专利名称：低成本智能化的生物芯片点样仪的制作方法
技术领域：
本发明属于生物技术领域，具体地设计一种通过改造数字式X-Y绘图仪(digital X-Y plotter)而制作的生物芯片点样仪及其用途。
背景技术：
生物芯片(biochip)是一种用来平行检测生物样品中大量指标的微量分析工具，其核心技术是在玻璃等固体基片表面以一种可寻址的方式形成代表大量基因或蛋白质的探阵的微阵列，通过在其上进行杂交反应而对生物样品进行高通量平行分析。生物芯片在新药开发、疾病诊断、临床监测和生命科学研究等方面都有广泛的潜在应用，是一个新兴产业。
目前，生物芯片的制作多采用复杂的生物芯片点样仪(biochip arrayer)将微量的生物样品按预定的方式转移到支持介质上，形成微阵列。由于采用x，y，z三轴长程精密定位使得仪器非常昂贵，从而在一定意义上阻碍了生物芯片市场的发展。
因此，本领域迫切需要开发低价格的生物芯片点样仪。
发明内容
本发明的目的就是提供一种低成本的生物芯片点样仪，该芯片点样仪可准确地和/或智能化地完成芯片的点样。
在本发明的第一方面，提供了一种生物芯片点样仪，它包括一数字式X-Y绘图仪，所述的绘图仪设有夹持点样针的点样针夹具头，而且所述绘图仪具有点样区、洗涤区、干燥区和样品放置区，其中点样区用于放置待点样的生物芯片基片；洗涤区用于洗涤点样针；干燥区用于干燥点样针；样品放置区用于放置点样样品；一水泵，该水泵与所述的洗涤区相连，将洗涤用水输送至洗涤区；
一真空泵，该真空泵与所述的干燥区相连；一计算机，该计算机与绘图仪相连并控制点样针的移动。
在一优选例中，所述的点样针夹具头与所述的点样针之间有一缓冲层。
在另一优选例中，所述的缓冲层的厚度是0.5-3.0毫米，较佳地是1-2毫米，更佳地是约1.5毫米。
在另一优选例中，所述的缓冲层是橡胶缓冲层。
在另一优选例中，所述的绘图仪还包括一预点样区，用于去除点样针上多余的样品。更佳地，所述的预点样区位于样品放置区和点样区之间。
在本发明的第二方面，提供了一种数字式X-Y绘图仪的用途，所述的数字式X-Y绘图仪被用于制造生物芯片点样仪。
图1是本发明生物芯片点样仪的示意图。
图2是本发明部分组件的示意图，其中图2A是点样针示意图；图2B是点样针夹具头；图2C是点样针洗涤器；图2D是样品板座和抽干器示意图。
图3是点样控制程序的方框图。
图4和图5是用本发明装置制作的生物芯片的照片。
具体实施例方式
数字式x-y绘图仪是一种普通的计算机外围设备，用于按照计算机的指令在x-y二维平面上绘制图形。它可以在一定二维平面内任意指定位置进行精确定位，从而可以通过对它进行机械上的改造和编程而制作出低成本的简易生物芯片点样仪。
本发明利用数字式X-Y绘图仪可以在二维平面上精确定位的特点，对其在机械上进行改造，并基于其指令集在Windows操作系统下编制了控制软件，从而制成了一种低成本的智能化生物芯片点样仪。该点样仪具有成本低、智能化和灵活性强的特点。
本发明中的低成本生物芯片点样仪包括以下组件
一数字式X-Y绘图仪；一水泵；一真空泵和一计算机。
点样仪的整体结构示意图见图1。其中数字式X-Y绘图仪与一计算机相连，由计算机控制绘图仪中点样针的运动。
数字式X-Y绘图仪是本发明装置中的核心组件。本发明主要利用数字式X-Y绘图仪的行走和控制(数字控制)部分，通过编程对生物芯片点样过程进行操作和控制。本发明点样仪的点距精度和工作范围由数字式X-Y绘图仪的移动精度和行程范围所决定。
本发明点样仪设有点样区40(在数字式X-Y绘图仪的行程范围)，用于放置待点样的生物芯片基片。
点样仪还设有洗涤区10，该洗涤区10与水泵相连，以便洗涤用水能够达到洗涤区并洗涤点样针。
点样仪还设有干燥区20，该干燥区20与真空泵相连，从而使洗涤后的点样针能够在干燥区通过抽真空的方式快速干燥。
