[發明專利]單芯片化學測定裝置和單芯片核酸測定裝置

無效

• 申請號: 201410060447.8
• 申請日: 2009-10-22
• 公開（公告）號: CN103884760A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 喬納森·M·羅思伯格;喬納森·C·舒爾茨;金·L·約翰遜;托德·M·雷亞里克;馬克·詹姆斯·米爾格魯;大衛·馬蘭;詹姆斯·M·布斯蒂略
• 申請（專利權）人: 生命技術公司
• 主分類號: G01N27/414
• 分類號: G01N27/414
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 苗迎華;李春暉

本申請是申請日為2009年10月22、申請號為200980151407.1、發明名稱為“用于生物和化學分析的集成式傳感器陣列”的專利申請的分案申請。

相關申請

本申請在35U.S.C.§119(e)下要求分別在2008年10月22日、2008年11月4日和2009年1月22日提交的美國臨時申請61/196953、61/198222、61/205626的優先權，并在35U.S.C.§120下要求2009年5月29日提交的美國非臨時申請12/474897和12/475311的優先權，它們的所有內容通過引用并入本文。

技術領域

本公開內容一般地涉及用于進行化學測量的半導體芯片，更具體地，涉及用于監測一種或多種分析物的單芯片ISFET陣列(和單芯片ISFET陣列的陣列)。

背景技術

生物和化學分析物的快速且準確的測量在許多領域中是重要的，所述領域從診斷到工業過程控制、環境監測、科學研究。化學敏感的（特別是離子敏感的）場效應晶體管(分別是“chemically-sensitive?field?effect?transistor,chemFET”和“ion-sensitive?field?effect?transistor,ISFET”)已經被用于這樣的測量許多年，例如Bergveld,Sensors?and?Actuators,88:1-20(2003);Yuqing等人,Biotechnology?Advances,21:527-534(2003);等。最近，已經嘗試使用集成電路技術來制造這種傳感器的陣列，以得到使用單個裝置進行的空間上分散的且多分析物的測量，例如，Yeow等人,Sensors?and?Actuators?B44:434-440(1997);Martinoia等人,Biosensors&Bioelectronics,16:1043-1050(2001);Milgrew等人,Sensors?and?Actuators?B103:37-42(2004);Milgrew等人,Sensors?and?Actuators?B,111-112:347-353(2005);Hizawa等人,Sensors?and?Actuators?B,117:509-515(2006);Heer等人,Biosensors?and?Bioelectronics,22:2546-2553(2007);等。這樣的努力面臨幾個困難的技術挑戰，特別當ISFET傳感器陣列具有超過數千個傳感器元件的規模和超過數百個傳感器元件/mm²的密度時。這樣的挑戰包括使用在該陣列內的傳感器之間具有均一性能特征的傳感器元件制備大規模陣列，和用能產生信號的微米級足跡（footprint）制備傳感器元件，所述信號可在來自傳感器陣列自身和流控系統（其將反應物或含有分析物的樣品運輸至陣列）的許多噪聲源的背景之上被檢測到。對于包含具有電荷敏感組件（諸如浮動柵（floating?gate））之傳感器元件的ISFET陣列，前一個挑戰由于俘獲在這些組件中或其附近的電荷的積累而惡化，所述積累是半導體制造技術的常見副產物。后一個挑戰由于下述要求惡化：即目標分析物直接地或間接地產生帶電荷物質，所述物質積累在ISFET傳感器的電荷敏感組件處或之上。在非常密集的陣列中，擴散、分析物或其代用物反應性、來自鄰近傳感器的交叉污染，以及樣品流體中的電噪聲，都可以不利地影響測量。克服了這些挑戰的大規模ISFET陣列的可用性在上述領域將是非常有用的，特別是在需要非常高度平行的多路化學測量的情況下，諸如在基因組的大規模遺傳分析中。

發明內容

本發明的一些方面部分地涉及chemFET（或更具體地ISFET）的大陣列，其用于監測反應（包括例如核酸(例如，DNA)測序反應），所述監測基于監測在反應過程中存在、產生或使用的分析物。更一般地，包括chemFET的大陣列在內的陣列可以用于檢測和測量在眾多化學和/或生物學過程(例如，生物學或化學反應、細胞或組織培養或監測、神經活性、核酸測序等)中多種分析物(例如，氫離子、其它離子、非離子分子或化合物等)的靜態和/或動態的量或濃度，其中基于這樣的分析物測量可以得到有價值的信息。這樣的陣列可以用于檢測分析物的方法中和/或用于通過陣列中傳感器表面處的電荷變化（通過帶電荷的產物的直接積累，或通過與目標分析物的濃度或存在有關的帶電荷物質的間接產生或捕獲）來監測生物或化學過程的方法中。在許多實現方式和應用中例證了本發明，它們中的一些總結在下面。