一种以微、纳磁为基础的基因芯片检测方法

专利名称：一种以微、纳磁为基础的基因芯片检测方法
技术领域：
本发明涉及一种基因芯片检测方法，尤其是在生物芯片、蛋白质等生物大分子的微阵列领域进行基因芯片检测的方法。
背景技术：
基因芯片(或称DNA微 阵列)技术在生物检测、疾病诊断、药物筛选和基因序列分析上有着极其重要的意义，是目前发展较快的一种高通量筛选技术。它是把大量已知序列的寡核苷酸探针集成在同一个基片上(如玻璃、尼龙膜等载体)，然后将标记好同位素、酶或荧光等的若干靶核苷酸序列与芯片特定位点上的探针杂交，接着利用各种成像技术，将标记杂交后的信号读出，最后对生物细胞或组织中大量的基因信息进行分析的一套检测系统。因此，如何对靶核苷酸序列进行标记及如何读出杂交后的标记信号对发展高通量、操作简单及成本较低等优点的基因芯片检测技术具有十分重要的作用。在生物分子标记与检测方面，尽管传统同位素标记法灵敏度高，但空间分辨率低，另外，同位素扫描成像系统与反应物需特殊处理防止辐射污染。而酶标记法的使用过程中需要一些生色底物，如辣根过氧化物酶、碱性磷酸酶均要对应的生色底物。因此，尽管其检测系统为CCD，成本低，但只能适用一些多孔检测板(如96孔板)等低密度检测。而荧光标记是目前应用最为广泛的一种技术，被国际上Affymetrix公司等重要生物芯片制备公司所采用。特别是激光共聚焦显微扫描技术的发展，可以对高密度探针阵列每个位点的荧光强度进行定量分析。因为探针与样品完全正常配对时所产生的荧光信号强度是具有单个或两个错配碱基探针的5-35倍。使用时只要将杂交后的芯片经处理后固定在计算机控制的二维传动平台上，并将一物镜置于其上方，由氩离子激光器产生激发光经滤波后通过物镜聚焦到芯片表面，激发荧光标记物产生荧光，光斑半径约为5-10 μ m。同时通过同一物镜收集荧光信号经另一滤波片滤波后，由冷却的光电倍增管探测，经模数转换板转换为数字信号。通过计算机控制传动平台X-Y方向上步进平移，DNA芯片被逐点照射，所采集荧光信号构成杂交信号谱型，送计算机分析处理，最后形成20 μ m象素的图像。但荧光分子容易出现光漂白现象、动力学范围窄，另外，所涉荧光扫描仪因需要精密的光学系统而出现成本高等缺点。因此，如何结合不同生物分子标记方法的探索，对大量的信息进行简单、价格便宜地解读，仍是科学家的梦想，是目前的一个艰巨的技术问题。受纳米材料技术发展影响，利用纳、微米级的超顺磁性颗粒进行生物分子标记，然后将生物识别过程中产生的磁信号转化为电信号进行检测就是这方面的一个重要尝试。如1998年，美国海军实验室(NRL)率先提出利用GMR效应(它是指材料的电阻率随着材料磁化状态的变化而呈现显著改变)和免疫磁标记实现GMR生物传感器的设想，并通过测量DNA、抗原-抗体等实验，证明了其方案的可行性。随后，他们发展了用于计量标记磁珠的“磁标记阵列计数器” BARCI。该DNA阵列芯片由尺寸为80 μ mX 20 μ m的64个GMR传感磁条构成8个传感区构成，随后他们又将传感器的长宽比提高到80 μ mX 5 μ m。2002年，德国Schotter等为进一步提高磁性颗粒在传感器上的覆盖度，进一步将传感器磁条设计为螺旋型。该结构不仅大幅度地扩大了传感器的长宽比，改善了信噪比值，同时由于使用了尺寸更小的磁珠(直径O. 35 μ m)，使得单位探测面积内所富集的标记磁珠更多，从而扩大了探测的有效作用区域。受此启发，2003年，NRL又推出了 BARCIII，即80mmX1.6ym螺旋型GMR传感器，同时将磁条电阻增加到42k Ω，饱和磁化强度和磁电阻变化率分别提高到30mT和15%。