應器保護結構，而且所述開放式隔離結構包括相對于片基探針區(qū)其高度 0. 1-1000 μ m、優(yōu)選0. 1-500 μ m的高疏水凸體或/和吸水凸體，及寬度0. 2-3. Omm的片基空白區(qū)，其中所述片基探針區(qū)和片基空白區(qū)在同一片基同一平面上且表面靜態(tài)水接觸角為 40-80度，所述高疏水凸體和吸水凸體至少其部分表面分別含高疏水材料和吸水材料，所述高疏水材料的表面靜態(tài)水接觸角比所述片基探針區(qū)的表面靜態(tài)水接觸角大40度以上，所述吸水材料的吸水率大于0. lg/g。實際上，這種分析芯片包括本發(fā)明的高疏水隔離結構分析芯片、吸水隔離結構分析芯片、高疏水/吸水隔離結構分析芯片。本發(fā)明的隔離結構可應用于所有的芯片類型，例如反應池之間的最小距離比其延伸線上的反應池寬度長20%以上的芯片；含加液結構或/和出液結構的芯片；反應器加液區(qū)和/或出液區(qū)中可包含有下列一種或一種以上的控制反應介質定向流動速度的結構的芯片；雙面芯片；等等。本發(fā)明的隔離結構中包含有與片基探針區(qū)位于同一平面、寬度大于0. 2mm的片基空白區(qū)，這對于芯片而言是非常重要、不可或缺的。同酶標板等固定一種探針的裝置不同，芯片反應器中固定的通常是不同探針的陣列，要求陣列中每一探針的反應環(huán)境具均一性。而高疏水凸體或吸水凸體或高疏水/吸水復合凸體的存在，將改變其周圍確定寬度的區(qū)域內的反應條件。因而，在片基探針區(qū)與凸體之間必需要有一個不固定有效探針的空白區(qū)。經過我們大量的實驗發(fā)現(xiàn)，此一空白區(qū)的寬度主要決定于凸體高度和高疏水材料表面靜態(tài)水接觸角或吸水材料吸水率。這里的凸體，可在片基表面上構成不同的幾何圖案，例如單線、多線、帶、格子等。高疏水/吸水復合凸體的一個例子是距片基探針區(qū)較近處為高疏水凸體而較遠處為吸水凸體。在該芯片中，所述反應器為開放式反應器，其中開放式隔離結構所包括的高疏水凸體、吸水凸體以及保護結構與以上所述相同。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，其提供一種分析芯片，該芯片包含一個以上的多個高度最小化的開放式反應器，所述反應器為非流動式反應器、且至少包括探針、片基探針區(qū)、高度最小化的開放式隔離結構、及任選的反應器保護結構，而且所述開放式隔離結構為寬度I-IOmm的片基空白區(qū)及任選的相對于片基探針區(qū)其高度0-1000 μ m、優(yōu)選0-500 μ m的疏水凸體，其中所述片基探針區(qū)和片基空白區(qū)在同一片基同一平面上且吸水率小于0. Ig/ g、表面靜態(tài)水接觸角為40-80度，所述疏水凸體至少其部分表面含疏水材料，所述疏水材料其表面靜態(tài)水接觸角為55-80度。實際上，這種分析芯片是本發(fā)明的空白隔離結構分析芯片。與很多人的想象不同，我們通過反復試驗非常驚奇地發(fā)現(xiàn)，即使沒有隔離凸體，當有寬度I-IOmm的片基空白區(qū)時，在優(yōu)選的加液量(例如10 μ m加在16mm2上)和反應條件下
13(例如37°C 30分鐘)，反應時并不發(fā)生交叉污染。殘留反應物可通過吸水物吸、吸管吸、甚至直接沖洗，而不發(fā)生交叉污染。本發(fā)明的空白隔離結構分析芯片中，任選的疏水凸體并不是隔離主體，而往往作為標記線或/和隔離輔助物而使用。在該芯片中，所述反應器為開放式反應器，其中開放式隔離結構所包括的高疏水凸體、吸水凸體以及保護結構與以上所述相同。
根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，其提供一種分析芯片，該芯片包含一個或一個以上的多個高度最小化的反應器，所述反應器為流動式或非流動式反應器，且至少包括一個或多個高度最小化的毛細寬帶反應腔室、及任選的反應器保護結構，而且所述毛細寬帶反應腔室其高度小于1000 μ m、優(yōu)選小于500 μ m，包括分別由頂面元件和底面元件提供的寬度大于600 μ m的頂面和底面、固定在所述頂面或/和底面上的片基探針區(qū)內的探針、所述頂面和底面之間的封閉式隔離結構及進液口和出液口，且所述頂面和底面的尺寸、間距和材質的選擇使得反應介質可以在所述腔室中形成毛細現(xiàn)象，其中所述片基探針區(qū)其吸水率小于 0. lg/g且表面靜態(tài)水接觸角為40-80度。實際上，這種分析芯片是本發(fā)明的毛細寬帶反應腔室分析芯片。所述反應器為流動式或非流動式反應器。從探針固定情況看，其至少包括三種形況探針固定在底面元件包括的片基上、探針固定在頂面元件包括的片基上、探針分別固定在底面元件和頂面元件包括的片基上。從入液口、出液口位置看，其也至少包括三種形況它們可分別在底面元件上、在頂面元件上、在底面元件和頂面元件之間。本發(fā)明的毛細寬帶反應腔室分析芯片與目前的封閉式流動芯片、微通道芯片、及毛細管芯片的不同之處，參考上述本發(fā)明的毛細寬帶反應腔室與這些現(xiàn)有芯片的反應器的不同之處。
在該芯片中，所述毛細寬帶反應腔室和保護結構與以上所述相同。
根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，其提供一種分析芯片，該芯片包含一個或一個以上的多個高度最小化反應器，所述反應器為流動式或非流動式反應器，其至少包括探針、片基探針區(qū)、相對于片基探針區(qū)其高度其高度1-1000 μ m、優(yōu)選1-500 μ m的凸流路、及任選的反應器保護結構，而且所述凸流路為寬度5-4000 μ m的高親水凸體，其中所述片基探針區(qū)其吸水率小于0. lg/g且表面靜態(tài)水接觸角為40-80度，所述高親水凸體為至少部分表面分別含高親水材料的凸體，所述高親水材料的表面靜態(tài)水接觸角小于40度。實際上，這種分析芯片是本發(fā)明的凸流路分析芯片，其中的凸流路可連通下列一種及多種結構樣品池、試劑池、檢測池、廢液池、分離器、等等。所述反應器為流動式或非流動式反應器。本發(fā)明的凸流路分析芯片與現(xiàn)有微流路分析芯片的不同，參考上述本發(fā)明的凸流路與現(xiàn)有微流路的不同之處。同樣，其凸流路和保護結構與以上所述相同。
在該芯片中，所述反應器為開放式反應器，該反應器包括如上所述的開放式隔離結構。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，其提供一種分析芯片，該芯片包含一個或一個以上的多個高度最小化反應器，所述反應器至少包括探針、片基探針區(qū)、標記系統(tǒng)凸體、及任選的反應器保護結構，所述標記系統(tǒng)凸體為不掩蔽所述探針的含標記物的凸體。實際上，這種分析芯片是本發(fā)明的固定化標記物分析芯片。在該芯片中，所述反應器為開放式反應器，而且其中的標記系統(tǒng)凸體和保護結構都與以上相同。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，其提供一種分析芯片，該芯片包含一個以上的多個高度最小化的反應器，所述反應器包括易拆零片基或/和高度最小化的反應器保護結構，其中所述易拆零片基為在使用時容易按需拆離的片基，所述保護結構包括與所述探針所在平面間距小于1000 μ m、優(yōu)選小于500 μ m的保護元件，所述保護元件在不欲加入樣品時封閉全部或部分反應器結構、在欲加入樣品時其被全部或部分不可逆地去除。實際上，這種分析芯片是本發(fā)明的可零用分析芯片，其包括兩種類型拆零芯片和開零芯片。前者使用，易拆零片基(例如預作切割處理的活化玻片、金屬片、塑料片、等等)，后者使用反應器封閉元件(例如通過機械切割加工有易吸脫區(qū)域的塑料片、鋁塑膜和有無易吸脫區(qū)域的塑料薄膜、等等)。該芯片的保護結構與以上所述相同。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，其提供一種高密度反應器分析芯片，其中一個片基的至少一個面上的反應器密度大于2個/cm2、優(yōu)選大于3個/cm2，且所述反應器的隔離結構的高度小于1000 μ m、優(yōu)選小于500 μ m。在該芯片中，反應器的密度優(yōu)選大于5個/cm2。更優(yōu) 選的是，所述反應器為如上所述的隔離高度最小化的反應器。
