專(zhuān)利名稱(chēng)：在封閉系統(tǒng)中利用泵和閥控制的雜交系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雜交系統(tǒng)，更具體來(lái)說(shuō)，涉及一種用于自動(dòng)進(jìn)行生物芯片的雜交操作，如樣品分散、樣品混合、芯片洗滌，以及芯片干燥的雜交系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
生物芯片是通過(guò)高密度地將被分析的生物分子探針固定在支持物上而制成的。生物分子探針可以是DNA、蛋白質(zhì)等等。通過(guò)檢測(cè)該探針是否與樣品中包含的靶物質(zhì)進(jìn)行了雜交，可以對(duì)基因表達(dá)特征、遺傳缺陷、蛋白質(zhì)分布、反應(yīng)特性等等進(jìn)行分析。生物芯片根據(jù)所使用的探針類(lèi)型可分為DNA芯片、蛋白質(zhì)芯片等等。此外，生物芯片根據(jù)其固定的對(duì)象可分為固定在固相支持物上的微陣列芯片，和固定在微通道上的芯片實(shí)驗(yàn)室(lab-on-chip)。生物芯片需要雜交腔室，混合系統(tǒng)，以及洗滌/干燥系統(tǒng)以使樣品中包含的靶物質(zhì)與探針之間獲得有效的雜交。
按照常規(guī)，雜交過(guò)程是在如圖1所示的載玻片和蓋玻片之間形成的雜交腔室中手動(dòng)實(shí)施的。根據(jù)使用者、16至17小時(shí)的長(zhǎng)測(cè)定時(shí)間、和對(duì)達(dá)到100μl左右樣品的需要，這會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)條件的改變。
為了克服這些缺點(diǎn)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出可自動(dòng)執(zhí)行雜交、洗滌和干燥過(guò)程的自動(dòng)化系統(tǒng)。利用波動(dòng)的自動(dòng)化系統(tǒng)的使用，使得提高了雜交效率，減少了使用者之間的差異，檢測(cè)時(shí)間減少到2小時(shí)或更短，并且只需要達(dá)到50μl或更少的樣品。
圖2A和2B是Affymetrix公司開(kāi)發(fā)的常規(guī)自動(dòng)化雜交系統(tǒng)的視圖，其在美國(guó)專(zhuān)利6391623中有所公開(kāi)。參見(jiàn)圖2A和2B，雜交腔室通過(guò)流體輸送系統(tǒng)與泵相連，雜交過(guò)程被流體循環(huán)所促進(jìn)。此外，樣品加載、混合、洗滌、和干燥都在一個(gè)系統(tǒng)中進(jìn)行。然而，對(duì)該設(shè)備來(lái)說(shuō)，由于使用了蠕動(dòng)泵和循環(huán)流體通道，因而需要大量的樣品。因此，在雜交進(jìn)行了16小時(shí)之后，要洗滌該DNA芯片并用旋轉(zhuǎn)爐干燥。此外，其插槽只能使用從Affymetrix公司購(gòu)得的芯片，也就是說(shuō)，該設(shè)備不具有兼容性。
圖3A和3B是Tecan公司開(kāi)發(fā)的常規(guī)自動(dòng)化雜交系統(tǒng)的視圖，其在US20030013184中有所公開(kāi)。參見(jiàn)圖3A和3B，溶液的混合與載玻片的干燥在一塊板上進(jìn)行，在樣品注入之后，雜交、洗滌和干燥自動(dòng)進(jìn)行。雜交腔室的兩端與兩條通道相連接，每條通道中包括用于混合的膜件和兩個(gè)微泵以幫助芯片上固定的探針與靶溶液之間發(fā)生雜交。為了在腔室中有效地混合，在加入靶溶液至腔室的蓋處之后再混合樣品，這樣雜交腔室會(huì)被嚴(yán)重地污染。
圖4A和4B是Memorec公司開(kāi)發(fā)的常規(guī)自動(dòng)化雜交系統(tǒng)的視圖。參見(jiàn)圖4A和4B，在樣品注入之后，雜交、洗滌和干燥自動(dòng)進(jìn)行。該雜交系統(tǒng)包括用于獲得主動(dòng)循環(huán)的隔膜泵。然而，在這種情況下，因?yàn)闃悠繁仨氝M(jìn)行循環(huán)，所以需要大量的樣品，多達(dá)220μl。
圖5A和5B是購(gòu)自Biomicro公司的MAUI雜交系統(tǒng)的視圖。參見(jiàn)圖5A和5B，可在同一條件下測(cè)定四個(gè)芯片。然而，在這種情況下，在芯片上貼上襯片或襯墊并注入樣品之后，必須分別進(jìn)行洗滌和干燥過(guò)程。
圖6A和6B是購(gòu)自Genomic Solution公司的雜交系統(tǒng)的視圖，其在美國(guó)專(zhuān)利No.6432696中有所公開(kāi)。參見(jiàn)圖6A和6B，可控制多個(gè)芯片中流體的流動(dòng)和溫度。然而，在這種情況下，該雜交系統(tǒng)不包含用以分散樣品的混合裝置。