点样仪还设有样品放置区30，用于放置点样的样品，例如装有DNA或蛋白质的96孔板。在点样区用于放置待点样的生物芯片洗涤区10、干燥区20和样品放置区30的设置位置没有特别限制，只要在原数字式X-Y绘图仪中绘图笔的移动范围内即可。此外，洗涤区10、干燥区20和样品放置区30的位置宜相互靠近，以便缩短洗涤、干燥和取样的时间。
此外，在一优选例中，还包括一预点样区50(如载玻片，PVDF膜)，用于去除点样针上多余的样品。在另一优选例中，所述的预点样区位于样品放置区和点样区之间。
在本发明的一优选例中，在数字式X-Y绘图仪上增加的部件包括(如图2所示)A.点样针(spotting pin)；B.点样针夹具头(pin holder)；C.点样针洗涤器(pin washer)；D.样品板座和抽干器(Sample plate contaiher and drying station)。
常规的芯片点样针都可用作本发明装置的点样针，例如TeleChem公司产品。点样针头通常采用特种不锈钢作为材料。
在本发明中，点样针夹具头没有特别限制。夹具头可以是任何形式，只要能夹住点样针即可。
在点样针的尾部和固定装置(夹具头)之间有一层一定厚度的起缓冲作用的缓冲层。缓冲层通常选用的材料是橡胶。缓冲层的厚度通常为0.5-2.5毫米，较佳地为1-2毫米，更佳地约为1.5毫米。通过设置该缓冲橡胶层，既可以缓冲点样动作以保护针尖，又能保证所点得点不会拖成线。
洗针器是点样针的洗涤装置，可以选用本领域常见的洗涤装置和方式。然而，一种优选的洗涤方式是这样的蠕动泵驱动蒸馏水自下向上从洗针器的孔中溢出，废水流到环绕小孔的凹槽中流走。
样品板座用于放置点样样品，例如一块标准的96孔板或384孔板。通常，在位于样品板座一侧是抽干器，它是点样针的抽干装置抽干小孔与真空泵连通，从而沾在点样针表面的水可以被负压吸掉。
在本发明中，智能控制是通过与绘图仪相连的计算机实现的。可利用原有的数字式X-Y绘图仪的指令集在Windows操作系统下编制了控制软件，从而制成了一种低成本的智能化生物芯片点样仪。
一种控制软件的流程图如图3所示。当程序启动后首先进初始化，可在点样方案设置向导对话框中设置各种仪器参数、动作参数、样品参数和微阵列参数，也可调用缺省设置。然后等待开始点样指令，点样时先按照设定进行点样针的洗涤，干燥，然后到设定位置取样品，按设定位置和参数在预点样区将沾在针表面的多余样品甩掉后，再按照设定的位置和参数在微阵列区进行点样，然后判断点样是否完成，如果点样没有完成，则进入下一个循环。以上就构成一个循环。点样完成后，给出一个微阵列中各点样品名称的报表，可以保存为文本文件。
可用于本发明的芯片基片没有特别限制，可以是本领域常规的各种芯片基片。
点样完成后所制作的芯片可用常规方法进行检验，例如用GSI Lumonics公司的ScanArray 5000或者普通荧光显微镜检测。一种检测方法为首先，将特异结合芯片上的蛋白质的抗体用ScanArray 5000可以检测的荧光探针进行标记。然后，制成的蛋白质芯片在经过封闭后与荧光探针标记的抗体溶液反应。最后，经过适当的洗涤后，用ScanArray 5000进行检测。检测结果都证明此低成本生物芯片点样仪所制作的芯片是可以接受的。
本发明的优点在于本发明所提供的生物芯片点样仪灵活性好、成本低和智能化程度高，可以将放置在标准96孔板或384孔板上的DNA或蛋白质样品按客户预先设定的方式在活化的标准载玻片或PVDF膜等支持介质上制成DNA或蛋白质微阵列。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1点距150微米的异硫氰酸荧光素标记的牛血清白蛋白的微阵列的制作在本实施例中使用的点样仪的结构如图1和图2所示，包括一数字式X-Y绘图仪(美国Roland DG Corporation公司产品DXY-880型)，所述的绘图仪设有夹持点样针的点样针夹具头，而且所述绘图仪具有点样区、洗涤区、干燥区和样品放置区；一水泵，该水泵与所述的洗涤区相连，将洗涤用水输送至洗涤区；一真空泵，该真空泵与所述的干燥区相连；一计算机，该计算机与绘图仪相连并控制点样针的移动。
