CN102047103A - 用于分级和检测分析物的生物芯片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于分级和检测分析物，例如蛋白质、蛋白质复合物、代谢物、糖蛋白、肽、DNA、RNA、类脂类、脂肪酸、碳水化合物和/或其它两性电解质的生物芯片。

Description

用于分级和检测分析物的生物芯片

发明领域

本发明涉及用于分离和检测分析物如蛋白质、代谢物、糖蛋白和/或肽的微流控装置(microfluidic devices)领域。

发明背景

抗体阵列代表了能够同时检测多种蛋白质和抗原的高通量技术之一。这些阵列能够用于例如，测量疾病相关蛋白质的表达或翻译后修饰的变化。这使得能够进行诊断、预后、药物反应测量、信号通道表征以及测试与疾病发生和发展相关的修饰。

已经开发了许多不同的抗体阵列技术，每种都具有特定的优点、缺点和最佳应用。这些方法在不同样品类型上进行了证实，例如血清、血浆及其它体液；细胞培养上清液；组织培养裂解物；以及肿瘤切除样本。

然而，由于一些限制，抗体微阵列的应用仍然具有挑战性：

-低于临床免疫测试的准确率和再现性，

-2或3个数量级的有限动态范围，以及

-需要针对靶抗原的高亲和性和特异性的抗体。

-而且，这种测试的线性范围依赖于抗体-抗原亲和性，而所述线性只有当分析物和抗体的浓度与亲和常数相匹配时才能达到。

人工预先分级样品(例如按照大小、电荷、等电点、极性、……)是一种降低样品复杂性的手段，并且通过它减少了特异性和交叉反应性的问题。然而，其劳动强度非常大，在分级和检测之间需要人工处理步骤，并因而容易出错。

US 2006/0292649A1提出了一种生物芯片，其中将一种或多种分析物，如生物样品的蛋白质，在毛细管中通过等电聚焦进行解析(resolved)。根据US 2006/0292649A1，解析后的分析物通过光固定化固定在毛细管内，而检测试剂，如抗体，流过该毛细管，其与所述分析物结合或相互作用，形成抗体-蛋白质复合物。随后，使化学发光底物流过所述毛细管并用光子探测器检测。

US 2006/0292558A1描述了一种生物芯片，其中一种或多种分析物通过等电聚焦在毛细管中进行解析。然后，使来自被分析的人或非人受试体的血清流过所述毛细管，特异于所述被固定的分析物的抗体与所述分析物相结合。随后，引入包含可检测标记的第二抗体，并结合于所述被固定的抗体-分析物复合物。通过所述可检测标记，检测所述抗体-分析物复合物的位置。

然而，US 2006/0292649A1和US 2006/0292558A1中公开的生物芯片需要较大的分析物量。因而，必须使用高亲和性的抗体或者大量的低亲和性抗体，两种情况下这都是昂贵的。另外，所述抗体会遇到许多不同的分析物(基本上每种不同的抗体种类都会接触到存在于样品中的所有分析物蛋白)，因而不能排除交叉反应。而且，将所述分析物光固定在所述毛细管上可能干扰分析物/抗体结合，例如，在不良限定的固定位点与抗体结合位点相同的情况下，因而降低了灵敏度和准确性。

本发明的目的是克服上述问题，提高分析物浓度、准确性和再现性，并提供一种快速的、改进的和可自动化的解决途径。

发明概述

本发明涉及一种用于分级(fractionating)和检测分析物的生物芯片，所述分析物例如蛋白质、蛋白质复合物、代谢物、糖蛋白、肽、DNA、RNA、类脂类(lipids)、脂肪酸、碳水化合物和/或其它两性电解质，其包括：

-具有在第一pH值(pH1)和第二pH值(pH2)之间的pH梯度的等电聚焦通道，

-阳极-阴极对，其中所述等电聚焦通道至少部分设置在所述阳极-阴极对的阳极和阴极之间，特别是使得能够在所述等电聚焦通道中等电聚焦分析物，

-连接到或可连接到所述等电聚焦通道的微流控样品通道，以及

-至少一个检测单元，包括：

-微流控缓冲液储室，

-第一和第二流动屏障，以及

-微流控检测腔室，

其中所述等电聚焦通道可通过打开所述第一流动屏障与所述缓冲液储室连接，和可通过打开所述第二流动屏障与所述检测腔室连接，其中所述第一和第二流动屏障设置在所述等电聚焦通道的相对侧。

所述第一和第二流动屏障具有例如在等电聚焦过程中使样品不与检测腔室中的捕获探针相互作用的优点。如果所述生物芯片包含数个用来检测具有不同等电点的翻译后蛋白质修饰的检测单元，则这是特别有利的，因为所述翻译后蛋白修饰能首先通过等电聚焦分离，然后例如通过与位于不同检测腔室中的相同抗体相结合而被检测。

在本发明的范围内，术语“在第一pH值(pH1)和第二pH值(pH2)之间的pH梯度”能够不仅表示pH值连续地例如线性地或者指数地由第一pH值(pH1)向第二pH值(pH2)升高(或降低)，而且表示pH值由第一pH值(pH1)向第二pH值(pH2)逐渐地例如逐步或逐级地增加或(降低)。

例如，根据本发明的在第一pH值(pH1)和第二pH值(pH2)之间的pH梯度可以通过至少两个，尤其是数个每个凝胶具有特定pH值的凝胶(凝胶垫)来实现，其中所述凝胶彼此对齐排列(aligned with respect to each other)，使得具有在所述排列中从凝胶到凝胶pH值增加(或降低)的效果。

因而，根据本发明，所述凝胶可以相邻地排列。然而，在本发明的范围内，如果流体例如水或缓冲液位于两个凝胶之间，尤其是位于所有的凝胶之间，则也可以理解为pH梯度。在所述凝胶的pH值在所述排列中从凝胶到凝胶增加(或降低)的情况下，凝胶和流体的这种设置，尤其是交替，也被认为是在本发明范围内的pH梯度，如果液体所具有的pH值并不处于相邻凝胶的pH值之间。

术语“微流控(microfluidic)”在本发明情形中表示由该形容词修饰的装置具有微升数量级的容积，例如≥0.01μl至≤50μl，特别是≥0.1μl至≤10μl。

例如，所述样品通道和/或一个或多个缓冲液储室和/或一个或多个检测腔室和/或一个或多个检测探针储室(说明见下)可具有大约≥0.1μl至大约≤50μl，特别是大约≥1μl至大约≤10μl的容积，和/或大约≥0.2mm至大约≤5mm，特别是大约≥0.5mm至大约≤1.5mm的宽度，和/或大约≥1μm至大约≤500μm，特别是大约≥10μm至大约≤200μm的高度，和/或大约≥1mm至大约≤100mm，例如大约≥1mm至大约≤50mm，特别是大约≥5mm至大约≤20mm的长度。所述等电聚焦通道可例如具有大约≥0.1μl至大约≤50μl，特别是大约≥1μl至大约≤10μl的容积，和/或大约≥0.2mm至大约≤5mm，特别是大约≥0.5mm至大约≤1.5mm的宽度，和/或大约≥1μm至大约≤500μm，特别是大约≥10μm至大约≤200μm的高度，和/或大约≥1mm至大约≤100mm，例如大约≥1mm至大约≤50mm，特别是大约≥5mm至大约≤20mm的长度。所述阳极和阴极例如可包括，铂、金、铜、铝或掺杂硅，特别是由铂、金、铜、铝或掺杂硅组成，优选以铂层涂覆。

根据本发明的生物芯片能够通过等电聚焦(IEF)在数个pH范围中分级样品，并在第二步骤中在检测单元内通过免疫测定/微阵列技术检测所分级的分析物，例如通过结合到(经标记的)抗体上。

