Диагностический тест и набор для детектирования биомолекул

Диагностический тест и набор для детектирования биомолекул

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область изобретения

Изобретение относится к области изготовления диагностических тестов и наборов на основе мультичипов, состоящих из множества биочипов, которые могут быть использованы в качестве диагностических средств в области медицины, биотехнологии, защиты окружающей среды криминалистике, пищевой промышленности и ветеринарии.

Уровень техники

В области медицины известны наборы или диагностические тесты, которые адаптированы к одному типу измерений, например к анализу крови [1-4]. Такие устройства позволяют пересылать тесты с помощью почты. К недостатку известных устройств можно отнести невозможность применения таких тестов для формирования диагностических тестов с большим количеством параметров.

Известно большое количество технических решений, касающихся применения для диагностики биочипов, в которых в качестве зондов, размещенных на поверхности биочипа, используют нуклеиновые кислоты, белки, антитела, антигены, клетки и ткани.

В настоящее время применение биочипов осуществляется в разных областях диагностики, включая медицину, пищевую промышленность, контроль состояния окружающей среды. Известно большое число фирм-производителей биочипов, сформированных на основе стандартных стеклянных биочипов.

Однако производство биочипов, их транспортировка и хранение сталкивается с необходимостью проведения множества операций с отдельными индивидуальными слайдами, из которых изготавливают биочипы. Это касается размещения слайдов в устройства для промывки, сушки, модификации поверхности, установки слайдов на рабочем столе робота для печати зондов на поверхности биочипа, установки биочипов в устройства для гибридизации и установки биочипов в сканеры для анализа полученных результатов. Таким образом, изготовление индивидуальных биочипов и проведение на их основе диагностики представляют собой многоступенчатый процесс, а экономия времени и других ресурсов на любом из этапов приводит к существенному снижению затрат.

Одним из ответственных этапов диагностики является этап гибридизации, от качества проведения которой зависит результат диагностики. В большинстве известных вариантов конструкций устройств для гибридизации в качестве основного элемента устройства используют стандартные микроскопические биочипы или микроплаты.

Известны подходы, в которых используют принцип интегрирования индивидуальных биочипов на общий мультичип, что позволяет повысить эффективность проведения отдельных этапов изготовления партии биочипов, или повысить эффективность гибридизации, или проводить параллельный скрининг множества биочипов [5-7]. В качестве носителя мультичипа используют гибкую или твердую подложку [8-10]. В данных изобретениях конечным продуктом является не диагностический тест, а конкретный биочип, ориентированный либо на диагностику ДНК, либо на белковую диагностику.

К недостатку известных решений можно отнести ограничения, связанные с необходимостью отделения отдельных биочипов от общего массива с множеством биочипов и установки отдельных биочипов в держатели для мультичипов с гибкой основой [9, 10] или с необходимостью разборки мультичипа для проведения сканирования результатов, полученных после гибридизации [6].

Для того чтобы получить результат диагностики, необходимо осуществить упаковку приготовленных биочипов и их транспортировку к пользователю. Вопросам пересылки и хранения биочипов отводится недостаточное внимание. Известно, что после изготовления биочипы упаковывают в заклеенный контейнер [11] или используют дополнительные устройства в качестве держателя и крышки для упаковки [12].

В настоящее время слайды для приготовления биочипов хранят и рассылают в специальных коробках [13]. Микрочипы с большой плотностью распространяются в отдельных держателях [14]. Биочипы, содержащие относительно низкую плотность нанесения зондов, например биочипы для измерения наличия генно-модифицированных продуктов [15], распространяются в специальных коробках. К недостатку хранения и транспортировки биочипов в коробках относится сложность поиска и использования биочипов, приготовленных в одной партии и в одних условиях, поскольку обычно биочипы маркируются одним типом штрихкода и не включают данные о номере партии и условиях приготовления.

Известны наборы, в состав которых кроме реактивов, необходимых для обработки образца и для создания гибридизационной смеси, входят отдельные биочипы, например [16, 17], в которых в набор входят контейнеры для рестрикционных ферментов, праймеры для ПЦР, несколько меток, вещества для формирования раствора для гибридизации, а также биочип с иммобилизованными зондами. Некоторые наборы дополнительно содержат инструкции по проведению диагностики [18, 19].

Наиболее близким к настоящему изобретению относится техническое решение [12], в соответствии с которым хранение и транспортировку биочипов осуществляют в комбинированных устройствах. В устройствах чипы размещены на отдельных держателях, установленных на время хранения и транспортировки в устройство для гибридизации, в качестве которого используют микроплаты. Биочипы, размещенные на отдельных держателях, содержат 8 отдельных пластин с иммобилизованными на них зондами. Причем геометрические размеры пластин не превышают стандартных размеров ячеек, входящих в стандартные мультиплаты для проведения иммуноферментного анализа. Таким образом, для проведения гибридизации в плате, содержащей 96 лунок, используют двенадцать отдельных биочипов, размещенных на специальных держателях. При транспортировке биочипы устанавливают в мультиплату, которую в свою очередь закрепляют в поддоне и накрывают крышкой.

Применяемые держатели биочипов не обеспечивают возможность сканирования результатов диагностики в сканерах, работающих со стандартными слайдами, и требуют разработки новых сканеров. Кроме того, биочипы, приклеенные к держателю, не предназначены для измерения результата диагностики при измерении пропускания светового потока, поскольку пластины приклеены слоем клея, который может повлиять на измеряемый результат.

Одной из технических задач изобретения является разработка диагностического теста и набора на его основе, который бы позволил повысить эффективность проведения диагностики за счет параллельной обработки множества биочипов, размещенных в мультичипе, при проведении гибридизации и последующей диагностики.

Другой задачей изобретения является повышение эффективности и надежности работы диагностического теста за счет разработки многослойной конструкции, позволяющей защитить рабочую поверхность мультичипа при транспортировке и хранении.

Следующей задачей изобретения является расширение функциональных возможностей теста, повышение качества анализа, снижение сроков и трудоемкости выполнения операций при постоянном контроле работоспособности основных компонентов системы.

Поставленные задачи решаются введением в диагностический тест дополнительных элементов, позволяющих: а) защитить рабочую поверхность биочипов, входящих в состав мультичипа, б) способствующих проведению гибридизации без предварительной разборки мультичипа на отдельные биочипы.

В соответствии с формулой изобретения одним из объектов изобретения является тест для медицинской, ветеринарной, пищевой диагностики, криминалистики и контроля окружающей среды, содержащий мультичип, в состав которого входят не менее двух индивидуальных биочипов, содержащих кластеры с зондами и прикрепленных к клеевому слою многослойной подложки, где в пределах рабочих зон биочипа иммобилизован, по меньшей мере, один тип белкового или нуклеотидного зонда, который содержит: а) несущий планарный элемент, прикрепленный к многослойной подложке с помощью нанесенного на нее клеевого слоя, б) многослойный лист для формирования гибридизационных зон, который приклеен к поверхности биочипов и несущего планарного элемента и имеет отверстия, положение которых совпадает с положением кластеров с зондами, в) покрывной лист, верхний и нижний защитные листы, имеющие по периметру клеевой слой для крепления защитного листа к покровному листу и многослойной подложке соответственно и снабженные разделительными наклейками, прикрепленными к одному из углов защитного листа. При этом многослойная подложка выполнена сплошной или имеет отверстия, положение которых совпадает с положением отверстий в многослойном листе, а покрывной лист размещен над многослойным листом, прикреплен к нему с помощью односторонней или двухсторонней клеящей ленты и снабжен прикрепленной к его углу разделительной наклейкой. Покрывной лист имеет прорези для отгиба элементов покрывного листа для обеспечения таким образом доступа к кластерам с зондами. На верхнем защитном листе дополнительно размещены идентификатор, адрес отправителя и адрес получателя.

Другой аспект изобретения направлен на создание набора для медицинской, ветеринарной, пищевой диагностики, криминалистики и контроля окружающей среды, в который входит контейнер, в котором размещены тесты, выполненные согласно первому объекту изобретения, твердый носитель с программным обеспечением, информационный материал и держатель индивидуальных биочипов, контейнер с набором реагентов для проведения гибридизации, контейнер с тестовыми веществами для проверки качества растворов гибридизации и контейнер с биологически активными веществами в качестве положительного контроля. При этом твердый носитель с программным обеспечением выполнен в виде компакт-диска, флеш-памяти.

Дополнительно в набор включены биочипы для контроля качества работы сканера, качества растворов гибридизации и работоспособности метки.

Перечень чертежей

На фиг.1 представлен изометрический вид теста и его компонентов.

На фиг.2 приведен вид расположения зон биочипа, входящего в мультичип.

На фиг.3 приведен вид фрагмента мультичипа с двумя рядами биочипов.

На фиг.4 представлен вариант мультичипа, в котором чипы выполнены на отдельных твердых носителях в форме индивидуальных планарных биочипов. На фиг.4а представлен изометрический вид теста и его компонентов. На фиг.4б представлен фрагмент сечения мультичипа в собранном виде.

На фиг.5 представлен вариант, при котором слайды и несущий элемент формируют из массива твердой планарной пластины общей для биочипов и несущего элемента. На фиг.5а представлен изометрический вид теста и его компонентов. На фиг.5б представлен фрагмент сечения мультичипа в собранном положении.

На фиг.6а-6б показаны варианты формирования прорезей на поверхности покрывного листа, с помощью которых осуществляется возможность отделения края элемента прижимного листа от поверхности биочипа.

На фиг.7а и 7б представлены два варианта крепления покрывного листа с помощью односторонней или с помощью двухсторонней ленты.

На фиг.8 представлен вид контейнера, в котором размещены тесты, твердый носитель с программным обеспечением информационный материал, держатель биочипов и биочипы для контроля диагностики.

Описание терминов

Под термином «диагностический тест» подразумевается устройство, содержащее мультичип, защитный лист и покрывной лист, причем покрывной лист закреплен на поверхности мультичипа и позволяет обеспечить параллельную гибридизацию без предварительной разборки мультичипа на отдельные биочипы.

Под термином «мультичип» подразумевается устройство, в состав которого входят, по крайней мере, два индивидуальных биочипа, выполненных на основе твердых носителей, по меньшей мере, одного несущего элемента и многослойной подложки, снабженной клеящим слоем. Общая поверхность мультичипа содержит не менее двух зон. В переделах основной зоны размещают твердые носители в форме слайдов для приготовления биочипов. В пределах несущей зоны мультичипа устанавливают несущие элементы мультичипа.

Под термином «биочип» подразумевается твердый планарный элемент преимущественно прямоугольной формы, например, в виде индивидуальных слайдов или слайдов, выполненных из единого твердого носителя и закрепленных друг с другом на несущем элементе с возможностью отделения. В качестве материалов, из которых изготовлены биочипы, могут быть использованы полимеры, стекло, металл, слюда, керамика или их комбинации.

На выбор материала биочипа влияют их физико-механические свойства. Для биочипов, выполненных из полимерных материалов, одними из основных свойств являются термопластичность, возможность штамповки и формирования в расплавленном состоянии, возможность выдерживать температурные циклы при проведении гибридизации, стойкость к химическим реагентам, входящим в состав гибридизационной смеси и растворов для промывок. Полимеры выбирают из группы, состоящей из полиметилметакрилата, полибутилметакрилата, поливинилхлорида, поликарбоната, сополимеров метилметакрилата и/или сополимеров бутилметакрилата с другими мономерами, такими как стирол, акрилонитрил и др.

Как конструктивный элемент мультичипа биочип выполняет две функции. В соответствии с основной функцией биочип является носителем зондов, которые иммобилизуют на поверхность биочипа или на поверхность многослойного листа в границах рабочей зоны. Второй функцией, которую биочипы выполняют в качестве конструктивного элемента мультичипа, является функция крепления многослойного листа на поверхности биочипа для создания реакционных объемов. В этом случае биочип выполняет вспомогательную функцию твердого носителя для, по меньшей мере, одного гибкого многослойного листа.

В зависимости от требований диагностики размеры биочипов, на которых размещают зонды, могут быть меньше или больше стандартных стеклянных слайдов. Более предпочтительно использовать не только стандартные размеры индивидуальных чипов 25 мм × 75 мм, но и другие размеры. Например, для сокращения расходов на подготовку индивидуальных биочипов в составе мультичипа возможно использовать чипы, габариты которых составляют значение 12,5 мм × 75 мм, либо мини-чипы размером 25 мм × 37,5 м, либо 12,5 мм × 37,5 мм, либо другие размеры слайдов лежащие в пределах от 4 мм × 4 мм до 120 мм × 120 мм.

Под термином «несущий элемент» подразумевается твердый плоский планарный элемент, который преимущественно выполнен в виде линейки, рамки или решетки. Несущий элемент конструкции предназначен для крепления, по меньшей мере, одного многослойного листа, на котором закреплены биочипы. В другом варианте биочипы непосредственно дополнительно прикреплены к несущему элементу с помощью перемычек. Несущий элемент выполняет дополнительные функции, связанные с изготовлением мультичипа, обеспечивая его крепление: а) в пространстве камер для промывок и сушки, б) на поверхности робота для печати зондов, в) на поверхности сканеров. Несущий элемент обеспечивает возможность установки на мультичипе и биочипе дополнительных защитных элементов в виде пленок, листов или пластин для защиты поверхности биочипов, мультичипов или индивидуальных чипов при длительном хранении. Дополнительные технологические отверстия в несущем элементе позволяют: а) группировать несколько мультичипов в виде папок, блокнотов, б) использовать технологические отверстия для автоматического перемещения мультичипа вдоль оси Y или оси Х на рабочем столе робота или сканера.

Материал несущего элемента и перегородок (решетки) может быть аналогичным или отличаться от материала биочипа по физико-химическим свойствам или по цвету полимера.

В качестве материала несущего элемента предпочтительно использовать полимеры. Полимеры выбирают из группы, состоящей из полиметилметакрилата, полибутилметакрилата, поливинилхлорида, поликарбоната, сополимеров метилметакрилата и/или сополимеров бутилметакрилата с другими мономерами, такими как стирол, акрилонитрил и др. Используя термопластичные свойства полимеров на поверхности слайда могут быть сформированы выемки, выступы, барьеры, канавки. Толщина несущего элемента предпочтительно должна выбираться одинаковой с толщиной используемых биочипов и лежать в пределах от 0,5 мм до 5 мм.

Под термином «комбинированный планарный слой» подразумевается узел мультичипа и биочипа на его основе, в состав которого входят, по крайней мере, два планарных твердых носителя (слайда), для изготовления биочипов и, по крайней мере, один планарный твердый несущий элемент.

Под терминами «многослойный лист» и «многослойная подложка» подразумеваются узлы устройства, которые является основными элементами для формирования мультичипа или биочипа. Многослойный лист и многослойная подложка выполнены на основе многослойной конструкции и содержат, по меньшей мере, два гибких слоя с разными физико-химическими свойствами. Многослойные конструкции могут быть выполнены, по меньшей мере, из двух слоев, входящих в группу, состоящую из: i) гибкого слоя, ii) клеящего слоя, iii) отражающего слоя, iv) светопроницаемого слоя, v) непрозрачного слоя, vi) поглощающего слоя. На поверхности мультислоя могут быть размещена идентификация мультичипа или биочипа, выбираемая из группы штрих-кодов, магнитной ленты, индуктивных датчиков и их комбинаций. Гибкие слои, входящие в состав многослойной конструкции, могут быть размещены над всей поверхностью мультичипа или биочипа, или могут быть размещены на отдельных участках, например на вспомогательной зоне биочипов и/или несущей зоне мультичипа.

Под термином «гибкий слой» в рамках данного изобретения подразумевается полимерный слой, который используется для формирования слоев, или слоя, в котором формируют сквозные отверстия для создания реакционных объемов.

Гибкий слой дополнительно выполняет несущую функцию и может иметь толщину более чем 0, 05 мм или более 0,1 мм, 0,3 мм, 1,0 мм или 5 мм и менее чем 10 мм. Клеящие слои имеет толщину более чем 0, 01 мм. Отражающий слой имеет толщину более чем 0, 01 мм. Светопроницаемый слой имеет толщину более чем 0, 01 мм. Непрозрачный слой имеет толщину более чем 0, 01 мм. Поглощающий слой имеет толщину более чем 0, 01 мм. Модифицирующий и/или поглощающий слои наносятся на активные поверхности биочипов в процессе из изготовления.

