一种基于微流控芯片的癌症基因检测方法

专利名称：：一种基于微流控芯片的癌症基因检测方法
技术领域：
：本发明涉及计算机科学、分子生物学、医学及微流控芯片技术。特别提供了一种基于微流控芯片的癌症基因检测方法。
背景技术：
：癌症是一种基因性疾病，在基因水平进行诊断和治疗是最基本和最准确的方法。细胞癌变是一个以多种原癌基因的激活和抑癌基因的失活为基础的过程，因此，在进行基因诊断时，往往需要对多种基因的表达水平进行综合的判断。目前，癌症的诊断往往是在体外进行，通过对血液和组织检验结果等进行判断，还远远没有达到单细胞水平。并且，体外诊断和体内治疗是两个相对独立的环节，抗癌药物对正常细胞往往也造成较大的损伤。如何将抗癌药物特异性的释放到肿瘤细胞，提高治疗的靶向性，是生物医学工作者们致力解决的难题。迄今为止，有多种方法和技术被应用于药物的靶向释放中，如利用病毒(文献CancerGeneTher即y，2008，15，667-675)、纳米颗粒(文献GeneTher即y，2000，7，1896-1905)以及微流控芯片(文献LabOnAChip,2006，6，1384-1386)等携带药物，但由于这些体系缺少了"诊断"这一环节，因此还不能做到最为准确的靶向"治疗"。2004年，Sh即iro小组报道了一种可控制基因表达的生物分子计算机(文献Nature,2004，429，423-429)，在试管内模拟了微小的DNA计算机进入细胞后，通过多次的杂交、酶连、酶切反应，对前列腺癌和肺癌多种相关基因的表达情况依次进行计算，并在诊断成立时，释放一条较短的单链核酸分子作为药物进行治疗。该计算机首次将诊断和治疗两个相对独立的环节联系起来，并将诊断和治疗定位在单细胞水平，提高了药物释放的靶向性，为解决癌症的靶向治疗提供了新的研究方向。但这种DNA计算机如要进一步进行体内试验尚存在以下几点不足1、该计算机所有的生化反应是在试管中进行的，DNA计算机要进入体内行使功能，必然需要一种有效的载体携带着DNA分子和酶将其传递到相应的靶点，防止DNA分子在计算前就被降解掉，显然试管不能成为这种有效的载体；2、对多种癌症相关基因表达情况采用依次进行(串联)的计算方式，并且每计算一种基因需要引入多种高浓度的外源性分子，有可能会影响到细胞的正常生理功能；3、该计算机必须要进入细胞内才能行使功能，增强了操作难度；4、最为重要的一点，该计算机采用限制性内切酶(FokI酶)进行酶切反应，限制性内切酶仅存于低等生物内(如细菌、病毒等)，可在特定位点可将双链DNA分子切断，因此有可能对高等生物的基因组产生影响。综上所述，若要将DNA计算机应用于基因诊断和治疗中，必须要有更为合理的计算方法和更为理想的平台。另外，上述体系中所释放的为预先已经存在的药物，一种更为灵活的方法为根据需要合成治疗药物然后释放(文献NatureBiotechnology，2003，21，1184-1191)。人们期望获得一种技术效果更好的可以应用于实际的基于微流控芯片的癌症基因检测方法。
发明内容本发明的目的是提供一种基于微流控芯片的癌症基因检测方法，其特征在于所述方法针对作为运算介质的生物分子展开；所述方法具体是通过杂交、变性、酶连等生化反应，对与癌症相关的各种基因之一或其组合的表达情况进行计算，并在计算结果符合要求时，自动合成并靶向释放有效的抗癌药物完整的自杀基因；然后通过测量完整自杀基因的有无、其完整程度以及浓度来判断癌症基因的具体情况；在如上所述的计算过程中，所述作为运算介质的生物分子具体是DNA分子和/或酶。针对本技术的应用背景和相关要求，我们设计了一种以微流控芯片为载体的DNA计算机，对癌症相关的多种基因表达情况同时进行计算，并于诊断成立时，合成完整的自杀基因作为有效的抗癌药物释放，而在诊断不成立时，释放的仅为无效的片段化的药物。我们以乳腺癌为例，在一块几平方厘米的微流控芯片上，在体外验证了该DNA计算机原理的可行性。