最近，Porter等还进一步发展了含内校准的GMR微阵列。与此同时，国内一些科研单位，如中国科学院电工研究所、清华大学、电子科技大学等，也先后开展以上领域的研究，并取得了一定的进展。清华大学等利用三步光刻工艺制备了 GMR传感器，采用交流检测的方式对200 μ g/mL的2 μ m免疫磁球进行了初步检测。结果显示尽管不含磁球的溶液会造成信号的波动，但不影响传感器的最终稳定输出，附着磁球后产生了 350μν的信号输出需要指出的是，尽管围绕磁标记进行生物检测方法与专利方面有了很多报道，但受于磁标记方面的技术限制(磁颗粒中的磁含量低、磁信号太弱)，上述工作主要集中在单个传感器或其传感器构成的微阵列研究上，不具有高通量、价格便宜等技术优势，更难以与基因芯片中的荧光标记及相应地激光共聚焦显微扫描技术相对比。而本申请的发明人在磁标记方面，发展了特有的“钯标磁染”的技术(已申请专利保护，申请号为20111002392. 4)，该技术大大改变了磁颗粒的标记过程，极大的提高了其最大饱和磁化强度，降低了磁检测装置的要求，从而从根本上改变了以上对应的磁检测手段。但是，由于研究的局限性，发明人未能在之前的申请中具体公开“钯标磁染”技术在基因芯片方面的应用。

发明内容
发明目的本发明的目的在于针对现有荧光扫描、“磁标记阵列计数器”等技术的不足，结合“钯标磁染”技术，提供一种路线简单、成本经济、使用方便的以微、纳磁为基础的基因芯片检测方法。技术方案本发明所述的以微、纳磁为基础的基因芯片扫描检测方法，是通过微、纳磁头在芯片表面的滑动，快速、高通量的将磁标记点读出，进而给出相关的生物信息。本发明所述以微、纳磁为基础的基因芯片检测方法，具体包括如下步骤(I)芯片制备以长方形或圆形芯片为载体，对其进行表面处理；然后将DNA分子按顺序排列在芯片载体上，其中长方形芯片载体上的DNA分子按行和列的顺序排列，圆形芯片载体上的DNA分子以圆心为中心，沿圆形芯片载体的不同半径周长进行排列；(2)样品制备将样品进行生物处理，获取其中的DNA或RNA，并且利用纳米Pd颗粒进行标记；样品的前期生物处理与传统过程一样，如先后经过基因组DNA提取、特定序列PCR扩增等步骤，唯一不同处原先对DNA进行荧光分子修饰的过程现变为利用纳米Pd颗粒进行标记；可以利用共价结合或生物素-亲和素体系将DNA连上纳米Pd颗粒；(3)生物分子反应将步骤(2)中经纳米Pd颗粒标记过的样品分子与步骤(I)所述芯片载体上的DNA分子进行杂交，杂交液为MicroHyb ;杂交后，样品中的DNA和纳米Pd结合到芯片表面的特定位点，完成芯片的杂交与Pd标记；(4)Pd标“磁”染将步骤⑶获得的杂交后的芯片放入含钴离子的镀液池进行信号放大与“磁”染，在含Pd颗粒的地方“染”上磁性材料钴；该过程不仅沉积上磁性材料，同时也利用Pd的催化过程进行了信号放大；清洗后，留下一步进行磁检测；(5)利用信号读取装置对芯片载体进行扫描，并将检测到的磁信号转化为电信号，从而检测到相关的生物信息。所述信号读取装置包括微、纳磁头、带动所述磁头移动的机械臂以及磁头信号读取控制电路，所述磁头信号读取控制电路由信号发生器、电流放大电路、电磁铁、惠斯登桥路结构的信号检测电路、锁相放大器和计算机构成。其中，磁头由纳、微米尺度的具有自旋阀结构(SV)或磁隧道结(MTJ)等的GMR传感器组成，该传感器对外界磁场十分敏感，可以将其微弱的磁信号转化成电信号；磁头信号读取控制电路如图5中的(B)，采用惠斯登桥路结构的信号检测电路，即两个传感器元件用着惠斯登电桥的参考电阻，两个为传感区，这样可以有效地避免了温度等外界条件对检测信号的干扰，提高信/噪比。