[发明专利]用于高效电子测序与检测的系统和方法

说明书

本申请要求2011年12月1日提交的、题为“GENIUS ELECTRONIC SEQUENCING TECHNOLOGIES AND METHODS THEREFOR”的美国临时申请No.61/565,651的优先权。美国临时申请No.61/565,651的公开内容通过引用而全文并入于此。

本申请的主题涉及2010年10月4日提交的美国临时申请No.61/389,490、2010年10月4日提交的美国临时申请No.61/389,484、2011年2月15日提交的美国临时申请No.61/443,167、2011年5月27日提交的美国临时申请No.61,491,081、2012年4月4日提交的美国临时申请No.61/620,381、2012年2月15日提交的美国申请序号No.13/397,581、2012年10月1日提交的美国申请序号No.13/632,513以及2011年5月27日提交的美国申请序号No.13/118,044，上述每个申请通过引用而全文并入于此。

如在通过引用而全文并入于此的、题为“BIOSENSOR DEVICES,SYSTEMS AND METHODS THEREFOR”的美国公开专利申请No.US 2012/0138460中所描述的，纳米桥(NanoBridge)可发挥pH传感器的功能。

本申请涉及通过引用而全文并入于此的PCT/US2011/054769。

本申请还涉及通过引用而全文并入于此的PCT/US2012/039880。

背景技术

包括高通量DNA测序在内的用于快速而成本高效的遗传和生物分析的方法仍然是发展个体化医疗及诊断试验的重要方面。当前的高通量或微型化系统具有局限性。例如，当前用于DNA测序的系统——包括采用光学检测的系统——是笨重而昂贵的，并且具有有限的通量。虽然一些系统使用传感器和测序流通池(sequencing flow cell)来解决这些局限，但它们一般为单次使用的一次性用品，这大幅增加了对用户的成本并且限制了传感器的复杂度，因为必须针对单次使用而成本高效地制造传感器。

需要用于遗传和生物分析的系统和方法，特别是需要既灵敏又成本高效的用于高度并行或克隆测序反应的方法和系统。

纳米针(NanoNeedle)

纳米针型生物传感器可以用于表征诸如抗体和抗原等生化物质，以及/或者用于涉及DNA测序、DNA杂交、实时PCR、蛋白质或其他生物物质及化学物质检测中的一种或多种的应用。

在本公开的示例实施方式中，纳米针可用于针对诸如DNA测序、DNA杂交或蛋白质检测等所关注的应用，来检测因关联于诸如DNA或蛋白质等所关注的生物分子的反荷离子浓度或德拜长度(Debye length)的调制(modulation)而造成的阻抗变化。例如，在DNA测序中，阻抗的变化与核苷酸的掺入相关联，并且这样的变化可用于检测掺入事件和DNA序列的身份。核苷酸可按已知的顺序注入，从而允许通过经阻抗测量对掺入的检测，来识别互补碱基。生物分子，诸如单链DNA，可附着到诸如微珠(bead)等载体上，或者可以直接结合到衬底的表面上。

纳米针的电极相对于它们与载体的距离的物理位置可影响阻抗测量的灵敏度，DNA结合到所述载体，该载体诸如微珠等。举例而言，如果在纳米针的电极与DNA所结合到的诸如微珠等载体之间没有足够的物理对准，则传感器阻抗可能会被本体试剂的阻抗所主导。举例而言，如果本体试剂的阻抗构成电极之间总阻抗的90％，并且微珠上的DNA及其关联的反荷离子的阻抗构成电极之间总阻抗的10％，则DNA和关联的反荷离子的阻抗中1％的变化将会导致电极之间总阻抗中0.1％的变化。为了使传感器测量电极之间总阻抗的百分比变化的能力最大化，同时使来自本体试剂的阻抗的干扰最小化，可以相对于传感器电极离微珠的距离来更改传感器电极的位置。