包含光学侦测装置的生物检测系统、及生物分子的侦测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种生物检测系统，包括多个光学侦测器，该光学侦测器各包括具有光侦测器的基材，以及于该光侦测器上形成连接位置，该连接位置经处理后使上述生物分子固定于上述连接位置。上述连接位置位于上述光侦测器附近，与上述光侦测器的间隔为小于或等于１００μｍ。上述光侦测器收集上述生物分子在接收讯号角度为０．８ＳＩ球面度（ｓｔｅｒｉｄｉａｎ）或以上发射的光。上述光学侦测器可进一步包括激发光源，其形成于上述基材上，提供光源用于激发附着于上述生物分子的荧光分子。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种生物检测系统，包括多个光学侦测器，以及该生物检测系统用于 侦测及分析生物分子，例如核酸的用途。本专利技术还涉及一种生物检测系统，包括至少10， 000 个光学侦测器，并行监测大量的荧光团(fluorophore)以侦测及分析该生物分子。
技术介绍
人类基因组计划(HGP)剌激测序大量增加，导致测序成本相对降低。相较于人类 基因组计划耗费13年接近三十亿美元的支出；最近完成的两个个人基因组测序，每一基因 组(genome)的测序成本明显减少(McGuire et al. ， Science 317:1687(2007))。未来在 个人化医疗的治疗上，个人基因组测序代表一种新思维转换。根据大量完成的基因信息，药 物基因组学(pharmacogenomics)的发展，将使个人化的药物设计开发更有效率。并藉由管 理疾病的基因危险因子，照顾者可更轻易实施预防医学并提供个人专属的治疗。 为使个人专属医疗普及化，美国国家卫生研究院(NIH)的国家人类基因组研究机 构(NHGRI)，设定完成一个人类基因组测序成本降低的目标，由目前约百万美元降至一千 美元。传统高通量的毛细管电泳以及自动化的基因组测序技术不能满足的个体基因组测 序持续加增的需求。现行的测序方法使用的影像取得及分析步骤较为复杂且易发生错误 (error-prone)。例如，许多现行技术需要移动数组或侦测系统，以捕捉多重影像。得到的 影像必须再被堆砌、排列及分析。影像的获得、加工及分析步骤皆可能产生错误并需要昂贵 装备且耗费较长的时间。相反地，现行的系统不涉及可移动的光学装置，通常限制在中度的 侦测通量。而且，现行装置不将被侦测分子放置于对应的侦测单位的附近，实质上限制讯号 侦测的灵敏度。 因此，为了达到1000元美金基因组测序的目标，需要一种降低核酸测序成本的 装置。该装置可并行测序多个分子，并具有简化的设计及制作过程，以及避免现行装置与方 法的复杂及错误倾向的扫描与影像分析过程。而且，该装置应可测序单一分子，简化群集分 子测序方法中核酸序列复制扩增的步骤，及避免群集分子测序时，不同分子反应不同步导 致的长序列读序困难。
技术实现思路
本专利技术提供一种生物检测系统，包括多个光学侦测器，以及提供一种使用该生物 检测系统侦测核酸的方法，例如核酸测序。本专利技术之生物检测系统可进行大量平行测序反7应，即同时对大量的不同核酸模板进行测序。每一测序反应使用单一分子作为模板(即单 一分子测序)。本专利技术提供的装置还具有简化的设计，排除现行装置所需的复杂、昂贵、及有 错误倾向的扫描与侦测步骤。本专利技术系统的简化设计及功能一部分基于直接对应被侦测核 酸连接于其上的侦测连接位置(linker site)(直接连接或如经由聚合酶分子连接)，同时 可侦测一个或多个的侦测单位(如光侦测器)， 一部份基于连接位置与侦测单位间的短距 离。本专利技术的一些实施方案中，核酸与该侦测单位间的短距离，以侦测的大的接收讯号角度 (solid angle)方式表现。 本专利技术一方面提供一种生物检测系统，在侦测单位上辨识单一生物分子。此生物 检测系统包括多个光学侦测器，该光学侦测器各包括具有光侦测器的基材，以及于该光侦 测器上形成的连接位置，该连接位置经处理后使该生物分子固定于该连接位置，其中该连 接位置邻近于上述光侦测器上。本专利技术的实施方案中，上述连接位置与上述光侦测器的间 隔距离为小于或等于100 m，上述光侦测器收集上述生物分子在接收讯号角度为0. 8SI球 面度(steridian)或以上发射的光。上述光学侦测器可进一步包括激发光源，其形成于上 述基材上，提供光源以激发附着于上述生物分子上的荧光团(fluorophore)。 本专利技术另一专利技术方面提供一种核酸的侦测方法，藉由于本专利技术的光学侦测器的上 述连接位置上连接至少一个核酸(直接连接，或连接于核酸聚合酶，该核酸聚合酶连接于 上述连接位置)，侦测在对应的光侦测器上的核酸。