专利名称：高通量检测生物大分子的磁性颗粒微阵列装置的制作方法
技术领域：
本发明属于生物信息检测技术领域，特别涉及一种检测高通量生物 大分子的磁性颗粒微阵列装置。
二背景技术：
随着科技的发展和人们对健康问题的持续关注，人们越来越需要 能够方便、快捷的对感兴趣的生物大分子进行各种检测，这种需要促 使人们开发出各种各样的生物检测方法来满足不同领域的需要。
上世纪九十年代以来，生物芯片技术越来越多的引起人们的广泛关 注。生物芯片芯片技术通过在一微小的基片表面固定大量的分子识别 探针，或构建微分析单元和系统，实现对化合物、蛋白质、核酸、细 胞或其它生物组分准确、快速、大信息量的筛选或检测。它可以将生 物学中许多不连续的分析过程，移植到固相的介质芯片上，并使其连 续化和微型化。基因芯片诊断技术具有高通量、大规模、高度并行 性、快速高效、高灵敏度的优点，成为一项现代化诊断新技术。
传统的生物芯片技术，通过机器点样或者原位合成的方法将样本 或者寡核苷酸探针固定在固相载体表面。此类生物芯片制备方法中， 作为固相载体的玻片往往需要进行复杂的化学修饰；同时，生物大分 子固定在功能化载体表面往往需要复杂的固定过程。此外，生物芯片 进行检测前，往往需要对待检测的样本进行纯化、浓縮，这些均导致 生物芯片的操作复杂，且成本较高。
随着纳米技术的迅速发展，纳米材料逐渐被应用到生命科学领 域，为其研究和发展提供了新的技术和手段。由于磁性纳米颗粒分离 生物分子时具有分离速度快、效率高、可重复使用、操作简单、易实现功能基团、易实现自动化以及不影响分离物质的活性等特殊的物理 化学性质和生物相容性，目前已被广泛应用于细胞的分离、免疫测 定、蛋白质和酶的固定以及DNA的冲全测等。
三、发明内容
技术问题本发明针对现有技术缺点，提出了一种高通量检测生 物大分子的磁性颗粒微阵列装置，该微阵列将磁性纳米颗粒、生物芯 片与微流体技术相结合，建立一种新型的简单、高准确性、低成本、 高通量的磁性颗粒微阵列生物大分子检测平台。
技术方案 一种高通量检测生物大分子的磁性颗粒微阵列装置，包 括微流体反应池盖片、待检测样本-生物大分子-磁性颗粒复合物组成的微阵 列、聚二曱基硅氧烷微流体反应池、载玻片和磁体，所述微流体反应池盖片 上设有緩冲液进口和緩冲液出口 ，微流体反应池盖片设于聚二曱基硅氧烷微 流体反应池之上，緩冲液进口和緩沖液出口与聚二曱基硅氧烷微流体反应 池相通，待检测样本-生物大分子-磁性颗粒复合物组成的微阵列设于聚二甲 基硅氧烷微流体反应池之内，载玻片设于聚二甲基硅氧烷微流体反应池 之下，磁体设于载玻片的下方。
所述固定有生物大分子的磁性颗粒为无荧光背景的磁性纳米颗粒。
有益效果本发明首次提出了一种结合纳米技术、生物芯片技术 和微流体技术的"新一代"自动化、高通量生物芯片。该种磁性颗粒微 阵列应用磁性纳米颗粒作为生物大分子载体。通过在磁性颗粒表面固 定DNA探针或者抗体，然后将磁性颗粒与待检测样本杂交或反应 后，各个待测样本固定到磁性颗粒表面，然后将磁性颗粒点样在具有 磁性基片上的微流体反应池中，构成磁性颗粒微阵列。向微流体反应 池中加入荧光探针或者荧光标记抗体，经过反应、洗涤后，通过萸光 生物芯片扫描仪获得各个样本的信息。
在本发明所描述的磁性颗粒微阵列技术中，使用无荧光背景的磁 性纳米颗粒来捕获待检测样本的生物大分子。在颗粒表面较小的空间 区域内固定更大量的荧光标记物，从而实现信号放大。同时，利用磁
4性颗粒作为反应与检测栽体，易于实现洗涤、分离步骤，易于实现对 待检测样本的纯化、浓缩。同时应用磁性颗粒易于应用自动工作站实 现自动化，检测快速，灵敏度高等优点。磁性颗粒微阵列中，磁性颗 粒通过磁场固定到玻片表面，与常规生物芯片制备相比，无需对玻片 进行任何特殊修饰，大大简化了芯片的制备过程，大大降低了实验成 本。
兼具生物芯片和磁性颗粒在生物大分子检测中的优点，磁性颗粒 微阵列是一种新型的简单、自动化、高准确性、低成本、高通量的生 物信息检测方法，且与传统生物芯片相比具有很高的实用性和灵活 性，有较高的应用价值。
四
图1是实施例1中》兹性颗粒孩t阵列的示意图2是实施例1中磁性颗粒微阵列的分解示意图。其中1、微流体反应池盖片； 2、固定有生物大分子的磁性颗粒；3、聚二曱基硅氧烷微流体反应池；4、 载玻片；5、永磁体；6、緩冲液进口； 7、緩冲液出口。