為了解決這些出現(xiàn)在常規(guī)雜交系統(tǒng)中的問(wèn)題人們進(jìn)行了研究，結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，通過(guò)控制封閉系統(tǒng)中的泵和閥可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的雜交系統(tǒng)，并完成了本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種雜交系統(tǒng)，其中在封閉的系統(tǒng)中控制泵和閥。
本發(fā)明還提供了一種雜交系統(tǒng)，包括集成于雜交腔室上的密封墊。
本發(fā)明還提供了一種雜交系統(tǒng)，其中樣品的加載、混合、洗滌和干燥通過(guò)一個(gè)通道實(shí)施。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于雜交生物芯片的雜交系統(tǒng)，包括腔室裝置，包括至少一個(gè)雜交腔室，其含有生物芯片支持物和具有樣品入口的第一蓋；混合裝置，包括兩個(gè)與雜交腔室端部相連的空氣通道；兩個(gè)設(shè)置在該空氣通道中的閥；與上述兩個(gè)空氣通道相連接的集成式空氣通道；以及設(shè)置在該集成式空氣通道中的氣泵；以及洗滌和干燥裝置，包括與上述兩個(gè)空氣通道之一通過(guò)一分支閥連接的流動(dòng)通道，設(shè)置在該流動(dòng)通道內(nèi)的流動(dòng)泵，以及與該流動(dòng)通道相對(duì)設(shè)置的緩沖液入口。
被固定在支持物上以制成生物芯片的生物分子可選自由以下物質(zhì)構(gòu)成的組DNA、RNA、PNA(肽核酸)、LNA(鎖核酸)、肽和蛋白質(zhì)，但不僅限于此。支持物可以是固相支持物，例如玻璃、硅和塑料。如果需要的話，生物芯片可以從其它的公司購(gòu)到。將根據(jù)本發(fā)明的雜交系統(tǒng)的蓋打開(kāi)之后，可將生物芯片放在生物芯片支持物上。
所述蓋的一邊與支持物通過(guò)鉸鏈連接，使得雜交腔室可通過(guò)該蓋的另一邊的運(yùn)動(dòng)而打開(kāi)或關(guān)閉。
該雜交系統(tǒng)可進(jìn)一步包括第二蓋，其包括遮蓋住第一蓋的樣品入口的蓋帽。
第二蓋的一邊可與第一蓋通過(guò)鉸鏈連接，使得樣品入口可通過(guò)該蓋的另一邊的運(yùn)動(dòng)而打開(kāi)或關(guān)閉。
該雜交系統(tǒng)還可以進(jìn)一步包括一排氣孔，其形成于與蓋帽相接觸的樣品入口上部的側(cè)表面中，或者在與樣品入口相接觸的蓋帽下部的側(cè)表面中。
該雜交系統(tǒng)還可以進(jìn)一步包括一密封元件，其集成在所述蓋的下表面上并環(huán)繞著雜交腔室。
該密封元件可包括形成于雜交腔室內(nèi)部的凸部和形成于雜交腔室外部的凹部。
該雜交系統(tǒng)可包括設(shè)置在所述雜交腔室下方的加熱器。
該雜交系統(tǒng)可以利用Peltier裝置來(lái)加熱或冷卻。
與雜交腔室端部相連的空氣通道可以與樣品入口的側(cè)壁連接。
該空氣通道或流動(dòng)通道可具有圓形的橫截面，并且可以由具有半圓形橫截面凹槽的上下基板重疊來(lái)形成。
該雜交系統(tǒng)可進(jìn)一步包括一密封元件，其集成在所述上基板或下基板上并環(huán)繞著上基板或下基板上的凹槽。
該空氣通道或流動(dòng)通道的密封元件可包括形成于空氣通道或流動(dòng)通道內(nèi)部的凸部和形成于空氣通道或流動(dòng)通道外部的凹部。
雜交腔室中容納的溶液可以通過(guò)重復(fù)操作進(jìn)行混合，所述操作包括當(dāng)其中一個(gè)閥打開(kāi)而其它的閥關(guān)閉時(shí)，將空氣壓送到氣泵中；當(dāng)上述打開(kāi)的閥關(guān)閉而其它的閥打開(kāi)時(shí)，將空氣從該氣泵中抽吸出；當(dāng)閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)未改變時(shí)，將空氣壓送到氣泵中；當(dāng)閉合的閥打開(kāi)而打開(kāi)的閥關(guān)閉時(shí)，將空氣從該氣泵中抽吸出。
在這種情況下，混合裝置的氣泵的推壓作用表示利用氣泵來(lái)推壓空氣，而非氣泵本身的升高。同樣，混合裝置的氣泵的抽拉作用表示利用氣泵來(lái)抽拉空氣，而非氣泵本身的下降。
混合裝置的閥可以具有分支閥來(lái)控制對(duì)多個(gè)雜交腔室的空氣供應(yīng)。
分支閥指與多個(gè)通道相連接的閥。在這種情況下，每個(gè)通道可以獨(dú)立地打開(kāi)或關(guān)閉。
所述閥可以是具有少量死體積的電磁閥，但不僅限于此。
