專(zhuān)利名稱(chēng)：活版化合物微陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種化合物微陣列，尤其是一種生物大分子微陣列，屬于生物化學(xué)分析技術(shù)領(lǐng)域。
在對(duì)傳統(tǒng)方法進(jìn)行改進(jìn)的過(guò)程中，以基因芯片為代表的生物芯片技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。這一技術(shù)的成熟和應(yīng)用將為新藥的開(kāi)發(fā)和鑒定、食品和環(huán)境等生命科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)革命，為生物信息的獲取及分析提供強(qiáng)有力的手段。
基因芯片制備技術(shù)可分為點(diǎn)樣法和原位合成法。所謂點(diǎn)樣法，即運(yùn)用各種方法(打印、噴印、點(diǎn)樣)將預(yù)先合成的DNA探針或cDNA探針固定到玻片或其它固體載片上形成微探針陣列。原位合成則是按照預(yù)先設(shè)計(jì)的堿基序列直接將探針合成在基片上。點(diǎn)樣法適合于低密度基因芯片的制備，稍高的探針數(shù)量即需要很高的成本。此外還有各種客觀因素導(dǎo)致探針密度不均勻因而雜交信號(hào)不均勻的缺點(diǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一種制備工藝簡(jiǎn)捷、成本經(jīng)濟(jì)、使用方便的活版化合物微陣列。
為了達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型活版化合物微陣列的基本技術(shù)方案為活版化合物微陣列包括基板和基片，所述基板上按照預(yù)定排布規(guī)律，固定有至少兩種表面性狀有別的微小塊體材料，構(gòu)成可以所述預(yù)定規(guī)律附著反應(yīng)試劑的組合陣列壓印母版；所述基片表面制有功能化修飾層，并通過(guò)化學(xué)偶聯(lián)附著有至少一層按對(duì)應(yīng)所述預(yù)定規(guī)律排布的反應(yīng)試劑組合陣列壓印層。
以上表面性狀的不同可以是親水與疏水的區(qū)別、實(shí)體與多孔體的區(qū)別，或者是高凸與低凹的區(qū)別，也可以是以上幾種性狀特征的相互組合。
本實(shí)用新型的組合壓印母版完全免除了原位合成技術(shù)中昂貴而煩瑣的掩模制作過(guò)程，不僅使操作簡(jiǎn)單化，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，而且提供了類(lèi)似于液相反應(yīng)環(huán)境，因而又保障了極高的偶聯(lián)效率，有利于提高工效。
總之，本實(shí)用新型將大大加快新藥開(kāi)發(fā)的速度，減少開(kāi)發(fā)成本，提高效率和準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)多疾病多個(gè)體的高通量同時(shí)檢測(cè)與分析，而且對(duì)傳統(tǒng)藥物(包括中藥)的現(xiàn)代化具有重要的價(jià)值。


圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。
在圖1中，圖1-1a、b為兩種微小塊體材料，在基板g上構(gòu)成圖1-2中組合壓印母版c、d、e、f。兩微小塊體材料a、b的立體幾何形狀并沒(méi)有一定的限制，既可以由整塊材料切割而成，也可以直接微模鑄出，或直接造粒而來(lái)。兩種材料中一種具有疏水性質(zhì)(設(shè)為a)，另一種具有親水性質(zhì)(設(shè)為b)，其不同的表面性質(zhì)可以由于自身固有性質(zhì)所決定，也可以通過(guò)表面物理化學(xué)改性而來(lái)。例如等離子處理改性、化學(xué)接枝改性、表面組裝改性等。
為了改善表面接觸反應(yīng)微環(huán)境，其中一種可以為實(shí)體，而另一種可以為多孔。當(dāng)兩種材料皆為實(shí)體時(shí)，兩種微小塊體材料表面性質(zhì)必須不同，每次反應(yīng)前需將反應(yīng)試劑涂抹在整個(gè)壓印母版表面，借助于兩種微小顆粒材料表面性質(zhì)的不同達(dá)到按設(shè)計(jì)要求在壓印母版表面選區(qū)分布反應(yīng)試劑的效果。
當(dāng)其中微小塊體b為多孔材料時(shí)，兩種材料表面性質(zhì)可以一樣或類(lèi)似，只需讓多孔微小塊體b事先吸滿飽和反應(yīng)試劑，在后面的壓印過(guò)程中就不需再每次涂抹反應(yīng)試劑。如圖1-3所示，基片S表面經(jīng)過(guò)功能化修飾的，修飾方法可以是化學(xué)接枝改性、等離子改性，或表面化學(xué)組裝改性。當(dāng)將表面分別涂有或吸滿A、T、C、G反應(yīng)試劑的壓印母版分別壓印到微陣列基片S上時(shí)，就相應(yīng)在基片S上選區(qū)偶聯(lián)上了A、T、C、G(參見(jiàn)圖1-3(1)和(2))，然后更換另一套壓印母版，就可偶聯(lián)上第二層單體如圖1-3(3)所示，..................，依次類(lèi)推，可以在微陣列基片S上偶聯(lián)上若干層單體。圖1-4是偶聯(lián)8層單體的示意圖，容易理解，如果只有四種單體，每一層就只需用a、b兩種微小塊體組合構(gòu)件四張壓印母版。當(dāng)總共偶聯(lián)n層單體時(shí)，只需用a、b兩種微小塊體組合構(gòu)建n×4張壓印母版。
確切些說(shuō)，如圖1所示，將圖1-1中的兩種微小塊體a、b粘在基板g上，構(gòu)建成圖1-2中組合壓印母版c、d、e、f。由于用于寡核苷酸合成的單體試劑是極性的，所以用微小塊體材料b按設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)印反應(yīng)試劑。因此，微小塊體材料a表面是疏水的(如聚合二甲基硅烷PDMS)。當(dāng)微小塊體材料b是實(shí)體材料時(shí)，其表面應(yīng)該具有相當(dāng)?shù)臉O性(如聚脂、聚胺脂、表面極性功能化改性PDMS、功能化聚四氟乙烯材料等)。當(dāng)微小塊體b是多孔材料時(shí)，則b可以是極性也可以是非極性材料。壓印時(shí)，將單體反應(yīng)試劑dA涂布于組合壓印母版c上，然后壓印到基片S上，單體A就被偶聯(lián)到基片上相應(yīng)的區(qū)域。類(lèi)似地，將涂布有單體dT、dC和dG的組合母版d、e、f壓印到基片S上，則單體T、C、G被分別轉(zhuǎn)移偶聯(lián)到基片上相應(yīng)的區(qū)域，見(jiàn)圖1-3。然后經(jīng)洗滌、氧化、洗滌、脫保護(hù)和洗滌過(guò)程后，即可用對(duì)應(yīng)于第二層的四張組合壓印母版開(kāi)始第二層單體的壓印偶聯(lián)，............，依次循環(huán)下去，直至完成設(shè)計(jì)的全部過(guò)程，最終得到如圖1-4所示的8mer點(diǎn)陣數(shù)為16的寡核苷酸微陣列芯片，單步偶聯(lián)效率大于98％。實(shí)施例二凸凹組合壓印母版的構(gòu)建及8mer 16陣點(diǎn)寡核苷酸化合物陣列芯片的原位合成。
本實(shí)施例如圖2所示，其原理、方法及過(guò)程與實(shí)施實(shí)例一相同，但因?yàn)椴捎猛拱冀Y(jié)構(gòu)的組合印刷母版，凸出的高度足以防止壓印時(shí)單體反應(yīng)試劑對(duì)非反應(yīng)區(qū)的污染，所以對(duì)應(yīng)于非反應(yīng)區(qū)的微小塊體a的表面并不特別需要是非極性的來(lái)阻止反應(yīng)單體的浸潤(rùn)污染。其它方面和具體操作完全等同于實(shí)施例一。最終得到如圖2-5所示的8mer點(diǎn)陣數(shù)為16的寡核苷酸微陣列芯片。單步偶聯(lián)效率大于98％。
具體來(lái)說(shuō)，在圖2中，將圖2-1的a、b兩種微小塊體材料固定在基板g上構(gòu)成圖2-2中組合壓印母版c、d、e、f。為了有效地防止壓印時(shí)反應(yīng)試劑對(duì)不需壓印區(qū)域的污染，特地使按設(shè)計(jì)擬壓印反應(yīng)物的微小顆粒塊體(設(shè)為b)比不壓印反應(yīng)物的微小塊體a高一些，即壓印反應(yīng)試劑的微小塊體b凸出于由a、b組合構(gòu)建而成的組合壓印母版平面。由于b凸出于表面，壓印時(shí)微小塊體a不會(huì)與基片接觸，所以a、b可以具有相同的表面性質(zhì)。為了獲得最佳壓印效果，a、b兩種材料最好具于不同的表面性質(zhì)。為了改善表面接觸反應(yīng)微環(huán)境，兩種微小塊體中，其中a可以為實(shí)體，而b可以為多孔。此時(shí)兩種材料可以具有完全一樣的表面性質(zhì)。
當(dāng)兩種材料皆為實(shí)體時(shí)，每次偶聯(lián)反應(yīng)前需將反應(yīng)試劑涂抹在整個(gè)壓印母版表面，但只有凸出的微小塊體b會(huì)將反應(yīng)試劑壓印到基片S上當(dāng)其中微小塊體b是多孔材料時(shí)，只需讓多孔微小塊體b事先吸滿飽和反應(yīng)試劑，在后面的壓印過(guò)程中就不需再每次涂抹反應(yīng)試劑。如圖2-3所示，當(dāng)將表面分別涂有或吸滿A、T、C、G反應(yīng)試劑的壓印母版分別壓印到基片S上時(shí)，就相應(yīng)在基片S上選區(qū)偶聯(lián)上了A、T、C、G(示意圖見(jiàn)圖2-3(1)和(2))，然后更換另一套壓印母版，就可偶聯(lián)上第二層單體如圖2-3(3)所示..................，依次類(lèi)推，可以在基片上偶聯(lián)上若干層單體，..................，圖2-5是偶聯(lián)8層單體的示意圖。當(dāng)總共偶聯(lián)n層單體時(shí)，只需用a、b兩種微小塊體組合構(gòu)建n×4張壓印母版。實(shí)施例三具有微溝槽及儲(chǔ)液槽之組合壓印母版的構(gòu)建及8 mer 16陣點(diǎn)寡核苷酸化合物陣列芯片的原位合成。
本實(shí)施例如圖3所示，其原理、方法及過(guò)程與實(shí)施例一和實(shí)施例二基本相同，但用于壓印轉(zhuǎn)移單體的微小塊體b或b′是多孔的，對(duì)其表面是否為極性則沒(méi)有嚴(yán)格的要求。整個(gè)組合印刷母版上的所有多孔微小塊體由基板上的微細(xì)溝槽相互連接與貫通。又因組合壓印基板上具有儲(chǔ)液槽及便于液體浸潤(rùn)與流動(dòng)的微溝槽，所以在整個(gè)寡核苷酸微陣列芯片制備前先通過(guò)組合印刷基板上的儲(chǔ)液槽上的小孔將槽內(nèi)注滿反應(yīng)單體，反應(yīng)單體即通過(guò)微溝槽充滿于多孔微小塊體b或b′中，芯片制備過(guò)程中所耗又可由儲(chǔ)液槽中儲(chǔ)備之單體溶液經(jīng)由微細(xì)溝槽得到補(bǔ)充，所以此實(shí)施例除了具有實(shí)施例一和二的各種優(yōu)點(diǎn)外，更有反應(yīng)試劑分布極其理想且整個(gè)芯片原位合成過(guò)程中不需補(bǔ)充單體反應(yīng)試劑的特點(diǎn)。對(duì)反應(yīng)單體的控制變得非常簡(jiǎn)單易行，其它方面和具體操作完全等同于實(shí)施例一。最終得到如圖3-5所示的8 mer點(diǎn)陣數(shù)為16的寡核苷酸微陣列芯片。單步偶聯(lián)效率大于98％。
結(jié)合圖3更具體些說(shuō)，為了更好地避免壓印時(shí)反應(yīng)試劑對(duì)非壓印區(qū)的污染以及避免整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中不斷補(bǔ)充試劑的煩瑣，本實(shí)施例不僅用于壓印偶聯(lián)單體到芯片基片上的微小塊體b是多孔的，還特別采用了圖3-1中g(shù)′和g″所示的組合印刷基板。特別地，在組合壓印母版基底g′和g″底面表面具有微溝槽wgc，即可用于儲(chǔ)存試劑，又可吸收壓印時(shí)擠出的試劑。而在基板g″一側(cè)更設(shè)有密閉儲(chǔ)液槽cyc用于儲(chǔ)備反應(yīng)試劑，儲(chǔ)液槽cyc上有一可以打開(kāi)和封閉的小孔cyk用于重新注入試劑。此儲(chǔ)液槽cyc的設(shè)置使得具有更好的緩沖調(diào)節(jié)作用，不僅可不斷通過(guò)基板上的微溝槽wgc向基板上的多孔微小塊體補(bǔ)充消耗的反應(yīng)液，而且又可更好地吸收壓印時(shí)擠出的試劑。這樣設(shè)計(jì)便于反應(yīng)試劑在多孔微小塊體b中的分配和不斷充填，圖3-1a、b及b′為三種微小塊體材料，a和b一樣高，b′比b高，在基板g′和g″上構(gòu)成圖3-2組合壓印母版a、d、e、f和圖3-3組合壓印母版c′、d′、e′、f′。實(shí)際上a、b、b′其立體幾何形狀并沒(méi)有一定的限制，它們可以是由整塊材料切割而來(lái)，也可以直接微鑄模而來(lái)，或直接造粒而來(lái)。