用于检测生物学样品中核酸的设备和方法技术

本发明专利技术公开了用于场辅助加速涉及带电实体的生物学过程的设备和方法，特别地，其包括在生物学样品中检测目标ＤＮＡ。本发明专利技术提供一种反应单元，其具有一个电介质表面，且通过对一个与电介质物质接触的电极施加电压，在该电介质物质中诱导电荷分离而产生一个场。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。本专利技术特别涉及一种使用场辅助(field-assisted)的核酸杂交以检测DNA序列的新颖的设备和方法，和涉及使该设备的性能最优化的方法，本专利技术进一步延伸至场辅助杂交在包括带电实体的任何生物学方法中的应用。
技术介绍
高密度多核苷酸(例如DNA或RNA)阵列技术的出现已经改变了基因组学和蛋白质学分析的基本概念。通过使大规模的临床诊断试验和筛选过程变为可实际应用，从“斑点印迹”到“载玻片上的阵列”然后到DNA微阵列(也被认为是DNA芯片)的转变已经改革了工业。众所周知，一个在基质上预定结构中具有反应位点的典型微阵列，暴露于一种具有与粘附在反应位点上的捕获片段互补的碱基序列的目标核酸片段的样品时，会显示一种结合模式。当使用一个合适的检测机理时，可通过光学或电子方法检测结合模式和结合效率，其可以包括例如荧光标记、电流检测或阻抗测量。电辅助(electrically-assisted)核酸杂交的使用是一种在包含DNA的生物学样品例如血液、血浆、尿等分析中已知的技术。常规地，用于DNA检测的芯片是由多种物质包括玻璃、二氧化硅和金属中的一种形成的。在芯片表面上，用已知技术形成许多电接触。为了在生物学样品中检测特定的DNA序列，依靠常为琼脂糖凝胶的粘附层，由互补DNA片段组成的捕获探针粘附于芯片表面。如果一个生物学样品含有目标DNA，则该目标DNA将通过杂交结合于互补DNA片段，可使用各种成像技术检测这样的杂交，从而检测样品中目标DNA的存在。现有技术核酸片段是带电荷的，通过使用电极产生静电吸引，将核酸片段向特定位点吸引，因而通过运用适当的电流，可加速杂交过程，从而也加速检测过程。然而，由于样品的电化学降解或电解的危险，使用电极直接与核酸片段接触是不可能的。因此，常规地，渗透/粘附层通常涂在电极上，如US 5605662和6306348中所示。渗透/粘附层通常由多孔物质组成，例如溶胶-凝胶物质、多孔水凝胶物质、多孔氧化物，且提供允许小离子的选择性扩散，也作为一种捕获探针的粘附表面。由于多孔物质的孔的大小，该多孔物质一般太小以至于不允许较大的核酸片段通过，因而减少了核酸片段与电极的直接接触。当施加电压于渗透/粘附层下面的电极时，现有技术中的装置可提供电泳传输效应，其没有样品的电化学降解，从而可以提高杂交。然而，这种能够电诱导的杂交的现有技术不是没有它们的缺点。例如，在与水溶液、各种化学制品和许多周围环境因子接触下，多孔物质例如水凝胶和聚合物容易退化。溶胶-凝胶物质的制备是昂贵的且复杂的，增加了生产成本。而且，多孔物质天然易碎，且容易吸附和诱捕不需要的外源物质如空气中的潮湿烃，导致装置较短的货架期。专利技术概述根据本专利技术，提供了一种用于检测样品中目标核酸的设备，其包含一种与至少一个反应单元形成的基质，其中所述的反应单元包括一个由电介质物质形成的粘附表面，以粘附核酸捕获探针，其中提供一种金属电极直接与所述的电介质物质接触。样品可以包含生物学底物，该样品可以是废水、溶液或试剂。样品也可以是生物学样品如血液、血浆或尿。优选地，电极被提供在粘附表面的下面，也就是说与相对于粘附表面的电介质物质的一边接触。然而，可以想到的是，其可能被应用与电介质物质的一边接触或甚至与粘附表面自身接触。在本专利技术优选的实施方案中，电介质物质优选为氧化物，例如其可以是选自Al2O3、SiO2和Ta2O5。金属电极例如可以由铝形成。在本专利技术优选的实施方案中，该设备可包含一个多层结构，其包含首先是一个基底层，其次是一个在所述基底层上形成的绝缘层，第三层形成在所述的绝缘层上且包含定义了至少一种金属电极的模式传导区域，第四层包含至少一种电介质物质的区域，其中在所述第三层中每一个所述的金属电极被所述的第四层中的电介质物质区域覆盖。