[發明專利]生物芯片基底和制造生物芯片基底的方法

有效

• 申請號: 201010220809.7
• 申請日: 2004-12-16
• 公開（公告）號: CN101884899A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發明（設計）人: 五所尾康博;黑巖孝朗;石川尚弘;小原大輔;山崎信介;弗朗索瓦斯·維內
• 申請（專利權）人: 株式會社山武
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00;B01L3/00
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 鐘晶

本申請是申請日為2004年12月16日，申請號為200480043540.2，發明名稱為《生物芯片基底和制造生物芯片基底的方法》的中國專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及生物芯片基底(substrate)，更具體地，用于制備將生物材料固定在基底上預定位置的生物芯片以及用于獲得關于待檢測的各種生物樣品的信息的基底。本發明特別涉及適合于通過直接在基底上化學合成探針DNA來制備DNA芯片的生物芯片基底。

背景技術

“生物芯片”是以下裝置的通稱，在所述裝置中，與待檢測的生物物質以特異性方式進行化學反應的生物物質被固定在芯片表面上的預定位置。

DNA芯片是生物芯片的典型例子，它用于檢測包含在血液或者細胞提取物中的靶DNA的類型和數量。

DNA芯片具有例如以下結構，在所述結構中，數萬種探針DNA在基底如載玻片上排成陣列，每個探針DNA都為已知序列的單鏈DNA。

當含有熒光標記的靶DNA的待檢測液體補給到DNA芯片時，只有具有與探針DNA序列互補的序列的靶DNA被固定，探針DNA與其形成氫鍵并形成雙鏈。其結果是，靶DNA所固定的部分是熒光顯色的。通過測試在芯片上熒光顯色部分的位置和顏色強度，可以檢測到靶DNA的類型和數量。

為了制備以該方式使用的DNA芯片，必須將多個類型的具有預定序列的探針DNA固定在基底表面上的預定位置。

有兩種主要的固定探針DNA的方法。第一種方法稱為“微陣列方法”，在該方法中，化學合成的或者由預期的活有機體中預先提取的探針DNA通過點滴或者印刷以陣列固定在基底上。??

在另一種方法中，使用四個堿基胸腺嘧啶(T)、腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)和鳥嘌呤(G)，在基底上直接化學合成多個類型的探針DNA，每個所述探針DNA都為具有根據設計的預定序列的單鏈DNA。

在第二種固定方法中，要求反應區和非反應區在用于化學合成的基底的表面上應該以明確不同的方式形成，在所述反應區發生合成預期探針DNA的反應，所述非反應區不涉及合成反應。

作為由第二種方法制備的DNA芯片，例如“基因芯片(Gene?Chip)”(由Affymetrix?Inc.生產的產品名字)是已知的。

就該芯片來說，石英用作基底材料，應用顯微光蝕刻(photolithography)以不同的方式形成反應區和非反應區。而且，當化學合成探針DNA時，通過應用紫外線來活化在反應區內的單鏈DNA，逐單元地形成單鏈DNA。

在該芯片上，包含大約200,000個每個約20平方微米的點的反應區形成在單個基底上，約2,000,000條的相同類型探針DNA的鏈都固定在一個點。

在該芯片內，點以高密度形成于芯片上。因此，在一次測試中可以檢測到大量類型的靶DNA。日文公布的PCT申請No.平成9-500568的圖2A所示的是如下所述的陣列平板(array?plate)。

陣列平板制備如下：首先，使Si基底的表面與氟代硅烷反應，在其上形成疏水的氟代烷基硅氧烷薄層。然后，該薄層在規定的二維圖案內移除，所以Si基底的表面在薄膜被移除的點處將會暴露。最后，將暴露的表面與羥基硅烷或者烷基硅烷反應，所以暴露的表面將含有羥基。

因此，在該陣列平板上，Si基底的表面包含具有大表面張力的疏水性薄膜的位點和具有親水性羥基的位點。對于生物物質，前者用作非反應區，而后者用作反應區。

當使用該陣列平板時，合成反應發生在親水性位點，然后，待檢測的液體補給到這些位點。由于在親水性位點周圍的疏水薄膜的大的表面張力，待檢測的液體保存在親水性位點。

然而，在該陣列平板上，反應區和非反應區形成于Si基底的表面，相互之間幾乎齊平。所以，它在保存所補給的待檢測液體方面沒有足夠的穩定性，因此，它不容易使用。

而且，反應區的形成和非反應區的形成都依賴于Si表面和其它的化學品之間的化學反應。反應并不總是以100％的產率發生，因此，反應區和非反應區之間的界限模糊不是不可能。另一問題是疏水性薄膜和親水性位點容易受外界的破壞。

從保存待檢測的液體方面考慮，在基底上，具有能夠保存待檢測液體的結構的底孔(bottomed?well)分布在基底的表面上，所述基底對于具有上述結構的陣列平板是優選。

作為該類型的基底，日文公布的PCT申請No.2002-537869公開了用于直接合成探針DNA的基底和使用它化學合成探針DNA的方法。

該基底的簡圖如圖1所示。