模拟了更为微型化的微流控芯片DNA计算机进入体内后，无需进入细胞，可以通过微量的细胞质，即可进行基因诊断并治疗的过程。计算中采用的分子种类和数量均较少，使用的酶为高等生物体内存在的DNA连接酶。随着纳米材料和微加工技术的发展，有望开展进一步的体内试验。DNA计算机是基于DNA分子生化反应的新型生物计算机。具体地说，就是代表一定信息的DNA分子作为"输入"，经过杂交、变性、酶连、酶解等可控的生化反应进行"计算"，反应后生成的新的或符合某种要求的DNA分子作为"输出"。计算过程中往往需要酶的参与，如限制性内切酶、DNA连接酶、外切核酸酶等。按照DNA计算机的实现方式，DNA计算机经历了试管(文献Science,1994,266，1021-1024)、表面(文献Nature,2000，403，175-179)和芯片(文献LabOnAChip,2005，5,1033-1040)三个阶段。将DNA分子固定在表面上的计算方式，可以克服试管中DNA分子易丢失和操作难、检测难的特点，但多个计算步骤仍须在人工干预下间断进行。微流控芯片具有比表面更为明显的优势，不仅可将计算用的某种DNA分子以三维立体的方式固定在芯片的局部，并且具有高度集成化、自动化、小型化、微型化的特点，DNA计算所需的多个生化反应，均可在一块微小的芯片上连续完成。因此芯片有可能取代试管和表面，成为DNA计算机一种理想的平台。与传统的电子计算机相比，DNA计算机具有并行性高、运算速度快、信息存储量大等优点，被用于研究解决复杂的数学难题(文献ProceedingsOfTheNationalAcademyOfSciencesOfTheUnitedStatedStatesOfAmerica，2004，101，9960-9965)。此夕卜，由于其具有生物相容性，科学家们力图将其应用到生命科学领域中，用于癌症的诊断和治疗(文献ScientificAmerican，2006，294，44-51)。所述基于微流控芯片的癌症基因检测方法中，所使用的作为运算介质的DNA分子具体为与每种癌症相关基因相对应的计算分子和药物片段分子，以及带有多个缺口的不完整的自杀基因分子；所述自杀基因分子上缺口的序列和数量与药物片段分子的序列和数量相对应。所述作为运算介质的DNA分子中，与每种癌症相关基因相对应的计算分子和药物片段分子为单链DNA分子，带有缺口的不完整的自杀基因分子为双链DNA分子。所述基于微流控芯片的癌症基因检测方法中，当被检测对象中对应的癌症相关基因表达超出正常范围(升高或降低都会超出正常范围)时，超出部分的癌症相关基因可将全部或部分的药物片段分子从其与计算分子的匹配关系中置换取代下来，使原有的计算分子与癌症相关基因杂交的结构变为新的更为稳定的结构；当癌症相关基因的表达不符合诊断标准时，亦即药物片段分子中的部分或者全部没有从其与计算分子的匹配关系中被置换取代下来时，就不能与带有缺口的不完整的自杀基因分子结合形成完整的自杀基因分子从而具有抗癌作用。所述基于微流控芯片的癌症基因检测方法中所述作为运算介质的酶为T4DNA连接酶；所述药物片段分子与计算分子在结构上互补，其二者能够实现杂交；具体而言，所述药物片段分子与不完整的自杀基因分子上的缺口序列相同；药物片段分子在T4DNA连接酶的作用下能够将不完整的自杀基因上的缺口填补，使其形成完整的自杀基因；相对于药物片段分子而言，癌症相关基因与计算分子互补序列较长，癌症相关基因更易于与计算分子杂交而将药物片段分子取代下来。当癌症相关基因将相应的药物片段分子从其与计算分子的匹配对应关系中取代下来后，被取代下来的药物片段分子在电场作用下靶向释放到对应的目的区域(其后的输出单元)；从而与不完整的自杀基因在T4DNA连接酶体系中合成具有抗癌作用的完整药物。