[发明专利]一种用于模板多核苷酸扩增的阵列和传感装置

说明书

本发明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。

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。

背景技术

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测序技术领域已有了快速发展。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(ionsensitive field effect transistor)(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WO 03/073088。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(simple alternative)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(nucleotide turnover)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(incorporation signal)。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(separate machine)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(high levels of hands on time)，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(standard practice)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(amplification activity)。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。