專利名稱：一種基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺及分析方法
技術領域：
本發明屬于微流控芯片平臺及其分析方法領域，具體涉及一種基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺及分析方法，多個樣本在不同的樣本池中進行反應，而后進行陣列電泳分析，從而縮短核酸分析的時間，提高核酸檢測的通量。
背景技術：
在后基因組時代，核酸分析是進行基因診斷和遺傳學研究的重要途徑，也是生物醫學研究的重要組成部分。其中，很多的核酸分析需要控溫反應以及產物的電泳分析，如 PCR、酶連/酶解、變性等。常規的核酸分析方法存在著反應時間長、耗試劑量大等缺點。以 PCR反應為例，單次反應所需溶液25-100微升，耗時2-3小時。產物進行凝膠電泳檢測耗時 0. 5小時左右。目前，不少基于微流控技術的核酸檢測芯片已經被研制，目的在于縮短反應時間和降低樣品的消耗。其中，集成多個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之一，并取得了重大的進展。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驗室的需要，在實際應用中受到一定的限制。目前已有極少量文獻報道的集成多個反應單元及檢測單元微流控芯片則能解決這一問題，但存在著以下缺點每個反應檢測單元單獨進行反應，不能進行產物的同時檢測；微加熱器集成在反應檢測芯片上，增加了反應檢測芯片的成本和加工的難度，不適于將來產業化的發展。本發明設計了一種基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺。該平臺采用非集成式加熱方式，由溫控芯片和反應-檢測芯片組成。溫控芯片為微刻蝕的陣列電極芯片，其上粘貼導熱性能好的金屬以提供均勻的溫度場。反應檢測芯片集成多個反應池和陣列電泳通道。 這種核酸檢測平臺可縮短反應檢測時間，減少樣品消耗量。此外，該平臺可以同時對多個樣品進行平行分析。
發明內容
本發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及分析方法，可同時進行多個樣本芯片在線反應和陣列電泳分析。本發明提供了一種基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺，該平臺由兩部分組成， 上部分為反應-電泳芯片，下部分為溫控芯片，兩部分通過導熱膠粘接在一起。本發明提供的基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺，所述反應-電泳芯片由多個核酸分析功能單元組成，其功能單元數為2-384個；每個分析功能單元由樣品反應池(3)、 樣品廢液池G)、緩沖液池(5)、分離檢測通道(6)、公用廢液池(7)組成。本發明提供的基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺，所述反應-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。本發明提供的基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺，所述溫控芯片由加熱單元和測溫單元組成。
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本發明提供的基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺，所述反應-電泳芯片的功能單元數為2-384個。本發明提供的基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺，所述溫控芯片中，加熱單元由陣列電極芯片通過不導電膠粘貼金屬片組成；測溫單元為薄膜鉬電阻。本發明提供的基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺，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。本發明提供的基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺，所述溫控芯片中陣列電極芯片基片為玻璃、石英或硅。本發明提供的基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺，所述溫控芯片中使用的不導電膠為負性光刻膠(SU8)或者熱固型聚合物(PDMS)。本發明還提供了一種基于微流控芯片平臺的核酸陣列分析方法，預先在分離檢測通道中填充電泳分離膠，反應液添加入反應池中，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；由于分離膠的阻隔作用，反應時反應液局限在反應池中；反應結束后，直接進行產物的芯片陣列電泳檢測；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Tris-硼酸-EDTA緩沖液(TBE)、Tris-硼酸緩沖液(TB)、 Tris-EDTA緩沖液(TE)中的一種。本發明提供的基于微流控芯片平臺的核酸陣列分析方法，所述芯片陣列電泳場強為 100-500V/cm,時間為 0. 5-lOmin。本發明的優點在于可以同時對多個樣品進行平行分析；可進行PCR、酶連/酶切、 變性等溫控反應及產物的在線檢測分析；減少樣品的消耗，縮短反應檢測時間。
圖1微流控芯片的核酸陣列分析平臺示意圖(俯視)，其中1為溫控芯片，2為反應-電泳芯片。圖2反應-電泳芯片局部放大示意圖其中3為樣品反應池，4為樣品廢液池，5為緩沖液池，6為分離檢測通道，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在線擴增檢測臨床血清樣本乙肝病毒DNA的結果圖。圖6在線擴增檢測臨床血清樣本HLA-B27結果圖。
具體實施例方式下面的實施例將對本發明予以進一步的說明，但并不因此而限制本發明。實施例基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺的整體裝置和分析功能單元的示意圖見圖 1。分離膠預先加入各個分離檢測通道，樣品反應池加入3. 8微升含乙肝病毒DNA樣品的 PCR反應液，其它各池添加電泳分離膠。各個池添加5微升礦物油以防止溶液揮發。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PCR溫控循環，由于分離膠的阻塞作用，樣本被限制在反應池內。PCR反應結束后，將此平臺插入陣列電泳儀中進行陣列電泳檢測分析。施加分離場強llOV/cm，檢測距離3. 5cm。圖5所示為在線擴增檢測臨床血清樣本乙肝病毒DNA 的結果圖，四個陽性樣本在1. 5小時內同時擴增檢測出產物。 HLA-B27是強直性脊柱炎的重要診斷指標，94%的強直性脊柱炎患者表達 HLA-B27而正常人僅9%表達HLA-B27。實驗前預先查詢HLA-B27檢測相關的引物并配制 PCR反應液。將上述基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺應用于基因分型HLA(人類白細胞抗原)-B27的檢測，方法同上所述。圖6所示為在線擴增檢測四個血清樣本HLA-B27表達的結果圖。1、3和4通道檢測出HLA-B27的產物，證明有HLA-B27的表達，而2通道沒有檢測出產物，則證明沒有HLA-B27的表達。
權利要求
1.一種基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺，其特征在于，該平臺由兩部分組成，上部分為反應-電泳芯片，下部分為溫控芯片，兩部分通過導熱膠粘接在一起。
2.按照權利要求1所述基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺，其特征在于所述反應-電泳芯片由多個核酸分析功能單元組成，其功能單元數為2-384個；每個分析功能單元由樣品反應池(3)、樣品廢液池0)、緩沖液池(5)、分離檢測通道(6)、公用廢液池(7)組成。
3.按照權利要求1或2所述基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺，其特征在于所述反應-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.按照權利要求1所述基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺，其特征在于所述溫控芯片由加熱單元和測溫單元組成。
5.按照權利要求4所述基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺，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不導電膠粘貼金屬片組成；測溫單元為薄膜鉬電阻。
6.按照權利要求6所述基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺，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.按照權利要求6-7所述基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺，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.按照權利要求6所述基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺，其特征在于所述溫控芯片中使用的不導電膠為負性光刻膠或者熱固型聚合物。
9.一種基于權利要求1所述微流控芯片平臺的核酸陣列分析方法，其特征在于預先在分離檢測通道中填充電泳分離膠，反應液添加入反應池中，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；反應結束后，直接進行產物的芯片陣列電泳檢測；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Tris-硼酸-EDTA緩沖液、Tris-硼酸緩沖液、Tris-EDTA緩沖液中的一種。
10.按照權利要求9所述基于微流控芯片平臺的核酸陣列分析方法，其特征在于所述芯片陣列電泳場強為100-500V/cm，時間為0. 5_10min。
全文摘要
本發明提供了一種基于微流控芯片的核酸陣列分析平臺及分析方法，該平臺由兩部分組成，上部分為反應-電泳芯片，下部分為溫控芯片，兩部分通過導熱膠粘接在一起；所述的微流控芯片平臺的核酸陣列分析方法為預先在分離檢測通道中填充分離膠，反應液添加入反應池中，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；反應結束后，直接進行產物的芯片陣列電泳檢測；本發明可以同時對多個樣品進行平行分析；可進行PCR、酶連/酶切、變性等溫控反應及產物的在線檢測分析；減少樣品的消耗，縮短反應檢測時間。
文檔編號G01N27/447GK102162807SQ201010112968
公開日2011年8月24日 申請日期2010年2月24日 優先權日2010年2月24日
發明者姜雷, 李艷峰, 林炳承, 潘小艷, 秦建華 申請人:中國科學院大連化學物理研究所