Для создания биочипов, ориентированных на анализ белков, антител, ферментов, в качестве материала слоя, на котором будет создана активная поверхность для иммобилизации зондов, можно использовать такие полимерные материалы как нейлон, нитроцеллюлоза, поливинилидендифторид (PVDF), полиметилметакрилат (ПММА) и другие полимеры.

В состав многослойной конструкции могут входить: а) гибкие слои, снабженные одним клеящим слоем, б) гибкие слои, снабженные двумя клеящими слоями и нанесенными на верхнюю и нижнюю поверхности гибкого слоя, в) гибкие слои, не снабженные клеящим слоем, г) комбинации слоев, входящих в пункты а), б), в). Гибкие слои размещены друг над другом и соединены таким образом, что одна из поверхностей многослойного листа и многослойной подложки содержит самоклеящий слой, который приклеивают к поверхности несущего элемента и к поверхности биочипов путем создания давления.

Адгезивный или клеевой слой должен создавать прочную связь между поверхностью биочипов, поверхностью несущего элемента и многослойной конструкции. Эта связь должна быть стабильной и не должна нарушаться при изменении температуры внешней окружающей среды в диапазоне от -20 до +60°С. Адгезионный слой должен сохранять свои клеящие параметры в условиях действия реагентов, используемых для промывок поверхности слайдов или при формировании модифицирующего слоя на поверхности слайдов, или реагентов, участвующих в формировании раствора для гибридизации.

Под термином «биочип» подразумевается устройство, твердой основой которого является индивидуальный слайд, входящий в состав комбинированного планарного слоя мультичипа, или основа биочипа может быть выполнена из общего листа с прорезями, разделяющими лист на элементы для формирования биочипов, прикрепленных к несущей зоне с помощью перемычек. Биочип содержит, по меньшей мере, одну рабочую зону с активной поверхностью и вспомогательную зону. На поверхности рабочей зоны формируют кластеры с зондами. В границах вспомогательной зоны размещают идентификаторы, характеризующие параметры индивидуального биочипа. Идентификаторы выполняют в виде отдельных многопараметрических идентификаторов, например штрихкодов или магнитных лент и/или кодовых, цифровых или буквенных идентификаторов, расположенных рядом с кластерами. Биочип при необходимости отделяют от общего массива мультичипа путем разрезания верхнего и/или нижнего гибкого слоя по границам биочипа.

Под термином «зонд» подразумевается одна из двух связываемых молекул, которые взаимодействуют друг с другом посредством специфичного нековалентного взаимодействия. Молекула зонда иммобилизована на рабочей поверхности биочипа, а качество связывания определяется выбором структуры зонда. В состав группы типичных пар молекул, которые используют при изготовлении белковых и ДНК чипов, могут входить олигонуклеотиды, белки, антигены, антитела, ферменты. Анализируемое вещество включает один или несколько типов молекул, которые необходимо диагностировать.

Под термином «кластер» подразумевается часть активной рабочей поверхности биочипа, на которой иммобилизованы зонды одного типа. На рабочей поверхности биочипов со средним уровнем плотности размещают до 500 кластеров, в которых размещают от 2 до 20 типов зондов. Кластеры могут иметь форму прямоугольника, квадрата, круга, эллипса, многоугольника, треугольника или представлять собой линейную структуру, выраженную линейной последовательностью точек. Кластеры могут наноситься на модифицированную поверхность слайдов [15] или закрепляться на немодифицированной поверхности [20].

Под термином «покрывной лист» подразумевается полимерный лист, который, по меньшей мере, частично закреплен к поверхности несущего элемента и расположен либо над всей основной поверхностью мультичипа, либо над рабочей частью, по меньшей мере, одного биочипа, либо расположен над, по меньшей мере, одной рабочей зоной индивидуального биочипа.

Под термином «защитный лист» понимается, по меньшей мере, один непрозрачный полимерный лист или полимерный пакет, причем полимерный лист укреплен на лицевую или укреплен на лицевую и заднюю поверхности мультичипа с помощью клеящего слоя, расположенного по краям листа, обеспечивая герметизацию пространства между лицевой или задней поверхностями мультичипа и внутренней поверхностью защитного листа, а полимерный пакет выполнен с возможностью герметизации внутреннего объема, в котором устанавливается мультичип.

