[发明专利]一种毛细管微流控芯片

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种毛细管微流控芯片及其制备方法。它利用微球作为生物分子检测的载体，将微球置于毛细管中进行蛋白质、核酸等生物大分子的检测，在临床检测、检验检疫、环境监测、药物筛选、微生物鉴定以及核酸和蛋白功能分析等领域具有广泛的应用。

背景技术

人类基因组计划以及众多物种基因组测序的完成使现代生命科学进入了系统生物学时代。系统生物学的主要任务就是测定众多基因和蛋白相互之间的关系，因此生命科学分析面临的一个巨大的挑战就是发展高通量的并行生物分子相互作用分析技术平台，以此来分析核酸分子杂交，蛋白质相互作用或者核酸与蛋白质之间的相互作用，进而揭示基因以及蛋白功能。

20世纪末以来，DNA或者基因微阵列芯片技术逐渐成熟，并成为最为常用和主要的核酸高通量检测技术。DNA微阵列技术是将不同的探针分子(能够和被检测分子反应的生物分子，这时的被检测分子被称为靶分子)固定到同一基片上，在固定过程中每一种探针分子被固定在事先确定好的位置上。这样，  每一种探针分子都对应一个确定的XY坐标，也就是说每一种探针分子都具有一个特定的XY坐标编码，通过该编码可以确认探针分子的种类。该方法的特点是可以有效地利用现有的微加工技术在同一基片上固定数以万计的探针分子，检测时先将固定有探针分子的基片与被检测液接触，被检测液中的靶分子是用荧光标记过的，在探针分子与目标分子反应后将未反应的目标分子清洗掉，然后通过荧光检测方法确定目标分子的存在。目标分子的种类可以通过坐标确定。目前为止，制备DNA微阵列芯片的两种主要方法是光学平板印刷技术与微阵列点样技术，两者都需要专门的仪器设备而且价格不菲，因此这种芯片的应用成本很高，再加上微阵列芯片的反应速度较慢，发展新型的芯片技术成为研究的热点。

解决上述问题的解决方案是以编码微球取代平面基片作为探针的固相载体，由于编码微球可以在反应过程中通过搅拌随意运动而加快反应速度，而且固定有核酸探针的微球可以随意组合，因此相比与平面基片，微球具有更好的灵活性，更容易满足不同应用目的，降低了检测成本。尽管如此，编码微球的检测要求仍然很高，要流式细胞仪一类的精密大型仪器以控制并检测微球。微流控芯片技术则可以实现大型仪器功能的缩微化，因此有望将来替代大型分析仪器，成为便携式分析系统。

微流控分析芯片是指通过微电子、微加工技术在平方厘米大小的固相介质表面构建的微型分析系统，以实现对组织和细胞中DNA、蛋白质和其他生物组分的快速、高效、灵敏的处理与分析。它是20世纪90年代初中期在分析化学领域发展起来的一种分析技术，以分析化学和分析生物化学为基础，应用微电子加工技术，在微芯片上加工出微米级的容器、泵、阀、管道等微结构网络，将样品的制备、反应和检测的这个过程进行集成的微全分析系统。它不仅使试剂的消耗降低，且使实验速度提高，费用降低，充分体现了当今实验室设备微型化、集成化和便携化的发展趋势。但是微流控芯片的加工技术要求很高，因此制备过程相当复杂，可重复性不高。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种毛细管微流控芯片，芯片的毛细管中封装有编码微球作为生物分子检测的固相载体，样品的进样、反应以及结果检测都在毛细管内进行。该芯片制备简单，可以用于生物分子的高通量检测，操作方便，成本低廉。

技术方案：鉴于上述生物分子并行检测技术研究进展，本发明提出一种制备简单，成本低廉的毛细管微流控芯片，芯片中设有编码微球，可以用于高通量检测生物大分子相互作用。

本发明的毛细管微流控芯片由毛细管，第一滤塞，编码微球，第二滤塞，第一管线，第二管线，蠕动泵，样品溶液、反应溶液或洗涤液部分组成；编码微球被封装在毛细管内，而且编码微球在毛细管内成单排排列，在毛细管内的两端分别设有第一滤塞、第二滤塞，第一管线、第二管线分别接毛细管的两端，蠕动泵的一端接第二管线，另一端接反应溶液或洗涤液部分。

编码微球的编码是条形码编码、荧光编码、量子点编码、光子晶体编码、拉曼标签编码、红外光谱编码、形状编码、射频编码、大小编码以及位置编码中的一种。编码微球的表面固定有生物分子探针，所用的生物分子探针是核酸、或蛋白质、或多肽，在编码微球的表面进行生物分子检测反应。编码微球的直径为50um～500um之间，毛细管的内经在60um～550um之间，编码微球的直径大于毛细管半径但是小于毛细管内径。