自寻址、自组装微电子集成系统、组成装置、机理和分子生物学分析和诊断的方法制造方法及图纸

设计和制造了一种自寻址、自组装微电子装置以显微尺寸主动进行和控制多步和多路分子生物反应。这些反应包括核酸杂交、抗体／抗原反应、诊断和生物聚合物合成。使用微－光刻技术和微－加工技术都可以制造出该装置。该装置可以电子控制特异结合体向特异微定位区的迁移和附着。该特异结合体包括分子生物分子，例如核酸和多肽。装置可以随后控制在寻址的特异微定位区上的分析物或反应物的迁移和反应。该装置能够富集分析物和反应物，去除非－特异性结合分子，对ＤＮＡ杂交反应提供严紧控制，并改善分析物的检测。该装置在电子上可以被复制的。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在显微尺寸可以有效进行和控制多步和多路反应的自寻址、自组装微电子集成系统的设计、制造和应用。具体说来，这些反应包括分子生物学反应，例如核酸杂交、核酸扩增、样品制备、抗体/抗原反应、临床诊断和生物聚合物合成。相关申请资料本专利技术申请是1995年9月27日递交的申请序列号为08/534，454、名称为“用于主动式可编程阵列式装置的设备和方法”的部分连续申请，上述申请是1994年9月9日递交的申请序列号为08/304，657，名称为“自动分子生物诊断系统”，现已授权为美国专利号5，632，957(1997年5月20日递交的申请序列号为08/859，644，名称为“用于主动式、可编程电子微生物学系统的控制系统”的连续申请)的部分连续申请，所述申请是1994年7月7日递交的申请号为08/271，882，名称为“用于分子生物分析及诊断系统的电子严紧控制方法”现已授权的部分连续申请，所述申请是1993年11月1日递交的申请号为08/146，504，名称为“用于分子生物分析及诊断系统的主动式可编程电子装置”，现已授权为美国专利号5，605，662(1996年10月4日递交的申请序列号为08/725，976，名称为“用于聚合物电子合成”的连续申请)的部分连续申请，也是1996年9月6日递交的申请序列号为08/708，262，名称为“用于优化电子杂交反应的方法和材料”的部分连续申请。
技术介绍
分子生物学包括很多种用于分析核酸和蛋白质的技术，其中有许多种形成临床诊断试验的基础。这些技术包括核酸杂交分析、限制酶分析、基因序列分析、和核酸和蛋白质的分离和纯化(见，例如，J.萨姆布鲁克，E．F.弗里奇，和T.曼尼阿蒂斯，分子克隆实验指南，第2版，冷泉港实验室出版社，冷泉港，纽约，1989)。许多分子生物学技术涉及对大量的样品进行大量的操作。这些操作通常是复杂和耗时的，并一般需要高度的准确性。许多技术由于缺少灵敏性、特异性或再现性而局限了其应用。例如，迄今为止由于灵敏性和特异性问题限制了核酸杂交的实际应用。核酸杂交分析一般涉及用探针在大量的非靶核酸中检测很少量的特异靶核酸(DNA或RNA)。为了保持高的特异性，杂交通常在非常严紧的条件下进行，该严紧的条件通过温度、盐类、去垢剂、溶剂、促溶剂和变性剂各方面的结合来达到。已经在多种滤膜和固体载体形式上进行了多样品核酸杂交分析(见G.A.Beltz等，酶学方法，100卷，B部分，R.Wu，L.Grossmam，K.Moldave编，学院出版社，纽约，19章，pp266-308，1985)。一种形式，即所谓的“点渍法”杂交，涉及靶DNA与滤膜的非-共价附着，随后与放射性同位素标记的探针杂交。“点渍法”杂交获得广泛的应用，并发展了许多变型(见M.L．M.Anderson和B.D.Young，核酸杂交实用方法，B.D.Hames和S.J.Higgins编，IRL出版社，华盛顿特区，第4章，pp.73-111，1985)。“点渍法”杂交进一步发展用于基因突变的多元分析(D.Nanibhushan和D.Rabin，见EPA 0228075，1987年7月8日)，以及用于检测重叠克隆和构建基因图谱(G.A.Evans，美国专利#5，219，726，1993年6月15日)。另一种形式，即所谓的“夹层”杂交，涉及把寡核苷酸探针共价连接到固体载体上，并用它们来俘获和检测多元靶核酸。(M.Ranki等，基因，21，pp77-85，1983；A.M.Palva，T.M.Ranki，和H.E.Soderlund，英国专利申请GB 2156074A，1985年10月2日；T.M.Ranki和H.E．Soderlund，美国专利#4，563，419，1986年1月7日；A.D.B.Malcolm和J.A.Langdale，PCT WO 86/03782，1986年7月3日；Y.Stabinsky，美国专利#4，751，177，1988年1月14日；T.H.Adams等，PCT WO 90/01564，1990年2月22日；R.B.Wallace等，6，核酸研究，11，p3543，1979；和B.J.Connor等，80，美国科学院院刊，pp278-282，1983)。这些形式的多元变型被称为“反点渍”。利用目前的核酸杂交形式和严紧控制方法，即使使用最敏感的受体组(酶、荧光基团、放射性同位素、光度计、光子计数器、闪烁计数器等)，仍然很难检测靶核酸的低拷贝数(即，1-100，000)。这一困难是由直接探针杂交有关的几个根本问题引起的。一个问题与杂交反应的严紧控制有关。杂交反应通常在严紧条件下进行以实现杂交特异性。严紧控制的方法主要涉及在杂交和随后的洗涤步骤中温度、离子强度、和变性剂的优化。另人遗憾的是，这些严紧条件的应用引起用于检测的杂交探针/靶复合物的数量显著降低。另一个问题与在大多数样品中DNA的高度复杂性有关，尤其是在人基因DNA样品中。当一个样品包含与特异靶序列紧密相关的大量序列时，即使是最专一的探针序列也会与非靶序列部分产生大量的部分杂交。第三个问题与探针与其特异靶之间的不利杂交动力学有关。即使是在最佳的条件下，大多数杂交反应也是在相对低浓度的探针和靶分子下进行的。另外，探针经常不得不与靶核酸的互补链竞争。大多数杂交形式的第四个问题是非特异性背景信号的水平较高。这是由DNA探针与几乎所有材料的亲和性造成的。这些问题，不管是单独还是结合起来，都会导致在上述形式中的核酸杂交的敏感性和/或特异性丧失。这是很令人遗憾的，因为对大多数基于核酸的临床诊断试验来说检测低拷贝数的靶核酸是必需的。因为在检测低拷贝数靶核酸中的困难，研究机构过分依赖于聚合酶链反应(PCR)来扩增靶核酸序列(见M.A.Innis等，PCR方法和应用指南，学院出版社，1990)。PCR反应产生的大量的靶核酸序列改善了随后的直接核酸探针技术，当然，其代价为步骤冗长和麻烦。与用直接探针检测低拷贝数靶核酸中常见的困难显著不同的是原位杂交技术。这一技术使得能在单个细胞中检测低拷贝数单一核酸序列。在原位形式中，靶核酸通常以相对高的局部浓度被限制在一个细胞的面积(～20-50μm2)或核的面积(～10μm2)。另外，探针/靶杂交信号被限制在显微和形态学显著区；同在固体载体上相比较这就使得从人工或非-特异性信号区分出正信号较容易。在某些方面模仿原位杂交，发展了在微型多路或阵列式装置(例如，DNA芯片)上进行多样品核酸杂交分析的新技术(见M.Barinaga，253科学，pp1489，1991；W.Bains，10生物/技术，pp757-758，1992)。这些方法通常把特异DNA序列附着到固体载体非常小的特异区域，例如DNA芯片的微孔上。这些杂交形式是传统“反点渍法”和“夹层法”杂交系统的缩微型式。缩微型式的杂交可以被用来“通过杂交进行序列分析”(SBH)(见M.Barinaga，253科学，pp1489，1991；W.Bains，10生物/技术，pp.757-758，1992)。SBH利用所有可能的n-核酸寡聚体(n-聚体)来识别在未知DNA样品中的n-聚体，然后通过算法分析定位以产生DNA序列(R.Drmanac和R.Crkv本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用来在一种主动式电子系统中迁移和杂交ＤＮＡ的方法，包括：在所述装置上提供一种低电导率的两性离子缓冲液，把所述核酸电泳迁移到一个微定位区，向微定位区施加电流和电压以影响迁移，其中，在其微定位区上的局部ｐＨ低于缓冲液在其等电点的 ｐＨ，从而使核酸和位于微定位区的探针之间的杂交得到加强。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗纳德G索斯诺乌斯基，威廉F巴特勒，尤金图，麦克尔I内伦伯格，麦克尔J海勒，卡尔F埃德曼，
申请(专利权)人：内诺金有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]