本發(fā)明還涉及用于以上芯片中的頂面元件或底面元件，該頂面元件或底面元件包括所述片基探針區(qū)及其內固定的所述探針。例如，形成上述毛細寬帶反應腔室的頂面元件或/和底面元件，所述元件除含有所述片基探針區(qū)及探針外，還可含有部分或全部腔室壁、部分或全部進液口和出液口、部分或全部密封結構(例如彈性涂層和阻濕潤涂層)、和其它芯片結構(例如定位結構)。所述頂面元件的材料可以是選自于以下之一或任意兩種或兩種以上的組合玻璃、硅、金屬氧化物、金屬和聚合物材料及它們各自的衍生物。
本發(fā)明還涉及用于以上芯片中的基片，其包括一個以上的多個片基探針區(qū)及下述一種或一種以上的多種反應器結構。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，其提供一種定性或/和定量分析方法，該方法包括 (a)將樣品加入分析芯片開放式反應器并在其中反應；(b)所述反應完成后不將剩余樣品從所述反應器中吸出即直接進行下一步操作，所述下一步操作包括洗滌或標記。在該方法中，所述開放式芯片為如上所述的開放式多反應器芯片。
本發(fā)明還涉及一種定性或/和定量分析方法，該方法包括(a)將樣品加入分析芯片反應器并在其中進行探針選擇性反應和標記反應；(b)洗滌并分析所述反應的結果。在該方法中，所述芯片為如上所述的芯片。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，其提供一種檢測裝置，該裝置包括將芯片反應器中反應完成后的剩余物凈化的部件，所述部件是通過用吸水率大于0. 5g/g的吸水物吸收、或/ 和將所述芯片與水平面形成一夾角直接沖洗來進行所述凈化的，所述夾角大于5度。
本發(fā)明的高集成度分析芯片的優(yōu)點是制作簡易、成本較低、隔離可靠、介質分布均勻、消耗反應介質少，靈敏度高、操作方便等。
本發(fā)明的高疏水隔離結構分析芯片、吸水隔離結構分析芯片、高疏水/吸水復合隔離結構分析芯片、和空白隔離結構分析芯片的優(yōu)點是由于實現(xiàn)了隔離結構高度最小化，可以使得反應器數(shù)目最大化和/或樣品加入量最小化和/或易于洗滌更容易實現(xiàn)，且可用共聚焦激光掃描儀或激光掃描儀直接掃描。
本發(fā)明的毛細寬帶反應腔室芯片的優(yōu)點是既克服了封閉式腔室芯片的介質分布不勻(例如出氣泡)及所需樣品和標記物較多的弱點、又克服了毛細管芯片生產復雜成本高的弱點，具有制作簡便，靈敏度高，消耗反應介質少，操作方便等優(yōu)點。
本發(fā)明的凸流路芯片的優(yōu)點是可通過凸體材質選擇控制流速，且加工方便成本低。
本發(fā)明的固定化標記物分析芯片的優(yōu)點是通過引入控制緩釋標記系統(tǒng)，可以減小虎克現(xiàn)象影響從而提高檢測方法和裝置的靈敏度；可以減少操作步驟及機械輸運系統(tǒng)以提高檢測及檢測裝置的效率，降低了檢測自動化的難度；由于在干燥狀態(tài)，可以有更高的標記物穩(wěn)定性。
本發(fā)明的可零用分析芯片芯片的優(yōu)點是根椐一次檢測的需要在一個芯片上僅使用部分反應器而不影響其它反應器的保存，可以降低檢測成本。

圖IA是根據(jù)本發(fā)明的一種多毛細寬帶反應腔室芯片的示意圖；
圖IB是圖IA所示芯片沿a-a線的剖面圖；
圖2A-2E是本發(fā)明芯片的各種反應器及結構的示意圖；以及
圖3A和3B是本發(fā)明毛細寬帶反應腔室密封結構的底面元件的俯視圖，而圖3C和 3D是其頂面元件的仰視圖。
1、毛細寬帶反應腔室2、反應器結構3、標記系統(tǒng)凸體[0084]4、開放式隔離結構5、頂面6、底面[0085]7、片基探針區(qū)8、封閉式隔離結構9、進液口[0086]10、出液口11、頂面元件12、底面元件[0087]13、頂面進液結構14、頂面出液結構15、頂面定位結構[0088]16、頂面密封元件
具體實施方式
術語定義
本發(fā)明術語“分析芯片”簡稱為“芯片”，包括但不限于英語中的Biochip、 Microarray, Bioarray，是指定性和/或定量分析中的一種檢測裝置，其反應器中微量配基同樣品中的目標分子發(fā)生特異反應的結果可以以可尋址的方式進行識別。芯片包括微通道芯片(相當于英語中的MicroChannel Biochip)和微陣列芯片(相當于英語中的Biochip、 Microarray, Bioarray)，但眾所周知不包括現(xiàn)有的快檢試劑條。本發(fā)明的芯片含有單反應器或多反應器且有無標記系統(tǒng)，反應器中配基在片基上的分布密度大于10點/cm2，且每個配基點的面積不大于1mm2。
本發(fā)明術語“檢測裝置”是指定量或/和定性檢測過程中所用的包含有用以同樣品目標物作用的配基的用品，例如含有捕獲配基的儀器、耗材和含有捕獲配基和標記配基的標記試劑盒。例子有分析芯片、酶標板、親和電泳條、親和層析柱、平面層析試劑條、分析芯片試劑盒、酶標板試劑盒、親和電泳試劑盒、等等。定量或/和定性檢測過程可以在體外進行、也可以在體內進行。
本發(fā)明術語“探針”是指所有可以以可尋址的方式固定在固相載體上的、具有捕捉樣品中的目標物的活性的物質，例如DNA、多肽、細胞、組織等生物成分。
本發(fā)明術語“配基”相當于英文的Ligand，是指用以通過相互作用(包括親和作用、離子交換、親油作用、等等)捕獲其配體(相當于英文的Ligate)、且可以與標記物質結
16合形成標記物的物質，例如下述之一種或多種物質抗原、抗體、配體、配體指數(shù)增強系統(tǒng)進化技術篩選的適配分子、配基、多肽、多糖、共酶、輔因子、抗生素、類固醇、病毒、細胞、生物素、親和素等。
本發(fā)明術語“標記物質”是指用以形成或參與形成檢出信號的物質，例如芯片檢測常用標記物中的羅丹明、CY3、CY5等。
本發(fā)明術語“片基”是指芯片中用以固定探針的固相載體。
本發(fā)明術語“反應室”是指反應器中探針與目標物的反應的場所。反應室包括反應池和反應腔室。反應池特指反應時探針陣列上方為開放的反應場所。反應腔室特指反應時探針陣列上方為封閉的反應場所。反應池包括片基池和探針。反應腔室包括片基腔室和探針。片基池和片基腔室都包括片基與反應器隔離結構。
本發(fā)明術語“反應器”是指探針與目標物的反應的場所及與之連通的全部結構組成的整體。反應器包括邊界或隔離結構、片基、固定在片基上的探針、及相連通的其它相關結構(例如流路、進液結構、出液結構、固定化標記物、等等)。此外，本發(fā)明中按照芯片上反應器的數(shù)目n，芯片被定義為單反應器芯片(η = 1)和多反應器芯片(η等于或大于2)；按照檢測過程中所加入的液相介質能否在反應器中定向流動，反應器被定義為流動反應器和非流動反應器，且將以流動反應器和非流動反應器為特征的芯片分別定義為流動芯片和非流動芯片；按照反應器探針陣列上方在整個檢測過程中是否開放，將反應器分別定義為開放式和非開放式反應器，且將以此反應器為特征的芯片分別定義為開放式和非開放式芯片。芯片反應器通常同時具有上述幾種反應器的性質。本發(fā)明中，這些反應器被定義為以其所具有的全部性質為共同特征的反應器，以此反應器為特征的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物的開放結構，且所加入的液相介質能在反應器中定向流動，則該反應器被定義為開放式流動反應器，相應的芯片被定義為開放式流動芯片，或簡稱開放式流動芯片；其它以次類推。
