專利名稱：一種基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺(tái)及分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微流控芯片平臺(tái)及其分析方法領(lǐng)域，具體涉及一種基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺(tái)及分析方法，多個(gè)樣本在不同的樣本池中進(jìn)行反應(yīng)，而后進(jìn)行陣列電泳分析，從而縮短核酸分析的時(shí)間，提高核酸檢測(cè)的通量。
背景技術(shù)：
在后基因組時(shí)代，核酸分析是進(jìn)行基因診斷和遺傳學(xué)研究的重要途徑，也是生物醫(yī)學(xué)研究的重要組成部分。其中，很多的核酸分析需要控溫反應(yīng)以及產(chǎn)物的電泳分析，如 PCR、酶連/酶解、變性等。常規(guī)的核酸分析方法存在著反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、耗試劑量大等缺點(diǎn)。以 PCR反應(yīng)為例，單次反應(yīng)所需溶液25-100微升，耗時(shí)2-3小時(shí)。產(chǎn)物進(jìn)行凝膠電泳檢測(cè)耗時(shí) 0. 5小時(shí)左右。目前，不少基于微流控技術(shù)的核酸檢測(cè)芯片已經(jīng)被研制，目的在于縮短反應(yīng)時(shí)間和降低樣品的消耗。其中，集成多個(gè)核酸分析功能單元如SPE、PCR、CE等的微流控芯片是近年的研究熱點(diǎn)之一，并取得了重大的進(jìn)展。但目前的研究主要局限在單通道核酸樣本分析， 不能滿足臨床及生物研究實(shí)驗(yàn)室的需要，在實(shí)際應(yīng)用中受到一定的限制。目前已有極少量文獻(xiàn)報(bào)道的集成多個(gè)反應(yīng)單元及檢測(cè)單元微流控芯片則能解決這一問(wèn)題，但存在著以下缺點(diǎn)每個(gè)反應(yīng)檢測(cè)單元單獨(dú)進(jìn)行反應(yīng)，不能進(jìn)行產(chǎn)物的同時(shí)檢測(cè)；微加熱器集成在反應(yīng)檢測(cè)芯片上，增加了反應(yīng)檢測(cè)芯片的成本和加工的難度，不適于將來(lái)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺(tái)。該平臺(tái)采用非集成式加熱方式，由溫控芯片和反應(yīng)-檢測(cè)芯片組成。溫控芯片為微刻蝕的陣列電極芯片，其上粘貼導(dǎo)熱性能好的金屬以提供均勻的溫度場(chǎng)。反應(yīng)檢測(cè)芯片集成多個(gè)反應(yīng)池和陣列電泳通道。 這種核酸檢測(cè)平臺(tái)可縮短反應(yīng)檢測(cè)時(shí)間，減少樣品消耗量。此外，該平臺(tái)可以同時(shí)對(duì)多個(gè)樣品進(jìn)行平行分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺(tái)及分析方法，可同時(shí)進(jìn)行多個(gè)樣本芯片在線反應(yīng)和陣列電泳分析。本發(fā)明提供了一種基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺(tái)，該平臺(tái)由兩部分組成， 上部分為反應(yīng)-電泳芯片，下部分為溫控芯片，兩部分通過(guò)導(dǎo)熱膠粘接在一起。本發(fā)明提供的基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺(tái)，所述反應(yīng)-電泳芯片由多個(gè)核酸分析功能單元組成，其功能單元數(shù)為2-384個(gè)；每個(gè)分析功能單元由樣品反應(yīng)池(3)、 樣品廢液池G)、緩沖液池(5)、分離檢測(cè)通道(6)、公用廢液池(7)組成。本發(fā)明提供的基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺(tái)，所述反應(yīng)-電泳芯片的材料為玻璃、PDMS(聚二甲基硅氧烷)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)或者PC(聚碳酸酯)等。本發(fā)明提供的基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺(tái)，所述溫控芯片由加熱單元和測(cè)溫單元組成。
3