通过等电聚焦预分级样品具有如下优点：杂质的量减少，因为与感兴趣的分析物具有不同pI范围的杂质被分离，感兴趣的分析物被集中并且减少了结合反应的反应体积。由于分析物浓度增加，杂质量降低以及反应体积降低，所以可以利用具有较低亲和性的抗体。同时，检测步骤的特异性和灵敏度得以提升。因而，交叉反应可以被避免或者极大减少。而且，根据本发明的生物芯片是可自动化的并且可用于快速数字诊断测试(RDT)。因而，所有需要的功能都有利地在一个芯片上实施而无需手工处理步骤，从而准确性和再现性有利地得以提升。另外，根据本发明的生物芯片有利地使得能够实现用于及时检验的便携式生化系统。因而根据本发明的生物芯片提供了一种便携式的、可自动化的、快速且经改良的测试，对于操作者而言无需手工处理步骤并且时间花费少。

在本发明的范围内，所述第一和第二流动屏障各自特别地设置在与pH梯度平行的等电聚焦通道的一侧，而所述第一和第二流动屏障彼此相对设置。

根据本发明，所述pH梯度可以是不固定的或固定的(mobilized or immobilized)pH梯度。

在本发明的一个实施方式的范围内，所述等电聚焦通道包括，特别是填充有，具有由两性电解质(ampholytes)产生的在第一pH值(pH1)和第二pH值(pH2)之间的pH梯度的流体。或者，所述等电聚焦通道包括，特别是填充有，具有由两性电解质产生的在第一pH值(pH1)和第二pH值(pH2)之间的pH梯度的凝胶(条带)。

在本发明的另一个实施方式范围内，所述等电聚焦通道包括，特别是填充有，具有在第一pH值(pH1)和第二pH值(pH2)之间的pH梯度的凝胶，而所述pH梯度是通过聚合基于以下物质的至少两个(特别是相邻的)配方产生的：(甲基)丙烯酸酯(类)，特别是丙烯酸酯(类)，如丙烯酰胺、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯、聚乙二醇丙烯酸酯、二乙二醇双丙烯酸酯和/或三乙二醇二丙烯酸酯，甲基丙烯酸酯，如甲基丙烯酸羟乙酯、聚乙二醇甲基丙烯酸酯、二甲基丙烯酸二乙二醇酯和/或二甲基丙烯酸三乙二醇酯，硫醇烯(类)和/或环氧化物，具有一个或多个pH缓冲子单元。例如，所述pH梯度是通过聚合至少包含以下物质的至少两个(特别是相邻的)配方产生的：式(I)的丙烯酰胺单体：

式(II)的N，N’-亚甲基双丙烯酰胺单体：

以及

具有一个或多个pH缓冲子单元的单体(immobiline单体)，特别是丙烯酰胺单体，而所述配方包括产生不同pH值的不同pH缓冲单体。

例如，所述凝胶可以通过聚合至少三个或至少四个，特别是多个，相邻配方产生，而pH值从第一个到最后一个配方增加或降低。这可以通过使用所谓的梯度混合器来获得，将两种具有不同pH值的配方加入其中并以一定比例混合，然后注入所述生物芯片的等电聚焦区域。在填充所述等电聚焦区域过程中，所述配方的比例连续变化，pH值将在填充方向上变化，所述pH值在通道开端最接近于配方1的pH而在通道末端最接近于配方2的pH。然后将液体聚合以形成pH梯度凝胶。

所述凝胶配方通常通过在去离子水中混合≥0重量％到≤20重量％，特别是≥2重量％到≤10重量％的单体来制得。丙烯酰胺与双丙烯酰胺的比例例如在≥20∶1到≤100∶1范围，例如大约为40∶1。为了在使用的immobiline单体的pH值处获得良好的缓冲性能，所述immobiline单体的浓度例如可以在≥1mM到≤50mM范围，例如大约25mM。

在所述生物芯片中，所述凝胶或流体的pH值优选从阳极区域向阴极区域增加。特别地，所述凝胶或流体的pH梯度是正pH梯度和/或从阳极区域向阴极区域增加。

在本发明的一个优选实施方式范围内，所述等电聚焦通道设有阳极和阴极入口。通过这种方式，电极与等电聚焦通道中的流体或凝胶的电接触可以简便地通过将所述阳极和阴极分别引入所述入口中实现。而且，使用者可以有利地将其优选的两性电解质通过所述阳极和阴极入口注入，从而产生自定义的pH梯度。

在本发明的另一个优选实施方式范围内，所述等电聚焦通道不具有矩形形状。例如，所述等电聚焦通道的宽度可沿着所述pH梯度变化。特别地，所述等电聚焦通道的宽度可沿着所述pH梯度变化并对称于该pH梯度的轴或确切地所述等电聚焦通道的纵轴或确切地所述阳极-阴极对的电场线(electric flux line)的轴。优选地，所述等电聚焦通道在高数量的分析物被等电聚焦集中或确切地在等电聚焦后预期这样的pH范围具有较大的宽度，而在低数量的分析物被等电聚焦集中或确切地在等电聚焦后预期这样的pH范围具有较小的宽度。

通过这种方式调整所述等电聚焦通道的几何形状有利地改善了预分级效率，并允许易于转移到设置在这样的位置处的检测腔室中(见图3a、3b和附图说明)。

在本发明的范围内，所述缓冲液储室优选地包括至少一种缓冲液。为了向所述缓冲液施加压力，所述缓冲液储室例如连接到压力装置。

按照这种设置，通过向所述缓冲液储室中的缓冲液施加压力，打开所述流动屏障并使所述缓冲液经过等电聚焦通道冲入检测腔室，可以将分析物从所述等电聚焦通道转移到检测腔室中。

所述检测腔室优选包括至少一种捕获探针。根据本发明，捕获探针能够与所述分析物发生相互作用，例如通过抗体-抗原、蛋白质-蛋白质、蛋白质-代谢物、DNA-正义/反义、RNA-DNA、RNA-RNA或受体-配体相互作用。捕获探针可以是捕获抗体，捕获抗原、捕获蛋白质、捕获代谢物、寡聚DNA、寡聚RNA或者对分析物具有高亲和性的另一种分子，例如单链可变区片段(single chain variable fragments，scFv)、生物素或亲和素(avidin)。所述捕获探针还可以是本领域公知的适合的/匹配的拓扑/分子印迹技术。

优选地，所述捕获探针固定到所述生物芯片上，特别是固定到检测腔室的一个或多个壁上，例如侧壁、下壁和/或上壁。例如，所述捕获探针通过简单化学(例如点击化学(click chemistry))以模块方式(modular way)共价结合到生物芯片上。这有利地使得根据本发明的生物芯片可灵活应用于许多目的。或者，所述捕获探针吸附/物理吸附(physisorbed)到表面上，或以位阻和/或动力学和/或磁方式被捕获，或者包埋在凝胶/凝胶-基质中。

在本发明的另一优选实施方式的范围内，所述检测腔室或一套多个检测腔室中的至少一个、尤其是每个检测腔室包括至少两种或至少三种，例如至少四种或至少五种或至少六种，特别是多种不同的捕获探针。在一个优选的实施方式中，所述捕获探针设置成彼此分隔开，特别是在不同的/单独的点中，例如如同阵列/微阵列。