本专利技术的实施方案中，侦测上述核酸的 杂交作用，例如杂交至具有标记的探针。本专利技术的实施方案中，上述核酸通过在上述光学侦 测器上进行核酸测序而侦测。本专利技术的实施方案中，该核酸测序方法选自碱基延伸测序、末 端磷酸标记的测序、及摇摆测序(wobble sequencing)。本专利技术的特定实施方案中，上述测 序反应为碱基延伸反应。本专利技术的特定实施方案中，上述碱基延伸测序反应进一步包括在 上述光学侦测器中加入具有阻断基与标记的核苷酸的步骤。本专利技术的特定实施方案中，上 述核苷酸以荧光团(fluorophore)标记。 另一方面，本专利技术亦提供一种侦测样本分子的方法。本专利技术的实施方案中，此方 法包括将标记的样本分子固定于本专利技术的光学侦测器上的连接位置，在对应的光侦测器上 侦测该样本分子。本专利技术的实施方案中，上述样本分子以连结分子固定至连接位置。本发 明的实施方案中，上述连接分子包括(l)捕捉分子，适合连接上述样本分子，及(2)核酸标 签。本专利技术的特定实施方案中，将上述样本分子涂铺于本专利技术的光学侦测器，其中该光学侦 测器上的连接位置上已固定有连接分子。其它实施方案中，样本分子可与连接分子结合，形 成结合复合物，然后将此结合复合物涂铺于上述光学侦测器，使其固定在连接位置。本专利技术 的特定实施方案中，上述样本分子为生物分子，例如多肽、核酸、脂质、多糖、或代谢物。 本专利技术的具体实施详细说明如下，然而以下的实施方案仅用于进一步公开本专利技术之
技术实现思路
，不应藉以限制本案的专利技术范畴。 附图简述 第1图显示本专利技术的生物检测系统的上视图，包括一光学侦测器阵列。 第2图显示本专利技术的一个实施方案的光学侦测器，为第1图的AA线下的剖面图。 第3图显示本专利技术的光学侦测器的尺寸详细说明的剖面图。 第4图显示本专利技术的一个实施方案的光学侦测器，为第1图的AA线下的剖面图。 第5图显示本专利技术的一个实施方案的滤光层构成表。 第6图显示本专利技术的装置的连接位置上连接核酸的情形。 第7图显示在以阻断与标记核苷酸进行一个循环的碱基延伸后，该装置的连接位 置上连接核酸的情形。 第8图显示如第7图的碱基延伸测序反应的另一实施方案。 第9图显示以碱基延伸测序并行测序数个核酸的一个循环。 专利技术详述 1.生物检测系统 本专利技术的生物检测系统可用于并行监测大数目(例如一些实施方案中IO，OOO 个以上)的单一生物分子。本专利技术的生物检测系统可包括多个光学侦测器。每一个光学 侦测器，藉由侦测该荧光团(fluorophore)发射的光子，可感测该单一分子上的荧光团 (fluorophore)存在。经由并行操作上述光学侦测器，本专利技术的生物检测系统可以高通量 (high throughput)辨识组织样本中的基因组序列或表达基因的型态。 如第1图显示本专利技术的生物检测系统1。生物检测系统1包括生物检测基材10及 多个光学侦测器20形成于基材10上。每一个光学侦测器20可独立运作，侦测及辨识其固 定的单一生物分子。例如单链DNA序列的辨识，可经由逐步进行碱基延伸及以光学侦测器 20侦测与该延伸的碱基偶联的荧光团(fluorophore)所发出的光。藉由在基材10上整合 大数量的光学侦测器20，可并行侦测及辨识大数量的单一生物分子。生物检测系统1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种辨识单一生物分子的装置，包括：　　具有光侦测器的基材；及　　连接位置，其形成于上述光侦测器上，该连接位置经处理后使上述生物分子固定于该连接位置；　　其中该连接位置位于上述光侦测器附近，且与上述光侦测器隔开，该连接位置与该光侦测器的距离为小于或等于１００μｍ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-10-25 60/996,016;US 2008-3-14 61/036,652;U一种辨识单一生物分子的装置，包括具有光侦测器的基材；及连接位置，其形成于上述光侦测器上，该连接位置经处理后使上述生物分子固定于该连接位置；其中该连接位置位于上述光侦测器附近，且与上述光侦测器隔开，该连接位置与该光侦测器的距离为小于或等于100μm。2.如权利要求l所述的辨识单一生物分子的装置，进一步包括遮光片，其形成于上述基材上，该遮光片包括具有直径的小孔，其中上述连接位置形成于该小孔附近。3.如权利要求2所述的辨识单一生物分子的装置，其中上述小孔的直径为小于或等于1.ooonm。4.如权利要求2所述的辨识单一生物分子的装置，其中上述小孔的直径为小于或等于200nm。5.如权利要求2所述的辨识单一生物分子的装置，进一步包括滤光层，其形成于上述基材及上述遮光片之间。