一次性的集成微流体盒及其制备和使用的方法技术

所披露的实施方式涉及用于检测生物反应的微流体盒。在一些实施方式中，该微流体盒被配置以对核酸样本进行测序操作。在一个方面，微流体盒包括限定用于处理待测序的该核酸样本的通道以及阀门的流体层的堆叠，以及该堆叠中集成的固态的CMOS生物传感器。该生物传感器具有被配置以检测生物反应的信号的有源区，其中该有源区的基本上全部在操作期间可用于试剂递送和照明。在另一个方面，微流体盒包括：(a)流动池，其包括包含一个或多个反应位点的反应位点区；(b)流体通道，其用于递送反应物至该反应位点区和/或从该反应位点区除去反应物；(c)生物传感器，其具有被配置以检测该反应位点区中的生物反应的信号的有源区。该反应位点区靠近该生物传感器的该有源区并且该反应位点区跨越该生物传感器的该有源区的基本上全部。在一些实施方式中，该流体通道基本上不与该生物传感器的该有源区重叠。还披露了用于制造和操作该微流体盒的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2014年3月11日提交的美国临时申请序列号61/951,462和2014年5月2日提交的美国临时申请序列号61/987,699的权益和优先权，其内容通过引用以其整体被并入本文以及用于所有目的。专利技术背景具有互补金属氧化物半导体(CMOS)技术，如CMOS图像传感器，以及流体通道两者的集成微流体盒是难以制造的。在大多数情况下，该流体通道被设计在CMOS表面内，这减小了有源区并导致复杂的流动模式。因此，需要新的将CMOS技术集成在多隔室微流体盒中的方法。进一步地，因为PCRmix中存在微泡，而这些微泡在PCR过程中会扩大，所以要密封微流体盒中聚合酶链反应(PCR)区是一个显著的挑战。因此，需要新的密封微流体盒中的PCR区的方法。专利技术概述所披露的实施方式涉及用于检测生物反应的微流体盒。在一些实施方式中，该微流体盒被配置以对核酸样本进行测序操作。在一个方面，微流体盒包括限定用于处理待测序的该核酸样本的通道以及阀门的流体层的堆叠，以及该堆叠中集成的固态的CMOS生物传感器。该生物传感器具有被配置以检测生物反应的信号的有源区，其中该有源区的基本上全部在操作期间可用于试剂递送和照明。在另一个方面，微流体盒包括：(a)流动池，其包括包含一个或多个反应位点的反应位点区；(b)流体通道，其用于递送反应物至该反应位点区和/或从该反应位点区除去反应物；(c)生物传感器，其具有被配置以检测该反应位点区中的生物反应的信号的有源区。该反应位点区靠近该生物传感器的该有源区并且该反应位点区跨越该生物传感器的该有源区的基本上全部。在一些实施方式中，该流体通道基本上不与该生物传感器的该有源区重叠。在第一总体方面，微流体盒被配置以对核酸样本进行测序操作。该微流体盒包括：(a)生物测定系统，其包括限定用于处理待测序的该核酸样本的通道以及阀门的流体层的堆叠；以及(b)该堆叠中集成的以及流体并且光学耦合到该生物测定系统的固态的CMOS生物传感器，该生物传感器包括被配置以检测生物反应的信号的有源区，其中该有源区的基本上全部在操作期间可用于试剂递送和照明。在一些实施方式中，该微流体盒进一步包括至少部分包围该流体层的堆叠和该CMOS传感器的外壳。在一些执行过程中，该生物测定系统包括被安装在该生物传感器上的流动池。在第二总体方面，披露了用于检测生物反应的微流体盒。该微流体盒包括：(a)流动池，其包括包含一个或多个反应位点的反应位点区；(b)流体通道，其用于递送反应物至该反应位点区和/或从该反应位点区除去反应物；(c)生物传感器，其具有被配置以检测该反应位点区中的生物反应的信号的有源区。在一些执行过程中，该反应位点区靠近该生物传感器的该有源区，并且该反应位点区跨越该生物传感器的该有源区的全部或基本上全部。在一些执行过程中，该流体通道基本上不或者不与该生物传感器的该有源区重叠。在第二总体方面的微流体盒的一些实施方式中，该生物传感器包括光检测器。在一些执行过程中，该光检测器是CMOS或CCD传感器。