当癌症相关基因将相应的药物片段分子从其与计算分子的匹配对应关系中取代下来后，从计算单元传递来的药物片段分子被输送到特定的目标区域和不完整的自杀基因杂交并在T4DNA连接酶的作用下进行酶连反应，将相应的缺口填补；所述的特定目标区域中包含有不完整的自杀基因；当癌症相关基因的表达符合要求(即原癌基因表达升高高于正常限制值并且抑癌基因表达降低低于正常限制值)时，相应的药物片段将不完整的自杀基因上的缺口全部填补，此时即有完整的自杀基因被合成并作为抗癌药物释放；只要有一种基因表达不符合诊断标准，缺口就不会被完全填补，对应地就不能有完整的自杀基因被合成，释放的仅为没有抗癌作用的不完整的自杀基因。所述基于微流控芯片的癌症基因检测方法通常要求依据载体实施，所述载体是微流控芯片，其在结构上具体分为三个功能单元输入单元、计算单元和输出单元；其中，计算单元布置在输入单元和输出单元之间，这三个单元之间液体流路顺序联接，并在电场作用下可以形成药物片段分子的定向移动控制(如附图2所示)；作为载体的微流控芯片，材料可为石英、玻璃、P匿A、PC聚合物等；所述基于微流控芯片的癌症基因检测方法中，计算分子固定在作为载体的微流控芯片的计算单元上；药物片段分子预先杂交在计算分子上；不完整的自杀基因和T4DNA连接酶体系预先放置在输出单元中。当原癌基因分子或抑癌基因分子这两类癌症相关基因将相应的药物片段分子从其与计算分子的匹配对应关系中取代下来时，被取代下来的药物片段分子在电场的作用下靶向释放到对应的目的区域(其后的输出单元)；从而与不完整的自杀基因在T4DNA连接酶体系中合成具有抗癌作用的完整药物(当然前提是所有的被取代下来的药物片段分子能填补不完整的自杀基因的所有缺口使其能形成真正具有抗癌作用的完整药物)。在微流控芯片的输出单元，从计算单元传递来的药物片段分子和不完整的自杀基因杂交并在T4DNA连接酶的作用下进行酶连反应，将相应的缺口填补；当癌症相关基因的表达符合要求(即原癌基因表达升高并且抑癌基因表达降低)时，相应的药物片段将不完整的自杀基因上的缺口全部填补，此时即有完整的自杀基因被合成并作为抗癌药物释放；只要有一种基因表达不符合诊断标准，缺口就不会被完全填补，对应地就不能有完整的自杀基因被合成，释放的仅为没有抗癌作用的不完整的自杀基因。药物片段分子与不完整的自杀基因上的缺口序列相同，可在T4DNA连接酶的作用下将缺口填补。分子之间的关系详见图l。所述基于微流控芯片的癌症基因检测方法中，将计算分子固定在作为载体的微流控芯片的计算单元的具体过程是将末端修饰有丙烯酰胺基团或氨基基团的计算分子溶解于丙烯酰胺溶液中，终浓度为520iim;经紫外曝光后，固定在丙烯酰胺水凝胶中。(固定在水凝胶中的计算分子可保持活性，可进行杂交、变性等反应。丙烯酰胺水凝胶为一种透明的基质，在没有电场作用下，可起到阀的作用；在低压电场作用下，可允许DNA分子通过。)所述作为载体的微流控芯片中，输入单元含有多个(根据实际需要确定可用范围，通常的可用范围是1300)样品池，样品池的数目依据诊断的需要而定，不同的癌症相关基因通常分别由不同的样品池输入。所述微流控芯片中的计算单元具体为分别与各个样品池相连的同等数量的并行通道；每个通道里含有与癌症相关基因相对应的计算分子和药物片段分子，分别对不同基因的表达情况进行计算并传递相应药物片段，不同通道的计算是同时独立进行的，互不干扰；所述微流控芯片中的输出单元含有一条通道和一个酶连池，酶连池中含有不完整的自杀基因分子和T4DNA连接酶反应体系；从计算单元不同通道传递来的药物片段分子通过输出单元的通道汇集到酶连池中进行酶连反应；在输出单元的通道中固定了一段空白水凝胶，它不仅可以起到阀的作用，并且由于水凝胶有浓縮DNA分子的作用，从计算单元传递来的药物片段分子在此处检测要比在酶连池中检测更为灵敏，参见图2。