用于检测生物和化学材料的系统和方法技术方案

一种测量工具套件，包括　　　　一芯片；　　　　一安装在该芯片上的传感器；　　　　一安装在该芯片上的接收机构，其中该接收机构被配置以接收外部提供的信息；　　　　一安装在该芯片上的发送机构，其中该发送机构被配置以发送传感器检测到的信息；和　　　　一安装在该芯片上的信息存储装置，被配置以存储包含载波识别信息的信息，其中该芯片的表面被处理以固定一种探针。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及检测生物和化学材料，特别是涉及为了分析DNA序列以及检测生物材料，如蛋白质和ATP，在实验中杂交核酸的系统和方法。
技术介绍
随着人类基因序列研究已经完成，人们更加希望在医药领域充分利用基因信息。在过去的基因序列研究中，基因表达分析和对基因的单核苷酸多形态(SNP)的分析特别引人注目。为了说明基因功能或基因自身和疾病或药物敏感性之间的不规则关系，对多种条件下的基因表达和在单独个体中的基因突变进行了研究。现在，关于基因所获得的知识已经用于疾病诊断。在疾病诊断中，与研究未知基因不同，涉及到的是已知基因的分类或它们产生突变。最好能够低成本的进行诊断，为了实现这个目标，已经发展了多种类型的方法。未来，从基于单个基因的疾病诊断到由于不同基因和环境条件之间的协同作用而发展的疾病诊断，以及检测多个基因用于识别药物敏感性的各种实验将更加引人注目。此时，希望可以同时检测多种基因，而不是检测单个基因或基因突变。正在寻求可以检测SNP并包括用于以低成本放大基因的靶位点的过程的系统。可用于SNP分析或遗传测试的系统包括Invader分析(Invader assay)(Science 260，778(1993))，Taqman分析(J.Clin.Microbiol.34，2933(1966))，DNA微阵列(microarray)(Nature Gent.18，91(1998))，和高温排序(pyrosequencing)(科学281，363(1998))。其中，可以检测多个位置的DNA微阵列作为未来的基因排序技术引人注目。在该微阵列技术中，将多种类型的寡聚DNA或cDNA点滴在涂有聚L赖氨酸的滑动玻璃板上。利用一种称为定位器(spotter)(或排列器arrayer)的装置执行点滴，可以形成以100-500um间隔的直径大约为几十到200um的斑点。对点滴的寡聚DNA或cDNA执行后处理，在房间中干燥并储存。通过从一个样本细胞中提取出RNA并准备用任何荧光染色剂，例如蓝色素3和蓝色素5标记的cDNA，可以准备一个目标样本。该目标样本溶液滴在微阵列上并在650℃的湿度箱中培养10小时。当杂交完成后，用0.1％的SDS溶液洗涤微阵列并将其在室温下晾干。为了测定该微阵列，需要使用一个扫描器。例如，使用氩离子激光器作为发射光源，使用光电倍增器管作为发光检测器。利用共焦光学系统提高信噪比，消除焦点以外的其他点发射的背景的影响。为了测定多个斑点处的荧光，需要以高精度使微阵列与读光学系统对正。因此，扫描器具有一个x-y台，该台可以在10um或更小的误差范围内移动。通过集成和最小化传感器和无线电通信部件来实现低成本测量的方法已经被提出(Bult，K.等Proceedings of International Symposiumon Low Power Electronics and Design，IEEE(1996)，p17-22，或Asada，G.等Proceedings of the European Solid-State Circuit ConferenceESSCIRC’9 p9-16)。利用RF(射频)(Huang，Q.，Oberle，M.IEEEJournal of Solid-State Circuits卷33(1998)第937-946页或Neukomm，P.，Rencoroni，I.和Quick，H.