本发明提供了一种点样装置和使用该装置的点样方法，当制作生物芯 片或DNA微阵列时，该点样装置能比传统的点样装置产生具有更相同形状 的点，使温度对生物分子的影响减到最小，并轻松操纵生物分子。
本发明也提供了一种能够显著减少制作生物芯片或DNA微阵列所需时 间的点样装置和使用该装置的点样方法。
根据本发明的一个方面，它提供了一种点样装置，该点样装置用于在 DNA微阵列表面上滴落(drop)和固定生物分子，例如，核酸(如探针DNA、 mRNA和肽核酸(PNA))和蛋白质的溶液以制作一种DNA微阵列，该点样装 置包括：管形的第一微通道、供给单元、生物分子溶液液滴形成单元(droplet fotming unit)、第二微通道、冷却单元和点样单元，其中，所述供给单元用 于给第一微通道提供生物分子溶液；生物分子溶液液滴形成单元横向连接 (cross-linked)到第一微通道，并通过定期向第一微通道中流动的生物分子溶 液喷射气体而形成具有预定尺寸的生物分子溶液液滴；第二微通道连接到 第一微通道并且具有比第一微通道更大的直径；冷却单元包围第二微通道 的至少一部分以冷冻通过第二微通道的生物分子溶液液滴；而点样单元将 生物分子溶液液滴解冻并将已解冻的生物分子溶液液滴滴落到DNA微阵列 的表面。
点样单元包括：第三微通道、释放器(discharger)和第四微通道，其中第 三微通道具有微阀(microvalve)用于开、关冷冻的生物分子溶液液滴所通过 (pass through)的通道，并在零下温度(sub-zero temperature)贮存冷冻生物分子 溶液液滴；释放器连接到第三微通道并通过打开微阀将冷冻的生物分子溶 液液滴从第三微通道释放；第四微通道连接到第三微通道并被加热器加热 到预定的温度，使第三微通道释放的冷冻的生物分子溶液液滴解冻。
所述预定的温度是20至200℃，且所述零下温度是-5至-30℃。通常， 隔热通道安装在第三微通道和第四微通道之间，以防止热从第四微通道传 到第三微通道。
而且，释放器是安装在第三微通道上方的微激励器(microactuator)，并 且大量点样单元可以规则布置以减少制作时间。
供给单元包括贮液器和第一微泵(micropump)，其中贮液器连接到第一 微通道以贮存生物分子溶液；第一微泵将贮存在贮液器中的生物分子溶液 泵入到第一微通道中。
并且，气体是空气且生物分子溶液液滴形成单元包括贮存空气的储气 器和第二微泵，该第二微泵将贮存在储气器中的空气定期向第一微通道中 流动的生物分子溶液喷射。
生物分子溶液液滴的预定尺寸可以是直径2000μm到1nm。
并且，冷却单元可以还包括用于贮存冷冻的生物分子溶液液滴的冷冻 生物分子溶液液滴贮液器。
根据本发明的另一个方面，它提供了一种用于在DNA微阵列表面上滴 落和固定生物分子，例如，核酸(如探针DNA、mRNA和肽核酸(PNA))和蛋 白质的溶液以制作一种DNA微阵列的点样方法，该点样方法包括：(a)允许 生物分子溶液流入管形的第一微通道；(b)定期向第一微通道中流动的生物 分子溶液喷射气体以形成具有预定尺寸的生物分子溶液液滴；(c)使通过第 二微通道的生物分子溶液液滴冷冻以贮存冷冻的生物分子溶液液滴，其中 第二微通道连接到第一微通道并且具有比第一微通道更大的直径；和(d)将 冷冻的生物分子溶液液滴解冻并将解冻的生物分子溶液液滴滴落到DNA微 阵列的表面。
在操作(c)中，冷冻的生物分子溶液液滴的贮存可以在保持在-5至-30℃ 的第三微通道中完成。
在操作(d)中，当通过由加热器保持在20至200℃并且连接到第三微通 道的第四微通道时，冷冻的生物分子溶液液滴可以解冻。
在操作(b)中，气体是空气且液滴的预定尺寸通常是直径2000μm到 1nm。
在操作(d)中，冷冻的生物分子溶液液滴可以由大量规则布置的点样单 元同时释放，由此减少制作DNA微阵列的时间。
附图说明
结合附图阅读下面详细说明的典型实施例，可以更清楚地了解到本发 明的上述以及其它特性和优点，其中：
图1说明了一种使用针制作DNA微阵列的传统点样方法；
图2说明了一种使用喷墨制作DNA微阵列的传统点样方法；
图3说明了一种按照本发明实施例的用于制作DNA微阵列的点样装 置，用于描述生物分子溶液的冷冻过程；
图4是图3中所示点样装置的点样单元的一个示意性剖面图；
图5A和5B是用于说明使用图3中所示点样装置进行点样实验的过程 的图表；和