本發(fā)明術語“基片”是指用以制備芯片的、尚未固定探針的中間產品，其以片基為基礎、結合有無其它結構(例如隔離結構)、且在固定配基后形成芯片?；峡梢杂幸粋€ 或多個片基室。單片基室基片上通常沒有隔離結構，此時基片既是片基(例如市售的氨基玻片)。多片基室基片上有隔離結構，此時基片包括片基和隔離結構。片基室在固定上配基后形成反應器，多片基室基片形成多反應器芯片。
本發(fā)明術語“反應器結構”是指形成反應器的必須的片基、探針以外的其它結構，如隔離結構、流路結構等。
本發(fā)明術語“凸體”是指相對于片基探針區(qū)平面高度大于0的隆起結構，例如涂層、粘合體、等等。
本發(fā)明術語“反應器隔離結構”是指至少在加入樣品時避免反應器之間出現(xiàn)交叉污染的結構，包括用以隔離部分或全部反應器結構(例如反應池、反應腔室、流路、進液結構、出液結構、等等)的結構。反應器隔離結構包括開放式隔離結構和封閉式隔離結構。開放式隔離結構是指芯片使用時隔離結構上方無覆蓋物的反應器隔離結構。封閉式隔離結構是指芯片使用時隔離結構上方有覆蓋物的反應器隔離結構。
本發(fā)明術語“反應器流路結構”是指芯片反應器中的流路網絡。本發(fā)明凸流路是指流路中含有吸水或/和高親水材料而高于基片的凸體流路。[0103]本發(fā)明術語“反應器分離結構”是指芯片反應器中的具有樣品組分分離功能的結構。
本發(fā)明術語“標記系統(tǒng)”是指芯片(包括芯片裝置和芯片試劑盒)中用以對芯片反應器中的反應進行標記的系統(tǒng)。
本發(fā)明術語“反應器保護系統(tǒng)”是指在芯片的貯、運過程和其上部分反應器的使用過程中使得未使用反應器不與任何反應介質接觸且保持其固有活性的系統(tǒng)。反應器保護系統(tǒng)與反應器隔離結構是不同的。
本發(fā)明術語“多肽”相當于英語中的“polyp印tide”，包括天然或合成蛋白質、蛋白質片斷、合成肽、等等，免疫檢測中通常的目標物和檢測中通用的配基、例如抗原、抗體、等等都屬于多肽。
本發(fā)明術語“納米微?！笔侵冈谌S空間中至少有一維小于500nm、優(yōu)選為 I-IOOnm的固相載體微粒。
本發(fā)明術語“毛細寬帶反應腔室芯片”是指含一個或一個以上的多個毛細寬帶反應腔室的芯片。
本發(fā)明術語“凸流路芯片”是指含凸流路的芯片。
本發(fā)明術語“高疏水隔離結構分析芯片”是指含包括高疏水凸體的隔離結構的芯片。
本發(fā)明術語“吸水隔離結構分析芯片”是指含包括吸水凸體的隔離結構的芯片。
本發(fā)明術語“空白隔離結構分析芯片”是指含包括寬度為0. 5-10mm的片基空白區(qū) 及任選的疏水凸體的隔離結構的芯片。
本發(fā)明術語“高疏水/吸水復合隔離結構芯片”是指含包括高疏水/吸水復合凸體的隔離結構的芯片。
本發(fā)明術語“固定化標記物分析芯片”是指含固定化標記物的芯片。
本發(fā)明術語“可零用分析芯片”是指在一塊多反應器芯片上，可根據(jù)需要一次僅用一部分反應器而不影響其它反應器的使用性能的芯片。
本發(fā)明術語“表面靜態(tài)水接觸角”是指靜態(tài)水在表面的接觸角。長時間以來，用一滴液體在固體物質表面的接觸角θ作為特定固定濕潤的量化測試，這一點是被廣為認可的。如果液體完全分散在表面上形成膜，接觸角θ為0、如果物質表面上的液珠存在一定角度，該表面被認為是不濕潤的。芯片中最常用的固相載體基片材料為玻璃，其表面靜態(tài)水接觸角約為45度。
以下將參考實施例以及附圖對本發(fā)明進行更為詳細地描述。但應認識到，本發(fā)明實施例僅給出本發(fā)明具體實施方式
的個別情況的例子。根椐這些實施例，本專業(yè)的技術人員應當知道本發(fā)明具體實施方式
的其它情況。
在本發(fā)明實施例中的片基包括親水片基和疏水片基。親水片基包括用已公開的環(huán)氧基化方法自制的環(huán)氧基載玻片和環(huán)氧基蓋玻片。疏水片基為自制的黑漆載玻片(見中國專利申請?zhí)?3117645. 3))。玻片購自美國ESCOSCIENTIFIC公司，載玻片的尺寸為 75X25X 1. 0mm，蓋玻片的尺寸為60X24X0. 15mm。本實施例中的探針購自北京人民醫(yī) 院肝病研究所，分別為HIV1+2抗原、HBs抗原、HCV抗原和HBs抗體，它們的點樣濃度均在 1. 0-1. 5mg/ml之間。在本實施例中，1號樣為HCV抗體陽性血清，2號樣為HIV1+2抗體陽性人血清，3號樣為HBs抗體陽性人血清，4號樣為HBs抗原人血清，5號樣品為陰性對照物。所有的樣品，均是經使用經典的單反應器開放式芯片在同等反應條件下預先檢測確定的。
實施例1 高疏水隔離結構分析芯片的制備及應用
在本實施例中，所用高疏水液態(tài)材料分別為“聚丙烯酸脂涂料”(中國成都晨光化工設計院提供，靜態(tài)水接觸度85度)、“有機硅防水涂料”(中國成都晨光化工設計院提供，靜態(tài)水接觸度116度)、“超高疏水乳膠漆”(中國成都晨光化工設計院提供，靜態(tài)水接觸度 123度)和“高疏水氧化硅涂料”(中國舟山明日納米材料公司提供，靜態(tài)水接觸度151度)，所用高疏水固態(tài)材料分別為"聚四氟乙烯不干膠帶"(中國成都晨光化工設計院提供，靜態(tài)水接觸度117度)和"納米紡織物"(中國舟山明日納米材料公司提供，靜態(tài)水接觸度 155度)。僅管本發(fā)明的反應器的隔離結構可以部分是、也可以全部是本發(fā)明的高疏水隔離結構，本實施例中只給出了最為簡單的情況作為例子。其它情況的例子還可在后面的實施例中出現(xiàn)。
1)高疏水隔離結構片基的制備
(1) M碰捕刪碰狐M趙離·豐斤郎P某
將上述高疏水液態(tài)材料涂抹在環(huán)氧基載玻片上反應器邊界位置上，按供貨方的使用說明在室溫干燥后固化，形成高度25-115 μ m、寬度2. 0-2. 5mm的高疏水凸體。高疏水凸體可以有不同幾何圖型，本例中僅取帶狀(凸體為一條帶)和線組合(例如凸體為有間隔的2條線)2種。高疏水凸體包圍的表面可以取各種幾何圖型，本例中僅取3mmX3mm矩形。在基片此一表面上，橫向共有10個片基池，縱向有個片基池，共有20個片基池。
(2)高疏Jk固杰材料固定法泡丨備高疏ι7 α鬲離結構分析芯片片基
將上述高疏水固態(tài)材料分別粘合在環(huán)氧基載玻片上反應器邊界位置上，形成高度 105-435 μ m、寬度2. 0-2. 5mm的高疏水凸體。高疏水凸體包圍的表面可以取各種幾何圖型，本例中高疏水凸體包圍的表面為3mmX3mm矩形。在基片此一表面上，橫向共有14個片基池，縱向有4個片基池，共有56個片基池。
2)高疏水隔離結構分析芯片的制備
實際上，本發(fā)明的芯片可以先固定探針再制備高疏水凸體，也可以先制備高疏水凸體得到上述片基再固定探針。本例使用后一方法。在上述片基池內距高疏水凸體0.5mm 以外的片基探針區(qū)內，用公知的探針點樣方法將上述3種抗原分別固定上去。每種抗原點 3個點，形成一個3X3探針陣列。芯片用牛血清白蛋白封閉后備用。完成后的反應器2的結構如圖2A所示，其包括片基探針區(qū)7和開放式隔離結構4。
3)高疏水隔離結構分析芯片的鑒定及應用