有利的是，以这种方式可以在单次操作中同时测定，特别是区分和检测，数种以相同pI值为特征的分析物，例如蛋白质。

在本发明的范围内，可以通过一种或多种夹心测定法以及竞争性测定法来实现分析物的检测。因而所述检测优选以光学方式实施，例如通过采用荧光，表面等离子共振或渐逝场检测。

检测探针，优选经标记的检测探针，例如经标记的检测抗体，可以通过几种方式施加给分析物：

在本发明的一个实施方式中，所述缓冲液储室包括至少一种检测探针。从而所述检测探针在等电聚焦之后并且在打开第一阀之后但在到达检测腔室中的捕获探针之前可以直接结合到所述分析物，例如蛋白质。

在另一个实施方式中，所述检测腔室包括至少一种检测探针。

在本发明的还一个实施方式中，所述检测单元进一步包括，特别是微流控的，检测探针储室，而所述检测探针储室通过打开第三流动屏障连接到或可连接到所述检测腔室。因此，所述检测探针储室优选包括至少一种检测探针。

在上面提到的这三个实施方式范围内，所述样品通道和/或缓冲液储室和/或检测腔室和/或检测探针储室可以设有入口和/或另外的流动屏障，例如隔膜，通过其所述检测探针可以被手动或自动加入，以允许检测使用者限定的分析物和/或去除已分级的分析物。

这些手段具有以下优点：添加检测探针可以通过形成共价键(例如通过简单的点击化学、交联、NHS-化学或表面接枝)、吸附、或DNA/RNA-寡聚相互作用(DNA/RNA-oligo-interactions)来实现，使得根据本发明的生物芯片有多种多样的用途。

优选地，所述缓冲液储室和检测腔室或者所述缓冲液储室和检测探针储室设有入口和/或出口和/或流动屏障。通过这种方式，捕获探针区域可以进行洗涤，例如在施加检测探针之后，通过使洗涤缓冲液从缓冲液储室流过检测腔室。在本发明一个优选的实施方式范围内，所述检测腔室和/或检测探针储室连接到(例如经由出口)和/或可连接到(例如通过打开流动屏障)废物腔室，特别是在洗涤之后用以收集洗涤缓冲液。

在本发明另一优选实施方式范围内，根据本发明的生物芯片包括至少两个或至少三个，例如至少四个或至少五个或至少六个，特别是多个位于所述等电聚焦通道的pH梯度的不同pH范围处的检测单元(其特别是彼此很好地分隔开)。例如，每个检测单元位于不同的pH范围处，所述不同pH范围的宽度为数百个pH值(hundreds pH value)到2个pH单位(2pH units)，优选500个pH值到1个pH单位，最优选为十分之一pH单位到0.5个pH单位。而且，根据本发明，检测单元与相邻检测单元例如间隔数百个pH值到4个pH单位，优选500个pH值到2个pH单位，最优选十分之一pH单位到1个pH单位。然而，在本发明的范围内，数个检测单元位于1个pH单位范围之内也是可以的。

换句话说，每个所述检测单元的特征在于预先限定的(特别是狭窄的)pI范围。例如，在其中一个检测单元处的pI范围宽度为大约十分之一pI值。

通过这种方式，只有在非常狭窄的pI范围内的蛋白质才能进入专门的检测腔室。这具有能在单次操作中同时测定(特别是区分和检测)以数个pI值为特征的许多分析物的优点。

翻译后修饰能改变分析物，特别是蛋白质或者蛋白质复合物，的等电点。因而，不同种类的修饰和未修饰的分析物在等电聚焦过程中将聚集在不同的pI值处。通过等电聚焦，不同的种类由此能被分离并在根据本发明的生物芯片的不同检测单元中检测，例如通过相同或不同的抗体。

例如，丝裂原活化蛋白激酶1(也称为ERK2)可以通过根据本发明的生物芯片来分离和检测。丝裂原活化蛋白激酶1是磷酸化MAP2和髓鞘碱性蛋白的丝氨酸/苏氨酸激酶。丝裂原活化蛋白激酶1是丝裂原活化蛋白(MAP)激酶家族中的一员。丝裂原活化蛋白激酶，也称为细胞外信号调节激酶(ERK)，起多种生化信号集成点的作用，并且涉及到广泛的细胞过程，例如增殖、分化、转录调控和发育。丝裂原活化蛋白激酶1尤其是一种重要的丝裂原活化蛋白激酶通道近端组件，涉及从细胞表面的生长因子、神经递质和激素向细胞核中的转录活动传递信号。丝裂原活化蛋白激酶1的活化需要通过上游激酶对其进行磷酸化。从而，丝裂原活化蛋白激酶1被丝裂原活化蛋白激酶2(也称为MAP2K2或MEK2)活化，其磷酸化相邻的苏氨酸183和酪氨酸185残基，而非活化的、未磷酸化的结构以及活化的、磷酸化的结构由Canagarajah等人在1997年公开。利用基于标准抗体的免疫检测技术，不能以简单的方式区分和定量这两种物质。因此通过已知的装置和方法不能容易地检测出与疾病相关的相关性。但是，由于所述未磷酸化的形式具有6.523的pI值，而磷酸化形式具有6.373的较低pI值，所以通过根据本发明的生物芯片可以有利地分离所述两种形式并通过相同的抗体在不同的检测腔室中检测分离的形式。

此外，根据本发明的生物芯片有利地允许比较数种/不同分析物如蛋白质的信号强度，或者分别检测同一样品中的数种/不同分析物的存在与否模式。而且，可以测定不同分析物如蛋白质，特别是翻译后修饰的和未修饰的蛋白质，之间的比例。这使得能够定量和/或半定量地分析修饰和未修饰的分析物的比例。有利地，根据本发明的生物芯片由此能够用于检测，特别是“指纹识别”，特定的疾病。

然而，在本发明的范围内，不同检测单元的所述捕获探针和/或对应检测探针可以至少部分地彼此不同。

根据一个优选的实施方式，所述生物芯片包括一组捕获和检测探针，特别是一组捕获和检测抗体，例如抗体阵列，区分分析物特别是蛋白质的不同翻译后修饰，例如磷酸化和泛素化(ubiquitination)。这有利地还允许(半)定量地测定修饰和未修饰的分析物的比例。

根据另一优选实施方式，所述生物芯片包括一组捕获和检测探针，特别是一组捕获和检测抗体，例如抗体阵列，特异于属于某种信号通道，例如在某些疾病中正向或负向调控的通道，的数种蛋白质和/或酶。

一般来说，所有已知的用于微流控通道的流动屏障，例如微型阀，都可用于根据本发明的生物芯片。

在本发明的另一实施方式范围内，至少一个流动屏障是疏水性阻隔屏障。特别地，检测单元的所述第一、第二和/或第三流动屏障是疏水性阻隔屏障。

疏水性阻隔屏障可以通过用斥水性试剂涂覆毛细管，例如样品通道或检测腔室或缓冲液储室或检测探针储室，内的至少一个区域来获得，所述斥水性试剂例如1H，1H，2H，2H-全氟烷基三卤代硅烷类，如1H，1H，2H，2H-全氟己基三氯代硅烷、1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯代硅烷、1H，1H，2H，2H-全氟癸基三氯代硅烷和/或1H，1H，2H，2H-全氟十二烷基三氯代硅烷，特别是1H，1H，2H，2H-全氟癸基三氯代硅烷，和/或1H，1H，2H，2H-全氟烷基三烷氧基硅烷类，如1H，1H，2H，2H-全氟己基三甲氧基硅烷、1H，1H，2H，2H-全氟辛基三甲氧基硅烷、1H，1H，2H，2H-全氟癸基三甲氧基硅烷、1H，1H，2H，2H-全氟十二烷基三甲氧基硅烷、1H，1H，2H，2H-全氟己基三乙氧基硅烷、1H，1H，2H，2H-全氟辛基三乙氧基硅烷、1H，1H，2H，2H-全氟癸基三乙氧基硅烷和/或1H，1H，2H，2H-全氟十二烷基三乙氧基硅烷，特别是1H，1H，2H，2H-全氟癸基三甲氧基硅烷和/或1H，1H，2H，2H-全氟癸基三乙氧基硅烷，和/或Teflon(聚全氟乙烯)基化合物，如Teflon AF1600，和/或式(III)的化合物：