图6A至6C说明了图5A和5B的实验结果。

现在将参考显示本发明实施例的附图更完整地说明本发明。
图3是按照本发明实施例的用于制作DNA微阵列的点样装置的图，用 于描述生物分子溶液的冷冻过程，图4是图3中点样装置的点样单元的一 个示意性剖面图。如图3和图4所示，根据本发明的实施例的用于制作DNA 微阵列3的点样装置1包括：管形的第一微通道10、供给单元20、生物分 子溶液液滴形成单元30、第二微通道40、冷却单元50和点样单元60，其 中供给单元20给第一微通道10提供生物分子溶液5，所述生物分子例如， 核酸(如探针DNA、mRNA和肽核酸(PNA))和蛋白质；生物分子溶液液滴形 成单元30横向连接到第一微通道10并通过向第一微通道10中流动的生物 分子溶液5定期喷射气体而形成具有预定尺寸，通常是2000μm至1nm之 间直径的生物分子溶液5的液滴；第二微通道40连接到第一微通道10并 且具有比第一微通道10更大的直径；冷却单元50包围第二微通道40的至 少一部分以冷冻通过第二微通道40的生物分子溶液5的液滴；点样单元60 使冷冻生物分子溶液液滴71解冻，并将已解冻的生物分子溶液液滴滴到 DNA微阵列3的表面。并且单独设置有用于贮存已在冷却单元50中冷冻的 生物分子溶液液滴71的生物分子溶液液滴贮液器70。
用于给第一微通道10提供生物分子溶液5的供给单元20包括贮液器 22和第一微泵21，其中贮液器22连接到第一微通道10并贮存生物分子溶 液5，而第一微泵21将贮存在贮液器22中的生物分子溶液5注入到第一微 通道10中。
横向连接到第一微通道10的生物分子溶液液滴形成单元30包括贮存 空气33的储气器32和第二微泵31，该第二微泵31将贮存在储气器32中 的空气33向第一微通道10中流动的生物分子溶液5定期喷射。如果空气 33由隔膜型(diaphragm type)第二微泵31基本垂直于第一微通道10喷射， 那么第一微通道10中流动的生物分子溶液5就变为具有预定尺寸的液滴。 虽然在这里使用的是空气，但是也可以使用其它合适的气体。
连接到第一微通道10的第二微通道40具有比第一微通道10更大的直 径。因此，由空气33形成的具有预定尺寸的生物分子溶液5的液滴，以接 触第一微通道10内表面的状态在第一微通道10中流动，然后以与第二微 通道40内表面分离的状态在内径比第一微通道10更大的第二微通道40中 流动，在那里因为表面张力而形成基本上为球形的液滴。
冷却单元50是一种低温装置，包括低温装置体51和冷却管52，一种 低温液体，即低温液氮在冷却管52中流动。冷却单元50包围第二微通道 40的一部分以冷冻通过第二微通道40的生物分子溶液液滴。
使用这种结构的点样装置均匀而精细地冷冻生物分子溶液液滴的过程 如下所述。生物分子溶液5通过第一微泵21从贮液器22注入第一微通道 10。使用隔膜型第二微泵31将储气器32中容纳的空气33以基本垂直的方 向定期注入第一微通道10。生物分子溶液5的液滴尺寸由空气33的注入速 率所决定。也就是说，如果空气33被快速注入，就形成生物分子溶液5的 小液滴，如果空气33被缓慢注入，就形成生物分子溶液5的大液滴。而且， 生物分子溶液5的液滴尺寸可以因生物分子溶液5的流速而不同。也就是 说，如果生物分子溶液5流动快，就形成生物分子溶液5的大液滴，如果 生物分子溶液5流动慢，就形成生物分子溶液5的小液滴。因此，通过控 制空气33的注入速率和生物分子溶液5的流速，就可以形成预期尺寸的生 物分子溶液5的液滴。当通过第二微通道40时，所形成的生物分子溶液5 的液滴基本上为球形。然后，当通过由冷却单元50维持低温的第二微通道 40时，生物分子溶液5的液滴被冷冻，其中低温液体，如低温液氮在冷却 单元50中流动。冷冻的生物分子溶液液滴71被贮存在冷冻生物分子溶液 贮液器70中。
点样单元60包括第三微通道61、释放器63、第四微通道65和隔热通 道64，其中，第三微通道61贮存经冷冻的生物分子溶液液滴并且维持在大 约-5℃至-30℃的零下温度；释放器63连接到第三微通道61，用于将冷冻的 生物分子溶液液滴71从第三微通道61释放出；第四微通道65被加热器加 热到20-200℃以解冻从第三微通道61释放出的生物分子溶液液滴71；隔热 通道64安装在第三微通道61和第四微通道65之间，以防止热从第四微通 道65传到第三微通道61。用于开、关冷冻的生物分子溶液液滴71所通过 的通道的微阀62安装在第三微通道61中。释放器63是安装在第三微通道 61上方的微激励器，可以通过机械方法、压电方法(piezo method)或电场感 应方法(electric field inducing method)来操作。