本發(fā)明提供的基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺(tái)，所述反應(yīng)-電泳芯片的功能單元數(shù)為2-384個(gè)。本發(fā)明提供的基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺(tái)，所述溫控芯片中，加熱單元由陣列電極芯片通過(guò)不導(dǎo)電膠粘貼金屬片組成；測(cè)溫單元為薄膜鉬電阻。本發(fā)明提供的基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺(tái)，所述溫控芯片中陣列電極芯片為微刻蝕的鉬(Pt)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、氧化銦錫(ITO)陣列電極中至少一種。本發(fā)明提供的基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺(tái)，所述溫控芯片中陣列電極芯片基片為玻璃、石英或硅。本發(fā)明提供的基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺(tái)，所述溫控芯片中使用的不導(dǎo)電膠為負(fù)性光刻膠(SU8)或者熱固型聚合物(PDMS)。本發(fā)明還提供了一種基于微流控芯片平臺(tái)的核酸陣列分析方法，預(yù)先在分離檢測(cè)通道中填充電泳分離膠，反應(yīng)液添加入反應(yīng)池中，其它各液池添加電泳緩沖液或分離膠，所有池加入商品化PCR用礦物油覆蓋以防止溶液揮發(fā)；由于分離膠的阻隔作用，反應(yīng)時(shí)反應(yīng)液局限在反應(yīng)池中；反應(yīng)結(jié)束后，直接進(jìn)行產(chǎn)物的芯片陣列電泳檢測(cè)；所述電泳分離膠為甲基纖維素(MC)、羥丙基甲基纖維素(HPMC)、羥乙基甲基纖維素(HEMC)中的一種，溶解于電泳緩沖液；所述電泳緩沖液為T(mén)ris-硼酸-EDTA緩沖液(TBE)、Tris-硼酸緩沖液(TB)、 Tris-EDTA緩沖液(TE)中的一種。本發(fā)明提供的基于微流控芯片平臺(tái)的核酸陣列分析方法，所述芯片陣列電泳場(chǎng)強(qiáng)為 100-500V/cm,時(shí)間為 0. 5-lOmin。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于可以同時(shí)對(duì)多個(gè)樣品進(jìn)行平行分析；可進(jìn)行PCR、酶連/酶切、 變性等溫控反應(yīng)及產(chǎn)物的在線檢測(cè)分析；減少樣品的消耗，縮短反應(yīng)檢測(cè)時(shí)間。


圖1微流控芯片的核酸陣列分析平臺(tái)示意圖(俯視)，其中1為溫控芯片，2為反應(yīng)-電泳芯片。圖2反應(yīng)-電泳芯片局部放大示意圖其中3為樣品反應(yīng)池，4為樣品廢液池，5為緩沖液池，6為分離檢測(cè)通道，7為公用廢液池。圖3通道示意圖，其中8為液池，9為通道；圖4溫控芯片示意圖，其中10為薄膜鉬電阻，11為金屬片，12為陣列電極玻璃芯片。圖5在線擴(kuò)增檢測(cè)臨床血清樣本乙肝病毒DNA的結(jié)果圖。圖6在線擴(kuò)增檢測(cè)臨床血清樣本HLA-B27結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式下面的實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明予以進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不因此而限制本發(fā)明。實(shí)施例基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺(tái)的整體裝置和分析功能單元的示意圖見(jiàn)圖 1。分離膠預(yù)先加入各個(gè)分離檢測(cè)通道，樣品反應(yīng)池加入3. 8微升含乙肝病毒DNA樣品的 PCR反應(yīng)液，其它各池添加電泳分離膠。各個(gè)池添加5微升礦物油以防止溶液揮發(fā)。所用電泳緩沖液為IxTBE緩沖液，電泳分離膠為在IxTBE緩沖液中加入0. 5% HPMC(4000cps)、 0. 1% PVP (MWl300000)、6%甘露醇。啟動(dòng)PCR溫控循環(huán)，由于分離膠的阻塞作用，樣本被限制在反應(yīng)池內(nèi)。PCR反應(yīng)結(jié)束后，將此平臺(tái)插入陣列電泳儀中進(jìn)行陣列電泳檢測(cè)分析。施加分離場(chǎng)強(qiáng)llOV/cm，檢測(cè)距離3. 5cm。圖5所示為在線擴(kuò)增檢測(cè)臨床血清樣本乙肝病毒DNA 的結(jié)果圖，四個(gè)陽(yáng)性樣本在1. 5小時(shí)內(nèi)同時(shí)擴(kuò)增檢測(cè)出產(chǎn)物。 HLA-B27是強(qiáng)直性脊柱炎的重要診斷指標(biāo)，94%的強(qiáng)直性脊柱炎患者表達(dá) HLA-B27而正常人僅9%表達(dá)HLA-B27。實(shí)驗(yàn)前預(yù)先查詢HLA-B27檢測(cè)相關(guān)的引物并配制 PCR反應(yīng)液。將上述基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺(tái)應(yīng)用于基因分型HLA(人類白細(xì)胞抗原)-B27的檢測(cè)，方法同上所述。圖6所示為在線擴(kuò)增檢測(cè)四個(gè)血清樣本HLA-B27表達(dá)的結(jié)果圖。1、3和4通道檢測(cè)出HLA-B27的產(chǎn)物，證明有HLA-B27的表達(dá)，而2通道沒(méi)有檢測(cè)出產(chǎn)物，則證明沒(méi)有HLA-B27的表達(dá)。