这种涂层确保了液体，例如样品、样品级分或缓冲液或包含检测探针的液体或者凝胶配方，都在涂层位置被阻隔(参见图6a到6c以及附图说明)。取决于所使用的斥水性试剂，通过在被阻隔的液体上施加压力，例如通过压力装置，通过向被阻隔的液体施加高电压，通过改变/升高温度，通过暂时减小所述毛细管的横截面尺寸和/或通过紫外辐射，可以促动/打开所述疏水性阻隔屏障。例如，通式(III)的疏水性化合物在紫外光辐射下分解成亲水性化合物。

在本发明的一个特别优选的实施方式范围内，所述生物芯片包括第一和第二基板，而所述第一基板可滑动地邻接于所述第二基板，其中所述生物芯片的一个或多个通道、一个或多个储室、一个或多个腔室和流动屏障通过在所述第一和第二基板的邻接面中的凹陷而实现，特别是至少部分地实现，其中通过将其中一个基板相对于另一个从第一位置移动到第二位置可打开和关闭所述流动屏障。例如，所述等电聚焦通道和流动屏障通过在所述第一和第二基板的邻接面中交替重叠凹陷而实现。

根据本发明，所述等电聚焦通道的pH梯度由此不仅可以通过用在第一pH值(pH1)和第二pH值(pH2)之间具有连续pH梯度的液体或凝胶填充由所述第一和第二基板的邻接面中交替重叠凹陷形成的等电聚焦通道来实现，而且可以通过用具有不同pH值的凝胶填充所述第一和第二基板的邻接面中交替重叠凹陷的至少两个凹陷来实现，其中所述凝胶的pH值从凝胶到凝胶增加(或降低)。因而，其它的凹陷可以用液体，例如水或缓冲液填充，该液体例如可以具有不处于相邻凝胶的pH值之间的pH值。

在本发明的一个实施方式范围内，只有第二基板中的通过与第一基板中的凹陷交替重叠形成等电聚焦通道的凹陷，或者只有第一基板中的通过与第二基板中的凹陷交替重叠形成等电聚焦通道的凹陷，特别是只有第二基板中的凹陷，填充有特定pH值的凝胶，其中pH值从凝胶到凝胶增加(或降低)，而在另一基板(特别是第一基板)中的凹陷填充有液体，例如水或缓冲液。

根据本发明，优选地，在第一基板中的凹陷和在第二基板中的凹陷都与同一基板中的凹陷间隔开。

所述一个或多个入口例如通过在所述第一和/或第二基板上并入(merging into)所述基板的凹陷中的一个或多个入口孔来实现。

例如，所述生物芯片的流动屏障、等电聚焦通道、缓冲液储室、检测腔室通过以下方式实现：

-所述第一基板包括至少一个具有第一和第二凹陷的凹陷对，

-而所述第二基板包括至少一个凹陷三件套(triplet)，具有中间凹陷、第一外侧凹陷和第二外侧凹陷，

其中所述凹陷被成型和设置成具有如下效果：

-在第一位置处，凹陷对的第一凹陷与一个凹陷三件套的中间凹陷重叠或者与两个相邻凹陷三件套的中间凹陷重叠，形成等电聚焦通道，以及

-在第二位置处，凹陷对的第一凹陷与凹陷三件套的第一外侧凹陷和中间凹陷重叠，而所述凹陷对的第二凹陷与所述凹陷三件套的中间凹陷和第二外侧凹陷重叠，形成腔室。

例如，所述第一基板包括至少两个或至少三个，例如至少四个或至少五个或至少六个，特别是多个，凹陷对，而所述第二基板包括至少两个或至少三个，例如至少四个或至少五个或至少六个，特别是多个，凹陷三件套。

通过从第一位置到第二位置移动所述第一和第二基板，凹陷对的第一和第二凹陷起到检测单元的第一和第二流动屏障作用。

由此凹陷三件套的第一外侧凹陷和第二外侧凹陷分别起到缓冲液腔室和检测腔室的作用。

在本发明的一个实施方式中，选自凹陷对中的第一凹陷和凹陷三件套中的中间凹陷的至少两个凹陷填充有具有不同pH值的凝胶，而所述凝胶的pH值从凝胶到凝胶增加(或降低)。

在本发明的一个优选实施方式中，凹陷对的所有第一凹陷都填充有具有不同pH值的凝胶，其中所述凝胶的pH从凝胶(或凹陷)到凝胶(或凹陷)增加(或降低)，而凹陷三件套的所有中间凹陷都填充有液体，如水或缓冲液；或者凹陷三件套的所有中间凹陷都填充有具有不同pH值的凝胶，其中所述凝胶的pH值从凝胶(或凹陷)到凝胶(或凹陷)增加(或降低)，而凹陷对的所有第一凹陷都填充有液体，如水或缓冲液。

为了另外实现所述一个或多个检测探针储室和一个或多个第三流动屏障

-所述第一基板包括至少一个具有第一外侧、中间和第二外侧凹陷的凹陷三件套，

-而所述第二基板包括至少一个具有第一中间凹陷、第二中间凹陷、第一外侧凹陷和第二外侧凹陷的凹陷四件套(quartet)，

其中成型和设置成具有如下效果

-在第一位置处，凹陷三件套的第一外侧凹陷与一个凹陷四件套的第一中间凹陷重叠或者与两个相邻凹陷四件套的第一中间凹陷重叠，形成等电聚焦通道，以及

-在第二位置处，凹陷三件套的第一外侧凹陷与凹陷四件套的第一外侧凹陷和第一中间凹陷重叠，所述凹陷三件套的中间凹陷与所述凹陷四件套的第一中间凹陷和第二中间凹陷重叠，而所述凹陷三件套的第二外侧凹陷与所述凹陷四件套的第二中间凹陷和第二外侧凹陷重叠，形成腔室。

例如，所述第一基板包括至少两个或至少三个，例如至少四个或至少五个或至少六个，特别是多个，凹陷三件套，而所述第二基板包括至少两个或至少三个，例如至少四个或至少五个或至少六个，特别是多个，凹陷四件套。

通过从第一位置到第二位置移动所述第一和第二基板，凹陷三件套的中间、第一外侧和第二外侧凹陷起到检测单元的第一、第二和第三流动屏障作用。

由此凹陷四件套的第一外侧、第二中间和第二外侧凹陷分别起到缓冲液腔室、检测腔室和检测探针储室的作用。

在本发明的一个实施方式中，选自凹陷三件套中第一外侧凹陷和凹陷四件套中第一中间凹陷中的至少两个凹陷填充有具有不同pH值的凝胶，而所述凝胶的pH值从凝胶到凝胶增加(或降低)。

在本发明的一个优选实施方式中，凹陷三件套的所有第一外侧凹陷都填充有具有不同pH值的凝胶，其中所述凝胶的pH值从凝胶(或凹陷)到凝胶(或凹陷)增加(或降低)，而凹陷四件套的所有第一中间凹陷都填充有液体，如水或缓冲液；或者凹陷四件套的所有第一中间凹陷都填充有具有不同pH值的凝胶，其中所述凝胶的pH值从凝胶(或凹陷)到凝胶(或凹陷)增加(或降低)，而凹陷三件套的所有第一外侧凹陷都填充有液体，如水或缓冲液。