在一些执行过程中，该CMOS传感器为约9200μm长，约8000μm宽，约800-1000μm厚，并且具有约50个I/O焊盘。在一些执行过程中，第二总体方面的该微流体盒被配置以对核酸样本进行测序操作。该流动池包括测序室，以及所检测到的生物反应的信号指示该生物反应中所涉及的核苷酸碱基类型。在一些执行过程中，该测序室形成在测序室层上，以及该生物传感器被设置在该测序室层下面的测序室底部层上的开口中，以及该流体通道形成在该测序室底部层下面的流体通道层上。在一些执行过程中，该流动池包括被疏水区包围的用于核酸附着和扩增的亲水区的衬底。在一些执行过程中，该反应位点区跨越该生物传感器的该有源区的全部。在第一和第二总体方面的该微流体盒的一些执行过程中，该盒进一步包括：PCR区、试剂混合和分配区，以及一个或多个膜阀门，其被配置以可逆地阻止该PCR区与该试剂混合和分配区或包括该反应位点区的该流动池流体连通。在一些执行过程中，该微流体盒进一步包括柔性PCB加热器。在一些执行过程中，该PCR区包括多个PCR通道。在一些执行过程中，该试剂混合和分配区包括多个试剂通道和/或试剂供给器。在一些执行过程中，该盒进一步包括被配置以将该PCR区与该试剂混合和分配区进行流体连接的旋转阀门。在一些执行过程中，该旋转阀门被进一步配置以将该试剂混合和分配区与包括反应位点区的该流动池进行流体连接。在第三总体方面，披露了一种用于核酸分子测序的微流体盒的流体层的堆叠。该流体层的堆叠包括：(a)测序室层，其具有被配置用于执行成簇和测序反应的测序室区；(b)测序室底部层，其被设置在该测序室层下面，该测序室底部层具有被配置以容纳图像传感器的开口，该图像传感器带有被设置在该测序室区下面的图像传感器的有源区；(c)该测序室底部层下面的柔性印刷电路板(PCB)层；以及(d)流体通道层，其被设置在该柔性印刷电路板(PCB)层的下面，该流体通道层包括被配置以将反应物递送到该测序室区的流体通道。在该流体层的堆叠的一些执行过程中，该测序室区跨越该图像传感器的该有源区的基本上全部。在一些执行过程中，该流体通道基本上不与该图像传感器的该有源区重叠。在一些执行过程中，该测序室层和该测序室底部层包括用于多个膜阀门的开口。在一些执行过程中，该流体层的堆叠进一步包括被设置在该测序室层上的膜层。该膜层、该测序室层和该测序室底部层上的开口，以及该柔性PCB层被配置以形成多个膜阀门。在一些执行过程中，该膜阀门的至少一些被配置以提供该微流体盒的PCR区的可逆密封，与该微流体盒的试剂混合和分配区隔开。在第四总体方面，提供了用于操作微流体盒的方法。在一些执行过程中，方法涉及：(a)在该微流体盒的PCR区中对样本执行聚合酶链反应；和/或在该微流体盒的试剂混合和分配区将该样本与一种或多种试剂混合；(b)通过流体通道将该样本转移到测序室，其中该测序室：(1)不同于该PCR区和/或该试剂混合和分配区的位置，以及(2)该测序室基本上不与该流体通道重叠；(c)对该样本执行测序反应；以及(d)使用具有邻近于该测序室的有源区的图像传感器将测序反应成像。在一些执行过程中，该测序室基本上跨越该有源区的全部。在一些执行过程中，该方法进一步涉及：在执行该聚合酶链反应时，密封该PCR区，与该试剂混合和分配区隔开；将该样本从该PCR区转移到该试剂混合和分配区，然后将该样本与一种或多种试剂混合。在第五总体方面，提供了一种制造微流体盒的方法。该方法涉及：(a)形成包括印刷电路板(PCB)的流体层；(b)将图像传感器附接至该PCB，其中该图像传感器被定位成使得该图像传感器的有源区的基本上全部可用于照明和/或试剂递送；(c)组装包括该流体层的堆叠和该图像传感器，以及(d)形成包括该流体层和该图像传感器的该微流体盒。在一些执行过程中，该图像传感器是CMOS图像传感器。