发明内容
本发明的目的是提供一种操作方便、高集成度、高效率且安全的多反应器分析芯片检测方法。同时还涉及到相关的分析芯片,相关的检测装置。本发明所述的“高集成度”的例子为:可同时对多个反应器、特别是密度较高的多个反应器(例如密度大于1个反应器/cm2的芯片上的多个反应器)实施同一过程;所述的“高效率”的例子为:检测时间较短、或/和检测成本较低、或/和检测结果的灵敏度或/和重现率较高;所述的“安全性”的例子为:反应器之间的交叉污染可以控制。本发明通过提供本发明的多反应器分析芯片检测方法、本发明的多反应器分析芯片、本发明的多反应器分析芯片检测装置来实现这一目的。
本发明的第一个方面,其目的在于提供一种操作方便、高集成度、高效率且安全的多反应器分析芯片检测方法。本发明的检测方法,优选使用本发明的芯片或/和检测装置以共同实现本发明的目的,但也可使用本发明以外的芯片或/和检测装置去独立实现本发明的目的。本发明该目的的实现,借助于我们在进行多反应器芯片的反应器间交叉污染研究时的一个出乎意料的结果。
通常的看法是,为了在进行多反应器清洗时避免反应器之间的交叉污染,应当使一个反应器内的反应残存物绝对不进入另一个反应器。因而,即使是利用洗液流体直接进行反应残存物移出和反应器洗涤的方法已广泛应用于单开放反应器分析芯片(例如,仅由活化玻片及固定在其上的探针阵列构成的单开放反应器基因芯片),至今未见相似原理被应用于多反应器分析芯片。然而,正如本发明的实施例所显示的,与通常看法大相亭径的是:利用一种含清洗系统的装置,直接将洗液喷到一个芯片的多个反应器上进行单向清洗,即使在多个反应器之间并无完全限制反应残存物在此一冲洗过程中从一个反应器进入相邻反应器的特殊隔离结构的条件下,并不必然引起反应器之间的交叉污染。
此外,如果分别引入更易控制样品尺寸和位置的点样方式,或可降低残存样品流动性的降流动处理,则交叉污染的风险也更易控制。而如果将单项清洗、点样式加样和降流动处理作任一组合,则交叉污染还可进一步降低。
因而,本发明的第一个方面,提供一种多反应器分析芯片检测方法,其至少包括下述一个步骤或多个步骤的任意组合:a).含点样式加样的加样过程;b).含降流动处理的残存样品处理过程;c).含单向清洗的含残存样品的 反应器清洗过程。
根据本发明的方法,其中所述单向清洗为分别向N个待清洗的所述含残存样品的反应器提供总数为Q的独立流体、并用所述独立流体分别冲出所述N个反应器中所含残存样品的反应器清洗,其中:a).所述流体数目Q≥所述待清洗反应器数目N≥2;和b).Q个流体基本上同时达到所述N个反应器上。
根据本发明的方法,其中所述流体到达反应器的线速度为1-1000厘米/秒。
根据本发明的方法,其中所述降流动处理包括下述一个步骤或多个步骤的任意组合:a).提高所述反应残存物粘度;b).向所述反应残存物提供降流动添加剂;c).用吸水物质减小所述反应残存物体积。
根据本发明的方法,其中所述点样式加样包括接触型点样式加样。
根据本发明的方法,其中所述加样是在下述条件下进行的:a).加样形成的样点以反应器探针区中心或其邻近为中心;和b).加样形成的样点在反应器底面上形成的面积为反应器探针区面积的1.5-5.0倍;及任选存在的c).样品加至反应器探针区时的线速度大于0.1cm/秒。
根据本发明的实施例,本发明的方法达到了如下效果:
1).本发明的点样式加样可以进行高集成度、高效率和高安全性的加样,具体体现为:
a).本发明的点样式加样,可以同时进行多个反应器(例如16-48个反应器)、特别是具有较高密度的多个反应器(例如密度大于1个反应器/cm2 的芯片上的多个反应器)的加样,因而具有高集成度。
b).本发明的点样式加样,可以以确定的样品体积、样品面积和样品动量进行多个反应器上的加样,有利于控制交叉污染和提高灵敏度,因而具有高效率。
c).本发明的点样式加样,可以实现反应器中的样品面积和样品体积的最小化,有利于控制交叉污染,因而具有高安全性。
2).本发明的降流动处理有利于进行高集成度、高效率和高安全性的检测,具体体现为:
a).本发明的降流动处理,可以同时进行多个反应器(例如16-48个反应器)、特别是具有较高密度的多个反应器(例如密度大于1个反应器/cm2 的芯片上的多个反应器)上的液相介质处理,因而具有高集成度。
b).本发明的降流动处理,可以在较短的时间内完成(例如1-100秒),因而具有高效率。
c).本发明的降流动处理,可以降低残存样品的流动性,有利于控制交叉污染,因而具有高安全性。
3).本发明的单向清冼有利于进行高集成度、高效率和高安全性的检测,具体体现为:
a).本发明的单向清冼,可以同时进行多个反应器(例如16-48个反应器)、特别是具有较高密度的多个反应器(例如密度大于1个反应器/cm2 的芯片上的多个反应器)上的清洗,因而具有高集成度。
b).本发明的单向清冼,可以在较短的时间内完成(例如1-10秒),且容易通过提高清洗流体的线速度来提高清洗效果,因而具有高效率。
c).本发明的单向清冼,经独立流体而实现,交叉污染是可控制的,因而具有高安全性。
4).如将本发明的点样式加样、降流动处理和单向清冼分别组合(例如:点样式加样加降流动处理、点样式加样加单向清冼、降流动处理加单向清冼、点样式加样加降流动处理加单向清冼、等等),则它们不但不丧失各自的高集成度、高效率和高安全性,而且可以有更好的效果(例如更高的效率,或/和更高的安全性)。
本发明的第二个方面,其目的在于提供一种操作方便、高集成度、高效率且安全的多反应器分析芯片。本发明该目的的实现,借助于对芯片反应器的各种特征的研究。本发明的多反应器分析芯片,优选用于本发明的方法以共同实现本发明的目的,但也可用于本发明以外的方法去独立实现本发明的目的。本发明的多反应器分析芯片的共同特征是,其最少组成物包括片基、固定在片基上的探针点和与片基相连的最低高度小于1mm的反应器分隔结构。在此基础上,本发明提供两种具不同结构特征的多反应器分析芯片。
本发明的第一种多反应器芯片,其最少组成物包括片基、固定在片基上的探针点和与片基相连的最低高度小于1mm的反应器分隔结构,其中所述分隔结构含比所述片基更疏水和更疏油的疏水-疏油结构。
根据本发明的第一种多反应器芯片,其中:a).所述疏水-疏油结构的水接触角比所述片基的水接触角大40度以上;b).所述疏水-疏油结构的油接触角比所述片基的油接触角大10度以上。
根据本发明的第一种多反应器芯片,其中所述疏水-疏油结构含疏水-疏油材料。
根据本发明的第一种多反应器芯片,其中所述疏水-疏油材料包括疏水-疏油有机材料或/和疏水-疏油纳米材料。
此外,本发明还提供可用以制备本发明的第一种多反应器芯片的多池片基,其最少组成物包括片基和与片基相连的最低高度小于1mm的反应器分隔结构,其中所述分隔结构分别为上述分隔结构。
本发明的第二种多反应器芯片,其最少组成物包括片基、固定在片基上的探针点和与片基相连的最低高度小于1mm的反应器分隔结构,其中:
a).所述反应器含非探针区和具有最小化面积的探针区;及b).所述分隔结构含比所述片基更疏水的疏水结构或/和疏水-疏油结构。
根据本发明的第二种多反应器芯片,其具有下述一个或一个以上的特征:a).所述探针区的面积小于4.0mm2,且小于所述非探针区的面积;b).所述分隔结构的最小高度为0.01mm至0.80mm;及c).所述疏水结构或/和疏水-疏油结构的水接触角比所述片基的水接触角大40度以上。
根据本发明的第二种多反应器芯片,其具有下述一个或二个特征:a).所述探针区的面积小于1.0mm2,且小于所述非探针区的面积;b).所述探针区的探针密度大于10探针点/mm2。
根据本发明的第二种多反应器芯片,其中所述探针区的面积、所述分隔结构的最小高度、以及所述疏水结构或/和疏水-疏油结构的水接触角的选择使得:所述芯片旋转360°时加到任一所述探针区上的样品不流出所述反应器。
根据本发明的第二种多反应器芯片,其中所述分隔结构包括高疏水结构或/和上述疏水-疏油结构。
此外,本发明还提供一种试剂盒,它是含有上述任意一种或两种多反应器分析芯片的试剂盒。
根据本发明的实施例,本发明的多反应器芯片达到了如下效果:
1).本发明的多反应器芯片具有高集成度,具体体现为:
a).其具有结构高集成度,例如一个尺寸为25×75mm(宽×长)芯片上可有多个反应器(例如16-48个、甚至更多个反应器);
b).其具有应用高集成度,例如可用于本发明的高集成度的检测方法中。
2).本发明的多反应器芯片具有高效率,例如:反应器的密度可以达到很大(例如平均每平方厘米片基上可形成1个甚至2个以上的反应器),从而降低了检测成本,也有利于用于的高集成度的检测方法中。
3).本发明的多反应器芯片具有高安全性,例如,在本发明实施例中按本发明的方法中使用时,未见反应器间的交叉污染。
含本发明芯片的试剂盒,其将保持本发明的多反应器芯片达到的上述效果。
本发明的第三个方面,其目的在于提供一种操作方便、高集成度、高效率且安全的多反应器分析芯片的检测装置。本发明的多反应器分析芯片检测装置,优选用于本发明的方法以共同实现本发明的目的,但也可用于本发明以外的方法去独立实现本发明的目的。
本发明的检侧装置,其至少包含清洗系统,或/和降流动系统,或/和点样式加样系统,其中:a).所述清洗系统用以进行上述单向清洗;b).所述降流动系统用以进行上述降流动处理:和c).所述点样式加样系统用以进行上述点样式加样。
根据本发明的检测装置,其中所述清洗系统含一个或一个以上的多个喷头,且所述喷头含总数为Q的喷口,其中所述喷口总数Q≥待清洗的反应器数目N≥2。
根据本发明的检侧装置,其中所述清洗系统具有下述一个或一个以上的特征:a).所述流体到达反应器的线速度为1-1000厘米/秒;b)所述喷口的口径为0.1-1.0mm;c).所述喷头上的喷口密度大于0.5个喷口/cm2;d).所述流体与所述片基的顺时针夹角在5-275度之间;及e).所述喷口与所述探针点的距离在0.1-10.0cm之间。
根据本发明的检侧装置,其中所述降流动性系统包括下述一个或一个以上的多个系统:a).用于所述粘度提高的温度控制系统或/和湿度控制系统;
b).用于所述降流动添加剂的加料系统,及c).含吸水物的吸水系统。
根据本发明的检测装置,其中所述点样式加样系统包括一个或多个接触型点样式加样头。
根据本发明的检测装置,其还包括光信号检测系统,其中:a).所述光信号检测系统含背景信号增强系统,且所述背景信号增强系统包括位于被测芯片背景处的发光或/和反光结构;及b).所述光信号检测系统含背景信号减弱系统,且所述背景信号减弱系统包括位于被测芯片背景处的光信号吸收率大于95%的吸光结构。
根据本发明的实施例,本发明的多反应器芯片检测装置达到了如下效果:
1).本发明的点样式加样系统可以进行高集成度、高效率和高安全性的加祥,具体体现为:
a).可以同时进行多个反应器(例如16-48个反应器)、特别是具有较高密度的多个反应器(例如密度大干1个反应器/cm2的芯片上的多个反应器)的加样,因而具有高集成度。
b).可以以确定的样品体积、样品面积和样品动量进行多个反应器上的加样,有利于控制交叉污染和提高灵敏度,因而具有高效率。
c).可以实现反应器中的样品面积和样品体积的最小化,有利于控制交叉污染,因为具有高安全性。
2).本发明的降流动系统有利于进行高集成度、高效率和高安全性的检测,具体体现为:
a).可以同时进行多个反应器(例如16-48个反应器)、特别是具有较高密度的多个反应器(例如密度大于1个反应器/cm2的芯片上的多个反应器)上的液相介质处理,因而具有高集成度。
b).可以在较短的时间内完成降流动处理(例如1-100秒),因而具有高效率。
c).可以降低残存样品的流动性,有利于控制交叉污染,因而具有高安全性。
3).本发明的单向清冼系统有利于进行高集成度、高效率和高安全性的检测,具体体现为:
a).可以同时进行多个反应器(例如16-48个反应器)、特别是具有较高密度的多个反应器(例如密度大于1个反应器/cm2的芯片上的多个反应器)上的清洗,因而具有高集成度。
b).可以在较短的时间内完成清冼(例如1-10秒),且容易通过提高清洗流体的线速度来提高清洗效果,因而具有高效率。
c).交叉污染是可控制的,因而具有高安全性。
4).如将本发明的点样式加样系统、降流动系统和单向清洗系统分别组合(例如:点样式加样系统加降流动处理系统、点样式加样系统加单向清冼系统、降流动处理系统加单向清洗系统、点样式加样系统加降流动处理加单向清冼系统、等等),则它们不但不丧失各自的高集成度、高效率和高安全性,而且可以有更好的效果(例如更高的效率,或/和更高的安全性)。
综上所述,通过本发明的检测方法、或/和多反应器芯片、或/和多反应器芯片检测装置,可以达到本发明目的。
附图及图面说明:
图1给出多反应器芯片的一个例子,其最少组成物包括片基(1)、固定在片基上的探针点(2)和与片基相连的反应器分隔结构(3),其反应器(4)包含探针区(5)和非探针区(6).
