用于生物反应的系统和方法技术方案

提供了用于进行生物反应的系统。该系统包括芯片，其包含基底和多个反应位点。所述多个反应位点中的每个反应位点经配置用于容纳最多1钠升的液体样品。此外，该系统包括控制系统，其经配置用于启动液体样品中的生物反应。该系统还包括检测系统，其经配置用于检测芯片上的生物反应。根据不同的实施方案，所述芯片包含至少20000个反应位点。在其他实施方案中，所述芯片包含至少30000个反应位点。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生物反应的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求如下申请的优先权权益：2012年3月16日递交的美国临时专利申请第61/612,005号、2012年3月16日递交的美国临时专利申请第61/612,087号、2012年11月7日递交的美国临时专利申请第61/723,759号、2012年3月16日递交的美国临时专利申请第61/612,008号、2012年11月7日递交的美国临时专利申请第61/723,658号、2012年11月7日递交的美国临时专利申请第61/723,738号、2012年6月13日递交的美国临时专利申请第61/659,029号、2012年11月7日递交的美国临时专利申请第61/723,710号和2013年3月7日递交的美国临时申请第61/774,499号，所有这些均通过引用整体并入本文。专利技术背景用于生物和生化反应的系统被用于实时监测、测量和/或分析此类反应。此类系统通常被用于测序、基因分型、聚合酶链式反应(PCR)和其他生化反应来监测进程和提供定量数据。聚合酶链式反应(PCR)是一种扩增靶标DNA序列的方法。以前，通常在96孔或384孔微板中进行PCR。如果需要更高的通量，微板中的常规PCR方法则不具成本效益或效用性。另一方面，减少PCR反应体积能降低试剂消耗，并可从热质量减少的反应体积来减少扩增的时间。该策略可以阵列形式(mxn)实施，产生大量较小的反应体积。此外，使用阵列允许可扩展的高通量分析，并具有增加的定量灵敏度、动态范围和特异性。阵列形式也被用于进行数字聚合酶链式反应(dPCR)。来自dPCR的结果可用于检测和定量稀有等位基因的浓度，以提供核酸样品的绝对定量并测量核酸浓度的低倍数变化。通常，增加复制数目能增加dPCR结果的精确性和可重复性。大多数定量聚合酶链式反应(qPCR)平台中的阵列形式被设计为用于基于样品的分析(sample-by-assay)实验，其中PCR结果需要为可寻址的以用于运行后分析。然而，对于dPCR，每个PCR结果的具体位置或小井(well)可能是不重要的，并且仅可分析每个样品的阳性和阴性复制数。在dPCR中，可将包含相对较少数目的靶标多核苷酸或核苷酸序列的溶液再分为大量的小份测试样品，使得每个样品通常包含一个分子的靶标核苷酸序列或没有靶标核苷酸序列。当随后在PCR方案、程序或实验中对样品进行热循环反应时，包含靶标核苷酸序列的样品得到扩增并产生阳性检测信号，而不含靶标核苷酸序列的样品则未被扩增且不产生检测信号。因此，对提供每个测试或实验的更大数目的反应的需求增加已使得产生了能够同时进行更高数目的反应的仪器。测试或实验中样品位点数目的增加已使得产生了提供更小样品体积的微量滴定板和其他样品形式。另外，诸如数字PCR(dPCR)的技术增加了对在所有或大多数的大量测试样品中不含有或含有一个靶标核苷酸序列的更小样品体积的需求。存在对能提供高密度样品形式中的可靠数据的系统和样品形式的需求。专利技术概述提供了用于进行生物反应的系统。该系统包括芯片，其包含基底和多个反应位点。所述多个反应位点中的每个反应位点被配置为容纳最多1纳升的液体样品。此外，该系统包含控制系统，其被配置为能在液体样品中启动生物反应。该系统还包含检测系统，其被配置为能监测芯片上的生物反应。根据不同的实施方案，该芯片包含至少20000个反应位点。在其他实施方案中，该芯片包含至少30000个反应位点。附图说明图1所示为根据本文描述的各种实施方案，包含多个反应位点的芯片；图2所示为根据本文描述的各种实施方案，图1的示例性芯片的侧视图；图3所示为根据本文描述的各种实施方案，进行生物反应的示例性方法；图4所示为根据本文描述的各种实施方案，进行生物反应的示例性方法；图5的方块图说明了可基于其实施本教导的实施方案的聚合酶链式反应(PCR)仪；图6所示为根据本教导的实施方案，可用于成像的芯片的示例性光学系统；图7所示为根据本文描述的各种实施方案，基底中的阵列的剖视图；图8所示为根据本文描述的各种实施方案，芯片的横截面视图；图9所示为根据本文描述的不同实施方案的疏水表面和通孔；图10所示为根据本文描述的不同实施方案的不同间距(pitchdistance)；图11所示为根据本文描述的实施方案的通孔的示例性阵列；图12所示为根据本文描述的各种实施方案的通孔的六边形形状；图13所示为根据不同实施方案，包含具有示例性形状的多个通孔的基底的横截面；图14所示为根据本文描述的各种实施方案，制造芯片的示例性方法；图15所示为根据本文描述的各种实施方案的芯片的示例性横截面；图16所示为根据本文描述的各种实施方案的示例性芯片；图17所示为根据本文描述的各种实施方案，加载芯片中的多个反应位点的示例性方法的流程图；图20所示为根据本文描述的各种实施方案的样品加载器；图19A所示为根据本教导的各种实施方案的样品加载器的侧视图；图19B所示为根据本教导的各种实施方案的样品加载器的放大侧视图；图20所示为根据本教导的各种实施方案的加载装置；图21所示为根据本教导的各种实施方案的后退和前进接触角。