五具体实施方式实施例1:
一种检测高通量生物大分子的磁性颗粒微阵列装置，包括微流体反 应池盖片1、待检测样本-生物大分子-磁性颗粒复合物组成的微阵列2、聚 二曱基硅氧烷微流体反应池3、载玻片4和磁体5,所述微流体反应池盖片1 上设有緩冲液进口 6和緩冲液出口 7,微流体反应池盖片1设于聚二曱基硅氧 烷微流体反应池3之上，緩冲液进口 6和緩冲液出口 7与聚二曱基硅氧烷 微流体反应池3相通，待检测样本-生物大分子-磁性颗粒复合物组成的微 阵列2设于聚二曱基硅氧烷微流体反应池3之内，载玻片4设于聚二甲基 硅氧烷微流体反应池3之下，磁体5设于载玻片4的下方。实施例2:
一种检测高通量生物大分子的磁性颗粒微阵列装置的使用方法，向固定有 生物大分子的磁性颗粒中加入待检测样本，通过连接在磁性颗粒表面的生物大分 子，将待检测分子结合到磁性颗粒表面得待检测样本-生物大分子-磁性颗粒复
合物；将待检测样本-生物大分子-磁性颗粒复合物通过点样设备，点样 到聚二甲基硅氧烷微流体反应池内，形成待检测样本-生物大分子-磁性 颗粒复合物组成的微阵列，微阵列由磁体的磁性固定；聚二甲基硅氧烷 微流体反应池通过微流体反应池盖片封闭后，向聚二曱基硅氧烷微流体 反应池中加入焚光标记探针，或荧光标记抗体使其与待检测样本-生物 大分子-磁性颗粒复合物进行反应；反应完成后，经微流体反应池盖片上 设有緩沖液进口和緩沖液出口对反应池内反应物进行洗涤，再去除微流体反应 池盖片和磁体，应用生物芯片扫描仪获得所检测样本的生物信息。所 述固定有生物大分子的磁性颗粒为无荧光背景的磁性纳米颗粒。
实施例3:
磁性颗粒微阵列的制备
磁性颗粒微阵列示意图附图1所示，包括载玻片、永磁体、聚二 曱基硅氧烷(PDMS )微流体反应池(制备方法参见Pantoja et al， Biosensors and Bioelect謹ics， 2004， vol 20， 3, 509-517 )、磁 性颗粒、微流体反应池盖片五部分组成。其中用磁铁粘附在玻片点样 区的背面，磁性颗粒点样在PDMS制备的微流体反应池中。微流体盖 片上包含緩冲液入口和出口 ，可以使各种緩沖液、反应液流入、流出 孩i流体反应池。
应用》兹性颗粒樣t阵列进行SNP分型
1、本实施例中我们以检测MTHFR基因(亚甲基四氢叶酸还原酶 基因)C677T SNP位点为例，引物序列为上游引物5，-TGAAGGAGAAGG TGTCTGCGGGA-3'，生物素标i己的下游引物5，-Biotin-AGGACGGTGCGGTGAGAGTG-3';等4立基因净争异'性才全测#采4十序列为野生型探针Cy3-CGGGAG￡CGATTT ,突变型探针Cy5-CGGGAG工CGATTT。
2、 扩增MTHFR基因C677T多态位点生物素标记的PCR产物。 PCR反应体系30 |^L,其中含10 x的PCR反应緩冲液3 )aL, 25 mmol/L的Mg2+溶'液2 |aL, 10 mmol/L的dNTP 0.6 (aL, 10 mmol/L的 上、下游引物各1 (aL， 1.25 U的Taq DNA聚合酶(5 U/pL ),基因组 DNA 2 pL,其余用水补齐.在PTC 220型PCR扩增仪上进行如下扩 增94 。C预变性5 min，然后94 。C变性30 s, 62 'C退火30s， 72 'C延伸30 s,共35个循环，最后，72 。C再延伸7 min.待反应结束 后，将PCR混合物95 。C变性5min，置于冰上骤冷，变性。
3、 反应完成后，力口入120 |ag 亲和素才示i己的Invitrogen MyOne f兹 性颗粒，常温反应15分钟，将生物素标记的引物全部捕获到磁性颗粒 表面。将磁性颗粒-ssDNA复合物重复洗涤后，分散于lOpL PH值7.4 的PB緩冲液中。
4、 将载玻片清洗干净，在玻片背面粘附永磁体，玻片正面制备 PDMS微流体槽。
5、 利用点样装置，将磁性颗粒-ssDNA复合物点样到玻片表面， 点样区域位于微流体反应池中。使用用反应池盖片将PDMS微流体反 应池去于闭。