图2给出一些喷头例子:图2(A)给出一个凸型喷头(7)的例子,其中喷口(8)位于凸起处;图2(B)给出一个凹型喷头(7)的例子,其中喷口(8)位于凹进处;图2(c)给出一个平面型喷头(7)的例子,其中喷口(8)位于同一平面。
图3给出根据本发明的一个实施方案中的含反应器清洗系统的检测仪器中各系统的示意图,图中系统分别为:样品制备系统(9),加样系统(10),样品反应系统(11),降流动系统(12),反应器清洗系统(13),检测信号读取系统(14)和信号分析系统(15)。
图4给出本发明的实施例中制备的一种含反应器清洗系统的检测仪器的工作原理示意图,该检测仪器包括:分隔洗涤室(16),温度/湿度控制器(17), 压力泵(18),洗液储存瓶(19),管道(20),喷头(21),排液通路(22),控制系统(23)。
图5给出根据本发明的一个实施方案中的点样式加样系统的示意图,图5a为多点样头固定器(24),图5b为可套接的点样头(26)的几种类型,其中:多点样头固定器上含套杆(25),点样头上含有套口(27),点样头的取样端结构可以为各种形状,例如某些类型的点样头含有槽(28),有的含有缝、沟,有的含有圆柱状、半球状、管状、锥体状或立方体状的内孔,还可以是几种形状的组合。
具体实施方式:
以下将参考实施例对本发明进行更为详细地描述。但应认识到,本发明实施例仅给出本发明具体实施方式的个别情况的例子。本专业的技术人员应当知道,本发明不限于这些给定的实施模式(例如给定的过程、参数和组合)。因为,本发明的内容是明确的,但具体的过程、参数和组合则可以是多变的。还需知以下使用的术语,是仅用以描述本发明的具体模式,但本发明却不限于这些术语。
下述术语被用在本发明的实施方式叙述中,并按下述解释来定义。本专业的技术人员应当知道,本发明中的术语也许不限于下述解释的定义:
所述的“检测芯片”,简称“芯片”,是指定性和/或定量分析中的一种含反应器的检测装置,其反应器中含多种微量探针,且这些微量探针可同样品中的兴趣物发生特异反应,并可对反应结果以可寻址的方式进行识别,例如微通道芯片、微阵列芯片(例如英语中的“Microarray”)、等等。本发明中,按照芯片所含反应器的数目,芯片被定义为单反应器芯片(只含一个反应器)和多反应器芯片(含多个反应器)。
本发明中,多反应器芯片的最少组成物包括片基、固定在片基上的探针点和与片基相连的反应器分隔结构。所述的“探针”是指固定在固相载体上用以捕获兴趣物的物质,例如可捕获兴趣物的DNA、多肽、蛋白质、细胞、组织、等等;所述的“片基”是指芯片中用以固定探针的固相载体,例如活化载玻片、等等;所述的“反应器分隔结构”,简称“分隔结构”,是指芯片上用以在加样和样品兴趣物-探针反应过程中分隔反应器的结构,例如分隔涂层、分隔带、分隔板、等等。
所述的“分析芯片反应器”或简称“反应器”,是指固定化探针与兴趣物间反应的场所及与之连通的全部结构组成的整体,例如包括片基、固定在片基上的探针、边界或分隔结构、及相连通的其它相关结构(例如流路、进液结构、出液结构、固定化标记物、等等)的反应器、等等。
在本发明中,多反应器芯片上的反应器中所含的片基表面和固定在片 基表面上的探针一起被分为探针区和非探针区。所述的“探针区”是指反应器中片基表面上固定有探针、且其边界为反应器中最靠近隔离结构的探针点的连线的区域,例如图1中的区域(5);所述的“非探针区”是指反应器中片基表面上除探针区以外的区域,例如图1中的区域(6).
在本发明中,多反应器芯片可含除片基、探针及隔离结构以外的其它结构,例如保护结构。所述的“保护结构”是指在加入样品前的部分或全部过程(例如运输、储存等)中封闭反应器部分或全部结构且与芯片相连接,但在加入样品时被部分或全部去除的结构(参考PCT/CN2004/000169)。保护结构的功能在于保护芯片上的反应器,避免其在不使用的状态下被污染。
本发明中,所述的“分析芯片检测”,或简称“芯片检测”,是指利用包括分析芯片在内的装置进行的检测,例如使用抗原/抗体探针生物芯片进行的输血筛查、等等。
在本发明中,根据其在分析芯片检测中不同过程的不同状态,反应器被定义为不同类型。例如,按照在运输、贮存过程中其是否含有保护结构,反应器被分别定义为“有保护反应器”和“无保护反应器”;按照在加样过程中反应器探针区上方是否开放,反应器被分别定义为“开放式反应器”和“封闭式反应器”;按照在加样过程中所加入的样品能否在反应器中定向流动,反应器被定义为“流动反应器”和“非流动反应器”;按照反应残存样品的清洗过程中反应器中探针区上方是否处于裸露状态,反应器被分别定义为“裸反应器”和“非裸反应器”。同一个芯片上的反应器在分析芯片检测不同过程中可以有不同状态,从而处于不同的反应器分类。例如,一个芯片上的反应器在该反应器使用前的运输、存放过程中含有保护结构,则其为“有保护反应器”;在加样前去掉保护结构后,如果在加样过程中反应器探针区上方开放,则其为开放反应器;如果在加样过程中反应器探针区上方开放、且所加入的样品能在反应器中定向流动,则其为为开放流动反应器;而其在反应残存样品的清洗过程中反应器中探针区上方又是开放的,故其又是裸反应器。其它以次类推。如前所述,同一个芯片上的反应器在分析芯片检测不同过程中可以有不同组成。例如,一个可逆封闭式有保护反应器(参考PCT/CN2004/000169),在加样过程中除去保护结构而成为可逆封闭式反应器,在反应残存样品的清洗过程中又除去可逆封闭成型板而成为裸反应器。裸反应器的例子还有:仅由片基和探针阵列构成的单开放反应器芯片、开放反应器、等等。
所述的“平面反应器”是指片基为平面片基的反应器;所述的“平面片基”是指用以固定探针的面在反应器清洗过程中是平面或大体上是平面的片基,例如活化玻片、活性金属片、等等。
本发明中,根据其所含反应器,不同类型的芯片被定义。例如,分别含 开放反应器、封闭式反应器、流动反应器、或非流动反应器的芯片被分别定义为开放芯片、封闭式芯片、流动芯片、或非流动芯片。其它以次类推。
所述的“可逆”是指芯片原有的结构在芯片检测过程中可以去除的性质;所述的“可逆封闭式”是指原有的封闭结构在芯片检测过程中可以去除的性质;所述的“封闭结构”是指至少在加样过程中使反应器探针区不暴露在外的结构。
所述的“多可逆封闭式分析芯片”,是指含多个可逆封闭式反应器的芯片,例如PCT/CN03/00055所发明的多可逆封闭式反应器分析芯片。
所述的“多宽带腔室反应器芯片"是指含由顶面元件、底面元件、可逆或不可逆反应器隔离结构和任选的其它结构形成的一个以上的多个宽带腔室反应器的芯片。其中所述反应器包括腔宽大于600μm、优选大于1000μm的宽带腔室、进液结构、出液结构、及所述反应器隔离结构,而且A)所述宽带腔室包括进液口、出液口、腔室壁、顶面和底面及固定在所述底面或/和顶面上的探针;B)所述腔宽、所述腔室壁的高度及所述底面或/和顶面的静态水接触角是如此选择的,以至于当所述固定有探针的底面或/和顶面与水平面平行时加到所述进液口的无离子水自己移动至充满所述宽带腔室所需的时间小于2秒、优选小于1秒。
所述的“表面接触角”是指在一固体水平平面上滴一液滴,液体在固体表面形成热力学平衡时,固体表面上的固-液-气三相交界点处,其气-液界面和固-液界面两切线把液相夹在其中时所成的角。
所述的“疏水-疏油有机材料”是指含有疏水-疏油有机物的材料,包括含疏水-疏油高分子的材料,例如本发明实施例中使用的疏水-疏油高分子材料;所述的“疏水-疏油纳米材料”是指含有疏水-疏油纳米物质和/或结构的材料,包括含疏水-疏油纳米粒子的材料,例如本发明实施例中使用的疏水-疏油纳米粒子材料。
所述的“池”是指片基上用以固定探针以形成一个反应器的区域及周围的反应器分隔结构;所述的“多池”是指一个以上的多个池。
所述的“样品”是指待检测的可能含有兴趣物的物质,例如人血清、稀释人血清、经标记的人血清、等等;所述的“兴趣物”是指检测中感兴趣的物质,例如检测目标物、检测过程中间体、等等;所述的“残存样品”是指经过反应器中的反应后未被反应器探针固定下来的剩余样品.
所述的“降流动处理”是指对残存样品的一种处理方法,其特征是降低残存样品的流动性;所述的“降流动添加物”是指可使液体流动性降低的物质,其包括可增大液体粘度的可溶性增粘剂(例如糖类),和可吸附液体的不可溶添加物(例如树脂、层析胶、硅藻土、吸水高分子等等).
所述的“加样”是指将可能含有检测兴趣物的样品加入所述芯片反应 器中。
所述的“注入式加样(subjecting the sample though injection)”,是指首先通过机械(例如通过压力加样枪或泵)将液相样品移至一个容器中(例如加样枪的吸嘴或加样泵的管道)、再用机械将其推出这个容器而加入所述芯片反应器中,目前多反应器芯片检测中的加样均为注入式加样,注入式加样关注所加入样品的体积而不大关注其位置控制、尺寸控制和动量控制。
所述的“点样(spotting)式加样”是指点样头上的样品以被机械推动以外的其它方式加入到反应器中探针区及相邻区域上。点样式加样(subjectingthe sample though spotting)区别于现有的通过机械推动(例如泵的泵压或加样枪的压力)使点样头上的样品加入到反应器中的注入式加样,其具体操作与在芯片生产中将含探针溶液提供到片基上的“点样(spotting)”相类似(参考马立人、蒋中华主编《生物芯片》第二版,2002年,化学工业出版社,北京)。点样方式包括接触型点样式(例如通过点样头上的样品与反应器表面探针区及相邻区域的直接接触进行加祥)和非接触型点样式(例如喷射加样)。
所述的“非接触型点样式加样”是指点样头不与反应器探针区接触条件下进行的点样式加样,例如喷墨式点样加样;所述的“接触型点样式式加样”是指在点样头与反应器探针区接触条件下进行的点样式加样,特别是指在不使用机械(例如泵、压力移液器、等等)的条件下将液相样品移动到点样头上(例如基于毛细现象的液相样品移动)然后以确定的点位置(例如反应器探针区)、样点尺寸(例如大于反应器探针区2-3倍)及任选存在的样品动量(例如样品加至反应器探针区时的线速度大于1-100cm/秒)将液相样品移至反应器探针区上。
所述的“反应器清洗”是指将不需要的物质(例如残存样品、残存标记物、等等)从反应器全部移出并对反应器进行洗涤;所述的“含残存样品的反应器清洗”是指将尚存的残存样品从反应器全部移出并对反应器进行洗涤,例如:将一个开放反应器中的全部反应残存样品从反应器全部移出并对反应器进行洗涤,或将一个可逆封闭式反应器中的部分反应残存样品从反应器移出再进行反应器清洗。
所述的“双向清洗”是指含向反应器加入和移出洗涤介质(包括含残存物的洗涤介质)两个方向的操作的反应器清洗,这是目前的多反应器芯片检测方法中的反应器清洗方法,例如含残存样品的反应器清洗过程中的双向清冼,包括两个方向的操作,即先将反应残存物自反应器移出,再将洗液加入反应器,再将洗液自反应器移出,且洗液加入反应器再移出反应器的操作通常要重复多次,颇类似于ELISA检测方法中的清洗过程。
所述的“单向清洗”是指仅含向反应器加入洗涤介质的单方向操作的反应器清洗,其区别于目前的多反应器芯片检测中的双向清洗,例如含残存样品的反应器清洗过程中的单向清冼,可以是直接以洗液喷射到反应器上、将反应残存物自反应器带出并冼涤反应器的反应器清洗。单向清洗的又一个例子是:加入洗涤液同时进行反应器中残存样品的移出和反应器的洗涤。
所述的“清洗系统”是指检测装置中用于反应器清洗、特别是用于含反应残存物的反应器清洗的相关软、硬件的总体,例如本发明实施例中的清洗系统;所述的“降流动系统”是指检测装置中用于降低反应器中所含反应残存物的流动性的相关软、硬件的总体.例如本发明实施例中的降流动系统,所述的“点样式加样系统”是指检测装置中用于按照本发明的点样式加样进行加样的相关软、硬件的总体。
实施例1一种适用于多反应器分析芯片检侧方法的检测装置
本实施例涉及本发明的第三个方面,即一种适用于多反应器分析芯片检测方法的检测装置。
本实施例的检测装置,其至少包含清洗系统,或/和降流动系统,或/和点样式加样系统,其中所述清洗系统含一个或一个以上的多个喷头,且所述喷头含总数为Q的喷口,且其中所述喷口总数Q≥待清洗的反应器数目N≥2。
目前的多反应器芯片检测装置,其不含点样式加样系统和专门用于降低反应器中所含反应残存物的流动性的降流动系统,也不含将反应残存物冲洗出反应器的多喷口喷头。
一种根据本发明的含清洗系统的装置中,所述喷头的孔的位置对应于所述多反应器芯片上的所述裸反应器。
在本实施例的含清洗系统的装置中,其中所述清洗系统还可包括一种或多种下述部件:A.所述喷头上喷孔处的液流方向控制机制;B.所述喷孔与所述反应器的探针所在的表面的相对位置控制机制〔例如可旋转动喷头和/或芯片托架);C.超声波换能器;D.防止反应介质及所述洗液污染外界的密封腔室;E.流体动力系统,等等。其中所述流体动力系统包括提
供所述流体的流速和液压的泵或空压装置、管道、及流速、液压控制系统;所述控制系统对所述流体的提供条件(例如供给时刻与时间、连续或脉冲〕进行控制。
一种很据本发明的含清洗系统的装置中,所述喷头可以有不同的类型,例如喷孔在结构顶部的凸式喷头(图2a)、喷孔在凹体底部的凹式喷头(图2b)、喷孔在平面上分布的平面式喷头(图2c)、及它们的组合等。喷洗时,液流可以是脉冲式、连续式、水-气混合连续式或者它们的组合等方式。喷头和/或芯片位置可作圆周或摆动等机械运动,以使喷洗更均匀。
在本实施例的含清洗系统的装置中,可备有不同的喷头以备不同多反应器芯片或不同应用之需。
在本实施例的含清洗系统的装置中,其中所述清洗系统除可用以进行所述反应残存样品除去和反应器洗涤外,也可用作其它反应残存物(例如标记残存物)除去和反应器洗涤。
在本实施例的含清洗系统的装置中,可以使用不同的多反应器芯片,但优选的检测装置使用的是基于平面片基的多反应器芯片。
尽管某些其它芯片清洗系统可能具有喷头和流体动力系统,但其往往仅用于单开放反应器芯片或用作多反应器芯片在标记残存物除去(例如用移液器抽走)并进行部分清洗后的进一步清洗,不进行本实施例多反应器芯片检测方法中所述清洗,不具有实施例的装置中的清洗系统的特征。
通过本实施例,我们发现,利用本发明的含清洗系统的装置进行反应器清洗,不仅未在多反应器芯片、甚至高密度反应器芯上造成交叉污染,而且具有更高的洗涤效果。
一种根据本发明的装置中,所述清洗系统具有下述一个或一个以上的特征:a).所述流体形成装置(例如泵)的工作压力在0.1-7.0kg/cm2之间、优选1.0-5.0kg/cm2;b).所述喷口的口径为0.1-1.0mm;c).所述喷头上的喷口密度大于0.5个喷口/cm2、优选大于1个/cm2;d).所述流体与所述片基的顺时针夹角在5-275度之间、优选90±5度或180±5度;及e).所述喷口与所述探针点的最小距离在0.1-10.0cm之间、优选1-5cm之间。此外,喷射速度通常在1-1000cm/秒之间等亦是重要的工作参数,都与探针阵列尺寸、探针阵列间距、等反应器设计数据相关,不再一一罗列。总之,降低交叉污染风险是这些工作参数的主要决定因数。
所述喷孔的液流方向与所述反应残存物所在的反应器片基的顺时针夹角,可通过设置在所述清洗系统之内或之外的调角器或人工调节所述喷头或/和芯片的水平夹角来进行。优选的夹角,90±5度时液流方向自低向高(向上喷),180±5度时液流方向自高向低(向下喷)。所述喷孔与所述反应器的反应面的间距,可通过降低或升高所述喷头或/和芯片来调节。在我们的研究中,在上述工作参数条件下均未观察到交叉污染。
一种根据本发明的装置中,还包含本发明的分析芯片检测方法中所述降低所述反应残存样品的流动性的过程的降流动系统。本实施例的装置中,所述降流动性系统包括下述一个或一个以上的多个系统:a).用于所述粘度提高的温度控制系统或/和湿度控制系统;b).用于所述降流动添加剂的加料 系统,及c).含吸水物的吸水系统。
由于目前反应残存物从多反应器移出均是通过吸出进行的,故使用现有清洗系统并不希望增加残存物粘度。因而,尽管现有装置中也可能含有温度控制仪或/和湿度控制仪,但其仅用于控制反应条件、而非用于提高残存样品粘度,甚至于其目标条件(不明显增大反应器中反应介质粘度)与本发明的装置中的温度控制仪或/和湿度控制仪的目标条件(明显增大反应器中反应介质粘度)相反。
此外,尽管现有装置中也可能含有加料系统,但其仅用于加入不以降低介质流动性为目的的液相反应介质,而本发明的装置中的加料系统加入的是以降低介质流动性为目的的降流动添加物(优选为粉状物质),因而要求不同的加料系统。当然,而本发明的装置中的温度控制仪、湿度控制仪、或/和加料系统也可以这样设置,使其具有本发明的装置的特征,而又能用于其它过程。
一种根据本发明的含点样式加样系统的装置中,其包括一个或多个接触型点样式加样头。
本实施例接触型点样式加样头的一个优选方案为实心点样头(例如针、柱状物、等等)、或/和中空点样头(例如毛细管、等等)、或/和吸水点样头(例如纤维棍、纸棍、等等).
