微流体分析设备制造技术

一种用于研究核酸分析物的设备，其特征在于包括：第一区，所述第一区包括附着位所，分析物被附着到所述附着位所；第一路径，所述第一路径用于导致第一流体介质流过所述附着位所从而使核酸得以被逐渐地焦磷酸解成它的组成三磷酸核苷；第二路径，所述第二路径用于从所述附着位所周围移除所述三磷酸核苷，以及用于在第二路径中产生第二介质的装置，所述第二介质包括与水不混溶的载体中的水性微滴；微滴操控区，其使用光学介导的电润湿来操控微滴，所述微滴操控区包括：第一复合壁，包括第一透明基底；所述基底上的第一透明导体层，第一透明导体层的厚度在70到250nm的范围；在导体层上具有由波长在400‑1000nm范围的电磁辐射激活的光敏层，光敏层厚度在300‑1000nm的范围，和在导体层上的第一介电层，第一介电层的厚度在120到160nm的范围；第二复合壁，包括第二基底；所述基底上的第二导体层，第二导体层厚度在70到250nm的范围，和可选的，在所述导体层上的第二介电层，第二介电层的厚度在120到160nm的范围；其中，第一介电层和第二介电层的暴露表面被间隔开小于10μm，以限定适于容纳微滴的微流体空间。A/C源，用于提供横跨第一复合壁和第二复合壁的电压，所述第一复合壁和第二复合壁连接第一导体层和第二导体层；第一电磁辐射源，其能量高于可光激发层的带隙，其适配为作用在光敏层上以在第一介电层的表面上引发相应的暂时第一电润湿位置；用于操控电磁辐射在光敏层上的作用点以改变暂时电润湿位置的布置从而形成至少一个第一电润湿路径的装置，沿着该路径能够导致微滴移动；检测区，所述检测区位于微滴操控区下游或与微滴操控区集成，以及荧光或拉曼散射检测系统，其包括第二电磁辐射源和检测器，所述第二电磁辐射源适于作用在检测区中的微滴上，所述检测器用于检测从那里发出的荧光或拉曼散射。

