專利名稱：用于生產(chǎn)dna芯片的方法和系統(tǒng)、用于檢測(cè)雜交的方法和系統(tǒng)和用于基質(zhì)處理的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及DNA芯片的技術(shù)，更具體地，本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)DNA芯片的方法和系統(tǒng)、用于檢測(cè)雜交的方法和系統(tǒng)和用于基質(zhì)處理的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
在1970年代為檢測(cè)雜交的分析而開(kāi)發(fā)的技術(shù)大都采用諸如硝化纖維薄膜之類的多孔材料、放射性標(biāo)記和放射自顯影法(autoradiography)。
在該領(lǐng)域中的新近創(chuàng)新是用于微分析的所謂DNA芯片或DNA微陣列(下面統(tǒng)稱為DNA芯片)。DNA芯片是通過(guò)使用微陣列技術(shù)在其上精密地布置特定DNA分子的集成基質(zhì)。其用于基因突變分析、SNP(single nucleotidepolymorphism，單核苷多態(tài))分析和基因表達(dá)頻率分析?，F(xiàn)在，它在藥物開(kāi)發(fā)、臨床診斷、生藥學(xué)、進(jìn)化和合法藥物研究中起很重要的作用。
DNA芯片具有集成在玻璃基質(zhì)或硅基質(zhì)上的多種大量的DNA寡鏈(oligochain)和cDNA(互補(bǔ)DNA)。因此，其允許對(duì)雜交進(jìn)行綜合分析。
以下面簡(jiǎn)要描述的方式完成由DNA芯片進(jìn)行的分析。該過(guò)程從細(xì)胞或組織提取mRNA開(kāi)始。由PCR擴(kuò)增所提取的mRNA，在此期間其通過(guò)反向轉(zhuǎn)錄(reverse transcription)PCR反應(yīng)參入熒光探針。將經(jīng)擴(kuò)增的mRNA與在玻璃基質(zhì)或硅基質(zhì)上保持的DNA探針雜交。通過(guò)熒光測(cè)量來(lái)檢測(cè)產(chǎn)生的雜交。
當(dāng)前，通過(guò)使用幾種技術(shù)來(lái)生產(chǎn)DNA芯片，這些技術(shù)包括使用半導(dǎo)體暴光(exposure)技術(shù)的影印術(shù)、基于壓電技術(shù)的噴墨術(shù)和機(jī)械微點(diǎn)術(shù)(microspotting)。雖然它們具有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，但是它們需要具有平滑、均勻表面的非多孔玻璃或塑料基質(zhì)，其允許使用很少量樣本進(jìn)行分析，而不會(huì)擴(kuò)散或吸收樣本。
DNA芯片被歸為兩個(gè)大類。第一類包括具有通過(guò)上述影印術(shù)(photolithography)直接在特定基質(zhì)上合成的核苷酸的DNA芯片?？梢詮腁ffimetrix買(mǎi)到它。(見(jiàn)JP-A-Hei 4505763)。該類型DNA芯片具有高集成度，但是由于在基質(zhì)上合成DNA的限制，其僅具有數(shù)十個(gè)堿基(base)(僅僅數(shù)十個(gè))。
第二類包括被稱為“斯坦福型”的DNA芯片。它們具有事先已經(jīng)準(zhǔn)備了通過(guò)開(kāi)口銷(split pin)分配到并固定在基質(zhì)上的DNA。(見(jiàn)JP-A-Hei 10-503841)。該類型DNA芯片具有比上述DNA芯片低的集成度，但是具有1kb長(zhǎng)的DNA片斷。
正如在日本專利公開(kāi)No.2000-60554(權(quán)利要求1和圖1)中公開(kāi)的那樣，當(dāng)前可用的DNA芯片大都已經(jīng)在矩形基質(zhì)上劃分區(qū)(section)。每一區(qū)具有用于雜交和探針。附帶地，該公開(kāi)還提及每一區(qū)可以包括凝膠，通過(guò)其由電泳遷移多核苷酸的樣本。
在一般實(shí)踐中采用熒光掃描系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)或讀取在DNA芯片上的特定反應(yīng)區(qū)域中發(fā)生的雜交。設(shè)計(jì)該系統(tǒng)來(lái)從標(biāo)記核酸分子的熒光物質(zhì)中檢測(cè)熒光。
該熒光檢測(cè)系統(tǒng)使用特定激勵(lì)光照射熒光物質(zhì)，并且檢測(cè)由熒光物質(zhì)發(fā)出的熒光。由于其采用熒光物質(zhì)代替常規(guī)輻射物質(zhì)，因此這改善了檢測(cè)的速度和精確度，并且有助于安全。
通過(guò)使用利用共焦掃描儀或CCD攝像機(jī)的成像技術(shù)來(lái)完成熒光的檢測(cè)。檢測(cè)裝置將從DNA芯片散發(fā)的熒光轉(zhuǎn)換為用于數(shù)據(jù)文件和分析的后續(xù)確定的數(shù)字輸出。
已知電場(chǎng)作用在充電的物質(zhì)上。具體講，電場(chǎng)在液相中伸展或移動(dòng)雙股核酸分子(double strand nucleic acid molecule)。該現(xiàn)象是因?yàn)閺呢?fù)電荷(作為基干的磷酸鹽離子)和正電荷(從周圍的水中電離的氫原子)產(chǎn)生的粒子云造成的。這些負(fù)電荷和正電荷使得偶極(dipole)出現(xiàn)，并且一旦施加高頻高壓，則整體布置在一個(gè)方向上。結(jié)果，將所包含的那些分子伸展，并且在不均勻電場(chǎng)存在的情況下，其被移動(dòng)到電場(chǎng)線集中的位置(見(jiàn)Seiichi Suzuki，Takeshi Yamanashi，Shin-ichi Tazawa，Osamu Kurosawa and Masao Washizu；“Quantitative analysis on electrostatic orientation and DNA in stationary ACelectric field using fluorescence anisotropy”，IEEE Transaction on IndustrialApplications，Wol.34，No.1，p.75-83(1998)。)已經(jīng)報(bào)道，與在具有十到數(shù)百微米間隙的微電極間施加的高頻電場(chǎng)(1MV/m，1MHz)直線平行地伸展在溶液中以隨機(jī)盤(pán)繞形式存在的DNA分子。該電場(chǎng)致使感應(yīng)極化，并且通過(guò)所謂“電泳”的電動(dòng)效應(yīng)將極化的DNA分子自然地吸引到電極邊緣。最后，使DNA分子固定，而它們末端與電極邊緣接觸。(見(jiàn)Masao Washizu，“DNA handling under observation”VisualizedInformation，Vol.20，No.76(January，2000)。)在用于檢測(cè)生物聚合物的設(shè)備中實(shí)現(xiàn)利用電效應(yīng)的另一DNA芯片技術(shù)，該設(shè)備設(shè)計(jì)來(lái)根據(jù)DNA分子是否已經(jīng)形成互補(bǔ)股來(lái)分離DNA分子，或者通過(guò)施加到DNA探針的DC電壓來(lái)伸展DNA分子(見(jiàn)日本專利公開(kāi)No.2002-168864，第015段和圖7)。此外，已經(jīng)提出具有電針并且核苷固定在電針上的DNA芯片。(見(jiàn)日本專利公開(kāi)No.2001-241315)。
設(shè)計(jì)迄今所提出的各種DNA芯片來(lái)分析諸如用于檢測(cè)的探針DNA的核酸和其互補(bǔ)目標(biāo)核酸之間的雜交，前者固定在之前形成于基質(zhì)上的反應(yīng)區(qū)域上。
然而，由于常規(guī)DNA芯片技術(shù)有限的雜交效率，因此它們不足以進(jìn)行廣泛使用。位阻現(xiàn)象(steric hindrance)和雜質(zhì)(contaminant)引起該缺陷。由于核酸分子采取圓形或螺旋高階結(jié)構(gòu)(為隨機(jī)盤(pán)繞形狀)，因此雜交經(jīng)歷位阻現(xiàn)象，并且位阻現(xiàn)象阻止在堿基上的平滑互補(bǔ)連接。當(dāng)基質(zhì)在檢測(cè)的核酸周圍含有雜質(zhì)時(shí)，也會(huì)抑制雜交。解決這些問(wèn)題將很顯著地降低使用DNA芯片進(jìn)行分析所需要的時(shí)間。
此外，常規(guī)DNA芯片技術(shù)具有由于不可忽略的頻繁誤雜交而引起假陽(yáng)性(false positive)和假陰性(false negative)的缺點(diǎn)。換句話說(shuō)，它們需要改善檢測(cè)精度。
精確檢測(cè)需要用于精確雜交的足夠條件和環(huán)境。在檢測(cè)之前還需要用特定水溶液從反應(yīng)區(qū)域中清除干擾檢測(cè)的不需要的物質(zhì)。必須在不會(huì)對(duì)檢測(cè)精確度有不利影響的情況下，充分執(zhí)行該清除步驟。
為了在未來(lái)更廣泛地使用雜交進(jìn)行綜合分析，需要開(kāi)發(fā)新技術(shù)來(lái)應(yīng)對(duì)關(guān)于基質(zhì)的日益增加的信息量、大量各種基因的同時(shí)分析、簡(jiǎn)化分析方法和設(shè)備和芯片基質(zhì)的成本降低。
因此，本發(fā)明的目的是提供用于生產(chǎn)DNA芯片的方法和系統(tǒng)、用于檢測(cè)雜交的方法和系統(tǒng)以及用于基質(zhì)處理的設(shè)備和方法，這將有助于對(duì)關(guān)于基質(zhì)的信息的有效操作和短時(shí)有效雜交，以及雜交的精確檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涵蓋(1)用于生產(chǎn)DNA芯片的方法、(2)用于生產(chǎn)DNA芯片的系統(tǒng)、(3)用于檢測(cè)雜交的方法、(4)用于檢測(cè)雜交的系統(tǒng)、(5)用于基質(zhì)處理的設(shè)備和(6)用于基質(zhì)處理的方法。
(1)用于生產(chǎn)DNA芯片的方法本發(fā)明的第一實(shí)施例涉及從具有檢測(cè)元件的基質(zhì)上“生產(chǎn)DNA芯片的方法”，其中在每個(gè)檢測(cè)元件上配有用于雜交的至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域以及布置來(lái)以便將電場(chǎng)施加到在所述反應(yīng)區(qū)域中保持的媒質(zhì)的相反電極。
該方法包括對(duì)基質(zhì)執(zhí)行表面處理的步驟；通過(guò)相反電極將電場(chǎng)施加到反應(yīng)區(qū)域中保持的、包含之前準(zhǔn)備的用于檢測(cè)的核酸的媒質(zhì)上，由此將用于檢測(cè)的核酸固定到電極表面上的步驟；和從反應(yīng)區(qū)域中清除過(guò)剩的用于檢測(cè)的核酸。
基質(zhì)的表面處理步驟意欲使基質(zhì)與媒質(zhì)相容(compatible)。反應(yīng)區(qū)域保持滴入或注入其上的媒質(zhì)。
可以在基質(zhì)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)滴入或注入媒質(zhì)。施加電場(chǎng)的步驟包括通過(guò)由施加電場(chǎng)引起的電泳移動(dòng)用于檢測(cè)的核酸的附加步驟。電場(chǎng)是具有不低于1MV/m電壓和不低于1MHz的頻率的高頻電場(chǎng)。
(2)用于生產(chǎn)DNA芯片的系統(tǒng)本發(fā)明的第二實(shí)施例涉及由具有檢測(cè)元件的基質(zhì)生產(chǎn)DNA芯片的系統(tǒng)，其中在每個(gè)檢測(cè)元件上配有用于雜交的至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域以及布置來(lái)以便將電場(chǎng)施加到在所述反應(yīng)區(qū)域中保持的媒質(zhì)的相反電極。
該系統(tǒng)包括用于將包含之前準(zhǔn)備的用于檢測(cè)的核酸的媒質(zhì)滴入或注入反應(yīng)區(qū)域中的裝置；和用于通過(guò)相反電極將電場(chǎng)施加到在反應(yīng)區(qū)域中保持的媒質(zhì)的裝置。