本实施例的一种点样式加样系统,具有下述特征:a).按加样形成的样点以反应器探针区中心或其邻近为中心来定位;和b).按加样形成的样点在反应器底面上形成的面积为反应器探针区面积的1.5-5.0倍来选择点样头尽寸;及任选存在的c).接样品加至反应器探针区时的线速度大于0.1cm/秒来选择点样头下降速度。
本实施例的点样式加样系统,也可以使用用于在芯片上固定探针的点样装置。
本实施例的装置,优选用于多反应器芯片,也可用于仅含一部分单反应器的芯片,甚至开放单反应器芯片。
在根据本发明的装置中,其可仅含一个、两个或三个下述系统:清洗系统、残存样品处理系统(例如本发明的降流动系统)和加样系统(例如本发明的点样式加样系统),也可含使芯片检测得以完成的其它系统,例如:样品制备系统,反应系统,标记物制备系统,标记物输入系统,检测信号读取和分析系统等。如同很多其它装置,不同功能系统可包含不同的系统、仪 器、零件、部件等组成,也可包含一些共用相同的系统、仪器、零件、部件等组成。
本实施例的检测装置,其操作步骤及其中各系统间逻辑关系的一个例子如下(图3):
(A)用加样系统(10)(例如移液器或含微量泵的加样机或本发明的点样式加样系统)将样品制备系统(9)制备好的样品(例如加有稀释液的样品,加有标记物质的样品等)输入芯片N个反应器中(如有覆盖在开放芯片上的保护膜之类保护结构,已预先打开);
(B)由反应系统(11)(例如含芯片孵育箱及温度/湿度控制器的反应系统)提供样品在反应器中反应的条件;
(C)反应完成后,用降流动系统(12)(例如温度/湿度控制器)提高反应残存样品粘度、或/和用加料系统加入降流动添加剂,以使反应残存物的流动性降低乃至丧失;
(D)用清洗系统(13)对反应器进行喷洗;
(E)如有必要,用标记物输入系统(例如移液器或含微量泵的加样机)将标记物制备系统制备好的标记物输入洗涤干燥后的芯片N个反应器中,由反应系统提供标记反应的条件,反应后可用清洗系统同时进行反应器的标记反应残存物移出及洗涤;
(F)用检测信号读取系统(14)和分析系统(15)对芯片反应器中的检测信号进行读取和分析。
本发明的装置可以是可进行全部检测步骤〔例如上述步骤(A)至(F)〕,从而包括全部检测功能系统的完全检测装置,也可是只进行部分检测步骤〔例如上述步骤(C)和(D),或(C)至(F)〕,从而只包括部分检测功能系统的部分检测装置。本发明的含多个检测功能系统的检测装置,其中有中央控制系统控制各检测功能系统。本发明的装置中,所含所述功能系统越多,所述芯片检测装置效率越高。在本发明的仅含部分所述功能系统的装置中,上述逻辑关系基本不变。
此外,同一个装置还可能用于不同的功能系统。例如,本发明一个实施例中,上述清洗系统的装置既用于样品反应残存物清洗系统,又用于标记残存物清洗系统。标记残存物除去和洗涤系统也可使用其它方式进行,例如单口压力流体器,单排喷口压力流体器等等。
本专业人士应当知道,本实施例的点样式加样系统:可以同时进行多个反应器(例如16-48个反应器)、特别是具有较高密度的多个反应器(例如密度大于1个反应器/cm2的芯片上的多个反应器)的加样;可以以确定的样品体积、样品面积和样品动量进行多个反应器上的加样;可以实现反应器中的 样品面积和样品体积的最小化。
本专业人士应当知道,本实施例的降流动系统:可以同时进行多个反应器(例如16-48个反应器)、特别是具有较高密度的多个反应器(例如密度大于1个反应器/cm2的芯片上的多个反应器)上的液相介质处理;可以在较短的时间内完成降流动处理(例如1-100秒);可以降低残存样品的流动性。
本专业人士应当知道,本实施例的单向清洗系统:可以同时进行多个反应器(例如16-48个反应器)、特别是具有较高密度的多个反应器(例如密度大于1个反应器/cm2的芯片上的多个反应器)上的清洗;可以在较短的时间内完成清冼(例如1-10秒),且容易通过提高清洗流体的线速度来提高清洗效果;交叉污染是可控制的。
本专业人士应当知道,如将本实施例的点样式加样系统、降流动系统和单向清冼系统分别组合(例如:点样式加样系统加降流动处理系统、点样式加样系统加单向清冼系统、降流动处理系统加单向清冼系统、点样式加样系统加降流动处理加单向清冼系统、等等),则它们不但不丧失各自的高集成度、高效率和高安全性,而且可以有更好的效果(例如更高的效率,或/和更高的安全性)。
实施例1.1:一种含反应器清洗系统的多反应器芯片检测装置
本实施例中制备的多反应器芯片检测装置,含反应器清洗系统,其包括下述子系统:
a.压力流体生成和输运系统,包括洗液储存瓶,电磁阀,压力泵,管道,多孔喷头,等;
b.废液排放系统,包括排液通道、废液池等;
c.防泄漏系统,包括一个可开启和关闭的分隔洗涤室等;
d.控制系统,包括对压力/流速控制、温度控制、喷头位置控制、芯片位置控制;
e.对各子系统之间的操作进行统一控制的中央控制器等。
本实施例中制备的多反应器芯片检测装置,可以包括也可以不包括反应条件控制系统。
本实施例中制备的一种含反应器清洗系统及反应条件控制系统的多反应器芯片检测装置的工作原理为(图4):
打开分隔洗涤室(16),将已在N个开放反应器(N>1)中加样品的多反应器芯片,以优选的角度放置在分隔洗涤室内,然后关上分隔洗涤室;将分隔洗涤室内多反应器芯片所在场所的温度/湿度通过温度/湿度控制器(17)调至反应所需(例如升高湿度),在规定的时间内进行反应;反应完成后,启动压力泵(18),将洗液储存瓶(19)中处于优选温度的洗液,经 管道(20)压入位于优选位置的优选N孔喷头(21),然后以优选压力/流速从N个喷孔同时喷出N个独立洗液流体至多反应器芯片上;这些洗液流体各自喷到一个反应器中探针区上后,向周围溅射,并将反应器中的反应残存样品带出和对反应器进行洗涤,所有溅射液经排液通道(22)进入废液池;然后,喷头以优选的转动继续冲洗反应池其它区域,直至清洗完毕;最后,芯片经鼓风机送入25-30℃的风流进行干燥,干燥后打开分隔洗涤室取出芯片。
多反应器芯片检测装置的反应器清洗系统的工作参数及参数变动范围的选择,根据多反应器芯片检测的实际需要进行。在本实施例中:多反应器芯片在分隔洗涤室内的优选角度,由与芯片托板相连的调角器调节,其调角范围为0-180°;洗液的优选温度由液体温度控制仪调节,其调温范围为20-40℃;洗液流体在喷孔处的压力/流速由液体流体压力/流速控制器控制,其压力控制范围为0-7kg/cm2、或流速控制范围为10-1000ml/分/mm2;喷头的优选通过更换喷头来实现,可供选择的喷头的参数列在表1中;喷头的优选位置,包括喷孔与芯片固定探针的片基平面之间的间距等,由与喷头相连接的调距仪调节,其可调的间距范围为0-30mm;喷头的优选转动由一个转动器提供,其转速为1-5转/秒,其转动直径为4mm。
本实施例中制备的多反应器芯片检测装置,可以包括也可以不包括标记反应系统。本实施例中,标记系统包括标记物溶液储存瓶、标记物溶液加液泵、标记物溶液加液枪、等等。本实施例中制备的一种含反应器清洗系统、反应条件控制系统、及标记系统的多反应器芯片检测装置的工作原理为:
在按照本实施例中制备的多反应器芯片检测装置的上述工作原理进行样品/探针反应和残存样品清洗后,启动标记物溶液加液泵,将标记物溶液储存瓶中处于优选温度的标记物溶液送入标记物溶液加液枪;标记物溶液加液枪在芯片上按预设的路线行进并把优选量的标记物溶液一一加入到上述N个已吹干的反应器中;同时将多反应器芯片所在场所的温度/湿度通过温度/湿度控制器调至反应所需,在规定的时间内进行反应;反应完成后,按与上述残存样品清洗工作原理相同的工作原理进行标记反应残存物清洗。
在本实施例中,所有制备都是常规制备。上述调角器、喷头(表1)、分隔洗涤室、调距器、及喷头转动器均由常规方法在机械加工厂分别制成,其它零、部件及控制装置,均选自市场上可供货的产品。
表1多口喷头参数
多口喷头 |
喷孔直径 |
喷孔个数(N) |
喷孔密度 |
1# |
400μm |
56 |
3.7个/cm2 |
2# |
500μm |
32 |
2.1个/cm2 |
3# |
600μm |
24 |
1.8个/cm2 |
4# |
700μm |
16 |
1.0个/cm2 |
实施例1.2:一种含降流动系统的多反应器芯片检测装置
本实施例中制备的多反应器芯片检测装置含降流动系统。
本实施例中制备的降流动系统分别为温度/湿度控制降流动系统和降流动剂降流动系统。其中:前者包括的降流动系统为温度/湿度控制系统(包括温度/湿度控制器等),而后者包括的降流动系统为降流动剂添加系统。
在本实施例中,用于反应及降流动的温度/湿度控制器的温控范围为15-45℃,湿控范围为40-95%。本实施例的温度/湿度控制降流动系统的工作原理为:通过控制多反应器芯片所在场所的温度/湿度,来控制反应器内含水介质的蒸发,从而控制含水介质的粘度,达到控制含水介质流动性的目的。
在本实施例中,降流动添加剂降流动系统由喷孔开在分隔洗涤室内的喷粉器组成。在需要进行降流动处理时,喷粉器向芯片喷出粉状降流动剂。粉状降流动剂与样品残存物接触后将其吸干,然后由下一步骤的清洗流体带入废液池。本实施例的降流动剂降流动系统的工作原理为:通过加入降流动粉剂,使多反应器芯片中反应器内的含水介质的粘度提高或/和可自由移动的数量减少,达到控制含水介质流动性的目的。
在本实施例中,所有制备都是常规制备,温度/湿度控制器选自市场上可供货的产品,其它零、部件的获得与实施例1.1相同。
实施例1.3:一种含点样式加样系统的多反应器芯片检测装置
本实施例中制备的多反应器芯片检测装置,含点样式加样系统。本实施例中制备的点样式加样系统由下述部件组成:接触型点样式加样头,多点样头固定器和多孔板。点样头包括实心点样头(例如针、柱状物、等等)、或/和中空点样头(例如毛细管、等等)、或/和吸水点样头(例如纤维棍、纸棍、等等)。本实施例中:点样头为可套接点样头,例如外购的移液器塑料吸嘴、自制的含有可套接在点样头固定器上的套口、但点样处为实心的塑料套杆(有或无吸液缝)、等等;多点样头固定器包括多个点样头套杆 及靠近套杆处将可套接点样头推出的推出套环(类似于移液器上的套杆和推出套环);其中点样头套杆和多孔板中的孔的位置与待加样芯片上反应器的位置一致。
本实施例中制备的点样式加样系统,具有下述特征:a).按加样形成的样点以反应器探针区中心或其邻近为中心来进行加样头定位;和b).按加样形成的样点在反应器底面上形成的面积为反应器探针区面积的1.5-5.0倍来选择点样头尽寸;及任选存在的c).接样品加至反应器探针区时的线速度大于0.1cm/秒来选择点样头下降速度。
本实施例中制备的点样式加样系统(图5)的工作原理为:将实验所需的N个点样头(26)套接在多点样头固定器(24)的N个点样头套杆(25)上,并使N个点样头的用以进行点样式加样的下端尽可能处于同一平面上,然后移动多点样头固定器使N个点样头分别进入多孔板的N个孔中与样品接触,再移动多点样头固定器使附有样品的N个点样头分别与芯片上的N个反应器接触并将样品点在反应器上,最后移动多点样头固定器使其离开芯片并利用推出套环将N个点样头分别推出。
本实施例中制备的点样式加样系统,点样头与多点样头固定器的联接也可以使用其它方式,例如将点样头嵌入多点样头固定器上。
本实施例中制备的点样式加样系统,可进行手工操作,也容易发展为机械化或自动化操作。
在本实施例中制备的点样式加样系统中,其中可以只有一个点样头,这时点样式加样系统同用以固定探针的点样系统(例如点样机)之间在目的和技术方案上仍有本质区别。点样式加样系统的目的是按设计将样品加到反应器的探针区上,而点样系统的目的是按设计‘将探针加到片基上形成探针区。目的不同导致技术方案不同。本发明的点样系统通常是以形成具有尽可能大的探针点密度的探针区为目的,所以点样头下端的尺寸小于0.25mm2,且通常越小越好。而本发明的点样式加样系统是以可靠地在包含整个探针区的反应器中形成液状样品为目的,所以点样头下端的尺寸需足够大,例如大于1mm2、优选大于2mm2。
本实施例中制备的点样式加样系统,其中点样头的用以进行点样式加样的下端可以呈园型、矩型或其它几何形状,下端表面面积在1-16mm2之间,每个点样头可进行点样式加样的体积在1-15ul之间。
在本实施例中,所有制备都是常规制备或市场上可供货的产品。