优选地，第三层的模式传导区域被电介质物质形成的区域分离。更优选地，所述第四层中的电介质物质区域被钝化物质区域分离，该钝化物质区域可延伸至所述电介质物质区域的边缘，以定义所述的反应单元。从另一个主要方面看，本专利技术提供了一种在生物学样品的核酸目标的检测中进行场辅助杂交的方法，其包含以下步骤提供一个具有由电介质物质形成的粘附表面的反应单元，在下面提供一个金属电极直接与所述的电介质物质接触，将核酸捕获探针粘附到所述的粘附表面，将样品加入到所述的反应单元，并提供电压至所述的电极。样品可以包含生物学底物且该样品可以是废水、溶液或试剂。样品也可以是生物学样品如血浆或尿。电压可以被适用为持续电压，或可以是平稳变化的或脉冲的电压。从另一个主要方面看，当进行生物学反应时，本专利技术也提供一种吸引带电实体至反应单元的表面或从反应单元的表面排斥带电实体的方法，其包含以下步骤提供一种电介质物质作为所述的表面，通过在所述电介质物质中诱导电荷分离产生一个电场。该带电实体可以是核酸分子。从更进一步方面看，本专利技术也延伸为一种形成一列进行生物学分析的反应单元的方法，其包含以下步骤在一种绝缘物质上制定金属电极模式，在所述金属电极上沉积电介质物质区域，在所述电介质物质区域的上表面的边缘四周形成边框，以限定所述的反应单元。优选地，例如，该方法可包含在绝缘表面上沉积一层金属，用光刻胶覆盖所述金属层的所需模式，通过蚀刻处理除去剩余的所述金属层，在所述模式金属的上面沉积一层所述电介质物质，由此所述电介质物质覆盖所述模式金属且占有介于所述模式电极之间的区域，在所述电介质物质层的上面沉积一个钝化层，用光刻胶将所述钝化层模式化，除去所述钝化层以展现覆盖所述金属电极的所述电介质物质以限定所述反应单元。附图简述现通过实施例的方式和参照附图来描述本专利技术的一些实施方案，其中附图说明图1是根据本专利技术的一个实施方案的贯穿芯片的剖面图，图2是类似于图1但表示使用的芯片的视图，图3是表示构成本专利技术优选实施方案的根本原理的示意图，图4阐明了可能的制作过程中的步骤，图5(a)和(b)表示第一次测试结果，图6(a)和(b)表示第二次测试结果，和图7(a)和(b)表示第三次测试结果。优选实施方案详述图1用剖面图表示了本专利技术的一部分实施方案，其包括用于接受含有样品缓冲液的三个单元，但可以理解的是可以提供任何数量的单元，且它们通常以矩阵列形成。根据本专利技术的一个实施方案的装置是通过使用常规沉积技术在硅基质上连续沉积而制作的。首先，(图4(a))通过任何合适的技术包括热氧化或通过任何合适的沉积技术例如喷镀、电子束蒸发等，由厚度介于约200nm至500nm之间SiO2形成的绝缘层在硅基质上形成。在绝缘层的顶端上，使用任何常规的沉积技术，再形成一层厚度介于约500nm至1000nm之间的铝层(图4(b))。一旦铝层已经形成，则使用一层光刻胶将其模式化(图4(c))，通过蚀刻除去暴露区域(图4(d))并除去光刻胶(图4(e))。然后用Al2O3涂布芯片(图4(f))至厚度介于50-500nm之间，在二氧化硅基质上形成的铝区域之间形成Al2O3区域。然后通过电浆辅助化学气相沉积(plasma enhanced)或类似技术，在Al2O3上沉淀(例如)Si3N4的钝化层(图4(g))。然后用光刻胶将钝化层模式化(图4(h))，然后将钝化层蚀刻(图4(i))以展开Al2O3区域，其成为反应单元粘附表面。最后除本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于检测样品中目标核酸的设备，包括由至少一个反应单元形成的基质，其中所述的反应单元包括由电介质物质形成的用于粘附核酸捕获探针的粘附表面，其中提供一个直接与所述的电介质物质接触的金属电极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：于常海，刘乐庭，黄家伟，
申请(专利权)人：海康生命科技有限公司，
类型：发明
国别省市：HK[中国|香港]