所述基于微流控芯片的癌症基因检测方法还满足下述两种要求之一其一，在计算原癌基因表达是否升高并在其升高时能以对应的量取代相应药物片段的微流控芯片的计算单元的通道中，固定有两段水凝胶；第一段水凝胶中仅固定相应的计算分子；第二段水凝胶中所固定的计算分子上，还预先杂交有相应的药物片段分子；当原癌基因分子(即含有癌症相关基因的待检测分子中的一类，另一类待检测分子是抑癌基因)在低压电场作用下，进入第一段水凝胶，和相应的计算分子杂交而被其捕获；捕获的速度与原癌基因分子的浓度呈相关性；当基因表达在正常范围的上限时，经过一定时间的电泳，原癌基因恰好走到第一段水凝胶的另一侧边缘；而当基因表达升高时，由于杂交的速度更快，经过相同时间的电泳，升高部分的原癌基因可穿过第一段水凝胶，到达其下游，并在电场作用下，进入第二段水凝胶和计算分子杂交，而将相应的药物片段分子取代下来，取代的量与基因表达升高的量相对应，取代下来的药物片段分子在电场的作用下进一步传递到输出单元。其二，在计算抑癌基因表达是否降低并取代相应药物片段的微流控芯片的计算单元的通道中，固定有两段水凝胶第一段水凝胶中固定相应的计算分子，并预先杂交有相应的药物片段分子；第二段水凝胶为空白水凝胶，仅起到阀的作用，不参与计算；抑癌基因分子在低压电场作用下，首先进入第一段水凝胶，将相应的药物片段分子取代下来(取代的速度与抑癌基因分子的浓度呈相关性)；当抑癌基因表达在正常范围下限时，经过一定时间的电泳，抑癌基因恰好走到第一段水凝胶的另一侧边缘，将所有的药物片段分子全部取代下来，被取代下来的药物片段分子随后被弃除；当抑癌基因表达降低时，由于取代速度变慢，经过相同时间的电泳，仍有一部分药物片段不会被取代下来而保留在水凝胶中，取代下来的部分被弃除。保留在水凝胶中的部分在改变电泳条件时冲洗下来，这部分的量和基因表达降低的量相对应，在电场的作用下进一步传递到输出单元。在作为载体的微流控芯片的输出单元中，当原癌基因表达升高，抑癌基因表达降低时被传递来的相应的药物片段，可在不完整的自杀基因分子相应的缺口的位置与之杂交，并在T4DNA连接酶的作用下将药物片段分子与不完整的自杀基因之间的缝隙连接上，将相应的缺口填补。当所有的缺口都被填补时，没有抗癌活性的不完整的自杀基因分子就成为完整的自杀基因分子，具有了抗癌活性。总之，本发明首次采用微流控芯片作为载体将DNA计算机应用于癌症的基因诊断和治疗当中，利用微流控芯片高通量的特点，同时计算多种癌症相关基因的表达情况(原癌基因是否升高、抑癌基因是否降低)，在诊断成立时合成并释放功能性的药物——完整的自杀基因，在诊断不成立时，释放的仅为无功能的药物片段。该方法与纳米技术和微加工技术相结合，有助于提高癌症的靶向治疗。下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明图1为该DNA计算机的分子之间关系示意图；图2为该DNA计算机的载体——微流控芯片结构示意图(含一条计算原癌基因表达是否升高的通道和一条计算抑癌基因表达是否降低的通道)；图3为计算原癌基因表达是否升高的原理示意图之一；图4为计算原癌基因表达是否升高的原理示意图之二；图5为计算原癌基因表达是否升高的原理示意图之三；图6为计算抑癌基因表达是否降低的原理示意图之一；图7为计算抑癌基因表达是否降低的原理示意图之二；图8为计算抑癌基因表达是否降低的原理示意图之三；图9为功能性药物连接示意图；图10为正常范围上限的原癌基因C-erbB-2在第一段水凝胶中的电泳荧光图；图11为五种不同浓度的原癌基因C-erbB-2的计算结果图；图12改变电泳条件时药物片段B被洗脱的电泳荧光图；图13为五种不同浓度的抑癌基因nm23的计算结果图；图14为不同诊断情况下的药物合成的结果电泳谱图之一；图15为不同诊断情况下的药物合成的结果电泳谱图之二；图16为不同诊断情况下的药物合成的结果电泳谱图制三；图17为不同诊断情况下的药物合成的结果电泳谱图之四；图18为不同诊断情况下的药物合成的结果电泳谱图之五。