6、 将杂交液加入^f兹性颗粒;微阵列，其中包含10 mmol/L荧光标 记探针677CC和677TT探针各1 ^L,杂交液7 pL和灭菌去离子水11 ^L,混匀后37 'C杂交lh.杂交后的磁性纳米粒子经2 x柠檬酸三钠-氯化钠緩冲液 (SSC ) -0.1 %十二烷基硫酸钠 (Sodium dodecylsulfate, SDS ) 、 0.1 x SSC隱O.l % SDS和3xSSC各振荡、清 洗3 min。
7、 杂交后的颗粒微阵列，出去盖片和永磁体，利用配有Cy3和 Cy5滤色片的扫描微阵列分析系统 (Axon ， US A )扫描、叠加以获 得样品分型图像。实现对样本的分型。
7实施例4:
磁性颗粒微阵列的制备
磁性颗粒微阵列示意图附图1所示，包括载玻片、永磁体、聚二 曱基硅氧烷(PDMS)微流体反应池(制备方法参见Pantoja et al, Biosensors and Bioelect謹ics, 2004， vol 20， 3, 509-517 )、磁 性颗粒、微流体反应池盖片五部分组成。其中磁铁粘附在玻片点样区 的背面，磁性颗粒点样在PDMS制备的微流体反应池中。反应池盖片 上包含緩冲液入口和出口，可以使各种緩沖液、反应液流入、流出微 流体反应池。
应用磁性颗粒樣i阵列;险测0157:H7大肠埃希菌
1、 按照Kouassi等的方法(Anal. Chem. 2006, 78, 3234-3241 )制备亲合素修饰的金包磁性纳米颗粒。亲合素标记的磁性纳米 颗粒与生物素标记的兔抗0157:H7多克隆抗体结合制备得到多抗免疫 磁珠。制备好的多抗免疫磁珠以4mg/ml浓度分散于TTBS-casein緩 沖液中。
2、 取10pL免疫磁珠，吸上清后分别加入lmL样本细菌溶液，以 及lmLTTBS-casein, 涡旋混勾后室温振荡反应30min。用 TTBS-casein 清洗 3 次， 最终颗粒分散与lO^L PH7.4的PB緩冲液之中。
3、 将载玻片清洗干净，在玻片背面粘附永磁体，玻片正面制备 PDMS微流体槽。利用点样装置，将磁性颗粒-ssDNA复合物点样到玻 片表面，点样区域位于微流体槽中。然后，利用微流体槽盖片将 PDMS ^f敫流体槽封闭。
4、 向反应池中加入lmL lOOpL 1:100稀释的鼠抗0157:H7单抗， 涡旋混匀后室温振荡反应30min。用lmL TTBS-casein清洗。
5、 力口人100nL 1:10000稀释6令Cy3才示i己6々马4元t氣0157:H7 二4元， 涡旋混匀后室温振荡反应30min。用lmL TTBS-casein清洗。
6、 反应后的颗粒微阵列，出去盖片和永磁体，利用扫描微阵列分 析系统扫描获得各个样本的荧光信号强度。实现对样本的检测。
8
权利要求1.一种高通量检测生物大分子的磁性颗粒微阵列装置，其特征在于包括微流体反应池盖片(1)、待检测样本-生物大分子-磁性颗粒复合物组成的微阵列(2)、聚二甲基硅氧烷微流体反应池(3)、载玻片(4)和磁体(5)，所述微流体反应池盖片(1)上设有缓冲液进口(6)和缓冲液出口(7)，微流体反应池盖片(1)设于聚二甲基硅氧烷微流体反应池(3)之上，缓冲液进口(6)和缓冲液出口(7)与聚二甲基硅氧烷微流体反应池(3)相通，待检测样本-生物大分子-磁性颗粒复合物组成的微阵列(2)设于聚二甲基硅氧烷微流体反应池(3)之内，载玻片(4)设于聚二甲基硅氧烷微流体反应池(3)之下，磁体(5)设于载玻片(4)的下方。
2. 根据权利要求1所述的检测高通量生物大分子的磁性颗粒微阵列， 其特征在于所述固定有生物大分子的磁性颗粒(2 )为无荧光背景的 磁性纳米颗粒。
专利摘要本实用新型公开了一种将磁性纳米颗粒、生物芯片与微流体技术相结合，所建立的一种磁性颗粒微阵列生物大分子检测平台。该种磁性颗粒微阵列应用磁性纳米颗粒作为生物大分子载体。通过在磁性颗粒表面固定DNA探针或者抗体，然后将磁性颗粒与待检测样本杂交或反应后，各个待测样本固定到磁性颗粒表面，然后将磁性颗粒点样在具有磁性基片上的微流体反应池中，构成磁性颗粒微阵列。向微流体反应池中加入荧光探针或者荧光标记抗体，经过反应、洗涤后，通过荧光生物芯片扫描仪获得各个样本的信息。
文档编号G01N33/48GK201331523SQ20092003876
公开日2009年10月21日 申请日期2009年1月4日 优先权日2009年1月4日
发明者何农跃, 刘洪娜, 松 李, 李智洋 申请人:东南大学