A New Microarray Hybridization Station by Using Cavitation Microstreaming

論文摘要 在分子生物學的研究中，基因微陣列晶片是一項具前瞻性的分析技術，其優點在於可以同時準確的偵測數千至數萬點基因的表現量，大幅地縮短篩選有興趣的目標基因所須之時間；然而，在進行傳統的microarray雜合反應，標的物溶液主要是靠著擴散作用來跟探針鍵結，是一項非常耗時的處理步驟。 有鑑於此，在本研究中，使用微聲流效應來加速液體的混合，進而增加雜合的反應效率，縮短雜合所需的時間，並使用此效應來建構一台新型的生物晶片雜合系統。所架設的雜合系統分為三大系統，微聲流系統產生微聲流用來使標的物溶液混和，溫控系統使雜合的溫度維持在42℃，控制系統控制微聲流系統及溫控系統。此系統的主要優點為所使用的儀器簡單，架設容易且架設經費低廉。然而，於校能驗證的相關實驗中，卻不能達到本論文所預期。因此，於提高雜合效率方面仍然需要做進一步的改善。Abstract DNA microarray technology is one of the most promising analytical tools in molecular biology. The advantage of DNA microarray is that it allows parallel analysis of gene expression of hundreds to thousands of genes at the same time. Therefore, it can greatly reduce time in analyzing. However, conventional DNA microarray hybridization relies on diffusion of target to surface-bound probes, and thus is a rate-limited process. In this study, I use cavitation microstreaming to construct a new microarray hybridization station in order to accelerate the mix of target solution、enhance the hybridization efficiency and reduce the hybridization time. The hybridization station includes cavitation microstreaming system、thermocontrol system and control system. Cavitation microstreaming system induces cavitation microstreaming in order to mixing up the target solution. Thermocontrol system maintains the hybridization temperature in 42℃. Control system control cavitation microstreaming system and thermocontrol system. This station has many advantages including a simple apparatus, ease of implementation and low cost. However, it didn’t reach my expectancy when testing the hybridization efficiency. So, this station needs further improvement in enhancing the hybridization efficiency.目 錄 致謝 II 摘要 III Abstract IV 目錄 VI 圖目錄 VIII 第一章 緒論 1 1-1 、研究動機 1 1-2 、研究目的 2 1-3 、研究架構 2 第二章 文獻探討 4 2-1 、microarray 4 2-1.1、microarray 簡介 4 2-1.2、microarray 原理 6 2-2、影響雜合效率之因素 7 2-3、產生對流的方法 9 2-4、微聲流效應 10 第三章 雜合系統之使用材料與開發步驟 12 3-1 、系統硬體分析設計 12 3-2 、各單元使用材料及設計 13 3-2.1、微處理器單元 14 3-2.2、顯示器單元 16 3-2.3、鍵盤單元 17 3-2.4、方波驅動單元 17 3-2.5、溫度控制單元 19 3-2.6、chamber單元 21 3-2.7、微聲流chamber單元 21 3-3 、控制系統程式之撰寫 23 3-3.1、控制系統程式開發流程 24 3-2.1、控制系統程式運作流程 25 3-4 、雜合系統整合及製作 28 第四章 實驗方法與材料 30 4-1、Microarray製作及處理流程 30 4-2、觀察液體流動 32 4-3、HSPC microarray 33 4-4、Human cDNA microarray 35 第五章 實驗結果與討論 37 5-1、微聲流相關實驗 37 5-1.1、測試微聲流效應是否會使液體產生流動 37 5-1.2、決定孔洞大小及輸入至蜂鳴片電壓參數 38 5-1.3、兩點孔洞間液體的流動情形 39 5-1.4、決定孔洞間距 40 5-1.5、測試是否聲波會對DNA造成傷害 41 5-1.6、微聲流相關實驗討論 42 5-2. 效能驗證相關實驗 42 5-2.1、測量雜合效率時間曲線圖 42 5-2.2、體積降低，測量雜合效率 45 5-2.3、使用傳統方法驗證HSPC microarray的雜合效率 47 5-2.4、使用 Human cDNA microarray驗證系統雜合效率 48 5-2.5、效能驗證相關實驗討論 55 第六章 總結及未來工作 56 參考文獻 5