該系統(tǒng)還包括用于將媒質(zhì)滴入或注入反應(yīng)區(qū)域中，并且允許在反應(yīng)區(qū)域中保持媒質(zhì)的裝置，和用于從反應(yīng)區(qū)域中清除過(guò)剩的用于檢測(cè)的核酸。用于施加電場(chǎng)的裝置是施加高頻電場(chǎng)的裝置。該系統(tǒng)還包括用于旋轉(zhuǎn)基質(zhì)的裝置。用于滴入或注入以將媒質(zhì)提供到反應(yīng)區(qū)域的裝置與基質(zhì)的旋轉(zhuǎn)同步工作。
(3)用于檢測(cè)雜交的方法本發(fā)明的第三實(shí)施例涉及用于檢測(cè)具有檢測(cè)元件的基質(zhì)上的雜交的方法，其中在每個(gè)檢測(cè)元件上配有用于雜交的至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域、布置來(lái)以便將電場(chǎng)施加到在所述反應(yīng)區(qū)域中保持的媒質(zhì)的相反電極和在反應(yīng)區(qū)域中被固定的、用于檢測(cè)的核酸。
該方法包括將包含之前準(zhǔn)備的用于檢測(cè)的核酸的媒質(zhì)滴入或注入反應(yīng)區(qū)域中的步驟；通過(guò)相反電極將電場(chǎng)施加到反應(yīng)區(qū)域中保持的媒質(zhì)的步驟；使用于檢測(cè)的核酸和目標(biāo)核酸之間進(jìn)行雜交的步驟；將添加物(intercalator)滴入或注入反應(yīng)區(qū)域的步驟；和使用特定波長(zhǎng)的激勵(lì)光照射反應(yīng)區(qū)域，并且檢測(cè)所得熒光的強(qiáng)度的步驟。附帶地，可以同時(shí)在整個(gè)基質(zhì)的表面上執(zhí)行施加電場(chǎng)的步驟，或者順序地在基質(zhì)的分割區(qū)域上執(zhí)行該步驟。
可以同時(shí)執(zhí)行“將包含目標(biāo)核酸的媒質(zhì)滴入或注入反應(yīng)區(qū)域”的步驟和“將添加物滴入或注入反應(yīng)區(qū)域”的步驟?？梢栽诖嬖陔妶?chǎng)或不存在電場(chǎng)的情況下執(zhí)行雜交。
為了改善檢測(cè)的精度，可以以如下方式執(zhí)行該方法在檢測(cè)熒光的步驟之前進(jìn)行從雜交區(qū)域中清除在反應(yīng)區(qū)域存在的過(guò)剩目標(biāo)核酸的步驟?？梢酝ㄟ^(guò)施加將過(guò)剩的目標(biāo)核酸吸引到雜交區(qū)域外部的電極表面的電場(chǎng)完成清除過(guò)剩目標(biāo)核酸的附加步驟。
可以執(zhí)行用于檢測(cè)雜交的方法，使得將激勵(lì)光引導(dǎo)到基質(zhì)的下側(cè)。還可以執(zhí)行該方法，使得在旋轉(zhuǎn)基質(zhì)的同時(shí)執(zhí)行將媒質(zhì)(包含之前準(zhǔn)備的目標(biāo)核酸)滴入或注入反應(yīng)區(qū)域的步驟、將添加劑滴入或注入反應(yīng)區(qū)域的步驟和使用特定波長(zhǎng)的激勵(lì)光照射反應(yīng)區(qū)域的步驟。
(4)用于檢測(cè)雜交的系統(tǒng)本發(fā)明的第四實(shí)施例涉及用于檢測(cè)具有檢測(cè)元件的基質(zhì)上的雜交的系統(tǒng)，其中在每個(gè)檢測(cè)元件上配有用于雜交的至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域、布置來(lái)以便將電場(chǎng)施加到在所述反應(yīng)區(qū)域中保持的媒質(zhì)的相反電極和在反應(yīng)區(qū)域中被固定的、用于檢測(cè)的核酸。
該系統(tǒng)至少包括將包含之前準(zhǔn)備的目標(biāo)核酸的媒質(zhì)滴入或注入所述反應(yīng)區(qū)域中的裝置；用于通過(guò)相反電極將電場(chǎng)施加到反應(yīng)區(qū)域中保持的媒質(zhì)的裝置；使用于檢測(cè)的核酸和目標(biāo)核酸之間進(jìn)行雜交的裝置；將添加物滴入或注入反應(yīng)區(qū)域的裝置；和使用特定波長(zhǎng)的激勵(lì)光照射反應(yīng)區(qū)域，并且檢測(cè)所得熒光的強(qiáng)度的裝置。
可以修改用于檢測(cè)雜交的系統(tǒng)，使得基質(zhì)具有透射激勵(lì)光的層，并且從與基質(zhì)的反面相對(duì)的源發(fā)出激勵(lì)光。該結(jié)構(gòu)允許用于將媒質(zhì)滴在或注射在基質(zhì)上的裝置的布置和用于檢測(cè)基質(zhì)下的雜交的光學(xué)裝置的布置。以該方式進(jìn)行布置使整個(gè)設(shè)備緊湊，并且簡(jiǎn)化設(shè)備的結(jié)構(gòu)。
該系統(tǒng)還可以包括用于控制溫度的裝置和/或用于控制雜交的濕度的裝置和用于向反應(yīng)區(qū)域供水的裝置。
該系統(tǒng)還可以包括用于旋轉(zhuǎn)盤(pán)狀基質(zhì)的裝置和用于將檢測(cè)元件放置在基質(zhì)上的伺服控制裝置以及用于聚焦的伺服控制裝置。
(5)用于基質(zhì)處理的設(shè)備本發(fā)明的第五實(shí)施例涉及用于處理在其上具有用于雜交的反應(yīng)區(qū)域的基質(zhì)的設(shè)備。該設(shè)備包括用于向已經(jīng)固定了用于檢測(cè)的核酸的反應(yīng)區(qū)域供應(yīng)目標(biāo)核酸的裝置；用于將已經(jīng)被提供了目標(biāo)核酸的基質(zhì)加熱到受控溫度的裝置；用于讀取所述基質(zhì)上的雜交狀態(tài)的裝置；和用于傳輸基質(zhì)的裝置。該設(shè)備還可以具有用于向基質(zhì)施加電場(chǎng)的裝置或用于光學(xué)讀取的裝置。
可以修改該設(shè)備，使得用于傳輸?shù)难b置連續(xù)地將基質(zhì)通過(guò)用于供應(yīng)的裝置、用于加熱的裝置和用于讀取的裝置?？梢孕薷脑撛O(shè)備，使得連續(xù)地布置用于供應(yīng)的裝置、用于加熱的裝置和用于讀取的裝置。還可以修改該設(shè)備，使得用于供應(yīng)的裝置具有用于加濕的裝置。
該設(shè)備還可以包括用于將基質(zhì)引導(dǎo)到用于供應(yīng)的裝置的裝置，和用于從用于讀取的裝置中卸下基質(zhì)的裝置。用于引導(dǎo)基質(zhì)的裝置和用于卸下基質(zhì)的裝置可以合并到一個(gè)單元中。該設(shè)備可以具有連續(xù)布置的用于供應(yīng)的裝置、用于加熱的裝置、用于讀取的裝置、基質(zhì)的入口和基質(zhì)的出口。
該設(shè)備可以額外地具有用于將溶劑供應(yīng)到其中固定了用于檢測(cè)的核酸的反應(yīng)區(qū)域中的第二裝置，或用于從血液中提取核酸的裝置。
(6)用于基質(zhì)處理的方法本發(fā)明的第六實(shí)施例涉及用于處理在其上具有用于雜交的反應(yīng)區(qū)域的基質(zhì)的方法。該方法包括用于向已經(jīng)固定了用于檢測(cè)的核酸的反應(yīng)區(qū)域供應(yīng)目標(biāo)核酸的步驟；用于將已經(jīng)被提供了目標(biāo)核酸的基質(zhì)加熱到受控溫度的步驟；和用于讀取所述基質(zhì)上的雜交狀態(tài)的步驟，其中連續(xù)地執(zhí)行這些步驟。
該方法可以具有將電場(chǎng)施加到基質(zhì)的附加步驟。在供應(yīng)核酸的步驟中或在雜交期間施加的電場(chǎng)向核酸分子提供電泳效應(yīng)，由此改善雜交的效率和雜交檢測(cè)的精度。
可以修改該方法，使得用于溫度控制的步驟提供在用于檢測(cè)的核酸和目標(biāo)核酸之間發(fā)生雜交的時(shí)段。
可以修改該方法，使得通過(guò)光學(xué)讀取完成讀取，通過(guò)供應(yīng)核酸的步驟、控制溫度的步驟和讀取步驟傳輸基質(zhì)?？梢孕薷脑摲椒ǎ沟霉?yīng)所述核酸的步驟包括加濕。
下面是用在本發(fā)明中的技術(shù)術(shù)語(yǔ)的定義。
“用于檢測(cè)的核酸”是在反應(yīng)區(qū)域中保持的媒質(zhì)中自由或靜止的核酸，并且用作檢測(cè)具有用于與所述用于檢測(cè)的核酸進(jìn)行特異反應(yīng)的互補(bǔ)堿基序列的核酸的探針。典型的例子是作為DNA探針的寡核苷酸或多核苷酸?！澳繕?biāo)核酸”是具有與用于檢測(cè)的所述核酸互補(bǔ)的堿基序列的核酸。
“核酸”是核苷的磷酸酯的聚合物(或核苷鏈)，其中嘌呤或嘧啶堿基通過(guò)配糖鍵(glycoside linkage)與糖組合在一起。其包含DNA(完整或片斷)，包括通過(guò)從寡核苷酸、多核苷酸、嘌呤核苷(purinenucleotide)或嘧啶核苷(pyrimidinenucleotide)聚合的探針DNA。其還包含通過(guò)反向轉(zhuǎn)錄形成的cDNA(c探針DNA)、RNA和聚酰胺核苷衍生物(PNA)。
“雜交”是形成具有互補(bǔ)堿基序列的互補(bǔ)股(雙股)的反應(yīng)?！罢`雜交”是形成異?；パa(bǔ)股的反應(yīng)。在本說(shuō)明書(shū)中可以將其稱為“誤雜交”。
“反應(yīng)區(qū)域”是發(fā)生雜交和其它反應(yīng)的區(qū)域。其包括保持液體或凝膠的形狀良好的區(qū)域。只要反應(yīng)與本發(fā)明的目的和效果一致，則不特別限制在反應(yīng)區(qū)域中的反應(yīng)。
“相反電極”表示其表面彼此面對(duì)的至少一對(duì)電極。“相反軸”是連接相反電極的表面的中心的直線?！敖徊?crossing)”包括具有交叉點(diǎn)的二維交叉和不具有交叉點(diǎn)的三維交叉。只要其與本發(fā)明的目的和效果一致，則不特別限制交叉角。
“過(guò)剩物質(zhì)”包括在反應(yīng)區(qū)域中存在的諸如探針DNA之類的用于檢測(cè)的過(guò)剩核酸、具有與用于檢測(cè)的核酸互補(bǔ)的堿基序列的過(guò)剩目標(biāo)核酸和插入到通過(guò)雜交獲得的互補(bǔ)股中的“添加物”。
“添加物”是使用插入到雙股核酸中的熒光標(biāo)記的物質(zhì)。其用于檢測(cè)雜交。其包括POPO-1和TOTO-3。
“位阻”表示防止反應(yīng)基團(tuán)相互接近的分子中的大基團(tuán)、或者被布置或分子的三維結(jié)構(gòu)(高階結(jié)構(gòu))妨礙所期望的反應(yīng)(或在本發(fā)明中的雜交)的現(xiàn)象。
“電泳”是分子在不均勻電場(chǎng)存在的情況下移動(dòng)的現(xiàn)象。當(dāng)施加DC電壓或AC電壓時(shí)發(fā)生該現(xiàn)象。在后一情況下，反向電壓極性使分子極化的方向反向。(見(jiàn)“Micromachine and Material technology”from CMC edited by TeruHayashi，P.37-46，Chapter 5，Manipulation of Cells and DNA。)“DNA芯片”表示用于檢測(cè)雜交的基質(zhì)，在其上以非常小的間隔固定諸如DNA探針之類的核酸分子。其還包括DNA微陣列。
本發(fā)明允許基質(zhì)上的基因信息的有效集成(固定)和有效雜交以及短時(shí)間內(nèi)的精確檢測(cè)。


圖1是顯示適用于本發(fā)明的盤(pán)狀基質(zhì)的典型實(shí)例的透視圖。
圖2是顯示基質(zhì)1的基本分層結(jié)構(gòu)的部分截面圖。
圖3是形成在反應(yīng)區(qū)域R中的檢測(cè)表面U的示意放大圖。
圖4是具有布置在一個(gè)方向上的一對(duì)相反電極的檢測(cè)元件3的截面圖。
圖5是具有布置在另一個(gè)方向上的一對(duì)相反電極的檢測(cè)元件3的截面圖。
圖6是具有布置在又一個(gè)方向上的一對(duì)相反電極的檢測(cè)元件3的截面圖。
圖7是具有布置成它們的相對(duì)軸彼此正交的兩對(duì)相反電極的檢測(cè)元件3的截面圖。
圖8是顯示檢測(cè)元件3中的掃描電極C的布置的示意圖。
圖9是顯示檢測(cè)表面U的模式的示意圖。
圖10是顯示配有具有凸起(projection)的電極的檢測(cè)元件3的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
圖11是顯示用于向相反電極供電的布線7的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
圖12是顯示生產(chǎn)DNA芯片10的步驟的流程圖。
圖13是顯示生產(chǎn)DNA芯片10的步驟的另一流程圖。