集成式空氣通道可以設(shè)置在氣泵中。在這種情況下，兩個(gè)空氣通道在一個(gè)氣泵中。
任何通過(guò)使用電信號(hào)可升高或降低空氣通道中氣壓的泵都可用于本發(fā)明中。然而，優(yōu)選使用可控制到微米級(jí)單位體積的步進(jìn)電動(dòng)式微泵。
洗滌/干燥裝置的流動(dòng)通道可以通過(guò)分支閥與混合裝置的空氣通道相連，并且該空氣通道與樣品入口的側(cè)壁相連。
該雜交系統(tǒng)可進(jìn)一步包括用于干燥的空氣管線，其通過(guò)分支閥與該洗滌/干燥裝置的流動(dòng)通道相連。
該雜交系統(tǒng)可以通過(guò)該空氣管線被提供N2。
該流動(dòng)泵可以為電磁式操作的微泵。然而，也可以采用任何能夠利用電信號(hào)來(lái)使流體在第一和第二空氣通道中流動(dòng)的泵。
該雜交系統(tǒng)可進(jìn)一步包括控制供給多股緩沖液的分支閥，其與設(shè)置成與該洗滌/干燥裝置的流動(dòng)通道相對(duì)的多個(gè)緩沖液入口連接。
該雜交系統(tǒng)可進(jìn)一步包括計(jì)算機(jī)CPU，其自動(dòng)地控制著所述閥的開(kāi)合、泵的工作、以及加熱器的溫度；以及用于顯示系統(tǒng)的操作的監(jiān)視器。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，提供了一種集成在上基板和下基板之一的表面上的集成式密封元件，其環(huán)繞著由上基板和下基板重疊而成的空間，該密封元件包括形成于該空間內(nèi)部的凸部；和形成于該空間外部的凹部。
所述空間可以是芯片實(shí)驗(yàn)室、MEMS等中常用的腔室或者通道。然而，也可以采用通過(guò)上下基板重疊而形成空間所需的任何空間。
所述集成式密封元件可以由受到擠壓時(shí)可發(fā)生形變的柔性聚合物構(gòu)成，優(yōu)選為硅。
所述凸部可以朝著空間的內(nèi)部?jī)A斜。當(dāng)上基板和下基板重疊時(shí)，凸部的變形被該凸部附近的凹部所吸收。
根據(jù)本發(fā)明，上基板和下基板中只有一個(gè)具有凸部和凹部。而另一方面，按照常規(guī)，上基板和下基板中每一個(gè)都具有凹部，從而使得需要O形橡膠環(huán)。因此，根據(jù)本發(fā)明，簡(jiǎn)化了該微流動(dòng)通道或腔室的制造過(guò)程，并且防止了對(duì)該微流動(dòng)通道和腔室的污染。此外，將密封元件和基板集成在一起有助于簡(jiǎn)化分離和清潔過(guò)程。
該雜交系統(tǒng)可用于有效地將靶溶液分散到芯片上。為了有效地將靶溶液連接到固定于芯片上的探針上，利用微泵可選擇性地將空氣抽吸到兩個(gè)方向上并且在封閉的系統(tǒng)中控制閥。
泵和閥的尺寸可以減小到幾到幾十μm，從而適用于微陣列或者芯片實(shí)驗(yàn)室中，但并不僅限于此。


參考附圖，通過(guò)詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例，本發(fā)明上述的以及其它一些特征和優(yōu)點(diǎn)將更加顯而易見(jiàn)，其中圖1表示了用于常規(guī)手動(dòng)雜交的載玻片和蓋玻片。
圖2A和2B是購(gòu)自Affymetrix公司的常規(guī)自動(dòng)化雜交系統(tǒng)的視圖；圖3A和3B是購(gòu)自Tecan公司的常規(guī)自動(dòng)化雜交系統(tǒng)的視圖；圖4A和4B是購(gòu)自Memorec公司的常規(guī)A-Hyb自動(dòng)化雜交系統(tǒng)的視圖，其中采用了主動(dòng)循環(huán)過(guò)程；圖5A和5B是購(gòu)自Biomicro公司的常規(guī)MAUI雜交系統(tǒng)的視圖；圖6A和6B是購(gòu)自Genomic Solution公司的常規(guī)雜交系統(tǒng)的視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的雜交系統(tǒng)示意圖；圖8A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的雜交系統(tǒng)剖面視圖；圖8B是圖8A中所示的雜交系統(tǒng)的平面視圖；圖8C是圖8A中所示的雜交系統(tǒng)的前視圖；圖9是圖8A中所示的雜交系統(tǒng)的圖片；圖10A是圖8A中所示的雜交系統(tǒng)的水平截面視圖；
圖10B是沿著圖10A中所示的粗線的剖面視圖，其示出一密封元件；圖11A至11C表示了一種操作密封元件的方法；圖12A是圖8A中所示的雜交系統(tǒng)的空氣通道或流動(dòng)通道的水平截面視圖；圖12B至12D是沿著圖12A中所示的粗線的剖面視圖，其示出一密封元件；圖13A是圖8A中所示的雜交系統(tǒng)的樣品入口和空氣通道的水平截面視圖；圖13B是沿著圖13A中所示的粗線的剖面視圖，以及表示蓋的放大剖面視圖；圖13C是圖8A中所示的雜交系統(tǒng)的填塞裝置；以及圖13D是圖8A中所示的雜交系統(tǒng)的填塞裝置。
