一种核酸扩增基因芯片杂交检测仪

　　1　引　　言

　　随着基因芯片[1]制作技术的发展、普及,基因芯片将被广泛地应用于基因克隆;DNA测序;分析突变;基因重组与融合;转座子插入位点的绘图;构建克隆或表达载体;检测某基因的内切酶多态性等分子生物学基础研究。在医学领域,鉴别诊断病原体,诊断肿瘤,进行遗传聚类研究;动物保护研究;生态学;环境科学;实验遗传学。分析考古与博物馆标本。诊断动物传染病、植物病原等。

　　基因芯片的自动检测技术也得到了迅猛的发展,国外PERKIN ELMER等多家公司已有PCR仪产品,与PCR仪有关的专利达千余项,美国Affymetrix、Molecular Dynamic、Genometrix等公司研制开发多种类型杂交仪,杂交仪主要由微流量泵、流量传感器、加热器及温度传感器,微量阀及微注射器构成。扫描仪采用光电倍增管和CCD技术,检测灵敏度最高可达到小于1 Cy3 molecule/μm2。国内外现有的产品都是分立的PCR仪、杂交仪和芯片扫描仪。这些仪器不仅价格昂贵,使大多数使用单位难以承受,同时由于操作过程需要大量的人工干预,完成检测耗费大量时间,影响了基因芯片技术的推广应用。因此研制一种集PCR扩增、杂交、清洗和检测分析于一体的新型仪器;实现在同一芯片上连续进行多种操作,完成扩增、杂交、清洗和检测的全部过程;对大量的遗传信息进行高效、快速的检测和分析,促进医学临床诊断进入基因诊断时代。因此本文研制了一种集上述功能于一体的核酸扩增基因芯片杂交检测仪。

　　2　基因芯片结构及检测仪的工作原理

　　图1为基因芯片的模型,微细管内注入液体,然后阀门关闭,液体就可以在微细管内进行PCR扩增。完成扩增之后,将基因芯片送到杂交清洗系统,由蠕动泵在基因芯片的下端注入液体,将微细管内的液体推进到杂交池,进行杂交;完成之后,再注入液体,进行清洗。最后将基因芯片输送到检测系统,进行基因信息的自动检测。

　　检测仪的PCR分子扩增系统、杂交清洗系统和检测系统分别完成扩增、杂交、清洗和检测的全部过程;检测系统是由一台Nikon荧光显微镜改造而成,把手动的载物台换成可在X方向和Y方向运动的二维精密平台,可在计算机控制下做平面的二维运动,并把平台安装在直线运动导轨上;物镜后安装了CCD相机,可以自动扫描芯片上的信息。基因芯片固定在X2Y移动平台上,移动平台可以在直线模组上在计算机的控制下滑动,在各个工位完成相应的过程。

　　3　PCR分子扩增系统

　　PCR技术是20世纪80年代中期发展起来的体外核酸扩增技术。PCR扩增温度控制系统是核酸扩增基因芯片杂交检测仪中的一个关键控制环节,需要很好的定点温度控制和快速的升降温速率。为了减少假阳性或假阴性的发生概率,提高芯片检测结果的精确性,要求控温精度小于±0.5℃;为了保持反应物中酶的活件,升降温速率要求大于±6.0℃/s。