此外，考虑到当检测信号非常弱时，由于信/噪比太低，上述电路无法实现对信号的读出，在其后面再增加一套锁相放大器。该装置由信号通道、参考通道和相关器(又称鉴相器)三部分组成，信号通道的作用是将弱信号放大到足以推动相关器工作的电平，并兼有抑制和滤除部分干扰及噪声的功能；相关器是一种完成被测信号与参考信号互相关函数运算的单元电路，由乘法器和积分电路组成；参考通道提供一个和被测信号频率相同的周期信号。整个有关磁头信号读取控制电路的流程图如图5中的(B)所示。带动磁头进行移动的机械系统如图4所示，分为两种第一种是可以在x、y、z三维坐标上进行移动的定位装置，在扫描过程中，可以保持磁头与芯片之间距离不变(z方向)，在X轴或y轴方向上等距离滑动(如基本单位为O. 5mm),具体距离可以根据芯片密度进行调整。第二种是类似唱片机的圆形转动装置，驱动轴安装在圆心，连有磁头的转杆除可以沿圆周移动外，还可以在半径方向上进行伸缩运动，从而可以将整个圆形芯片上的信息获取。需要指出的是，在以上两种扫描过程，通过软件系统将位点的X、y 二维坐标或球形坐标信息与检测到的磁信息相关联。当待测样品中含有与芯片表面互补的DNA序列(探针)时，杂交后，纳米Pd将结合到芯片表面的特定位点。经钴化学镀后，受Pd的催化作用，将在其表面特异性的沉积上一定厚度的Co。并在随后的磁头扫描中，检测到其磁信号。而没有结合纳米Pd的位点处，将无任何Co沉积，也就无磁信号。此外，还可以根据检测到的磁信号强弱进行定量分析。因为探针与样品完全正常配对时所产生的磁信号强度是具有单个或两个错配碱基探针的数十倍。当芯片载体为长方形载玻片时，步骤(5)中，磁头对芯片载体进行扫描时在X-Y轴方向逐行或逐列移动扫描。当芯片载体为圆形载玻片时，步骤(5)中，磁头对芯片载体进行扫描时以圆心为中心，以不同半径沿圆周转动扫描。步骤(5)中所述微、纳磁头由一个或多个微米或纳米尺寸的具有自旋阀结构或磁隧道结效应的GMR传感器组成；所述GMR传感器分布在扫描的机械臂上，通过磁头信号读取控制电路将磁信号转化为电信号。 有益效果本发明以微、纳磁为基础的基因芯片扫描检测方法，通过微、纳磁头在芯片表面的滑动，快速、高通量的将磁标记点读出，进而给出相关的生物信息，检测路线简单、成本经济、使用方便。从整体看，本发明方法有点类似于硬盘工作方式。如大家知道，硬盘作为一种集精密机械、微电子电路、电磁转换为一体的电脑设备，目前被广泛地应用于各种数据存储中。它具有检测精度高、制备成本低、运行速度快等优点。而这些特点同时也与本发明基因芯片扫描检测方法应具有的微型化、高速化等要求相对应，因此，本发明方法将具有广阔的应用前景。


图I为本发明长方形芯片示意图。图2为本发明圆形芯片示意图。图3为本发明中长方形芯片的信号读取装置示意图。其中(A)是带动磁头进行移动的机械系统，它可以在x、y、z三维坐标上进行移动定位，在扫描过程中，保持磁头与芯片之间距离不变(z方向)，在X轴或y轴方向上等距离滑动(如基本单位为O. 5mm)，具体距离可以根据芯片密度进行调整。(B)是磁头示意图，由纳、微米尺度的具有自旋阀结构(SV)或磁隧道结(MTJ)效应的GMR传感器材料构成。图4为本发明圆形芯片的信号读取装置示意图。其中，(A)是带动磁头进行移动的机械系统，它类似于唱片机的圆形转动装置，驱动轴安装在圆心，连有磁头的转杆除可以沿圆周移动外，还可以在半径方向上进行伸缩运动，从而可以将整个圆形芯片上的信息获取。(B)是磁头信号读取控制电路，它采用惠斯登桥路结构，即两个传感器元件用着惠斯登电桥的参考电阻，两个为传感区。