具體實(shí)施例方式
從圖1可看出。
現(xiàn)在將參考附圖更為詳細(xì)地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。
圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的雜交系統(tǒng)示意圖。參見(jiàn)圖7，該雜交系統(tǒng)包括腔室裝置10、混合裝置20、以及洗滌/干燥裝置30。腔室裝置10包括至少一個(gè)雜交腔室11，其包括生物芯片12的支持物和帶樣品入口的蓋?；旌涎b置20包括與雜交腔室11的兩頭連接著的空氣通道21和21’，設(shè)置在該空氣通道21和21′中的閥22和22′，與該空氣通道21和21′相連的集成式空氣通道24，以及設(shè)置在該集成式空氣通道24中的氣泵25。洗滌/干燥裝置30包括與所述空氣通道21′通過(guò)第一分支閥27連接的流動(dòng)通道31，與該流動(dòng)通道31連接的流動(dòng)泵32，以及設(shè)置成與該流動(dòng)通道31相對(duì)的緩沖液入口33。
圖7中，腔室裝置10包括四個(gè)雜交腔室11。載玻片#1至#4用作生物芯片，分別設(shè)置在該雜交腔室11的支持物上。通過(guò)壓下設(shè)置在支持物上的蓋而形成了雜交腔室11。該腔室可以是與該生物芯片的形狀相對(duì)應(yīng)的矩形形式，并優(yōu)選為流線型的，這樣通過(guò)向空氣通道21和21′中注入空氣可以向該雜交腔室11施加均勻的壓力。利用微量移液管可以通過(guò)形成于蓋上的樣品入口來(lái)手工加載樣品。然而，也可以利用自動(dòng)化樣品引入裝置加載樣品。加載樣品中包含的靶分子與雜交腔室11中固定在生物芯片上的探針進(jìn)行雜交。
設(shè)置在混合裝置20的空氣通道21和21′中的閥22和22′可以是分支閥以控制向雜交腔室11的空氣供給。在本實(shí)施例中，使用了4路混合閥作為分支閥向載玻片#1至#4提供空氣。當(dāng)閥22和22′交替打開(kāi)和關(guān)閉時(shí)，通過(guò)向氣泵25抽吸和壓送空氣可以使雜交腔室11中包含的樣品分散開(kāi)。具體來(lái)說(shuō)，通過(guò)重復(fù)以下操作可以混合雜交腔室11中包含的樣品當(dāng)閥22打開(kāi)而閥22′關(guān)閉時(shí)，將空氣從氣泵25中抽出；當(dāng)閥22關(guān)閉而閥22′打開(kāi)時(shí)，將空氣壓送至氣泵25；當(dāng)閥22關(guān)閉而閥22′打開(kāi)時(shí)，將空氣從氣泵25中抽出；當(dāng)閥22打開(kāi)而閥22′關(guān)閉時(shí)，將空氣壓送至氣泵25。通過(guò)重復(fù)這些操作可以混合雜交腔室11中包含的溶液。氣泵25附近的閥23是一種3路閥并起到連接單元的作用，其向空氣通道21和21′發(fā)送氣泵25產(chǎn)生的預(yù)定量的傳遞壓力，閥26將雜交腔室11和空氣通道21和21′的壓力釋放到外界。
洗滌/干燥裝置30的流動(dòng)通道31與空氣通道21′通過(guò)第一分支閥27相連接。在本實(shí)施例中，該第一分支閥27為4路混合閥。具體來(lái)說(shuō)，該第一分支閥27具有四個(gè)支路，其分別連接著與雜交腔室11相連的通道，與氣泵24相連的通道，流動(dòng)通道31，以及排氣孔。因此，該洗滌/干燥裝置30的流動(dòng)通道31通過(guò)空氣通道21′與雜交腔室11相連。在這種情況下，混合空氣、洗滌緩沖液和干燥的空氣可以通過(guò)一個(gè)通道，即空氣通道21。
提供干燥空氣的空氣管線37可以直接與第一分支閥27連接，也可以通過(guò)設(shè)置在該洗滌/干燥裝置30的流動(dòng)通道31中的第二分支閥36間接地與第一分支閥27連接。第二分支閥36是一種3路閥，其具有三個(gè)支路分別連接著與雜交腔室11相連的流動(dòng)通道，與緩沖液相連的流動(dòng)通道，以及與空氣管線37相連的通道。通過(guò)空氣管線37可以供給N2氣體。
在該洗滌/干燥裝置30的相對(duì)于流動(dòng)通道31的一側(cè)，緩沖液入口33連接著緩沖液容器34。緩沖液容器34可以設(shè)置在該雜交系統(tǒng)的內(nèi)部或外部。當(dāng)緩沖液容器34設(shè)置在該雜交系統(tǒng)的外部時(shí)，緩沖液入口33通過(guò)位于該雜交系統(tǒng)中的緩沖液管線入口與外部相連。優(yōu)選地，可進(jìn)一步在流動(dòng)通道31和緩沖液入口33之間設(shè)置第三分支閥35。該第三分支閥35與多個(gè)緩沖液入口33連接，并控制著多個(gè)緩沖液的供應(yīng)。該第三分支閥35可以為6路混合閥，以接收來(lái)自六個(gè)緩沖液容器33中的緩沖液。