具体实施方式实施例1我们以乳腺癌为例，说明自动合成并靶向释放抗癌药物的过程控制方法的可行性。我们计算了与乳腺癌关系最为密切的两种基因，即原癌基因C-erbB-2和抑癌基因nm23，表达升高和降低的情况，并在两者表达均符合诊断标准时，合成完整的自杀基因HSV-tk作为抗癌药物并将其释放。在体外实验中，我们采用合成的较短的DNA分子来代替较长的原癌基因和抑癌基因。与原癌基因相对应的为计算分子1和药物片段A，与抑癌基因相对应的为计算分子2和药物片段B。用与药物片段A和B互补的模板链来代替不完整的自杀基因分子。药物片段A和B可与模板链相结合，形成杂交双链，并在T4DNA连接酶的作用下连接成完整的双链，这个完整的双链表示功能性的药物，如图9所示。为了便于检测，在基因分子和药物片段分子的末端用荧光基团标记，FAM基团在494nm波长激发，522nm波长检测时发出绿色荧光，TAMRA基团在560nm波长激发，582nm波长检测时发出红色荧光。药物片段A和B连接时需要有磷酸根基团(P04-)的参与。计算分子标记有丙烯酰胺基团(acrylamide-)，可通过共价键固定在丙烯酰胺水凝胶中。分子的序列和修饰的情况详见表1。表1DNA计算机所需分子的核苷酸序列及标记<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>本实施例所用芯片为图2所示含有两条并行通道的玻璃芯片，通道宽200ym，深80ym，全长(从样品池1或6到酶连池13)约50mm，通道中固定的每段水凝胶长度均为lmm，液池的直径为2mm。将含有10iim计算分子的丙烯酰胺溶液注入通道中，待通道中充满该溶液时，用黑色不透明胶布将芯片的其他部分遮盖住，仅将需要形成水凝胶的通道部分露出，在紫外灯下曝光5分钟，暴露的部分就形成了固定有计算分子的水凝胶。将其他部位未形成水凝胶的丙烯酰胺溶液，通过真空泵从水凝胶两侧的液池吸走。通过此方法，可在计算原癌基因是否升高的通道中形成两段含有计算分子1的水凝胶，在计算抑癌基因是否降低的通道中形成一段含有计算分子2的水凝胶和一段空白水凝胶(不含任何计算分子)，在输出单元的通道内形成一段空白水凝胶(不含任何计算分子)。将药物片段A加入液池4中，在液池4和5之间施加48v电压，药物片段A进入水凝胶中和计算分子1杂交，经5分钟电泳后，杂交达到饱和，将液池4和5中的剩余液体弃除，同样可将药物片段B预先杂交在计算分子2上，各个缓冲液池中均充入高盐的缓冲液IXTE和O.5MNaCl。计算的过程在荧光显微镜下检测。我们设定l2ym为基因表达的正常范围。在计算原癌基因是否升高的通道中，首先考察正常范围上限即2iim的原癌基因C-erbB-2到达第一段水凝胶右侧边缘的时间，实验证明为3分钟，结果如图IO所示。因此我们将第一步电泳的时间定为3分钟。考察5种不同浓度的C-erbB-2的计算结果。不同浓度的C-erbB-2分别从液池1中输入，在液池1和3之间施加48v的电压，电泳时间为3分钟，然后在液池3和5之间施加48v电压4分钟，再在液池5和13之间施加48v电压5分钟，结果如图11所示经3分钟电泳，C-erbB-2表达升高时(5和lOiim)，穿过第一段水凝胶，经第二步电泳，进入第二块水凝胶，取代了药物片段A，被取代下来的药物片段A经第三步电泳，经过空白水凝胶到达液池13。当C-erbB-2表达不升高时(l和O.2iim)，经第一步电泳尚未到达第一段水凝胶的右侧边缘，液池5中不会出现C-erbB-2，应此不能取代药物片段A。以上结果验证了，只有原癌基因表达升高时才会有相应的药物片段被传递到输出单元。如图12所示，改变电泳条件时，将电压方向切换，缓冲液由高盐(IXTE和O.5MNaCl)改为低盐(1XTE)后，经6分钟电泳，药物片段B可全部被冲洗下来。