同时，当检测信号非常弱时，还可以在其后面增加一套锁相放大器。图5为对长方形芯片扫描检测结果图。其中，(A)是利用MTJ微、纳磁头扫描后的结果模拟图，对于完全互补的探针处，MTJ微、纳磁头不仅能检测到沉积斑点的磁场(其中一端代表N极，另一端代表S极)，而且还能将整个斑点的外貌扫描出。当错配I碱基时，也能检测到磁场的存在，但其信号要弱于完全互补。当完全错配时，无任何磁场信息。从信号强度比看(如图5B)，完全正配错配I :错配2 完全错配为100 : 30 : 10 : O。在我们的检测范围内，最低检测极限可达IOpmol DNA。
具体实施例方式应该特别指出的是在以下实施例中，芯片上的探针位点为3 X 4阵列，作为生物样品的靶序列也是任意选择的。而在实际过程中，样品DNA可能需要经过DNA提取、PCR扩增、最后再对PCR产物进行Pd标记等过程。在这里，为了简单明了地说明后面整个原理，即如何对芯片进行磁标记及如何利用微、纳磁头对芯片进行扫描检测，我们直接利用一段已知序列作为靶序列(即生物样品)，而点在芯片上的探针为四类分别与靶DNA完全互补、错配一个碱基、错配两个碱基与完全错配序列。这样做的目的纯粹只是表达清楚整个检测路线的基本原理。实际过程中，芯片表面的探针密度将根据芯片的制备方法有所不同，但远远超过以上12个位点，同时，探针序列的设计也将根据具体过程进行。所以说，该技术方案实际过程将并不受此限制。实施例I :长方形芯片制备如图I所示的长方形芯片，它可以是商品化,通过原位合成得到,如Affymetrix公司，也可以是实验室自己利用点样仪点样获得。其中，如是点样仪点样得到，其斑点大小在500 μ m，斑点之间的距离为1_。该斑点的大小及相互之间距离决定了后面扫描仪扫描过程中的基本单位。实验室制备过程如下 芯片载体的表面处理采用实验室常用的载玻片，使用前将其先置于甲醇与盐酸I : I的混合溶液中，浸泡30min。双蒸水清洗后再将玻片置于浓硫酸中浸泡30min。先用双蒸水，再用95%的乙醇充分冲洗玻片，洗净表面残余的酸液，然后吹干液体。将95%的乙醇和Y-氨基丙基三乙氧硅烷(APTS)以49 I配制成硅烷化试剂，浸泡玻片lOmin。硅烷化后的玻片，用双蒸水充分清洗，然后立置玻片，用洗耳球由上向下吹干玻片。将玻片置于干燥箱内，110°C，烘30min。氨基玻片的制备就完成了。接着用O. OlM的PB液将25%戊二醛稀释成5%的溶液，浸泡玻片2h。最后，用O. OlM的PB清洗玻片，除去残余的戊二醛，吹干，待用。探针在基片的固定(寡核苷酸点样)初步设计了以下四条16个碱基的氨基寡核苷酸探针(上海博亚生物工程技术服务有限公司)，其中一条与纳米Pd标记目标分子完全正配，其余三条分别错配1、2与3个碱基。Na2CO3缓冲液稀释探针，然后利用点样仪，将以上探针点样在以上所得醛基玻璃载片，放置在潮湿小室中室温过夜，然后在37°C下保持Ih。用含O. 1% SDS的水溶液清洗两次，每次5min，水洗吹干。5，-AAAAGT TTGAGAGCT G-3，正配5’ -AAAAGT GTGAGAGCT G-3’ 错配 I 个碱基5’ -AAAAGT GAG AGA GCT G-3’ 错配 2 个碱基5’ -AAAAGT GAC AGA GCT G-3’ 错配 3 个碱基Pd-5，-HS AGC TCT CAAACT TTT-3，或Pd-avidin-5，-biotin-AGC TCT CAA ACT TTT-3，实施例2 :圆形玻片芯片制备如图2所示，圆心芯片从外观上看，它有点类似平常所见的唱片，即为一个圆形的载体，其中间是空心的。