圖8A是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的雜交系統(tǒng)的剖面透視圖。參見(jiàn)圖8A，通過(guò)鉸鏈112連接到主體400的第一蓋110通過(guò)卡鉤111而合閉。通過(guò)鉸鏈122連接到第一蓋110的第二蓋120從卡鉤121上釋放。利用微量移液管15將樣品通過(guò)樣品入口13注入雜交腔室11中。第二蓋120包括可遮蓋住第一蓋110的樣品入口13的蓋帽14。加熱器410設(shè)置在雜交腔室11的下方。主體400包括混合裝置(未示出)；包括了第一分支閥27、第二分支閥36和第三分支閥35的洗滌/干燥裝置；與設(shè)置在該系統(tǒng)外部的緩沖液容器相連的緩沖液管線入口450；可將主體400內(nèi)部產(chǎn)生的熱量排出的風(fēng)扇430；以及氣泵440。此外，顯示系統(tǒng)的操作的LCD監(jiān)視器420設(shè)置在該主體400的一個(gè)外部?jī)A斜面上。
圖8B是圖8A中所示的雜交系統(tǒng)的平面視圖。參見(jiàn)圖8B，包括四個(gè)雜交腔室11的腔室裝置設(shè)置在該雜交系統(tǒng)的左下部，顯示系統(tǒng)的操作的LCD監(jiān)視器420設(shè)置在該雜交系統(tǒng)的右部，緩沖液管線入口450設(shè)置在該雜交系統(tǒng)的外表面上。
圖8C是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的雜交系統(tǒng)前視圖。參見(jiàn)圖8C，第一蓋110設(shè)置在主體400上，加熱器設(shè)置在雜交腔室的下方，顯示系統(tǒng)的操作的LCD監(jiān)視器420設(shè)置在該雜交系統(tǒng)的右上部，計(jì)算機(jī)CPU 460自動(dòng)地控制泵和加熱器410的溫度并設(shè)置在主體400的下部，還有提供電力的供電單元470。
圖9是圖8A中所示的雜交系統(tǒng)的圖片。該雜交系統(tǒng)的最大尺寸可以為30×30×25(單位cm)，可以以$7500以下的價(jià)格大規(guī)模生產(chǎn)。而且，該雜交系統(tǒng)可以具有PC機(jī)接口；該雜交系統(tǒng)可以連接多個(gè)HS裝置；該雜交系統(tǒng)包括控制器和LCD面板，使得該雜交系統(tǒng)能夠獨(dú)立地操作；可同時(shí)使用四個(gè)測(cè)試芯片；該雜交系統(tǒng)可在0至80℃的溫度下工作；利用泵可實(shí)現(xiàn)雜交過(guò)程中的混合；利用泵產(chǎn)生的流體流動(dòng)可進(jìn)行洗滌過(guò)程；而可以利用吹氣過(guò)程進(jìn)行干燥。
圖10A是圖8A中所示的雜交系統(tǒng)的雜交腔室11的水平剖面視圖。參見(jiàn)圖10A，雜交腔室11通過(guò)形成在該雜交腔室11端部的樣品入口13與空氣通道21和21′連接?？諝馔ǖ?1和21′設(shè)置在朝著鉸鏈的同一方向上，從而可以打開(kāi)和關(guān)閉蓋。圖10B是沿著圖10A中所示的粗線得到的水平剖面視圖，示出了密封元件113。參見(jiàn)圖10B，放在雜交腔室11的支持物上的生物芯片12被第一蓋11所覆蓋。加熱器410設(shè)置在雜交腔室11的下方。密封元件113集成并設(shè)置在第一蓋110的下表面上，沿著該雜交腔室11的邊緣。該雜交腔室11的密封元件113包括在雜交腔室11內(nèi)部的凸部113a和在雜交腔室11外部的凹部113b。該密封元件113可以由任何受到擠壓時(shí)有柔性的聚合物構(gòu)成，優(yōu)選為硅聚合物。
圖11A至11C表示了一種操作密封元件113的方法。參見(jiàn)圖11，放在支持物上的雜交腔室中的生物芯片12被第一蓋110遮蓋住。最初，第一蓋110沒(méi)有完全關(guān)閉，密封元件113的凸部113a未發(fā)生形變(圖11A)。此時(shí)，雜交腔室11的高度為0.7mm，這是0.2mm的雜交腔室11的自身高度與0.5mm的凸部113a的高度之和。然后，第一蓋110完全關(guān)閉，凸部113a受到擠壓，因此發(fā)生形變(圖11B)。凸部113a的形變被該凸部113a附近的凹部113b吸收。此時(shí)，雜交腔室11的高度等于該雜交腔室11自身的高度0.2mm。接著，雜交腔室11被壓至0.15mm的高度，因而減少了樣品的量(圖11C)。
