專利名稱：表面張力驅動液流的芯片化的高密度微陣列液體轉移裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種芯片化的高密度微陣列液體轉移(microarrayer technique on chip)裝置，本裝置是把成千上萬組的液體轉移組合陣列化地集成在一芯片上，稱之為微陣列液體轉移芯片(microarrayer chip)，這是一種精確控制體積的高密度陣列化的高效率低成本的超微量液體轉移裝置。
生物/化學微陣列(Biological/chemical microarray)是指利用微電子、微機械等工業(yè)技術，在玻璃、硅片、塑料等固相載體上按一定位置陣列固定生物或化學分子，來制成應用于生物/化學分析的產(chǎn)品，其作用對象可以為基因、蛋白質或細胞組織等。生物/化學微陣列目前已開發(fā)的產(chǎn)品包括基因芯片(Genechip，DNAchip or Microarray)、蛋白質芯片(protein chip)、微流體芯片(Microfluidics)及實驗室芯片(Labs-on-a-chip)等。其中的基因芯片或稱DNA微陣列是目前技術上相對比較成熟、使用最多的一種生物微陣列?；蛐酒侵笇⒊汕先f個DNA探針按一定位置點置于固相載體上，再通過分子雜交，對靶分子進行分析。生物/化學微陣列及其技術以其快速、大量、準確的特性為生命科學、醫(yī)學制藥、農(nóng)業(yè)等領域的研究提供了革命性的手段。
目前使用的基因芯片的制作技術有接觸型液體轉移法、噴墨法、原位合成法等。原位合成法已成功應用于短鏈核酸芯片(Southern等，美國專利5,770,367；5,770,637；5,436,327。Pirrung等，美國專利5,143,854。Fodor，美國專利5,744,305；5,800,992。Winkler等，美國專利5,384,261)。這種方法的缺點是無法用于大分子(如長鏈的DNA)的微陣列制作，另外此法比較昂貴且操作較困難(美國專利6,101,649)。噴墨法和其他非接觸型液體轉移法也可以用來加工生物/化學微陣列(Brennan，美國專利5,474,796；Tisone，美國專利5,741,554；Hayes等，美國專利5,658,802)，尤其適用于特定粘度及其他物理特性的樣品，但不適用于多種樣品或未知樣品(美國專利5,927,947；6,112,605)，并且這種方法有其內在不足之處，它無法制作高密度的微陣列及不容易控制微陣列的質量(美國專利6,101,649)。接觸型液體轉移法是目前應用最廣的微陣列制作方法。該法的主要原理是利用針形液體轉移裝置(點樣針)沾/吸取探針溶液后成千上萬次點接觸固相載體，從而制成含成千上萬核酸探針點的芯片。這種方法的主要缺點是昂貴的針尖易損傷及樣點均勻性較差(中國專利CN1302904)，雖然人們設計了許多種點樣針(美國專利Augenlicht4,981,783；Drmanac等，美國專利5,525,464；Roach，美國專利5,770,151；Brown等，美國專利5,807,522；中國專利CN1302904)來彌補這些缺點，利用該方法可以制作高密度的芯片，但是它的機械結構使這種方法點樣針的數(shù)目很少(通常為32針)，效率受到限制，制作高密度生物/化學微陣列需要較長的時間，尤其是在一個芯片上點置不同樣品時，清洗和吹干針尖需要大量的時間，因此不能滿足越來越高密度的芯片發(fā)展趨勢的要求(美國專利6,245,297)。
本發(fā)明旨在提供一種精確控制體積的表面張力驅動液流的芯片化的高密度微陣列超微量液體轉移裝置---微陣列液體轉移芯片(microarrayer chip)，它能夠滿足當前的制作生物/化學微陣列的要求1、高密度(每一探針樣品點的直徑要小，單位面積上的樣品點數(shù)要多)；2、樣品點均勻性好(每一點的直徑及每一點的探針分子數(shù)基本一致；樣品點精確定位)；3、高效率(每一次機械動作轉移到生物芯片上的樣品點數(shù)要多，液體轉移過程的成本低，便于大規(guī)模制作生物/化學芯片)；4、設備低成本(設備簡單，微陣列液體轉移芯片成本低而可一次性使用，避免交叉污染)。