實驗時取上述芯片每種各10個，并對其反應池進行編號，每個芯片上橫向和縱向單數(shù)反應池內加入由1、2、3號樣品等量混合形成的陽性血清，橫向和縱向偶數(shù)反應池內加入陰性對照血清。標記物為按公知方法自制的羅丹明標記的鼠單抗。實驗時，加樣量為 10μ 1，標記物加入量為10μ 1。加樣反應后，不需像酶標板冼滌那樣將反應池中的未固定物吸盡后再洗滌，而是按下述方法之一洗滌(a)使反應池輕輕接觸吸水紙吸盡未固定物，然后用洗滌液沖洗一分鐘；(b)將玻片轉動與水平面成45度角，從上向下噴射冼滌液沖洗一分鐘；(c)將玻片轉動與水平面成180度角，從下向上噴射冼滌液沖洗一分鐘。加標記物及洗滌、干燥按公知方法進行。干燥后在進行掃描。掃描儀為共聚焦激光掃描儀(Afymetrix
19公司GMS 418芯片掃描儀)，掃描激發(fā)光波長532nm，發(fā)射光波長570nm，讀取的信號經處理軟件(JAGUARD)處理。定義交叉污染率為所獲結果與加入樣品不符的反應池數(shù)目除以所考察的反應池總數(shù)，實驗結果如表2。
表2
實施例2 吸水隔離結構分析芯片的制備及應用
在本例中，所用吸水材料分別為“淀粉接枝丙烯酸吸水膜(厚度80-100 μ m,吸水率450g/g，晨光化工設計院提供)”、“吸水紙(厚度80-100 μ m,吸水率150g/g，晨光化工設計院提供)”和“殼聚糖接枝丙稀腈吸水膜(厚度80-100 μ m,吸水率220g/g，晨光化工設計院提供)”。盡管本發(fā)明的反應器的隔離結構可以部分是、也可以全部是本發(fā)明的吸水隔離結構，本例中只給出了最為簡單的情況作為例子。
1)吸水隔離結構片基的制備
將上述吸水固態(tài)材料打出直徑3mm的園孔后分別粘合在環(huán)氧基載玻片上反應器邊界位置上，形成直孔為3mm的孔及高度105-435 μ m、寬度2. 0-2. 5mm的吸水凸體。吸水凸體可以有不同幾何圖型，本例中僅取帶狀(凸體為一條帶)。在基片此一表面上，橫向共有 10個孔，縱向有2個孔，共有20個孔(片基池)。
2)吸水隔離結構分析芯片的制備
制備方法同實施例1中高疏水隔離結構分析芯片的制備。芯片用牛血清白蛋白封閉后、干燥備用。
3)吸水隔離結構分析芯片的鑒定及應用[0139]實驗時取上述芯片每種各10個，并對其反應池進行編號，每個芯片上橫向和縱向單數(shù)反應池內加入由1、2、3號樣品等量混合形成的陽性血清，橫向和縱向偶數(shù)反應池內加入陰性對照血清。每個反應池的加樣量為7μ1，標記物加入量為7μ1。實驗方法同實施例 1。定義交叉污染率為所獲結果與加入樣品不符的反應池數(shù)目除以所考察的反應池總數(shù)。本例中制備的芯片上交叉污染率都為零。
實施例3 空白隔離結構分析芯片的制備及應用
在本例中，所用疏水材料分別為“黑色聚丙烯酸脂涂料”(中國成都晨光化工設計院提供，靜態(tài)水接觸度78度)和“黑漆”(中國成都晨光化工設計院提供，靜態(tài)水接觸度76 度)。所用片基為環(huán)氧基載玻片。盡管本發(fā)明的反應器的隔離結構可以部分是、也可以全部是本發(fā)明的空白隔離結構，本例中只給出了最為簡單的情況作為例子。
1)有標記線的空白隔離結構片基的制備
將上述疏水材料涂在環(huán)氧基載玻片上反應器邊界位置上，形成高度30-40 μ m、寬度500-1000 μ m的黑色標記線。在基片此一表面上，橫向共標記有14個片基池，縱向有4 個片基池，共有56個片基池。
2)空白隔離結構分析芯片的制備
(1)純空白隔離結構分析芯片的制備
純空白隔離結構分析芯片的空白隔離結構不含疏水凸體，直接在片基平面上固定多個探針陣列而成。本例中每個探針陣列的固定同于實施例1。橫向共固定有10個探針陣列，縱向有2個探針陣列，共有20個探針陣列。任兩個探針陣列之間有寬度為4. 5mm的空白區(qū)。芯片用牛血清白蛋白封閉后備用。
利用上述制備的有標記線的空白隔離結構片基制備，制備方法同于實施例1。
3)空白結構分析芯片的鑒定及應用
實驗時取上述芯片每種各10個，并對其反應池進行編號，每個芯片上橫向和縱向單數(shù)反應池內加入由1、2、3號樣品等量混合形成的陽性血清，橫向和縱向偶數(shù)反應池內加入陰性對照血清。每個反應池的加樣量為7μ1，標記物加入量為7μ1。實驗方法同實施例 1。定義交叉污染率為所獲結果與加入樣品不符的反應池數(shù)目除以所考察的反應池總數(shù)。本例中制備的芯片上交叉污染率都為零。
實施例4 高疏水/吸水復合隔離結構分析芯片的制備及應用
在本例中，所用高疏水液態(tài)材料為“有機硅防水涂料”(中國成都晨光化工設計院提供，靜態(tài)水接觸度116度)，所用吸水材料為“淀粉接枝丙烯酸吸水膜(厚度80-100μπι，吸水率450g/g，晨光化工設計院提供)”。盡管本發(fā)明的反應器的隔離結構可以部分是、也可以全部是本發(fā)明的高疏水隔離結構，本例中只給出了最為簡單的情況作為例子。
1)高疏水/吸水隔離結構片基的制備
將上述吸水固態(tài)材料打出直孔為3mm的孔后，將所述高疏水涂料涂在靠近孔 0. 5-1. Omm的地方，然后粘合在環(huán)氧基載玻片反應器位置上，形成直徑為3mm的孔及高度 105-435 μ m、寬度2. 0-2. 5mm的高疏水/吸水凸體。在基片此一表面上，橫向共有10個孔，縱向有4個孔，共有20個孔(片基池)。
2)高疏水/吸水隔離結構分析芯片的制備[0156]制備方法同實施例1中高疏水隔離結構分析芯片的制備。芯片用牛血清白蛋白封閉后、干燥備用。
3)高疏水/吸水隔離結構分析芯片的鑒定及應用
實驗時取上述芯片每種各10個，并對其反應池進行編號，每個芯片上橫向和縱向單數(shù)反應池內加入由1、2、3號樣品等量混合形成的陽性血清，橫向和縱向偶數(shù)反應池內加入陰性對照血清。每個反應池的加樣量為7μ1，標記物加入量為7μ1。實驗方法同實施例 1。定義交叉污染率為所獲結果與加入樣品不符的反應池數(shù)目除以所考察的反應池總數(shù)。本例中制備的芯片上交叉污染率都為零。
實施例5 緩釋標記分析芯片的制備及應用
本發(fā)明的緩釋標記分析芯片實際上是芯片反應器中包含有標記物控制釋放體系的芯片。同藥物控制釋放體一樣，本發(fā)明的標記物控制釋放體系也包括程序式藥物釋放體系和智能式藥物釋放體系，智能式藥物釋放體系包括外部調節(jié)式藥物釋放體系和智能凝膠。現(xiàn)有的藥物控制釋放體系的制備方法，可用于本發(fā)明的標記物控制釋放體系的制備。程序式藥物釋放體系中溶劑溶化體系的制備中的現(xiàn)有方法，包括用Ca2+離子交聯(lián)的對羥基苯甲酸聚磷腈水凝膠微球包埋藥物法，聚乳酸中空體包埋藥物和發(fā)泡劑法，水溶性聚合物如 HPC、HPMC微球色理法，或智能式藥物釋放體系中的外部調節(jié)式(通過光、熱、PH值、電磁、超聲波等)，藥物釋放體系的制備方法。
盡管本例中只給出最為簡單的制備例子來說明本發(fā)明的標記物控制釋放體系的制備，專業(yè)人士應知道，利用藥物控制釋放體系的制備方法可以制備很多種類的本發(fā)明的標記物控制釋放體系。
1)某些溶劑活化控制緩釋系統(tǒng)中標記物的半釋期
在本例中，控制緩釋標記系統(tǒng)由控制緩釋劑及賦形劑形成的膜包裹粉狀標記物而形成。標記物為酶標記羊抗人二抗(北京天壇生物制品股份有限公司)，控制緩釋劑為厚度 80-100 μ m的水溶性有機物(見表3)。控制緩釋系統(tǒng)活化方式為溶解，溶劑為PBS緩沖液。先將適當濃度的控制緩釋劑溶液涂在載玻片上形成尺寸ImmXlmmXO. Imm(長X寬X高) 的涂層，干燥后將標記物濃溶液涂在此涂層內。標記物干燥后將控制緩釋劑濃溶液涂覆包裹標記物，干燥后備用。在37°C加入定量的溶劑于控制緩釋標記系統(tǒng)，然后在不同時間抽出已溶部分，再利用抗體-二抗反應測定溶出的標記物而計算出半釋期。幾種溶劑活化控制緩釋系統(tǒng)中標記物的半釋期如表3所示。
表3
