CN2559986Y - 集成微流体和微阵列探针的微芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种集成微流体和微阵列探针的微芯片，其特征是：在所述的微芯片上具有样品池、试剂池、检测池和微流体管道，各样品池、试剂池和检测池通过各微流体管道相连。在所述的检测池的底部上具有微阵列探针。还具有废液池，所述废液池经又一微流体管道与检测池相连。本实用新型具有优异的并行检测能力，一次可实现大数目样品的检测，且具有快速样品前处理和分离功能，大大提高了芯片的能力，是一种既有高度集成性又有强大的并行检测能力的芯片，使用该芯片降低了检测的成本和操作的复杂性。本实用新型适用于基因、生化、医药等行业使用。

Description

集成微流体和微阵列探针的微芯片

本实用新型属于生物芯片领域，是一种集成微流体和微阵列探针的微芯片。

背景技术

当前的生物芯片(有人称微芯片)按作用原理分，包括两类。

一类是微流体芯片。微流体芯片通过控制液体在芯片上的流动达到对各种生物组分的检测，也称为LAB-ON-CHIP，即在一个芯片上完成实验室的各项功能。微流体芯片上液体的控制和各种处理步骤是通过在芯片中制作微过滤器、微阀、微泵、微管道、微反应腔等各种精细微结构来实现的。本文中所述的微流体芯片就是指上述定义的芯片。微流体芯片的特点是微型化和集成性优异。所谓的微型化是指生化检测可以在大大缩小的空间及体积中进行，从而大幅度减小试剂和样品的用量，降低检测成本；所谓的集成性是指在单一芯片上实现检测所需的所有或大部分步骤(如：样品的处理、分离、反应和检测)。集成性高可以使检测自动化、标准化和统一化，使检测过程容易操作。微流体芯片在这两个方面具有优异的性能。但是，微流体芯片的一个缺点就是平行性较差，也就是说不能方便地实现在单个芯片上实现较多数量的样品检测。微流体芯片的这个缺点限制了它的检测能力和检测通量。

另一类芯片是微阵列芯片。微阵列芯片是将二维的芯片表面或者三维的颗粒表面分成许多相同的区域，每个区域产生一种探针用于特异性检测一种靶分子。这里所谓的微阵列是指相同的探针或者不同的探针按照预先设计的图形在芯片上进行分布。如图3所示，这种阵列可以是相同或者不同探针6的点陈式阵列，也可以是相同或者不同探针6A-6F成块状(图4)、条形(图5)或者探针6G、6H、6J成任意其它形状的分布(图6)，本文中所述的微阵列芯片以及微阵列就是指上述定义的概念。

微阵列芯片的探针的制作有点样和原地合成等方法。具体的过程就是将生物分子(寡聚核苷酸、cDNA、基因组DNA、多肽、抗原、抗体等)固定于硅片、玻璃片等固相介质上形成生物分子点阵。在待分析样品中的生物分子与生物芯片的探针分子发生杂交或相互作用后，利用扫描仪对杂交信号进行检测和分析。目前应用最广泛的微阵列芯片是基因芯片，它采用OLIGO或DNA片断为探针，检测DNA或mRNA。微阵列芯片具有微型化的优点。它的另一个很重要的优点就是平行性优异，也就是说它可以在单一的芯片上同时实现很多个靶分子或者样品的检测，因而可以实现高通量检测。例如Affymetrix公司研制的基因表达谱芯片的点阵数可以达到400,000个点。但是微阵列芯片很难将样品的预处理等分析前的工作步骤集成到一个芯片上来完成，而只能依靠人工或者专门的仪器来实现这些步骤，也就是说它的集成性不好，因而浪费了大量的人力和物力，而且系统自动化程度不高，不容易标准化。如果将微阵列芯片和微流体芯片在同一芯片上实现，就可以兼顾两种芯片的特点，实现优势互补，在保证微型化的基础上，同时达到巨大的平行性和优异的集成性。可是目前未见这种集成芯片的报道。

本实用新型的内容

针对目前生物芯片开发的现状和上述分析，本实用新型的目的就是将微流体芯片和微阵列芯片的功能集成在一起，实现一种既具有微流体芯片的高度集成性，又具有微阵列芯片强大的并行检测能力的特点的新型芯片和方法。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的，本实用新型一种集成微流体和微阵列探针的微芯片，其特征是：在所述的微芯片上具有试剂池和微流体管道，各试剂池通过各微流体管道相连。为了表达方便，将存放试剂、样品或混合液的腔体统称为试剂池。在所述的各试剂池中，一个或几个试剂池的底部上具有微阵列探针。上述带微阵列探针的试剂池又称为检测池。所述试剂池还可包括样品池以及废液池，所述废液池可经另一微流体管道与检测池相连。本实用新型当用于检测应用时，其检测步骤举例如下：

