[發明專利]一種用于模板多核苷酸擴增的陣列和傳感裝置

有效

• 申請號: 201710217308.5
• 申請日: 2013-07-18
• 公開（公告）號: CN107254510B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: Z·安薩里;K·阿明;G·喬根森;K·科爾布;D·摩爾利;A·帕特爾;S·里德;L·涉泊德;C·陶馬祖
• 申請（專利權）人: DNAe集團控股有限公司
• 主分類號: C12Q1/6874
• 分類號: C12Q1/6874
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 嚴政;李婉婉

本發明提供一種用于模板多核苷酸擴增的陣列和傳感裝置。用于模板多核苷酸擴增的陣列包括：多個阱，每個阱與ISFET相接觸；多個捕獲微珠，每個捕獲微珠包括單獨的模板結合點，其中所述阱與捕獲微珠是尺寸對應的，僅一個捕獲微珠適合于每個阱；可拆卸密封，所述密封安排用于覆蓋所述阱并將每個阱與相鄰的阱充分隔離；和加熱元件。可以防止在擴增期間反應之間的蒸發和交叉污染。

本申請是申請號為201380038217.5、申請日為2013年7月18日、名稱為“傳感裝置及方法”的中國專利申請的分案申請。

背景技術

在過去的二十年中，伴隨著現有可獲得的裝置儀器的測量范圍的增加，在核酸分析，特別是核酸擴增和DNA測序技術領域已有了快速發展。檢測和分析核酸序列的傳統方法主要依賴于熒光核酸染料、熒光標記的寡核苷酸探針、熒光或放射性標記的核苷酸。

隨后，一種利用基于半導體的檢測系統，例如離子敏場效應晶體管(ionsensitive field effect transistor)(ISFET)分析核酸合成和測序的新方法已被開發，參見例如我們的PCT公布文本WO 03/073088。一種離子敏場效應晶體管為基礎的平臺，不同于傳統的基于熒光的核酸分析系統，檢測不需要昂貴的光學儀器或危險的放射性同位素，因此使得該平臺低成本、安全和簡單替換(simple alternative)以用于測序和核酸擴增分析。

具體地，已經采用測量溶液中離子濃度的ISFTE通過檢測由反應引起的氫離子(H⁺，質子)濃度變化以檢測核苷酸結合到核酸鏈中。

在核酸聚合反應過程中釋放出氫離子。例如，如下化學式I顯示通過DNA聚合酶調解單個核苷酸水解促進氫離子釋放：

dNTP→dNMP+PPi+ZH⁺ (化學式I)

其中dNTP為三磷酸核苷，dNMP為一磷酸核苷，z為描述每個核苷酸轉交(nucleotide turnover)產生質子的平均數的整數或分數，H⁺為質子和PPi為焦磷酸鹽(離去基團或反應產物)

可以通過將焦磷酸鹽水解形成兩個正磷酸鹽(Pi)驅動所述反應以進一步產生更多的氫離子。焦磷酸酶促進這種二次化學反應，且描述于化學式II中：

PPi→2Pi+zH⁺ (化學式II)

現有的“合成測序(sequencing-by–synthesis)”方法的工作流程可以大體上分為模板制備、測序和檢測，以及數據分析。所述第一步驟，模板制備，通常包括無性系擴增所述模板以獲得足夠數量的擴增模板以確保在測序步驟中檢測核苷酸合并信號(incorporation signal)。目前，這種無性系擴增步驟通常在與測序反應相分離的隔間中進行，典型的在分隔裝置(separate machine)中進行。然而，這種兩個步驟的空間上的分離需要熟練技工，按時安排大量人手(high levels of hands on time)，引入增加誤差并可能增加樣品損失，因此降低了對測序的檢測敏感性并提高成本。

通常練習(standard practice)是用來擴增所述核酸以方便準確的測序。公知各種各樣擴增核酸的方法。實際上，PCT公布文本(WO2008/107014)披露了一種使用固態(Solid-State)pH傳感器，例如ISFET，監測qPCR的方法。反應監測是在靶向(核酸)序列存在下，當擴增進行超過了用于克服樣品的緩沖能力的循環閾值時，借助檢測質子釋放所引起的pH變化。其并沒有披露通過合成測序(sequencing-by-synthesis)進行序列檢測，僅檢測了擴增的自身活性(amplification activity)。WO2008/076406A2也公開了在ISFET背景下的各種各樣的擴增方法，例如橋式擴增。