实施例1.4:一种含反应器清沈系统和降流动系统的多反应器芯片检测装置
本实施例中制备的多反应器芯片检测装置,含实施例1.1中制备的反 应器清洗系统及实施例1.2中制备的降流动系统,各系统之间的联接按常规方式联接,动作关系由中央控制器统一控制。
本实施例中制备的多反应器芯片检测装置,可以包括也可以不包括反应条件控制系统。本实施例中制备的一种含反应器清洗系统、温度/湿度降流动系统、及反应条件控制系统的多反应器芯片检测装置的工作原理为(图4):
打开分隔洗涤室(16),将已在N个开放反应器(N>1)中加有样品的多反应器芯片,放置在分隔洗涤室内,然后关上分隔洗涤室;将分隔洗涤室内多反应器芯片所在场所的温度/湿度通过温度/湿度控制器(17)调至反应所需(例如升高湿度),在规定的时间内进行反应;反应完成后,将温度/湿度通过温度/湿度控制器调至降流动所需(例如保持温度,切断提供湿度的蒸汽);然后,再按照实施例1.1中制备的含反应器清洗系统及反应条件控制系统的多反应器芯片检测装置的工作原理进行所述反应器清洗。(进行其工作原理中“启动压力泵”后的工作)。
本实施例中制备的多反应器芯片检测装置,可以包括也可以不包括实施例1.1中的标记反应系统。
在本实施例中,所有制备都是常规制备,温度/湿度控制器选自市场上可供货的产品,其它零、部件的获得与实施例1.1和2相同。
实施例1.5:一种含反应器清洗系统和点样式加样系统的多反应器芯片检测装置
本实施例中制备的多反应器芯片检测装置,含实施例1.1中制备的反应器清洗系统及实施例1.3中制备的点样式加样系统,各系统之间的联接按常规方式联接,动作关系由中央控制器统一控制。
本实施例中制备的多反应器芯片检测装置,可以包括也可以不包括反应条件控制系统。本实施例中制备的一种含反应器清洗系统、点样式加样系统、及反应条件控制系统的多反应器芯片检测装置的工作原理为:先按照实施例1.3中制备的点样式加样系统的工作原理进行点样式加样,将加完样的芯片通过输送装置送入分隔洗涤室后,再按照实施例1.1中制备的含反应器清洗系统及反应条件控制系统的多反应器芯片检测装置的工作原理进行所述反应和所述反应器清洗。
本实施例中制备的多反应器芯片检测装置,可以包括也可以不包括实施例1.1中的标记反应系统。
在本实施例中,所有制备都是常规制备,温度/湿度控制器选自市场上可供货的产品,其它零、部件的获得与实施例1.1和3相同。
实施例1.6:一种含反应器清洗系统、降流动系统和点样式加样系统的多反应器芯片检测装置
本实施例中制备的多反应器芯片检测装置,含实施例1.1中制备的反应器清洗系统、实施例1.2中制备的降流动系统及实施例1.3中制备的点样式加样系统,各系统之间的联接按常规方式联接,动作关系由中央控制器统一控制。
本实施例中制备的多反应器芯片检测装置,可以包括也可以不包括反应条件控制系统。本实施例中制备的一种含反应器清洗系统、温度/湿度降流动系统、点样式加样系统、及反应条件控制系统的多反应器芯片检测装置的工作原理为:
先按照实施例1.3中制备的点样式加样系统的工作原理进行点样式加样,将加完样的芯片通过输送装置送入分隔洗涤室后,再按照实施例1.4中制备的含反应器清洗系统、温度/湿度降流动系统、及反应条件控制系统的多反应器芯片检测装置的工作原理进行所述反应、所述降流动和所述反应器清洗。
本实施例中制备的多反应器芯片检测装置,可以包括也可以不包括实施例1.1中的标记反应系统。
在本实施例中,所有制备都是常规制备,温度/湿度控制器选自市场上可供货的产品,其它零、部件的获得与实施例1.1、2和3相同。
实施例1.7:一种含反应器清洗系统、降流动系统和检测信号扫描系统的多反应器芯片检测装置的制备
本实施例中制备的多反应器芯片检测装置,含检测信号扫描系统和实施例1.1中的反应器清洗系统及实施例1.2中的降流动系统,其包括下述系统:A.检测信号扫描系统;B.芯片输送系统;C.压力流体生成和输运系统;D.废液排放系统;E.防泄漏系统;F.反应条件控制系统;G.标记反应系统;H.含降流动添加剂降流动系统;I.控制系统。
本实施例中,除检测信号扫描系统外,其它系统均与实施例1.1或实施例1.2中相应子系统相同或相似。本实施例中,检测信号扫描系统为一台荧光扫描仪,与反应器清洗系统通过芯片输送系统(传输带)作串连安装。
本实施例中制备的一种多反应器芯片检测装置,含反应器清洗系统、降流动添加剂降流动系统、检测信号扫描系统、反应条件控制系统、及标记反应系统,其工作原理为:
按照实施例1.4制备的含反应器清洗系统、温度/湿度降流动系统及反 应条件控制系统的多反应器芯片检测装置的工作原理进行样品/探针反应、残存样品增粘、残存样品清冼、加入标记物溶液、进行标记反应、进行标记反应残存物清冼后,将吹干的芯片经芯片输送系统输送至荧光扫描仪中,按预设的条件进行信号扫描。
在本实施例中,所有制备都是常规制备。所用荧光扫描仪为共聚焦荧光扫描仪(SCAN-2,中国科学院成都光电研究所)。温度/湿度控制器选自市场上可供货的产品,其它零件、部件的获得与实施例1.1和2相同。
实施例1.8:一种含反应器清洗系统、降流动系统和其它系统的多反应器芯片检测装置的制备
本实施例中制备的多反应器芯片检测装置,含检测信号扫描系统和实施例1.1中的反应器清洗系统及实施例1.2中的降流动系统,其包括下述系统:A.位于检测信号扫描系统中的背景信号增强结构;B.位于检测信号扫描系统中的背景信号减弱结构;C.检测信号扫描系统;D.芯片输送系统;E.压力流体生成和输运系统;F.废液排放系统;G.防泄漏系统;H.反应条件控制系统;I.标记反应系统;j.含降流动添加剂降流动系统;k.控制系统。本实施例中,除背景信号增强结构和背景信号减弱结构外,其它系统均与实施例1.7中相应系统相同或相似。
在我们的另一项发明中(申请号为PCT/CN2004/000713),提供了一种通过使芯片反应器中背景与目标之间的色差最大化来提高检测灵敏度的方法。
本实施例中,背景信号增强结构包括含发光剂的涂料、薄膜、或/和薄片。
本实施例中所述发光剂选自于荧光物质。本实施例中的一种背景信号增强结构,为涂有一种市售的含荧光物质的荧光涂料的芯片背衬托板。在荧光扫描仪中,这种托板用于固定芯片在被扫描时的位置,及在被扫描时加强芯片反应器中的背景信号。
本实施例中,背景信号减弱结构包括对信号光线的吸光率大于95%、优选大于97%(或反射率小于5%、优选小于3%)的涂料、薄膜、或/和薄片。本实施例中的一种背景信号减弱结构,为涂有一种外购的超黑涂料(吸光率大于96%)的芯片背衬托扳。在荧光扫描仪中,这种托板用于固定芯片在被扫描时的位置,及在被扫描时减弱芯片反应器中的背景信号。
本实施例中制备的一种多反应器芯片检测装置,含反应器清洗系统、温度/湿度降流动系统、检测信号扫描系统、位于检测信号扫描系统中的背景信号增强结构、位于检测信号扫描系统中的背景信号减弱结构、反应条 件控制系统、及标记反应系统,其工作原理为:
将上述芯片背衬托扳固定在荧光扫描仪中,然后按照实施例1.7中含反应器清洗系统、温度/湿度降流动系统、检测信号扫描系统、反应条件控制系统、及标记反应系统的多反应器芯片检测装置的工作原理,对经样品/探针反应、残留样品降流动、残留样品清冼、加入标记物溶液、进行标记反应、进行反应残存标记物清冼后吹干的芯片进行扫描。
在本实施例中,所有制备都是常规制备,芯片背衬托扳为自制,其它系统、零、部件的获得与实施例1.1和2相同。
按照同样的制备方法,也可以制备含反应器清洗系统、降流动系统、和点样式加样系统的多反应器芯片检测装置。
实施例2.一种多反应器分析芯片(本发明所述的第1种分析芯片)
本实施例及实施例3涉及本发明的第二个方面,提供一种可用以实现本发明的方法的含反应器的检测装置,即分隔结构最低高度小于1mm的多反应器芯片。芯片分隔结构高度的限制有利于应用于本发明的方法。在很多情况下,分隔结构最低高度与其最高高度是相等的或大致相等的。本发明提供两种芯片。需要说明的是,尽管本发明的芯片是本发明的方法的优选芯片之一,其也可用于其它方法中,例如现有的检测方法中。
本发明的芯片,其中片基包括改性或未改性的玻璃,塑料,金属。例如,含下述一种或多种衍生基团的活化玻片:氨基,环氧基,醛基,酰肼基,氨基脲基(H2N-NH-CONH-),二乙氨乙基(DEAE-),二乙基-(2-羟丙基)氨乙基(QAE-),羧甲基(CM-),磺酸丙基(SP-),巯乙基吡啶基(MEP-),硅氧烷基,硫醇基。
本实施例为本发明的第一种多反应器分析芯片的实施例。
本实施例的多反应器芯片,其最少组成物包括片基、固定在片基上的探针点和与片基相连的最低高度小于1mm的反应器分隔结构,其中所述分隔结构含比所述片基更疏水和更疏油的疏水-疏油结构。
本发明的第一类芯片,其分隔结构高度有限(例如小于0.50mm),不同于现有的基于高度差分隔的芯片(其高度通常高于1mm)。尽管高度差分隔也可以在加样过程、样品反应过程、甚至所述反应残存样品的清洗过程中限制一个反应器中的水介质、油介质、及亲水亲油介质向其它反应器移动,但本发明的疏水-疏油分隔不受限于分隔高度(例如分隔结构高度可小于0.3mm),不仅对于某些扫描仪(例如荧光扫描仪)的直接应用更有利,且在应用本发明的检测方法时受到的限制也更少。
本发明的第一类芯片,也不同于现有的基于疏水或超疏水分隔的芯片(参考PCT/CN03/00055及PCT/CN2004/000169)。尽管超疏水分隔可以不受 限于分隔高度,可应用到本发明的检测方法中,但本发明的疏水-疏油分隔不仅可以限制一个反应器中的水介质、而且可以限制油介质及亲水亲油介质向其它反应器移动,可以更广泛地应用到本发明的检测方法中。此外,众所周知,疏水-疏油结构也具有抗污性。
本实施例的多反应器芯片中:a).所述疏水-疏油结构的水接触角比所述片基的水接触角大40度以上,优选大于60度以上;b).所述疏水-疏油结构的油接触角比所述片基的油接触角大10度以上,优选大于40度以上。实际上,所述疏水-疏油结构的表面水接触角比所述片基的表面水接触角越大,其限制水溶液作不需要的移动的能力越强;而其表面油接触角比所述片基的表面油接触角越大,其限制有机溶液作不需要的移动的能力、甚至抗污能力越强。
本实施例的多反应器芯片中,所述疏水-疏油结构含疏水-疏油材料。尽管本发明的芯片中所述疏水-疏油结构可以由不同的方式形成(例如机械加工形成的纳米疏水-疏油结构),本发明的优选方案则是由疏水-疏油材料形成的。例如选自可与所述片基直接或间接结合的疏水-疏油材料。本发明中,叙述“疏水-疏油材料与片基的间接结合”是指疏水-疏油材料与片基之间通过第三者进行的结合。例如,将疏水-疏油材料涂抹在成型板上的相关部位,再将含疏水-疏油涂层的成型板与固定有探针阵列的片基粘合、或与片基粘合后再固定探针阵列形成的芯片。
本实施例的多反应器芯片中,所述疏水-疏油材料包括疏水-疏油有机材料或/和疏水-疏油纳米材料。某些例子被给出在本发明的实施例中。
本实施例的多反应器芯片中,所述反应器分隔结构包括疏水-疏油涂层,疏水-疏油凸体(例如粘合在片基上的疏水疏油不干胶带)和含疏水-疏油表面的成型板。所述成型板被可逆地或不可逆地连接在所述片基上。所述成型板的基质可以是高分子材料板、纤维板或金属板,例如含疏水-疏油材料涂层的塑料板或疏水-疏油塑料板。
本实施例的多反应器芯片中,所述成型板上还可有其它结构,例如下列一种或一种以上的控制反应介质定向流动速度的结构:亲水材料层、疏水材料层、以毛细管现象为基础的吸水材料层及有助于控制流动的导流沟、槽、条。根据本发明的多反应器分析芯片,其面积大于基片的面积。即,反应器的部分或全部其它结构(例如加液结构或/和出液结构)设于成型板超出基片的区域内。
本实施例的多反应器芯片中,其反应器在不使用时可覆盖有保护结构。所述保护结构在不欲加入样品时封闭至少部分反应器结构,而在欲加入样品时其被全部或部分可逆或不可逆地去除。
本实施例的多反应器芯片,其包括多开放式芯片或多封闭式芯片。