，15th International Symposium inBiotelemetry(1999)第609-617页)或红外线(美国专利US5981166)提供集成传感器和信号处理电路所需的能量的方法也已经被提出。在这些传统例子中，通常对应每一个将被测量的目标物，例如一个单独样本安装一个传感器芯片，或在将要测量一个检测项目的装置中安装一个传感器芯片。另外，在这些例子中，关于传感器检测结果的信息是通过无线电通信部分来发送的，但并没有说明用于识别将被测量的目标物的信息通信。该装置中，传感器不能对应每个将被测量的被识别的目标物安装或安装在用于测量将被测量的多个项目的装置中。利用微粒来判断生物分子的存在和其浓度的方法已经被公开(美国专利US6051377)。在该方法中，对每个微粒分配索引编码。在单独解码索引编码的同时，利用荧光、发光或辐射可检测生物分子的出现和浓度。为了实现用于生物和化学样本的测量系统，该测量系统可以广泛的用于医药领域的基因和蛋白质检测，食品、环境测量系统，化学工厂的加工控制等，要求(1)测量系统小型化，(2)在一个单独活性细胞中可进行多个项目检测，(3)该检测需要更短时间(4)不仅可识别如核酸和蛋白质等生物材料，还可识别温度、压力、pH值以及离子浓度(5)少量的样本便足以完成检测。该微阵列为滑动玻璃板，上面点滴有直径为几十到几百um的探针DNA斑点。为了形成该斑点，被称为定位器的装置将包含多种探针的溶液点滴在该滑动玻璃板上。为了确保使用少量的样本与很多探针反应，该斑点必须以高密度形成，且上述的斑点以几十到几百um的间隔排列。因此，希望该定位器可以在10um或更小的误差范围内，以很高的位置精度形成上述斑点。由于在测定过程中，溶液点滴的量和形状会导致荧光密度的测量值的变化，因此定位器必须非常均匀一致的形成上述斑点。人们希望获得可以避免这个问题的测量装置，它可使探针均匀一致的固定，并很容易选择所需的多种探针来测量。对于用于检测信号的装置，如上所述，对微阵列采用荧光检测。此时，需要作为发射光源的激光器、共焦光学系统、光电倍增器管以及高精度x和y可移动平台。相应的，很难将微阵列最小化并以低成本制造，因此希望得到一个经济的和容易检测的装置。该微阵列作为一个有用的技术主要表现在可以同时检测很多项目，而通常目标DNA与固定在基板上的探针的杂交的反应速度非常慢，在某些情况下需要大约十个小时，很难提高其生产量。因此，希望找到一个简单和快速的检测方法。为了不仅测量生物材料，如核酸和蛋白质，还可以测量物理和化学温度、压力以及离子浓度，需要一个导线来输出传感器信号。特别是，很多项目的测量需要在导线的布线、线耦合、和信号处理上花费过多的空间和成本。希望能出现由于检测和测量部分彼此不接触而不需要导线，可实现所希望的简单的检测很多项目的测量系统。同样也需要这种技术，即具有用于感应上述生物或化学材料的传感器的测量装置和用于测量物理和化学量的传感器一起放置在相同的反应壳体中以同时测量。另外，在US6051377中公开的现有技术中，在微粒上捕捉到的生物分子的检测比较费时，因为要单独检测微粒且需要检测生物分子和索引编码的机构。为了克服上述问题，希望得到这样的测量系统，其中同一机构可以检测微粒上捕捉到的生物分子和索引编码。
技术实现思路
广义的说，本专利技术通过提供检测生物和化学材料的系统和方法可以满足这些需要。可以理解的是本专利技术可以以多种方式实现，包括作为一个过程、一个设备、一个系统、一个装置或一个方法。下面说明本专利技术的几个实施例。提供一个测量系统，它具有一个用于容纳一测量装置和一外部控制单元的反应装置(cell)，该测量装置具有一种探针和传感器，一个信息通信装置，和一个用于存储载波识别信息的信息存储装置，该外部控制单元与测量装置的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：矢泽义昭，釜堀政男，神原秀记，宇佐美光雄，武井健，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：