[发明专利]生物芯片基底和制造生物芯片基底的方法

说明书

本申请是申请日为2004年12月16日，申请号为200480043540.2，发明名称为《生物芯片基底和制造生物芯片基底的方法》的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及生物芯片基底(substrate)，更具体地，用于制备将生物材料固定在基底上预定位置的生物芯片以及用于获得关于待检测的各种生物样品的信息的基底。本发明特别涉及适合于通过直接在基底上化学合成探针DNA来制备DNA芯片的生物芯片基底。

背景技术

“生物芯片”是以下装置的通称，在所述装置中，与待检测的生物物质以特异性方式进行化学反应的生物物质被固定在芯片表面上的预定位置。

DNA芯片是生物芯片的典型例子，它用于检测包含在血液或者细胞提取物中的靶DNA的类型和数量。

DNA芯片具有例如以下结构，在所述结构中，数万种探针DNA在基底如载玻片上排成阵列，每个探针DNA都为已知序列的单链DNA。

当含有荧光标记的靶DNA的待检测液体补给到DNA芯片时，只有具有与探针DNA序列互补的序列的靶DNA被固定，探针DNA与其形成氢键并形成双链。其结果是，靶DNA所固定的部分是荧光显色的。通过测试在芯片上荧光显色部分的位置和颜色强度，可以检测到靶DNA的类型和数量。

为了制备以该方式使用的DNA芯片，必须将多个类型的具有预定序列的探针DNA固定在基底表面上的预定位置。

有两种主要的固定探针DNA的方法。第一种方法称为“微阵列方法”，在该方法中，化学合成的或者由预期的活有机体中预先提取的探针DNA通过点滴或者印刷以阵列固定在基底上。  

在另一种方法中，使用四个碱基胸腺嘧啶(T)、腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)和鸟嘌呤(G)，在基底上直接化学合成多个类型的探针DNA，每个所述探针DNA都为具有根据设计的预定序列的单链DNA。

在第二种固定方法中，要求反应区和非反应区在用于化学合成的基底的表面上应该以明确不同的方式形成，在所述反应区发生合成预期探针DNA的反应，所述非反应区不涉及合成反应。

作为由第二种方法制备的DNA芯片，例如“基因芯片(Gene Chip)”(由Affymetrix Inc.生产的产品名字)是已知的。

就该芯片来说，石英用作基底材料，应用显微光蚀刻(photolithography)以不同的方式形成反应区和非反应区。而且，当化学合成探针DNA时，通过应用紫外线来活化在反应区内的单链DNA，逐单元地形成单链DNA。

在该芯片上，包含大约200,000个每个约20平方微米的点的反应区形成在单个基底上，约2,000,000条的相同类型探针DNA的链都固定在一个点。

在该芯片内，点以高密度形成于芯片上。因此，在一次测试中可以检测到大量类型的靶DNA。日文公布的PCT申请No.平成9-500568的图2A所示的是如下所述的阵列平板(array plate)。

阵列平板制备如下：首先，使Si基底的表面与氟代硅烷反应，在其上形成疏水的氟代烷基硅氧烷薄层。然后，该薄层在规定的二维图案内移除，所以Si基底的表面在薄膜被移除的点处将会暴露。最后，将暴露的表面与羟基硅烷或者烷基硅烷反应，所以暴露的表面将含有羟基。

因此，在该阵列平板上，Si基底的表面包含具有大表面张力的疏水性薄膜的位点和具有亲水性羟基的位点。对于生物物质，前者用作非反应区，而后者用作反应区。

当使用该阵列平板时，合成反应发生在亲水性位点，然后，待检测的液体补给到这些位点。由于在亲水性位点周围的疏水薄膜的大的表面张力，待检测的液体保存在亲水性位点。

然而，在该阵列平板上，反应区和非反应区形成于Si基底的表面，相互之间几乎齐平。所以，它在保存所补给的待检测液体方面没有足够的稳定性，因此，它不容易使用。

而且，反应区的形成和非反应区的形成都依赖于Si表面和其它的化学品之间的化学反应。反应并不总是以100％的产率发生，因此，反应区和非反应区之间的界限模糊不是不可能。另一问题是疏水性薄膜和亲水性位点容易受外界的破坏。

从保存待检测的液体方面考虑，在基底上，具有能够保存待检测液体的结构的底孔(bottomed well)分布在基底的表面上，所述基底对于具有上述结构的阵列平板是优选。

作为该类型的基底，日文公布的PCT申请No.2002-537869公开了用于直接合成探针DNA的基底和使用它化学合成探针DNA的方法。

该基底的简图如图1所示。