图22所示为根据本教导的各种实施方案，通过样品加载器加载反应位点；图23所示为根据本教导的实施方案的载体的透视图；图24所示为根据本教导的各种实施方案的载体的透视图；图25所示为根据本教导的不同实施方案的芯片和相关盒子(case)或固定器；图26的方块图说明了可基于其实施本教导的实施方案的计算机系统。图27所示为根据本文描述的不同实施方案，加载的样品的生物反应结果。专利技术详述为提供对本专利技术的更完整的理解，以下描述阐述了众多具体细节，如具体配置、参数、实例等。然而应当理解，此类描述并非旨在限制本专利技术的范围，而是旨在提供对示例性实施方案进行更好的描述。在各种实施方案中，本文描述的装置、仪器、系统和方法可用于检测原始样品或溶液中含有的一类或多类生物组分或靶标。这些生物组分或靶标可为任何合适的生物靶标，包括但不限于，DNA序列(包括无细胞的DNA)、RNA序列、基因、寡核苷酸、分子、蛋白、生物标记物、细胞(例如，循环的肿瘤细胞)或任何其他合适的靶标生物分子。在各种实施方案中，此类生物组分可在诸如胎儿诊断、多重dPCR、病毒检测、定量标准、基因分型、测序分析、实验或方案、测序验证、突变检测、基因改良生物体的检测、稀有等位基因检测和/或拷贝数变异的应用中，结合一种或多种PCR方法和系统使用。在各种实施方案中，此类生物组分可在诸如胎儿诊断、多重dPCR、病毒检测和定量标准、基因分型、测序验证、突变检测、基因改良生物体的检测、稀有等位基因检测和拷贝数变异的应用中，结合各种PCR、qPCR和/或dPCR方法和系统使用。本公开的实施方案通常涉及用于监测或测量大量小体积样品的生物反应的装置、仪器、系统和方法。如本文所用，样品可被称为例如样品体积或反应体积。尽管处理大量样品时通常应用定量聚合酶链式反应(qPCR)，应当理解，根据本文描述的不同实施方案可采用任何合适的PCR方法。合适的PCR方法包括但不限于，例如数字PCR、等位基因特异性PCR、不对称PCR、连接介导的PCR、多重PCR、巢式PCR、CastPCR、qPCR、基因组步移和桥式PCR。如以下所述，根据本文描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于进行生物反应的系统，所述系统包含：芯片，其包含多个反应位点，其中所述多个反应位点中的每个反应位点被配置为容纳最多1钠升的液体样品；控制系统，其被配置为用于在所述液体样品中启动生物反应；以及检测系统，其被配置为用于检测所述芯片上的生物反应。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.16 US 61/612,005;2012.03.16 US 61/612,087;1.用于进行生物反应的系统，所述系统包含：具有第一表面和第二表面的芯片，其包含多个反应位点，其中所述多个反应位点中的每个反应位点被配置为容纳最多1纳升的液体样品；控制系统，其被配置为用于在所述液体样品中启动生物反应；以及检测系统，其被配置为用于检测所述芯片上的生物反应，其中所述芯片被封装于载体中，所述载体包括尺寸设定为允许所述芯片进入所述载体的开口，所述载体还包括沿所述开口的至少一个长边布置的刮涂器，所述刮涂器被配置为当所述芯片被装载至所述载体中时，与所述第一表面或第二表面中的至少一个接触。2.如权利要求1所述的系统，其中所述芯片包含至少20000个反应位点。3.如权利要求1所述的系统，其中所述芯片包含至少30000个反应位点。4.如权利要求1所述的系统，其中所述多个反应位点中的每个反应位点为通孔。5.如权利要求1所述的系统，其中所述多个反应位点中的每个反应位点为小井。6.如权利要求1所述的系统，其中所述控制系统被配置为用于进行聚合酶链式反应(PCR)。7.如权利要求6所述的系统，其中所述控制系统被配置为用于进行数字PCR。8.如权利要求1所述的系统，其中所述检测系统包含光学系统，其中所述光学系统包含激发源和光传感器，所述光传感器被配置为用于检测从所述多个反应位点中的多个液体样品发出的荧光信号。9.如权利要求1所述的系统，其中所述反应位点的表面为亲水性的。10.如权利要求9所述的系统，其中所述芯片的基底的表面为亲水性的。11.如权利要求1所述的系统，其中所述芯片浸没于所述载体中的包封介质中。12.如权利要求11所述的系统，其中所述包封介质为聚二甲硅氧烷(PDMS)，其中所述PDMS被完全固化且未完全交联。13.如权利要求1所述的系统，其中所述载体包含导液漏斗，其被配置为用于促进加载液体样品至所述多个样品区域的至少一些样品区域中。14.如权利要求11所述的系统，其中所述包封介质被配置为用于减少所述液体样品的蒸发。15.如权利要求11所述的系统，其中所述包封介质在插入所述芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·C·帕拉斯，詹姆士·讷尔斯，加里·利姆，西奥多·斯特劳博，艾里奥道·陈丘，埃文·福斯特，乔治·方斯卡，凯文·马赫尔，
申请(专利权)人：生命技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US