圖14是顯示屬于本發(fā)明的系統(tǒng)的實(shí)施例的方框圖。
圖15是顯示用于基質(zhì)的處理的設(shè)備的實(shí)施例的示意圖，其中該設(shè)備是圖14中所示的系統(tǒng)的組成部分的組合。
圖16是顯示用于可用來(lái)生產(chǎn)DNA芯片和/或檢測(cè)雜交的基質(zhì)的處理的示意方框圖。
圖17是顯示檢測(cè)雜交的一種方式的流程圖。
圖18是顯示檢測(cè)雜交的另一種方式的流程圖。
圖19是顯示用于施加高頻電場(chǎng)W1并隨后施加低頻電場(chǎng)W2的波形的曲線圖。
圖20是顯示用于施加低頻電場(chǎng)W2并隨后施加具有矩形波形的低頻電場(chǎng)W3的波形的曲線圖。
圖21是顯示用于施加低頻電場(chǎng)W2并隨后施加低頻電場(chǎng)W3的波形的曲線圖，其中在它們之間插入零電場(chǎng)周期。
圖22是顯示用于施加高頻電場(chǎng)W1并隨后施加低頻電場(chǎng)W3的波形的曲線圖，其中在它們之間插入DC電場(chǎng)周期W4。
圖23是顯示用于施加高頻電場(chǎng)W1并隨后施加低頻電場(chǎng)W3的波形的曲線圖，其中在W1之前放置DC電場(chǎng)周期W4。
圖24是顯示用于施加具有被疊加了DC分量的高頻電場(chǎng)W5并隨后施加低頻電場(chǎng)W2的波形的曲線圖。
圖25是顯示用于施加高頻電場(chǎng)W1并隨后施加具有被疊加了DC分量的低頻電場(chǎng)W6的波形的曲線圖。和圖26是顯示用于施加具有被疊加了DC分量的高頻電場(chǎng)W5并隨后施加具有被疊加了DC分量的低頻電場(chǎng)W6的波形的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
將在下面參照附圖描述用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式。所示的實(shí)施例是典型的實(shí)施例，它們不意欲限制本發(fā)明的范圍。
<1.適用于本發(fā)明的實(shí)施例的“基質(zhì)”>
(1)基質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)本發(fā)明可以采用以與用于諸如CD(緊湊盤(pán))和DVD(數(shù)字多功能盤(pán))之類的光信息記錄介質(zhì)相同的材料制成的任何基質(zhì)。不具體限制屬于本發(fā)明的基質(zhì)的形狀，然而，圓盤(pán)形是特別理想的。下面的描述主要涉及盤(pán)狀基質(zhì)。
圖1顯示適用于本發(fā)明的盤(pán)狀基質(zhì)的實(shí)例。從諸如硅樹(shù)脂、聚碳酸酯和聚苯乙烯之類的光學(xué)透明石英玻璃或塑料，特別是那些能夠噴射模塑的塑料中形成所示盤(pán)狀基質(zhì)1(下面簡(jiǎn)稱為“基質(zhì)1”)。與常規(guī)玻璃芯片相比，從便宜的塑料形成基質(zhì)1有助于降低運(yùn)行成本。
基質(zhì)1在其中心可以具有規(guī)定尺寸的孔2(不必須是通孔)。該孔2允許由轉(zhuǎn)軸(spindle)9或插入其中的下述卡盤(pán)(chuck)保持并旋轉(zhuǎn)基質(zhì)。
此外，可以構(gòu)造孔2以便接受合適的夾具(jig)，該夾具向布置在基質(zhì)1上以施加電場(chǎng)的相反電極(下面描述)的全部或部分供電。
圖2是顯示基質(zhì)1的基本分層結(jié)構(gòu)的部分截面圖。基質(zhì)1實(shí)質(zhì)上包括反射層11和特定波長(zhǎng)的發(fā)光層12。如圖2所示，應(yīng)該最好將反射層11放置在發(fā)光層12上。在通過(guò)基質(zhì)1反面的向上照射的幫助下，該結(jié)構(gòu)有助于檢測(cè)操作等。
可以以如下方式將如上構(gòu)造的基質(zhì)1合并成用于實(shí)驗(yàn)的完整系統(tǒng)中將用于滴或注射樣本溶液的那些機(jī)械裝置布置在基質(zhì)上，并且將用于檢測(cè)(或讀取)的那些光學(xué)裝置布置在基質(zhì)下。
形成基質(zhì)1使得反射層11具有幾個(gè)到幾十個(gè)納米的厚度。該反射層11可以是對(duì)來(lái)自伺服機(jī)構(gòu)(在圖10中由符號(hào)V表示)的激光束具有5％到50％的單層金屬材料或無(wú)機(jī)材料。
上述反射系數(shù)范圍對(duì)于穩(wěn)定伺服機(jī)構(gòu)(聚焦和跟蹤)來(lái)說(shuō)是足夠高的，并且對(duì)于激勵(lì)光透射和用于測(cè)量熒光強(qiáng)度所需的熒光來(lái)說(shuō)是足夠低的。
使用上述的反射系數(shù)范圍，甚至當(dāng)基質(zhì)的折射率與在其上存在的任何物質(zhì)的折射率非常接近時(shí)，基質(zhì)1也完全清除來(lái)自用于伺服機(jī)構(gòu)(在圖10中由符號(hào)V表示)的反射激光束的干擾。
反射層11可以是由多種無(wú)機(jī)材料形成的、具有波長(zhǎng)選擇性的多層結(jié)構(gòu)的反射薄膜。這樣的反射薄膜僅反射用于伺服機(jī)構(gòu)(在圖10中由符號(hào)V表示)的激光束，而不損失激勵(lì)光和用于測(cè)量熒光強(qiáng)度的熒光。
上述反射薄膜用作反射層11，該反射層11具有高于50％(例如，90％或以上)的激光束反射系數(shù)，而不會(huì)對(duì)熒光強(qiáng)度的測(cè)量產(chǎn)生不利影響。
基質(zhì)1具有形成在發(fā)光層12或反應(yīng)區(qū)域形成層(未示出)中的大量檢測(cè)元件3，其中反應(yīng)區(qū)域形成層是放置在發(fā)光層12之上的光敏聚酰亞胺樹(shù)脂層等等。每個(gè)檢測(cè)元件3包括類似井(well)的反應(yīng)區(qū)域和一對(duì)彼此面對(duì)的相反電極(或至少一個(gè)電極)。(在圖1中，由于電極太小，所以不能顯示它。)每個(gè)反應(yīng)區(qū)域是DNA探針(用于檢測(cè)的核酸)和目標(biāo)核酸之間發(fā)生雜交的地方?？梢酝ㄟ^(guò)任何已知的光盤(pán)控制技術(shù)形成反應(yīng)區(qū)域。見(jiàn)圖1。
發(fā)光層12可以是雙層結(jié)構(gòu)(未示出)，其上層具有比下層和媒質(zhì)的折射率更高的折射率。該結(jié)構(gòu)允許快速和精確聚焦和定位伺服控制。
每個(gè)檢測(cè)元件3具有檢測(cè)區(qū)域(對(duì)應(yīng)于反應(yīng)區(qū)域R的部分)和伺服區(qū)域。伺服區(qū)域具有用于徑向位置(radial position)控制的伺服標(biāo)記和用于基質(zhì)1上的每個(gè)檢測(cè)元件3的地址信息的地址標(biāo)記。
可以以圓周或螺旋模式在基質(zhì)1上布置檢測(cè)元件3，使得檢測(cè)區(qū)域和伺服區(qū)域交替出現(xiàn)。周期布置的伺服區(qū)域組成光盤(pán)技術(shù)領(lǐng)域中熟知的樣本伺服系統(tǒng)。
可以通過(guò)常規(guī)光盤(pán)控制處理來(lái)形成伺服標(biāo)記和地址標(biāo)記。如果基質(zhì)1與光盤(pán)類似，則用于樣本滴入和檢測(cè)的反應(yīng)區(qū)域與用戶數(shù)據(jù)區(qū)域類似。其它區(qū)域可以具有用于根據(jù)樣本伺服系統(tǒng)跟蹤的同步凹坑。緊隨它們的地址給出關(guān)于基質(zhì)1的位置信息。
地址部分從作為導(dǎo)入模式(leading pattern)的扇區(qū)標(biāo)記開(kāi)始。其包括顯示基質(zhì)1的旋轉(zhuǎn)相位的VFO(可變頻率振蕩器)、顯示地址數(shù)據(jù)的開(kāi)始位置的地址標(biāo)記和保存軌道和扇區(qū)號(hào)的ID(標(biāo)識(shí)符)。
可以由從精細(xì)誤差(fine error)信號(hào)獲得的軌道位置信息和地址標(biāo)記來(lái)定義基質(zhì)1在其徑向上的任何位置。前者是在徑向上向外側(cè)和內(nèi)側(cè)偏移四分之一軌道的兩個(gè)跟蹤標(biāo)記的信號(hào)電平之間的差。
軌道位置信息允許在基質(zhì)1在徑向級(jí)(radial stage)上旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，定位用于媒質(zhì)供應(yīng)的放電頭和用于檢測(cè)的光頭。
通過(guò)由光拾取器從在徑向級(jí)上旋轉(zhuǎn)的基質(zhì)1的讀取側(cè)接收到的地址跟蹤誤差信號(hào)和聚焦誤差信號(hào)控制該定位。
在本發(fā)明中使用的基質(zhì)1具有為媒質(zhì)親和性(affinity)而預(yù)先進(jìn)行表面處理的其表面。換句話說(shuō)，基質(zhì)表面劃分為親水性區(qū)和憎水性區(qū)。該規(guī)定節(jié)約了樣本水溶液并將有機(jī)體平穩(wěn)導(dǎo)入檢測(cè)區(qū)域。
(2)“檢測(cè)元件3”的結(jié)構(gòu)基質(zhì)1具有布置在其上的大量小區(qū)域，其用作檢測(cè)元件。每個(gè)檢測(cè)元件3具有反應(yīng)區(qū)域R(或類似井的小區(qū)域)，該反應(yīng)區(qū)域R保持包含樣本的水溶液和凝膠(諸如瓊脂糖凝膠)，以便在其中發(fā)生雜交。每個(gè)反應(yīng)區(qū)域R可以具有向它供水來(lái)防止媒質(zhì)從其蒸發(fā)的裝置。
應(yīng)該以可以根據(jù)分析的目的來(lái)容易地分組檢測(cè)元件3的方式來(lái)將這些檢測(cè)元件3布置在基質(zhì)1上。換句話說(shuō)，可以以在圓周、徑向或螺旋方向、以特定的隔將它們規(guī)則地布置在盤(pán)狀基質(zhì)1上。此外，可以根據(jù)樣本的種類和基因在圓周方向上按角度來(lái)分組它們。
不具體限制檢測(cè)元件3中的反應(yīng)區(qū)域R的形狀和大小。其長(zhǎng)度、寬度和深度通常在幾到幾百微米的范圍內(nèi)?？梢愿鶕?jù)激勵(lì)光的斑點(diǎn)直徑和樣本溶液(包含用于檢測(cè)的核酸和目標(biāo)核酸)的最小滴尺寸來(lái)恰當(dāng)?shù)卮_定它們。
(3)“檢測(cè)表面U”的結(jié)構(gòu)檢測(cè)元件3中的反應(yīng)區(qū)域R具有用于固定DNA探針(用于檢測(cè)的核酸)的經(jīng)處理的表面。在下面將該經(jīng)處理的表面稱為“檢測(cè)表面”。
圖3是形成在反應(yīng)區(qū)域R中的檢測(cè)表面U的示意放大圖。圖3示意性顯示檢測(cè)表面U、固定在其上的用于檢測(cè)的核酸D、與之雜交的目標(biāo)核酸T和彼此連接雙股的添加物I。
檢測(cè)表面U可以是諸如黃金之類的金屬、薄膜的表面或面對(duì)反應(yīng)區(qū)域R的電極的表面。
可以使用包含硅烷耦合試劑(silane coupling agent)的氨基溶液或賴氨酸溶液預(yù)先處理檢測(cè)表面U(或電極表面)，以容易地在其上固定DNA探針或用于檢測(cè)的核酸D。
可以在對(duì)塑料基質(zhì)進(jìn)行上述表面處理之前使用深UV光或遠(yuǎn)紅外線進(jìn)行等離子處理和照射，然后進(jìn)行使用包含硅烷耦合試劑的氨基溶液的處理。
替代地，可以通過(guò)使用銅、銀、鋁或金薄膜進(jìn)行噴鍍(sputter)來(lái)向塑料基質(zhì)添加涂層，然后使用具有諸如氨基、硫醇和羧基團(tuán)之類的官能團(tuán)的物質(zhì)或使用巰基乙胺或抗生蛋白鏈菌素(streptavidine)向其添加涂層。
使用抗生蛋白鏈菌素的表面處理合適于固定經(jīng)生物素化的(biotinylated)DNA探針的末端的檢測(cè)表面。類似地，使用硫醇(SH)基團(tuán)的表面處理對(duì)于固定用于檢測(cè)的核酸D的檢測(cè)表面是合適的，其中該核酸D可以是具有通過(guò)二硫鍵的硫醇改變末端(thiol-modified terminal)的探針DNA。
檢測(cè)表面U可以可選地具有連接到它的插入分子，諸如幫助固定用于檢測(cè)的核酸D的聯(lián)結(jié)子(linker)和間隔物(spacer)。這樣的分子在檢測(cè)表面U和用于檢測(cè)的核酸D之間提供一定距離，以防止它們相互干擾。以這種方式可以防止除要被固定的特定部分之外的用于檢測(cè)的核酸D附著在檢測(cè)表面U。
