用于生物聚合物阵列的极小量液体的微测方法和设备

本发明涉及用于生物聚合物阵列或生物聚合物场的极小量液体的微测 方法和设备。

对于诸如核酸、蛋白质或多糖等生物聚合物的高度并行分析，使用微 聚合物场，也称为微阵列。对于此类场或阵列的生产，溶解或悬浮在皮升 到纳升范围的液体中非常少的生物聚合物样品必须按规则排布施涂到基片 表面，例如施涂到标本载片上。常规的移液管法对这样小量的液体是无能 为力的。

由于迄今对要转移的量进行精确计量仍然是极为困难的，故通常不进 行精确计量，而是借助于涉及类似于笔的机械接触设备对液量进行转移。 然而所采用这种笔只有有限的液体保持量，因而不能以一个笔的填充对多 个基片载体表面加载。为了增加所用笔的容量，已试图对笔提供凹口或槽 口，以便使笔容纳欲加载的较大量的样品基质。虽然这样确实能够使笔的 容量增加，以至用单个的笔填充使较大数目的生物聚合物点能够施涂到标 本载片上，但这种装有槽口和狭槽设计的笔的清洗是很困难的。当新的生 物样品要借助于笔施涂到被加载的标本载片时，必须很小心地从扩大笔容 量的槽口和狭槽去除来自以前样品加载操作的残余物。

借助于这种生物聚合物阵列进行分析时，为了使测量误差尽可能小， 通常使用内部标准。

从先有技术已知的解决方案及这些方案固有的缺陷来看，本发明的目 的是要以一种简单而可靠的方式用极小量的液体加载生物聚合物阵列。

已经发现，该目的可根据本发明通过对用于产生生物聚合物阵列的极 小量液体的微测方法实现，其中待分析的样品液可借助于一种提供装置提 供，该装置能够连接到冲洗液并可向其施加可逆电压，使得产生的电渗流 能够用于向检测表面传送样品液。

使用根据本发明提出的方法能够实现的优点主要是，可施加至容纳样 品基质的毛细管移液管尖端的电压使得在移液管尖端已经处于各标本载片 检测区的位置时，能够对极小量液体进行非常精确的测量。如果通过施加 产生样品液传送的电压来使用彼此并行操作的多个毛细管移液管尖端，则 各个生物聚合物点能够以精确的方式低费用而快速排布在标本载片的检测 表面上，实现高度精确的彼此分离。

根据本发明提出的方法的进一步的实施例中，向驱动毛细管和提供装 置施加电压引起生物聚合物被吸出样品原液，并在电压反向之后，待测量 的液体被分配。于是，在检测场表面上样品液量的分配和生物聚合物点的 产生不再需要在毛细管腔体内被机械驱动的部件。

根据按本发明提出的方法的更为先进的实施例，用于传送样品基质的 电压施加在毛细管头部与驱动毛细管的毛细管空间之间。这使得供电线路 馈送到玻璃毛细管的上部，即在与移液管尖端相反的玻璃毛细管末端。

根据按本发明的解决方法又一先进的方面，毛细管空间的移液管尖端 能够以三个方向移动。移液管尖端除了在检测场上X和Y方向的可移动性 之外，在实现液体喷射的电压施加到毛细管腔体的内含物之前，移液管还 能够在朝向检测场表面的Z方向移动。

为了避免在向检测表面施加生物聚合物模式中样品液的损失和差错， 当移液管尖端位于检测表面时进行电压反向，实现样品基质从毛细管的毛 细管空间喷射。

最后，在根据本发明提出的用于极小量液体测量的方法中提出，驱动 毛细管与其移液管尖端借助于一阀门连接到储存在增压容器内的缓冲液， 其中用来产生电渗透压力的缓冲液是有对应的的pH值和离子浓度的优选 缓冲液。

最后，通过施加到标本载片表面上的导电层，即向检测表面，提出对 标本载片上的带电荷生物聚合物样本进行电泳沉积。使用根据本发明提出 的方法的这种变型，即使在施加和生产生物聚合物阵列期间也能够进行后 继的分析操作步骤。

根据按本发明进一步提出的用于极小量液体微测的设备，使电压反向 并通过电接触与缓冲容器的内含物连接的切换元件被集成到用于向驱动毛 细管施加电压的供电线路中。借助于根据本发明所提出的设备，通过移液 管尖端在标本载片的检测场之上降低的状态，通过简单的电压反向能够使 极小量液体由于样品基质中的电渗流作用而被施加。

为了保证对驱动毛细管连续提供缓冲液，在位于阀门之后的驱动毛细 管的一个分支中结合有缓冲液容器之上的流阻。通过适当尺度的流阻，能 够实现驱动毛细管无气泡和无空腔提供缓冲流体。

在一种有利的方式中，一个驱动毛细管的移液管尖端或多个驱动毛细 管的移液管尖端，能够借助于简单设计的X/Y定位单元在检测场上方移动， 并于是能够设置生物聚合物点施加到检测表面的正确位置。移液管尖端除 了在X和Y方向的可移动性之外，定位单元-例如市售的绘图仪-也能够 实现移液管尖端在朝向检测场表面的Z方向的定位。