權(quán)利要求
1.一種基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺(tái)，其特征在于，該平臺(tái)由兩部分組成，上部分為反應(yīng)-電泳芯片，下部分為溫控芯片，兩部分通過(guò)導(dǎo)熱膠粘接在一起。
2.按照權(quán)利要求1所述基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺(tái)，其特征在于所述反應(yīng)-電泳芯片由多個(gè)核酸分析功能單元組成，其功能單元數(shù)為2-384個(gè)；每個(gè)分析功能單元由樣品反應(yīng)池(3)、樣品廢液池0)、緩沖液池(5)、分離檢測(cè)通道(6)、公用廢液池(7)組成。
3.按照權(quán)利要求1或2所述基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺(tái)，其特征在于所述反應(yīng)-電泳芯片的材料為玻璃、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯或者聚碳酸酯一些材料。
4.按照權(quán)利要求1所述基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺(tái)，其特征在于所述溫控芯片由加熱單元和測(cè)溫單元組成。
5.按照權(quán)利要求4所述基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺(tái)，其特征在于所述溫控芯片中，加熱單元由陣列電極芯片通過(guò)不導(dǎo)電膠粘貼金屬片組成；測(cè)溫單元為薄膜鉬電阻。
6.按照權(quán)利要求6所述基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺(tái)，其特征在于所述溫控芯片中陣列電極芯片為微刻蝕的鉬、鈦、鉻、氧化銦錫陣列電極中至少一種。
7.按照權(quán)利要求6-7所述基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺(tái)，其特征在于所述溫控芯片中陣列電極芯片基片為玻璃、石英或者硅。
8.按照權(quán)利要求6所述基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺(tái)，其特征在于所述溫控芯片中使用的不導(dǎo)電膠為負(fù)性光刻膠或者熱固型聚合物。
9.一種基于權(quán)利要求1所述微流控芯片平臺(tái)的核酸陣列分析方法，其特征在于預(yù)先在分離檢測(cè)通道中填充電泳分離膠，反應(yīng)液添加入反應(yīng)池中，其它各液池添加電泳緩沖液或分離膠，所有池加入商品化PCR用礦物油覆蓋以防止溶液揮發(fā)；反應(yīng)結(jié)束后，直接進(jìn)行產(chǎn)物的芯片陣列電泳檢測(cè)；其中所述電泳分離膠為甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羥乙基甲基纖維素中的一種，且溶解于電泳緩沖液；所述電泳緩沖液為T(mén)ris-硼酸-EDTA緩沖液、Tris-硼酸緩沖液、Tris-EDTA緩沖液中的一種。
10.按照權(quán)利要求9所述基于微流控芯片平臺(tái)的核酸陣列分析方法，其特征在于所述芯片陣列電泳場(chǎng)強(qiáng)為100-500V/cm，時(shí)間為0. 5_10min。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺(tái)及分析方法，該平臺(tái)由兩部分組成，上部分為反應(yīng)-電泳芯片，下部分為溫控芯片，兩部分通過(guò)導(dǎo)熱膠粘接在一起；所述的微流控芯片平臺(tái)的核酸陣列分析方法為預(yù)先在分離檢測(cè)通道中填充分離膠，反應(yīng)液添加入反應(yīng)池中，其它各池添加分離緩沖液或分離膠，所有池加入礦物油覆蓋以防止溶液揮發(fā)；反應(yīng)結(jié)束后，直接進(jìn)行產(chǎn)物的芯片陣列電泳檢測(cè)；本發(fā)明可以同時(shí)對(duì)多個(gè)樣品進(jìn)行平行分析；可進(jìn)行PCR、酶連/酶切、變性等溫控反應(yīng)及產(chǎn)物的在線檢測(cè)分析；減少樣品的消耗，縮短反應(yīng)檢測(cè)時(shí)間。
文檔編號(hào)G01N27/447GK102162807SQ201010112968
公開(kāi)日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2010年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月24日
發(fā)明者姜雷, 李艷峰, 林炳承, 潘小艷, 秦建華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所