Microfluidic analysis equipment

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微流体分析设备
本专利技术涉及一种研究核酸分子(nucleicacidmolecule)的设备；特别是用于对天然或合成来源的DNA或RNA进行测序的设备。
技术介绍
在我们之前的申请WO2014/053853、WO2014/053854、WO2014/167323、WO2014/167324和WO2014/111723中，我们已经描述了一种新的测序方法，该方法涉及逐步消化多核苷酸分析物(polynucleotideanalyte)以产生有序的单核苷酸的流(stream)，优选地，单核苷三磷酸(singlenucleosidetriphosphates)流，它们的每一个可以被一个一个地捕获到微滴流中的相应微滴中。此后，可以对每个液滴进行化学和/或酶促(enzymatically)处理以揭示其最初包含的特定单核苷酸。在一个实施方案中，这些化学和/或酶促处理包括一种涉及使用一种或多种二组分寡核苷酸探针类型(two-componentoligonucleotideprobetypes)的方法，每种类型被适配为能够选择性地捕获构成分析物的单核苷酸类型之一。通常，在这样的探针类型中的每种中，两个寡核苷酸组分中的一个包含特征性荧光团(fluorophores)，并且在探针未使用的状态下，这些荧光团发出荧光的能力由于存在于附近的淬灭剂(quenchers)或通过自身淬灭(self-quenching)而消失。在使用中，当探针已捕获了其相应的单核苷酸，其变得易感于随后的核酸外切(exonucleolysis)或核酸内切(endonucleolysis)，从而使荧光团从淬灭剂中释放和/或从彼此释放，从而使它们能够自由地发出荧光。通过这种方式，可以通过光谱学手段间接地推断出存在于每个液滴中的原始单核苷酸。在设计测序设备时，需要操纵数千个微滴，以确保例如它们被可靠地递送到位，在微滴被递送到的位置，它们可以与其他合并和/或它们的内含物依据是否存在荧光而被分析。这样做的一种可能的方式是在基底上建立路径，通过电润湿力可以沿着该路径推动微滴。用于以这种方式操控相对大的液滴的设备先前已经在本领域中被描述了；参见例如US6565727、US20130233425和US20150027889。通常，这是通过使液滴，例如在不溶混的(immiscible)载体流的存在下，穿过微流体通道来实现的，所述微流体通道由盒体(cartridge)的两个相对的壁限定或由管道限定。嵌在盒体壁或管道壁中的是覆盖有介电层的电极，每个电极都连接到A/C偏置电路，该电路可以间歇地快速打开和关闭，以修改所述层的电润湿特性(electrowettingcharacteristics)。这引起局部化的方向性毛细作用力，该作用力可用于沿着给定的路径导控液滴。该方法的变体(基于光学介导的电润湿)已经在例如US20030224528、US20150298125和US20160158748中被教导了。特别地，这三个专利申请中的第一个公开了各种微流体设备，所述微流体设备包括由第一壁和第二壁限定的微流体腔，并且其中第一壁是复合设计的并且包括基底、光电导层和绝缘(介电的)层。在光电导层和绝缘层之间设置有导电单元(conductivecells)阵列，所述导电单元彼此电隔离并耦合至光敏层(photoactivelayer)，并且它们的功能是在绝缘层上产生相应的离散的液滴接收位置。在这些位置，液滴的表面张力特性可以通过电润湿力来改变。所述导电单元则可以通过作用在光电导层上的光来接通或关断。该方法的优点在于使切换变得更加容易和快捷，尽管在某种程度上其使用仍受电极布置的限制。此外，对于液滴可以移动的速度以及实际液滴路径可以改变的程度存在限制。Pei在加利福尼亚大学伯克利分校的论文UCB/EECS-2015-119中公开了后一种技术的双壁实施例。在此，描述了一种单元，该单元通过横跨沉积在介电层上的TeflonAF的表面地使用光学电润湿来允许对尺寸在100-500μm的范围的较大液滴进行操控。在未图案化的电偏压(electricallybiased)非晶硅上的光图案(light-pattern)被以示意性的形式描述。然而，在所示方案中，介电层很薄(100nm)，并且仅设置在承载光敏层的壁上。
技术实现思路
现在，我们已经开发出一种核酸研究(investigative)设备，该设备能够符合可靠的单核苷酸检测方法的要求地同时操控数千个微滴。它的优点是可以通过计算机软件的应用轻松地重新配置以使其用途广泛；例如，通过允许用户容易地将其适配为用于最佳精度、通量(throughput)或检测特定的表观遗传修饰(epigeneticmodifications)。因此，根据本专利技术，提供了一种用于研究核酸分析物的设备，其特征在于包括：·第一区，其包括附着位所，分析物附着到所述附着位所；第一路径，所述第一路径用于导致第一流体介质流过所述附着位所从而使核酸得以逐渐地被焦磷酸解成它的组成三磷酸核苷；第二路径，第二路径用于从所述附着位所周围除去所述三磷酸核苷，以及用于在第二路径中产生第二介质的装置，所述第二介质包括与水不混溶的载体中的水性微滴；·微滴操控区，其使用光学介导的电润湿来操控微滴，所述微滴操控区包括：·第一复合壁，包括第一透明基底；所述基底上的第一透明导体层，第一透明导体层的厚度在70到250nm的范围；在导体层上具有由波长在400-1000nm的范围的电磁辐射激活的光敏层，光敏层厚度在300-1000nm的范围，和在导体层上的第一介电层，第一介电层的厚度在120到160nm的范围；·第二复合壁，包括第二基底；所述基底上的第二透明导体层，第二导体层厚度在70到250nm的范围，和可选地，在所述导体层上的第二介电层，第二介电层的厚度在25到50nm的范围；其中，第一介电层和第二介电层的暴露表面被间隔开小于10μm，以限定适于容纳微滴的微流体空间。·A/C源，用于横跨第一复合壁和第二复合壁地提供电位差(potentialdifference)，所述第一复合壁和第二复合壁连接第一导体层和第二导体层；·至少一个第一电磁辐射源，其能量高于可光激发层(photoexcitablelayer)的带隙(bandgap)，其适配为作用在光敏层上以在第一介电层的表面上引发相应的暂时第一电润湿位置；·用于操控电磁辐射在光敏层上的作用点以改变暂时电润湿位置的布置从而形成至少一个第一电润湿路径的装置，沿着该路径能够导致微滴移动；·检测区，所述检测区位于微滴操控区下游或与微滴操控区集成，以及·荧光或拉曼散射检测系统，其包括第二电磁辐射源和检测器，所述第二电磁辐射源适于作用在检测区中的微滴上，所述检测器用于检测从那里发出的荧光或拉曼散射。本专利技术的装置特别适合于分析核酸分析物的组成核苷酸，并且在一个实施方案中是一种用于DNA或RNA测序的设备。在核酸分析物是DNA的应用中，其合适地是双链多核苷酸并且可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于研究核酸分析物的设备，其特征在于包括：/n·第一区，所述第一区包括附着分析物的附着位所；第一路径，所述第一路径用于导致第一流体介质流过所述附着位所从而允许核酸被逐渐地焦磷酸解成它的组成三磷酸核苷；第二路径，所述第二路径用于来自所述附着位所周围的所述三磷酸核苷，以及用于在第二路径中产生第二介质的装置，所述第二介质包括与水不混溶的载体中的水性微滴；/n·微滴操控区，其使用光学介导的电润湿来操控微滴，所述微滴操控区包括：/n·第一复合壁，包括/n第一透明基底；/n所述基底上的第一透明导体层，第一透明导体层的厚度在70到250nm的范围；/n在导体层上的光敏层，所述光敏层通过波长在400-1000nm的范围的电磁辐射激活，所述光敏层的厚度在300-1000nm的范围，和/n在导体层上的第一介电层，第一介电层的厚度在120到160nm的范围；/n·第二复合壁，包括/n第二基底；/n所述基底上的第二导体层，第二导体层厚度在70到250nm的范围，和/n在所述导体层上的第二介电层，第二介电层的厚度在120到1600nm的范围；/n其中，第一介电层和第二介电层的暴露表面被间隔分开小于10μm，以限定适于容纳微滴的微流体空间。/n·A/C源，用于提供跨过第一复合壁和第二复合壁的电压，所述第一复合壁和第二复合壁连接第一导体层和第二导体层；/n·至少一个第一电磁辐射源，其能量高于可光激发层的带隙，其适配为作用在所述光敏层上以在第一介电层的表面上引发相应的暂时第一电润湿位置；/n·用于操控电磁辐射在光敏层上的作用点以改变暂时电润湿位置的布置从而形成至少一个第一电润湿路径的装置，沿着该路径能够导致微滴移动；/n·检测区，所述检测区设置在微滴操控区下游或与微滴操控区集成，以及/n·荧光或拉曼散射检测系统，其包括第二电磁辐射源和检测器，所述第二电磁辐射源适于作用在检测区中的微滴上，所述检测器用于检测从被作用的微滴发出的荧光或拉曼散射。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170621 EP 17177204.9;20170707 EP 17180391.91.一种用于研究核酸分析物的设备，其特征在于包括：
·第一区，所述第一区包括附着分析物的附着位所；第一路径，所述第一路径用于导致第一流体介质流过所述附着位所从而允许核酸被逐渐地焦磷酸解成它的组成三磷酸核苷；第二路径，所述第二路径用于来自所述附着位所周围的所述三磷酸核苷，以及用于在第二路径中产生第二介质的装置，所述第二介质包括与水不混溶的载体中的水性微滴；
·微滴操控区，其使用光学介导的电润湿来操控微滴，所述微滴操控区包括：
·第一复合壁，包括
第一透明基底；
所述基底上的第一透明导体层，第一透明导体层的厚度在70到250nm的范围；
在导体层上的光敏层，所述光敏层通过波长在400-1000nm的范围的电磁辐射激活，所述光敏层的厚度在300-1000nm的范围，和
在导体层上的第一介电层，第一介电层的厚度在120到160nm的范围；
·第二复合壁，包括
第二基底；
所述基底上的第二导体层，第二导体层厚度在70到250nm的范围，和
在所述导体层上的第二介电层，第二介电层的厚度在120到1600nm的范围；
其中，第一介电层和第二介电层的暴露表面被间隔分开小于10μm，以限定适于容纳微滴的微流体空间。
·A/C源，用于提供跨过第一复合壁和第二复合壁的电压，所述第一复合壁和第二复合壁连接第一导体层和第二导体层；
·至少一个第一电磁辐射源，其能量高于可光激发层的带隙，其适配为作用在所述光敏层上以在第一介电层的表面上引发相应的暂时第一电润湿位置；
·用于操控电磁辐射在光敏层上的作用点以改变暂时电润湿位置的布置从而形成至少一个第一电润湿路径的装置，沿着该路径能够导致微滴移动；
·检测区，所述检测区设置在微滴操控区下游或与微滴操控区集成，以及
·荧光或拉曼散射检测系统，其包括第二电磁辐射源和检测器，所述第二电磁辐射源适于作用在检测区中的微滴上，所述检测器用于检测从被作用的微滴发出的荧光或拉曼散射。


2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述检测区包括电润湿位置的阵列。


3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述检测区包括毛细管块，所述微滴通过所述毛细管块经过...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·亨利·艾萨克，佩德罗·昆哈，艾厄因·谢里丹，大卫·拉乌，丽贝卡·帕尔莫，道格拉斯·J·凯利，加雷斯·鲍德，
申请(专利权)人：贝斯四创新公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB