一种用于模板多核苷酸扩增的阵列和传感装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于模板多核苷酸扩增的阵列和传感装置。用于模板多核苷酸扩增的阵列包括：多个阱，每个阱与ISFET相接触；多个捕获微珠，每个捕获微珠包括单独的模板结合点，其中所述阱与捕获微珠是尺寸对应的，仅一个捕获微珠适合于每个阱；可拆卸密封，所述密封安排用于覆盖所述阱并将每个阱与相邻的阱充分隔离；和加热元件。可以防止在扩增期间反应之间的蒸发和交叉污染。

Array and sensing device for polynucleotide amplification of a template

The present invention provides an array and sensing device for polynucleotide amplification of a template. For array template polynucleotide amplification includes a plurality of wells, each well with ISFET contact; a plurality of capture beads, each captured beads include a single template combination, wherein the trap and capture beads is the size, only a capture beads suitable for each well; removable seal. The sealing arrangement for covering the wells and wells and each adjacent wells full isolation; and a heating element. Evaporation and cross contamination between reactions during the amplification period can be prevented.

【技术实现步骤摘要】
一种用于模板多核苷酸扩增的阵列和传感装置本申请是申请号为201380038217.5、申请日为2013年7月18日、名称为“传感装置及方法”的中国专利申请的分案申请。
技术介绍
在过去的二十年中，伴随着现有可获得的装置仪器的测量范围的增加，在核酸分析，特别是核酸扩增和DNA测序
已有了快速发展。检测和分析核酸序列的传统方法主要依赖于荧光核酸染料、荧光标记的寡核苷酸探针、荧光或放射性标记的核苷酸。随后，一种利用基于半导体的检测系统，例如离子敏场效应晶体管(ionsensitivefieldeffecttransistor)(ISFET)分析核酸合成和测序的新方法已被开发，参见例如我们的PCT公布文本WO03/073088。一种离子敏场效应晶体管为基础的平台，不同于传统的基于荧光的核酸分析系统，检测不需要昂贵的光学仪器或危险的放射性同位素，因此使得该平台低成本、安全和简单替换(simplealternative)以用于测序和核酸扩增分析。具体地，已经采用测量溶液中离子浓度的ISFTE通过检测由反应引起的氢离子(H+，质子)浓度变化以检测核苷酸结合到核酸链中。在核酸聚合反应过程中释放出氢离子。例如，如下化学式I显示通过DNA聚合酶调解单个核苷酸水解促进氢离子释放：dNTP→dNMP+PPi+ZH+(化学式I)其中dNTP为三磷酸核苷，dNMP为一磷酸核苷，z为描述每个核苷酸转交(nucleotideturnover)产生质子的平均数的整数或分数，H+为质子和PPi为焦磷酸盐(离去基团或反应产物)可以通过将焦磷酸盐水解形成两个正磷酸盐(Pi)驱动所述反应以进一步产生更多的氢离子。焦磷酸酶促进这种二次化学反应，且描述于化学式II中：PPi→2Pi+zH+(化学式II)现有的“合成测序(sequencing-by–synthesis)”方法的工作流程可以大体上分为模板制备、测序和检测，以及数据分析。所述第一步骤，模板制备，通常包括无性系扩增所述模板以获得足够数量的扩增模板以确保在测序步骤中检测核苷酸合并信号(incorporationsignal)。目前，这种无性系扩增步骤通常在与测序反应相分离的隔间中进行，典型的在分隔装置(separatemachine)中进行。然而，这种两个步骤的空间上的分离需要熟练技工，按时安排大量人手(highlevelsofhandsontime)，引入增加误差并可能增加样品损失，因此降低了对测序的检测敏感性并提高成本。通常练习(standardpractice)是用来扩增所述核酸以方便准确的测序。公知各种各样扩增核酸的方法。实际上，PCT公布文本(WO2008/107014)披露了一种使用固态(Solid-State)pH传感器，例如ISFET，监测qPCR的方法。反应监测是在靶向(核酸)序列存在下，当扩增进行超过了用于克服样品的缓冲能力的循环阈值时，借助检测质子释放所引起的pH变化。其并没有披露通过合成测序(sequencing-by-synthesis)进行序列检测，仅检测了扩增的自身活性(amplificationactivity)。WO2008/076406A2也公开了在ISFET背景下的各种各样的扩增方法，例如桥式扩增。使用ISFET用于测定的测序方法也是公知的。US2010/031398A1披露了一种在测序方法中使用的装置，该装置包括一组微孔和传感器，其可以是ISFET，所述传感器具有浮栅结构(floatinggatestructure)，该浮栅结构相应地(inturn)具有与分析物分离的设置在浮栅上方的保护材料层。保护材料具有达到约的厚度。同时提供了制备方法。然而，这些测序方法和关于DNA的预制备[无性系]的特定过程(distinctprocess)一样操作。因此，本专利技术一个目标是提供一种用于扩增和测序的离子敏感装置，以及用于核酸扩增和测序的方法，其克服了或减轻了现有测序方法中存在的不足。本专利技术的进一步目标是提供用于扩增和测序的离子传感装置，其克服了来自于需要将扩增和随后的测序两者在没有任何空间隔离下相结合所引起的困难。
技术实现思路
为此在本专利技术的第一个方面提供了一种传感装置，该传感装置包括用于集成样品中的模板多核苷酸的扩增和测序的芯片(chip)，所述装置包括：-芯片，所述芯片在阱(well)或室(chamber)中有至少一个ISFET；-扩增装置，所述扩增装置位于所述芯片的表面上用于扩增所述模板多核苷酸，且该扩增装置包括至少一个加热装置，所述加热装置适于在高于室温的温度下引导模板多核苷酸的扩增；以及-测序装置，所述测序装置用于测序位于所述阱(well)或室(chamber)中的所述扩增模板多核苷酸。根据本专利技术的第二个方面，提供了一种测定多个模板多核苷酸的序列的方法，该方法包括：向多个阱提供所述模板，每个阱与ISFET相接触；任选地，扩增所述模板；使每个阱中的至少一个模板固定；然后在每个阱中创建无性系种群；以及然后测序所述阱中的所述模板菌落。根据本专利技术的第三个方面，提供了一种测定多个模板多核苷酸序列的方法，该方法包括：向多个阱中提供所述多个模板，每个阱与ISFET相接触；在每个阱的固体衬底上无性系地扩增所述模板；以及测序所述阱中的所述扩增模板。根据本专利技术的第四个方面，提供了一种用于多个模板多核苷酸的扩增和测序的传感装置，所述装置包括：-半导体芯片，所述半导体芯片具有多个ISFET；-微流体结构，所述微流体结构定义了多个阱，其中每个阱与ISFET中的至少一个相接触；-扩增装置，所述扩增装置用于扩增所述模板多核苷酸，且包括至少一个加热装置，所述加热装置适于在高于室温的温度下引导模板多核苷酸的扩增；以及-其中设置所述阱以在每个阱中创建无性系种群(clonalpopulation)；-测序装置，所述测序装置用于在每个阱中测序模板菌落。根据本专利技术的第五个方面，提供了一种用于对多个模板多核苷酸的扩增和测序的传感装置，该装置包括：-半导体芯片，所述半导体芯片具有多个ISFET；-微流体结构，所述微流体结构定义了多个阱，每个阱与ISFET中的至少一个相接触；-扩增装置，所述扩增装置用于固定和扩增所述阱中的所述模板多核苷酸，且包括至少一个加热装置，所述加热装置适于在高于室温的温度下引导模板多核苷酸的扩增；以及-测序装置，所述测序装置用于测序所述阱中的所述扩增的模板多核苷酸。在阱内的扩增期间，特别优选提供可拆卸密封。这样有助于封闭(例如抑制和隔离)在相邻的阱中发生的扩增反应。可拆卸密封帽防止了在扩增期间反应之间的蒸发和交叉污染，因此为最大化的扩增效率提供了最佳条件。可拆卸密封帽可以为液体或固体材料。液体密封帽可以是矿物油或硅油。固体密封帽可以为耐热硅垫或热塑性弹性材料(TPE)。此处提供用于扩增和测序两个阶段都适用的试剂并论述作为各扩增和测序装置的一部分用于递送它们的装置。尽管如此，应该理解的是，基础试剂包括所述模板多核苷酸、具有适当缓冲器的液体环境、核苷酸(用于扩增和/或测序)源和用于各反应的合适的聚合酶。用于测序所述阱或室中的扩增模板多核苷酸的测序装置包括用作插入物的核苷酸源，例如dNTPs。而且本专利技术因此提供装置以实现这个目的。优选这些装置包括核苷酸源，优选三磷酸鸟嘌呤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于模板多核苷酸扩增的阵列，该阵列包括：多个阱，每个阱与ISFET相接触；多个捕获微珠，每个捕获微珠包括单独的模板结合点，其中所述阱与捕获微珠是尺寸对应的，仅一个捕获微珠适合于每个阱；可拆卸密封，所述密封安排用于覆盖所述阱并将每个阱与相邻的阱充分隔离；和加热元件。

【技术特征摘要】
2012.07.18 GB 1212775.91.一种用于模板多核苷酸扩增的阵列，该阵列包括：多个阱，每个阱与ISFET相接触；多个捕获微珠，每个捕获微珠包括单独的模板结合点，其中所述阱与捕获微珠是尺寸对应的，仅一个捕获微珠适合于每个阱；可拆卸密封，所述密封安排用于覆盖所述阱并将每个阱与相邻的阱充分隔离；和加热元件。2.根据权利要求1所述的阵列，其中，每个微珠包括单独的固定的寡核苷酸。3.根据权利要求2所述的阵列，其中，所述寡核苷酸为捕获位点，用于捕获测序用模板。4.根据权利要求1或2所述的阵列，其中，所述微球是链霉亲和素珠，所述寡核苷酸是生物素链接的寡核苷酸。5.根据权利要求1-3中任意一项所述的阵列，其中，所述微珠由含有无机物、天然聚合物和合成聚合物的组中的任意一种制造。6.根据权利要求5所述的阵列，其中，所述微珠由含有纤维素、纤维素衍生物、玻璃石英、交联葡聚糖、琼脂糖凝胶和聚丙烯的组中的任意一种制造。7.根据权利要求6所述的阵列，其中，所述琼脂糖凝胶为Sephadex(R)。8.根据权利要求1-7中任意一项所述的阵列，其中，所述微珠适合于共...

【专利技术属性】
技术研发人员：Z·安萨里，K·阿明，G·乔根森，K·科尔布，D·摩尔利，A·帕特尔，S·里德，L·涉泊德，C·陶马祖，
申请(专利权)人：DNA电子有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB