МИКРОФЛЮИДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ГИБРИДИЗАЦИИ МАЛЫХ КОЛИЧЕСТВ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ В ЦИРКУЛИРУЮЩЕМ ПОТОКЕ

Полезная модель относится к области устройств для проведения анализа на микрочипах, а также микрофлюидных устройств. Микрочипы с иммобилизованными на твердой подложке олигонуклеотидными зондами представляют собой эффективное и сравнительно недорогое средство для многопараметрического анализа сложных смесей нуклеиновых кислот. Такие микрочипы нашли свое применение для анализа экспрессии генов, выявления однонуклеотидных полиморфизмов, генотипирования, профилирования микроРНК.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является известное микрофлюидное устройство для проведения гибридизации нуклеиновых кислот, включающее гибридизационную камеру, микроканалы для ввода и вывода раствора олигонуклеотидов, подложку с нанесенным массивом олигонуклеотидных зондов и внешний перистальтический насос (Н.Н. Lee, J. Smoot, Z. McMurray, D.A. Stahl, P. Yager // Recirculating flow accelerates DNA microarray hybridization in a microfluidic device, Lab Chip, 2006,6, 1163-1170) (копия прилагается) (прототип).
Недостатком известного технического решения является наличие внешнего перистальтического насоса и, как следствие, увеличенный объем пробы.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в уменьшении необходимого объема пробы, а также уменьшения размеров устройства.
Указанный результат достигается за счет того, что микрофлюидное устройство для проведения гибридизации малых количеств нуклеиновых кислот в циркулирующем потоке включает микроканалы для ввода и вывода раствора олигонуклеотидов, гибридизационную камеру, на внутренних стенках которой нанесен массив олигонуклеотидных зондов и насосную камеру, одной из стенок которой является тонкий слой эластичного полимера, прилегающий к пьезоэлектрической пластинке, с нанесенными двумя электродами, одним из которых является упругая металлическая мембрана, жестко скрепленная с пластинкой, при этом гибридизационная и насосная камеры находятся в единой полимерной матрице и соединены двумя микроканалами через клапаны, пропускающие жидкость последовательно через обе камеры только в одном направлении. Гибридизационная камера может быть выполнена в виде полости, на одну из внутренних стенок которой нанесен двумерный массив одинаковых по форме и площади областей, содержащих олигонуклеотидные зонды или микроканала постоянной ширины, на одну из стенок которого нанесен одномерный массив одинаковых по форме и площади областей, содержащих олигонуклеотидные зонды. Массив одинаковых по форме и площади областей, содержащих олигонуклеотидные зонды может быть нанесен на две и более стенок гибридизационной камеры. Клапаны могут представлять собой полость, с запирающей сферической частицей.
На Фиг.1 представлена общая конструкция устройства.
На Фиг.2 приведено увеличенное сечение насосной камеры и пьезоэлектрической пластинки.
Микрофлюидное устройство для проведения гибридизации малых количеств нуклеиновых кислот в циркулирующем потоке включает микроканалы для ввода 1 и вывода 2 раствора олигонуклеотидов, гибридизационную камеру 3, на внутренних стенках которой нанесен массив олигонуклеотидных зондов 4 и насосную камеру 5, одной из стенок которой является тонкий слой эластичного полимера 6, прилегающий к пьезоэлектрической пластинке 7, с нанесенными двумя электродами, одним из которых является упругая металлическая мембрана 8, жестко скрепленная с пластинкой, гибридизационная и насосная камеры находятся в единой полимерной матрице и соединены двумя микроканалами через клапаны 9, пропускающие жидкость последовательно через обе камеры только в одном направлении. Клапаны могут представлять собой полость, с запирающей сферической частицей 10.
Микрофлюидное устройство может быть выполнено из полимерного материала. При этом материал должен обладать эластичными свойствами, чтобы стенка насосной камеры могла изгибаться.
Одной из стенок гибридизационной камеры, на которую нанесен массив олигонуклеотидных зондов, может быть гладкая подложка из стекла или кремния герметично приклеенная к полимерной части за счет адгезии.
Устройство работает следующим образом. Образец, представляющий собой раствор олигонуклеотидов, закачивается в устройство через канал для ввода образца, заполняя все микроканалы и камеры устройства. Воздух и излишки образца уходят через канал для вывода образца. Затем входной и выходной каналы перекрываются. На электроды пьезоэлектрической пластинки подается электрическое напряжение. Под действием электрического напряжения определенной полярности пьезоэлектрическая пластинка расширяется. За счет того, что одна плоская грань пьезоэлектрической пластинки жестко соединена с упругой мембраной, внешняя граница которой ограничена в перемещении, пластинка начинает изгибаться, давя на стенку насосной камеры. Жидкость вытесняется из камеры через два микроканала, соединенных с гибридизационной камерой через два клапана. Клапаны представляют собой две небольшие полости, содержащие по одной сферической частице (шарику). Под действием потока жидкости шарик в одной из полостей запирает микроканал, ведущий в гибридизационную камеру, в то время как из второй полости жидкость может свободно поступать в гибридизационную камеру. Таким образом, небольшой объем жидкости перемещается из насосной камеры в направлении гибридизационной камеры. При выключении электрического напряжения пластинка возвращается в плоское состояние за счет упругой мембраны, а стенка насосной камеры возвращается в первоначальное положение. За счет увеличения объема камеры, жидкость засасывается в камеру. При этом под действием потока жидкости ранее закрытый канал, ведущий из одной из полостей в гибридизационную камеру, открывается, а канал, который был открыт, запирается шариком в соответствующей полости. Таким образом, небольшой объем жидкости из гибридизационной камеры перемещается в направлении насосной камеры.
Периодическое включение и выключение напряжения приводит к циркуляции раствора через гибридизационую камеру, обеспечивая улучшенное перемешивание и повышая эффективность гибридизации.