[实用新型]环绕式PCR微阵列探针循环检测型生物芯片

说明书

实用新型环绕式PCR微阵列探针循环检测型生物芯片是涉及一种PCR与探针相结合的检测型生物芯片的新方案，尤其是采用液体环绕式流动方式多温度区域聚合酶链反应基因选择性扩增，结合固相微探针阵列技术进行基因诊断的新型生物芯片。

生物芯片主要是指通过平面微细加工技术及超分子自组装技术，在固体芯片表面构建的微分析单元和系统。生物芯片可把许多不同功能器件集成在一起，例如，生物样品的预处理，遗传物质的提取，特定基因片段的扩增，生物探针阵列以及毛细管电泳形成整体的微流体系统，以实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞以及其它生物组分的准确、快速、大信息量的筛选或检测。基因芯片是最重要的一类生物芯片，它集成了大量的密集排列的基因探针，能够在短时间内分析大量的基因，使人们可迅速地读取和分析生命的程序。

生物芯片在生物检测、医学检验、药物筛选和基因序列分析上有着极其重要的意义。例如在生物学中，随着分子生物学的不断发展，特别是举世瞩目的人类基因组计划实施以来，有关核酸、蛋白质序列和结构的数据呈指数增长。而下世纪最富挑战性的工作就是人类基因组计划完成后，即在后基因时代，我们如何运用大量的生物分子信息服务于人类社会，并使医学、治疗产生根本革命。在医学中，“系统、器官、组织、细胞层次上的第二阶段医学”正在向“基因水平上的，DNA→RNA→蛋白质→蛋白质与核酸相互作用，以及它们与环境相互作用水平上的第三阶段医学”转化。这种在分子层次上进行的基因诊断与基因治疗，将根本地认识疾病产生的根源，并将有希望根本认识和治疗包括癌症在内的重大疾病。这些生物学、医学的根本变革，一个根本的前提是基因序列的测定和分析。能否有效快速地进行基因测序与分析，将影响到人类基因组计划的实施，从而影响生物学、医学的进一步发展。传统基因测序所采用的方法包括化学反应、凝胶电泳法等一系列繁杂的步骤，这些方法花费时间较长，且操作繁复，尤其在大规模测序方面费时、并且不适宜便携化快速测序。在对传统基因测序方法进行改进的过程中，以基因芯片为代表的生物芯片技术应运而生。生物芯片技术是将生命科学研究中所涉及的许多不连续的分析过程，如样品制备，化学反应和分析检测等通过采用微电子，微机械等工艺集成到芯片中，使之连续化，集成化，微型化和自动化。这一技术的成熟和应用将在下世纪的疾病诊断和治疗、新药开发、司法鉴定、食品和环境等生命科学相关领域带来一场革命，为生物信息的获取及分析提供强有力的手段。

PCR(polymerase chain reaction，聚合酶链反应)作为一种选择性体外基因扩增的方法，由于在经25～35轮循环后就可使DNA扩增10⁶倍，多年来在科研和医学检验中得到广泛应用。但由于PCR存在假阳性等缺陷，自98年6月起已被国家卫生部禁止用于临床诊断。究其原因，其一是PCR过程中诸多实验条件(引物的设计与选择、材料配比、反应时间、温度、循环周期等)造成的不稳定因素导致产生PCR的错误扩增。其二是，PCR过程的后续电泳检测方法仅可判断是不是得到特定长度的片段，而无法确定其具体序列。其三，PCR反应与检测是两个分立的过程，操作繁琐且增加了污染的机会。因此，对于检测条件和设备有限的中、小医院，PCR的检测的准确性受到了很大的影响。此外，当前的PCR扩增过程对于操作人员的技术水平和素质有很高的要求。

生物(基因)芯片近年来一直是国际上的一个研究热点，并正以惊人的速度向前发展。美国等国际上已有多家公司进入生物芯片领域，研究出把PCR与DNA阵列相集成的生物芯片。这些系统通常在芯片上制备一个PCR微反应池，通过控制微反应的温度循环，进行基因的扩增。接着将扩增后的基因引入杂交池中，与固相微阵列探针杂交，进行检测。Affymetrix公司则把PCR微反应池进一步制备成微流体管道。但目前用于科学研究和医学检验的芯片大多是一个或若干个独立器件。尽管已有将PCR技术与芯片检测合为一体的报导，但其特点是整个PCR过程在一个微反应池中进行，因而，需要对器件的同一部位反复地升温降温，这将无法对PCR结果进行动态跟踪和实时定量分析。而且由于升温降温需要一定的时间，延长了工作时间。