Под термином «набор для диагностики» подразумевается набор, состоящий из диагностического теста, в состав которого входит мультичип, покрывной лист и/или защитный лист, набор реагентов для подготовки гибридизационного раствора, набор реагентов для подготовки образца, а также комплект инструкций и программного обеспечения для сканирования биочипов, обработки и хранения результатов диагностики.

Под термином «комплект инструкций и программного обеспечения для сканирования, обработки и хранения результатов диагностики» подразумевается комплект, в состав которого входит твердый носитель с программным обеспечением и возможностью записи результатов диагностики, инструкция или методические указания, набор клейких информационных листков.

Под термином «держатель индивидуальных биочипов» подразумевается рамка, выполненная из полимерного материала, предназначенная для установки отдельных биочипов при проведении сканирования результатов гибридизации.

Под термином « реакционная зона» подразумевается область мультичипа, в которой проходит реакция гибридизации.

Под термином «образец» подразумевается любой из биологических материалов, присутствие которого в исследуемой пробе должен определить тест.

Описание

Для задач диагностики существует потребность в использовании специализированных наборов биочипов, входящих в состав модулей или мультичипов, полностью подготовленных к проведению гибридизации и последующему анализу полученных результатов. В настоящее время неизвестны варианты хранения и упаковки биочипов в форме плоских планарных мультичипов, в которые входит не менее двух биочипов.

На фиг.1 представлен вид основного узла диагностического теста. Диагностический тест состоит из мультичипа (10), покрывного листа (136), первого (168) и второго (169) защитных листов, которые снабжены по периметру с внутренней стороны клеевым слоем (127). Покрывной лист (136) и защитные листы (168,169) отделяются от поверхности мультичипа (10) с помощью разделительных наклеек (151, 152, 153), которые прикреплены за один из углов покрывного и защитных листов. Покровный лист фиксируется на поверхности мультичипа с помощью полос (156), снабженных клеящим слоем.

Мультичип (10) является основным узлом диагностического теста. На поверхности мультичипа размещено не менее двух биочипов (18), на поверхности которых иммобилизовано множество кластеров (3) с зондами (4).

На фиг.2 представлена схема расположения зон на поверхности биочипов. Поверхность каждого из биочипов (18) содержит, по меньшей мере, одну рабочую зону (14), которая включает, по меньшей мере, одну активную поверхность, на которой размещают кластеры (3) с зондами (4). На поверхности биочипа (18) может быть сформирована одна или несколько рабочих зон (14) прямоугольной, круглой, линейной или квадратной формы (как это представлено на фиг.2) с разными геометрическими размерами. В одной рабочей зоне (14) может быть размещен, по меньшей мере, один кластер (3). Биочип содержит вспомогательную (15) зону, в границах которой размещают, по меньшей мере, один идентификатор (16), который служит для идентификации слайда при обработке и хранении результатов диагностики. На поверхности вспомогательной зоны биочипа может быть размещена дополнительная информация в виде буквенной или/или цифровой формы. Дополнительную информацию (19) размещают на одной из боковых поверхностей биочипа (поз 19а), либо вдоль линейно расположенных участков рабочей зоны (поз 196), возможно комбинированное размещение идентификаторов (16), (19) и идентификатора (17), установленного на несущем элементе, как это показано на фиг.1 и фиг.3. Для контроля положения биочипа в сканирующем устройстве, на вспомогательной зоне биочипа может быть размещена, по меньшей мере, одна метка (69).

