基于微流控芯片的高通量核酸杂交新方法及其机理研究

高通量分析能够极大的提高分析效率，有效促进科技和社会发展，但目前很多领域仍缺乏足够的高通量分析方法。微阵列芯片具有高信息量、微量化和自动化等特点并已在基因研究中得到广泛应用，但其分析时间仍相对较长，无法更好地满足需求；微流控芯片由于微型化和集成化而特别适合快速和高通量分析。本项目力图将微流控芯片与微阵列芯片结合起来，通过在微通道内加工中高密度的探针阵列，利用再杂交技术依次实现多个核酸样品的快速测定，建立高通量分析方法。并分别以探针固定、杂交反应和核酸变性三个过程作为研究对象，分析他们位于微通道内时的反应机理以及尺度效应、界面效应的影响，并研究多次杂交过程对探针的损伤以及检测信号的校正以用于不同样品间的数据分析和处理。以高探针密度、核酸快速杂交、低损伤变性和高重现再杂交作为目标，为基于微流控芯片的高通量核酸分析方法提供支持依据。

常规微阵列芯片具有分析时间长、成本高和人力投入大等不足，微流控芯片能够缩短检测时间、降低成本、易于自动化和集成化，并能有效提高检测灵敏度。但是目前在微流控芯片上进行微阵列分析多样品分析能力不足，还无法实现多样品的高通量检测。本项目主要针对这一不足，在不牺牲目前分析性能的基础上，在微流控芯片（或毛细管）的微通道内实现多样品的快速高通量检测。其主要过程包括：在微通道的内壁上通过液滴技术固定核酸探针以制作间隔的探针阵列；引入核酸样品与探针阵列进行杂交反应并实现检测；对探针阵列进行变性以去除已杂交样品，恢复探针阵列；引入其他核酸样品再次进行杂交反应和检测。. 首先在微通道内对单个样品进行检测：通过液滴技术制作的探针阵列的密度能达到2500~20000 个/米；在5分钟内能实现样品的快速检测；检测限达到10 pM。对多个变性方法的效果进行了考察，选择热变性来恢复微通道内的探针阵列。经过2~4分钟的变性处理，荧光信号能降低到初始强度的10%~20%。除第一次变性处理，再杂交和变性后的信号强度能保持一致和稳定。通过不断重复“变性-再杂交”这一过程能够实现多样品的自动化检测。在连续检测过程中，检测每个样品（包括杂交、检测和变性等全部过程）所耗费的时间不超过10分钟；依次对不同样品进行检测没有明显的交叉污染。采用本项目开发的新方法，能够快速实现多样品的高通量检测、缩短分析时间、不需要昂贵的制作设备、降低了制作和分析成本、自动化操作减少人力的投入。还能在多组微通道内制作探针阵列并同时进行检测，进一步提高分析性能。