圖12A是圖8A中所示的雜交系統(tǒng)的空氣通道21和21′的水平剖面視圖。參見(jiàn)圖12A，雜交腔室11通過(guò)通過(guò)形成在該雜交腔室11端部的樣品入口13與空氣通道21和21′連接?？諝馔ǖ?1和21′設(shè)置成朝著鉸鏈的同一方向，從而可以打開(kāi)和關(guān)閉蓋。圖12B至12D是沿著圖12A中所示的粗線得到的剖面視圖，示出密封元件213。參見(jiàn)圖12B，具有圓形橫截面的通道或流動(dòng)通道由具有半圓形橫截面凹槽的上基板220和下基板210重疊形成。集成在上基板220和下基板210上的密封元件213形成于上基板220和下基板210的凹槽外部。通道或流動(dòng)通道的密封元件包括形成于通道或流動(dòng)通道內(nèi)部的凸部213a和形成于通道或流動(dòng)通道外部的凹部213b。密封元件213可以由任何受到擠壓時(shí)有柔性的聚合物構(gòu)成，優(yōu)選為硅聚合物。參見(jiàn)圖12C，上基板220沒(méi)有完全與下基板220耦合。參見(jiàn)圖12D，上基板220完全與下基板210耦合而凸部213a受到擠壓因而發(fā)生形變。凸部213a的形變被該凸部213a附近的凹部213b吸收。結(jié)果，就形成了通道21。
圖13A是圖8A中所示的雜交系統(tǒng)的樣品入口13和空氣通道21和21′的水平剖面視圖。參見(jiàn)圖13A，雜交腔室11通過(guò)形成在該雜交腔室11端部的樣品入口13連接著空氣通道21和21′?？諝馔ǖ?1和21′設(shè)置成朝著鉸鏈的同一方向，從而使蓋可以打開(kāi)和關(guān)閉。圖13B是沿著圖13A中所示的粗線得到的剖面視圖，以及第一蓋110和第二蓋120的放大圖示。參見(jiàn)圖13B，樣品入口13形成于蓋110上，利用形成在第二蓋120上的蓋帽14可以關(guān)閉該樣品入口13?？諝馔ǖ?1與樣品入口13的側(cè)壁連接，并最終連接到雜交腔室11的端部。排氣孔14b位于樣品入口13上部的一個(gè)部分上。當(dāng)蓋帽14的下表面14a觸及第一蓋110的上表面并且蓋帽尖14c進(jìn)入樣品入口13時(shí)，排氣孔14b的存在使得樣品入口13中的氣壓降低。因此，可以避免雜交腔室11中所包含的樣品由于氣壓而造成的運(yùn)動(dòng)。蓋帽尖14c與樣品入口13的側(cè)表面有間隔。因而在洗滌之后殘留的緩沖液通過(guò)毛細(xì)作用可以滲到蓋帽尖14c與樣品入口13的側(cè)表面之間形成的空隙中。因此，可以避免由于殘余緩沖液造成的污染。如果沒(méi)有形成這個(gè)空隙，在干燥操作時(shí)殘余的緩沖液則可能很容易滲入雜交腔室11中，從而污染雜交腔室11。
圖13C是圖8A中所示的雜交系統(tǒng)的填塞裝置視圖。參見(jiàn)圖13C，該填塞裝置包括形成在與該蓋帽14相接觸的樣品入口13上部側(cè)表面中的排氣孔14b。排氣孔14b形成為凹槽的形狀，離樣品入口13的側(cè)壁上表面一預(yù)定的深度。當(dāng)蓋帽14插入樣品入口13中時(shí)，該排氣孔14b可以使由于蓋帽14的體積產(chǎn)生的氣壓按照箭頭的方向(↑)被釋放出來(lái)。
圖13D是圖8A中所示的雜交系統(tǒng)的填塞裝置視圖。參見(jiàn)圖13D，排氣口14b形成在與樣品入口13相接觸的蓋帽14的下部側(cè)表面中，其中樣品入口形成在腔室的上蓋中。排氣孔14b為具有預(yù)定長(zhǎng)度的凹部，形成于蓋帽14的延伸部分中。當(dāng)蓋帽14插入樣品入口13中時(shí)，該排氣孔14b可以使由于蓋帽14的體積產(chǎn)生的氣壓按照箭頭的方向(↑)被釋放出來(lái)。通過(guò)使蓋帽14上部下表面14a與樣品入口13緊密接觸，該樣品入口13得以密封。蓋帽14的上部直徑大于樣品入口13的直徑。
在下文中，將通過(guò)解說(shuō)發(fā)明的示例性實(shí)施例來(lái)詳細(xì)地描述本發(fā)明。
實(shí)施例根據(jù)本發(fā)明的雜交系統(tǒng)的應(yīng)用將利用雜交系統(tǒng)的雜交方法雜交的MODY3芯片與利用常規(guī)的載玻片方法雜交的MODY3芯片進(jìn)行比較。使用的探針如表1中所示。



首先，將對(duì)應(yīng)于靶核酸MODY3的探針固定在基板上，從而形成微陣列。具體來(lái)說(shuō)，將野生型探針(WP)和突變型探針(MP)加入分子量為10000的聚二乙醇(PEG)、0.025M(pH10)的碳酸鈉緩沖液、以及甲酰胺的溶液混合物中，三種物質(zhì)的重量比為1∶1∶2。利用生物自動(dòng)點(diǎn)樣機(jī)(PixSys5500型，購(gòu)自Cartesian Technologies，Inc.，CA，USA)將得到的溶液點(diǎn)樣在硅片上，并將該硅片放置在潮濕孵育器內(nèi)37℃下4小時(shí)。