而从制备方式上看，同样可以参考传统的长方形芯片制备过程一样，利用点样仪点样或原位合成。所不同的是，样品斑点将沿同心圆的圆周，按照一定大小与间隔排列。圆形玻片与常用的载玻片在材质上完全一样，所不同的是其外观。在点样时，可以利用特制的点样仪以圆心为中心，沿圆片的不同半径周长进行高密度点样。在本实施例中为了简化过程，直接利用手工点样。玻片的前期处理与实施例一相同，即将其先、后用甲醇与盐酸混合溶液、浓硫酸与95%的乙醇，进行浸泡、清洗，除去其上面的污染物。然后，利用95%的乙醇和Y-氨基丙基三乙氧硅烷(APTS)以49 I配制成硅烷化试剂，浸泡玻片IOmin0硅烷化后的玻片，用双蒸水充分清洗，然后立置玻片，将其吹干。接着用O. OlM的PB液将25%戊二醛稀释成5%的溶液，浸泡玻片2h。最后，用O. OlM的PB清洗玻片，除去残余的戊二醛，吹干，待用。探针仍为以上实施一中的序列，利用手工点样，将以上探针点样在以上所得圆形的醛基玻片上，放置在潮湿小室中室温过夜，然后在37°C下保持lh。并用含O. 1% SDS的水溶液清洗两次，每次5min，水洗吹干。实施例3 :样品制备将2ml事先所制备好的Pd胶体溶液(平均粒径在10纳米)与IOD巯基探针Pl (Pd-5’-HS-AGC TCT CAAACT TTT-3’，其最终浓度大约在3. 51 μ Μ)混合，室温下孵育16h。加入3ml磷酸缓冲液(IOmM PB, O. IM NaCl，pH 7)，继续孵育48h。然后在HOOOrpm下离心25min,以分离未标记的DNA。离心后除去上层清液，底层的黑色沉淀重新用5ml磷酸缓冲液(IOmM PB, O. IM NaCl, pH7)稀释，再次在14000rpm下离心25min,除去上清液,下层黑色沉淀加入 lml2XPBS 液(IOmM PB, O. 3M NaCl，pH 7)，母液贮存于 4°C备用。以上对样品进行纳米Pd标记的过程，还可以通过以下方案获得先将所得Pd-s-(CH2)5-COOH 溶液，分散在 Iml MES 缓冲液中，加入 O. 4mg EDC (约 2mM)和 O. 6mg NHS室温反应15分钟。然后，将IOD的H2N-AGC TCT CAAACT TTT-3’溶液加入上述溶液中，继续孵育24h。反应后，将以上混合溶液在14000rpm下离心30min。去除上清液后，将下层黑色沉淀加入Iml 2 X PBS液(IOmM PB, O. 3M NaCl，pH 7)，母液贮存于4°C备用。实施例4:生化反应将实施例3中获得的Pd-5’ -HN AGC TCT CAA ACT TTT-3’与实施例I或实施例2中获得的芯片进行杂交，杂交液为MiCToHyb，杂交条件与荧光法相同。S卩，经200 μ I含
Pd-5’-HN AGC TCT CAA ACT TTT-3’的杂交液点在玻片表面，盖上盖玻片，40°C下杂交I小时。最后，分别用2XSSC/0. 1% SDS和O. 1XSSC/0. 1% SDS溶液各清洗lOmin，除去非特异性吸附在芯片表面的Pd纳米颗粒。通过该实施例，我们将生物样品中的DNA、纳米Pd结合到芯片表面的特定位点上(即序列完全互补的探针位置)，完成了芯片的杂交与Pd标记。需要指出的以上杂交过程同样可以在商品化的杂交仓中进行。实施例5 :Pd标“磁”染将实施例3中获得的杂交后芯片侵入钴镀液进行信号放大与“磁”染。其中，镀液成分由以下A和B两种溶液构成，在进行化学镀之前，现场配制。A溶液为还原液，胺基硼烷(DMAB)O. 39/L。