用于高效电子测序与检测的系统和方法技术方案

本公开涉及用于高效率核酸电子测序和分子检测的系统和方法。在本公开的示例实施方式中，针对诸如DNA测序、DNA杂交或蛋白质检测等所关注的应用，可采用纳米针来检测由与诸如DNA或蛋白质等所关注的生物分子相关联的反荷离子浓度或德拜长度的调制所产生的阻抗变化。

【技术实现步骤摘要】
本申请是2012年12月03日提交的专利技术名称为“用于高效电子测序与检测的系统和方法”的第201280068919.3号(国际申请号PCT/US2012/067645)中国专利申请的分案申请。本申请要求2011年12月1日提交的、题为“GENIUSELECTRONICSEQUENCINGTECHNOLOGIESANDMETHODSTHEREFOR”的美国临时申请No.61/565,651的优先权。美国临时申请No.61/565,651的公开内容通过引用而全文并入于此。本申请的主题涉及2010年10月4日提交的美国临时申请No.61/389,490、2010年10月4日提交的美国临时申请No.61/389,484、2011年2月15日提交的美国临时申请No.61/443,167、2011年5月27日提交的美国临时申请No.61,491,081、2012年4月4日提交的美国临时申请No.61/620,381、2012年2月15日提交的美国申请序号No.13/397,581、2012年10月1日提交的美国申请序号No.13/632,513以及2011年5月27日提交的美国申请序号No.13/118,044，上述每个申请通过引用而全文并入于此。如在通过引用而全文并入于此的、题为“BIOSENSORDEVICES,SYSTEMSANDMETHODSTHEREFOR”的美国公开专利申请No.US2012/0138460中所描述的，纳米桥(NanoBridge)可发挥pH传感器的功能。本申请涉及通过引用而全文并入于此的PCT/US2011/054769。本申请还涉及通过引用而全文并入于此的PCT/US2012/039880。
技术介绍
包括高通量DNA测序在内的用于快速而成本高效的遗传和生物分析的方法仍然是发展个体化医疗及诊断试验的重要方面。当前的高通量或微型化系统具有局限性。例如，当前用于DNA测序的系统——包括采用光学检测的系统——是笨重而昂贵的，并且具有有限的通量。虽然一些系统使用传感器和测序流通池(sequencingflowcell)来解决这些局限，但它们一般为单次使用的一次性用品，这大幅增加了对用户的成本并且限制了传感器的复杂度，因为必须针对单次使用而成本高效地制造传感器。需要用于遗传和生物分析的系统和方法，特别是需要既灵敏又成本高效的用于高度并行或克隆测序反应的方法和系统。具体而言，本专利技术涉及：1.一种用于感测流体中的局部化学扰动或电扰动的装置，该装置包括：一个或多个传感器，其配置为检测邻近反应载体上的化学反应或生物反应的流体的阻抗、电荷、pH和温度中的一项或多项的变化，从而生成指示出所述生物反应或化学反应的信号；支撑衬底，其包含流体通道，该流体通道配置为将包含反应底物或生物材料的流体传递越过反应载体；至少两个电极，其中所述电极测量靠近反应事件的环境中的稳态变化，并且可选地测量至少一个瞬态事件，其中至少一个传感器的形状和/或相对于所述反应载体的接近度实质地增大相对于所述流体的阻抗、电荷、pH和/或温度的所述变化。2.根据段1的装置，其中所述稳态变化是由于邻近所述化学反应或生物反应的环境或流体周围的德拜长度的调制。3.根据段1的装置，其中至少一个传感器的电极处于所述反应载体的德拜长度之内。4.根据段1至3的装置，其中该装置为基本上是平面的纳米传感器阵列。5.根据段1至4的装置，其中所述稳态变化或瞬态变化是由于靠近所述化学反应或生物反应或者靠近所述电极的环境或流体周围的离子浓度的改变。6.根据段5的装置，其中与所述化学反应或生物反应相关联的所述离子浓度的改变可来自移动离子或固定离子。7.根据段1至6中任一段的装置，其中所述反应为DNA测序反应，并且所述传感器测量与一个或多个核苷酸向DNA链或DNA链的克隆群中的掺入相关联的阻抗。8.根据段1至6中任一段的装置，其中所述反应为多核苷酸的扩增。9.根据段1至8中任一段的装置，其中所述化学反应涉及直接或间接结合至所述反应载体的目标生物材料。10.根据段9的装置，其中所述反应载体为微珠。11.根据段10的装置，其中所述微珠被可逆地保持靠近所述传感器。12.根据段11的装置，其中所述微珠被保持在凹陷中。13.根据段11或12的装置，其中所述传感器电极形成基本上吻合于所述凹陷和/或微珠的边缘的弧形。14.根据段11的装置，其中至少一个传感器的电极将所述微珠定位在固定位置，并且所述传感器的第二电极与所述微珠下方的所述传感器的表面相接触。15.根据段11的装置，其中至少一个传感器的两个电极被制造于所述微珠下方的所述衬底上，并且形成基本上吻合于所述微珠的形状的斜坡。16.根据段9至15中任一段的装置，其中所述微珠为磁性的。17.根据段16的装置，其中所述微珠由电场或磁场中的至少一个来保持。18.根据段9至15中任一段的装置，其中所述微珠由物理连接体来保持。19.根据段1至18中任一段的装置，其中所述传感器的一个或多个电极由介电衬底所屏蔽。20.根据段19的装置，其中所述电极的一部分由介电层所覆盖。21.根据段19的装置，其中一个或多个电极的尖端涂覆有薄介电层，或者一个或多个电极的尖端保持不被介电层所覆盖。22.根据段1至21中任一段的装置，其中所述传感器运行于AC模式、DC模式或全部两种模式之中的至少一种模式下。23.根据段22的装置，其中所述支撑衬底包含接地层。24.根据段22的装置，其中所述接地层位于所述电极之上，并由介电层所包围。25.根据段23的装置，其中所述接地层覆盖发射电极的一部分，但不覆盖接收电极。26.根据段1至25中任一段的装置，还包括与至少一个电极相关联的至少一个局部电容器。27.根据段1至26中任一段的装置，其中所述传感器为纳米桥。28.根据段27的装置，其中所述纳米桥形成围绕所述微珠的环结构。29.根据段28的装置，其中所述纳米桥环的尺寸显著提高信噪比。30.根据段27至29中任一段的装置，其中所述纳米桥包含电导体，该电导体连接至所述纳米桥的重掺杂区。31.根据段1至26中任一段的装置，其中所述纳米传感器为纳米针。32.根据段31的装置，其中所述纳米针形成围绕所述微珠的环结构。33.根据段1至32中任一段的装置，还包括参考电极。34.根据段33的装置，还包括背栅。35.根据段34的装置，其中所述背栅是分段的。36.根据段1至35中任一段的装置，还包括积分器，该积分器与所述传感器合并。37.根据段36的装置，其中所述积分器包括与所述传感器相关联的电容器。38.根据段1至37中任一段的装置，还包括多个读出端口，该多个读出端口可选地位于所述支撑衬底的一个或多个边角或侧边处。39.根据段1至38中任一段的装置，包括选自FinFET、纳米针、纳米桥、ISFET、CHEMFET、pH传感器和微悬臂之中的至少一种传感器。40.根据段1至39中任一段的装置，还包括富集模块，该富集模块用于将包含带电目标分子的反应载体与不包含带电目标分子的反应载体相分离。41.根据段40的装置，其中所述富集模块包含微流体通道、配置用于传递所述反应载体的第一流体输入、配置用于传递缓冲溶液的第二流体输入、收集带有所述带电目标分子的反应载体的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于感测流体中的局部化学扰动或电扰动的装置，该装置包括：一个或多个传感器，其配置为检测邻近反应载体上的化学反应或生物反应的流体的阻抗、电荷、pH和温度中的一项或多项的变化，从而生成指示出所述生物反应或化学反应的信号；支撑衬底，其包含流体通道，该流体通道配置为将包含反应底物或生物材料的流体传递越过反应载体；至少两个电极，其中所述电极测量靠近反应事件的环境中的稳态变化，并且可选地测量至少一个瞬态事件，其中至少一个传感器的形状和/或相对于所述反应载体的接近度实质地增大相对于所述流体的阻抗、电荷、pH和/或温度的所述变化。

【技术特征摘要】
2011.12.01 US 61/565,6511.一种用于感测流体中的局部化学扰动或电扰动的装置，该装置包括：一个或多个传感器，其配置为检测邻近反应载体上的化学反应或生物反应的流体的阻抗、电荷、pH和温度中的一项或多项的变化，从而生成指示出所述生物反应或化学反应的信号；支撑衬底，其包含流体通道，该流体通道配置为将包含反应底物或生物材料的流体传递越过反应载体；至少两个电极，其中所述电极测量靠近反应事件的环境中的稳态变化，并且可选地测量至少一个瞬态事件，其中至少一个传感器的形状和/或相对于所述反应载体的接近度实质地增大相对于所述流体的阻抗、电荷、pH和/或温度的所述变化。2.根据权利要求1的装置，其中所述稳态变化是由于邻近所述化学反应或生物反应的环境或流体周围的德拜长度的调制。3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·埃斯范德亚珀，
申请(专利权)人：吉纳普赛斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US