然后，控制環(huán)境噪聲使得硅片上未點(diǎn)樣的部分發(fā)生適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)，從而使附在該硅片表面上的氨基帶上負(fù)電荷。這樣可避免靶核酸吸附到硅片上。將得到的硅片放在干燥器中。在本實(shí)施例中，靶核酸(tgggttctgccctttgcgctgggatggtgaagcttccagcc)的主體或端部用Cy3-dUTP作為熒光物質(zhì)標(biāo)記。將187nM溶解于0.1％的6xSSPET溶劑中(含有0.1％的Trition X-100的磷酸鈉鹽EDTA緩沖液)的靶核酸與微陣列在37℃下反應(yīng)16小時(shí)。分別地，將187nM溶解于0.1％的6xSSPET溶劑中(含有0.1％的Trition X-100的磷酸鈉鹽EDTA緩沖液)的靶核酸與微陣列采用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的雜交系統(tǒng)進(jìn)行雜交。將每個(gè)芯片用0.05％的6xSSPET洗滌5分鐘，和0.05％的3xSSPET洗滌5分鐘，在室溫下干燥5分鐘，然后用Axon掃描儀(GenePix 4000B型，Axon Instrument Inc.，CA，USA)掃描。用GenePixPro3.0(購(gòu)自Axon Instrument Inc.，CA，USA)分析掃描數(shù)據(jù)，從而獲得比例成分和強(qiáng)度成分。該過(guò)程的條件如表2中所示。


根據(jù)傳統(tǒng)方法通過(guò)測(cè)試20份芯片和根據(jù)雜交系統(tǒng)通過(guò)測(cè)試20份芯片來(lái)測(cè)量平均點(diǎn)樣密度、PM/MM比例、以及變異系數(shù)(CV)。該過(guò)程的條件如表3中所示。


參見(jiàn)表3，當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的雜交系統(tǒng)方法時(shí)，強(qiáng)度CV和PM/MM比例CV比使用傳統(tǒng)的對(duì)照方法時(shí)要小得多。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的雜交系統(tǒng)中，用于雜交的要混合的樣品量非常少，例如大約為45ul。構(gòu)建根據(jù)本發(fā)明的雜交系統(tǒng)比傳統(tǒng)的采用泵的雜交系統(tǒng)廉價(jià)。此外，只需要一個(gè)泵和兩個(gè)閥就可在封閉系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)混合過(guò)程，這樣根據(jù)本發(fā)明的雜交系統(tǒng)可以取代采用隔膜泵或常規(guī)蠕動(dòng)泵的常規(guī)雜交系統(tǒng)。而且，還可以去除密封墊和腔室之間吸收的不想要的殘余反應(yīng)產(chǎn)物。
盡管本發(fā)明是通過(guò)參考其示例性實(shí)施例來(lái)進(jìn)行詳細(xì)表示和說(shuō)明的，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都應(yīng)當(dāng)明白，可以不偏離如以下權(quán)利要求中所限定的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的而做出各種形式和細(xì)節(jié)上的改變。
權(quán)利要求
1.一種用于生物芯片雜交的雜交系統(tǒng)，包括腔室裝置，包括至少一個(gè)雜交腔室，其包括生物芯片支持物和具有樣品入口的第一蓋；混合裝置，包括兩個(gè)與雜交腔室端部相連的空氣通道；兩個(gè)設(shè)置在該空氣通道中的閥；與上述兩個(gè)空氣通道相連接的集成式空氣通道；以及設(shè)置在該集成式空氣通道中的氣泵；以及洗滌和干燥裝置，包括通過(guò)分支閥與上述兩個(gè)空氣通道之一連接的流動(dòng)通道，設(shè)置在該流動(dòng)通道內(nèi)的流動(dòng)泵，以及與該流動(dòng)通道相對(duì)設(shè)置的緩沖液入口。
2.如權(quán)利要求1所述的雜交系統(tǒng)，其中生物分子選自由以下物質(zhì)構(gòu)成的組DNA、RNA、PNA(肽核酸)、LNA(鎖核酸)、肽和蛋白質(zhì)，并固定在所述生物芯片上。
3.如權(quán)利要求1所述的雜交系統(tǒng)，還包括第二蓋，其包括遮蓋住所述第一蓋的樣品入口的蓋帽。
4.如權(quán)利要求3所述的雜交系統(tǒng)，還包括排氣孔，其形成在與所述蓋帽相接觸的樣品入口上部的側(cè)表面中，或者在與樣品入口相接觸的所述蓋帽下部的側(cè)表面中。
5.如權(quán)利要求1所述的雜交系統(tǒng)，還包括密封元件，其集成在所述蓋的下表面上并環(huán)繞著所述雜交腔室。