所說的表面張力驅動液流的芯片化的高密度微陣列液體轉移裝置設有一片狀載體，片狀載體上設有微陣列超微量的液體轉移組合，所說的組合包括儲液部、液體轉移頭和微通道，儲液部可為儲液體，儲液池，儲液槽或儲液面等，用于儲存液體樣品；液體轉移頭(或稱點樣頭)用于轉移液體樣品；所說的微通道聯(lián)通于儲液部與液體轉移頭之間，用于由儲液部向液體轉移頭補充樣品溶液。
儲液部(如儲液體，儲液池，儲液槽或儲液面等)的體積可為液體轉移頭攜帶預設定的超微量體積的5000～10倍，最好為1000～100倍。不同的液體樣品的儲備液(可為納升至微升)陣列化地儲存于大數(shù)量的儲液部。每一個液體轉移頭攜帶預設定的超微量體積的不同樣品溶液，所說的超微量體積由液體轉移頭的幾何參數(shù)預設定，可為1皮升～100納升的體積，最好為100皮升～1納升。液體轉移頭可與儲液部配對設置，液體轉移頭可設為管狀，孔狀，曲面或平面，可設在片狀載體中或片狀載體的底面，可設在儲液部的旁側或底部。
聯(lián)通儲液部與液體轉移頭的微通道的作用在于由儲液部向液體轉移頭補充樣品溶液。通道的形狀可為狹長開放形或封閉形，通道內可設填充物。
微通道的形狀可為狹長開放形或封閉形，通道內可設填充物，最好是多孔填充物，其參數(shù)按液體轉移頭攜帶預設定的超微量體積的大小而定。
所說的陣列化地集成在片狀載體上的成千上萬組的液體轉移組合總數(shù)可為101～105(視需要而定)。芯片化的片狀載體的面積視液體轉移組合總數(shù)而定，可設為1～100cm2級。
片狀載體的材料可為高分子材料，半導體材料，金屬或硅酸鹽材料等。
所說的微陣列液體轉移芯片的制作可采用光刻技術，激光加工，模塑或模鑄等。
本發(fā)明在使用時可將所需的成百上千種的樣品液分別加到微陣列液體轉移芯片的各儲液部內。通過微通道流入相應的液體轉移頭。每一個液體轉移頭攜帶預設定的亞納升體積的不同樣品溶液(可為DNA，蛋白質，化學/生物試劑/試樣等等的溶液)。當接受液體轉移的載體，例如空白(或部分空白)生物芯片(或尼龍膜)與上述微陣列液體轉移芯片平行地面對面放置且相互靠近并接觸時，成千上萬的陣列化液體轉移頭所攜帶的預定的亞納升體積的不同樣品基本上全部就在表面張力作用下從后者轉移到前者而形成微陣列樣品。然后二者脫離接觸。(上述“平行地面對面放置且相互靠近并接觸”的動作可由程序化的自動機械實施對準并一步完成)。液體轉移頭失去所攜帶的亞納升級體積樣品后，每組儲備樣品液自動在表面張力作用下經(jīng)由微通道向該組液體轉移頭補充預設定的亞納升體積的樣品溶液。換上另一接受液體轉移載體后重復上述過程。循環(huán)成百上千次，則可將成千上萬不同品種的儲備樣品液每次按預設定的亞納升體積轉移到成百上千張接受液體轉移載體上。
與現(xiàn)有的技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點是1、本裝置采用高密度、芯片化微陣列液體轉移芯片結構，其結構不僅十分簡單，而且整個裝置的微量液體轉移的微液流過程可以只靠表面張力的作用，因此相鄰的液體轉移組合之間的距離(pitch)可以很近，每個裝置所排列的液體轉移組合可以有成千上萬組，每一步轉移的樣品品種數(shù)目遠超過現(xiàn)有的技術，也就是說，可將成千上萬不同品種的儲備液每次按預設定的亞納升體積轉移到成百上千張生物芯片上，大大提高了制備生物芯片的效率。
2、由于表面微量液體轉移裝置的微陣列液體轉移芯片的結構很簡單，而且整個裝置的微液流過程可以只靠表面張力作用，因此本發(fā)明的制造成本很低，有可能作為一次性用品，避免了洗滌和交叉污染。