另外，还原剂还可以为NaBH4、KBH4等碱金属硼氢化物、三甲胺基硼烷、三乙胺基硼烷等胺基硼烷以及肼等，以DMAB为佳。B溶液中为CoS048-14g/L、EDTA 2g/L、C6H507Na364g/L、络合剂O. 020g/L、稳定剂O. 003g/L、表面活性剂O. 5g/L。化学镀前，直接将以上A、B两种溶液混合，并将其pH值调至8 8. 5。然后将以上获得微阵列浸入进行反应，30 40°C下反应lOmin，水洗吹干。实施例6 :利用MTJ微、纳磁头对长方形芯片进行扫描对于由实施例I、实施例3、实施例4与实施例5得到的长方形芯片，在如图3所示的信号读取装置中进行磁信号扫描。在扫描前，再次利用去离子水清洗芯片3遍，除去游离的Co2+离子及其他镀液成分。然后，用氩气将芯片吹干。在该装置中，磁头(扫描头)为Magnetic Tunnel Junction类型,尺寸在500 μ m,检测灵敏度为O. 3mV/V*0e,线性范围在±200e,电源为20V的直流电源。米用惠斯通电桥把电阻信号转变为电压信号输出，同时利用锁相放大器对输出信号进行放大。带动磁头移动的三维(x、y、z)坐标定位装置，其在X、I轴上滑动距离的基本单位为1mm。在z轴方向上，该磁头离Co沉积斑点的距离为500 μ m。扫描过程中，磁头先沿X轴方向移动。当X轴方向扫描完后，在沿Y轴前进。最后，利用计算机模拟手段将所得的电压信号转化为不同颜色构成的磁场图。图5中显示了以上芯片的扫描结果，从中可以看出，对于完全互补的探针处，MTJ微、纳磁头不仅能检测到沉积斑点的磁场(其中一端代表N极，另一端代表S极)，而且还能将整个斑点的外貌扫描出。当错配I碱基时，也能检测到磁场的存在，但其信号要弱于完全互补。当完全错配时，无任何磁场信息。从信号强度比看，完全正配错配I :错配2 完全错配为100 : 30 : 10 : O。在我们的检测范围内，最低检测极限可达IOpmol DNA。实施例7 :利用SV微、纳磁头对芯片进行扫描对于由实施例I、实施例3、实施例4与实施例5得到的长方形芯片，还可以利用Spin-valve微、纳磁头进行扫描。其装置与实施例6相似,不同的是,磁头由Spin_valve取代了 Magnetic Tunnel Junction类型。该磁头尺寸在lmm,其检测灵敏度为I. 5mV/V*0e,线性范围在±250e，偏磁技术为两次沉积，电源为20V的直流电源。其余，有关信号采集、放大过程与三维移动装置与实施例六完全相同。结果显示(这里省略)，对于完全互补的探针处，该微、纳磁头同样能检测到沉积斑点的磁场，其完全正配错配I :错配2 完全错配为100 : 60 : 10 : O。在我们的检测范围内，最低检测极限可达IOOpmol DNA。实施例8 :利用MTJ微、纳磁头对圆形芯片进行扫描对于由实施例2、实施例3、实施例4与实施例5得到的圆形芯片，则在图4所示的 信号读取装置中进行磁信号扫描。类似的，扫描前再次利用去离子水清洗芯片3遍，除去游离的Co2+离子及其他镀液成分。然后，用氩气将芯片吹干。该装置中，其磁头(扫描头)、信号采集及放大部分与实施例八完全相同，不同的是带动磁头移动的定位装置。如图5B所示，该定位装置由固定在圆心的旋转轴带动，进行360°C旋转，从而带动了固定其上的机械臂进行运动。由于磁头固定在机械臂的端头，因此，磁头将沿着同半径弧面，进行逐点扫描。其滑动的基本单位为O. 01°。同时，该机械臂还可以沿半径进行伸缩运动，其伸缩的基本单位1_。而磁头离芯片的距离为500 μ m。