根据本发明的多可逆封闭式反应器分析芯片,其除含片基、固定在片基上的探针、和与片基相联接的反应器分隔结构外,还含成型板。与片基相联接的反应器分隔结构含所述疏水-疏油结构,而成型板上的反应器分隔结构可含也可不含所述疏水-疏油结构。本发明的第一类多可逆封闭式反应器芯片的例子,是由组分I和II组成的芯片。其中:组分I由片基、固定化探针和片基上的疏水-疏油涂层组成,而组分II是在反应器清洗时可全部或部分去除的成型板。在加入样品时,成型板可与其它结构(包括片基及片基上的探针和反应器分隔结构)一起通过可逆结合形成多个可逆封闭式反应器。所述可逆结合的例子有:以重力、弹力、螺钉或夹具提供的机械力、磁铁或电磁铁提供的磁力、胶粘剂提供的可解粘结力之一种或一种以上的作用为基础来实现的结合。而且在需要形成所述裸反应器时,可解除所述可逆联接,例如去掉磁力夹具的磁力、等等。多可逆封闭式反应器的一个例子为多可逆封闭式宽带腔室反应器。
另一方面,本实施例还提供一种可用于制备上述本发明的第一类多反应器分析芯片的多池片基,其最少组成物包括片基和与片基相连的最低高度小于1mm的反应器分隔结构,其中所述分隔结构为上述分隔结构。
在很多情况下,本发明的芯片的制备的基本过程包括:A.制备本发明的多池片基;B.将探针固定到所述多池片基的池中;C.任选存在地,固定上述多可逆封闭式反应器分析芯片成型板,和/或将上述保护结构加入到所述芯片中。
本专业人士应当理解,本实施例的多反应器芯片:具有结构高集成度,例如一个尺寸为25×75mm(宽×长)芯片上可有多个反应器(例如16-48个、甚至更多个反应器);具有应用高集成度,例如可用于本发明的高集成度的检测方法中;反应器的密度可以达到很大(例如平均每平方厘米片基上可形成1个甚至2个以上的反应器)从而降低了检测成本
含本发明芯片的试剂盒,其将保持本发明的多反应器芯片达到的上述效果。
实施例2.1:一种含疏水-疏油分隔结构的多开放反应器芯片
在本发明以下实施例中,玻片购自美国ESCO SCIENTIFIC公司,载玻片的尺寸为75×25×1.0mm,盖玻片的尺寸为60×24×0.15mm;探针购自北京人民医院肝病研究所,分别为HIV1+2抗原、梅毒抗原、和HCV抗原,它们的点样浓度均在1.0-1.5mg/ml之间;所有的样品,均是经使用经典的单反应器开放芯片在同等反应条件下预先检测确定的,1号样为HCV抗体阳性血清,2号样为HIV1+2抗体阳性人血清,3号样为梅毒抗体阳性人血清,4号 样品为阴性对照物。
在本实施例中,所制备的为反应器分隔结构含疏水-疏油结构的多开放反应器芯片。尽管本发明的反应器的分隔结构可以部分是、也可以全部是本发明的疏水-疏油结构,本实施例中只给出了最为简单的情况作为例子。
1.片基的淮备
(1)常规片基的淮备
在本发明实施例中,常规片基分别为用已公开的氨基化方法和环氧基化方法自制的氨基载玻片和环氧基载玻片。
(2)含纳米结构片基的制备
在本发明实施例中,含纳米结构片基的制备是根据我们的另一些发明(申请号PCT/CN2004/000077,PCT/CN2004/000203,PCT/CN2004/000437)的含纳米结构片基的制备方法进行的。简言之,将载玻片放入浓度1/5000(w/v)的氧化硅纳米粒子(LUDOX AS-40,Sigma-Aldrich)悬浮液中浸泡2小时以上,然后洗涤烘干。再放入浓度1/5000(w/v)的聚乙烯吡啶烷酮溶液中浸泡2小时以上,然后洗涤烘干。再将片基进行热处理(60度10小时以上)获得含纳米结构片基。
本发明实施例中制备的含纳米结构片基,利用SPA-300HV型扫描探针显微镜(DFM)及分析软件进行鉴定。其中,固定化的纳米结构(结构高度大于3nm、且凸出半高处至少一维尺寸在1-500nm、优选1-100nm之间的纳米结构)在片基的分布密度大于10个/μm2。
2.多池片基的制备
本实施例中所用疏水-疏油材料均为市场上可购得的疏水-疏油材料。3种液态材料分别为城洁宝(深圳市城洁宝环保科技有限公司),高疏水氧化硅涂料(中国舟山明日纳米材料公司提供)和双疏涂料(中国兰光化工研究院)。3种固态材料分别为由3种液态材料涂抹多孔单面胶片、并按供货商提供的用法干燥后形成的反应器成型板(板厚小于0.3mm).
(1)疏水-疏油液态材料固化法制备疏水-疏油分隔结构多池片基
将上述疏水-疏油液态材料分别涂抹在上述常规片基和含纳米结构片基上反应器分隔位置处,按供货方的使用说明固化,或按本专业技术人员公知的方法加入适当、适量的固化剂固化,从而形成疏水-疏油涂层(例如图1中的(3))。疏水-疏油涂层可以有不同几何图型,本例中仅取高度25-115μm、宽度2.0-2.5mm的带状型。疏水-疏油结构包围的表面可以取各种几何图型,本例中仅取3mm×3mm矩形。在基片此一表面上,横向共有10个片基池,纵向有2个片基池,共有20个片基池。
(2)疏水-疏油固态材料固定法制备疏水-疏油分隔结构多池片基
将上述疏水-疏油液态材料涂抹在预先制备的成型板的用以进行反应器分 隔的部位上,再按供货方的使用说明固化,或按本专业技术人员公知的方法加入适当、适量的固化剂固化,从而形成含疏水-疏油涂层的固态材料。成型板可以由下述一种或多种材料制得:纤维膜、纸、塑料、金属、等,本例中仅取外型尺寸为75×25×0.3mm(长×宽×厚)的塑料板作成型板,其中有呈2×10排列的20个3mm×3mm矩形孔,孔之间间隔为2.0-2.5mm。疏水-疏油涂层形成的位置为孔的内缘和板上方的孔间隔带。然后,将含疏水-疏油涂层的成型板通过无疏水-疏油涂层的板下方的孔间隔带与上述常规片基和含纳米结构片基的上方粘结,制成疏水-疏油分隔结构多池片基。
按照本实施例的方法,可制备反应器分隔结构有不同高度(例如0.05-0.5mm)、有不同几何型状(例如带状、多线条组合状、等等)及不同几何尺寸,反应池有不同几何型状(例如矩形、园形、椭园形、等等)及不同几何尺寸,和反应池有不同排列方式及不同数目(例如纵向排×横向列为14×4的56个反应池、8×2的16个反应池、等等)的多池片基。
按照本实施例的方法,可制备的多池片基中的片基材料可选用任何可直接(例如用上述疏水-疏油液态材料固化法)或间接(例如用上述疏水-疏油固态材料固定法)固定疏水-疏油材料的芯片片基材料。
(3).含疏水-疏油结构的多池片基的鉴定
本实施例中,疏水-疏油结构的接触角的测定中,无菌蒸馏水用于测定疏水-疏油结构和片基的水接触角,纯化的花生油用于测定疏水-疏油结构和片基的油接触角。
接触角的测度由成都晨光化工研究院进行,所用接触角测定仪为JC2000A(厦门凯美特科学仪器公司)。本实施例中:所用片基的表面水接触角小于48度,表面油接触角小于45度;所用疏水-疏油材料的表面水接触角均大于100度(例如氧化硅涂料的表面水接触角大于110度),表面油接触角均大于80度(例如城洁宝的表面油接触角大于100度)。
3含疏水-疏油分隔结构的多反应器分析芯片的制备
实际上,本发明的芯片可以先固定探针再制备疏水-疏油结构,也可以先制备疏水-疏油结构得到上述多池片基再固定探针。本例使用后一方法。
(1)常规芯片的制备
在上述多池常规片基的池内中心区(距疏水-疏油结构0.5mm以上)内,用公知的探针点样方法(本例中为手工点样)将上述3种抗原分别固定上去。每种抗原点3个点,形成一个3×3探针阵列。待抗原的固定化反应完成后,芯片用牛血清白蛋白封闭后备用。
(2)含活性纳米结构的芯片的制备
一种方法是,在上述含纳米结构多池片基的池内中心区(距疏水-疏油结构 0.5mm以上)内,用公知的探针点样方法将上述3种抗原分别固定上去。每种抗原点3个点,形成一个3×3探针阵列。待抗原的固定化完成反应后,芯片用牛血清白蛋白封闭后备用。
另一种方法,是根据我们的另一些发明中(申请号PCT/CN2004/000077,PCT/CN2004/000203,PCT/CN2004/000437)的纳米结构活性载体的制备方法进行的。简言之,将氧化硅纳米粒子(LUDOX AS-40,Sigma-Aldrich)悬浮液与上述抗原分别混合后在反应条件下将抗原固定在氧化硅纳米粒子上,然后用公知的探针点样方法将上述3种抗原分别固定到上述多池常规片基的池内中心区(距疏水-疏油结构0.5mm以上)内。每种抗原点3个点,形成一个3×3探针阵列。待抗原/氧化硅纳米粒子复合物的固定化反应完成后,芯片用牛血清白蛋白封闭后备用。
4.含疏水-疏油分隔结构的多反应器分析芯片的鉴定
实验时取上述芯片每种各10个,并对其反应池进行编号,每个芯片上横向和纵向单数反应池内加入由1、2、3号样品等量混合形成的阳性血清,横向和纵向偶数反应池内加入阴性对照血清。
标记物为按公知方法自制的罗丹明标记的鼠抗人抗抗体。实验时,加样量为10μl,标记物加入量为10μl。加样反应后,不需像酶标板冼涤那样将反应池中的未固定物吸尽后再洗涤,而是按下述方法之一洗涤:
(a)用吸水纸轻轻接触反应池吸尽未固定物,然后用手压洗液瓶冲洗干净;
(b)将玻片转动与水平面成45度角,用实施例1.1的洗涤系统从上向下喷射冼涤液冲洗干净;(c)将玻片转动与水平面成180度角,用实施例1.1的洗涤系统从下向上喷射冼涤液冲洗干净。
加标记物、反应及洗涤、干燥均按公知方法进行。干燥后进行扫描。扫描仪为共聚焦激光扫描仪(Afymetrix公司GMS 418芯片扫描仪),扫描激发光波长532nm,发射光波长570nm,读取的信号经处理软件(JAGUAR II)处理。定义交叉污染率为所获结果与加入样品不符的反应池数目除以所考察的反应池总数,实验结果如表2。
表2不同隔离结构的分析芯片的鉴定结果
芯 片 |
疏水-疏油 材料 |
片基 |
凸体 厚度 |
WCD* |
OCD** |
交叉 污染率 |
1 |
城洁宝 |
环氧基载玻片 |
75-105μm |
>60度 |
>50度 |
0 |
2 |
城洁宝 |
环氧基载玻片 |
20-115μm |
>60度 |
>50度 |
0 |
3 |
城洁宝 |
环氧基载玻片 |
20-89μm |
>60度 |
>50度 |
0 |
4 |
城洁宝 |
环氧基载玻片 |
15-106μm |
>60度 |
>50度 |
0 |
5 |
氧化硅涂料 |
环氧基载玻片 |
75-105μm |
>70度 |
>30度 |
0 |
[0263]
6 |
氧化硅涂料 |
环氧基载玻片 |
65-89μm |
>70度 |
>30度 |
0 |
7 |
双疏涂料 |
环氧基载玻片 |
120μm |
>50度 |
>30度 |
0 |
8 |
双疏涂料 成型片 |
环氧基载玻片 |
400μm |
>50度 |
>30度 |
0 |
9 |
双疏涂料 成型片 |
黑漆载玻片 |
400μm |
>50度 |
>30度 |
0 |
WCD*:疏水-疏油菜料与片基之间的水接触角之差;
OCD**:疏水-疏油菜料与片基之间的油接触角之差
实施例2.2:一种可逆封闭式多反应器芯片
本实施例中制备的可逆封闭式多反应器芯片,为一种含可逆封闭结构的湿润腔室芯片。
本实施例中的可逆封闭式多湿润腔室芯片,是根据我们的另一项发明(申请号PCT/2004/001128)中可逆封闭式多湿润腔室芯片的制备方法、而引入本发明的疏水-疏油分隔结构来制备的。简言之,其是由一个可形成一个多裸反应器芯片的底面元件和一个顶面元件结合形成的。
本实施例中,底面元件包括含底面加液区和底面出液区的底面片基、探针、疏水-疏油分隔结构、及疏水-疏油分隔结构形成的腔室壁。底面元件的制备,是在片基上用上述疏水-疏油液态材料将预留固定探针的8个底面(每个底面长×宽为12mm×4mm)之外的区域均匀涂满,待其过夜干燥后形成隔离结构层(厚度小于0.1mm)。然后,将上述抗原溶液用点样机(GM 417ARRAYER,GENETIC MICROSYSTEMS公司)以每种配基3个点的形式点到上述预留区域内,形成3×3探针阵列。在室温下包被反应3小时后,经小牛血清封闭,清洗干燥后备用。
本实施例中,顶面元件包括顶面(与底面对应)、宽带腔室进口、宽带腔室出口、反应器进液结构、反应器出液结构、定位结构和反应器隔离结构。顶面元件的制备,是先用机械加工方法,制成尺寸100mm×40mm×2mm(长×宽×厚)的不锈钢板。其中的进液结构为进液管、出液结构为出液管,容易与其它系统(例如流体输运机械)的管道联接。然后,在其底部与顶面元件上反应器隔离结构相应的位置上涂上弹性材料溶液(自干硅橡胶溶液,成都晨光化工研究院)涂层(厚小于0.18mm)。其每一对进出液口与底面元件上的每一个反应池的进出液区相对应。总之,底面元件上和顶面元件上的隔离结构须互为对应。顶面元件是可反复使用的。