6.如權(quán)利要求5所述的雜交系統(tǒng)，其中所述密封元件包括設(shè)置在所述雜交腔室內(nèi)部的凸部和設(shè)置在所述雜交腔室外部的凹部。
7.如權(quán)利要求1所述的雜交系統(tǒng)，還包括設(shè)置在所述雜交腔室下方的加熱器。
8.如權(quán)利要求7所述的雜交系統(tǒng)，其中利用Peltier裝置來(lái)加熱或冷卻所述雜交腔室。
9.如權(quán)利要求1所述的雜交系統(tǒng)，其中與所述雜交腔室端部相連的空氣通道與所述樣品入口的側(cè)壁連接。
10.如權(quán)利要求1所述的雜交系統(tǒng)，其中所述空氣通道或流動(dòng)通道具有圓形橫截面，并且由具有半圓形橫截面凹槽的上下基板重疊形成。
11.如權(quán)利要求10所述的雜交系統(tǒng)，進(jìn)一步包括密封元件，其集成在所述上基板或下基板上并環(huán)繞著所述上基板或下基板上的凹槽。
12.如權(quán)利要求11所述的雜交系統(tǒng)，其中所述密封元件包括設(shè)置在所述空氣通道或流動(dòng)通道內(nèi)部的凸部和設(shè)置在所述空氣通道或流動(dòng)通道外部的凹部。
13.如權(quán)利要求1所述的雜交系統(tǒng)，其中所述雜交腔室中容納的溶液通過(guò)重復(fù)操作進(jìn)行混合，所述操作包括當(dāng)其中一個(gè)閥打開(kāi)而其它的閥關(guān)閉時(shí)，將空氣壓送到氣泵中；當(dāng)上述打開(kāi)的閥關(guān)閉而其它的閥打開(kāi)時(shí)，將空氣從該氣泵中抽吸出；當(dāng)閥的開(kāi)關(guān)狀態(tài)未改變時(shí)，將空氣壓送到氣泵中；當(dāng)關(guān)閉的閥打開(kāi)而打開(kāi)的閥關(guān)閉時(shí)，將空氣從該氣泵中抽吸出。
14.如權(quán)利要求1所述的雜交系統(tǒng)，其中所述混合裝置的閥是分支閥以控制對(duì)多個(gè)雜交腔室的空氣供應(yīng)。
15.如權(quán)利要求1所述的雜交系統(tǒng)，其中所述洗滌/干燥裝置的流動(dòng)通道通過(guò)分支閥與所述混合裝置的空氣通道相連，并且所述空氣通道與樣品入口的側(cè)壁相連。
16.如權(quán)利要求1所述的雜交系統(tǒng)，還包括用于干燥的空氣管線，其通過(guò)分支閥與所述洗滌/干燥裝置的流動(dòng)通道相連。
17.如權(quán)利要求1所述的雜交系統(tǒng)，還包括控制供給多股緩沖液的分支閥，其與設(shè)置成與該洗滌/干燥裝置的流動(dòng)通道相對(duì)的多個(gè)緩沖液入口連接。
18.如權(quán)利要求1所述的雜交系統(tǒng)，還包括計(jì)算機(jī)CPU，其自動(dòng)地控制著所述閥的開(kāi)合、泵的工作、以及加熱器的溫度；以及顯示出系統(tǒng)的操作的監(jiān)視器。
19.一種集成在上基板和下基板之一的表面上的集成式密封元件，其環(huán)繞著由所述上基板和下基板重疊而形成的空間，所述密封元件包括設(shè)置在該空間內(nèi)部的凸部；和設(shè)置在該空間外部的凹部。
20.權(quán)利要求19的集成式密封元件，其中所述空間為腔室或者通道。
21.如權(quán)利要求19的集成式密封元件，其中所述凸部朝著所述空間的內(nèi)部?jī)A斜。
22.如權(quán)利要求19的集成式密封元件，由受到擠壓時(shí)可發(fā)生形變的柔性聚合物構(gòu)成。
23.如權(quán)利要求22的集成式密封元件，其中所述柔性聚合物由硅構(gòu)成。
全文摘要
提供一種用于生物芯片雜交的雜交系統(tǒng)，包括腔室裝置，包括至少一個(gè)雜交腔室，其包括生物芯片支持物和具有樣品入口的第一蓋；混合裝置，包括兩個(gè)與雜交腔室端部相連的空氣通道；兩個(gè)設(shè)置在該空氣通道中的閥；與上述兩個(gè)空氣通道相連接的集成式空氣通道；以及設(shè)置在該集成式空氣通道中的氣泵；以及洗滌和干燥裝置，包括通過(guò)分支閥與上述兩個(gè)空氣通道之一連接的流動(dòng)通道，設(shè)置在該流動(dòng)通道內(nèi)的流動(dòng)泵，以及與該流動(dòng)通道相對(duì)設(shè)置的緩沖液入口。
文檔編號(hào)C12Q1/68GK1815233SQ200510121630
公開(kāi)日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2005年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月6日
發(fā)明者李守鉐, 鄭盛旭, 劉昌恩, 李憲周, 克里斯托弗·H·柯, 許楠 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社