此外，檢測(cè)表面U還可以具有與以一定間隔交替連接到它的、分子長(zhǎng)度不同的插入分子(聯(lián)結(jié)子)，以便防止用于已經(jīng)被固定到檢測(cè)表面U上的用于檢測(cè)的核酸D的分子之間的相互干擾。
用于上述目的的插入分子可以根據(jù)用于檢測(cè)的核酸D或目標(biāo)核酸T的長(zhǎng)度(堿基的數(shù)量)或用于檢測(cè)的核酸D的分子距離來(lái)具有足夠的分子長(zhǎng)度。在用于檢測(cè)的核酸D(其為具有50-100個(gè)堿基的經(jīng)伸展探針DNA)和具有大約1600個(gè)堿基的目標(biāo)核酸T之間雜交的情況下，由于Brownian運(yùn)動(dòng)，額外堿基序列的一半(或不形成互補(bǔ)股的序列的一半)形成隨機(jī)盤(pán)繞分子塊。這樣的塊具有10到40nm的直徑。
為了有效防止目標(biāo)核酸T的分子塊的位阻現(xiàn)象，插入分子(在其伸展?fàn)顟B(tài)下)應(yīng)該具有10到40nm分子長(zhǎng)度。此外，應(yīng)該以大約10到40nm的間隔布置在檢測(cè)表面U上的插入分子。
(4)“相反電極”的結(jié)構(gòu)檢測(cè)元件3的反應(yīng)區(qū)域R具有至少一對(duì)相反電極E1和E2，如圖4所示，其面對(duì)反應(yīng)區(qū)域R?？梢杂芍T如金和鋁之類的金屬或諸如ITO(銦錫氧化物)之類的透明導(dǎo)體形成這些相反電極E1和E2。它們被布置成使得在反應(yīng)區(qū)域R中在它們之間保持檢測(cè)表面U。
圖4顯示如何布置一對(duì)相反電極E1和E2來(lái)將電場(chǎng)施加到反應(yīng)區(qū)域R中保持的水溶液或諸如凝膠之類的媒質(zhì)上。當(dāng)需要時(shí)，可以由基質(zhì)1上的一個(gè)電極和作為外部電極單元的其它電極(圖4所示的E2)構(gòu)造相反電極。
相反電極E1和E2施加諸如高頻交替電場(chǎng)(將在下面描述)來(lái)產(chǎn)生電動(dòng)效應(yīng)或電泳，其伸展媒質(zhì)中的核酸分子(用于檢測(cè)的核酸D和目標(biāo)核酸T)，將它們向電場(chǎng)線集中的電極邊緣移動(dòng)，在伸展它們的同時(shí)移動(dòng)它們，或者吸引它們。附帶地，圖4的符號(hào)D示意性顯示以其經(jīng)伸展形式被固定的用于檢測(cè)的核酸。相反電極E1和E2可以按要求用于電泳或電滲。
通常在螺旋或隨機(jī)盤(pán)繞為球的兩個(gè)單股分子之間發(fā)生雜交。因此，其經(jīng)歷位阻，這導(dǎo)致效率低的互補(bǔ)反應(yīng)和誤雜交。
通過(guò)經(jīng)由相反電極E1和E2施加電場(chǎng)來(lái)避免上述情況，這以高階結(jié)構(gòu)伸展核酸分子或?qū)⑵湟苿?dòng)到用于核酸分子關(guān)聯(lián)可能性高的區(qū)域。
在存在電場(chǎng)的情況下，由于降低的位阻緣故，而非常高效和精確地進(jìn)行雜交。這導(dǎo)致由雜交進(jìn)行的高速檢測(cè)。附帶地，在不存在電場(chǎng)的情況下，可以由自然Brownian運(yùn)動(dòng)進(jìn)行雜交。
如圖4所示，通過(guò)接通和斷開(kāi)電場(chǎng)的開(kāi)關(guān)S將在反應(yīng)區(qū)域R中的相反電極連接到外部電源V。
此外，它們具有用于調(diào)節(jié)場(chǎng)強(qiáng)、在AC和DC之間切換和在高頻電場(chǎng)或低頻電場(chǎng)之間切換的控制裝置。
可以以下面三種方式中的任意一種方式布置反應(yīng)區(qū)域R中的相反電極。
(1)如圖4所示，將一個(gè)電極E1放置在反應(yīng)區(qū)域R的底部4上，而其它電極E2放置在其上。
(2)如圖5所示，將兩個(gè)電極E3和E4放置在反應(yīng)區(qū)域R的相對(duì)豎墻5。
(3)如圖6所示，將兩個(gè)電極E5和E6并排(具有分離的一定距離)放置在反應(yīng)區(qū)域R的底部4上。
替代地，可以使用多對(duì)相反電極。例如，可以在反應(yīng)區(qū)域R中布置兩對(duì)相反電極，使得它們的相對(duì)軸彼此正交。如圖7所示，反應(yīng)區(qū)域R可以具有垂直布置的第一對(duì)相反電極E1和E2，和水平布置的第二對(duì)相反電極E3和E4。
在以上情況下，第一對(duì)相反電極E1和E2施加高頻電場(chǎng)來(lái)調(diào)節(jié)用于檢測(cè)的核酸D的高階結(jié)構(gòu)，并改善雜交的效率，而第二對(duì)相反電極E3和E4施加電場(chǎng)來(lái)清除阻礙檢測(cè)雜交的、不需要的物質(zhì)(諸如過(guò)剩的用于檢測(cè)的核酸D、過(guò)剩的目標(biāo)核酸T和過(guò)剩的添加物I)，并且將經(jīng)雜交的核酸分子從檢測(cè)表面移動(dòng)到另一區(qū)域。使用電場(chǎng)進(jìn)行清除是將替代使用水溶液的常規(guī)清除處理的新技術(shù)。
可以通過(guò)與低頻電場(chǎng)組合來(lái)改善由電場(chǎng)進(jìn)行的上述清除操作。換句話說(shuō)，施加到反應(yīng)區(qū)域R的低頻電場(chǎng)向誤雜交的核酸的分子提供足夠的振動(dòng)，由此將它們與用于檢測(cè)的核酸D分離。用于該目的的低頻電場(chǎng)應(yīng)該具有足夠低的強(qiáng)度，以便不會(huì)分離正常雜交的核酸的分子。
檢測(cè)元件3的反應(yīng)區(qū)域R可以具有通過(guò)毛細(xì)管作用供應(yīng)包含用于分析的樣本的媒質(zhì)的設(shè)備。如圖4和7所示，該設(shè)備可以包括與反應(yīng)區(qū)域R相通的入口H1和開(kāi)口到外部的通孔(vent hole)H2。此外，入口H1可以具有其周圍表面是憎水性表面(與媒質(zhì)的親水性相反)的開(kāi)口。
如圖8所示，檢測(cè)元件3的反應(yīng)區(qū)域R可以額外地具有布置在其中的掃描電極C。圖8簡(jiǎn)要顯示檢測(cè)元件3中的掃描電極C的布置。將掃描電極放置在相反電極E1和E2之間，使得它們的邊緣d面對(duì)公共電極G。
圖8所示的實(shí)施例具有分別連接到一系列開(kāi)關(guān)(S1，S2…Sz)一系列掃描電極(C1，C2…Cz)。這些開(kāi)關(guān)以一定時(shí)間間隔接通和斷開(kāi)，以將電場(chǎng)順序施加到相鄰掃描電極(即，C1-C2、C2-C3、…)。電場(chǎng)固定在相鄰掃描電極的邊緣d和d之間伸展的、用于檢測(cè)的核酸的分子(由符號(hào)X指示)。附帶地，圖8中的符號(hào)L示意性顯示在掃描電極(Cx和Cy)的邊緣d集中的電場(chǎng)線。
如上所述，面對(duì)反應(yīng)區(qū)域R的相反電極可以使它們的表面之一用作固定DNA探針或用于檢測(cè)的核酸D的檢測(cè)表面U(如圖3所示)。
在這種情況下，用作檢測(cè)表面U的電極表面最好應(yīng)該小于其它電極表面。如圖4和7所示，具有比其相反電極更小的表面區(qū)域的電極E1集中電場(chǎng)線來(lái)產(chǎn)生不均勻電場(chǎng)，這使得核酸分子通過(guò)電泳快速遷移到電極E1。
如圖9所示，可以不規(guī)則地粗糙或者使用孤立物(island)規(guī)則模式化電極表面或用于固定的檢測(cè)表面U，，使得其凸起集中電場(chǎng)線，由此產(chǎn)生不均勻電場(chǎng)?？梢允褂梦磮D示的凸錐或凹錐或使用U形孔來(lái)形成規(guī)則模式。
可以通過(guò)諸如噴射沉積、取向附生沉積和蝕刻之類的任何公知方法來(lái)完成電極表面的粗糙。不具體限制該粗糙方法。
最好應(yīng)該使用諸如SiO2、SiN、SiOC、SiC、SiOF和TiO2之類的絕緣材料來(lái)向電極表面添加涂層。結(jié)果所產(chǎn)生的絕緣層避免由保留在反應(yīng)區(qū)域中的粒子溶液引起的電化學(xué)反應(yīng)。
附帶地，如圖10所示，被布置來(lái)將電場(chǎng)施加到檢測(cè)元件3的反應(yīng)區(qū)域R中保持的媒質(zhì)的相反電極E1和E2可以具有朝向反應(yīng)區(qū)域R的凸起。
因此構(gòu)造的相反電極使凸起的末端e1和e2集中電場(chǎng)線，由此快速產(chǎn)生不均勻電場(chǎng)。因此，它們合適地起作用來(lái)固定用于檢測(cè)的核酸D。
(5)用于向“相反電極”供電的裝置可以以任何方式(沒(méi)有具體限制)向安裝在反應(yīng)區(qū)域R中的相反電極供電。根據(jù)圖11中所示的一個(gè)實(shí)施例，基質(zhì)1在其孔2周圍配有與外部導(dǎo)電夾具(未示出)接觸的導(dǎo)電部分6，并且還配有從導(dǎo)電部分6延伸出的電源布線7，以覆蓋基質(zhì)的整個(gè)表面。
可以以圓形、環(huán)形、分割環(huán)形(如圖11所示)之類的形式形成導(dǎo)電部分6。附帶地，圖11中的符號(hào)21表示用于定位導(dǎo)電夾具或卡盤(pán)的凹槽。
通過(guò)形成凸起或使孔2具有特定形狀而不是采用凹槽21來(lái)達(dá)到定位的目的。不具體限制定位方法。
如圖11所示，電源布線7的一個(gè)實(shí)施例包括第一到第三布線。第一布線(主布線)71從基質(zhì)1的導(dǎo)電部分6沿半徑延伸。第二布線72以圓周形方式從第一布線71中分出。第三布線73從第二布線72中分出并到達(dá)電極。第二布線72沿同心圓或螺旋曲線延伸。
可以在布線基質(zhì)1a上以一層或多層形成這些布線71到73，其中該基質(zhì)1a被精確地綁定到具有布置在其上的檢測(cè)元件3的檢測(cè)基質(zhì)1b。因此，基質(zhì)1包括兩層1a和1b。
以上述方式構(gòu)建的用于供電的布線7(布線71、72和73)可被用作用于信息讀取的旋轉(zhuǎn)同步信號(hào)(revolution synchronizing signal)或跟蹤信號(hào)的參考(reference)。因此，它們清除了向基質(zhì)1附加諸如凹坑和條形碼之類的附屬信號(hào)和標(biāo)記的必要。這簡(jiǎn)化了基質(zhì)1的結(jié)構(gòu)。
<2.關(guān)于準(zhǔn)備DNA芯片的方法>
從按上述方式構(gòu)造它并使其經(jīng)歷表面處理的盤(pán)狀基質(zhì)1準(zhǔn)備根據(jù)本發(fā)明的DNA芯片。
如上所述，基質(zhì)1具有在其上形成的大量檢測(cè)元件3，每個(gè)檢測(cè)元件3包括發(fā)生雜交的至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域R和將電場(chǎng)施加到反應(yīng)區(qū)域R中保持的媒質(zhì)的一對(duì)相反電極(即，E1和E2)。見(jiàn)圖1。該基質(zhì)用作所謂DNA芯片的基礎(chǔ)，在其上固定了用于檢測(cè)的特定核酸D。
通過(guò)包含圖12和13(流程圖)中所示的步驟的過(guò)程來(lái)準(zhǔn)備DNA芯片如下。
整個(gè)過(guò)程包括五步。第一步P1是基質(zhì)1的表面處理。第二步P2是將包含之前準(zhǔn)備的用于檢測(cè)的核酸D的媒質(zhì)滴入或注入反應(yīng)區(qū)域R。第三步P3是通過(guò)相反電極(即，E1和E2)將電場(chǎng)施加到反應(yīng)區(qū)域R中保持的媒質(zhì)。
在第三步P3中施加的電場(chǎng)產(chǎn)生將用于檢測(cè)的核酸D伸展并將其固定在作用為檢測(cè)表面U的電極(即，E1)的表面上的電動(dòng)效應(yīng)或電泳。第四步P4是從反應(yīng)區(qū)域R中清除過(guò)剩的用于檢測(cè)的核酸D。第五步P5是封裝并交付到用戶。將順序描述以上步驟。
(1)用于基質(zhì)的表面處理的第一步驟P1按如下方式執(zhí)行具有用于雜交的反應(yīng)區(qū)域R的基質(zhì)1上的表面處理。首先，使用憎水性物質(zhì)處理基質(zhì)表面，使得其呈現(xiàn)憎水性。其次憎水性基質(zhì)表面部分呈現(xiàn)親水性。
可以恰當(dāng)?shù)亟M合表面處理的兩個(gè)步驟來(lái)在基質(zhì)1上按期望產(chǎn)生憎水性區(qū)域和親水性區(qū)域。例如，可以組合它們，使得組成反應(yīng)區(qū)域R的墻呈現(xiàn)親水性，而基質(zhì)1的其它部分(非反應(yīng)區(qū)域)呈現(xiàn)憎水性。