在本发明的这些实施方式中，所述微流控样品通道与等电聚焦通道之间的连接可以通过在第一位置处与凹陷对的第一凹陷、或凹陷三件套的第一中间凹陷相重叠的第二基板中的入口凹陷来实现。

为了使所述等电聚焦通道具有两个入口，例如用于注入凝胶配方和/或两性电解质以生成和/或调节pH梯度，所述第一和第二基板可以各自包括至少一个入口凹陷和/或入口孔，而所述入口凹陷和/或入口孔成型和设置成具有如下效果

-在第一位置处，

所述第一基板的入口凹陷和/或入口孔重叠于

-所述凹陷三件套的中间凹陷，其位于在所述第一位置形成的通道一端，并且特别是仅重叠于一个凹陷对的一个第一凹陷，或者

-所述凹陷四件套的第一中间凹陷，其位于在所述第一位置形成的通道一端，并且特别是仅重叠于一个凹陷三件套的一个第一中间凹陷，并且

所述第二基板的入口凹陷重叠于

-所述凹陷对的第一凹陷，其位于在所述第一位置形成的通道的另一端，并且特别是仅重叠于一个凹陷三件套的一个中间凹陷，或者

-所述凹陷三件套的第一外侧凹陷，其位于在所述第一位置形成的通道的另一端，并且特别是仅重叠于一个凹陷四件套的一个第一中间凹陷。

优选地，所述第一和第二基板的入口凹陷在第二位置不与凹陷对、三件套或四件套的凹陷重叠。

本发明的另一主题是根据本发明的生物芯片在以下中的用途：

-快速而灵敏地检测蛋白质、蛋白质复合物、代谢物、糖蛋白、肽、DNA、RNA、类脂类、脂肪酸、碳水化合物和/或复杂生物混合物如血液、唾液、尿液中的其它两性电解质，

-测试芯片，例如用于蛋白质、蛋白质复合物、代谢物、糖蛋白、肽、DNA、RNA、类脂类、脂肪酸、碳水化合物和/或其它两性电解质，例如用于现场(需求点)测试或者在中央实验室或科学研究中用于诊断，

-生物传感器，特别是微流控生物传感器，用于分子诊断，

-用于化学、药学或分子生物学的高通量筛选芯片，

-用于心脏病学、传染病、新生儿筛查、肿瘤学、食品、环境和/或代谢组学的蛋白质诊断生物芯片，和/或

-用于检测和定量具有翻译后修饰的蛋白质和/或相同蛋白质的修饰和未修饰种类之间比例的生物芯片。

附图说明

本发明目标的另外的细节、特征、性质和优点公开于从属权利要求、附图和以下对各附图和实例的说明中，其—以示例的形式—显示了根据本发明的芯片的数个优选实施方式。

图1a示出根据本发明的第一实施方式的生物芯片示意顶视图，其具有一个检测单元。

图1b到1d示出图1a中所示的生物芯片的放大示意顶视图。

图2示出根据本发明的第二实施方式的生物芯片示意顶视图，其具有多个检测单元。

图3a示出根据本发明的第三实施方式的生物芯片示意顶视图，其具有改动的等电聚焦通道。

图3b示出根据本发明第三实施方式的另一形式的生物芯片的示意顶视图，其具有改动的等电聚焦通道。

图4a示出根据本发明第四实施方式的生物芯片的第一位置的示意顶视图，其包括第一和第二基板。

图4b示出了图4a中所示的生物芯片的第一位置的示意剖视图。

图4c示出了图4a和4b中所示的生物芯片的第二位置的示意顶视图。

图4d示出了图4a到4c中所示的生物芯片的第二位置的示意剖视图。

图5a示出根据本发明的第五实施方式的生物芯片第一位置的示意顶视图，其包括第一和第二基板。

图5b示出了图5a中所示的生物芯片的第二位置的示意顶视图。

图6a到6c示出了根据本发明的疏水性阻隔屏障的示意剖视图。

实施方式详细说明

图1a示出根据本发明的第一实施方式的生物芯片的示意顶视图，包括等电聚焦通道1，其具有在第一pH值(pH1)和第二pH值(pH2)之间的pH梯度，以及微流控样品通道2。在图1a所示的实施方式中，所述样品通道2设置成与等电聚焦通道1相接触。换句话说，样品通道2连接到等电聚焦通道1和/或汇合到等电聚焦通道1中。

然而，在本发明的范围内，也可以将样品通道2设计成能够连接到等电聚焦通道1(图1a中未示出)。例如，所述样品通道2可以通过打开流动屏障而是可连接到等电聚焦通道1上的。

图1a示出根据本发明，所述样品通道2优选连接到(或可连接到)所述等电聚焦通道1的中央部分。

而且，图1a示出所述样品通道2可设有入口和/或流动屏障0。通过经由该入口和/或打开的流动屏障0注入样品，所述样品可被施加并到达等电聚焦通道1。

图1a示出根据本发明的生物芯片包括阳极-阴极对12、13。为了使得能够在所述等电聚焦通道1中等电聚焦分析物14，所述等电聚焦通道1至少部分设置在所述阳极-阴极对12、13的阳极12和阴极13之间。

所述等电聚焦通道1优选填充有凝胶，使得形成pH梯度，在其中能够发生分析物14的等电聚焦。所述pH梯度例如在阳极12区域和阴极13区域中的不同pH值之间构建。优选地，所述凝胶的pH梯度是正向的和/或从阳极12区域向阴极13区域增加。

为了实现阳极和阴极分别与等电聚焦通道1中的流体的电接触并注入凝胶配方和/或两性电解质以产生和/或调节pH梯度，所述等电聚焦通道1优选设有未被示出的阳极和阴极入口。

一旦在阳极12和阴极13之间施加电场，样品中的分析物14就将至少部分地移动到其等电点(pI)等于所述等电聚焦通道1中所述梯度的pH值的位置。在此，净电荷并且由此作用在分析物14上的净力为零，所有具有该相应pI的分析物将被集中。

为了检测通过等电聚焦集中的分析物14，根据本发明的生物芯片包括至少一个检测单元3。图1a示出根据本发明的检测单元3可以被描述成实际上交叉于所述等电聚焦通道1的分段腔室。所述检测单元3由此被分段成微流控缓冲液储室4和微流控检测腔室7。由于在等电聚焦过程中缓冲液储室4和检测腔室7良好地间隔开很重要，所以根据本发明的检测单元3进一步包括第一流动屏障5和第二流动屏障6，其设置在所述等电聚焦通道1的相对侧。特别地，所述第一流动屏障5和第二流动屏障6各自设置在与pH梯度平行的所述等电聚焦通道1的一侧。如图1a中所示，等电聚焦通道1可以通过打开第一流动屏障5连接到缓冲液储室4，通过打开第二流动屏障6连接到检测腔室7。

所述缓冲液储室4优选包括至少一种缓冲液。在聚焦步骤之后，流动屏障5、6打开以使储室4中的缓冲液运送分析物14到检测腔室7。所述检测腔室7优选包括至少一种捕获探针10，其结合分析物14。

在图1a到1d所示的实施方式中，检测单元1进一步包括检测探针储室8。所述检测探针储室8在图1a到1d中可通过打开第三流动屏障9连接到检测腔室7。

图1b到1d中的放大示意顶视图示出在本发明的该实施方式中，所述检测探针储室8包括至少一种检测探针11，例如经标记的第二抗体。图1d示出在打开第三流动屏障9之后，所述检测探针11可接触并结合到已经结合于捕获探针10的分析物14上。然后，例如光学检测所述捕获探针-分析物-检测探针。

有利的是，所有需要的样品处理步骤都由此集成到根据本发明的单个生物芯片中。

图2示出了根据本发明第二实施方式的生物芯片的示意顶视图，其具有多个检测单元。特别地，图2中所示的生物芯片包括五个检测单元3a、3b、3c、3d、3e。这些检测单元3a、3b、3c、3d、3e设置在所述等电聚焦通道1的pH梯度的不同pH范围处。由此，每个检测单元3a、3b、3c、3d、3e的特征在于预定的窄pI范围，并能够进一步输送和检测以预定pI为特征的分析物混合物的预分级部分。这具有能在单次操作中同时区分和检测以数个pI值为特征的许多分析物的优点。

而且，图2示出了另一优选的实施方式，其中每个检测腔室7a、7b、7c、7d、7e包括四种不同的捕获探针10a′、10a″、10a″′、10a″″、…、10e′、10e″、10e″′、10e″″。通过这种方式，以相同pI值为特征的几种蛋白质可以在单次操作中被同时区分和检测。

图3a和3b示出根据本发明第三实施方式的两种形式的生物芯片的示意顶视图，其具有调整的等电聚焦通道。如图3a和3b所示，所述等电聚焦通道1的宽度能沿着所述pH梯度变化并对称于所述pH梯度的轴、或所述等电聚焦通道1的纵轴、或所述阳极-阴极对12、13的电场线的轴。图3a示出所述等电聚焦通道1在高数量分析物被等电聚焦集中的pH范围处具有较大的宽度。图3b示出所述等电聚焦通道1在低数量分析物被等电聚焦集中的pH范围处具有较小的宽度。通过这种方式调节等电聚焦通道1的几何形状有利地改善了预分级效率，并使得容易转移进入设置在这样的位置处的检测腔室7内。

图4a和4b示出根据本发明第四实施方式的生物芯片的示意顶视图或者示意剖视图，其包括第一(上)20和第二(下)22邻接平基板。由此所述两块基板20、22具有允许所述基板的邻接侧彼此相对移动的形状。特别地，图4a和4b示出所述第一基板20相对于第二基板22设置于第一位置。

所述基板20、22包括多个凹陷，分别在第一基板20中示出为25a、25b、25c、25d、25e、26a、26b、26c、26d、26e，而在第二基板22中示出为21a、21b、21c、21d、21e、24a、24b、24c、24d、24e、27a、27b、27c、27d、27e，实现了所述生物芯片的流动屏障25a、25b、25c、25d、25e、26a、26b、26c、26d、26e，等电聚焦通道21a、21b、21c、21d、21e，缓冲液储室24a、24b、24c、24d、24e，检测腔室27a、27b、27c、27d、27e。

图4a示出所述第一基板20特别地包括五个凹陷对25a、26a、…、25e、26e，其具有第一25a、25b、25c、25d、25e和第二26a、26b、26c、26d、26e凹陷，而所述第二基板22包括五个凹陷三件套23a、23b、23c、23d、23e，其具有中间凹陷21a、21b、21c、21d、21e，第一外侧凹陷24a、24b、24c、24d、24e和第二外侧凹陷27a、27b、27c、27d、27e。

此外，图4a和4b示出在第一位置处，所述凹陷设置成这样的效果：一个凹陷对25a、26a中的第一凹陷25a与一个凹陷三件套23a中的中间凹陷21a重叠，和其它凹陷对25b、26b、25c、26c、25d、25d、25e、26e中的第一凹陷25b、25c、25d、25e与两个相邻凹陷三件套23a、23b、23c、23d、23e中的中间凹陷21a、21b、21c、21d、21e重叠。特别地，图4a和4b示出在第一(上)基板20中的第一凹陷25b、25c、25d、25e与第二(下)基板中的中间凹陷21a、21b、21c、21d、21e交替重叠，形成连续的等电聚焦通道1。根据本发明，在等电聚焦过程中，所述两块基板20、22在第一位置相对彼此对齐。在等电聚焦之后，所述第一20和第二22基板相对彼此移动，特别是在平面方向上，到第二位置。例如，所述第一(上)基板20相对于第二(下)基板22在x方向上和在y方向上移动一点。这样，实质上中断了所述等电聚焦通道1，但同时通过凹陷对和三件套形成了至少一个连续的腔室。从而该实施方式是根据本发明的流动屏障的机械实现。

图4c和4d中示出了所述第一20和第二22基板的第二位置。由此，图4c示出所述生物芯片第二位置的示意顶视图，而图4d示出其示意剖视图。如图4c和4d中所示，在该实施方式的第二位置处，凹陷对25a、26a、…、25e、26e的第一凹陷25a、25b、25c、25d、25e与凹陷三件套23a、23b、23c、23d、23e的第一外侧凹陷24a、24b、24c、24d、24e和中间凹陷21a、21b、21c、21d、21e重叠，而凹陷对25a、26a、…、25e、26e的第二凹陷26a、26b、26c、26d、26e与凹陷三件套23a、23b、23c、23d、23e的中间凹陷21a、21b、21c、21d、21e和第二外侧凹陷27a、27b、27c、27d、27e重叠，形成五个腔室。

由此凹陷三件套23a、23b、23c、23d、23e的第一外侧凹陷24a、24b、24c、24d、24e和第二外侧凹陷27a、27b、27c、27d、27e分别起到缓冲液腔室和检测腔室的作用。

此外，图4a和4b示出所述第一20和第二22基板各包括至少一个入口凹陷30、32、32a。由此，所述第一基板20的入口凹陷30被成型和设置为效果是：其在第一位置处与位于在第一位置处形成的通道1的一端的凹陷三件套23e的中间凹陷21e重叠；和所述第二基板22的入口凹陷32被成型和设置为效果是：其在第一位置处与位于在第一位置处形成的通道1的另一端的凹陷对25a、26a、…、25e、26e的第一凹陷25a重叠。然而，图4c和4d示出所述第一20和第二22基板的入口凹陷30、32、32a在第二位置处不与凹陷对25a、26a、…、25e、26e或凹陷三件套23a、23b、23c、23d、23e的凹陷重叠。

而且，在图4a到4b所示的实施方式中，所述凹陷对25a、26a、…、25e、26e的第一凹陷25a、25b、25c、25d、25e沿着第一轴线设置，而凹陷对25a、26a、…、25e、26e的第二凹陷26a、26b、26c、26d、26e沿着平行于该第一轴线的第二轴线设置。此外，所述凹陷三件套23a、23b、23c、23d、23e的中间凹陷21a、21b、21c、21d、21e、第一外侧凹陷24a、24b、24c、24d、24e以及第二外侧凹陷27a、27b、27c、27d、27e沿着第三轴线设置。图4a和4c示出，数个凹陷三件套23a、23b、23c、23d、23e的第三轴线彼此平行。而且，图4a和4c示出数个凹陷三件套23a、23b、23c、23d、23e的中间凹陷21a、21b、21c、21d、21e沿着第四轴线设置，数个凹陷三件套23a、23b、23c、23d、23e的第一外侧凹陷24a、24b、24c、24d、24e沿着第五轴线设置，和数个凹陷三件套23a、23b、23c、23d、23e的第二外侧凹陷27a、27b、27c、27d、27e沿着第六轴线设置，而所述第四、第五和第六轴线彼此平行并且平行于第一轴线。在图4a到4d所示的实施方式中，所述第一、第二、第四、第五和第六轴线与第三轴线形成相同的角度，特别是直角。