6.如权利要求2所述的辨识单一生物分子的装置，进一步包括微透镜，其形成于上述基材及上述遮光片之间。7.如权利要求l所述的辨识单一生物分子的装置，其中该距离为小于或等于25 u m。8.如权利要求l所述的辨识单一生物分子的装置，其中该距离为小于或等于6 u m。9.如权利要求l所述的辨识单一生物分子的装置，其中该光侦测器收集接收讯号角度(S。“d angle)内该生物分子发出的光，该接收讯号角度为大于或等于o.8S工球面度(Steridian)。10.一种辨识单一生物分子的装置，包括具有光侦测器的基材；及连接位置，其形成于上述光侦测器上，该连接位置经处理后使上述生物分子固定于该连接位置；以及激发光源，其形成于上述基材上；其中该连接位置位于上述光侦测器附近，且与上述光侦测器隔开，该连接位置与该光侦测器的距离为小于或等于lOO u m。11.如权利要求lo所述的辨识单一生物分子的装置，其中上述激发光源包括发光层，该发光层沿着平行于上述光侦测器表面的水平方向，向上述连接位置发出激发光。12.如权利要求11所述的辨识单一生物分子的装置，进一步包括滤光层，其形成于上述基材与上述发光层之间。13.如权利要求lo所述的辨识单一生物分子的装置，其中上述激发光源选自发光二极管(LED)、有机发光二极管(。LED)、聚合物发光二极管(PLED)、及激光二极管(LD)。14.如权利要求lo所述的辨识单一生物分子的装置，其中上述激发光源提供第一波长范围的激发光，上述生物分子发出第二波长范围的光，该第一波长范围与该第二波长范围不重叠。15.如权利要求lo所述的辨识单一生物分子的装置，其中该距离为小于或等于25 u m。16.如权利要求lo所述的辨识单一生物分子的装置，其中该距离为小于或等于6 u m。17. 如权利要求10所述的辨识单一生物分子的装置，其中该光侦测器收集接受讯号 角度(solid angle)内该生物分子发出的光，该接受讯号角度为大于或等于0. 8SI球面度 (steridian)。18. —种辨识单一生物分子的装置，包括 具有光侦测器的基材；及连接位置，其形成于上述光侦测器上，该连接位置经处理后使上述生物分子固定于该 连接位置；其中该光侦测器收集接受讯号角度(solid angle)内该生物分子发出的光，该接受讯 号角度为大于或等于0. 8SI球面度(steridian)。19. 如权利要求18所述的辨识单一生物分子的装置，进一步包括遮光片，形成于上述 基材上，该遮光片包括具有直径的小孔，其中上述连接位置形成于该小孔附近。20. 如权利要求18所述的辨识单一生物分子的装置，其中上述小孔的直径为小于或等 于1， OOOnm。21. 如权利要求18所述的辨识单一生物分子的装置，其中上述小孔的直径为小于或等 于200nm。22. 如权利要求19所述的辨识单一生物分子的装置，进一步包括滤光层，其形成于上 述基材及上述遮光片之间。23. 如权利要求19所述的辨识单一生物分子的装置，进一步包括微透镜，其形成于上 述基材及上述遮光片之间。24. —种辨识单一生物分子的装置，包括 具有光侦测器的基材；及连接位置，其形成于上述光侦测器上，该连接位置经处理后使上述生物分子固定于该 连接位置；以及激发光源，其形成于上述基材上；其中该光侦测器收集接受讯号角度(solid angle)内该生物分子发出的光，该接受讯 号角度为大于或等于0. 8SI球面度(steridian)。25. 如权利要求24所述的辨识单一生物分子的装置，其中上述激发光源包括发光层， 其形成于上述基材上，该发光层沿着平行于上述光侦测器表面的水平方向，向上述连接位 置发出激发光。26. 如权利要求25所述的辨识单一生物分子的装置，进一步包括滤光层，其形成于上 述基材与上述发光层之间。27. 如权利要求24所述的辨识单一生物分子的装置，其中上述激发光源系选自发光二 极管(LED)、有机发光二极管(0LED)、聚合物发光二极管(PLED)、及激光二极管(LD)。28. —种光学侦测系统，包括至少10， 000个如权利要求1-27中任一项所述的辨识单 一生物分子的装置。29. —种光学侦测系统，包括至少250， 000个如权利要求1-27中任一项所述的辨识 单一生物分子的装置。30. —种光学侦测系统，包括至少2， 000， 000个如权利要求1-27中任一项所述的辨 识单一生物分子的装置。31. —种光学侦测系...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚斌诚，张上嘉，潘诏智，邱创汎，黎育腾，朱正炜，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]