基質(zhì)1的反應(yīng)區(qū)域R通常通過(guò)滴入或注入來(lái)接受包含生物材料的水溶液。諸如用于諸如基因分析之類的生物分析的核酸之類的生物材料大都是親水性的。
因此，執(zhí)行表面處理，使得基質(zhì)1的反應(yīng)區(qū)域R呈現(xiàn)親水性，而基質(zhì)1的非反應(yīng)區(qū)域呈現(xiàn)憎水性。以這種方式進(jìn)行表面處理的效果在于當(dāng)包含生物材料的樣本溶液被滴在基質(zhì)1上時(shí)，它們被確定地導(dǎo)入或使其保留在反應(yīng)區(qū)域R的親水性區(qū)域中。
可以執(zhí)行上述步驟P1，使得根據(jù)目的僅在基質(zhì)1上的反應(yīng)區(qū)域R中的特定部分上呈現(xiàn)憎水性或親水性。例如，可以執(zhí)行該步驟，使得僅在反應(yīng)區(qū)域R的檢測(cè)表面(或電極表面)上呈現(xiàn)親水性，而僅在反應(yīng)區(qū)域R的其它部分(或非檢測(cè)表面)上呈現(xiàn)憎水性。
在反應(yīng)區(qū)域R中這樣形成的親水性和憎水性區(qū)域允許在理想位置上保持親水性或憎水性樣本溶液和凝膠，或者允許將用于檢測(cè)的核酸導(dǎo)入反應(yīng)區(qū)域R中的理想位置以進(jìn)行固定。
通過(guò)使用作為由R-Si-X1、X2、X3表示的憎水性物質(zhì)的烷基硅烷處理基質(zhì)表面來(lái)形成憎水性表面，其中R是烷基團(tuán)(其可以包含步飽和基團(tuán))，并且Xn表示Cl或OR。
可以通過(guò)在憎水性表面上形成羥氫氧基團(tuán)的反應(yīng)來(lái)完成使憎水性表面部分呈現(xiàn)親水性。將羥氫氧基團(tuán)導(dǎo)入組成憎水性表面的烷基硅烷的一種方式是通過(guò)在氧存在的情況下使用UV光進(jìn)行照射，這將羥氫氧基團(tuán)添加到烷基硅烷的烷基團(tuán)。
(2)用于滴入或注入用于檢測(cè)的核酸的第二步驟P2該步驟通過(guò)滴入或注入將之前準(zhǔn)備的用于檢測(cè)的核酸D添加到已經(jīng)經(jīng)歷上述表面處理的基質(zhì)1上的反應(yīng)區(qū)域R。用于檢測(cè)的核酸D可以是諸如DNA寡鏈(oligochain)和cDNA(互補(bǔ)DNA)之類的DNA探針，其包括作為cDNA片斷的諸如EST(表達(dá)序列標(biāo)簽)和OFR(開(kāi)讀取框，open reading frame)之類的多核苷酸。
可以以任何方式(不具體限制)完成滴入或注入。一種方式是將包含DNA探針的樣本溶液通過(guò)其位置被使用XYZ操作控制系統(tǒng)的壓電裝置精確控制的微型噴射到基質(zhì)1上的反應(yīng)區(qū)域R的噴墨打印技術(shù)。
另一種方式是在由XYZ操作控制系統(tǒng)的精確位置控制下，通過(guò)附屬于打印頭的微點(diǎn)筆、毛細(xì)管或鑷子將之前準(zhǔn)備的用于檢測(cè)的核酸滴在基質(zhì)1的反應(yīng)區(qū)域R上的微點(diǎn)技術(shù)。
點(diǎn)技術(shù)使得可以將包含用于檢測(cè)的核酸D的微小液滴和包含目標(biāo)核酸T的微小液滴精確地添加到基質(zhì)1的檢測(cè)元件3上。
附帶地，噴墨打印技術(shù)使用與安裝在噴墨打印機(jī)中相同的噴嘴來(lái)向基質(zhì)電噴射用于檢測(cè)的核酸。
其包括壓力噴墨方法、氣泡噴射方法(注冊(cè)商標(biāo))和超聲波噴射方法。設(shè)計(jì)第一種方法來(lái)通過(guò)依據(jù)施加脈沖時(shí)由壓電元件產(chǎn)生的壓力噴射液滴。設(shè)計(jì)第二種方法來(lái)通過(guò)當(dāng)由噴嘴內(nèi)的加熱器加熱液體時(shí)出現(xiàn)的氣泡產(chǎn)生的壓力來(lái)噴射液滴。以規(guī)則的時(shí)間間隔激活嵌入在硅基質(zhì)中的加熱器，并且大約控制在300℃/秒來(lái)產(chǎn)生用于液體噴射的均勻氣泡。然而，由于將液體加熱到高溫，因此該方法不適用于生物材料的樣本。設(shè)計(jì)第三方法將超聲波束引導(dǎo)到液體的自由表面，由此使液體在局部高壓下釋放微小液滴。其快速產(chǎn)生大于1μm直徑的微小液滴，而不需要任何噴嘴。
在上述噴墨打印方法中，由于對(duì)媒質(zhì)的熱效應(yīng)有限，所以壓電噴墨方法適用于本發(fā)明。此外，其可以根據(jù)所施加的脈沖的形狀來(lái)控制液滴的大小，這導(dǎo)致精確分析。當(dāng)液表面的曲率半徑很小時(shí)，可以將液滴大小控制為很小，反之亦然。還可以通過(guò)將脈沖向負(fù)值(negative)轉(zhuǎn)換來(lái)向內(nèi)拉伸液滴表面以降低液體表面的曲率半徑。
設(shè)計(jì)微觀點(diǎn)(micromechanical spotting)方法來(lái)通過(guò)帶有微點(diǎn)筆、毛細(xì)管或鑷子的打印頭的裝置將包含用于檢測(cè)的核酸的每個(gè)微液滴添加到基質(zhì)上的檢測(cè)表面。
還可以采用通過(guò)導(dǎo)電音圈傳送媒質(zhì)的滴入裝置，其中該導(dǎo)電音圈通過(guò)由電磁感應(yīng)和外部磁場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的相互作用來(lái)振動(dòng)。
可以在盤(pán)狀基質(zhì)1正在旋轉(zhuǎn)并且伺服機(jī)構(gòu)正在讀取基質(zhì)上的檢測(cè)元件3的位置的同時(shí)完成第二步驟P2。附帶地，可以與第三步驟P3同時(shí)處理第二步驟P2，使得將電場(chǎng)施加到已經(jīng)滴入或注入反應(yīng)區(qū)域R的媒質(zhì)。見(jiàn)圖13所示的步驟P21。
(3)用于施加電場(chǎng)的第三步驟P3(來(lái)固定用于檢測(cè)的核酸)分別如圖12和13所示，在第二步驟P2之后或與之同時(shí)以下列方式處理第三步驟P3。該步驟意欲通過(guò)面對(duì)反應(yīng)區(qū)域R的相反電極(即，E1和E2)將電場(chǎng)施加到基質(zhì)1上的反應(yīng)區(qū)域R中保持的媒質(zhì)。
在沒(méi)有電場(chǎng)的反應(yīng)區(qū)域R中的媒質(zhì)包含自由狀態(tài)的DNA探針(其為用于檢測(cè)的單股核酸D)。在其自由狀態(tài)中，由于Brownian運(yùn)動(dòng)，核酸D具有隨機(jī)盤(pán)繞的高階結(jié)構(gòu)。
在步驟P3(圖12所示)或步驟P21(圖13所示)中，通過(guò)連接到外部電源的相反電極(即，E1和E2)向反應(yīng)區(qū)域R中的媒質(zhì)提供高頻AC電場(chǎng)。該高頻電場(chǎng)最好具有等于或高于1MV/m的電壓和等于或高于500KHz的頻率，具體為大約1×106V/m和大約1MHz。見(jiàn)Masao Washizu and OsamuKurosawa“Electrostatic Manipulation of DNA in Microfabricated Structures”，IEEE Transaction on Industrial Application Vol.26，No.26，P.1165 to 1172(1990)。
因此而施加的電場(chǎng)產(chǎn)生用于電泳的電動(dòng)效應(yīng)，其將隨機(jī)盤(pán)繞的用于檢測(cè)的核酸D伸展，并且使其向具有集中的電場(chǎng)線的電極表面遷移。因此，如圖4所示，作為DNA探針的用于檢測(cè)的核酸D具有通過(guò)耦合反應(yīng)固定到電極表面的修改末端。換句話說(shuō)，電極表面用作檢測(cè)表面U。此外，電場(chǎng)使用于檢測(cè)的核酸的移動(dòng)加速，由此降低處理時(shí)間。
如上所述，使用抗生蛋白鏈菌素處理過(guò)的電極表面適用于生物素化的DNA探針，以使其末端固定。同樣地，使用硫醇(SH)基團(tuán)處理過(guò)的電極表面適用于經(jīng)硫醇修改的DNA探針，以通過(guò)二硫(-S-S-)鍵固定其末端。
(4)用于清除(洗)的第四步驟P4第四步驟P4意欲從反應(yīng)區(qū)域R清除并回收過(guò)剩的用于檢測(cè)的核酸D(沒(méi)有被固定的仍然保持自由的)。
以兩種方式之一來(lái)執(zhí)行該步驟。第一種方式包括將之前準(zhǔn)備的清潔緩沖溶液滴入或注入反應(yīng)區(qū)域，并且從反應(yīng)區(qū)域R中恢復(fù)清潔溶液與過(guò)剩的用于檢測(cè)的核酸。
在以上過(guò)程中，可以通過(guò)與基質(zhì)1的反應(yīng)區(qū)域R相通的毛細(xì)管(未示出)的毛細(xì)管作用來(lái)有效地回收清潔溶液。此外，可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)盤(pán)狀基質(zhì)1產(chǎn)生的離心力來(lái)加速清潔。
附帶地，清潔溶液可以是包含諸如SDS之類的表面活性劑的SSC(鹽-檸檬酸鈉)的緩沖溶液。
清潔步驟的第二種方式是通過(guò)與用于固定的相反電極分離地安裝的、一對(duì)附加相反電極(即，圖6中的E3和E4)施加電場(chǎng)。施加來(lái)用于清潔的電場(chǎng)足夠弱，使得不移除被固定的用于檢測(cè)的核酸，但是足夠強(qiáng)到將其移動(dòng)到不對(duì)檢測(cè)表面產(chǎn)生影響的區(qū)域或電極E3和E4的表面的周圍。因此而移動(dòng)的過(guò)剩核酸被回收或捕捉(見(jiàn)圖7)。
上述第二種方式不意欲從反應(yīng)區(qū)域R中清除過(guò)剩的用于檢測(cè)的核酸D，而是意欲將過(guò)剩的用于檢測(cè)的核酸D移動(dòng)到不損害反應(yīng)區(qū)域R中的檢測(cè)的任何區(qū)域。
因此，在用于執(zhí)行固定的操作和雜交的操作的情況下，或者在用戶通過(guò)使用已經(jīng)在其上固定了用于檢測(cè)的核酸D的DNA芯片10來(lái)執(zhí)行雜交的操作的情況下，以第二種方式進(jìn)行清潔是有效的。
附帶地，圖7示意性顯示在電極E1的表面上的經(jīng)雜交的雙股核酸的分子，并且還顯示被吸引到電極E3和E4的表面附近的過(guò)剩物質(zhì)B。
通過(guò)上述步驟處理的基質(zhì)1具有被固定在反應(yīng)區(qū)域R的檢測(cè)表面U上的用于檢測(cè)的核酸D，以及從反應(yīng)區(qū)域R中移除的過(guò)剩的用于檢測(cè)的核酸D。因此，該基質(zhì)1準(zhǔn)備好封裝并交付給用戶。其將被稱為具有集成基因信息的“DNA芯片”。在下面將由附圖標(biāo)記10指示DNA芯片。以上描述關(guān)注通過(guò)施加電場(chǎng)的探針固定。然而，由于通過(guò)化學(xué)反應(yīng)固定探針，因此電場(chǎng)不是必須的。
<3.關(guān)于用于生產(chǎn)DNA芯片和用于雜交檢測(cè)的系統(tǒng)>
下面涵蓋用于從上述基質(zhì)1生產(chǎn)DNA芯片的系統(tǒng)和用于檢測(cè)屬于本發(fā)明的DNA芯片的雜交的系統(tǒng)的典型實(shí)施例。圖14是用于該實(shí)施例的方框圖。
圖14中顯示的系統(tǒng)包括用于滴入或注入媒質(zhì)的裝置、伺服機(jī)構(gòu)和熒光檢測(cè)裝置。頭兩個(gè)裝置被用在用于固定用于檢測(cè)的核酸D(或用于生產(chǎn)DNA芯片)的系統(tǒng)和用于檢測(cè)雜交的系統(tǒng)。而最后一個(gè)裝置也被用在用于檢測(cè)雜交的系統(tǒng)中。
可以將圖14中顯示的系統(tǒng)分為兩個(gè)單元——一個(gè)用于生產(chǎn)DNA芯片，而一個(gè)用于檢測(cè)雜交。每個(gè)單元可以為特定目的設(shè)計(jì)。這對(duì)于在圖15中所示的系統(tǒng)和圖16中所示的系統(tǒng)都是對(duì)的顯。
如上所述地構(gòu)造圖14顯示的基質(zhì)1(或DNA芯片10)。在運(yùn)行之前，將其固定到從配有旋轉(zhuǎn)裝置的盤(pán)托8向上突出的轉(zhuǎn)軸9。轉(zhuǎn)軸9穿過(guò)基質(zhì)1(或DNA芯片10)的中心孔2(見(jiàn)圖1)。