样品首先被注入样品池中，然后由样品池流入检测池。在检测池中，样品与检测池底部的微阵列探针发生反应，反应完成后，废液流入废液池；然后，各种试剂分别从各自的试剂池中顺序流入检测池，对反应物进行清洗或反应。每种试剂在充分清洗或反应后被排入废液池。之后，用光学或其它检测装置对检测池中的反应物进行检测。整个过程只需要注入样品(可能也包括试剂)，剩下的全部操作都在芯片上自动完成。目前的微阵列芯片的样品需要先进行外部预处理，然后才能用微阵列芯片进行检测，而且各种预处理过程全部是靠手工或者其它专门仪器来完成。在本实用新型芯片中，则不需要这些外部预处理步骤，原来的外部预处理步骤现在完全或者大部分可以在本实用新型芯片上进行。在现有的微流体芯片中，检测池中一般只有一种探针或反应物，也只能检测一种样品或者一种成分，而在本实用新型芯片中，由于在检测池的底部制作了微探针的阵列，所以可以同时检测多种样品或者样品的多种成分。因而本实用新型芯片的功能更为全面。

综上所述，本实用新型的优点主要有：

1.与目前微流体芯片相比：由于检测腔中制作了微阵列探针，本

  实用新型芯片具有更优异的并行检测能力，比现有的微流体芯

  片检测范围更为强大，一次可以实现大数目样品的检测；

2.与现有的微阵列芯片相比：由于集成了具有快速样品前处理和

  分离功能的微流体芯片的能力，本实用新型芯片不需要额外

  的、复杂的、耗费人力和物力的样品前处理和分离工作，大大

  提高了芯片的功能、降低了检测的成本和操作的复杂性，因而

  系统的自动化程度更高，更易于标准化。

附图说明

图1为本实用新型微芯片的示意图，

图2为本实用新型的使用情况图，

图3-6为各种形状的探针微阵列示意图。

图中代号说明I芯片                II转台1检测池              2废液池              3微管道4试剂池              5样品池              6、6A-6J微阵列探针7、8微管道

实施例

利用LIGA工艺和微阵列芯片制作工艺相结合的方法，在PMMA上制作微流体和微阵列集成的芯片。该芯片的检测池中制作有微阵列探针，可以同时进行多个样品的检测，芯片的制作采用我们申请的另一项独立专利制作；芯片中液体的驱动原理采用离心力驱动的方法。关于这种离心力的微流体控制系统，我们申请了另一项独立的发明专利技术；芯片的检测系统也申请了另一项独立的发明专利；芯片I的结构如图1所示。如图1，在本实用新型芯片I上具有样品池5、试剂池4、检测池1、废液池2和各微管道3、7、8，各试剂池4通过各微管道3与样品池5相连，样品池5经微管道7与检测池1相连，在检测池1的底部具有微阵列探针6，可同时进行多个样品的检测，在检测池1的一端经微管道8与废液池2相通连。如图2，可将本芯片I放在转台II上，通过转台II绕其中心O的旋转，和调节该芯片I绕自己的轴心O′转动的角度θ，使离心力F大于管道的毛细管阻力，将液体从一个池送到另一个池中。

芯片I的工作过程如下：

各种试剂被预先存贮在各自的试剂池4中。

检测时，首先将待测样品滴入样品池5；在离心力F的作用下，样品经微管道7流入检测池1与检测池底部的微阵列探针6发生反应；

反应充分后，通过离心力的控制，样品经微管道8流入废液池2；

利用离心力，微流体控制系统通过使不同的试剂从各自的试剂池4顺序进入检测池1对探针进行清洗或反应，清洗或反应充分后，废液经微管道8流入废液池2；

在上述预处理过程和反应完成后，利用检测系统对检测池中的微阵列探针6进行检测，定性或定量确定样品的成分。

Claims (2)

1、一种集成微流体和微阵列探针的微芯片，其特征是：在所述的微芯片上具有试剂池和微流体管道，各试剂池通过各微流体管道相连；在所述各试剂池中，一个或几个试剂池的底部上具有阵列探针。

2、根据权利要求1所述的集成微流体和微阵列探针的微芯片，其特征是：所述试剂池还包括样品池、废液池。

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