На фиг.3 представлен один из вариантов, который включает, но не ограничивает других вариантов размещения элементов и основных зон мультичипа. Мультичип содержит одну или несколько основных зон, в границах которых размещены биочипы (18), габариты которых могут быть больше стандартных размеров, иметь стандартные размеры (75×25 мм) или быть меньше стандартных размеров. Мультичип (10) может содержать, по крайней мере, один несущий элемент (20), установленный в рамках несущей зоны. Несущий элемент представляет твердый плоский планарный элемент, который преимущественно выполнен в виде линейки, рамки или решетки. Биочипы (18) и несущий элемент (20) расположены планарно, в одной плоскости и формируют композиционный планарный слой, к которому крепится, по меньшей мере, один гибкий мультислой. На поверхности несущего элемента сформированы технологические отверстия (112), которые служат для крепления биочипа на рабочем столе роботов при печати зондов на поверхность индивидуальных биочипов, для крепления биочипа в устройствах промывки или сушки при изготовлении мультичипа, для крепления в устройствах гибридизации или для срепления друг с другом нескольких биочипов в процессе пересылки или в процессе хранения.

Мультичип представляет собой многослойную конструкцию квадратной, прямоугольной или круглой формы.

В состав многослойной конструкции входит многослойный лист и/или многослойная подложка и комбинированный или монолитный планарный слой.

В процессе изучения свойств полимерных материалов с нанесенным на их поверхность клеящим слоем в условиях изменяющейся температуры в диапазоне от -10°С до +60°С, а также в буферах для гибридизации и в растворах для модификации поверхности полимеров был обнаружен тот факт, что гибкие полимерные материалы с нанесенными на них клеящими слоями, выполненные в виде самоклеящихся пленок, позволяют создать множество вариантов недорогих мультичипов.

Известны технические решения, в которых самоклеящие пленки применяют для выполнения лишь одной функции при изготовлении биочипов. К таким функциям, например, относятся: создание гибридизационных объемов [21, 22], закрепление на поверхности гибкого основания твердых биочипов с модифицированной поверхностью [23], крепление на поверхности твердого субстрата твердых биочипов [8], а также приклеивание на твердую поверхность биочипов гибких полимерных пленок для формирования активной поверхности [7].

Известен аналог симметричного расположения двух слоев полимерного материала над первой и второй поверхностью индивидуального слайда, используемого в спектроскопии [24]. Данное устройство содержит лишь четыре рабочих зоны на поверхности стеклянного слайда, а квадратная форма держателя слайда не предназначена для применения данных конструкций в широко известных сканерах, работающих с биочипами, и размещенных на прямоугольных пластинах размером 25×75 мм. Кроме того, устройство не предназначено для проведения гибридизации на поверхности слайда, поскольку в материалах нет данных о возможности работы конструкции при температурах гибридизации. Настоящее изобретение устраняет все вышеперечисленные недостатки аналога.

Предлагаемое техническое решение устанавливает иной подход в конструировании мультичипов.

В данном изобретении для повышения эффективности и удешевления производства биочипов материалы гибких слоев, входящих в состав многослойной конструкции, выбирают таким образом, чтобы они могли выполнять одновременно несколько функций.

Первая конструкционная функция связана с поддержкой и креплением биочипов относительно друг друга и относительно несущего элемента мультичипа на всех этапах производства мультичипа и биочипов, начиная от этапа обработки поверхности слайдов до этапа диагностики.

Второй функцией, которую может выполнять материал гибких слоев, входящих в многослойный лист, является создание перегородок и разделенных друг от друга гибридизационных зон на поверхности биочипа. Перегородки формируют, выполняя сквозные отверстия в материале гибкой основы.

Третья функция гибких слоев определяется выбором материала гибкого слоя и его физико-химическими свойствами поверхности. К таким свойствам относятся: а) обеспечение возможности иммобилизации зондов на модифицированной или не модифицированной поверхности гибкой основы, б) возможность формирования отражающей поверхности для более эффективного измерения сигналов отражения, в) возможность выбора гибкого слоя с поверхностью, которая осуществляет тушение флуоресценции.

К четвертой функции гибкого слоя, размещенного на внешней поверхности многослойного листа, можно отнести формирование на его поверхности графического изображения штрихкода, или иной графической цифровой или буквенной информации, идентифицирующей кластеры, расположенные на отдельных чипах.

К пятой функции, которую может выполнять гибкий слой в мультичипе, можно отнести возможность легкого отделения биочипов от мультичипа. В качестве дополнительного информативного параметра, характеризующего тип биочипа, возможно использовать цвет верхнего или нижнего гибкого слоя как индивидуальных биочипов, так и мультичипа в целом, что позволяет привязать цвет биочипов к той диагностической функции, которую они выполняют.