為了生產(chǎn)DNA芯片，通過(guò)滴入或注入向基質(zhì)中的反應(yīng)區(qū)域提供包含用于檢測(cè)的核酸D的媒質(zhì)M1。為了檢測(cè)雜交，還滴入或注入向其提供包含目標(biāo)核酸T的M2。
媒質(zhì)M1和M2通常采用具有經(jīng)恰當(dāng)調(diào)整粘度的液體或凝膠的形式?；|(zhì)1應(yīng)該保持水平，同時(shí)滴入或注入液體媒質(zhì)M，使得其留在規(guī)定的地方。
圖14顯示的系統(tǒng)具有布置在基質(zhì)1(或DNA芯片10)的上表面1c上的多個(gè)噴頭N1。構(gòu)造噴頭N1，使得在它運(yùn)動(dòng)到規(guī)定的位置時(shí)，以合適的時(shí)間間隔將媒質(zhì)(即，M1到M3)滴入或注入檢測(cè)元件3的每個(gè)反應(yīng)區(qū)域R。
在圖14中，示意性顯示控制單元31，其響應(yīng)于用于基質(zhì)1(或DNA芯片10)的“聚焦信息”和來(lái)自基質(zhì)1的“跟蹤信息”控制來(lái)自噴頭M1的滴入和注入。
在圖14中，顯示了激勵(lì)光Q，其用于在雜交檢測(cè)期間進(jìn)行信息讀取。其出現(xiàn)于激光二極管12，通過(guò)準(zhǔn)直儀透鏡(collimator len)L1(其產(chǎn)生平行光束)，并且在分色鏡(dichoric mirror)13轉(zhuǎn)動(dòng)(90°)。
然后，激勵(lì)光在放置在光路中的鏡子14處在此轉(zhuǎn)動(dòng)(90°)，進(jìn)入由傳動(dòng)裝置15支持的聚光器透鏡(condenser lens)L2，并且通過(guò)基質(zhì)1的下側(cè)1d撞擊到檢測(cè)元件3的(反應(yīng)區(qū)域R)。附帶地，附圖標(biāo)記16表示從控制單元31發(fā)送來(lái)控制激光二極管驅(qū)動(dòng)器17的信號(hào)。
由聚光器透鏡L2集中激勵(lì)光Q，以便其在基質(zhì)1(或DNA芯片10)的表面上變?yōu)楹苄〉臄?shù)微米。當(dāng)通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行噴墨打印的噴頭N1(其能夠傳送皮升級(jí)的極小溶液滴)將包含用于檢測(cè)的核酸的媒質(zhì)M1或包含目標(biāo)核酸的媒質(zhì)M2滴在或注射在基質(zhì)1(或DNA芯片10)時(shí)，最有效地利用由此集中的激勵(lì)光。
可以有與媒質(zhì)一樣多的噴頭N1或噴墨噴嘴，或者可以僅有一個(gè)噴嘴，其在被清潔之后可以用于不同種類的媒質(zhì)。
在滴入或注入包含用于檢測(cè)的核酸的媒質(zhì)M2的同時(shí)，或在雜交后的適當(dāng)時(shí)間，噴頭可以將包含添加物I(圖3所示)的媒質(zhì)M3滴在或注射在反應(yīng)區(qū)域R。在固定步驟之后的適當(dāng)時(shí)間，它們還可以滴入或注入清潔溶液。
通過(guò)使用讀取預(yù)先記錄在基質(zhì)1(或DNA芯片10)上的地址標(biāo)記信息的激光束V(下面描述)的伺服機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)將媒質(zhì)滴入或注入基質(zhì)1的所要的地址的目的。
DNA芯片10允許雜交來(lái)從之前已經(jīng)被固定在反應(yīng)區(qū)域R(的檢測(cè)表面)上的用于檢測(cè)的核酸D和目標(biāo)核酸T(隨后滴入或注入)形成雙股核酸。在滴入或注入目標(biāo)核酸T之后或同時(shí)，通過(guò)噴頭N1將包含進(jìn)入或與上述雙股核酸組合的添加物I的媒質(zhì)M3滴入或注入反應(yīng)區(qū)域R。附帶地，如果恰當(dāng)?shù)匦薷牧嗣劫|(zhì)，則可以在滴入或注入目標(biāo)核酸T之前將添加物I添加到反應(yīng)區(qū)域R。
一旦使用激勵(lì)光Q進(jìn)行照射，添加物發(fā)出由符號(hào)F指示的熒光。熒光F通過(guò)基質(zhì)1的下側(cè)1d，在放置在DNA芯片10下的鏡子14處轉(zhuǎn)動(dòng)90°，通過(guò)(放置在光路中的)分色鏡13，并且最終在分色鏡18處轉(zhuǎn)動(dòng)90°。
熒光F向上通過(guò)聚光器透鏡L3并進(jìn)入檢測(cè)器19，分色鏡18反射熒光F，但是具有用于伺服控制(下面描述)的激光束Z的透射特性。
熒光F具有比普通光盤(pán)RF信號(hào)弱得多的強(qiáng)度。因此，檢測(cè)器19最好應(yīng)該是任意高靈敏度檢測(cè)器，諸如光電倍增器(光電池)和雪崩光電二極管(APD)。
由AD轉(zhuǎn)換器20將由檢測(cè)器19檢測(cè)到的熒光轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)32(具有足夠的位數(shù))。例如，使用數(shù)字信號(hào)32來(lái)準(zhǔn)備熒光強(qiáng)度對(duì)應(yīng)于基質(zhì)1上的地址的映射表。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和設(shè)備具有下面解釋的伺服機(jī)構(gòu)。
在基質(zhì)1(或DNA芯片10)下布置了聚光器透鏡L2，其中由用于光盤(pán)拾取的二軸音圈型傳動(dòng)裝置15在聚焦方向(垂直方向)和跟蹤方向(圓周方向)上移動(dòng)它。
由于水平保持基質(zhì)1，而在其下放置聚光器透鏡L2，使得其光軸是垂直的，因此激勵(lì)光Q和用于聚焦和跟蹤伺服控制的激光束Z撞擊到基質(zhì)1(或DNA芯片10)的下側(cè)1d。
以上結(jié)構(gòu)允許用于伺服控制的激光束Z從基質(zhì)1(或DNA芯片10)的下側(cè)1d反射，而根本不會(huì)被放置在基質(zhì)1(或DNA芯片10)的檢測(cè)元件3中的、包含用于檢測(cè)的核酸D和目標(biāo)核酸T的媒質(zhì)所影響。
換句話說(shuō)，用于伺服控制的激光束Z反射，同時(shí)保持其反射方向和其強(qiáng)度不受基質(zhì)1(或DNA芯片10)中的媒質(zhì)的干擾。這有助于不受聚焦和跟蹤誤差干擾的穩(wěn)定伺服控制。
如圖14所示，伺服機(jī)構(gòu)具有受到放置在其后的驅(qū)動(dòng)器23的控制的激光二極管22，和放置在該二極管22之前的準(zhǔn)直儀透鏡L4。
準(zhǔn)直儀透鏡L4使用于伺服控制的激光束Z平行。在準(zhǔn)直儀透鏡L4之前是分色鏡25，其具有用于伺服控制的激光束Z的透射特性。
在圖14中所示的系統(tǒng)包括象散器L5，用于聚焦誤差的散光校正。還可以應(yīng)用刀口校正、菱形校正等等。
可以通過(guò)差分推-拉(dofferential push-pull)方法或三點(diǎn)(three spot)方法來(lái)校正跟蹤誤差。這兩個(gè)方法都需要盤(pán)上的三個(gè)光點(diǎn)。
如圖14所示，通過(guò)在用于伺服控制的激光系統(tǒng)中的準(zhǔn)直儀透鏡L4和分色鏡25之間放置衍射光柵24來(lái)實(shí)現(xiàn)以上目的。零階以及(±)一階衍射光通過(guò)聚光器透鏡L2并撞擊到基質(zhì)1(或DNA芯片10)上。
所反射的用于伺服控制的激光束進(jìn)入圖14所示的檢測(cè)器26。附帶地，由控制器31(圖12所示)控制驅(qū)動(dòng)器23和檢測(cè)器26。
激勵(lì)光Q、熒光F和激光束Z波長(zhǎng)可以彼此不同。在這種情況下，基質(zhì)1(圖2所示)上的反射層11應(yīng)該具有用于熒光F的一定透射率和用于激光束Z的一定反射率。
換句話說(shuō)，反射層11可以根據(jù)波長(zhǎng)變換反射率和透射率，或者可以具有類似低通濾波器的頻率特性。如果反射層11僅響應(yīng)一個(gè)波長(zhǎng)，則對(duì)于熒光F和激光束Z來(lái)說(shuō)它不應(yīng)具有改善的透射率和反射率?？梢允褂貌ㄩL(zhǎng)依賴性改善熒光F的透射率和激光束Z的反射率。
<4.關(guān)于用于基質(zhì)處理的設(shè)備和系統(tǒng)>
將上述組成部分組合為用于基質(zhì)處理的設(shè)備。在圖15中示意性顯示該設(shè)備的實(shí)施例。其適用于生產(chǎn)DNA芯片和/或檢測(cè)雜交。此外，可以以與所示不同的方式布置其組成部分。
在圖15中，由附圖標(biāo)記100指示整個(gè)設(shè)備。其總體包括圖14中所示的、生產(chǎn)DNA芯片10和檢測(cè)雜交所需的所有組成部分。
該設(shè)備100包括用于向其裝入或從其卸下基質(zhì)1(或DNA芯片10)的裝置101、用于基質(zhì)1(或DNA芯片10)的貯存器102、作為控制其中固定了用于檢測(cè)核酸D和發(fā)生雜交的環(huán)境的加熱裝置和控制濕度狀態(tài)的濕度裝置的裝置104、用于向已經(jīng)固定了用于檢測(cè)的核酸的反應(yīng)區(qū)域供應(yīng)用于檢測(cè)的核酸或供應(yīng)目標(biāo)核酸的裝置N和用于讀取雜交狀態(tài)的裝置103。
該設(shè)備100還具有用于將電場(chǎng)施加到反應(yīng)區(qū)域R的裝置(未示出)和用于清潔用于檢測(cè)的核酸D的裝置(未示出)。附帶地，該設(shè)備可以分離地具有用于裝入基質(zhì)的裝置和用于卸下基質(zhì)的裝置，來(lái)代替上述單一裝置101。
該設(shè)備100可以額外地具有用于從自細(xì)胞和組織提取的mRNA自動(dòng)擴(kuò)增目標(biāo)核酸T(cDNA)并將其導(dǎo)入供應(yīng)裝置N(噴頭N1)的裝置(101a)。該附加裝置使用于雜交檢測(cè)的處理自動(dòng)化。
該設(shè)備100可以具有串聯(lián)地布置的供應(yīng)裝置N、包括加熱裝置的環(huán)境控制裝置14、讀取裝置、基質(zhì)入口和基質(zhì)出口。由于基質(zhì)直線移動(dòng)，因此以這種方式進(jìn)行布置簡(jiǎn)化了設(shè)備的結(jié)構(gòu)。
在基質(zhì)1或DNA芯片10已經(jīng)密封在裝入貯存器102之后，設(shè)備100以合適的時(shí)間間隔自動(dòng)執(zhí)行一系列步驟，在其中由環(huán)境控制裝置104建立適用于分析的溫度和濕度。該一系列步驟包括滴入或注入用于檢測(cè)的核酸D，將用于檢測(cè)的核酸D固定，滴入或注入目標(biāo)核酸T和添加物，施加電場(chǎng)、雜交、清潔或清除以及檢測(cè)(或讀取)。
設(shè)計(jì)該設(shè)備100來(lái)處理在其上具有用于雜交的反應(yīng)區(qū)域的基質(zhì)。
也就是說(shuō)，該設(shè)備100順序地和連續(xù)地作為用于增加雜交效率和改善檢測(cè)精度的附加步驟執(zhí)行下列步驟。這些步驟包括將目標(biāo)核酸T供應(yīng)到已經(jīng)固定了用于檢測(cè)的核酸D的反應(yīng)區(qū)域R(可以通過(guò)伴隨濕度來(lái)完成該步驟)；控制被提供了目標(biāo)核酸T的基質(zhì)1(或DNA芯片10)的溫度；(光學(xué))讀取反應(yīng)區(qū)域R中的雜交的狀態(tài)；將電場(chǎng)施加到基質(zhì)的反應(yīng)區(qū)域R。
在供應(yīng)核酸的步驟中增加的濕度防止了媒質(zhì)(或溶劑)變干。此外，溫度控制允許已經(jīng)以最佳溫度被固定在反應(yīng)區(qū)域R上的用于檢測(cè)的核酸D與目標(biāo)核酸T之間的反應(yīng)。
在圖16(示意方框圖)中顯示了用于可以用來(lái)生產(chǎn)DNA芯片和/或檢測(cè)雜交的基質(zhì)處理的系統(tǒng)。
在圖16中顯示的自動(dòng)處理系統(tǒng)200適用于包含固定和雜交檢測(cè)的大量工作?？梢詫⒆詣?dòng)系統(tǒng)的概念和結(jié)構(gòu)應(yīng)用到用于基質(zhì)處理的上述設(shè)備100。
系統(tǒng)200配有儲(chǔ)存規(guī)定數(shù)量的基質(zhì)1(不具有固定的核酸)或DNA芯片10(具有固定的核酸)的第一存儲(chǔ)機(jī)(stocker)201。第一儲(chǔ)存機(jī)201具有氣密空間和用于控制溫度和濕度的裝置。