在计算抑癌基因是否降低的通道中，首先考察正常范围下限即1ym的抑癌基因nm23到达第一段水凝胶右侧边缘的时间，也就是将药物片段B全部取代下来的时间，实验证明为4分钟。考察5种不同浓度nm23的计算结果。不同浓度的nm23分别从样品池6中输入，在液池6和8之间施加48v的电压，电泳时间为4分钟，然后将液池8中的液体弃去，重新加入缓冲液1XTE和0.5MNaCl，将样品池6中的液体改为1XTE，切换液池6和8之间的电压方向，电泳6分钟，然后再经第三步电泳(液池8和13之间)，时间为8分钟。结果如图13所示经4分钟电泳，nm23表达降低时(0.2和0.02ym)，尚未到达第一段水凝胶的右侧边缘，不能将药物片段B完全取代，保留的药物片段B在改变电泳条件时，经第二步电泳，被冲洗下来，被冲洗下来的药物片段B经过第三步电泳，经过两段空白水凝胶到达液池13。当nm23表达不降低时(1和0.2ym)，经第一步电泳药物片段B被完全取代下来后并弃除，因此，即使改变电泳条件，也不会有药物片段B被冲洗下来。以上结果验证了，只有抑癌基因表达降低时才会有相应的药物片段被传递到输出单元。在液池13中预先存放有药物模板和T4DNA连接酶反应体系，在经过上下两条通道均完成三步电泳后，于室温下(25t:左右)，在酶连池中进行30分钟的酶连反应。由于药物片段分子是否连接成完整的双链，仅依靠荧光无法证明，需要通过长度来验证。因此，酶连结果在另一块十字芯片上，进行芯片电泳，将酶连反应后的不同组分分离后，激光诱导荧光检测，电泳谱图如图1418所示。图中B表示药物片段B，AB表示药物片段A和B连接后的完整的功能性药物，药物片段A标记的荧光在本实验检测条件下被滤掉，因此检测不到药物片段A的峰。图14为标准样品的电泳谱图；图15为原癌基因升高、并且抑癌基因降低时药物合成结果的电泳谱图；图16为只有原癌基因升高、抑癌基因表达不降低时药物合成结果的电泳谱图；图17为只有抑癌基因表达降低、原癌基因不升高时药物合成结果的电泳谱图；图18为原癌基因不升高、并且抑癌基因也不降低时药物合成结果的电泳谱图。从图中可以看出，只有原癌基因和抑癌基因表达均符合诊断标准，即诊断成立时，才会有功能性的药物合成并释放，只要有一种不符合诊断标准，即诊断不成立时，没有功能性的药物合成并释放，释放的仅为无功能的药物片段。这说明该DNA计算机有助于癌症的靶向治疗。实施例2针对与肝癌相关的四种基因设计了四种相应的计算分子、药物片段分子和有四个缺口的自杀基因分子以及有四条并行通道的微流控芯片。按照与实施例l相同的计算原理对基因的表达情况进行计算当匪P-9和CD34基因表达升高，同时野生型P53和Rb基因表达降低时，有相应的药物片段传递到输出单元，将自杀基因上的缺口填补，形成完整的自杀基因；当其中任何一种基因表达不符合诊断标准时，则没有完整的自杀基因形成并释放。实施例3针对与前列腺癌相关的六种基因我们设计了六种相应的计算分子、药物片段分子和有六个缺口的自杀基因分子以及有六条并行通道的微流控芯片。按照与实施例l相同的计算原理对基因的表达情况进行计算当PSMA、Pim-l、KLKll、PSA表达升高，同时IGF1和P27表达降低时，有相应的药物片段传递到输出单元，将自杀基因上的缺口填补，形成完整的自杀基因；当其中任何一种基因表达不符合诊断标准时，则没有完整的自杀基因形成并释放。实施例4一种能自动合成并可靶向释放乳腺癌抗癌药物的方法本实施例与实施例1内容基本相同，其不同之处主要在于1)我们针对下述与乳腺癌相关的原癌基因(C-erbB-2、EGFR、c-myc、ras、int-2、bcl-2、BAG-1、BCSG-2、survivin)中的至少一种和与乳腺癌相关的抑癌基因(P53、nm23、PTEN、Rb、P16、P21、CHEK2、BRCA1、BRCA2)中的至少一种作为设计依据，进行药物片段分子的设计工作。