通过机械卡具压力将上述芯片顶面元件和底面元件结合起来,就形成一 个封闭式多湿润腔室芯片,可进行加样和样品-探针反应。反应后抽干每一个腔室内的反应残存样品,然后撤消机械卡具压力将上述芯片顶面元件和底面元件分离开来,上述底面元件就形成一个多裸反应器芯片。
用本例中制备方法制备的湿润腔室芯片,每一个封闭式多湿润腔室的腔底尺寸为12mm×4mm,腔壁高度约为0。25mm,去离子水靠湿润现象在水平方向充满所述宽带腔室所需的时间小于1秒、甚至小于0.5秒。
实施例3.一种多反应器分析芯片(本发明所述的第2种分析芯片)
本实施例为本发明的第二种多反应器分析芯片的实施例。
本实施例的多反应器芯片,其最少组成物包括片基、固定在片基上的探针点、和与片基相连的最低高度小于1mm的反应器分隔结构,其中:a).所述反应器具有非探针区和最小化面积的探针区;及b).所述分隔结构含比所述片基更疏水的疏水结构或/和疏水-疏油结构。本实施例的类芯片可应用于本发明的检测方法,特别是包含加入最小化体积的样品的过程的方法。
本发明的第二类多反应器芯片不同于现有的多反应器芯片,现有多反应器芯片仅有特征化的分隔结构。而本发明的第二类多反应器芯片除了具有特征化的分隔结构,还具有特征化的探针区面积。后者在多反应器芯片的抗交叉污染方面起着重要的作用。事实上,探针区面积越小,则加到反应器中的样品量也可以越小,则反应器间交叉污染的风险也随之降低(表3)。
表3.不同结构生物芯片的抗交叉污染实验结果
实验* |
PRA** |
PSH*** |
PSSCA ****
|
检测 ***** |
OCR |
1 |
0.9mm2 |
0.06-0.20 |
113° |
- |
0 |
2 |
0.9mm2 |
0.06-0.20 |
78° |
- |
0 |
3 |
1.6mm2 |
0.06-0.20 |
113° |
- |
0 |
4 |
1.6mm2 |
0.06-0.20 |
78° |
- |
0 |
5 |
4.0mm2 |
0.06-0.20 |
113° |
- |
0 |
6 |
4.0mm2 |
0.06-0.20 |
78° |
- |
>1 |
7 |
9.0mm2 |
0.06-0.20 |
113° |
- |
>1 |
8 |
9.0mm2 |
0.06-0.20 |
78° |
+ |
>1 |
*:其它实验条件与实施例4.2的条件相似。
**:PRA-探针区
***:PSH-分隔结构高度
****:PSSCA-分隔结构表面水接触角(片基为46度)
*****检测:芯片旋转360°时加到所述探针区上的去离子蒸馏水样品不流出任一个所述反应器为(-),否则为(+)。其中:旋转速度为36度/秒;所述水样品的体积为:V=所述探针区面积的底面积X(所述分隔结构的最小高度+100um).
本实施例的多反应器芯片中,探针区面积的最小化,不仅为加样量最小化提供了条件,也可以减少探针消耗量。
本实施例的多反应器芯片,其具有下述一个或全部特征:a).所述探针区的面积小于1.0mm2;及b).所述探针区的探针密度大于10探针点/mm2。而实际上,探针数目确定之后,提高探针密度是降低探针区面积的实际方式。
本实施例的多反应器芯片,不仅是具有特征化的分隔结构和特征化的探针区面积,而且在探针区面积与分隔结构之间具有特征化的关系。实际上,最小化的探针区面积(其使所加样品的体积的最小化变得可能),较低的分隔结构高度(其有利于本发明方法中的应用)和较高的分隔结构疏水性(其尽可能防止水溶液的不需移动),三者结成一个整体结构以抗交叉污染,从而使检测中,例如使用本发明方法的检测中的交叉污染风险变得可控。本发明的第二类多反应器芯片,其中所述探针区的面积、所述分隔结构的最小高度、以及所述疏水结构或/和疏水-疏油结构的水接触角使得:所述芯片旋转360°时加到所述探针区上的样品不流出任一个所述反应器。在鉴定时,芯片旋转速度为36度/秒;所述样品的体积为:V=所述探针区面积的底面积X(所述分隔结构的最小高度为+100um);所述样品为去离子蒸馏水。
本实施例的多反应器芯片,其中所述分隔结构包括高疏水结构和上述疏水-疏油结构。高疏水结构的水接触角比所述片基的水接触角大40度以上。
本发明的第二类芯片,其包括多开放式反应器芯片或多封闭式反应器芯片,多可逆封闭式反应器芯片,多流动反应器芯片,多非流动反应器芯片等等。
本实施例的多反应器芯片中,所述探针板为平面探针板。
本实施例的多反应器芯片中,所述分隔结构包括下述一种或多种结构:片基上的涂层;片基上的凸体(例如不干胶带);片基上可逆式不可逆连接的成型板等等。
本实施例的多反应器芯片中,所述成型板可含有其它结构,例如下述一种或多种流动控制结构:亲水涂层,疏水涂层,基于毛细现象的吸附层等等。
本实施例的多反应器芯片中,芯片表面可大于基片表面,其中部分或 全部反应器结构(例如入液和/或出液结构)被置于超出基片的成型板上。
另一方面,本实施例提供一种芯片试剂盒,其含上述本发明的多反应器分析芯片,还含有标记物。本实施例提供的芯片试剂盒,也可不含有标记物。
本专业人士应当理解,本实施例的多反应器芯片:具有结构高集成度,例如一个尺寸为25×75mm(宽×长)芯片上可有多个反应器(例如16-48个、甚至更多个反应器);具有应用高集成度,例如可用于本发明的高集成度的检测方法中;反应器的密度可以达到很大(例如平均每平方厘米片基上可形成1个甚至2个以上的反应器)从而降低了检测成本
含本发明芯片的试剂盒,其将保持本发明的多反应器芯片达到的上述效果。
实施例3.1:一种多开放反应器芯片
在本实施例中,所制备的为多开放反应器芯片。本实施例中只给出了最为简单的情况作为例子。
实际上,本发明的芯片可以先在片基上固定探针再固定反应器分隔结构,也可以先在片基上固定反应器分隔结构再固定探针。本例使用后一方法。两种方法中各步骤之间操作原理相同,而步骤次序相反。
1.多池片基的制备
在本发明实施例中,所用片基为实施例2.1中制备的常规片基或含纳米结构片基。仅管本发明的反应器的隔离结构可以部分、也可以全部含疏水、高疏水、或疏水-疏油材料,本实施例中只给出了最为简单的情况作为例子。
(1).含疏水分隔结构多池片基的制备
本实施例中所用疏水材料为市场上可获得的黑色聚乙烯塑料或黑色聚氯乙烯塑料。疏水材料经热塑模压为成型板,其外型尺寸75.0×25.0×0.5mm(长×宽×高),其中开有二行八列共16个直径为5mm的圆孔。两种成型板的静态水接触度分别为78度和73度。将片基与成型板粘合即形成16池片基。
(2).含高疏水分隔结构多池片基的制备
本实施例中所用高疏水液态材料分别为“聚丙烯酸酯涂料”(中国成都晨光化工研究院提供,静态水接触度85度)、“有机硅防水涂料”(中国成都晨光化工研究院提供,静态水接触度116度)、和“高疏水氧化硅涂料”(中国舟山明日纳米材料公司提供,静态水接触度151度),所用高疏水固态材料分别为"聚四氟乙烯不干胶带"(中国成都晨光化工研究院提供,静态水接触度117度)和″纳米纺织物″(中国舟山明日纳米材料公司提供,静态水接触度155 度)。
本实施例中从高疏水液态材料固化制备多池片基的方法:将上述高疏水液态材料分别涂抹在上述常规片基和含纳米结构片基上反应器分隔位置处,按供货方的使用说明固化,或按本专业技术人员公知的方法加入适当、适量的固化剂固化,从而形成高疏水涂层。高疏水涂层可以有不同几何图型,本例中仅取高度85-115μm、宽度4.5mm的带状型。高疏水涂层包围的反应池可以取各种几何图型,本例中仅取4.5mm×4.5mm矩形。在本例制备的多池片基中,横向共有8个片基池,纵向有2个片基池,共有16个片基池。
本实施例中从高疏水固态材料固定化制备多反应器芯片的方法,是在将固态材料成型后再粘合在片基上。所获多池片基仅在高度上不同(300um-500um)。
(3).含疏水-疏油分隔结构多池片基的制备
与实施例2.1中含疏水-疏油分隔结构多池片基的制备方法相同。其中:以疏水-疏油固态材料固定法制备的多池片基,其分隔结构高度在300-600um,宽度4.5mm;以疏水-疏油液态材料固化法制备的多池片基,其涂层高度在100-300um,宽度4.5mm。在本例制备的多池片基中,横向共有8个片基池,纵向有2个片基池,共有16个片基池,且每个片基池均为4.5mm×4.5mm矩形。
2.多反应器分析芯片的制备
本实施例中,常规芯片或含活性纳米结构的芯片的制备方法,同于实施例2.1中常规芯片或含活性纳米结构的芯片的制备方法,只是3×3探针阵列是由点样仪(DY-2003生物芯片点样仪,中国科学院北京电工研究所)点成的,其分布区域的面积小于1mm2。如果点样数目更多,可选择使用其它高密度探针阵列点样仪(例如大于50探针点/mm2的点样仪).此处制备的为多开放式反应器芯片
3.开零多反应器芯片的制备
本实施例中,可由上述制备获得的多反应器芯片制备开零多反应器芯片的方法,参考我们的另一发明(申请号PCT/CN2004/000169)。简言之,在上述制备的含疏水结构的多反应器分析芯片上的分隔带中心线上将聚乙烯膜胶粘上去(聚乙烯膜上有预切割线以利在使用时撕开成小孔)。本例中用的反应器封闭元件包括:通过机械切割加工有易吸脱区域的塑料片、铝塑膜和有无易吸脱区域的塑料薄膜。
4.多开放反应器分析芯片的鉴定
(1)分隔特性的鉴定
将上述开零多反应器芯片的保护系统打开成多开放反应器分析芯片,或 直接利用多开放反应器分析芯片进行鉴定,方法如下:
将多开放反应器分析芯片放置在水平平面托板上,用移液器将适量无离子蒸馏水加到每一个反应池中的探针分布区域上,形成一个底面积大于探针分布区域面积2倍以上、高度大于150um的半球状水珠,然后用与托板相连接的、实施例1.1中制备的调角器使芯片以其最长的外沿(本例为75mm长外沿)为轴按顺时针缓和旋转一周,然后检查有无无离子蒸馏水离开任一反应池。本例中制备的多反应器分析芯片,均未观察到无离子蒸馏水离开反应池,说明本例制备中选择的分隔结构高/分隔结构表面疏水性/探针区面积组合是合适的。
(2)交叉污染率的测定
本实施例中,所制备获得的多开放反应器芯片的交叉污染率的测定方法和结果,同于实施例2.1中制备获得的多开放反应器芯片的交叉污染率的测定方法和结果。
实施例4一种多反应器分析芯片检测方法
本实施例涉及本发明的第一个方面,即一种多反应器分析芯片检测方法。
本实施例的一种多反应器分析芯片检测方法,其至少包括:a).含点样式加样的加样过程;或/和b).含降流动处理的残存样品处理过程;或/和c).含单向清洗的含残存样品的反应器清洗过程。
本发明中,术语“点样式加样”是指点样头上的样品以被机械推动以外的其它方式加入到反应器中探针区及相邻区域上。点样式加样区别于现有的通过机械推动(例如泵的泵压或加样枪的压力)使点样头上的样品加入到反应器中的注入式加样,其具体操作与现在用于在芯片生产中将含探针溶液提供到片基上的“点样(spotting)”相类似(参考马立人、蒋中华主编《生物芯片》第二版,2002年,化学工业出版社,北京)。点样方式包括接触型点样式(例如通过点样头上的样品与反应器表面探针区及相邻区域的直接接触进行加祥)和非接触型点样式(例如喷射加样)。
本实施例的点样式加样方法同现有的加样方法相比有下述优点:a).更好地控制加样量、特别是在反应器上形成的样点的底部面积,从而更好地控制反应器清冼中的反应器交叉污染(特别是在使用含本发明的反应器清冼过程的检测中);b).由于使用尺寸易控的点样头(实心物或/和中空物或/和吸水物)及不需进液/出液机械结构,更易实现机械化、自动化;c).通过样品动量控制可使得更有利于探针点-兴趣物反应、从而提高灵敏度。
本实施例的方法,其中所述点样式加样方法,不仅适于将样品加入反应器,还适于将其它反应添加物(例如标记物)加入反应器。
本实施例中,术语“降流动处理”是指对残存样品的一种处理方法,其特征是降低残存样品的流动性。目前的方法不含降流动性的残存样品处理过程。
本实施例中,所述的“单向清洗”是指仅含向反应器加入洗涤介质的单方向操作的反应器清洗。单向清洗不同于目前的多反应器芯片检测中的双向清洗。例如含残存样品的反应器清洗过程中的单向清冼,可以是直接以洗液喷射到反应器上、将反应残存物自反应器带出并冼涤反应器的反应器清洗。单向清洗的一个例子是:加入洗涤液同时进行反应器中残存样品的移出和反应器的洗涤。