第一存儲(chǔ)機(jī)201自動(dòng)識(shí)別所儲(chǔ)存的基質(zhì)1或DNA芯片10，并且將其發(fā)送到另一級(jí)(stage)。其還識(shí)別從另一級(jí)接收的基質(zhì)1或DNA芯片10，并且將其儲(chǔ)存在規(guī)定的位置。
系統(tǒng)200還配有將基質(zhì)1(或DNA芯片10)在系統(tǒng)和第一儲(chǔ)存機(jī)201之間向前或向后移動(dòng)的定點(diǎn)級(jí)(spotting stage)202。定點(diǎn)級(jí)202包含噴頭N1、媒質(zhì)貯存器和用于控制媒質(zhì)的滴入和注入的裝置(如圖14所示)。
系統(tǒng)200還配有雜交級(jí)203，其包括用于施加電場(chǎng)的裝置、用于控制電場(chǎng)的裝置和用于控制溫度和濕度的裝置。
雜交級(jí)203將基質(zhì)1(或DNA芯片10)在第一儲(chǔ)存機(jī)201和定點(diǎn)級(jí)202之間向前和向后移動(dòng)。
可以有定點(diǎn)級(jí)202的多個(gè)單元。在這種情況下，它們接收不同種用于檢測(cè)的核酸D。
在圖16中顯示的系統(tǒng)200配有檢測(cè)(讀取)級(jí)204，其具有用于檢測(cè)和伺服控制的光學(xué)系統(tǒng)(圖14中所示)的裝置、用于旋轉(zhuǎn)DNA芯片10的裝置和伺服機(jī)構(gòu)。
檢測(cè)級(jí)204意欲檢測(cè)已經(jīng)在DNA芯片10的檢測(cè)元件3中發(fā)生的雜交。其連接到分析單元和顯示單元(都未示出)。其將DNA芯片10移動(dòng)到雜交級(jí)203或第一儲(chǔ)存機(jī)201，或者從它們中移動(dòng)DNA芯片10。
圖16中顯示的系統(tǒng)200配有第二儲(chǔ)存機(jī)205，在其中在由檢測(cè)級(jí)204在檢測(cè)步驟之后回收并儲(chǔ)存DNA芯片10。可以構(gòu)造第二儲(chǔ)存機(jī)205，以便從定點(diǎn)級(jí)202或雜交級(jí)203接收并回收基質(zhì)1或DNA芯片10。
如上所述，可以有效地使用系統(tǒng)200來(lái)對(duì)大量樣本執(zhí)行快速分析。
<5.關(guān)于用于檢測(cè)雜交的方法>
根據(jù)本發(fā)明，由將在下面參照?qǐng)D14、17和18描述的方法來(lái)檢測(cè)雜交。圖17是顯示檢測(cè)雜交的一種方式的流程圖，而圖18是顯示檢測(cè)雜交的另一種方式的流程圖。
雜交檢測(cè)從將DNA芯片10水平地安裝在盤(pán)托8(圖14中所示)上開(kāi)始。DNA芯片具有在其上已經(jīng)固定了的用于檢測(cè)的核酸D。利用伺服控制和跟蹤伺服控制工作，轉(zhuǎn)動(dòng)DNA芯片10。通過(guò)滴入或注入從噴頭N1向根據(jù)地址信息選擇的檢測(cè)元件3提供包含用于檢測(cè)的核酸的媒質(zhì)M2。(由圖17的P6指示該步驟)。
通過(guò)相反電極(諸如圖4所示的E1和E2)向反應(yīng)區(qū)域R中保持的媒質(zhì)施加電場(chǎng)。電場(chǎng)產(chǎn)生電泳效應(yīng)，該效應(yīng)將處于反應(yīng)區(qū)域中的、經(jīng)固定的用于檢測(cè)的核酸(D)伸展，還將處于自由狀態(tài)的目標(biāo)核酸(T)伸展，并且將其移動(dòng)到檢測(cè)表面U。在圖17由P7指示該步驟。
在保持電場(chǎng)或電場(chǎng)關(guān)閉的情況下，允許由Brownian運(yùn)動(dòng)在用于檢測(cè)的核酸D和目標(biāo)核酸T之間進(jìn)行雜交。(由圖17的P8指示該步驟)。
根據(jù)本發(fā)明，由于電場(chǎng)的施加消除了位阻和其他問(wèn)題，因此在非常短的時(shí)間完成雜交?？梢苑謩e或同時(shí)執(zhí)行步驟P7和P8。
可以修改上述過(guò)程，以便通過(guò)使每個(gè)檢測(cè)元件3處于足夠的溫度來(lái)加速用于檢測(cè)的核酸D和目標(biāo)核酸T之間的雜交。通過(guò)向每個(gè)檢測(cè)元件3提供用于加熱媒質(zhì)的裝置和用于檢測(cè)媒質(zhì)的溫度的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)該目的。這些裝置幫助建立在檢測(cè)的核酸D和目標(biāo)核酸T之間反應(yīng)的最佳溫度狀態(tài)。
在下一步中，向反應(yīng)區(qū)域R提供從噴頭N1滴入或注入的經(jīng)熒光標(biāo)記的添加物。該添加物與已經(jīng)從上述雜交中產(chǎn)生的雙股核酸組合(由圖17的P9指示該步驟)。當(dāng)然，可以在步驟P7和P8之間執(zhí)行該步驟。這應(yīng)用到圖18所示的流程圖。
隨后從雜交區(qū)域(或檢測(cè)表面區(qū)域)清除過(guò)剩物質(zhì)B(諸如圖7所示的過(guò)剩目標(biāo)核酸和過(guò)剩添加物)以及通過(guò)將電場(chǎng)施加到反應(yīng)區(qū)域R中保持的媒質(zhì)而引起的電泳所導(dǎo)致的誤雜交產(chǎn)生的任何物質(zhì)(由圖17的P10指示該步驟)。
在步驟P9和P10之后，使用特定波長(zhǎng)的激勵(lì)光Q照射反應(yīng)區(qū)域R，并且由圖14所示的光拾取裝置檢測(cè)因此產(chǎn)生的熒光(由圖17的P11指示該步驟)。
在該步驟中，檢測(cè)從添加物出現(xiàn)的熒光強(qiáng)度來(lái)確定用于檢測(cè)的核酸和目標(biāo)核酸之間的雜交的狀態(tài)。由AD轉(zhuǎn)換器20(見(jiàn)圖12)將來(lái)自檢測(cè)器的輸出轉(zhuǎn)換為具有特定位數(shù)的數(shù)字信號(hào)32。
以上步驟使得可以準(zhǔn)備顯示DNA芯片10上的地址和熒光強(qiáng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系的映射表。該映射表允許通過(guò)與顯示每個(gè)反應(yīng)區(qū)域上固定的堿基的排列的映射表進(jìn)行比較來(lái)分析目標(biāo)核酸(由圖17的P12指示該步驟)。
如圖18所示，可以修改上述步驟，使得同時(shí)執(zhí)行用于滴入或注入用于檢測(cè)的核酸T的步驟P6和用于滴入或注入添加物的步驟P9。兩個(gè)步驟P6和P9的組合改善過(guò)程的效率。
<6.關(guān)于用于施加電場(chǎng)的方法>
根據(jù)本法明的該方法包括以下列方式施加電場(chǎng)。
當(dāng)從基質(zhì)1生產(chǎn)DNA芯片10時(shí)，可以將下面描述的“施加電場(chǎng)”用在固定用于檢測(cè)的核酸的步驟中，或者可以將其用在包括在DNA芯片10上進(jìn)行雜交之前或之后步驟的步驟中?？筛鶕?jù)電場(chǎng)施加的效果來(lái)采用電場(chǎng)的施加。
可以執(zhí)行電場(chǎng)的施加而無(wú)需對(duì)場(chǎng)強(qiáng)、頻率和施加持續(xù)時(shí)段進(jìn)行具體限制。應(yīng)該根據(jù)核酸的種類和長(zhǎng)度來(lái)恰當(dāng)?shù)剡x擇這些變量?？梢允褂镁哂邪ㄕ乙约叭切蔚娜魏尾ㄐ蔚碾娫?。
圖19顯示電場(chǎng)的波形的實(shí)例。符號(hào)W1和W2分別表示高頻電場(chǎng)和隨后的低頻電場(chǎng)。圖20顯示電場(chǎng)的波形的另一實(shí)例。符號(hào)W1和W3分別表示高頻電場(chǎng)和隨后的具有矩形波形的低頻電場(chǎng)。
如圖21所示，可以修改圖19所示的電場(chǎng)的施加順序。在修改的順序中，將零電場(chǎng)周期(由圖21的W0指示)插入在施加高頻電場(chǎng)W1和施加低頻電場(chǎng)W2之間。零場(chǎng)強(qiáng)允許已經(jīng)通過(guò)電泳聚積到電極周圍的目標(biāo)核酸通過(guò)Brovnian運(yùn)動(dòng)自然地經(jīng)歷雜交。
正如剛才在上面描述的情況那樣，可以通過(guò)插入零電場(chǎng)周期W0來(lái)修改圖20所示的電場(chǎng)施加順序。
如圖22所示，也可以通過(guò)在施加高頻電場(chǎng)W1和施加低頻電場(chǎng)W2之間插入(DC)電場(chǎng)W4來(lái)修改電場(chǎng)的施加。被插入的DC電場(chǎng)增強(qiáng)通過(guò)電泳向電極吸引目標(biāo)核酸的效果。
如圖23所示，也可以通過(guò)在高頻電場(chǎng)W1和隨后的低頻電場(chǎng)W2之前放置DC電場(chǎng)W4來(lái)修改電池的施加。DC電場(chǎng)預(yù)先通過(guò)電泳向電極吸引目標(biāo)核酸。
如圖24所示，也可以通過(guò)將DC分量疊加在高頻電場(chǎng)(由W5指示)來(lái)修改電場(chǎng)的施加。所疊加的DC分量增強(qiáng)通過(guò)電泳向電極吸引目標(biāo)核酸的效果。
如圖25所示，也可以通過(guò)將DC分量疊加在低頻電場(chǎng)(由W6指示)來(lái)修改電場(chǎng)的施加。所疊加的DC分量增強(qiáng)通過(guò)電泳從電極排斥(repel)不必要的核酸的效果。不必要的核酸包括過(guò)剩的非互補(bǔ)目標(biāo)核酸、誤雜交核酸和由于位阻而不完全雜交的互補(bǔ)目標(biāo)核酸。
如圖26所示，也可以通過(guò)將DC分量疊加在高頻電場(chǎng)(由W5指示)和低頻電場(chǎng)(由W6指示)來(lái)修改電場(chǎng)的施加。所疊加的DC分量增強(qiáng)通過(guò)電泳向電極吸引目標(biāo)核酸的效果和通過(guò)電泳從電極排斥不必要的核酸的效果。不必要的核酸包括過(guò)剩的非互補(bǔ)目標(biāo)核酸、誤雜交核酸和由于位阻而不完全雜交的互補(bǔ)目標(biāo)核酸。
可以通過(guò)將低頻AC電場(chǎng)W3替代W2來(lái)修改圖19到26所示的電場(chǎng)的施加。也可以通過(guò)在低頻AC電場(chǎng)W2或低頻AC電場(chǎng)W3之前放置零電場(chǎng)W0周期來(lái)修改電場(chǎng)的施加。附加的周期允許已經(jīng)通過(guò)電泳聚集在電極周圍的目標(biāo)核酸通過(guò)Brownian運(yùn)動(dòng)自然地經(jīng)歷雜交。
根據(jù)本發(fā)明的方法允許基質(zhì)上的非常小的反應(yīng)區(qū)域中的有效雜交，由此顯著地節(jié)約雜交時(shí)間。此外，其創(chuàng)建適用于精確雜交的條件和環(huán)境，由此抑制假陽(yáng)性和假陰性，并且明顯改善檢測(cè)的精度。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備、系統(tǒng)和方法將用于雜交的快速和精確檢測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種由具有檢測(cè)元件的基質(zhì)生產(chǎn)DNA芯片的方法，其中在每個(gè)檢測(cè)元件上配有用于雜交的至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域以及布置來(lái)以便將電場(chǎng)施加到在所述反應(yīng)區(qū)域中保持的媒質(zhì)的相反電極，所述方法包括步驟(1)對(duì)所述基質(zhì)執(zhí)行表面處理；(2)通過(guò)所述相反電極將電場(chǎng)施加到所述反應(yīng)區(qū)域中保持的、包含之前準(zhǔn)備的核酸探針的媒質(zhì)上，由此將所述核酸探針固定到所述電極表面上；和(3)從所述反應(yīng)區(qū)域中清除過(guò)剩的核酸探針。
2.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)DNA芯片的方法，其中步驟(1)意欲使所述基質(zhì)與所述媒質(zhì)相容。
3.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)DNA芯片的方法，其中所述反應(yīng)區(qū)域保持滴入或注入其上的所述媒質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)DNA芯片的方法，其中所述基質(zhì)是盤(pán)狀基質(zhì)。