2)我们针对1)中所选的药物片段分子设计带有缺口的不完整的自杀基因分子，具体为带有与其所选定的药物片段分子相对应的相同序列的缺口的双链DNA分子。3)作为载体的微流控芯片的计算单元以及计算通道根据上述1)、2)过程的具体情况选用，试验参数等也与之匹配。1权利要求一种基于微流控芯片的癌症基因检测方法，其特征在于所述方法具体是通过生化反应，对与癌症相关的各种基因之一或其组合的表达情况进行计算，并在计算结果符合要求时，自动合成并靶向释放有效的抗癌药物完整的自杀基因；然后通过测量完整自杀基因的有无、其完整程度以及浓度来判断癌症基因的具体情况；在如上所述的计算过程中，所述作为运算介质的生物分子具体是DNA分子和/或酶。2.按照权利要求1所述基于微流控芯片的癌症基因检测方法，其特征在于所述作为运算介质的DNA分子具体为与每种癌症相关基因相对应的计算分子和药物片段分子以及带有多个缺口的不完整的自杀基因分子；所述自杀基因分子上缺口的序列和数量与药物片段分子的序列和数量相对应。3.按照权利要求2所述基于微流控芯片的癌症基因检测方法，其特征在于所述作为运算介质的DNA分子中，与每种癌症相关基因相对应的计算分子和药物片段分子为单链DNA分子，带有缺口的不完整的自杀基因分子为双链DNA分子。4.按照权利要求3所述基于微流控芯片的癌症基因检测方法，其特征在于所述癌症基因检测方法中，当被检测对象中对应的癌症相关基因表达超出正常范围时，超出部分的癌症相关基因可将全部或部分的药物片段分子从其与计算分子的匹配关系中置换取代下来，使原有的计算分子与癌症相关基因杂交的结构变为新的更为稳定的结构；当癌症相关基因的表达不符合诊断标准时，亦即药物片段分子中的部分或者全部没有从其与计算分子的匹配关系中被置换取代下来时，就不能与带有缺口的不完整的自杀基因分子结合形成完整的自杀基因分子从而具有抗癌作用。5.按照权利要求4所述基于微流控芯片的癌症基因检测方法，其特征在于所述癌症基因检测方法中所述作为运算介质的酶为T4DNA连接酶；所述药物片段分子与计算分子在结构上互补，其二者能够实现杂交；具体而言，所述药物片段分子与不完整的自杀基因分子上的缺口序列相同；药物片段分子在T4DNA连接酶的作用下能够将不完整的自杀基因上的缺口填补，使其形成完整的自杀基因；相对于药物片段分子而言，癌症相关基因与计算分子互补序列较长，癌症相关基因更易于与计算分子杂交而将药物片段分子取代下来。6.按照权利要求5所述基于微流控芯片的癌症基因检测方法，其特征在于当原癌基因或抑癌基因这两类癌症相关基因将相应的药物片段分子从其与计算分子的匹配对应关系中取代下来时，被取代下来的药物片段分子在电场的作用下靶向释放到含有不完整的自杀基因的对应的目的区域；从而与不完整的自杀基因在T4DNA连接酶体系中合成具有抗癌作用的完整药物。7.按照权利要求6所述基于微流控芯片的癌症基因检测方法，其特征在于所述癌症基因检测方法依据载体实施，所述载体是微流控芯片，其在结构上具体分为三个功能单元输入单元、计算单元和输出单元；其中，计算单元布置在输入单元和输出单元之间，这三个单元之间液体流路顺序联接，并在电场作用下可以形成药物片段分子的定向移动控制；所述基于微流控芯片的癌症基因检测方法中，计算分子固定在作为载体的微流控芯片的计算单元上；药物片段分子预先杂交在计算分子上；不完整的自杀基因和T4DNA连接酶体系预先放置在输出单元中。8.按照权利要求7所述基于微流控芯片的癌症基因检测方法，其特征在于在微流控芯片的输出单元，从计算单元传递来的药物片段分子和不完整的自杀基因杂交并在T4DNA连接酶的作用下进行酶连反应，将相应的缺口填补；当癌症相关基因的表达符合要求时，相应的药物片段将不完整的自杀基因上的缺口全部填补，此时即有完整的自杀基因被合成并作为抗癌药物释放；只要有一种基因表达不符合诊断标准，缺口就不会被完全填补，对应地就不能有完整的自杀基因被合成，释放的仅为没有抗癌作用的不完整的自杀基因。