图4a和4d示出在所述第一位置，通过凹陷对25a、26a、…、25e、26e的第一凹陷25a、25b、25c、25d、25e的第一轴线设置成在上方或下方平行于通过凹陷三件套23a、23b、23c、23d、23e的中间凹陷21a、21b、21c、21d、21e的第四轴线。图4c和4d示出在所述第二位置，通过凹陷对25a、26a、…、25e、26e的第一25a、25b、25c、25d、25e和第二26a、26b、26c、26d、26e凹陷的轴线设置成在上方或下方平行于通过凹陷三件套23a、23b、23c、23d、23e的中间凹陷21a、21b、21c、21d、21e、第一外侧凹陷24a、24b、24c、24d、24e和第二外侧凹陷27a、27b、27c、27d、27e的第三轴线。由此通过相对于第二基板22将所述第一基板20沿着所述第一或者第四轴线移动一定距离，例如对应于第一轴线方向上第一凹陷宽度的距离，并沿着所述第三轴线移动另一一定距离，例如对应于第三轴线方向上第一凹陷宽度一半的距离，实现了所述第一和第二位置之间的切换。

图5a和5b示出根据本发明第五实施方式的生物芯片的第一和第二位置的示意顶视图。根据本发明的生物芯片的该实施方式在图4a到4d所示的实施方式上另外包括一套检测探针储室28a、28b、28c、28d、28e和一套第三流动屏障29a、29b、29c、29d、29e。为了实现这种设置，所述第一基板20包括五个凹陷三件套25a、26a、29a…、25e、26e、29e，其具有第一外侧凹陷25a、25b、25c、25d、25e、中间凹陷26a、26b、26c、26d、26e和第二外侧凹陷29a、29b、29c、29d、29e，而第二基板22包括至少一个凹陷四件套23a、23b、23c、23d、23e，其具有第一中间凹陷21a、21b、21c、21d、21e、第二中间凹陷27a、27b、27c、27d、27e、第一外侧凹陷24a、24b、24c、24d、24e和第二外侧凹陷28a、28b、28c、28d、28e。

由此所述凹陷被成型和设置成具有如下效果：在第一位置，凹陷三件套25a、26a、29a的第一外侧凹陷25a与一个凹陷四件套23a的第一中间凹陷21a重叠，或者凹陷三件套25b、26b、29b…、25e、26e、29e的第一外侧凹陷25b、25c、25d、25e与两个相邻凹陷四件套23a、23b、23c、23d、23e的第一中间凹陷21a、21b、21c、21d、21e重叠，形成等电聚焦通道1。

图5b示出在第二位置，凹陷三件套25a、26a、29a…、25e、26e、29e的第一外侧凹陷25a、25b、25c、25d、25e与凹陷四件套23a、23b、23c、23d、23e的第一外侧凹陷24a、24b、24c、24d、24e和第一中间凹陷21a、21b、21c、21d、21e重叠，所述凹陷三件套25a、26a、29a…、25e、26e、29e的中间凹陷26a、26b、26c、26d、26e与凹陷四件套23a、23b、23c、23d、23e的第一中间凹陷21a、21b、21c、21d、21e和第二中间凹陷27a、27b、27c、27d、27e重叠，而凹陷三件套25a、26a、29a…、25e、26e、29e的第二外侧凹陷29a、29b、29c、29d、29e与凹陷四件套23a、23b、23c、23d、23e的第二中间凹陷27a、27b、27c、27d、27e和第二外侧凹陷28a、28b、28c、28d、28e重叠，形成五个腔室。

由此凹陷四件套23a、23b、23c、23d、23e的第一外侧凹陷24a、24b、24c、24d、24e、第二中间凹陷27a、27b、27c、27d、27e和第二外侧凹陷28a、28b、28c、28d、28e分别起到缓冲液腔室、检测腔室和检测探针储室的作用。

与图4a到4d所示的实施方式类似，该实施方式中的所述凹陷沿着轴线设置。由此，所述凹陷三件套25a、26a、29a…、25e、26e、29e的第一外侧凹陷25a、25b、25c、25d、25e、中间凹陷26a、26b、26c、26d、26e和第二外侧凹陷29a、29b、29c、29d、29e分别沿着第一、第二轴线和第七轴线设置，而所述第一、第二和第七轴线彼此平行。而且，凹陷四件套23a、23b、23c、23d、23e的第一中间凹陷21a、21b、21c、21d、21e、第二中间凹陷27a、27b、27c、27d、27e、第一外侧凹陷24a、24b、24c、24d、24e和第二外侧凹陷29a、29b、29c、29d、29e沿着第三轴线设置，而数个凹陷四件套23a、23b、23c、23d、23e的第三轴线彼此平行。

由此，数个凹陷四件套23a、23b、23c、23d、23e的第一中间凹陷21a、21b、21c、21d、21e、第一外侧凹陷24a、24b、24c、24d、24e、第二中间凹陷27a、27b、27c、27d、27e和第二外侧凹陷29a、29b、29c、29d、29e分别沿着第四、第五、第六或第八轴线设置，而所述第四、第五、第六和第八轴线彼此平行，并与所述第三轴线形成相同的角度，特别是直角。

在所述第一位置，所述第一轴线设置成在上方或下方平行于所述第四轴线，而在第二位置，通过凹陷三件套25a、26a、29a…、25e、26e、29e的凹陷的轴线在上方或下方平行于所述第三轴线。由此，通过相对于第二基板22将所述第一基板20沿着所述第一或者第四轴线移动一定距离，例如对应于第一轴线方向上第一凹陷的宽度的距离，并沿着所述第三轴线移动另一一定距离，例如对应于第三轴线方向上第一凹陷宽度一半的距离，同样实现了所述第一和第二位置之间的切换。

图6a到6c示出根据本发明的疏水性阻隔屏障5的示意剖视图。如图6a到6c所示，液体，例如所述样品，样品级分或缓冲液或包含检测探针的液体或凝胶配方，可以通过向毛细管的一个或数个内侧施加线性32a-32d或二维32斥水性涂层被阻隔。该效果可有利地用于实现疏水性阻隔屏障5、6、9。

Claims (15)

1.用于分级和检测分析物的生物芯片，包括：

-具有在第一pH值(pH1)和第二pH值(pH2)之间的pH梯度的等电聚焦通道(1)，

-阳极-阴极对(12、13)，其中所述等电聚焦通道(1)至少部分设置在所述阳极-阴极对(12、13)的阳极(12)和阴极(13)之间，

-连接到或可连接到所述等电聚焦通道(1)的微流控样品通道(2)，以及

-至少一个检测单元(3)，包括：

-微流控缓冲液储室(4)，

-第一(5)和第二(6)流动屏障，以及

-微流控检测腔室(7)，

其中所述等电聚焦通道(1)可通过打开所述第一流动屏障(5)与所述缓冲液储室(4)连接以及可通过打开所述第二流动屏障(6)与所述检测腔室(7)连接，其中所述第一(5)和第二(6)流动屏障设置在所述等电聚焦通道(1)的相对侧。

2.根据权利要求1的生物芯片，其特征在于所述等电聚焦通道(1)设有阳极(12)和阴极(13)入口。

3.根据权利要求1或2的生物芯片，其特征在于所述等电聚焦通道(1)的宽度沿着所述pH梯度变化并对称于该pH梯度的轴，其中所述等电聚焦通道(1)在其中高数量的分析物被等电聚焦集中的pH范围具有较大的宽度，并且在其中低数量的分析物被等电聚焦集中的pH范围具有较小的宽度。

4.根据前述任何一个权利要求的生物芯片，其特征在于所述检测腔室(7)包括至少一种固定在所述检测腔室(7)的壁上的捕获探针(10)。

5.根据前述任何一个权利要求的生物芯片，其特征在于所述检测腔室(7)包括多种不同的捕获探针(10a′、10a″、10a″′、10a″″)。

6.根据前述任何一个权利要求的生物芯片，其特征在于所述检测单元(1)进一步包括检测探针储室(8)，而所述检测探针储室(8)可通过第三流动屏障(9)连接到所述检测腔室(7)。

