集成微流体驱动泵的微流控微珠阵列芯片用于基因突变检测的研究

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摘 要 建立了一种基于微泵集成微流控微珠阵列芯片及三磷酸腺苷双磷酸酶（Apyrase）介导的等位基因特异性延伸的基因突变检测方法。将微流控芯片、引物修饰微珠阵列及基于毛细和蒸发作用的微流体驱动泵集成构建检测芯片，待测目标序列流过装配的微球阵列并与微球表面延伸引物杂交，在Apyrase和去除外切酶活性的 Klenow DNA 聚合酶协同作用下，引物3′末端碱基与目标序列包含的基因突变检测位点匹配则能够发生延伸，并将生物素化的dCTP 掺入到引物的延伸序列中并固定在微球表面，链霉亲和素修饰量子点能与微球表面引物延伸序列中的生物素结合并提供荧光信号，而引物3′末端与目标序列存在单碱基不匹配则不能发生延伸。结果表明：采用这种单碱基识别技术，微泵驱动的芯片内可以检测0.2 pmol/L目标序列 （信背比>3），液压驱动的芯片内能识别0.5 pmol/L目标序列，而芯片外检测只能识别0.1 nmol/L目标序列，微泵集成芯片在检测基因突变时其灵敏度较芯片外基因突变分析提高了500倍，并在0.5～30 pmol/L目标序列浓度范围内待测序列浓度与检测信号呈良好的线性关系。测定了一个人基因组样本中多药耐药蛋白基因1（MDR1）的两个多态性位点C3435T及G2677T，结果显示该样本具有3435CT及2677TT的基因型组合，此结果与DNA测序结果一致。本方法用于基因突变分析，具有良好的特异性、灵敏性及稳定性。

关键词 微泵；微流控微珠阵列；三磷酸腺苷双磷酸酶；基因突变；量子点

单核苷酸多态性 （Single nucleotide polymorphism，SNP）在1996年由美国的Lander提出，目前已得到了广泛的研究和应用＼[1～3＼]。其研究所揭示的人种、人群和个体之间DNA序列的差异以及这些差异所表现的意义将对疾病的诊断、治疗和预防带来革命性的变化。

目前，用于基因突变的方法主要有等位基因特异性寡核苷酸探针（Allelespecific oligonucleotide， ASO）＼[4＼]、等位基因特异性延伸（Allelespecific primer extension）＼[5＼]、寡核苷酸连接分析技术（Oligonucleotide ligation assay）＼[6＼]、等位基因特异性PCR＼[7＼]等，但这些方法在实际应用过程中仍存在一定的局限，如其特异性低、成本较高等。三磷酸腺苷双磷酸酶（Apyrase）介导的等位基因特异性延伸＼[8＼]是近年发展的一种高特异性、低成本的高通量SNP检测技术，其特点适合商业化技术的需要。

微流控（Microfluidics）技术是将生物、化学及医学分析过程的样品制备、反应等基本操作微型化、集成化，使检测过程具备快速、高效、试样用量少等特点，由于其在生物、化学及医学领域的巨大潜力，微流控芯片技术已经发展成为一个重要的多学科交叉研究领域＼[9～12＼]。微流控微珠传感是近几年发展的一种新型多元微流控技术，该技术整合了基于微阵列的高通量分析技术、基于微流控的微量分析和液流操纵技术以及基于微珠的非均相识别技术，在新型分析技术发展领域展现出较强的学术价值＼[13～15＼]，但其溶液驱动方式大多为重力驱动或者液压驱动，溶液流速不易控制，检测稳定性不强。

微流体的驱动和控制是微流控芯片研究中的一种关键技术，目前微流体驱动泵主要分为机械微泵＼[16，17＼]和非机械微泵＼[18，19＼]两类。机械微泵可用多种驱动方式（如静电驱动、热气动力驱动等），但其制造工艺较复杂，且液流常有脉动性。非机械微泵以场感应流微泵为主，由于液流无脉动，流速范围可在10