扫描过程中，磁头从半径从大到小，进行同周长扫描。扫描结果显不，所得数据与实施例6完全一样。实施例9 :利用SV微、纳磁头对圆形芯片进行扫描对于由实施例2、实施例3、实施例4与实施例5得到的圆形芯片，还可以利用Spin-valve微、纳磁头进行扫描。其装置与实施例8相似,不同的是,磁头由Spin-valve取代了 Magnetic Tunnel Junction类型。该磁头尺寸在lmm,其检测灵敏度为I. 5mV/V*0e,线性范围在±250e，偏磁技术为两次沉积，电源为20V的直流电源。其余，有关信号采集、放大过程及磁头移动装置与实施例六完全相同。结果显示(这里省略)，所测数据跟实施例8完全一样，其完全正配错配I :错配2 完全错配为100 : 60 : 10 : O。在我们的检测范围内，最低检测极限可达IOOpmol DNA。如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
权利要求
1.一种以微、纳磁为基础的基因芯片检测方法，其特征在于包括如下步骤 (1)芯片制备以长方形或圆形芯片为载体，对其进行表面处理；然后将DNA分子按顺序排列在芯片载体上，其中长方形芯片载体上的DNA分子按行和列的顺序排列，圆形芯片载体上的DNA分子以圆心为中心，沿圆形芯片载体的不同半径周长进行排列； (2)样品制备将样品进行生物处理，获取其中的DNA或RNA，并且利用纳米Pd颗粒进行标记； (3)生物分子反应将步骤(2)中经纳米Pd颗粒标记过的样品分子与步骤(I)所述芯片载体上的DNA分子进行杂交，杂交液为MiCToHyb ;杂交后，样品中的DNA和纳米Pd结合到芯片表面的特定位点，完成芯片的杂交与Pd标记； (4)Pd标“磁”染将步骤(3)获得的杂交后的芯片放入含钴离子的镀液池进行信号放大与“磁”染，在含Pd颗粒的地方“染”上磁性材料钴； (5)利用信号读取装置对芯片载体进行扫描，并将检测到的磁信号转化为电信号，从而检测到相关的生物信息；所述信号读取装置包括微、纳磁头、带动所述磁头移动的机械臂以及磁头信号读取控制电路，所述磁头信号读取控制电路由信号发生器、电流放大电路、电磁铁、惠斯登桥路结构的信号检测电路、锁相放大器和计算机构成。
2.根据权利要求I所述的以微、纳磁为基础的基因芯片检测方法，其特征在于 当芯片载体为长方形载玻片时，步骤(5)中，磁头对芯片载体进行扫描时在X-Y轴方向逐行或逐列移动扫描； 当芯片载体为圆形载玻片时，步骤(5)中，磁头对芯片载体进行扫描时以圆心为中心，以不同半径沿圆周转动扫描。
3.根据权利要求I所述的以微、纳磁为基础的基因芯片检测方法，其特征在于步骤(5)中所述微、纳磁头由一个或多个微米或纳米尺寸的具有自旋阀结构或磁隧道结效应的GMR传感器组成；所述GMR传感器分布在扫描的机械臂上，通过磁头信号读取控制电路将磁信号转化为电信号。
全文摘要
本发明公开了一种以微、纳磁为基础的基因芯片检测方法，它以一种类似于硬盘工作方式的检测原理，通过由自旋阀结构(SV)或磁隧道结(MTJ)等GMR传感器构成的微、纳磁头在基因芯片表面的滑动，快速、高通量的将磁标记点读出，进而给出相关的生物信息。与传统技术相比，该方法由于在磁标记方面发展了特有的“钯标磁染”的技术，大大改变了磁颗粒的标记过程，极大的提高了其最大饱和磁化强度，降低了磁检测装置的要求，因而具有广阔的潜在应用前景。
文档编号C12Q1/68GK102653788SQ20121006077
公开日2012年9月5日 申请日期2012年3月9日 优先权日2012年3月9日
发明者王志飞 申请人:东南大学