[发明专利]电子和流体接口

说明书

技术领域

本申请涉及2005年9月13日提交的标题为“Sensor Arrays and Nucleic Acid Sequencing Applications”的现在待决的美国专利申请No.11/226696，它是要求2005年3月4日提交的标题为“Sensor Arrays and Nucleic Acid Sequencing Applications”的美国专利申请No.11/073160的权益的部分延续申请，以及还涉及2007年12月31日提交的标题为“Electronic Sensing for Nucleic Acid Sequencing”的现在待决的美国专利申请No.11/967600和2010年6月25日提交的标题为“Nucleotides and Oligonucleotides for Nucleic Acid Sequencing”的现在待决的美国专利申请No.12/823995，通过引用将其公开结合到本文中。

一般来说，本发明的实施例涉及用于电子传感器的流体接口、用于化学和生物化学检测的电子传感器、电子传感器器阵列、生物分子检测和核酸测序。

背景技术

小型化并且是可大量制造的分子检测平台(例如电子传感器)提供在可负担疾病检测的途径在以往是不可能的场所和状况中提供这类途径的能力。可负担分子诊断装置的可用性降低社会可用的卫生保健的成本并且提高其质量。可负担和/或便携的分子检测装置例如在安全和风险检测以及矫正领域中也得到应用，并且提供适当地立即响应所感知生物、生物化学和化学风险的能力。

电子生物化学和化学传感器在分子诊断、物质检测和识别以及DNA检测和测序应用方面得到应用。电子生物/化学传感器是使用半导体处理技术可制造的。传感器能够建立于被切割(分割开)以制作单独芯片的硅晶圆的表面上。用于生物/化学应用的电子传感器能够采取多种形式，例如传感器能够是电极、纳米间隙电极、FET(场效应晶体管)、扩展栅FET、碳纳米管晶体管和光子检测器。

植物和动物中的疾病检测的一种方式涉及分析诸如脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)之类的核酸分子的序列信息。人类基因组包含DNA序列的大约30亿个核苷酸以及估计的20000至25000个基因。DNA序列信息能够用于确定个体的多个特性以及诸如癌症、囊肿性纤维化和镰状细胞血症之类的许多常见病的存在和/或敏感性。人类基因组的序列的确定要求数年完成。对核酸序列信息的需要也存在于研究、环境保护、食品安全、生物防御和临床应用中，例如病原体检测，即，病原体或者其遗传性变体的是否存在的检测。

附图说明

图1A和图1B描述电子流体接口(fluidic interface)；

图2A和图2B提供电子传感器芯片部件的视图；

图3A和图3B示出由电子传感器芯片部件组成的装置以及提供传感器芯片的电子和流体接口的流体接口；

图4提供用作核酸测序反应的检测器的电子传感器的简化阵列。

图5示出场效应晶体管感测装置；

图6示出将电极用作感测元件的电子传感器；

图7概述一般核酸测序策略，其中电子传感器芯片和电子流体接口是有用的；

图8图示用于使用传感器阵列来执行电子检测的系统。

具体实施方式

在电生物化学和化学感测中，需要将流体输送到传感器，同时进行到传感器芯片的电连接。如果流体接触到芯片以及包含芯片的装置的电子组件，则诸如生物/化学应用中所使用的流体会使芯片出故障。流体中包含的盐使电子装置的故障加剧。例如本文所述的应用等的核酸测序应用要求对芯片的感测区重复输送和去除流体。流体与关联电子传感器芯片的电子组件的不相容性对于允许按照如下方式对芯片重复输送和去除流体的鲁棒接口的设计提出了挑战：在可再生产方面是鲁棒的并且还允许将芯片从装置去除和放入其中。

有利地，在本发明的实施例中，流体能够迅速交换到传感器上以及脱离传感器。在实施例中，同时向所有传感器提供流体。还使对于在传感器所执行和/或所检测的每次反应提供给芯片的感测区的流体量为最小，因而提供保存昂贵试剂的优点。另外，本发明的实施例提供传感器芯片的表面区域中的流体的湍流混合。在溶液添加期间，湍流混合对于从传感器表面冲洗不需要的试剂和产物以及对于混合已经添加到感测芯片的感测区的试剂的溶液是重要的。