5.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)DNA芯片的方法，其中在所述盤(pán)狀基質(zhì)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)滴入或注入所述媒質(zhì)。
6.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)DNA芯片的方法，其中步驟(2)包括通過(guò)由施加電場(chǎng)引起的電泳移動(dòng)所述核酸探針的附加步驟。
7.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)DNA芯片的方法，其中所述電場(chǎng)是高頻電場(chǎng)。
8.如權(quán)利要求7所述的生產(chǎn)DNA芯片的方法，其中所述高頻電場(chǎng)具有不低于1MV/m電壓和不低于1MHz的頻率。
9.一種由具有檢測(cè)元件的基質(zhì)生產(chǎn)DNA芯片的系統(tǒng)，其中在每個(gè)檢測(cè)元件上配有用于雜交的至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域以及布置來(lái)以便將電場(chǎng)施加到在所述反應(yīng)區(qū)域中保持的媒質(zhì)的相反電極，所述系統(tǒng)包括用于將包含之前準(zhǔn)備的核酸探針的媒質(zhì)滴入或注入所述反應(yīng)區(qū)域中的裝置；和用于通過(guò)所述相反電極將電場(chǎng)施加到在所述反應(yīng)區(qū)域中保持的媒質(zhì)的裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的用于生產(chǎn)DNA芯片的系統(tǒng)，還包括用于將所述媒質(zhì)滴入或注入所述反應(yīng)區(qū)域中，并且允許在所述反應(yīng)區(qū)域中保持所述媒質(zhì)的裝置。
11.如權(quán)利要求9所述的用于生產(chǎn)DNA芯片的系統(tǒng)，還包括用于從所述反應(yīng)區(qū)域中清除過(guò)剩的所述核酸探針的裝置。
12.如權(quán)利要求9所述的用于生產(chǎn)DNA芯片的系統(tǒng)，其中用于施加電場(chǎng)的所述裝置是施加高頻電場(chǎng)的裝置。
13.如權(quán)利要求9所述的用于生產(chǎn)DNA芯片的系統(tǒng)，還包括用于旋轉(zhuǎn)所述基質(zhì)的裝置。
14.如權(quán)利要求13所述的用于生產(chǎn)DNA芯片的系統(tǒng)，其中用于滴入或注入的所述裝置與所述基質(zhì)旋轉(zhuǎn)同步地將所述媒質(zhì)提供到所述反應(yīng)區(qū)域。
15.一種用于檢測(cè)具有檢測(cè)元件的基質(zhì)上的雜交的方法，其中在每個(gè)檢測(cè)元件上配有用于雜交的至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域、布置來(lái)以便將電場(chǎng)施加到在所述反應(yīng)區(qū)域中保持的媒質(zhì)的相反電極和在所述反應(yīng)區(qū)域中被固定的核酸探針，所述方法包括步驟(1)將包含之前準(zhǔn)備的目標(biāo)核酸的媒質(zhì)滴入或注入所述反應(yīng)區(qū)域中；(2)通過(guò)所述相反電極將電場(chǎng)施加到所述反應(yīng)區(qū)域中保持的所述媒質(zhì)；(3)使所述核酸探針和所述目標(biāo)核酸之間進(jìn)行雜交；(4)將添加物滴入或注入所述反應(yīng)區(qū)域；和(5)使用特定波長(zhǎng)的激勵(lì)光照射所述反應(yīng)區(qū)域，并且檢測(cè)所得熒光的強(qiáng)度。
16.如權(quán)利要求15所述的用于檢測(cè)雜交的方法，其中同時(shí)執(zhí)行步驟(1)和(4)。
17.如權(quán)利要求15所述的用于檢測(cè)雜交的方法，其中在存在電場(chǎng)的情況下執(zhí)行步驟(3)。
18.如權(quán)利要求15所述的用于檢測(cè)雜交的方法，其中在不存在電場(chǎng)的情況下執(zhí)行步驟(3)。
19.如權(quán)利要求15所述的用于檢測(cè)雜交的方法，其中在步驟(5)之前進(jìn)行從雜交區(qū)域中清除在所述反應(yīng)區(qū)域存在的過(guò)剩目標(biāo)核酸的步驟。
20.如權(quán)利要求19所述的用于檢測(cè)雜交的方法，其中通過(guò)施加將過(guò)剩目標(biāo)核酸吸引到雜交區(qū)域外部的電極表面的電場(chǎng)來(lái)完成清除過(guò)剩目標(biāo)核酸。
21.如權(quán)利要求15所述的用于檢測(cè)雜交的方法，其中所述基質(zhì)具有透射所述激勵(lì)光的層。
22.如權(quán)利要求15所述的用于檢測(cè)雜交的方法，其中所述激勵(lì)光被引導(dǎo)到基質(zhì)的下側(cè)。
23.如權(quán)利要求15所述的用于檢測(cè)雜交的方法，其中在基質(zhì)上一次全部或者在每個(gè)區(qū)域塊上執(zhí)行用于施加電場(chǎng)的步驟(2)。
24.如權(quán)利要求15所述的用于檢測(cè)雜交的方法，其中在所述基質(zhì)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)執(zhí)行步驟(1)和/或步驟(4)。
25.如權(quán)利要求23所述的用于檢測(cè)雜交的方法，其中在所述基質(zhì)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)執(zhí)行步驟(5)。
26.一種用于檢測(cè)具有檢測(cè)元件的基質(zhì)上的雜交的系統(tǒng)，其中在每個(gè)檢測(cè)元件上配有用于雜交的至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)域、布置來(lái)以便將電場(chǎng)施加到在所述反應(yīng)區(qū)域中保持的媒質(zhì)的相反電極和在所述反應(yīng)區(qū)域中被固定的核酸探針，所述系統(tǒng)包括(1)將包含之前準(zhǔn)備的目標(biāo)核酸的媒質(zhì)滴入或注入所述反應(yīng)區(qū)域中的裝置；(2)用于通過(guò)所述相反電極將電場(chǎng)施加到所述反應(yīng)區(qū)域中保持的所述媒質(zhì)的裝置；(3)使所述核酸探針和所述目標(biāo)核酸之間進(jìn)行雜交的裝置；(4)將添加物滴入或注入所述反應(yīng)區(qū)域的裝置；和(5)使用特定波長(zhǎng)的激勵(lì)光照射所述反應(yīng)區(qū)域，并且檢測(cè)所得熒光的強(qiáng)度的裝置。
27.如權(quán)利要求26所述的用于檢測(cè)雜交的系統(tǒng)，其中所述基質(zhì)具有透射所述激勵(lì)光的層。
28.如權(quán)利要求26所述的用于檢測(cè)雜交的系統(tǒng)，其中從與所述基質(zhì)的反面相對(duì)的源發(fā)出所述激勵(lì)光。
29.如權(quán)利要求26所述的用于檢測(cè)雜交的系統(tǒng)，還包括用于控制溫度的裝置和/或用于控制所述雜交的濕度的裝置。
30.如權(quán)利要求26所述的用于檢測(cè)雜交的系統(tǒng)，還包括用于向所述反應(yīng)區(qū)域供水的裝置。
31.如權(quán)利要求26所述的用于檢測(cè)雜交的系統(tǒng)，還包括用于旋轉(zhuǎn)所述基質(zhì)的裝置。
32.如權(quán)利要求26所述的用于檢測(cè)雜交的系統(tǒng)，還包括用于在所述基質(zhì)上定位所述檢測(cè)元件的伺服控制裝置以及用于聚焦的伺服控制裝置。
33.一種用于處理在其上具有用于雜交的反應(yīng)區(qū)域的基質(zhì)的設(shè)備，所述設(shè)備包括(1)用于向已經(jīng)固定了核酸探針的所述反應(yīng)區(qū)域供應(yīng)目標(biāo)核酸的裝置；(2)用于將已經(jīng)被提供了所述目標(biāo)核酸的所述基質(zhì)加熱到受控溫度的裝置；(3)用于讀取所述基質(zhì)上的雜交狀態(tài)的裝置；和(4)用于傳輸所述基質(zhì)的裝置。
34.如權(quán)利要求33所述的用于處理基質(zhì)的設(shè)備，還包括用于向所述基質(zhì)施加電場(chǎng)的裝置。
35.如權(quán)利要求33所述的用于處理基質(zhì)的設(shè)備，其中所述用于讀取的裝置是用于光學(xué)讀取的裝置。
36.如權(quán)利要求33所述的用于處理基質(zhì)的設(shè)備，其中所述用于傳輸?shù)难b置通過(guò)所述用于供應(yīng)的裝置、所述用于加熱的裝置和所述用于讀取的裝置連續(xù)地傳輸所述基質(zhì)。
37.如權(quán)利要求33所述的用于處理基質(zhì)的設(shè)備，其中串聯(lián)地布置所述用于供應(yīng)的裝置、所述用于加熱的裝置和所述用于讀取的裝置。
38.如權(quán)利要求33所述的用于處理基質(zhì)的設(shè)備，其中所述用于供應(yīng)的裝置具有用于加濕的裝置。
39.如權(quán)利要求33所述的用于處理基質(zhì)的設(shè)備，還包括用于將所述基質(zhì)引導(dǎo)到所述用于供應(yīng)的裝置的裝置；和用于從所述用于讀取的裝置中卸下所述基質(zhì)的裝置。
40.如權(quán)利要求39所述的用于處理基質(zhì)的設(shè)備，其中所述用于引導(dǎo)所述基質(zhì)的裝置和所述用于卸下所述基質(zhì)的裝置合并到一個(gè)單元中。
41.如權(quán)利要求39所述的用于處理基質(zhì)的設(shè)備，其中串聯(lián)地布置所述用于供應(yīng)的裝置、所述用于加熱的裝置、所述用于讀取的裝置、所述基質(zhì)的入口和所述基質(zhì)的出口。
42.如權(quán)利要求33所述的用于處理基質(zhì)的設(shè)備，還包括用于將溶劑供應(yīng)到其中固定了核酸探針的所述反應(yīng)區(qū)域中的第二裝置。
43.如權(quán)利要求33所述的用于處理基質(zhì)的設(shè)備，還包括用于從血液中提取核酸的裝置。
44.一種用于處理在其上具有用于雜交的反應(yīng)區(qū)域的基質(zhì)的方法，所述方法包括步驟向已經(jīng)固定了核酸探針的所述反應(yīng)區(qū)域供應(yīng)目標(biāo)核酸；將已經(jīng)被提供了所述目標(biāo)核酸的所述基質(zhì)加熱到受控溫度；和讀取所述反應(yīng)區(qū)域中的雜交狀態(tài)，其中連續(xù)地執(zhí)行所述步驟。
45.如權(quán)利要求44所述的用于處理基質(zhì)的方法，還包括將電場(chǎng)施加到所述基質(zhì)的步驟。
46.如權(quán)利要求44所述的用于處理基質(zhì)的方法，其中所述用于溫度控制的步驟提供在所述核酸探針和所述目標(biāo)核酸之間發(fā)生雜交的時(shí)間段。
47.如權(quán)利要求44所述的用于處理基質(zhì)的方法，其中所述用于讀取的步驟是用于光學(xué)讀取的步驟。
48.如權(quán)利要求44所述的用于處理基質(zhì)的方法，其中通過(guò)供應(yīng)所述核酸的步驟、控制溫度的步驟和讀取步驟傳輸所述基質(zhì)。
49.如權(quán)利要求44所述的用于處理基質(zhì)的方法，其中供應(yīng)所述核酸的步驟包括加濕。
全文摘要
提供能夠在短時(shí)間內(nèi)有效地執(zhí)行雜交并獲得高精確檢測(cè)結(jié)果的DNA芯片相關(guān)的技術(shù)。通過(guò)使用包含具有至少一個(gè)作為雜交區(qū)域的反應(yīng)區(qū)域R檢測(cè)單元(3)和配置來(lái)以便將電場(chǎng)施加到在反應(yīng)區(qū)域R中積累或保持的媒質(zhì)的相反電極(E
文檔編號(hào)G01N33/566GK1993617SQ200580026530
公開(kāi)日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2005年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月5日
發(fā)明者真峰隆義, 坂本安廣 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社