9.按照权利要求8所述基于微流控芯片的癌症基因检测方法，其特征在于将计算分子固定在作为载体的微流控芯片的计算单元的具体过程是将末端修饰有丙烯酰胺基团或氨基基团的计算分子溶解于丙烯酰胺溶液中，终浓度为520iim;经紫外曝光后，固定在丙烯酰胺水凝胶中；所述作为载体的微流控芯片中，输入单元含有1300个样品池，不同的癌症相关基因分别由不同的样品池输入；所述微流控芯片中的计算单元具体为分别与各个样品池相连的同等数量的并行通道；每个通道里含有与癌症相关基因相对应的计算分子和药物片段分子，分别对不同基因的表达情况进行计算并传递相应药物片段，不同通道的计算是同时独立进行的，互不干扰；所述微流控芯片中的输出单元含有一条通道和一个酶连池，酶连池中含有不完整的自杀基因分子和T4DNA连接酶反应体系；从计算单元不同通道传递来的药物片段分子通过输出单元的通道汇集到酶连池中进行酶连反应；在输出单元的通道中固定了一段空白水凝胶，它不仅可以起到阀的作用，并且由于水凝胶有浓縮DNA分子的作用，从计算单元传递来的药物片段分子在此处检测要比在酶连池中检测更为灵敏。10.按照权利要求9所述基于微流控芯片的癌症基因检测方法，其特征在于所述基于微流控芯片的癌症基因检测方法还满足下述两种要求之一其一，在计算原癌基因表达是否升高并在其升高时能以对应的量取代相应药物片段的微流控芯片的计算单元的通道中，固定有两段水凝胶；第一段水凝胶中仅固定相应的计算分子；第二段水凝胶中所固定的计算分子上，还预先杂交有相应的药物片段分子；当原癌基因分子在低压电场作用下，进入第一段水凝胶，和相应的计算分子杂交而被其捕获；捕获的速度与原癌基因分子的浓度呈相关性；当基因表达在正常范围的上限时，经过一定时间的电泳，原癌基因恰好走到第一段水凝胶的另一侧边缘；而当基因表达升高时，由于杂交的速度更快，经过相同时间的电泳，升高部分的原癌基因可穿过第一段水凝胶，到达其下游，并在电场作用下，进入第二段水凝胶和计算分子杂交，而将相应的药物片段分子取代下来，取代的量与基因表达升高的量相对应，取代下来的药物片段分子在电场的作用下进一步传递到输出单元。其二，在计算抑癌基因表达是否降低并取代相应药物片段的微流控芯片的计算单元的通道中，固定有两段水凝胶第一段水凝胶中固定相应的计算分子，并预先杂交有相应的药物片段分子；第二段水凝胶为空白水凝胶，仅起到阀的作用，不参与计算；抑癌基因分子在低压电场作用下，首先进入第一段水凝胶，将相应的药物片段分子取代下来；当抑癌基因表达在正常范围下限时，经过一定时间的电泳，抑癌基因恰好走到第一段水凝胶的另一侧边缘，将所有的药物片段分子全部取代下来，被取代下来的药物片段分子随后被弃除；当抑癌基因表达降低时，由于取代速度变慢，经过相同时间的电泳，仍有一部分药物片段不会被取代下来而保留在水凝胶中，取代下来的部分被弃除。保留在水凝胶中的部分在改变电泳条件时被冲洗下来，这部分的量和基因表达降低的量相对应，在电场的作用下进一步传递到输出单元。全文摘要一种基于微流控芯片的癌症基因检测方法，所述方法具体是通过生化反应，对与癌症相关的各种基因之一或其组合的表达情况进行匹配计算，并在计算结果符合要求时，自动合成并靶向释放有效的抗癌药物完整的自杀基因；然后通过检测完整自杀基因的有无以及其完整程度来判断癌症基因的具体情况；在如上所述的计算过程中，所述作为运算介质的生物分子具体是DNA分子和/或酶。本发明首次提出一种全新的基于微流控芯片的癌症基因检测方法，该方法与纳米技术和微加工技术相结合，有助于提高癌症的有效和快速检测，并同时也为相关治疗提供了重要方向。文档编号C12Q1/68GK101748205SQ20081022939公开日2010年6月23日申请日期2008年12月8日优先权日2008年12月8日发明者于浩,张宇,林炳承,秦建华申请人:中国科学院大连化学物理研究所