已在冷却单元50中冷冻并贮存在冷冻生物分子溶液液滴贮液器70中 的生物分子溶液液滴71随后被贮存在第三微通道61中。当微阀62被微激 励器打开时，已经贮存在第三微通道61中的冷冻生物分子溶液液滴71逐 一分离并向外释放。当通过包含加热器的第四微通道65时，释放的生物分 子溶液液滴被解冻。然后，液态生物分子溶液液滴被滴落在生物芯片或DNA 微阵列3的表面，并且滴落的生物分子溶液液滴在生物芯片或DNA微阵列 3的表面被固定和被生物分子化(biomoleculated)，从而完成制作DNA微阵 列3的点样过程。当大量点样单元60被规则地布置，由此数滴生物分子溶 液液滴被同时滴落并固定在生物芯片或DNA微阵列3上时，点样过程所需 要的时间可以显著减少。
现在将参考图5A和5B以及图6A至6C更详细地说明根据本发明一种 实施例的用于制作DAN微阵列的点样装置的点样操作实例。
实例
点样试验的条件如下。
首先，制备探针DAN寡聚物(oligomer)。在图5B中，完全匹配的探针 DNA寡聚物(WP MODY3 EXON3-6，C6NH2-5’-CGGAGGAACCGTTTC-3’) 被分配到1、2、5、6、9、10、13和14，不匹配的探针DNA寡聚物(MP MODY3 EXON3-6，C6NH2-5’-CGGAGGAACCATTTC-3’)被分配到3、4、7、8、11、 12、15和16。
然后，制备100uM的DNA寡聚物、100uM的PEG、3uM的Cy5活化 酯(activate ester)和一种DMSO溶液。
接下来，使用根据本发明一种实施例的用于制作DNA微阵列的点样装 置形成液滴，在-20℃冷冻该液滴，然后使用50uM的Mody3 Exon3作为目 标DNA进行杂交。在这时，杂交时间是16小时并且杂交温度是32℃。
清洗后，在绿色模式下以532nm波长使用PMT573(Scanner GenePix 4000B，Axon Instruments，Inc.)对结果进行扫描。
图6A是杂交后点的照片，图6B和6C说明了各点的强度和直径。从 图6A至6C中可见，点的均匀性得到改进，并且分辨率高达9.82。
因此，通过使用一种点样装置，当制作生物芯片或DNA微阵列时，可 以形成具有相同形状的点，可以使温度对生物分子的影响减到最小，并且 可以轻松操纵生物分子，其中，该装置包括生物分子溶液液滴形成单元30、 第二微通道40、冷却单元50和点样单元60，其中，生物分子溶液液滴形 成单元30横向连接到第一微通道10并通过向第一微通道10中流动的生物 分子溶液5定期喷射气体形成具有预定尺寸的生物分子溶液液滴5；第二微 通道40连接到第一微通道10并且具有比第一微通道10更大的直径；冷却 单元50包围第二微通道40的至少一部分以冷冻通过第二微通道40的生物 分子溶液5的液滴；点样单元60使生物分子溶液液滴71解冻，并将解冻 的生物分子溶液液滴滴落到DNA微阵列3的表面。
虽然上面已经说明冷冻的生物分子溶液液滴71在点样单元60的第四 微通道65中解冻，然而冷冻的生物分子溶液液滴71也可以在外面解冻。
而且，虽然上面已经说明安装了用于贮存冷冻的生物分子溶液液滴的 冷冻生物分子溶液液滴贮液器70，然而当点样单元60连接到第二微通道 40时，点样单元60的第三微通道61可以用作冷冻生物分子溶液液滴贮液 器70，这消除了对冷冻生物分子溶液液滴贮液器70的需要。
如上所述，根据本发明，提供了一种在制作生物芯片或DNA微阵列时 能够形成具有相同形状的点、使温度对生物分子的影响减到最小并且轻松 操纵生物分子的点样装置以及使用该点样装置的点样方法。
而且，大量点样单元被规则地布置并且大量生物分子溶液液滴通过它 们同时释放，以至制作生物芯片或DNA微阵列所需的时间可以显著减少。
虽然已经参考其典型实施例特别显示并说明了本发明，但是对于本领 域的技术人员将可以理解，可以在不脱离所附权利要求书定义的本发明的 精神和范围的条件下进行各种形式和细节上的变化。