直到目前,进行反应器清洗时避免反应器之间的交叉污染的一个原则是物理隔离,即绝对不允许一个反应器内的样品、反应残存物和含反应残存物的洗液进入另一个反应器。目前的双向清冼是实现这一原则的具体措施。然而,通过本发明的实施例,令人吃惊的是,不保证反应器之间的物理孤立性的单向清洗方法,仍可避免反应器之间的交叉污染。尽管不拟进入理论讨论,但可以举一个例子说明如下:
由喷孔A和相邻喷孔B喷出的洗液流体A和洗液流体B,如果分别达到反应器A的探针区A和相邻反应器B上的探针区B,它们各自形成的溅射流由于流体力学原因,既使进入另一反应器中,也难以到达另一喷射流体覆盖的探针区上;此外,假设反应器A上产生的微量溅射流进入反应器B,其中所含微量的反应残存物A被洗液流体A高度稀释、然后在反应器B中被洗液流体B高度稀释,且由于洗液流体B的不断流入而与探针阵列B之间的接触非常短,由于化学反应动力学原因难以形成有实质意义的反应。
因而,在缺乏物理孤立性的条件下(例如反应残存物A可能进入相邻反应器B),按照本发明的基于流体动力学和化学反应动力学的动力学孤立性(例如反应残存物A既使进入相邻反应器B也不与探针阵列B形成有实质意义的反应),反应器间交叉污染的风险仍是可控的。
本实施例的方法中使用的芯片,不仅不要求一个高的分隔结构,而且在大多数情况下,分隔结构越低越有利于清洗。本发明的方法中优选使用的芯片,为分隔结构较矮(例如小于1mm,优选小于0.50mm、更优选小于0.30mm)的芯片。而在现有的双向清洗方法中(例如用ELISA洗板机进行的清洗)使用的芯片,分隔结构至少大于1mm、通常大于3mm,且分隔结构越高越有利于清洗。
本实施例的方法,其中所述反应器清洗方法,不仅适于含残存样品的反应器的清洗,还适于含其它反应残存添加物(例如残存标记物)的反应器 的清洗。
与现有方法比较,本实施例的清洗方法更简易、更经济、和更易实现自动化。此外,由于反应残存物从反应器移出更快,更彻底等,不仅操作方便,操作时间缩短(例如小于10秒钟),而且洗涤效果更佳(例如残留的非特异标记点数目减少)可保证较高的灵敏度。
本实施例的方法中所使用的多反应器分析芯片,可以是任何多反应器芯片,其包括下述的本发明的多反应器分析芯片,还包括其它多反应器分析芯片,例如市售的多开放反应器分析芯片,及PCT/CN03/00055、PCT/CN2004/000169、等等发明中所述的多反应器分析芯片。
本实施例的方法中使用的芯片,包括多开放反应器分析芯片、优选多开放非流动反应器分析芯片、更优选多开放非流动反应器平面分析芯片。
本实施例的方法中使用的芯片,包括多封闭式反应器分析芯片、优选多可逆封闭式反应器分析芯片、更优选多可逆封闭式宽带腔室反应器分析芯片,例如PCT/CN2004/001128所发明的多可逆封闭式湿润腔室芯片。
本实施例的方法,可以在一个分析芯片上进行,也可以平行地在一个以上的多个分析芯片上进行。
根据本发明的检测方法,其中所述单向清洗为分别向N个待清洗的所述含残存样品的反应器提供总数为Q的独立流体、并用所述独立流体分别冲出所述N个反应器中所含残存样品的反应器清洗,其中:a).所述流体数目Q≥所述待清洗反应器数目N≥2;和b).Q个流体基本上同时达到所述N个反应器上。
本实施例中,所述的“到达时刻差”是指Q个独立流体对N个反应器进行喷洗时,Q个独立流体中最先达到这N个反应器中的某一个上的时刻与最后达到这N个反应器中的某一个的时刻之差。例如,N个独立流体分别对N个反应器进行喷洗时,如第i个独立流体最先达到与其相应的反应器上、且到达时刻为9:55’55”,而第j个独立流体最后达到与其相应的反应器上、且到达时刻为9:56’05”,则到达时刻差为10秒。到达时刻差可用来确定描述“基本上同时到达”。例如,当道大时刻小于10秒,可以认为是各流体“基本上同时到达”。这一参数对本发明的检测方法具有重要意义(表4)。
表4 20次连续试验中到达时刻差(DAT)与交叉污染率(OCR)的关系:
*:实验是在同实施例4.1的实验条件相似的条件下进行的(除DAT)。
本实施例的一种方法,其至少包括下述步骤:a).提供反应器数目为M的多反应器芯片,并使其中的N个反应器处于备用状态,其中:所述反应器数目M≥N≥2;b).提供可能含有检测兴趣物的样品,并使其处于备用状态;c).将步骤b中所得备用样品与步骤a中所得备用反应器中的所述探针点接触,其中所述接触是在使所述探针点与所述兴趣物结合的反应条件下进行的;d).在步骤c中所述结合反应之后,使含反应残存物的所述N个反应器处于待清洗状态;和e).分别向步骤d所述的N个待清洗反应器提供总数为Q的独立流体,并用所述独立流体分别冲出所述N个反应器中所含反应残存样品,其中所述流体数目Q≥所述反应器数目且所述Q个流体基本上同时达到所述N个反应器上。其中:
叙述“提供反应器数目为M的多反应器芯片,并使其中的N个反应器处于备用状态”的例子是:提供含M个有保护反应器的芯片,去掉其中N个反应器的保护结构,并使其处于待加样的状态。这里,所提供的芯片可以是一个或多个。
叙述“提供可能含有检测兴趣物的样品,并使其处于备用状态”的例子是:提供可能含有检测兴趣物的样品,并通过适当处理(例如稀释、浓缩、或/和标记、等等),使其处于待加入反应器的状态。
叙述“将步骤b中所得备用样品与步骤a中所得备用反应器中的所述探针点接触”的例子是:将上述处于待加样状态的样品加入上述处于备用状态的反应器中,并进行探针与可能存在的兴趣物之间的反应。所述加样可以选择本发明方法中的点样式加样。
叙述“使含反应残存物的所述N个反应器处于待清洗状态”的例子是:对开放反应器而言,上述反应完成后即处于待冲洗状态;对封闭式反应器而言,可部分排空反应残存物然后去掉反应器探针区上方的封闭结构,使之处于待冲洗状态。其中还可以加入本发明方法的对残存样品的降流动处理过程。
叙述“分别向步骤d所述的N个待清洗反应器提供总数为Q的独立流体,并用所述独立流体分别冲出所述N个反应器中所含反应残存样品,其中所述Q个流体基本上同时达到所述N个反应器上”的例子是:通过一个有N个孔的喷嘴同时向N个含反应残存样品的反应器一一对应地提供总数为N的独立流体,例如N个互不接触的空气流体或洗液流体,并用流体将 反应器内的反应残存样品通过溅射冲出反应器外。
本实施例的含所述反应器清洗过程的检测方法,其中所述各流体到达反应器的线速度为1-1000厘米/秒、优选为100-500厘米/秒。
本实施例的方法,其中首次到达各所述反应器中固定化探针上的所述各洗液流体的动量大致相同,特别是线速度大致相同。本发明的方法,上述流体线速度在清洗过程中可维持不变,也可变化(例如连续变化或脉冲变化)。本实施例的方法,首次到达各所述反应器中固定化探针上的所述各洗液流体的线速度适当大,将有利于减小反应器间交叉污染和加强反应器内的净化。此外,如表5所示,维持适当高的线速度对于减小背景噪音的干扰也是具有重要意义的。表5中的特征背景噪音点为尺寸大于或等于探针点尺寸且信号强度大于或等于阳性样品信号强度的50%的背景斑点。表5.20次实验中洗液线速度(LV)与特征背景噪音出现率(OSBN)的关系
实验* |
LV(cm/秒) |
OSBN |
1 |
5 |
>10 |
2 |
10 |
7 |
3 |
20 |
5 |
4 |
100 |
0 |
5 |
200 |
0 |
*其中除LV外实验条件与实施例4.1中的实验条件相似。
需要说明的是,流体线速度的获得通常是通过压力能(例如工作压力为0-5kg/cm2的泵或压缩空气)实现的。
本实施例的检测方法,其中所述洗液流体还可具有包括超声波能在内的其它物理能。
本实施例的一种检测方法,其中含或不含本发明方法的点样式加样或/和反应器单向清洗,而含所述降流动处理,且所述降流动处理包括:a).提高所述反应残存物粘度;或/和b).向所述反应残存物提供降流动添加剂;或/和c).用吸水物质减小所述反应残存物体积。
实际上,一个较低的流动性有利于限制反应残存样品的流动,从而控制反应器之间的交叉污染。目前使用的芯片检测方法,其中由于要先将反应残存物移出,需要反应残存物有较大体积,从而不含降流动处理步骤。通过本发明的实施例中的方法,我们发现,适当增大反应残存物粘度(例 如增大30%以上)、乃至丧失流动性,可以更好地控制流体冲洗中的溅射现象,是有利于降低所述交叉污染风险的。在本发明的一个实施例中,反应残存样品的流动性的降低也通过降流动添加剂来进行。降流动添加剂可提高反应残存样品的粘度或/和限制其流动。用于本发明的添加剂包括碳水化合物,聚合物粉体,层析胶,多孔颗粒,吸水高分子等等。此外,通过吸水物质(如纸纤维等)来减小反应残存物体积也减小了其流动性。
本实施例的一种检测方法,其中含或不含本发明方法的所述降流动处理或/和反应器单向清洗,而含所述点样式加样,且所述点样式加样包括接触型点样式式加样。
本发明中,术语“接触型点样式式加样”是指在点样头与反应器探针区接触条件下进行的点样式加样,例如通过基于毛细现象或/和亲水吸附或/和吸水现象的液体移动将液相样品移动到点样头上,然后将点样头移至反应器探针区及其邻近区域上进行的加样。接触型点样中的点样头,为不依靠外加机械力(例如注入式加样中的机械力)即可将样品液体经点样头转移到反应器上、或探针区上的装置,例如毛细管、针、柱状物、等等。为含缝柱状物点样头的例子为:以直径大于1mm、在柱底开有一条或多条宽度30-200um的狭缝的柱为点样头,将多个点样头分别伸入分别盛有多个样品的多孔板中,因柱上的微小结构(例如缝、尖点、等)使得样品被吸到柱上且按表面张力作用而分布。
本发明的包含点样式加样的方法的一个优选方案,其中所述接触型点样式加样包括使用一个或多个接触型点样式加样头进行点样,所述接触型点样式加样头包括实心点样头(例如针、柱状物、等等)、或/和中空点样头(例如毛细管、等等)、或/和吸水点样头(例如纤维棍、纸棍、等等)。点样头可以由不同材料制成(例如金属、塑料、玻璃、等等)。
本实施例的一种检测方法,其中含所述接触型点样式,且其中所述加样是在下述条件下进行的:
a).加样形成的样点以反应器探针区中心或其邻近为中心;和
b).加样形成的样点在反应器底面上形成的面积为反应器探针区面积的1.5-5.0倍、优选1.5-3.0倍;及任选存在的
c).样品加至反应器探针区时的线速度大于0.1cm/秒、优选大于1cm/秒。
本实施例的点样式加样与目前的多反应器芯片检测中的注入式加样不同,注入式加样关注所加入样品的体积而不大关注其位置控制、尺寸控制和动量控制。
本实施例的一个优选方案中:所述点样式加样的加样量为1-20ul/反应 器、优选1-10ul;或/和所述点样式加样在反应器上形成的样品液体的底部面积为1-36mm2、优选1-16mm2。
本实施例的一种检测方法,其中所述反应器中加入具有最小化的体积的可能含有检测兴趣物的样品。样品体积的最小化可以使含样品残存物的溅射流的溅射范围最小化,从而有利于交叉传染风险的最小化。
本专业人士应当理解,本实施例的点样式加样:可以同时进行多个反应器(例如16-48个反应器)、特别是具有较高密度的多个反应器(例如密度大于1个反应器/cm2的芯片上的多个反应器)的加样;也可以以确定的样品体积、样品面积和样品动量进行多个反应器上的加样;还可以实现反应器中的样品面积和样品体积的最小化。
本专业人士应当理解,本实施例的降流动处理:可以同时进行多个反应器(例如16-48个反应器)、特别是具有较高密度的多个反应器(例如密度大于1个反应器/cm2的芯片上的多个反应器)上的液相介质处理;可以在较短的时间内完成(例如1-100秒);可以降低残存样品的流动性。
本专业人士应当理解,本实施例的单向清冼:可以同时进行多个反应器(例如16-48个反应器)、特别是具有较高密度的多个反应器(例如密度大于1个反应器/cm2的芯片上的多个反应器)上的清洗;可以在较短的时间内完成(例如1-10秒),且容易通过提高清洗流体的线速度来提高清洗效果;交叉污染是可控制的。
本专业人士应当理解,如将本发明的点样式加样、降流动处理和单向清冼分别组合(例如:点样式加样加降流动处理、点样式加样加单向清冼、降流动处理加单向清冼、点样式加样加降流动处理加单向清冼、等等),则它们不但不丧失各自的高集成度、高效率和高安全性,而且可以有更好的效果(例如更高的效率,或/和更高的安全性)。
实施例4.1:采用本发明所述第1种分析芯片的多反应器芯片检测方法
