[发明专利]一种基于微流控的核酸杂交反应平台及杂交分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及核酸杂交分析，具体涉及一种基于微流控核酸杂交反应平台及杂交分析方法。

背景技术

DNA微阵列(microarray)技术目前已经成为药物筛选、基因表达分析和临床诊断等一种非常有效的工具。微阵列杂交技术的基本原理是样品溶液中的DNA靶分子与固定于固相载体上的DNA探针分子根据碱基互补原则发生配对杂交。但该技术主要依赖于DNA靶分子在溶液的扩散，而由于DNA分子的扩散系数较小和扩散距离较长等原因，导致完成杂交的时间很长(6-12h)。

为了缩短杂交时间，多种主动或者被动的液体混合方式被应用的DNA杂交，如磁力搅拌、电场、声波等，但是这些方法的样品消耗量依然较大。集成的微流控技术用于DNA分子杂交则具有多方面的优势，例如减少了样品消耗、缩短了杂交反应时间以及实现了样品的自动化可控性传输等。基于微流控技术的DNA杂交主要可以分为连续式和往复式。连续式DNA杂交主要是采用蠕动泵或者离心力等外接驱动设备使靶分子溶液连续不断的流过探针载体表面以实现快速杂交，该方法的一个突出缺点是实际消耗相对于往复式依然较大；而往复式则是使一定体积(通常为uL或者nL)的靶分子溶液往复多次流过探针分子实现快速杂交。虽然多种方法均实现了低消耗的快速DNA杂交，但是目前没有一种方法能同时实现如下功能和特点：1.采用微泵微阀结构，可以实现杂交过程的自动化控制。2.杂交时间大大缩短。3.样品消耗仅为1uL。4.针对杂交过程可以实现实时监测。5.检测通量达到至少48个不同样品的同时杂交分析。

本发明设计了一种基于微泵微阀控制的微流控核酸杂交平台。该平台以程序控制的正压和负压作为驱动力促使样品在杂交通道中自动地往复穿梭流动，杂交过程通过程序控制，无须人工操作，这种核酸杂交平台不仅加快了物质传质，缩短杂交时间至90s，而且样品消耗量少，仅需1uL样品，且易于集成DNA杂交分析的其他功能分析单元。同时，由于基片采用透明基质，荧光信号可进行实时检测。此外，该平台可以同时对多个样品进行平行分析。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于微流控核酸杂交反应平台及杂交分析方法，以程序控制的正压和负压作为驱动力促使样品在杂交通道中自动地往复穿梭流动，从而加快核酸杂交反应速率，缩短杂交反应时间，同时具有样品消耗少、实时监测杂交信号和高通量等优点。

本发明提供了一种基于微流控核酸杂交反应平台，该平台由上下两层组成，上层为微泵微阀控制的微流控芯片，下层为固定寡核苷酸探针的基片，上下两层通过不可逆封接形成流体通道或腔室。

本发明提供的基于微流控核酸杂交反应平台，所述微流控芯片由多个杂交分析功能单元组成；每个杂交分析功能单元由样品室、控制气路、杂交通道、废液室组成。

本发明提供的基于微流控核酸杂交反应平台，所述微流控芯片的材料PDMS(聚二甲基硅氧烷)或者其他弹性硅橡胶材料等。

本发明提供的基于微流控核酸杂交反应平台，所述固定寡核苷酸探针的基片的材料为玻璃、PDMS(聚二甲基硅氧烷)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PC(聚碳酸酯)、硅片或者其他透明基质等。

本发明提供的基于微流控核酸杂交反应平台，所述杂交分析功能单元的个数为6-384个。

本发明提供的基于微流控核酸杂交反应平台，控制气路通过单片机或者蠕动泵等可控装置实现。

本发明提供的基于微流控核酸杂交反应平台，通过单片机等程控装置，促使液流可以在杂交通道内自动地往复穿梭流动。

本发明提供的基于微流控核酸杂交反应平台，所述上下两层的封接方式为等离子体封接或者使用粘性胶涂覆PDMS芯片与基片之间的不可逆封接方式。

本发明提供了一种基微流控平台的核酸杂交分析方法，以程序控制的正压和负压作为驱动力促使液流在杂交反应通道中自动地往复穿梭流动：样品通过毛细管力或者负压进入样品室，通过程序控制的单片机或者蠕动泵等装置对控制气路施加正压和负压促使液流在杂交通道内不断的自动来回流动，直至程序控制单片机等程控装置停止。

本发明提供的基于微流控平台的核酸杂交分析方法，杂交反应结束后，样品流通过负压作用下排到废液室。

本发明提供的基于微流控平台的核酸杂交分析方法，所述芯片的气路控制液流穿梭时间为1-300s，液流往复穿梭频率为0.1-10Hz。

本发明的优点在于：物质传质快，杂交时间短，样品消耗少，可对样品杂交信号进行实时检测，以及易于集成，可以同时对多个样品进行平行分析。

附图说明