7.根据前述任何一个权利要求的生物芯片，其特征在于：

-所述检测腔室(7)包括至少一种检测探针(11)，和/或

-所述缓冲液储室(4)包括至少一种缓冲液或至少一种缓冲液和至少一种检测探针(11)，和/或

-所述检测探针储室(8)包括至少一种检测探针(11)。

8.根据前述任何一个权利要求的生物芯片，其特征在于所述样品通道(2)和/或缓冲液储室(4)和/或检测腔室(7)和/或检测探针储室(8)设有入口和/或进一步的流动屏障。

9.根据前述任何一个权利要求的生物芯片，其特征在于所述生物芯片包括位于所述等电聚焦通道(1)的pH梯度的不同pH范围的多个检测单元(3a、3b、3c、3d、3e)。

10.根据前述任何一个权利要求的生物芯片，其特征在于所述生物芯片包括一套捕获(10)和检测(11)探针，区分分析物的不同翻译后修饰和/或特异于属于一定信号通道的数种蛋白质和/或酶。

11.根据前述任何一个权利要求的生物芯片，其特征在于所述生物芯片包括第一(20)和第二(22)基板，而所述第一基板(20)可滑动地邻接于所述第二基板(22)，其中所述生物芯片的一个或多个通道、一个或多个储室、一个或多个腔室和多个流动屏障至少部分地通过在所述第一(20)和第二(22)基板的邻接面中的凹陷实现，其中通过将基板(20、22)的其中一个相对于另一个从第一位置移动到第二位置可打开和关闭所述流动屏障。

12.根据前述任何一个权利要求的生物芯片，其特征在于

-所述第一基板(20)包括具有第一(25a、25b、25c、25d、25e)和第二(26a、26b、26c、26d、26e)凹陷的至少一个凹陷对(25a、26a、…、25e、26e)，

-而所述第二基板(22)包括具有中间凹陷(21a、21b、21c、21d、21e)、第一外侧凹陷(24a、24b、24c、24d、24e)和第二外侧凹陷(27a、27b、27c、27d、27e)的至少一个凹陷三件套(23a、23b、23c、23d、23e)，

其中所述凹陷被成型和设置成具有如下效果：

-在第一位置，凹陷对(25a、26a、…、25e、26e)的第一凹陷(25a、25b、25c、25d、25e)与一个凹陷三件套(23a、23b、23c、23d、23e)的中间凹陷(21a、21b、21c、21d、21e)重叠或者与两个相邻凹陷三件套(23a、23b、23c、23d、23e)的中间凹陷(21a、21b、21c、21d、21e)重叠，形成所述等电聚焦通道(1)，以及

-在第二位置，凹陷对(25a、26a、…、25e、26e)的第一凹陷(25a、25b、25c、25d、25e)与凹陷三件套(23a、23b、23c、23d、23e)的第一外侧凹陷(24a、24b、24c、24d、24e)和中间凹陷(21a、21b、21c、21d、21e)重叠，而所述凹陷对(25a、26a、…、25e、26e)的第二凹陷(26a、26b、26c、26d、26e)与所述凹陷三件套(23a、23b、23c、23d、23e)的中间凹陷(21a、21b、21c、21d、21e)和第二外侧凹陷(27a、27b、27c、27d、27e)重叠，形成腔室。

13.根据前述任何一个权利要求的生物芯片，其特征在于

-所述第一基板(20)包括具有第一外侧(25a、25b、25c、25d、25e)、中间(26a、26b、26c、26d、26e)和第二外侧(29a、29b、29c、29d、29e)凹陷的至少一个凹陷三件套(25a、26a、29a…、25e、26e、29e)，

-而所述第二基板(22)包括具有第一中间凹陷(21a、21b、21c、21d、21e)、第二中间凹陷(27a、27b、27c、27d、27e)、第一外侧凹陷(24a、24b、24c、24d、24e)和第二外侧凹陷(28a、28b、28c、28d、28e)的至少一个凹陷四件套(23a、23b、23c、23d、23e)，

其中所述凹陷被成型和设置成具有如下效果：

-在第一位置，凹陷三件套(25a、26a、29a…、25e、26e、29e)的第一外侧凹陷(25a、25b、25c、25d、25e)与一个凹陷四件套(23a、23b、23c、23d、23e)的第一中间凹陷(21a、21b、21c、21d、21e)重叠或者与两个相邻凹陷四件套(23a、23b、23c、23d、23e)的第一中间凹陷(21a、21b、21c、21d、21e)重叠，形成所述等电聚焦通道(1)，以及

-在第二位置，凹陷三件套(25a、26a、29a…、25e、26e、29e)的第一外侧凹陷(25a、25b、25c、25d、25e)与凹陷四件套(23a、23b、23c、23d、23e)的第一外侧凹陷(24a、24b、24c、24d、24e)和第一中间凹陷(21a、21b、21c、21d、21e)重叠，而所述凹陷三件套(25a、26a、29a…、25e、26e、29e)的中间凹陷(26a、26b、26c、26d、26e)与所述凹陷四件套(23a、23b、23c、23d、23e)的第一中间凹陷(21a、21b、21c、21d、21e)和第二中间凹陷(27a、27b、27c、27d、27e)重叠，而所述凹陷三件套(25a、26a、29a…、25e、26e、29e)的第二外侧凹陷(29a、29b、29c、29d、29e)与所述凹陷四件套(23a、23b、23c、23d、23e)的第二中间凹陷(27a、27b、27c、27d、27e)和第二外侧凹陷(28a、28b、28c、28d、28e)重叠，形成腔室。

14.根据前述任何一个权利要求的生物芯片，其特征在于所述第一(20)和/或第二(22)基板每个包括至少一个入口凹陷(30、32)和/或入口孔，而所述入口凹陷(30、32)和/或入口孔被成型和设置成具有如下效果：

-在第一位置，

所述第一基板(20)的入口凹陷(30)和/或入口孔与以下重叠

-所述凹陷三件套(23e)的中间凹陷(21e)，其位于在所述第一位置形成的通道的一端，或者

-所述凹陷四件套(23e)的第一中间凹陷(21e)，其位于在所述第一位置形成的通道的一端，并且

所述第二基板(22)的入口凹陷(32)与以下重叠

-位于在所述第一位置形成的通道的另一端的凹陷对(25a、25a)的第一凹陷(25a)，或者

-凹陷三件套(25a、26a、29a)的第一外侧凹陷(25a)，其位于在所述第一位置形成的通道的另一端。

15.根据前述任一权利要求的生物芯片的用途，用于：

-快速而灵敏地检测蛋白质、蛋白质复合物、代谢物、糖蛋白、肽、DNA、RNA、类脂类、脂肪酸、碳水化合物和/或复杂生物混合物如血液、唾液、尿液中的其它两性电解质，

-测试芯片，例如用于蛋白质、蛋白质复合物、代谢物、糖蛋白、肽、DNA、RNA、类脂类、脂肪酸、碳水化合物和/或其它两性电解质，例如用于现场(需求点)测试或者在中央实验室或科学研究中用于诊断，

-生物传感器，特别是微流控生物传感器，用于分子诊断，

-用于化学、药学或分子生物学的高通量筛选芯片，

-用于心脏病学、传染病、新生儿筛查、肿瘤学、食品、环境和/或代谢组学的蛋白质诊断生物芯片，和/或

-用于检测和定量具有翻译后修饰的蛋白质和/或相同蛋白质的修饰和未修饰种类之间比例的生物芯片。

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