控制緩釋劑半釋期(分鐘)淀粉2明膠3羥丙基甲基纖維素5
22
2)緩釋標記分析芯片的制備
本例緩釋標記分析芯片中的標記系統(tǒng)凸體中的標記物為羅丹明標記的羊抗人二抗，控制緩釋劑為阿拉伯膠和乙基纖維素，所用基片為實施例1中制備的基于環(huán)氧基載玻片的高疏水隔離結構分析芯片基片。
(ι)
先按實施例ι的芯片制備方法將上述三種抗原探針固定于基片片基池中形成探針陣列，然后用牛血清白蛋白溶液封閉。再將適當濃度阿拉伯膠涂在反應池底沿周邊形成寬Imm的帶子，干燥后將含有淀粉賦形的標記物涂在阿拉伯膠帶內，干燥后將阿拉伯膠涂覆包裹標記物，干燥后備用。所得標記系統(tǒng)凸體厚度350-480 μ m。完成后的反應器的結構如圖2E所示，其中標記系統(tǒng)凸體3在片基探針區(qū)外，而且該標記凸體外是開放式隔離結構。如圖2B所示，標記凸體外也可以是封閉的式隔離結構。試驗測得標記物的半釋期在37°C為 15分鐘。
(2)/
按照實施例1的探針點樣方法，將含有適當濃度明膠的標記物溶液(Img二抗/ml) 和上述三種抗原探針溶液分別點至上述基片片基池中形成探針/標記物陣列。完成后的反應器的結構如圖2C和2D所示，在片基探針區(qū)內有探針/標記系統(tǒng)凸體3陣列，其外是開放式隔離結構。試驗測得控制緩釋標記系統(tǒng)的37°C半釋期約為3分鐘。
3)緩釋標記分析芯片的應用
實驗時，4種樣品分別加入上述含控制緩釋標記系統(tǒng)的芯片，每種樣品加2個反應池。加樣時樣品作適當稀釋，加樣量為5μ1，孵育溫度37°C，孵育時間5分鐘。洗滌液每次加入量為15μ1，洗滌3次。然后，加入15μ1稀釋液，孵育溫度37°C，孵育時間5分鐘。反應后以15 μ 1洗滌液洗滌5次。干燥后進行掃描(Afymetrix公司GMS 418芯片掃描儀)，數(shù)據(jù)處理后得到結果如表4。
表4
23方法標準ELISA法緩釋標記法HCV抗體陽性血清HCV抗體++HIV抗體--HW抗體陽性血清HCV抗體--HIV抗體++陽性對照物HCV抗體++HIV抗體++陰性對照物HCV抗體--HIY抗體--
“ + ”為陽性結果，“ _”為陰結果。
實施例6 凸流路分析芯片的制備及應用
本實施例給出以高親水材料制備微流路的例子。本發(fā)明的高親水微流路芯片，與目前微流路芯片的的主要區(qū)別在于利用高親水材料表面作為微流路的重要組成。
1)無隔離結構的高親水微流路的制備
盡管可供選擇的親水性不同的高親水材料很多，本例中僅給出二種材料作為例子。所用液態(tài)高親水材料為“高親水納米氧化硅涂料”(中國舟山明日納米材料公司提供，靜態(tài)水接觸度28度)和高親水聚丙烯酸涂料(成都晨光化工設計院提供，靜態(tài)水接觸角35 度)。
將液態(tài)高親水材料在載玻片表面畫出寬約80-100 μ m、長IOmm的線條，干燥后備用。
2)有隔離結構的高親水微流路的制備
將上述無隔離結構的高親水微流路兩邊，涂上寬度Imm的“有機硅防水涂料”(中國成都晨光化工設計院提供，靜態(tài)水接觸度116度)，干燥后即制得有隔離結構的高親水微流路。
3)高親水微流路的應用
將上述載玻片放置水平，在上述制備的高親水微流路的一端加入10μ 1的PBS緩沖液，立即產生類似于毛細現(xiàn)象的現(xiàn)象，液體從加液端漫流至另一端。
而本發(fā)明的微流路，專業(yè)的技術人員是容易應用于微流路芯片中的，例如PCR芯片、微萃取芯片、化學合成芯片、細胞計數(shù)芯片、多系統(tǒng)集成芯片，生物微芯片、多通道集成芯片、毛細管電泳芯片、芯片上實驗室(Lab-On-a Chip)，等等。
實施例7 可零用分析芯片的制備及應用
本例制備的可零用分析芯片包括兩種類型拆零芯片和開零芯片。前者使用易拆零片基，后者使用反應器封閉元件。
1)拆零芯片的制備
本例中用的易拆零片基為通過機械切割加工有易折溝槽的聚苯乙烯片材，易折溝槽包圍的區(qū)域的尺寸為4X4mm，溝槽寬1mm、深0.8mm。將“有機硅防水涂料”(中國成都晨光化工設計院提供，靜態(tài)水接觸度116度)涂抹在易折溝槽包圍的區(qū)域的邊界上形成高 80-100μπκ寬約Imm的高疏水凸線，從而形成片基池。將上述開有易折溝槽的基片的每一個片基池中分別點上上述丙肝融合抗原、HIV1+2融合抗原、HBs抗原各3個點，形成3X3的點陣，封閉基片未點樣的空白區(qū)，干燥備用。同樣的制備方法也適于其它基于易拆零片基 (例如，預作切割處理的活化玻片、金屬片、塑料片等)的拆零芯片。
2)開零芯片的制備
本例中用的反應器封閉元件包括通過機械切割加工有易吸脫區(qū)域的塑料片、鋁塑膜和有無易吸脫區(qū)域的塑料薄膜。
在實施例3制備的有標記線的空白隔離結構片基上按上述方法點樣，在一個基片上形成20個反應池，然后在反應池邊緣上涂抹高80-100 μ m、寬約Imm的防水不干膠，再將反應器封閉元件貼上。
3)可零用分析芯片的應用
實驗時可根據(jù)需要，取所需個數(shù)的反應池，在上述制備的拆零芯片的預留易折線處折斷后使用，或將在上述制備的開零芯片的易吸脫區(qū)通過真空吸脫器吸脫形成開放式反應池，或通過機械切割除去反應池上方的覆蓋物，而其它反應池仍于保存狀態(tài)。實驗時取上述芯片每種各10個，并對其反應池進行編號，每個芯片上橫向和縱向單數(shù)反應池內加入由 1、2、3號樣品等量混合形成的陽性血清，橫向和縱向偶數(shù)反應池內加入陰性對照血清。每個反應池的加樣量為7μ1，標記物加入量為7μ1。實驗方法同實施例1。定義交叉污染率為所獲結果與加入樣品不符的反應池數(shù)目除以所考察的反應池總數(shù)。本例中制備的芯片上交叉污染率都為零。
實施例8 高密度反應器分析芯片的制備及應用
1)高密度反應器分析芯片的制備
本例制備的高密度反應器分析芯片，所用基片為環(huán)氧基玻片，用高疏水液態(tài)材料 “聚丙烯酸脂涂料”(中國成都晨光化工設計院提供，靜態(tài)水接觸度85度)涂抹形成高約 ΙΟΟμπκ寬約Imm的高疏水凸體和圍成尺寸2X2mm的片基池。將上述三種抗原溶液用點樣機(GM 417 ARRAYER, GENETICMICROSYSTEMS公司)以每種配基10個點的形式點到上述預留區(qū)域內，形成5X6的探針陣列，探針陣列的尺寸(即片基探針區(qū)的尺寸)為lXlmm。片基上的反應池密度大于9個/cm2。
2)高密度反應器分析芯片的鑒定及應用
實驗時取上述芯片10個，并對其反應池進行編號，每個芯片上橫向和縱向單數(shù)反應池內加入由1、2、3號樣品等量混合形成的陽性血清，橫向和縱向偶數(shù)反應池內加入陰性對照血清。每個反應池的加樣量為5μ1，標記物加入量為7μ1。實驗方法同實施例1。定義交叉污染率為所獲結果與加入樣品不符的反應池數(shù)目除以所考察的反應池總數(shù)。本例中制備的芯片上交叉污染率都為零。
實施例9 毛細寬帶反應腔室芯片的制備及應用
1)毛細寬帶反應腔室單面芯片的制備
本例中制備的無保護元件的毛細寬帶反應腔室單面芯片記作Al (如圖1所示)，有保護元件的毛細寬帶反應腔室單面芯片記作Α2。
含有探針的元件的制備在上述片基上，用高疏水材料(有機硅高疏水涂料，成都晨光化工研究院)將預留的8個進液區(qū)和出液區(qū)按照圖1涂上隔離帶，每個片基池寬4mm。待其過夜干燥后，將上述HCV融合抗原和HIV融合抗原溶液用點樣機(GM 417 ARRAYER, GENETIC MICROSYSTEMS公司)以每種配基3個點的形式點到上述預留區(qū)域內，形成3 X 3的探針陣列。在37°C下包被反應3小時后，經小牛血清封閉，清洗干燥后備用。
毛細寬帶反應腔室的形成所用頂面元件11為上述蓋玻片(尺寸 60X12. 5X0. 15mm)，所用底面元件12為上述制備的含有探針的元件。頂面元件11與底面元件12的結合，采用膠粘法。所用膠粘劑為二元還氧樹脂(萬能粘合劑，成都晨光化工研究院)。將膠粘劑按使用說明書薄涂在含有片基的元件的超疏水涂層上，再將另一元件粘上去。所制備的毛細寬帶反應腔室芯片，其毛細寬帶反應腔室1的寬度為4000 μ m，頂面5與底面6之間的間距為80 μ m，毛細寬帶反應腔室之間在頂面與底面的部分有封閉式隔離結構8，進出口部分有開放式隔離結構4、進液口 9、出液口 10。玻片表面的靜態(tài)水接觸角44 度。
加保護結構的毛細寬帶反應腔室單面芯片的制備利用實施例7的開零芯片的制備方法，可以封閉、并在使用時打開上述進液區(qū)和出液區(qū)。
2)毛細寬帶反應腔室雙面芯片的制備
本例中制備的無保護元件的毛細寬帶反應腔室單面芯片記作A3，有保護元件的毛細寬帶反應腔室單面芯片記作A4。
所用頂面元件基于氨基蓋玻片，所用底面元件基于氨基載玻片，頂面和底面都固定探針。將上述配基溶液用上述點樣機(GM 417 ARRAYER, GENETIC MICROSYSTEMS公司)在頂面元件和底面元件的對應位置上以相同的形式分別點上上述HCV和HIV抗原各2個點，形成2X2配基方陣，并進行包被反應和封閉、清洗和干燥。所用頂面元件與底面元件的結合及進液口和出液口的形成同于本實施例1)。所制備的毛細寬帶反應腔室芯片，其毛細寬帶反應腔室頂面與底面的尺寸為4mmX 12. 5mm(寬X高)，頂面與底面的間距小于0. 08mm, 玻片表面的靜態(tài)水接觸角44度。
3)毛細寬帶反應腔室芯片的特征檢驗
本實施例中使用PBS作為檢驗介質。將上述1)和2)中獲得的芯片豎立(入液口在下方，出液口在上方)，用8管加樣槍將5 μ 1的PBS注入入液池中毛細寬帶反應腔室入口處，觀察到PBS水溶液經此入口充滿毛細寬帶反應腔室并至出口。
4)毛細寬帶反應腔室芯片的使用
本實施例中所用樣品為上述1、2、5號樣品，加樣時樣品作適當稀釋，加樣方式有兩禾中
(1)批加樣加樣量為3 μ 1，操作時在加液池加入樣品后，由于毛細作用，樣品自動充滿整個從入口到出口的毛細寬帶反應腔室，未觀察到氣泡。將芯片放入孵箱，反應溫度 37°C，反應時間5分鐘。
(2)連續(xù)加樣操作時樣品加熱至37°C，將樣品以流速1μ Ι/min加入加液池，加樣量為10μ 1，加樣時間10分鐘。由于毛細作用，樣品充滿整個從入口到出口的毛細寬帶反應腔室，未觀察到氣泡。反應溫度37°C，反應時間5分鐘。
反應完成后樣品經出液池用紙吸干或用移液槍抽出。洗滌液可用批式或連續(xù)式加入，加入總量為20 μ 1。[0217]標記物為羅丹明標記的羊抗人二抗(Jackson ImmunoResearchLaboratories公司)。為盡量減少標記物用量，本實施例用批式加入，加入量為3 μ 1，反應溫度37°C，反應時間5分鐘。標記反應后的洗滌同于樣品反應后的洗滌。干燥后直接使用激光共聚焦顯微載檢出結果(Afymetrix公司GMS 418芯片掃描儀)，數(shù)據(jù)處理后得到結果如表6。
表6
HCV抗體陽HIV抗體陽性陽性陰性芯片性血清血清對照物對照物HCVHIVHCVHIVHCVHIVHCVHTV抗體抗體抗體抗體抗體抗體抗體抗體批加樣Al*+--+++--A2*+--+++-_A3*+--+++--A4*+--+++--A4**+--+++--連續(xù)加樣Al*+--+++--A2*+--+++-_A3*+--+++--A4*+--+++--Α4Ψ*+--+++--
“ + ”為陽性結果，“_”為陰結果
*與**分別為樣品10倍稀釋與20倍稀釋的結果
實施例10 可逆封閉式毛細寬帶反應腔室芯片的制備及應用
本實施例中的片基(氨基載玻片)和2種探針(HCV抗原和HIV抗原)與實施例 1同。
1)底面元件的制備
(1)以彈性材料為毛細寬帶反應腔室壁和密封結構的底面元件
在氨基載玻片上，用彈性材料(自干硅橡膠溶液，成都晨光化工研究院)將預留固定配基的8個區(qū)域(參考圖3B，每個區(qū)域寬4mm)之外的區(qū)域均勻涂滿，彈性材料層厚小于0.06mm。待其過夜干燥后，將上述配基溶液用點樣機(GM 417 ARRAYER, GENETIC MICROSYSTEMS公司)以每種配基3個點的形式點到上述預留區(qū)域內，形成3X3探針陣列。在室溫下包被反應3小時后，經小牛血清封閉，清洗干燥后備用。所獲底面元件記作Al。
(2)
在本實施例中，底面元件的制備與實施例1中1)的含有片基的元件的制備同。高
27疏水材料層厚小于0. 06mm。所獲得的基于氨基載玻片和黑漆載玻片的底面元件分別記作 A2 禾P A3。
(3) 構的底面元件
在氨基載玻片上，用高疏水材料(有機硅高疏水涂料，成都晨光化工研究院)在預留固定配基的8個區(qū)域(如圖3A所示，每個區(qū)域寬4mm)的邊界上形成邊界線涂層，待其干燥后再將彈性材料(自干硅橡膠溶液，成都晨光化工研究院)將高疏水邊界之外的區(qū)域涂上寬2mm的帶，彈性涂層略高于高疏水涂層(層厚小于0. 05mm)。再將上述配基溶液進行包被，包被方法同本實施例1)之(1)。所獲底面元件記作A4。
(4) P膽占遍力翔糖G請·禾瞎·翻底面赫
在氨基載玻片上，用膠粘材料(特氟隆基質的水不溶單面不干膠，成都晨光化工研究院)將預留固定配基的8個區(qū)域(如圖3B所示，每個區(qū)域寬4mm)之外的區(qū)域均勻粘合(層厚小于0. 2mm)。將上述配基溶液進行包被，包被方法同本實施例1)之(1)。所獲底面元件記作A5。
(5)賺·蔽件
直接將上述配基包被在氨基載玻片上，包被方法同本實施例1)之(1)。所獲底面元件記作A6。
2)頂面元件的制備
(1)無成型結構的頂面元件
此一頂面元件(圖3C)為尺寸IOOmmX 40mmX 2mm (長X寬X厚)的可重復使用的有進液口 13、出液口 14、進出液管、定位結構15的不銹鋼板。其與底面元件接觸的面為平面，無密封結構。其每一對進出液口與底面元件上的每一個反應池的進出液區(qū)相對應。所獲頂面元件記作Bi。
(2)有成型結構的頂面元件
此一頂面元件(圖3D)為尺寸IOOmmX 40mmX 2mm (長X寬X厚)的可重復使用并且有進出液口 13、進出液管的不銹鋼板。其與底面元件接觸的面上有密封結構16。其密封結構為與底面元件反應池之外的區(qū)域對應的彈性材料層(自干硅橡膠溶液，成都晨光化工研究院)(層厚小于0. 1mm)。其每一對進出液口與底面元件上的每一個反應池的進出液區(qū)相對應。所獲頂面元件記作B2。
3)毛細寬帶反應腔室芯片的特征檢驗
本實施例中使用PBS作為檢驗介質。將上述1)和2)中獲得的芯片頂面元件和底面元件作密封連結。本實施例使用機械卡具壓力來形成所述密封連結。根據(jù)頂面元件和底面元件的不同組合形成不同的芯片(見表7)。將頂面元件和底面元件的組合物豎立(入液口在下方，出液口在上方)，分別加入PBS至毛細寬帶反應腔室入入口處，開放入液口觀察到PBS水溶液經此入口充滿毛細寬帶反應腔室并至出口。
4)毛細寬帶反應腔室芯片的使用
在本實施例中，所用樣品同實施例1。實驗時，4種樣品分別加入上述毛細寬帶反應腔室芯片(表7)，每種樣品加2個反應池。加樣時樣品作適當稀釋。
本實施例中加樣方式有兩種[0245](1)批加樣操作時在加液池加入樣品并至出口后停止，由于毛細作用，樣品自動充滿整個從入口到出口的毛細寬帶反應腔室，未觀察到氣泡。將芯片放入孵箱，反應溫度 37°C，反應時間5分鐘。
(2)連續(xù)加樣操作時樣品加熱至37°C，將樣品以先后以流速10μ Ι/min和1 μ 1/ min加入加液池。加樣時間5分鐘。
反應完成后樣品經出液口用紙吸干或用機械抽出。洗滌液可用批式或連續(xù)式加入，加入總量為40 μ 1。