但為了有效地防止壓印時(shí)反應(yīng)試劑對(duì)不需壓印區(qū)域的污染，特地使按設(shè)計(jì)擬壓印反應(yīng)物的微小顆粒塊體(設(shè)為b′)比不壓印反應(yīng)物的微小塊體a高一些，即壓印反應(yīng)試劑的微小塊體b′凸出于由a、b′組合構(gòu)建而成的組合壓印母版平面。由于b′凸出于表面，壓印時(shí)微小塊體a不會(huì)與基片接觸，所以a、b′可以具有相同的表面性質(zhì)。為了獲得最佳壓印效果，a、b′兩種材料最好具于不同的表面性質(zhì)，即，可以一種具有疏水性質(zhì)(設(shè)為a)，另一種具有親水性質(zhì)(設(shè)為b′，此時(shí)反應(yīng)物為極性試劑；若反應(yīng)物為非極性試劑，則應(yīng)使微小塊體a表面為極1生，微小塊體b′表面為非極性)，兩種材料不同的表面性質(zhì)，可以是由于自身固有性質(zhì)所決定，也可以是通過(guò)表面物理化學(xué)改性而來(lái)，例如等離子處理改性、化學(xué)接枝改性、表面組裝改性等。為了改善表面接觸反應(yīng)微環(huán)境，兩種微小塊體中，其中a可以為實(shí)體，而b′則為多孔。壓印時(shí)，先將多孔微小塊體b′事先吸滿飽和反應(yīng)試劑，在后面的壓印過(guò)程中就不需再補(bǔ)充反應(yīng)試劑。只有凸出的微小塊體b′會(huì)將反應(yīng)試劑壓印到基片S上。消耗的反應(yīng)試劑由儲(chǔ)液槽通過(guò)組合壓印母版上的微小溝槽不斷補(bǔ)充到多孔微小塊體a中，如圖3-4所示，當(dāng)將分別吸滿A、T、C、G反應(yīng)試劑的壓印母版分別壓印到基片S上時(shí)，就相應(yīng)在基片S上按設(shè)計(jì)要求選區(qū)偶聯(lián)上了A、T、C、G，示意圖見(jiàn)圖3-4(1)和(2))，然后更換另一套壓印母版，就可偶聯(lián)上第二層單體如圖3-4(3)所示，............，類(lèi)似地，可以在基片上偶聯(lián)上若干層單體，圖3-5是偶聯(lián)8層單體的示意圖，很容易理解，如果只有四種單體，每一層就只需用a、b或b′兩種微小塊體組合構(gòu)建四張壓印母版。當(dāng)總共偶聯(lián)n層單體時(shí)，只需用a、b或b′兩種微小塊體組合構(gòu)建n×4張壓印母版。
總而言之，以上實(shí)施例通過(guò)將整塊材料分割成小塊，或直接應(yīng)用微小塊體材料，并將這些微小塊體材料按預(yù)先設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行組合，構(gòu)成一系列組合平面或凹凸結(jié)構(gòu)母版。不需要經(jīng)過(guò)光刻等復(fù)雜過(guò)程來(lái)制備壓印母版，特別快捷，特別簡(jiǎn)單方便；需要的壓印位點(diǎn)對(duì)反應(yīng)試劑具有很高的親和性，因而反應(yīng)效率類(lèi)似于均相體系。微小塊體是微孔材料時(shí)，由于反應(yīng)試劑儲(chǔ)存于微孔內(nèi)，壓印受到擠壓作用會(huì)充滿于界面，因而獲得一個(gè)類(lèi)似于液相過(guò)程的反應(yīng)環(huán)境，從而保證了很高的偶聯(lián)效率。應(yīng)用上述組合母版，可以十分快捷低廉地制備化合物尤其是生物大分子化合物微陣列。
以上實(shí)施例的顯著優(yōu)點(diǎn)是所提出的組合壓印母版可以完全免除現(xiàn)有寡核苷酸微陣列原位合成技術(shù)中昂貴而煩瑣的掩模制作過(guò)程，當(dāng)探針密度不是特別高時(shí)，特別實(shí)用、高效、簡(jiǎn)潔而成本低廉；而所提出的微孔壓印母版因可儲(chǔ)存試劑又可免除現(xiàn)有分子印章法由于試劑的揮發(fā)須反復(fù)涂抹試劑并且難于控制試劑揮發(fā)和壓印最佳時(shí)刻的不足之處，不僅使操作簡(jiǎn)單化，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，而且提供了類(lèi)似于液相反應(yīng)環(huán)境，因而又保障了極高的偶聯(lián)效率，有利于提高工效。此外，由于具有類(lèi)似于液相的反應(yīng)環(huán)境，因而所耗試劑甚微，可以顯著降低成本。還可采用光、聲、電、磁等方法加速反應(yīng)過(guò)程。總之，可以廉價(jià)高效地在基片表面同時(shí)合成或者覆蓋大量不同的化合物。利用這些不同的化合物可以進(jìn)行大量的基因或者蛋白等生物化學(xué)信息的定性或定量分析，所得結(jié)果可以用光、電、熱、聲、納米技術(shù)或化學(xué)等方法進(jìn)行檢測(cè)。