在一些执行过程中，该流体层的堆叠包括：(a)测序室层，其具有被配置用于执行成簇和测序反应的测序室区；(b)测序室底部层，其被设置在该测序室层下面，该测序室底部层包括被配置以包含图像传感器的开口，该图像传感器带有被设置在该测序室区下面的该图像传感器的有源区；(c)该测序室底部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测生物反应的微流体盒，其包括：(a)流动池，其包括包含一个或多个反应位点的反应位点区；(b)流体通道，其用于递送反应物至该反应位点区和/或从该反应位点区除去反应物；(c)生物传感器，其具有被配置以检测该反应位点区中的生物反应的信号的有源区，其中该反应位点区靠近该生物传感器的该有源区，该反应位点区跨越该生物传感器的该有源区的基本上全部，以及该流体通道基本上不与该生物传感器的该有源区重叠。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.11 US 61/951,462;2014.05.02 US 61/987,6991.一种用于检测生物反应的微流体盒，其包括：(a)流动池，其包括包含一个或多个反应位点的反应位点区；(b)流体通道，其用于递送反应物至该反应位点区和/或从该反应位点区除去反应物；(c)生物传感器，其具有被配置以检测该反应位点区中的生物反应的信号的有源区，其中该反应位点区靠近该生物传感器的该有源区，该反应位点区跨越该生物传感器的该有源区的基本上全部，以及该流体通道基本上不与该生物传感器的该有源区重叠。2.权利要求1所述的微流体盒，其中该微流体盒被配置以对核酸样本进行测序操作，该流动池包括测序室，以及所检测到的生物反应的信号指示该生物反应中所涉及的核苷酸碱基类型。3.前述权利要求的任一项所述的微流体盒，其中该流动池包括被疏水区包围的用于核酸附着和扩增的亲水区的衬底。4.前述权利要求的任一项所述的微流体盒，其中该测序室形成在测序室层上，该生物传感器被设置在该测序室层下面的测序室底部层的开口中，以及该流体通道形成在该测序室底部层下面的流体通道层上。5.前述权利要求的任一项所述的微流体盒，其中该反应位点区跨越该生物传感器的该有源区的全部。6.前述权利要求的任一项所述的微流体盒，其中该流体通道不与该生物传感器的该有源区重叠。7.前述权利要求的任一项所述的微流体盒，其中该生物传感器包括光检测器。8.权利要求7所述的微流体盒，其中该光检测器是CMOS/CCD传感器。9.权利要求8所述的微流体盒，其中该CMOS传感器为约9200μm长，约8000μm宽，以及约800-1000μm厚。10.权利要求8所述的微流体盒，其中该CMOS传感器具有约50个I/O焊盘。11.前述权利要求的任一项所述的微流体盒，其进一步包括：PCR区、试剂混合和分配区，以及一个或多个膜阀门，其被配置以可逆地阻止该PCR区与该试剂混合和分配区或包括该反应位点区的该流动池流体连通。12.权利要求11所述的微流体盒，其中该PCR区包括多个PCR通道。13.权利要求11所述的微流体盒，其中该试剂混合和分配区包括多个试剂通道和/或试剂供给器。14.权利要求11所述的微流体盒，其进一步包括被配置以将该PCR区与该试剂混合和分配区进行流体连接的旋转阀门。15.权利要求14所述的微流体盒，其中该旋转阀门被进一步配置以将该试剂混合和分配区与包括反应位点区的该流动池进行流体连接。16.一种被配置以对核酸样本进行测序操作的微流体盒，该微流体盒包括：(a)生物测定系统，其包括限定用于处理待测序的该核酸样本的通道以及阀门的流体层的堆叠；以及(b)该堆叠中集成的以及流体并且光学耦合到该生物测定系统的固态的CMOS生物传感器，该生物传感器包括被配置以检测生物反应的信号的有源区，其中该有源区的基本上全部在操作期间可用于试剂递送和照明。17.权利要求16所述的微流体盒，其进一步包括至少部分包围该流体层的堆叠和该CMOS传感器的外壳。18.权利要求16所述的微流体盒，其中该生物测定系统包括被安装在该生物传感器上的流动池。19.前...

【专利技术属性】
技术研发人员：普尔亚·萨布基，贝赫纳姆·贾凡马蒂，塔伦·库拉纳，菲利普·派克，林彦佑，
申请(专利权)人：伊鲁米那股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US