標記物為羅丹明標記的羊抗人二抗(Jackson ImmunoRresearchLaboratories公司)。為盡量減少標記物用量，本實施例用批式加入，加入量約為5 μ 1，反應溫度37°C，反應時間5分鐘。標記反應后的洗滌同于樣品反應后的洗滌。干燥后直接使用激光共聚焦顯微載檢出結果(Afymetrix公司GMS 418芯片掃描儀)，數(shù)據(jù)處理后得到結果如表7。
表 7
“ + ”為陽性結果，“ _”為陰結果
實施例11 配基-配體芯片的制備及應用
1)配基-配體芯片的制備
本實施例中的片基為環(huán)氧基玻片，2種探針為HBs融合抗原和抗HBs抗體(北京人民醫(yī)院肝病研究所)。
毛細寬帶反應腔室單面芯片的制備方法如同實施例9。盡管本發(fā)明中配基和配體可有多種形式固定在不同的相對位置，本例中每一個毛細寬帶反應腔室內靠近入液口處固定的是HBs融合抗原3 X 3陣列，而靠近出液口處固定的抗HBs抗體3 X 3陣列。
2)毛細芯片的特征檢驗
29[0257]方法同實施例9。
3)配基-配體芯片的應用
在本實施例中使用的樣品，為HBs抗原陽性人血清、HBs抗原陰性血清和HBs抗體陽性人血清。所有的樣品，均是經使用經典的單反應器開放式芯片在同等反應條件下預先檢測確定的。實驗時，3種樣品分別加入上述制備的芯片。本例中用實施例9中的批加樣方式加樣，檢測方法與實施例9相同。數(shù)據(jù)處理后得到結果如表8。
表8
“ + ”為陽性結果，“ _ ”為陰性結果。
權利要求
一種分析芯片，其含一個或多個高度最小化的反應器，所述反應器包括一個或多個毛細寬帶反應腔室和高度最小化的反應器結構，其中(a)所述毛細寬帶反應腔室包括分別由頂面元件和底面元件提供的寬度大于600μm的頂面和底面、固定在所述頂面和/或底面上的片基探針區(qū)內的探針、所述頂面和底面之間高度1 1000μm的封閉式隔離結構及進液口和出液口，且所述頂面和底面的尺寸、間距和材質的選擇使得反應介質可以在所述腔室中形成毛細現(xiàn)象；及(b)所述反應器結構至少包括開放式隔離結構，所述開放式隔離結構包括寬度為0.5 10mm的片基空白區(qū)以及高度小于1000μm的疏水凸體或高疏水凸體或吸水凸體；其中所述片基探針區(qū)和片基空白區(qū)在同一片基同一平面上且吸水率小于0.1g/g、表面靜態(tài)水接觸角為40 80度，所述高疏水凸體、疏水凸體或吸水凸體分別為至少部分表面分別含高疏水材料、疏水材料或吸水材料的凸體，所述高疏水材料的表面靜態(tài)水接觸角比所述片基探針區(qū)的表面靜態(tài)水接觸角大40度以上，所述疏水材料的表面靜態(tài)水接觸角為55 80度。
2.根據(jù)權利要求
1所述的芯片，其中所述毛細寬帶反應腔室的封閉式隔離結構的高度為1-300 μ m，所述頂面和底面的寬度為1000-15000 μ m、長度大于1000 μ m。
3.根據(jù)權利要求
1或2所述的芯片，其中所述毛細寬帶反應腔室的所述封閉式隔離結構包括下述一種或多種可逆或不可逆密封結構熱密封結構、化學密封結構、可逆或不可逆粘膠層、高疏水層和包括高分子材料彈性涂層、片或帶的機械密封件。
4.根據(jù)權利要求
1或2所述的芯片，其中所述毛細寬帶反應腔室的所述底面或頂面處的底面元件或頂面元件厚度小于0. 2mm，且檢測光線透過率大于90%。
5.根據(jù)權利要求
1或2所述的芯片，其中所述毛細寬帶反應腔室的底面和頂面中僅一個面固定有配基，且固定配基的面具有親水性質而不固定配基的面具有疏水性質。
6.根據(jù)權利要求
1或2所述的芯片，其中所述毛細寬帶反應腔室的底面的材質為玻璃，而其頂面的材質為親水或疏水塑料。
7.根據(jù)權利要求
1或2所述的芯片，其中所述毛細寬帶反應腔室的片基探針區(qū)中有一個區(qū)域固定有一種或多種配基，而另有一個區(qū)域固定有一種或多種與所述配基相應的配體。
8.根據(jù)權利要求
7所述的芯片，其中所述配基和配體包括抗原和抗體。
9.根據(jù)權利要求
1或2所述的芯片，其中所述高疏水凸體、疏水凸體或吸水凸體分別由液態(tài)材料固化在所述芯片表面而形成或由固態(tài)材料固定在所述芯片表面而形成，其中所述液態(tài)材料包括分別含有所述高疏水材料、疏水材料、吸水材料的溶液、涂料、凝膠或乳液，所述固態(tài)材料包括分別含有所述高疏水材料、疏水材料、吸水材料的片、膜、板、帶或粉。
10.根據(jù)權利要求
1或2所述的芯片，其中所述高疏水凸體的高度為0.1-100 μ m。
11.根據(jù)權利要求
1或2所述的芯片，其中所述高疏水材料的表面靜態(tài)水接觸角比所述片基探針區(qū)的表面靜態(tài)水接觸角大70度以上。
12.根據(jù)權利要求
1或2所述的芯片，其中所述高疏水材料的表面靜態(tài)水接觸角比所述片基探針區(qū)的表面靜態(tài)水接觸角大90度以上。
13.根據(jù)權利要求
1或2所述的芯片，其中所述高疏水材料的表面靜態(tài)水接觸角比所述片基探針區(qū)的表面靜態(tài)水接觸角大110度以上。
14.根據(jù)權利要求
1或2所述的芯片，其中所述高疏水材料包括高疏水有機材料或高疏水納米材料。
15.根據(jù)權利要求
14所述的芯片，其中所述高疏水材料包括下述一種或多種材料高疏水有機硅材料及其衍生物、高疏水氟樹脂及其衍生物、高疏水聚合物和含高疏水納米微粒的涂料或固態(tài)材料。
16.根據(jù)權利要求
1或2所述的芯片，其中所述疏水凸體包括疏水涂層。
17.根據(jù)權利要求
16所述的芯片，其中所述疏水涂層包括反應器的有色標記線、條。
18.根據(jù)權利要求
1或2所述的芯片，其中所述吸水材料包括天然吸水材料、親水無機化合物的固相多孔物質及合成高分子吸水材料。
19.根據(jù)權利要求
18所述的芯片，其中所述吸水材料包括下述一種或多種材料含毛細管結構紙制品、棉制品、海綿及其改性物，鈣鹽，纖維素系吸水材料、淀粉系吸水材料、合成樹脂系及其接枝、嵌段或共聚產生的化合物吸水材料。
20.一種分析芯片，其含一個以上的高度最小化反應器，所述反應器至少包括探針、片基探針區(qū)和位于反應器之間的高度最小化的開放式隔離結構，而且所述開放式隔離結構包括相對于片基探針區(qū)其高度為0. 1-1000 μ m的高疏水凸體，及寬度0. 2-3. Omm的片基空白區(qū)，其中所述片基探針區(qū)和片基空白區(qū)在同一片基同一平面上且表面靜態(tài)水接觸角為 40-80度，所述高疏水凸體至少其部分表面分別含高疏水材料，且所述高疏水材料的表面靜態(tài)水接觸角比所述片基探針區(qū)的表面靜態(tài)水接觸角大40度以上。
21.根據(jù)權利要求
20所述的芯片，其中所述反應器為開放式反應器。
22.根據(jù)權利要求
20或21所述的芯片，其中高疏水凸體的高度為0.1-100 μ m。
23.根據(jù)權利要求
20或21所述的芯片，其中所述高疏水材料的表面靜態(tài)水接觸角比所述片基探針區(qū)的表面靜態(tài)水接觸角大70度以上。
24.根據(jù)權利要求
或20或21所述的芯片，其中所述高疏水材料的表面靜態(tài)水接觸角比所述片基探針區(qū)的表面靜態(tài)水接觸角大90度以上。
25.根據(jù)權利要求
20或21所述的芯片，其中所述高疏水材料的表面靜態(tài)水接觸角比所述片基探針區(qū)的表面靜態(tài)水接觸角大110度以上。
26.根據(jù)權利要求
20或21所述的芯片，其中所述高疏水材料包括高疏水有機材料或高疏水納米材料。
27.根據(jù)權利要求
26所述的芯片，其中所述高疏水材料包括下述一種或多種材料高疏水有機硅材料及其衍生物、高疏水氟樹脂及其衍生物、高疏水聚合物和含高疏水納米微粒的涂料或固態(tài)材料。
28.一種分析芯片，其含一個以上的高度最小化的開放式反應器，所述反應器為非流動式反應器、且至少包括探針、片基探針區(qū)和高度最小化的開放式隔離結構，而且所述開放式隔離結構為寬度I-IOmm的片基空白區(qū)及任選的相對于片基探針區(qū)其高度0-1000 μ m的疏水凸體，其中所述片基探針區(qū)和片基空白區(qū)在同一片基同一平面上且吸水率小于0. Ig/ g，表面靜態(tài)水接觸角為40-80度，所述疏水凸體至少其部分表面含疏水材料，所述疏水材料其表面靜態(tài)水接觸角為55-80度。
29.根據(jù)權利要求
28所述的芯片，其中所述疏水凸體包括疏水涂層。
30.根據(jù)權利要求
29所述的芯片，其中所述疏水涂層包括反應器的有色標記線、條。
31.一種分析芯片，其含一個或多個高度最小化的反應器，所述反應器為流動式或非流3動式反應器，且包括一個或多個高度最小化的毛細寬帶反應腔室，而且所述毛細寬帶反應腔室其高度小于1000 μ m,并包括分別由頂面元件和底面元件提供的寬度大于600 μ m的頂面和底面、固定在所述頂面和/或底面上的片基探針區(qū)內的探針、所述頂面和底面之間的封閉式隔離結構及進液口和出液口，且所述頂面和底面的尺寸、間距和材質的選擇使得反應介質可以在所述腔室中形成毛細現(xiàn)象，其中所述片基探針區(qū)其吸水率小于0. lg/g且表面靜態(tài)水接觸角為40-80度。
32.根據(jù)權利要求
31所述的芯片，其中所述毛細寬帶反應腔室為權利要求
2所述的毛細寬帶反應腔室。
33.一種分析芯片，其含一個或多個高度最小化反應器，所述反應器為流動式或非流動式反應器，其至少包括探針、片基探針區(qū)和相對于片基探針區(qū)其高度1-1000 μ m的凸流路，而且所述凸流路為寬度5-4000 μ m的高親水凸體，其中所述片基探針區(qū)其吸水率小于 0. lg/g且表面靜態(tài)水接觸角為40-80度，所述高親水凸體為至少部分表面分別含高親水材料的凸體，所述高親水材料的表面靜態(tài)水接觸角小于40度。
34.根據(jù)權利要求
33所述的芯片，其中所述凸流路為高親水涂層。
35.根據(jù)權利要求
33所述的芯片，其中所述凸流路的隔離結構為高度小于IOOOym的疏水凸體或高疏水凸體。
36.根據(jù)權利要求
33所述的芯片，其中所述凸流路上固定有分離介質。
37.根據(jù)權利要求
36所述的芯片，其中所述分離介質包括電泳介質或層析介質。
38.根據(jù)權利要求
36所述的芯片，其中所述高親水材料的表面靜態(tài)水接觸角小于30度。
39.根據(jù)權利要求
36所述的芯片，其中所述高親水材料包括高親水納米材料。
40.根據(jù)權利要求
33或34所述的芯片，其中所述反應器為開放式反應器。
41.根據(jù)權利要求
33或34所述的芯片，其中所述反應器還包括權利要求
1或9所述開放式隔離結構。
42.根據(jù)權利要求
1所述的芯片，其還含權利要求
33-39之一所述的芯片中的所述凸流路。
43.一種分析芯片，其含一個或多個高度最小化反應器，所述反應器至少包括探針、片基探針區(qū)和標記系統(tǒng)凸體，所述標記系統(tǒng)凸體為不掩蔽所述探針的含標記物的凸體。
44.根據(jù)權利要求
43所述的芯片，其中所述反應器為開放式反應器。
45.根據(jù)權利要求
43或44或所述的芯片，其中所述標記系統(tǒng)凸體為控制緩釋標記系統(tǒng) 凸體，且其中所包括的標記物的半釋期大于10秒，所述標記系統(tǒng)凸體中的標記物含有標記物質及配基，所述標記物質包括酶、熒光染料、化學發(fā)光催化劑、有色金屬或有色金屬鹽、染料和顏料，所述配基包括抗原、抗體、生物素、藥物配基、多肽、DNA、RNA及其片斷。
46.根據(jù)權利要求
45所述的芯片，其中所述控制緩釋標記系統(tǒng)包括標記物和控制緩釋劑。
47.根據(jù)權利要求
46所述的芯片，其中所述標記系統(tǒng)凸體的高度小于1000μ m，且固定在反應器中探針陣列周圍、或固定在探針陣列內形成探針/標記系統(tǒng)陣列。
48.根據(jù)權利要求
45所述的芯片，其中所述控制緩釋標記系統(tǒng)凸體包括所述標記物與控制緩釋劑形成的單重或多重夾心結構，所述夾心結構是指濃度分布在內部高于外部的結構。
49.根據(jù)權利要求
46所述的芯片，其中所述控制緩釋劑包括水可溶性或水溶液可致崩解的有機物。
50.根據(jù)權利要求
49所述的芯片，其中所述有機物包括下述一種或多種物質碳水化合物及其衍生物、植物淀粉、改性淀粉、植物膠、動物膠、改性纖維素、聚合物和縮合物。
51.一種分析芯片，其含一個以上的高度最小化的反應器，所述反應器包括易拆零片基和/或反應器隔離結構上方的高度最小化的反應器保護結構，其中所述易拆零片基為在使用時容易按需拆離的片基，所述反應器隔離結構位于反應器之間，所述保護結構包括與所述探針所在平面間距小于1000 μ m的保護元件，所述保護元件在不欲加入樣品時封閉全部或部分反應器結構，而在欲加入樣品時其被全部或部分不可逆地去除。
52.根據(jù)權利要求
51所述的芯片，其中所述保護元件包括下述一種或多種材料有機材料膜、片，金屬-有機材料復合膜、片或玻片。
53.根據(jù)權利要求
52所述的芯片，其中所述保護元件與所述反應器通過包括下述一種或多種可逆或不可逆密封結構連接熱密封結構、化學密封結構、及可逆或不可逆粘膠層。
54.根據(jù)權利要求
52或53所述的芯片，其中所述保護元件作了方便去封閉的預切割。
55.根據(jù)權利要求
1所述的芯片，其還含權利要求
51所述的芯片中的所述保護結構。
56.根據(jù)權利要求
20所述的芯片，其還含權利要求
51所述的芯片中的所述保護結構。
57.根據(jù)權利要求
28所述的芯片，其還含權利要求
51所述的芯片中的所述保護結構。
58.根據(jù)權利要求
43所述的芯片，其還含權利要求
51所述的芯片中的所述保護結構。
59.一種高密度反應器分析芯片，其中一個片基的至少一個面上的反應器密度大于2 個/cm2，且所述反應器的隔離結構的高度小于1000 μ m。
60.根據(jù)權利要求
59所述的芯片，其中所述反應器密度大于5個/cm2。
61.一種基片，其包括一個以上的片基探針區(qū)及下述一種或多種反應器結構權利要求1或9所述的凸流路、或權利要求
1或14所述的開放式隔離結構。
專利摘要
本發(fā)明涉及微陣列分析芯片、特別是多反應器微陣列芯片。本發(fā)明還涉及本發(fā)明的微陣列芯片的組成，特別是高度最小化的反應器結構，包括隔離結構、流路結構、及反應室結構。本發(fā)明還涉及本發(fā)明的微陣列芯片的反應器的保護系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及芯片標記系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及本發(fā)明芯片的應用及相關檢測裝置。
文檔編號G01N33/552GKCN1697976 B發(fā)布類型授權專利申請?zhí)朇N 200480000654
公開日2010年12月22日申請日期2004年3月4日
發(fā)明者王建霞, 鄒方霖, 陳寧, 陳春生申請人:成都夸常醫(yī)學工業(yè)有限公司;成都夸?？萍加邢薰緦С鲆腂iBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (7), 非專利引用 (1),

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