例如可用普通光學(xué)顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡、CCD觀察或表面激元共振(SPR)，表面干涉反射(RIFS)、納米顆粒標(biāo)記檢測(cè)(如金標(biāo)-銀染)、石英晶振等光學(xué)、電學(xué)技術(shù)和化學(xué)方法進(jìn)行檢測(cè)，大大提高工作效率，減少試劑用量，真正做到快速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、自動(dòng)化和無(wú)污染。它可用于化合物及其組合、生物分子或藥物的高通量篩選，多疾病多個(gè)體的高通量同時(shí)檢測(cè)與分析，傳統(tǒng)藥物的現(xiàn)代化研究，以及基因組或cDNA文庫(kù)的篩選，新基因的發(fā)現(xiàn)和基因功能的研究，蛋白質(zhì)組學(xué)的研究等。
本實(shí)用新型將大大加快新藥開(kāi)發(fā)的速度，減少開(kāi)發(fā)成本，提高效率和準(zhǔn)確性，而且對(duì)傳統(tǒng)藥物(包括中藥)的現(xiàn)代化具有重要的價(jià)值。
權(quán)利要求1.一種活版化合物微陣列，包括基板和基片，其特征在于所述基板上按照預(yù)定排布規(guī)律，固定有至少兩種表面性狀有別的微小塊體材料，構(gòu)成可以所述預(yù)定規(guī)律附著反應(yīng)試劑的組合陣列壓印母版；所述基片表面制有功能化修飾層，并通過(guò)化學(xué)偶聯(lián)附著有至少一層按對(duì)應(yīng)所述預(yù)定規(guī)律排布的反應(yīng)試劑組合陣列壓印層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述活版化合物微陣列，其特征在于所述微小塊體材料分別為親水材料和疏水材料，所述壓印母版為平面組合壓印母版。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述活版化合物微陣列，其特征在于所述微小塊體材料分別為高凸材料和低凹材料，所述壓印母版為凹凸組合壓印母版。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述活版化合物微陣列，其特征在于所述微小塊體材料分別為實(shí)體材料和多孔材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述活版化合物微陣列，其特征在于所述基板表面制有微溝槽，所述微溝槽與有多孔微小塊體相互連接貫通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述活版化合物微陣列，其特征在于所述基板表面一側(cè)設(shè)有密閉儲(chǔ)液槽，所述儲(chǔ)液槽上有注入試劑的小孔。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種生物大分子微陣列，同時(shí)還涉及其制備方法，屬于生物化學(xué)分析技術(shù)領(lǐng)域。該微陣列包括基板和基片，基板上按照預(yù)定排布規(guī)律，固定有至少兩種表面性狀有別的微小塊體材料，構(gòu)成可以所述預(yù)定規(guī)律附著反應(yīng)試劑的組合陣列壓印母版；基片表面制有功能化修飾層，并通過(guò)化學(xué)偶聯(lián)附著有至少一層按對(duì)應(yīng)所述預(yù)定規(guī)律排布的反應(yīng)試劑組合陣列壓印層。本實(shí)用新型完全免除了昂貴而煩瑣的掩模制作過(guò)程，操作簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，保障了極高的偶聯(lián)效率，提高了效率和準(zhǔn)確性，對(duì)傳統(tǒng)醫(yī)藥物現(xiàn)代化具有重要的價(jià)值。
文檔編號(hào)G01N33/68GK2603391SQ03220489
公開(kāi)日2004年2月11日 申請(qǐng)日期2003年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月20日
發(fā)明者何農(nóng)躍, 湯建新, 楊春, 郭會(huì)時(shí) 申請(qǐng)人:何農(nóng)躍, 湯建新