本实施例中,所用检测装置分别为上述实施例制备的检测装置,所用芯片为上述实施例制备的多反应器芯片。
1.使用多开放反应器芯片的情况
该情况中使用的多反应器芯片为实施例2.1制备的多开放反应器芯片,使用时将保护结构打开成多开放反应器分析芯片,或直接使用无保护结构的多开放反应器分析芯片。
(1)使用仅含清洗系统的检测装置的情况
首先,在多孔ELISA微孔板相应于芯片反应池位置的多个孔中,加入用PBS缓冲液稀释20倍上述样品,然后使用常规的注入式加样或本发明的点样式加样。点样式加样时使用本发明实施例1.3中的点样式加样系 统加样。加样时先将大小和形状适宜的多个接触型点样式加样头固定到固定器的相应于芯片反应池位置的套杆上,再将点样头浸入准备好样品的微孔板的相应孔中,均匀沾取样品后,以盖章的形式将样品1-3u1分别加入上述多反应器分析芯片的每一个反应器中。在反应器内形成的液滴的底面面积为2-3mm2,点样式加样时加样头的下降速度约为30cm/秒。然后使反应物在37℃反应1小时。反应完成后,打开检测装置分隔洗涤室,将多反应器芯片正面向下、背面向上放置在分隔洗涤室内的芯片托板上,然后关上分隔洗涤室;再启动压力泵,将洗液储存瓶中的室温PBS洗液,经管道压入位于优选位置的4#喷头,然后从16个喷孔同时喷出16个独立洗液流体至16个反应器上。喷洗工作参数如下:A.每一个喷孔对正一个反应池内的探针阵列;B.喷孔处液流方向与所述芯片的固定探针的片基平面的顺时针夹角在90±5度,即使流体方向自低向高(向上喷);C.喷孔与所述芯片探针区的间距调至2.0±0.3cm;D.泵压调至2.5±0.5kg/cm2;E.喷液时间持续5秒。这些洗液流体各自喷到一个裸反应器中固定化探针处后向周围溅射,并将裸反应器中的反应残存样品带出和对裸反应器进行洗涤,所有溅射液经排液通道进入废液池。然后,打开分隔洗涤室取出芯片。
如使用压力/超声流体清洗系统时,在压力泵与喷头管道之间接入的超声波发生器的功率30瓦,其它如上。
芯片用风干燥后,在其反应器中加入标记物(罗丹明标记的羊抗人二抗溶液并在37℃反应1小时。反应完成后,将其正面向下、背面向上放置在分隔洗涤室内的芯片托板上,并重复上述清洗过程。然后,芯片经干燥并送入扫描仪扫描、分析。所用扫描仪为共聚焦激光扫描仪(GMS 418,Afymetrix公司)。扫描参数为:扫描激发光波长532nm,发射光波长570nm,激光强度和增益分别为60/69。读取的信号经处理软件JAGUAR II处理,然后取平均值后得到结果。每个反应池上所得阴,阳性结果均与所用样品一致。连续使用20个芯片进行20次上述多反应器芯片测定,所得结果相同,均未观察到交叉污染。但使用点样式加样的反应器比之使用常规方法的点样器加样的反应器,阳性样品的平均读数较高,说明有较高的灵敏度。
(2)使用含清洗系统和反应条件控制系统的检测装置的情况
本实施例中使用的是实施例1.1制备的多反应器芯片检测装置。
首先,将10ul已用PBS缓冲液稀释20倍的上述样品按常规加样方法分别加入上述多开放反应器分析芯片的每一个反应器中。然后将芯片放入检测装置分隔洗涤室内的芯片托板上,多反应器芯片正面向上、背面向下呈水平放置,然后关上分隔洗涤室。分隔洗涤室内多反应器芯片所在场所的温度已预调至37℃,湿度已预调至85%。反应1小时后,将芯片托板调 角使多反应器芯片正面向下、背面向上,再启动压力泵,将洗液储存瓶中的室温PBS洗液,经管道压入4#喷头,从16个喷孔同时喷出16个独立洗液流体至16个反应器上。喷洗工作参数同本例中上述使用仅含清洗系统的喷洗工作参数相同。其它操作同本例中上述使用仅含清洗系统的检测装置的情况的操作相同,所得结果相同。
(3)使用含清洗系统、温度/湿度降流动系统、反应条件控制系统、及标记反应系统的多反应器芯片检测装置的情况
本实施例中这里使用的是实施例1.4制备的多反应器芯片检测装置。
首先,将10ul已用PBS缓冲液稀释20倍的上述样品按常规加样方法分别加入上述多开放反应器分析芯片的每一个反应器中。然后将芯片放入检测装置分隔洗涤室内的芯片托板上,多反应器芯片正面向上、背面向下呈水平放置,然后关上分隔洗涤室。分隔洗涤室内多反应器芯片所在场所的温度已预调至37℃,湿度已预调至85%。反应1小时后,将湿度调至60%,并在37℃降湿3-5分钟。然后,将芯片托板调角使多反应器芯片正面向下、背面向上,再启动压力泵,将洗液储存瓶中的室温PBS洗液,经管道压入4#喷头,从16个喷孔同时喷出16个独立洗液流体至16个反应器上。喷洗工作参数同本例中上述使用仅含清洗系统的喷洗工作参数相同。反应残存物清洗完毕后将芯片风干,再将芯片托板调角使多反应器芯片正面向上、背面向下,然后在每个反应器中加入10ul标记物(罗丹明标记的羊抗人二抗)溶液并在37℃反应1小时。反应完成后,将芯片托板调角使多反应器芯片正面向下、背面向上,再启动压力泵,重复上述清洗过程。
其它操作同本例中上述使用仅含清洗系统的检测装置的情况的操作相同,所得结果相同。
(4)使用含清洗系统、降流动添加剂降流动系统、反应条件控制系统、及标记反应系统的多反应器芯片检测装置的情况
本实施例中这里使用的是实施例1.4制备的多反应器芯片检测装置。
首先,将10ul已用PBS缓冲液稀释20倍的上述样品分别加入上述多开放反应器分析芯片的每一个反应器中。然后将芯片放入检测装置分隔洗涤室内的芯片托板上,多反应器芯片正面向上、背面向下呈水平放置,然后关上分隔洗涤室。分隔洗涤室内多反应器芯片所在场所的温度已预调至37℃,湿度已预调至85%。反应1小时后,每个反应器中加入1mg葡萄糖干粉。然后,将芯片托板调角使多反应器芯片正面向下、背面向上,再启动压力泵,将洗液储存瓶中的室温PBS洗液,经管道压入4#喷头,从16个喷孔同时喷出16个独立洗液流体至16个反应器上。喷洗工作参数同本例中上述使用仅含清洗系统的喷洗工作参数相同。反应残存物清洗完毕后将芯片风干,再将芯片托板调角使多反应器芯片正面向上、背面向下, 然后在每个反应器中加入10ul标记物(罗丹明标记的羊抗人二抗)溶液并在37℃反应1小时。反应完成后,将芯片托板调角使多反应器芯片正面向下、背面向上,再启动压力泵,重复上述清洗过程。
其它操作同本例中上述使用仅含清洗系统的检测装置的情况的操作相同,所得结果相同。
(5)使用含清洗系统、降流动添加剂降流动系统、检测信号扫描系统、反应条件控制系统、及标记反应系统的多反应器芯片检测装置的情况
本实施例中这里使用的是上述实施例1.7制备的多反应器芯片检测装置。
与上述使用含清洗系统、降流动添加剂降流动系统、反应条件控制系统、及标记反应系统的多反应器芯片检测装置的情况同样,进行样品/探针反应、降流动添加剂降流动、反应残存物清冼、加入标记物溶液、标记反应、反应残存标记物清冼后,将吹干的芯片经芯片输送系统输送至荧光扫描仪中,按预设的条件进行信号扫描仪。所用荧光扫描仪为共聚焦荧光扫描仪(SCAN-2,中国科学院成都光电研究所)。扫描参数为:扫描激发光波长532nm,发射光波长570nm,激光强度和增益分别为60/69。所得结果与上述情况中的结果相同。
(6)使用含清洗系统、降流动添加剂降流动系统、检测信号扫描系统、位于检测信号扫描系统中的背景信号增强结构、位于检测信号扫描系统中的背景信号减弱结构、反应条件控制系统、及标记反应系统的情况
本实施例中这里使用的是实施例1.8制备的多反应器芯片检测装置。
将涂有荧光涂料的芯片背衬托扳(或涂有荧光涂料的芯片背衬托扳)固定在荧光扫描仪中,然后使用含清洗系统、降流动添加剂降流动系统、反应条件控制系统、及标记反应系统的多反应器芯片检测装置的情况同样,进行样品/探针反应、降流动添加剂降流动、反应残存物清冼、加入标记物溶液、标记反应、反应残存标记物清洗后,将吹干的芯片经芯片输送系统输送至荧光扫描仪中,按预设的条件进行信号扫描仪。所用荧光扫描仪为共聚焦荧光扫描仪(SCAN-2,中国科学院成都光电研究所)。扫描参数为:扫描激发光波长532nm,发射光波长570nm,激光强度和增益分别为60/69。所得结果与上述情况中的结果一致。
2.使用可逆封闭式多反应器芯片的情况
该情况中使用的多反应器芯片为实施例2.2制备的可逆封闭式多反应器芯片。使用时通过机械卡具压力将上述芯片顶面元件和底面元件结合起来,就形成一个封闭式多湿润腔室芯片。
将已用PBS缓冲液稀释20倍的上述样品加热至37℃,用微量泵将样品各以流速0.05ml/小时加入各个反应器中,加样时间60分钟。然后停 止微量泵,在每个反应器的入口管上接上风管并将反应器中的反应残存样品吹干,再撤消机械卡具压力将上述芯片顶面元件和底面元件分离开来,上述底面元件就形成一个多裸反应器芯片。
将上述多裸反应器芯片正面向下、背面向上放置在分隔洗涤室内的芯片托板上,然后关上分隔洗涤室;再启动压力泵,将洗液储存瓶中的室温PBS洗液,经管道压入位于优选位置的4#喷头,然后从16个喷孔同时喷出16个独立洗液流体至16个反应器上。喷洗工作参数如下:A.每一个喷孔对正一个反应池内的探针阵列;B.喷孔处液流方向与所述芯片的固定探针的片基平面的顺时针夹角在90±5度,即使流体方向自低向高(向上喷);C.喷孔与所述芯片探针区的间距调至2-3cm;D.泵压调至2.5±0.5kg/cm2;E.喷液时间持续5秒。这些洗液流体各自喷到一个裸反应器中固定化探针处后向周围溅射,并将裸反应器中的残留的反应残存样品带出和对裸反应器进行洗涤,所有溅射液经排液通道进入废液池。然后,打开分隔洗涤室取出芯片。
如使用压力/超声流体清洗系统时,在压力泵与喷头管道之间接入之间的超声波发生器的功率30瓦,其它如上。
用风干燥芯片后,在其反应器中加入标记物(罗丹明标记的羊抗人二抗)溶液并在37℃反应1小时。反应完成后,将其正面向下、背面向上放置在分隔洗涤室内的芯片托板上,并重复上述过程。
然后,芯片经干燥并送入扫描仪扫描、分析。所用扫描仪为共聚焦激光扫描仪(GMS 418,Afymetrix公司)。扫描参数为:扫描激发光波长532nm,发射光波长570nm,激光强度和增益分别为60/69。读取的信号经处理软件JAGUAR II处理,然后取平均值后得到结果。每个反应池上所得阴,阳性结果均与所用样品一致。连续使用20个芯片进行20次上述多反应器芯片测定,所得结果相同,均未观察到交叉污染。
同样地,也可利用实施例1.1至8中制备的其它捡测装置来分别对上述多裸反应器芯片进行反应残存样品清洗、加入标记物溶液、标记反应、反应残存标记物清冼、荧光扫描及信号分析、等等操作。
同现有检测方法比较,本发明的多反应器芯片检测方法的单向清洗具有下述优点:A.清洗时间较短,对一个芯片一次清洗的时间通常在10秒钟之内;B.清洗效果好,由于压力可调,在泵压超过5.0kg/cm2的实验中仍未观察到目标信号损失,洗出的芯片背景干净,芯片背景上的斑痕出现率与现有净化方法比较下降2倍以上;C.可重复性高;D.容易自动化。
实施例4.2:采用本发明所述第2种分析芯片的多反应器芯片检测方法
本实施例中,所用检测装置分别为实施例1.1至8制备的检测装置,所用芯片为实施例3.1中制备的多反应器芯片。
本例中加样方法为点样式加样:用实施例1.3制备的多反应器点样式加样系统将预先优选量的已用PBS缓冲液稀释20倍的上述样品分别加入每一个反应器中。本例中样品加入量的确定方法为:加入样品后在反应器中一次形成的液态物,在反应条件下其底面积大于探针分布区域面积的2倍但小于探针分布区域面积4倍,其最高处高度大于150um但小于300um。经实验后确定,实施例3.1中制备的多反应器芯片的反应器加样量为2.5-3.5ul。本实施例中:加样按加样形成的样点以反应器探针区中心或其邻近为中心来进行加样头定位;和接样品加至反应器探针区时的线速度大于5cm/秒来选择点样头下降速度。
此外,本例中其它过程所用方法和装置均与实施例4.1中使用多开放反应器芯片的几种情况中的其它过程所用方法和装置相同,并获得相同的结果,甚至更高的灵敏度。
本发明的包括对样品加入量进行优选的多反应器芯片检测方法,除具有实施例4.1中多反应器芯片检测方法的优点外,还具有节省样品和进一步降低交叉污染的风险。在利用实施例4.1和实施例4.2的方法分别对实施例2.1和实施例3.1制备的多开放反应器芯片的对比中,前者的百次污染率高于后者。此外,使用本发明的多反应器点样式加样的方法与通常的利用移液器进行加样的方法比较,所获结果的平均灵敏度要高些。