3、由于液體轉移頭所攜帶的不同樣品為預設定體積的不同樣品溶液。在表面張力作用下每次基本上都全部轉移到生物芯片(例如尼龍膜)上，因此轉移體積的重現(xiàn)性較好。
4、由于液體轉移頭所攜帶的不同樣品為預設定的體積，此體積主要決定于裝置的液體轉移頭結構的參數(shù)，因此可以設定為亞納升或皮升體積，其結果是每一生物芯上可容納更多更密集的陣列點。
綜上所述，本發(fā)明以其高速度、高精確度、高密度以及芯片化的特性為生命科學、醫(yī)學制藥、農(nóng)業(yè)等領域的科研與技術開發(fā)提供革命性的手段。


圖1為本發(fā)明實施例的結構示意圖。
如圖1所示，選擇金屬片作為本發(fā)明的片狀載體1，其尺寸選為長100mm，寬40mm，厚1mm。利用光刻技術在玻璃片上表面設圓形儲液池2，其半徑為0.3mm，高0.8mm；另在儲液池2旁側設圓柱形液體轉移頭3，液體轉移頭3的半徑為0.05mm。儲液池2與液體轉移頭3配對陣列化設計，相鄰儲液池之間的距離可設為0.4mm。儲液池2與液體轉移頭3的上端口之間設狹長封閉式微通道4聯(lián)通。
權利要求
1.表面張力驅動液流的芯片化的高密度微陣列液體轉移裝置，其特征在于設有一片狀載體，片狀載體上設有微陣列超微量的液體轉移組合，所說的組合包括儲液部、液體轉移頭和微通道，所說的微通道聯(lián)通于儲液部與液體轉移頭之間。
2.如權利要求1所述的表面張力驅動液流的芯片化的高密度微陣列液體轉移裝置，其特征在于所說的片狀載體的面積為1～100cm2。
3.如權利要求1所述的表面張力驅動液流的芯片化的高密度微陣列液體轉移裝置，其特征在于所說的儲液部為儲液體，儲液池，儲液槽或儲液面。
4.如權利要求1或4所述的表面張力驅動液流的芯片化的高密度微陣列液體轉移裝置，其特征在于所說的儲液部的體積為液體轉移頭攜帶預設定的超微量體積的5000～10倍。
5.如權利要求4所述的表面張力驅動液流的芯片化的高密度微陣列液體轉移裝置，其特征在于所說的儲液部的體積為液體轉移頭攜帶預設定的超微量體積的1000～100倍。
6.如權利要求1所述的表面張力驅動液流的芯片化的高密度微陣列液體轉移裝置，其特征在于所說的儲液部的儲備液為納升至微升級。
7.如權利要求1所述的表面張力驅動液流的芯片化的高密度微陣列液體轉移裝置，其特征在于液體轉移頭與儲液部配對設置，液體轉移頭設為管道，孔，曲面或平面，設在儲液部的旁側或底部。
8.如權利要求1所述的表面張力驅動液流的芯片化的高密度微陣列液體轉移裝置，其特征在于每一個液體轉移頭攜帶預設定的超微量體積由液體轉移頭的幾何參數(shù)預設定，為1皮升～100納升。
9.如權利要求1所述的表面張力驅動液流的芯片化的高密度微陣列液體轉移裝置，其特征在于通道形狀為開放形或封閉形。
10.如權利要求1所述的表面張力驅動液流的芯片化的高密度微陣列液體轉移裝置，其特征在于在微通道內設填充物。
全文摘要
涉及一種芯片化的高密度微陣列液體轉移裝置，設有一片狀載體，片狀載體上設有微陣列超微量的液體轉移組合，所說的組合包括儲液部、液體轉移頭和微通道，所說的微通道聯(lián)通于儲液部與液體轉移頭之間。采用高密度、芯片化微陣列液體轉移芯片結構，而且整個裝置的微量液體轉移的微液流過程可以只靠表面張力的作用，因此相鄰的液體轉移組合之間的距離可以很近，每個裝置所排列的液體轉移組合可以有成千上萬組；制造成本低，避免交叉污染。由于樣品為預設定體積的不同樣品溶液，轉移體積的重現(xiàn)性較好。樣品預設定體積可設定為亞納升或皮升體積，其結果是每一生物芯上可容納更多更密集的陣列點，達到高速度、高精確度、高密度以及芯片化、低成本的目的。
文檔編號C12Q1/68GK1467499SQ02126729
公開日2004年1月14日 申請日期2002年7月12日 優(yōu)先權日2002年7月12日
發(fā)明者田昭武, 林華水, 周勇亮 申請人:廈門大學