此外，在点样针夹具头与所述的点样针之间有一厚度是1.0、1.5或2.0毫米橡胶缓冲层。点样针为TeleChem公司产品产品。
按照Hermanson的方法(Hermanson，G.T.(1995)Bioconjugate techniques.Academic Press，Dan Diego，303-305.)用异硫氰酸荧光素标记的牛血清白蛋白。取360微升置于96孔板的一个孔内，用该生物芯片点样仪在聚赖氨酸化的载玻片(Sigma公司产品)上制作8×8的微阵列。经洗涤后用荧光显微镜检测，照片如图4，其中芯片上各点样点的中心间距为150微米。
实施例2点距为500微米的人免疫球蛋白G的微阵列的制作将不同浓度的(2微克/毫升-1毫克/毫升，共分10个梯度)人免疫球蛋白G溶于含40％甘油的50豪摩尔的pH9.0硼砂缓冲液中。各取360微升置于96孔板的相邻孔内，用该生物芯片点样仪在活化的载玻片上制作8×8的微阵列。制成的人免疫球蛋白G芯片在经过封闭后与按照Hermanson的方法用异硫氰酸荧光素标记的羊抗人免疫球蛋白G抗体溶液反应。经洗涤后用ScanArray 5000的外接488纳米激光光源进行扫描检测，图片如图5，其中芯片上各点样点的中心间距为500微米。在上述浓度范围内(2微克/毫升-1毫克/毫升)内都可有效地完成点样。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
权利要求
1.一种生物芯片点样仪，其特征在于，它包括一数字式X-Y绘图仪，所述的绘图仪设有夹持点样针的点样针夹具头，而且所述绘图仪具有点样区、洗涤区、干燥区和样品放置区，其中点样区用于放置待点样的生物芯片基片；洗涤区用于洗涤点样针；干燥区用于干燥点样针；样品放置区用于放置点样样品；一水泵，该水泵与所述的洗涤区相连，将洗涤用水输送至洗涤区；一真空泵，该真空泵与所述的干燥区相连；一计算机，该计算机与绘图仪相连并控制点样针的移动。
2.如权利要求1所述的生物芯片点样仪，其特征在于，所述的点样针夹具头与所述的点样针之间有一缓冲层。
3.如权利要求2所述的生物芯片点样仪，其特征在于，所述的缓冲层的厚度是0.5-3.0毫米。
4.如权利要求2所述的生物芯片点样仪，其特征在于，所述的缓冲层的厚度是1-2毫米。
5.如权利要求2所述的生物芯片点样仪，其特征在于，所述的缓冲层的厚度是约1.5毫米。
6.如权利要求2所述的生物芯片点样仪，其特征在于，所述的缓冲层是橡胶缓冲层。
7.如权利要求1所述的生物芯片点样仪，其特征在于，所述的绘图仪还包括一预点样区，用于去除点样针上多余的样品。
8.如权利要求7所述的生物芯片点样仪，其特征在于，所述的预点样区位于样品放置区和点样区之间。
9.一种数字式X-Y绘图仪的用途，其特征在于，它被用于制造生物芯片点样仪。
全文摘要
本发明提供了一种生物芯片点样仪，它包括(a)一数字式X－Y绘图仪，所述的绘图仪设有夹持点样针的点样针夹具头，而且所述绘图仪具有点样区、洗涤区、干燥区和样品放置区；(b)一水泵；(c)一真空泵；(d)一与绘图仪相连并控制点样针的移动的计算机。本发明的生物芯片点样仪灵活性好、成本低和智能化程度高。
文档编号G01N33/50GK1447118SQ0211111
公开日2003年10月8日 申请日期2002年3月21日 优先权日2002年3月21日
发明者阮康成, 陈忠明, 梁汝强 申请人:中国科学院生物化学与细胞生物学研究所