Такое техническое решение позволяет получить синергический эффект, который не был получен ранее, поскольку для создания биочипов использовалось не более двух функций гибкого слоя.

В рамках данного изобретения, для создания многослойных конструкций возможно использовать широкий спектр полимеров. Материал, из которого изготавливают гибкий мультислой, может быть выполнен из прозрачных или цветных гибких полимеров, полимеров, которые снабжены отражающим слоем, полимеров с малым уровнем собственной флуоресценции, полимеров, способных к модификации поверхности для иммобилизации на ее поверхности олигонуклеотидных или белковых зондов.

К таким материалам можно отнести полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид и другие полимеры. Наиболее предпочтительным является полимерный носитель, выполненный из поливинилхрода с нанесенным на него слоем клея. Например, фирма 3М (США) [25] и фирма Orafol (Германия) выпускают широкий спектр самоклеющихся материалов, выполненных на основе прозрачного, белого и цветного поливинилхлорида.

Известно применение ПВХ в качестве конструкционного элемента биочипов, но в известных решениях используют одну функцию ПВХ, например для создания поверхностного слоя [26] или для применения в качестве клейкой основы для приклеивания внешнего слоя на слайд [7].

В предлагаемом изобретении техническая задача решается с помощью материалов, которые позволяют исключить термические расширения и расслоение слоев, в процессе изготовления мультичипа на ее основе. В качестве примера, который включает, но не ограничивает объем изобретения, в качестве материала из которого выполнены гибкие слои мультислоя, выбран поливинилхлорид. Этот материал можно использовать и для формирования биочипов и несущего элемента.

Неочевидность технического решения дополнительно связана с одновременным использованием всех технологических возможностей ПВХ. Разнообразие известных типов ПВХ позволяет создать мультичип с новыми усовершенствованными возможностями.

К этим возможностям относятся: а) выбор цвета вспомогательной поверхности биочипов для создания цветовой гаммы мультичипа, б) применение самоклеящейся пленки с напыленным слоем алюминия в качестве отражающей поверхности или отражающей поверхности, выполненной на основе световозвращающих слоев, в) выбор разной толщины слоя ПВХ для регулирования объема гибридизационной смеси, г) нанесение на поверхность ПВХ модифицирующего слоя для активизации поверхности, д) нанесение на внешний слой гибкой основы графического изображения для штрихкодов или других цифровых или буквенных идентификаторов.

В зависимости от поставленных задач выбирают размер мультичипа и количество входящих в него индивидуальных чипов. Мультичип преимущественно выполняют в виде прямоугольной или квадратной формы. Минимальные размеры мультичипа определяются габаритами не менее двух биочипов и размером несущей зоны. Учитывая совершенство способов нанесения зондов на поверхность чипов, максимальные размеры платы определяются размерами рабочих полей роботов для нанесения зондов.

В случае использования стандартных микроскопических слайдов, их размер составляет (по данным фирмы Erie Scientific Company) 25.10×75.36±0.38 мм, 1.00±0.02 мм. В этом случае количество индивидуальных чипов, входящих в мультичип, может составлять от 2 до 100 в зависимости от задач диагностики и типов оборудования для печати и сканирования биочипов. В тех случаях, когда предполагается использовать планшетные сканеры, предпочтительно формировать мультичипы с внешними размерами, эквивалентными размеру бумажных листов А4 и А2. В этом случае в состав мультичипа с размером А4 будут входить от 21 до 24 чипов, а в размер А2 - от 50 до 56 стандартных чипов. На общее количество чипов влияет возможность применения решетки, занимающей часть общего рабочего поля мультичипа.

Один из аспектов изобретения включает выбор материала, из которого выполняют биочип. Выбор оптических свойств материала зависит от способа регистрации данных диагностики. Разные типы меток регистрируют разными физическими методами. Наиболее широко распространены способы измерения пропускания [15, 27], измерения отраженных сигналов [28, 29] или измерения флуоресцентных сигналов [30,31].

Исходя из выбранного типа метки и способа регистрации материал, из которого изготавливают слайд, может представлять собой одноро