驱动毛细管和移液管尖端最好由玻璃或石英制成。

最好将微毛细管的移液管尖端拉制成尖端直径在10μm到1000μm 范围的小直径拉制的尖端。移液管尖端的直径尤其优选地在50μm到300 μm范围。

为了保证接地，在移液管尖端和驱动毛细管之间设有电接地。

最后，使用适配在驱动毛细管的毛细管头部中的铂导线电极，在移液 管尖端与驱动毛细管之间装有用于电渗流产生的连接，驱动毛细管末端另 一电连接浸入在装有电触头的缓冲容器中。这样驱动毛细管处的电压电路 仅由电极反向开关中断，并从而能够以对应于向检测表面加载生物聚合物 点所需的频率的频率断开或闭合。

以下将参照附图更为详细地说明本发明。

单个的一个附图示出根据本发明提出的用于施加皮升到纳升范围的极 小量液体的设备结构的示意图。

用来向标本载片9的检测表面18施加样品液的移液管尖端1是一种玻 璃毛细管，该毛细管可非常廉价生产，具有拉制成例如200μm直径的尖 端。如通常在气相色谱分析中那样，这一毛细管在其末端通过一微型软管 连接到玻璃或石英的驱动毛细管2。用于产生电接触的铂导线电极3插入 到微型软管的管连接中。在驱动毛细管2的相反一端是第二电触点4，该 触点伸到盛放在缓冲容器14中的缓冲液内含物中。盛放在缓冲容器14中 的流体通过管线分支16连续地被提供，其中配有流阻13，使得电触点4 总是与驱动毛细管2中的流体接触。

在移液管操作的开始，使用X/Y定位装置，例如市售的绘图仪形式或 其它X/Y定位装置，玻璃毛细管的移液管尖端1首先被移动到废料容器7 上方。配置在驱动毛细管2上游的阀门5接下来短时打开，并使得驱动毛 细管2与位于废料容器7上方的移液管尖端1连续地充以新鲜的缓冲液， 其pH值和离子浓度被设置为适当的值，以便从加压储存容器11通过气体 连通6在驱动毛细管2中产生电渗流，并这样移液管尖端1同时在废料容 器7上方被吹出。位于所述分支16中例如玻璃料形式的流阻13，引起小 量的缓冲流体被迫进入缓冲容器14内，使得保证了通到移液管尖端的驱动 毛细管2总处于充有连续提供的缓冲原液。

这里示意示出的开关元件10装配在供电线路3与通向缓冲容器14的 电触点4之间。由标号12a和12b标记的两个电压源连接到开关元件10 的开关触点，并通过接地线17接地。

为了排出由生物聚合物容器8提供的被吸移的生物聚合物溶液，通过 开关10向两个电连接点3和4施加适当方向的电压，以便在驱动毛细管2 中向后的方向产生电渗流。在一这时间点，在Z方向看移液管尖端1浸入 样品容器8，使得样品基质根据所施加的电压通过移液管尖端1的开口被 向上吸。当已经从生物聚合物容器8排出足够的吸移材料时，这里例如微 滴定板的孔，自动微吸移系统，即X/Y定位装置使吸移尖端1定位在被加 载的基片上方。例如，基片可以是显微镜中常用的标本载片9。从移液管 尖端1排出的各个生物聚合物小滴施加到标本载片表面18，该载片表面装 设在标本载片9上。检测表面18还可以是与生物聚合物化学结合的面或与 之有物理-化学反应的表面。向标本载片面18施加生物聚合物点是借助于 X/Y提供装置进行的，该装置还便于使移液管尖端1在检测场18的方向下 降。为此，通过开关10就可选择的时间向驱动毛细管2施加反向电压，其 结果是，通过这时在反向运行的电渗流迫使被吸移的液体从移液管尖端1 流出，并流出到标本载片9的检测表面18。从而样品液被释放到检测表面 18或释放到另一容器中。作为替代两个电压源的使用方式，也可以使用带 有对应的切换元件的单个的电压源，以及其它例如接地的变型也完全是可 能的。

虽然适当调节参数会影响电渗流，诸如主要是缓冲液的离子浓度和pH 及施加的电压，但在标本载片的检测表面18上产生各生物聚合物点期间分 配的液量能够近似保持不变。这使得包含在X和Y方向都按规则彼此分隔 20排布的生物聚合物点的模式19，能够在标本载片9的检测表面18上产 生。

为了加速并为了电化学活化生物聚合物点结合到与该生物聚合物有化 学或物理-化学相互作用的标本载片9的适当表面18上，在移液管尖端1 接触之后，在移液管尖端1的连接端3与标本载片9的导电面之间可另外 施加适当极性的电压。这使得即使标本载片在施加它们短时间之后也能够 进行带电生物聚合物样本的电泳沉积，这对于进一步分析和样品的评价是 非常有利的。

在图1中可看出，驱动毛细管2的头部适配在毛细管头部21中，后者 本身由安装件22例如一小段软管围绕。玻璃或石英移液管尖端1以适当的 方式被容纳在安装件22中，移液管尖端1有腔体23，被吸移的样品液被 吸入该腔体，或者电渗流的反向从腔体23喷出。优选地由玻璃制成的移液 管尖端1可具有范围在10μm到1000μm的一开口，优选地在移液管尖 端开口1处形成直径为50μm到300μm。

                      标号表

1移液管尖端

2驱动毛细管

3电触头

4电连接

5阀门

6气体连通

7废料容器

8生物聚合物容器

9标本载片

10极性反向开关

11原液瓶

12a电压源+

12b电压源-

13流阻

14缓冲容器

15压力管线

16T-形件

17接地

18标本载片表面

19生物聚合物图形

20生物聚合物点的间隔

21毛细管头部

22安装件

23毛细管腔体

24缓冲液